相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年7月9日提交的标题为“Continuous and Semi-ContinuousMethods of Semi-Solid Electrode and Battery Manufacturing”的美国临时专利申请No.62/695,483的优先权和权益，其公开内容通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本文所述的实施例一般而言涉及用于连续和/或半连续地制造半固体电极和并入半固体电极的蓄电池的系统和方法。
背景技术
蓄电池制造方法通常包括用浆料涂覆导电基板(即，集流体)，该浆料包括溶解或分散在溶剂中的活性材料、导电添加物和结合剂(binding agent)。在将浆料涂覆到金属基板上之后，将浆料干燥(例如，通过蒸发溶剂)并压延至指定的厚度。蓄电池电极的制造通常还可以包括根据要构建的蓄电池体系架构进行的材料混合、铸造、压延、干燥、纵切和加工(弯曲、轧制等)。因为在组装期间对电极进行操纵，以及为了确保导电网络就位，所以所有部件被压缩为凝聚性(cohesive)组件，例如，通过使用结合剂。但是，结合剂本身占据空间，会增加处理复杂性，并且会阻碍离子和电子传导率。因此，需要对电化学电池(例如，蓄电池)和电化学电池的制造的改进，诸如消除电化学电池的部件和/或提供电化学电池的减少的包装，同时维持相同的储能能力。
发明内容
本文描述的实施例一般而言涉及用于连续和/或半连续地制造半固体电极和并入半固体电极的蓄电池的系统和方法。在一些实施例中，制造半固体电极的过程包括将半固体电极浆料连续地分配到集流体上、将半固体电极浆料分隔成离散的部分以及切割集流体以形成制成的电极。
附图说明
图1图示了根据实施例的用于制造电极以及可选地电化学电池的过程的步骤。
图2图示了根据实施例的分配机构。
图3图示了根据实施例的分配机构。
图4图示了根据实施例的分配机构。
图5图示了根据实施例的用于制造电极的过程。
图6A是根据实施例的沉积在移动集流体上的半固体电极浆料的照片，该集流体的部分被折塞(tuck)在两个板之间。
图6B是根据实施例的在将两个板移动分开以露出集流体的折塞的部分之后的图3A的集流体的照片。
图7是根据实施例的用于半固体电极的半连续或连续制造的系统的示意图。
图8是根据实施例的用于半固体电极的半连续或连续制造的系统的示意图。
图9是根据实施例的用于半固体电极的半连续或连续制造的系统的示意图。
图10是根据实施例的用于半固体电极的半连续或连续制造的系统的示意图。
图11是根据实施例的用于半固体电极的半连续或连续制造的系统的示意图。
图12A-图12C图示了根据实施例的制造电化学电池的过程的步骤。
具体实施方式
本文描述的实施例一般而言涉及用于连续和/或半连续地制造半固体电极和并入半固体电极的蓄电池的系统和方法。本文描述的实施例一般而言涉及用于制造半固体电极的方法，该方法包括将半固体电极材料部署到集流体上。在一些实施例中，该方法可以包括将半固体电极浆料连续分配到集流体上，将半固体电极浆料分隔成离散的部分，以及切割集流体以形成制成的电极。
常规的电极和常规的电化学电池通常是通过用随后被干燥并压延至期望的厚度的薄的(例如，约10μm至约200μm)湿的浆料涂覆金属箔基板的离散部分来制备的。这个方法中的浆料组分通常是活性材料、导电添加物、结合剂和溶剂(例如，通常为N-甲基吡咯烷酮(NMP))。当溶剂蒸发时(在覆盖输送线的干燥炉中)，结合剂转化为将所有固体颗粒一起保持在结合到基板的基体(matrix)中的“胶”。通常在基板的两侧上用相同的材料涂覆电极。
有两种常见的蓄电池设计方法，(1)缠绕和(2)堆叠。在缠绕的蓄电池设计中，电极片可以被切成目标尺寸，并且然后利用在中间放置的分隔器被缠绕成螺旋或凝胶卷，然后利用电解质渗透并被适当包装(通常在圆柱形或矩形金属罐中)以提供包容和电气连接。在堆叠的蓄电池设计中，电极片也可以被切成目标尺寸，但是然后利用在中间放置的分隔器被堆叠为一个在另一个之上。因此，堆叠电池由物理上离散的电极片组成，而非在缠绕的电池的情况下由连续电极(即，在阳极/阴极对中)组成。然后，堆叠的组件可以利用电解质渗透，并且通常被包装在或者袋(pouch)/包(bag)、塑料盒或者金属罐(它们也可以各自被称为如本文所述的电池或蓄电池壳体)中。
在常规的袋包装中，袋可以执行几个功能。一个这样的功能是提供蓄电池材料与环境的气密隔离。因此，袋可以用来避免有害材料(诸如电解质溶剂和/或腐蚀性盐)泄漏到周围环境中，并且可以防止水和/或氧气渗透到电池中。袋的其它功能可以包括例如内层的压缩包装、针对安全性的电压隔离和处理以及电池组件的机械保护。
典型的袋材料可以包括叠层(laminate)(例如，多层片)，其形成为例如两个或三个固体膜状层，并且通过粘合剂结合在一起。如本文所使用的，词“叠层”也可以是指彼此之间没有化学粘附的材料层。例如，层可以彼此面(areal)接触并且使用其它耦合方法(诸如例如热密封)来耦合。内层可以是例如塑料层，诸如例如流延聚丙烯(CPP)。下一层或第二层可以是金属箔层，诸如例如铝或铝合金。在一些袋构造中，可以有(一个或多个)附加层。附加层可以例如是用例如塑料(诸如尼龙)形成的保护涂层。金属箔可以提供密封功能，其与塑料相比，对某些化合物(尤其是水)的渗透性低得多。塑料内层可以可热结合到自身，这是关于袋闭合和允许电气通过的惯例。在袋闭合中，如果使两片袋叠层的内层(例如，CPP)物理接触，并且施加热量，那么这些层将融化并融合，在处理条件(例如，功率、温度、持续时间)被适当地选择的情况下产生牢固的密封。例如，当以闭合环进行密封时，可以形成与周围或外部环境隔离的内部体积。
一些已知的电化学电池(例如，蓄电池)可以包括多种形状和/或大小，可以基于多种使能材料和内部体系架构，可以或者被动或者主动控制，可以是可再充电的或者不是可再充电的，以及/或者可以共享可以允许它们将化学能转化为电能的某些共同特征。一些已知的蓄电池可以包括具有高电化学电势的第一电极和相对于第一电极具有低电化学电势的第二电极。每个电极可以包括活性材料，该活性材料在放电期间由于材料状态的有利的热力学改变而参与化学反应和/或物理化学变换，当开关闭合时，这会导致电流流动。在一些情况下，为了发生电荷转移，两个不同的导电网络可以允许阳极和阴极电连接。分隔器可以用于提供阳极和阴极的隔离，使得只有离子能够通过，并防止短路。
蓄电池电极的制造可以是复杂且资本密集的过程，并且根据所构建的电池体系架构，可以通常包括材料混合、铸造、压延、干燥、纵切和加工(弯曲、轧制等)。因为在组装期间对电极进行操纵，并且为了确保导电网络就位，所以所有部件都被压缩为凝聚性组件，例如，通过使用结合剂。但是，结合剂本身占据空间，会增加处理复杂性，并且会阻碍离子和电子传导率。
如在本说明书中使用的，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。因此，例如，术语“一个构件”旨在表示单个构件或构件的组合，“一种材料”旨在表示一种或多种材料或其组合。
术语“基本上”当与“圆柱形”、“线性”和/或其它几何关系相关地使用时旨在传达被限定为名义上是圆柱形、线性等的结构。作为一个示例，被描述为“基本上线性”的支撑构件的部分旨在传达虽然该部分的线性性是可期望的，但在“基本上线性的”部分中可能出现某种非线性性。这样的非线性性可能是由于制造公差或其它实际考虑因素(诸如，例如施加到支撑构件的压力或力)引起的。因此，由术语“基本上”修饰的几何构造包括在所述几何构造的加或减5％的公差内的这样的几何性质。例如，“基本上线性”的部分是限定在线性的加或减5％之内的轴线或中心线的部分。
如本文所使用的，术语“集合”和“多个”可以指多个特征或具有多个部分的单个特征。例如，当提及电极的集合时，该电极的集合可以被认为是具有多个部分的一个电极，或者该电极的集合可以被认为是多个截然不同的电极。此外，例如，当提及多个电化学电池时，该多个电化学电池可被认为是多个截然不同的电化学电池或具有多个部分的一个电化学电池。因此，部分的集合或多个部分可以包括彼此或者连续或者不连续的多个部分。多个颗粒或多种材料也可以由多项制成，这些项被单独生产并且后来联接(join)在一起(例如，经由混合、粘合剂或任何合适的方法)。
如本文所使用的，术语“z方向”一般是指第三方向，其中纵向和横向是第一方向和第二方向。换句话说，z方向是指特征的与长度和宽度相对的深度或厚度。
如本文所使用的，术语“大约”和“近似”一般是指所述值的加或减10％，例如，大约250μm将包括225μm至275μm，大约1,000μm将包括900μm至1,100μm。
如本文所使用的，术语“半固体”是指作为液相和固相的混合物的材料，例如，诸如颗粒悬剂、胶体悬剂、乳剂、凝胶或胶束。
如本文所使用的，术语“激活的碳网络”和“网络化(networked)的碳”涉及电极的一般定性状态。例如，具有激活的碳网络(或网络化的碳)的电极使得电极内的碳颗粒相对于彼此采取单独的颗粒形态和布置，这促进颗粒之间的电接触和导电性。相反，术语“未激活的碳网络”和“未网络化的碳”涉及一种电极，其中碳颗粒作为可能没有充分连接以提供通过电极的足够传导的或者单独的颗粒岛或者多颗粒附聚岛存在。
图1示出了以连续或半连续方式制造半固体电极的方法10的示意图。在一些实施例中，方法10包括在半固体电极浆料通过输送系统时将半固体电极浆料连续地分配到集电体11上。在一些实施例中，输送系统可以被构造为将集电体连续地或半连续地输送经过固定的分配机构。在一些实施例中，分配机构可以是可调的和/或可以相对于集流体移动。在一些实施例中，固定的分配机构可以是喷嘴，该喷嘴被构造为当半固体电极浆料通过固定的分配机构时将半固体电极浆料以预定且精确的速率分配到集流体的特定区域上。
分配半固体浆料可以在输送系统上生成大量的力。通过分配半固体浆料而生成的力与半固体浆料的载荷成比例(即，越高粘度的半固体浆料载荷在输送系统上生成越多的力)。在一些实施例中，作用在输送系统上的力可以大于2,000lbf、大于2,500lbf、大于3,000lbf或大于3,500lbf。不管系统设计得多么彻底以限制偏离(deflection)，这种力都会在输送系统中造成机械偏离。这些偏离会影响分配机构和集流体之间的铸造间隙，这影响电极的厚度。在一些实施例中，在集流体通过输送系统的仅10mm的移动的过程中，偏离可以达到100μm。在一些实施例中，可调的分配机构可以以抵消这些偏离的方式移动。换句话说，可调的分配机构可以向上和向下(即，沿着z轴)移动，以补偿由分配的浆料的力造成的偏离。在一些实施例中，分配机构可以沿着电极的整个宽度向上和向下(即，在z方向上)移动。在一些实施例中，分配机构可以以倾斜的方式在电极的左侧向上和向下移动，使得分配机构在电极的左侧比在电极的右侧低。在一些实施例中，分配机构可以以倾斜的方式在电极的右侧向上和向下移动，使得分配机构在电极的右侧比在电极的左侧低。
在一些实施例中，分配机构可以移动以将分配机构和集流体之间的铸造间隙控制到小于10μm、小于9μm、小于8μm、小于7μm、小于6μm、小于5μm、小于4μm、小于3μm、小于2μm或小于1μm的精度。在一些实施例中，分配机构可以沿着z轴移动大于大约1μm、大于大约5μm、大于大约10μm、大于大约20μm、大于大约30μm、大于大约40μm、大于大约50μm、大于大约60μm、大于大约70μm、大于大约80μm、大于大约90μm或大于大约100μm的距离，以确保电极厚度的精度。可以非常迅速地调整分配机构，以便匹配输送系统的移动的定时。在一些实施例中，分配机构的抵消运动可以在小于0.5秒、小于0.4秒、小于0.3秒、小于0.2秒、小于0.1秒、小于0.09秒、小于0.08秒、小于0.07秒、小于0.06秒、小于0.05秒、小于0.04秒、小于0.03秒、小于0.02秒或少于0.01秒内发生。例如，铸造间隙可以在0.1秒内从150μm改变为200μm，并且可以以1μm的精度实现200μm的间隙。随后可以在0.1秒内将铸造间隙从200μm改变为175μm，并且可以以1μm的精度实现175μm的间隙。在一些实施例中，伺服控制的运动可以控制分配机构的运动，以将铸造间隙控制到期望的精度水平。在一些实施例中，最新生产的电极的β测量仪读数可以被用于确定分配机构的移动计划。在一些实施例中，分配机构可以控制分配机构与铸造喷嘴内的集流体之间的铸造间隙。在一些实施例中，铸造喷嘴内的刀片可以向上和向下移动以控制分配机构与集流体之间的铸造间隙。在一些实施例中，半固体电极浆料可以被配置为一旦被分配到集流体上就保留在预定区域中。
在一些实施例中，包括本文所述的半固体电极浆料的电极可以减少非活性组分相对于活性组分的体积、质量和成本贡献，从而增强用半固体电极制成的蓄电池的商业吸引力。在一些实施例中，本文描述的半固体电极是无结合剂的和/或不使用在常规蓄电池制造中使用的结合剂。代替地，常规电极中通常被结合剂占据的电极的体积现在可以由以下部分占据：1)电解质，其具有降低曲折度并增加可用于离子扩散的总盐的效果，从而抵消厚的常规电极当以高速率使用时的典型的盐消耗效果，2)活性材料，其具有增加蓄电池的充电容量的效果，或3)导电添加物，其具有增加电极的电子传导率的效果，从而抵消厚的常规电极的高内部阻抗。在不希望受到任何特定理论束缚的情况下，本文描述的半固体电极的降低的曲折度和较高的电子传导率导致由半固体电极形成的电化学电池的优异的速率能力和充电容量。
在一些实施例中，集流体是尚未分派到离散集流体中的导电材料带。集流体具有限定纵向轴线的长度和限定为垂直于纵向轴线的维度的宽度。集流体被构造为沿着其纵向轴线通过输送系统(即，行进方向)被运输。在一些实施例中，集流体的宽度可以与要在制成的半固体电极中使用的集流体的期望宽度或高度基本上相似。在一些实施例中，集流体的宽度可以大于要在制成的半固体电极中使用的集流体的期望宽度或高度的大约101％、105％、110％、120％、130％、140％、150％、175％、200％、300％、400％或500％。
在一些实施例中，集流体的厚度在大约0.01μm和大约100μm之间、大约100nm和大约100μm之间、大约1μm和大约95μm之间、大约1μm和大约90μm之间、大约1μm和大约85μm之间、或大约1μm和大约80μm之间，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，集流体的厚度小于大约500μm、小于大约400μm、小于大约300μm、小于大约200μm、小于大约100μm、小于大约90μm、小于大约80μm、小于大约70μm、小于大约60μm、小于大约50μm、小于大约45μm、小于大约40μm、小于大约35μm、小于大约30μm、小于大约25μm、小于大约20μm、小于大约19μm、小于大约18μm、小于大约17μm、小于大约16μm、小于大约15μm、小于大约14μm、小于大约13μm、小于大约12μm、小于大约11μm、小于大约10μm、小于大约9μm、小于大约8μm、小于大约7μm、小于大约6μm、小于大约5μm、小于大约5μm、小于大约4μm、小于大约3μm、小于大约2μm、小于大约1μm、小于大约900nm、小于大约750nm、小于大约500nm、或小于大约100nm，包括其间的所有值和范围。
集流体是电子传导性的，并且在电池的操作条件下可以是电化学非活性的。在一些实施例中，集流体材料可以包括用于负集流体的铜、铝和/或钛和用于正集流体的铝。在一些实施例中，铝被用作正电极的集流体。在一些实施例中，铜被用作负电极的集流体。在其它实施例中，铝被用作负电极的集流体。
半固体电极浆料可以被电化学配置为用在阳极和/或阴极中。半固体电极浆料可以在液体电解质中包括活性材料。在一些实施例中，可以是有机或无机的活性材料可以包括但不限于锂金属、钠金属、锂金属合金、具有或不具有溶解的锂的镓和铟合金、熔融的过渡金属氯化物、亚硫酰氯等，或在蓄电池的工作条件下为液态的氧化还原聚合物和有机物。电极配方可以包括例如(1)活性材料(即，离子和电子的源和空槽(sink))，(2)碳(或碳的混合物)或(一种或多种)具有电子传导的主要但不一定排他的功能的其它材料，和(3)具有离子传导的主要但不一定排他的功能的电解质(例如，溶剂或溶剂混合物加上(一种或多种)盐)。电极配方可以可选地包括具有特定预期的化学、机械、电和/或热功能的其它添加物。电极配方可以包括例如在标题为“Semi-Solid Electrodes Having High RateCapability”的美国专利No.8,993,159和标题为“Asymmetric Battery Having a Semi-Solid Cathode and High Energy Density Anode”的美国专利No.9,437,864中描述的活性材料、组分和/或半固体悬剂，这些专利的全部公开内容通过引用分别由此并入。
在一些实施例中，半固体电极浆料可以包括导电添加物、稳定添加物和/或胶凝剂。半固体电极浆料的示例可以在美国专利No.8,993,159、No.9,178,200、No.9,184,464、No.9,203,092和No.9,484,569中找到，这些专利的全部公开内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，直接用半固体电极浆料制造的电极和电化学电池避免总体上使用常规的结合剂和常规的电极铸造步骤。使用半固体电极浆料还可以消除将电解质注入电极材料的需要，因为半固体电极浆料已经包括电解质。这种方法的一些益处包括例如：(i)简化的制造过程，其中装备更少(即，更不资本密集)，(ii)制造具有不同厚度和形状的电极的能力(例如，通过改变挤压模槽尺寸或其它工艺条件)，(iii)更厚(>100μm)和更高的面充电容量(mAh/cm2)电极的处理，从而降低了非活性组分相对于活性材料的体积、质量和成本贡献，以及(iv)结合剂的消除，从而降低曲折度并增加电极的离子传导率。
在一些实施例中，集流体可以以大于大约每分钟1米、大于大约每分钟5米、大于大约每分钟10米、大于大约每分钟15米、大于大约每分钟20米、大于大约每分钟25米、大于大约每分钟30米、大于大约每分钟35米、大于大约每分钟40米、大于大约每分钟45米大于大约每分钟50米、大于大约每分钟55米、大于大约每分钟60米、大于大约每分钟65米、大于大约每分钟70米、大于大约每分钟75米、大于大约每分钟80米、大于大约每分钟85米、或大于大约每分钟100米(包括其间的所有值和范围)的速率移动经过分配机构。在一些实施例中，集流体移动经过固定的分配点的速率可以在大约每分钟1米和大约每分钟100米之间、大约每分钟5米和大约每分钟80米之间、大约每分钟10米和大约每分钟70米之间、大约每分钟20米和大约每分钟60米之间、大约每分钟30米和大约每分钟50米之间，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，可以使用传动带、真空托盘、真空输送机、带式输送机、辊、移动盘、气动输送机、液压输送机、振动输送机、垂直输送机、螺旋输送机、通过将集流体拉过或推过具有低摩擦系数的表面、任何其它合适的装备或方法或其组合来将集流体运输经过分配机构。在一些实施例中，集流体可以薄并且高度可变形，因此应当注意在输送期间不要使集流体起皱、折叠、撕裂、弯曲、凹陷或以其它方式误处理。在一些实施例中，为了帮助保护集流体免受这样的损坏，可以在将半固体电极浆料部署到集流体上(例如，步骤11)之前将集流体部署到袋材料上。在一些实施例中，在将半固体电极浆料部署到集流体上之前将集流体部署到袋材料上还可以有助于将集流体运输经过分配机构。
方法10还包括将半固体电极浆料分隔成集流体12上的离散部分。在一些实施例中，可以通过移除连续沉积的半固体电极浆料的部分来将半固体电极浆料分隔成集流体12上的离散部分。在一些实施例中，可以通过使集流体的部分暂时不可用于将沉积的半固体电极浆料接收到其上来将半固体电极浆料分隔成集流体12上的离散部分。在一些实施例中，可以通过相对于连续沉积的半固体电极浆料的长度改变集流体的长度来将半固体电极浆料分隔成集流体12上的离散部分。在一些实施例中，一旦半固体电极浆料已沉积，就可以通过从集流体移除先前部署的阻塞性材料来将半固体电极浆料分隔成集流体12上的离散部分。在一些实施例中，离散部分可以是通过首先将掩模材料部署到集流体的至少部分、将半固体电极浆料部署到经掩蔽的集流体上而产生的离散电极，并且然后掩模材料可以被移除，以限定一个或多个制成的电极。
在一些实施例中，可以通过超声波处理、激光烧蚀、刮刀、照射、高精度切割中的任何一个或其组合将半固体电极浆料分隔成集流体12上的离散部分。在一些实施例中，可以通过在经过分配机构一定距离处加速集流体来将半固体电极浆料分隔成集流体12的离散部分，从而使集流体的未涂覆部分形成在半固体电极浆料的每个离散部分之间。
在一些实施例中，如上面所讨论的，集流体的宽度(垂直于集流体通过输送系统的行进方向的维度)可以近似等于或大于将用在制成的电极中的集流体的宽度。在一些实施例中，集流体的宽度可以适应将所部署的半固体电极浆料在宽度方向上分隔成多于一个电极部分。换句话说，在一些实施例中，将半固体电极浆料分隔成集流体12上的离散部分可以包括在两个方向(平行于集流体的行进方向，还有垂直于集流体的行进方向)上分隔半固体电极浆料。
方法10还包括在半固体电极浆料的离散部分之间切割集流体，以形成制成的电极13。在一些实施例中，可以通过沿着穿孔的范围线分隔集流体的划定的区段来切割集流体。在一些实施例中，可以使用激光器(例如，CO2气体激光器、大功率二极管激光器、光纤激光器等)、钻削、等离子体切割、使用往复式刀片、使用冲头(punch)或压机(press)、气动切割、液压切割、使用本领域技术人员已知的其它方法或其组合来切割集流体。
在一些实施例中，其上部署有半固体电极浆料的离散部分的每个个体化的集流体可以被认为是制成的电极。在一些实施例中，可以将制成的电极部署到电绝缘材料(例如，叠层袋材料)上，使得集流体直接毗邻绝缘材料。在一些实施例中，可以使用粘合剂将制成的电极保持在绝缘材料上。在一些实施例中，如上所述，可以将集流体预先部署到绝缘材料(例如，袋材料)，使得集流体材料的个体化还包括切割绝缘材料以形成制成的电极。
在一些实施例中，制成的电极可以包括电极接线片，该电极接线片电连接到集流体并且被配置为将电子运输进入或离开电极。在一些实施例中，电极接线片可以延伸超过集流体和/或绝缘材料。在一些实施例中，在将半固体电极浆料部署到集流体上之前，可以将电极接线片电耦合到集流体。在一些实施例中，电池可以包括集成的电搭接(tabbing)，其可以消除对(i)离散的接线片部件(例如，电引线)、(ii)将专用接线片连接到集流体以及(iii)专用接线片密封操作的需要。代替地，在一些实施例中，电接线片或引线可以被提供作为与集流体成一体的集流体的部分。在一些实施例中，可以通过从更大面积的集流体材料中移除材料来限定接线片或引线，从而限定集流体和接线片或引线。
方法10可选地包括将制成的电极(例如，阴极)与第二制成的电极(例如，阳极)联接，其中插入分隔器，以形成制成的电化学电池14。换句话说，一旦制成的电极已经被个体化(例如，根据步骤13)，就可以被组装到制成的电化学电池中，其中第二制成的电极表现出相反的氧化还原反应。换句话说，阴极和阳极可以联接在一起，之间部署有分隔器。
在一些实施例中，分隔器可以部署在阳极和阴极之间。在一些实施例中，分隔器可以用粘合剂联接到阳极和阴极中的至少一个。在一些实施例中，一个阳极、一个阴极和一个分隔器可以堆叠在一起以形成单元电池组件。每个单元电池组件还可以包括导电接线片(也被称为引线)以将电极耦合到外部电路。然后将多个单元电池组件堆叠或排列在一起以形成蓄电池单元。在一些实施例中，单体蓄电池中的单元电池组件的数量可以取决于例如所得单体蓄电池的期望容量和/或厚度而变化。这些堆叠的单元电池组件是电并联的，并且每个单元电池组件中的相应接线片通常经由诸如电阻焊接、激光焊接和超声焊接、缝焊、电子束焊接等焊接工艺焊接在一起。
在一些实施例中，可以将制备的电化学电池真空密封在棱柱形的袋中，该棱柱形的袋可以提供电化学电池材料与环境的气密隔离。因此，袋可以用来避免有害材料(诸如电解质溶剂和/或腐蚀性盐)泄漏到周围环境，并且可以防止水和/或氧气渗透到电池中。袋的其它功能可以包括例如内层的压缩包装、针对安全性的电压隔离和处理以及电池组件的机械保护。在一些实施例中，在真空袋密封期间，可以将电解质注入堆叠的单元电池组件中，然后可以将单元电池组件和电解质密封到袋中。在一些实施例中，如果半固体电极浆料可以已经包含全部期望量的电解质，那么在袋密封步骤期间不添加电解质。
在一些实施例中，密封的电池单元然后可以经受形成过程，其中可以执行初始充电操作以产生可以钝化电极-电解质界面并防止副反应的稳定的固体-电解质-中间相(SEI)。在一些实施例中，可以执行充电和放电的若干个循环以确保蓄电池的容量满足要求的规格。在一些实施例中，可执行脱气步骤以释放在电池形成步骤中的在初始充电阶段期间或在电化学反应期间引入或产生的气体。电极中截留的气体的存在一般会降低电极的电导率和密度，并限制可以放置在蓄电池单元中的活性电化学材料的量，并且会造成可以侵蚀锂电池的电池性能的枝晶生长。在一些实施例中，枝晶形成会导致循环寿命的降低和整体安全性能的降低。在一些实施例中，在释放截留的气体之后，可以采取重新密封步骤以再次密封蓄电池单元。
在一些实施例中，与常规的电化学电池制造方法相比，本文描述的方法可以被用于在较短的时间段内制造半固体电极和电化学电池。在一些实施例中，较短的时间段可以最小化电解质的蒸发和/或降解，降低制造成本，并减少对于相同的电化学电势输出所必需的工厂占地面积。
图2示出了根据实施例的分配机构100，该分配机构可以控制电极的铸造间隙T的长度。在一些实施例中，喷嘴110可以将电极浆料120分配到放置在输送系统140上的集电体130上，并且铸造间隙T可以通过喷嘴刀片150的移动来控制。在一些实施例中，铸造间隙T可以通过喷嘴刀片150相对于喷嘴110、集流体130和输送系统140在z方向上的独立移动来控制。在一些实施例中，铸造间隙T可以通过喷嘴110和喷嘴刀片150两者相对于集流体130和输送系统140在z方向上的移动来控制。
图3示出了根据实施例的分配机构200，该分配机构200可以控制在输送系统240上的喷嘴210和集流体230之间的铸造间隙T的长度。在一些实施例中，喷嘴刀片250在z方向上的移动可以由辊255的集合来控制。可以由伺服系统(未示出)从任一侧推入辊255，该伺服系统可以或者在左侧、右侧或者在喷嘴刀片250的整个宽度上向下推动喷嘴刀片250。在一些实施例中，仅左辊255a可以被接合为仅在左侧降低喷嘴刀片250，使得喷嘴刀片250的左侧低于喷嘴刀片250的右侧。在一些实施例中，仅右辊255b可以被接合为仅在右侧降低喷嘴刀片250，使得喷嘴刀片250的右侧低于喷嘴刀片250的左侧。在一些实施例中，左辊255a和右辊255b都可以被接合为沿着喷嘴刀片250的整个宽度降低喷嘴刀片250。在一些实施例中，弹簧259的集合可以提供力以在降低之后使喷嘴刀片250返回到其原始位置。
图4示出了根据实施例的分配机构300，该分配机构300可以控制在输送系统340上的喷嘴310和集流体330之间的铸造间隙T的长度。在一些实施例中，喷嘴刀片350在z方向上的移动可以由凸轮357的集合来控制。凸轮357可以由凸轮轴的集合(未示出)控制，其可以旋转以或者在左侧、右侧或者在喷嘴刀片350的整个宽度上向下推动喷嘴刀片350。在一些实施例中，仅左侧凸轮357a可以被接合为仅在左侧降低喷嘴刀片350，使得喷嘴刀片350的左侧低于喷嘴刀片350的右侧。在一些实施例中，仅右侧凸轮357b可以被接合为仅在右侧降低喷嘴刀片350，使得喷嘴刀片350的右侧低于喷嘴刀片350的左侧。在一些实施例中，左侧凸轮357a和右侧凸轮357b都可以被接合为沿着喷嘴刀片350的整个宽度降低喷嘴刀片350。在一些实施例中，弹簧359的集合可以提供力以在降低之后使喷嘴刀片返回到其原始位置。
折塞方法
图5-图8图示了以连续或半连续方式制造半固体电极的方法。在一些实施例中，集流体材料可以从集流体馈送设备连续地移动到输送机上，并经过分配机构。在一些实施例中，集流体材料可以通过输送机系统持续地移动。在一些实施例中，输送机系统可以包括一系列板，该一系列板被构造为平行于和/或垂直于输送机的行进方向移动。如本文所使用的，板是指被构造为相对于输送机系统的行进方向移动的多个平面结构，并且还可以是托盘、片、盖、膜或其它合适的结构。在一些实施例中、输送机系统可以包括穿梭输送机、钢丝带输送机、带式输送机、穿孔输送机、铺开(spreading)输送机、辊式输送机、链式输送机或其组合。
在一些实施例中，真空带式输送机可以被用于将集流体材料输送通过制造系统。真空带式输送机通常包括穿孔的带和密封的具有输送机框架的滑床。以那种方式，空气可以通过框架的洞抽出，从而产生局部真空。真空带式输送机可以被用于输送轻质和/或扁平材料，使得材料被保持为抵靠输送带。真空带式输送机可以被用于以较高的速度输送轻质和/或扁平材料，这可以提高生产率。在一些实施例中，真空带式输送机可以被用于以非水平朝向(例如，垂直地)输送轻质和/或扁平材料。
在一些实施例中，如图6A和图6B中所示，连续集流体的部分可以插入、折塞、褶叠、折叠、聚集、褶皱、对折、分组、收集、隐藏和/或以其它方式从电极浆料材料到连续集流体上的沉积排除。换句话说，在一些实施例中，连续集流体的一个或多个离散部分可以被隔离并且从接收电极浆料材料排除。
在一些实施例中，连续集流体的部分可以在垂直于连续集流体的行进方向的方向上移动。在一些实施例中，在将集流体的部分从行进平面移开(例如，向下)之后，可以将集流体的插入的部分的两个边缘一起移动以完全隔离集流体的插入的部分。
在一些实施例中，连续集流体可以跨一系列毗邻的板移动，该一系列毗邻的板被构造为在连续或半连续制造期间打开和闭合。在一些实施例中，板可以被构造为近似于制成的电化学电池的大小，以最小化半固体电极浆料材料的浪费。在一些实施例中，板可以被穿孔或以其它方式构造为能够跨板的表面抽真空，使得无论板的朝向如何都可以将材料保持在表面上。在一些实施例中，板可以附接到旋转系统，使得板可以在输送线的一端容纳集流体，在电极材料到集流体上的沉积期间输送集流体，并且然后可以转移回输送线的起点。在一些实施例中，板可以被清洗或以其它方式调节以在输送线的末端与输送线的起点之间重复使用。
在一些实施例中，连续或半连续制造半固体电极的方法可以包括第一步骤，其中板可以最初在将连续集流体部署在板上时打开。在一些实施例中，如图7和图8中所示，连续集流体(即，箔)可以从卷轴(reel)馈送器跨越一个或多个辊馈送到输送机上。在一些实施例中，连续集流体可以基本上与以上关于图1描述的连续集流体相似。
在一些实施例中，在第二步骤中，连续集流体的部分可以通过任何合适的方法(包括但不限于延伸杆、气刀、卷线或其它任何合适的方法)部署(例如，插入或折塞)在两个打开的板之间。在一些实施例中，连续集流体可以被减慢、暂停或停止，以便促进连续集流体的该部分在两个打开的板之间的部署。在一些实施例中，连续集流体可以不停地移动，并且连续集流体的该部分的部署可以即时(on-the-fly)执行。在一些实施例中，可以使用飞行折塞设备，其可以被构造为以与连续集电体基本上相同的速度移动，同时使得连续集流体的该部分插入在板之间。在一些实施例中，可以使用固定的折塞设备，其被构造为当连续的集流体移动经过固定的折塞设备时将连续的集流体的部分折塞在板之间。在一些实施例中，计算机视觉系统可以被配置为监视折塞步骤并且精确地控制折塞设备、板的移动以及折塞和松开的定时。在一些实施例中，计算机视觉系统可以是闭环计算机视觉系统，其包括摄像机、处理器、存储器、电源以及被配置为向自动制造系统提供处理反馈的计算机可读介质。
在一些实施例中，在第三步骤中，可以将两个打开的板移动为闭合构造，其中两个板基本上彼此毗邻，并且连续集流体的插入的部分被保持在两个板之间。在一些实施例中，板的闭合可以将连续集流体的插入部分保持在板之间。在一些实施例中，板可以具有紧固边缘，使得一个板的紧固边缘可以直接毗邻相邻板的紧固边缘，以摩擦地接合集流体。在一些实施例中，紧固边缘可以包括当板闭合时在某种程度上变形的材料，这可以增加在第三步骤和第四步骤中将连续集流体的部分保持在板之间的紧固程度。
在一些实施例中，在第四步骤中，可以由分配机构将半固体电极浆料部署到连续集流体上。如图6A中所示，所部署的半固体电极浆料可以被部署到连续集流体上，而不被部署在连续集流体的插入的部分上。在一些实施例中，可变形的紧固边缘可以帮助减少或消除半固体电极浆料到在两个板之间的连续集流体的插入的部分上的损耗。
在一些实施例中，分配机构可以是被构造为在半固体电极浆料经过分配机构时以预定且精确的速率将半固体电极浆料分配到集流体的特定区域上的喷嘴。在一些实施例中，半固体电极浆料可以被构造为一旦被分配到集流体上就保留在预定区域中。
在一些实施例中，如图7中所示，可以使用包括平行浆料盒的平行垂直带式铸造/混合带式铸造(VTC/HTC)站将半固体电极浆料连续或半连续地部署到集流体上。在一些实施例中，如图8中所示，可以使用铸造站将半固体电极浆料连续或半连续地部署到集流体上。
在一些实施例中，如图8中所示，可以切割连续集流体以获得在制成的电极中具有期望的集流体尺寸的集流体。在一些实施例中，各个集流体可以从网状卷轴上拾取并放置在上面关于图5描述的输送机系统上。在一些实施例中，可以将各个集流体直接放置在板上，这些板被构造为打开和闭合以消除并且然后产生每个集流体之间的距离。在一些实施例中，各个集流体可以从网状卷轴上拾取并放置到袋材料上，该袋材料被构造为成为制成的电化学电池的绝缘外涂层的至少某个部分。在一些实施例中，袋材料可以是连续的袋材料，并且可以从辊馈送到板上。在不希望受到任何特定理论束缚情况下，当将薄集流体部署到(例如，耦合到)袋材料而不是单独处理时，可以使薄集流体的移动和处理变得更容易。在一些实施例中，其中各个集流体部署到袋材料的表面的袋材料可以被馈送到包括板的输送机上，板处于打开构造。在一些实施例中，板可以被定位并构造为使得仅袋材料(没有集流体材料)延伸超过板的范围。在一些实施例中，折塞设备(例如，本文所述的飞行折塞机)可以用于将袋材料的部分部署在两个板之间，板被构造为被移动成闭合构造以将袋材料的该部分紧固在其间。在一些实施例中，当袋材料的该部分部署在两个板之间并且通过闭合板而隔离时，保留在板上的袋材料的唯一表面是集流体耦合到的袋材料。换句话说，各个集流体通过其间的集流体材料的部分耦合到袋材料，集流体的部分插入在板之间，并且其余表面是集流体的连续表面。在一些实施例中，然后可以以连续或半连续方式将半固体电极浆料部署到集流体上，并且可以打开板以分隔各个制成的电极。
在一些实施例中，在可选的第五步骤中，可以例如使用刮刀、辊、压延工艺、移动压机或其组合将分配的半固体电极浆料在连续集流体上铺开到特定厚度。在一些实施例中，可以将半固体电极浆料沉积到集流体的子集上(例如，在连续集流体的中间)。在一些实施例中，可选的第五步骤可以在升高的温度执行。在一些实施例中，可以在压延步骤之前将塑料膜(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜)部署到半固体电极浆料上，使得半固体电极浆料基本上保持部署在集流体上而不是粘附到压延辊或其它压延设备。
在一些实施例中，在第六步骤中，可以打开板以暴露连续集流体的插入的部分，并在连续集流体上分隔半固体电极浆料的离散部分。在一些实施例中，可以通过手动迫使板打开和/或通过加速连续集流体来打开板。在一些实施例中，如图6B中所示，半固体电极浆料的离散部分可以被构造为在半固体电极浆料的离散部分的两侧或更多侧上具有结构良好的(即，干净的或笔直的)线。在一些实施例中，在集流体上的半固体电极浆料的每个离散部分可以被认为是电化学电池的电极。
在一些实施例中，在打开板以暴露半固体电极浆料的离散部分之前，可以使用刻划设备来刻划半固体电极浆料。在一些实施例中，刻划设备可以被用于在大体上与板之间的界面对应的位置处刻划半固体电极浆料，以有助于在板打开时半固体电极浆料的干净分隔。在一些实施例中，刻划机构可以包括拉紧的线。在一些实施例中，拉紧的线可以被加热或振动以帮助刻划半固体电极浆料。在一些实施例中，刻划机构可以包括移动的刀片。在一些实施例中，刻划机构可以包括定向的流体或空气射流。在一些实施例中，刻划设备可以包括被配置为将半固体电极浆料分隔成离散部分的超声刀。在一些实施例中，打开板的动作可以分隔半固体电极浆料的离散部分，而不需要刻划设备。在一些实施例中，可以通过将一个板移动远离另一个板而将板移动为打开构造，另一个板保持在固定的相对位置。在一些实施例中，可以通过同时移动两个板彼此远离而将板移动为打开构造。在一些实施例中，可以通过将板的第一个接口角落移动远离相对的板的对应角落并且然后将板的另一个接口角落移动远离相对的板的第二个对应角落来将板移动为打开构造。换句话说，如果这样做有助于半固体电极浆料的干净破裂，那么可以将板旋转远离相邻的板。
在一些实施例中，在第七步骤中，可以在半固体电极浆料的每个离散部分之间垂直于集流体的行进方向切割集流体，以形成各个电极。在一些实施例中，可以使用激光器(例如，CO2气体激光器，大功率二极管激光器，光纤激光器等)、钻削、等离子体切割、使用往复式刀片、使用冲头或压机、气动切割、液压切割、使用本领域技术人员已知的其它方法或其组合来切割集流体。在一些实施例中，如图8中所示，可以从输送机拾取各个电极(例如，使用机械臂)，并将其放置到不同的输送机上。在一些实施例中，如果制成的电极尚未耦合到袋材料，那么在这个步骤中可以将各个电极与袋材料耦合。在一些实施例中，可以可选地对各个电极进行压延，以减小集流体上的半固体电极浆料的厚度和/或减小缺陷。在一些实施例中，可以使用诸如移动网状厚度和/或重量测量系统之类的β测量仪来确保集流体上的半固体电极浆料的适当且一致的z方向厚度。在一些实施例中，摄像机和计算机处理器可以被用于例如使用计算机视觉程序来视觉地检查制成的电极并丢弃任何有缺陷的电极。
这种设计提供了一种采用各种形状因素的电化学电池，其允许将电化学电池构造成针对特定应用的专门的形状和大小。在一些实施例中，阴极和阳极的形状和设计可以确定所得蓄电池的形状和设计。在一些实施例中，变化的电极材料(例如，半固体组分、分隔器和隔室体积)的使用确定了蓄电池的功率和能量容量。
在一些实施例中，在可选的第八步骤中，可以将个体化的电极(例如，阴极)与分隔器和第二个体化的电极(例如，阳极)配对以形成电化学电池。在一些实施例中，可以将形成的电化学电池在袋材料内至少一个边缘上密封。在一些实施例中，可以将形成的电化学电池在袋材料内在至少两个边缘上密封。在一些实施例中，可以将形成的电化学电池在袋材料内在至少三个边缘上密封。在一些实施例中，可以将形成的电化学电池在袋材料内在至少四个边缘上密封。在一些实施例中，半固体电极浆料可以包括的电解质少于制成的电极在最终形成时将包括的电解质的量。在一些实施例中，可以在第八步骤期间或之后添加至少部分电解质。在一些实施例中，在将电化学电池密封到袋材料中之后，可以使电化学电池循环通过一个或多个充电/放电循环。在一些实施例中，在电化学电池的初始循环之后，可以刺穿袋材料以便释放在初始循环期间形成的任何气体。在一些实施例中，在对密封的电化学电池袋除气之后，可以使用热密封机沿着第四边缘将袋重新密封。
折塞加上掩蔽材料
在一些实施例中，用于制造半固体电极的连续或半连续方法可以包括以上关于图5-图8描述的方法之一以及在两个板之间物理地部署集流体的部分的附加步骤的组合，以限定制成的电极的至少一个边缘。在一些实施例中，这种混合方法可以包括第一步骤，其中板可以最初在将连续集流体部署到板上时打开。在一些实施例中，连续集流体可以从卷轴馈送器跨越一个或多个辊馈送到输送机上。在一些实施例中，连续集流体可以基本上与以上关于图1描述的连续集流体相似。
在一些实施例中，在第一步骤中，可以例如使用气刀将连续集流体的部分部署(例如，插入或折塞)在两个打开的板之间。
在一些实施例中，在第二步骤中，可以将两个打开的板移动为闭合构造，其中两个板基本上彼此毗邻，并且连续集流体的插入的部分被保持在两个板之间。在一些实施例中，板的闭合可以将连续集流体的插入的部分保持在板之间。
在一些实施例中，在第三步骤中，可以将掩蔽材料部署到连续集流体的暴露部分上，以保护集流体的至少部分免于接收半固体电极浆料的涂层，并且限定集流体的至少一个边缘。在一些实施例中，可以通过限制可以涂覆半固体电极浆料的范围来限定集流体的边缘。在一些实施例中，掩蔽材料可以最初以卷起状态存储，并且可以通过掩模材料分配系统被馈送到集流体上。
在一些实施例中，可以在与连续集流体的行进方向平行的方向上施加掩蔽材料。在一些实施例中，可以在将集流体的部分插入在两个板之间之前施加掩蔽材料。换句话说，可以将掩蔽材料施加到集流体，并且然后可以将集流体和掩蔽材料两者的部分插入在两个板之间。虽然已经掩蔽的集流体的插入有可能造成掩蔽材料的损坏或未对准，但是它也可以在半固体电极浆料到经掩蔽的、插入的集流体上的沉积期间紧固掩蔽材料。
在一些实施例中，在将连续集流体从馈送卷轴或类似设备上解绕之后但是在将半固体电极浆料部署到集流体上之前，可以将掩蔽材料施加到连续集流体。在一些实施例中，在将连续集流体卷绕到馈送卷轴或类似设备上之前，可以将掩蔽材料施加到连续集流体。
在一些实施例中，在第四步骤中，可以由分配机构将半固体电极浆料部署到经掩蔽的、部分插入的连续集流体上。在一些实施例中，可以将所部署的半固体电极浆料部署到连续集流体上，而不部署到连续集流体的插入的部分上。在一些实施例中，部署到集流体上的半固体电极浆料材料中的一些也可以部署到掩蔽材料上。在一些实施例中，板的毗邻可以帮助减少或消除半固体电极浆料到插入在两个板之间的连续集流体的部分上的损失。
在一些实施例中，在第五步骤中，可以在将两个板移动为打开构造之前从集流体表面移除掩蔽材料。被移除的掩蔽材料可以连接到掩模材料回收系统。在一些实施例中，掩模材料回收系统可以包括用于从掩蔽材料清理掉任何累积的半固体电极浆料的子系统。在一些实施例中，可以在将两个板移动为打开构造之后从集流体表面移除掩蔽材料。在一些实施例中，掩蔽材料可以是闭环系统，使得在使用和清理掩蔽材料之后掩蔽材料可以在相同的制造过程中被重复使用。换句话说，掩蔽材料可以被清理并返回到电极制造过程的开始以被施加到集流体。在一些实施例中，可以针对掩蔽材料的寿命使用更耐用的掩蔽材料，以使得其使用具有成本效益。
在一些实施例中，在第六步骤中，可以打开板以暴露连续集流体的插入的部分。在一些实施例中，打开板还可以分隔连续集流体上的半固体电极浆料的离散部分。在一些实施例中，可以通过板上的机械作用来打开板。在一些实施例中，可以至少部分地通过加速连续集流体的输送速度来打开板。在一些实施例中，如图6B中所示，半固体电极浆料的离散部分可以被配置为在半固体电极浆料的离散部分的两侧或更多侧上具有结构良好的(即，干净的或笔直的)线。在一些实施例中，集流体上的半固体电极浆料的每个离散部分可以被认为是电化学电池的电极。
连续方法
图9-图11图示了通过覆盖或以其它方式保护连续集流体的部分免于被半固体电极浆料涂覆的以连续方式制造半固体电极的方法。在一些实施例中，可以通过预先施加掩蔽材料来保护连续集流体。在一些实施例中，可以在将连续集流体装载到集流体馈送设备上之前将掩蔽材料施加到连续集流体上，该集流体馈送设备被构造为将集流体馈送到输送机(例如，卷轴馈送器)。
在一些实施例中，掩蔽材料可以被印刷到集流体上，使得该掩蔽材料被永久地部署到集流体上。在一些实施例中，可以在集流体的制造期间将掩蔽材料印刷到集流体上。
在一些实施方式中，可以在将连续集流体从集流体馈送设备上解绕之后但是在将半固体电极浆料部署到经掩蔽的集流体之前将掩蔽材料施加到连续集流体上。
在一些实施例中，掩蔽材料可以包括被配置为在制造期间经历的温度和条件的范围可移除地粘附到集流体的任何合适的材料。在一些实施例中，掩蔽材料可以由聚合物、交联剂、热塑性聚合物、聚酰亚胺、非织造合成材料、挤出的热成型材料、纸、金属、天然纤维或其组合制成。在一些实施例中，掩蔽材料可以包括粘合剂，诸如橡胶基粘合剂、丙烯酸基粘合剂或硅酮基粘合剂。
在一些实施例中，可以在与连续集流体的行进方向平行和/或垂直的方向上施加掩蔽材料。在一些实施例中，在垂直方向上施加的掩蔽材料可以与在平行方向上施加的掩蔽材料分开施加。在一些实施例中，掩蔽材料可以包括网状结构，使得在平行方向和垂直方向上的掩蔽材料都被包括在一种材料中并且被同时施加。
在一些实施例中，至少部分地因为板不需要在打开构造和闭合构造之间移动，因此这个制造过程可以是基本上完全连续的。在一些实施例中，输送机系统可以被用于将经掩蔽的集流体移动经过分配机构(例如，浆料铸造站)。在不希望受到任何特定理论束缚的情况下，因为集流体至少部分地被掩蔽，所以可以至少在一定程度上在没有较不精确、破碎的电极边缘的权衡的情况下大体上提高浆料铸造速率。
在一些实施例中，可以使用被配置为将浆料精确地分派到集流体上的经工程设计的喷嘴将半固体电极浆料施加到经掩蔽的集流体上。在一些实施例中，这里的半固体电极浆料的沉积可以基本上与以上关于图1所述的方法相似。
在一些实施例中，一旦将半固体电极浆料部署到掩蔽的集流体上，制造过程就可以包括可选的浆料铺开步骤。在一些实施例中，可以使用辊或一系列辊执行浆料铺开。在一些实施例中，可以使用刮刀或其它类似设备从经掩蔽的集流体移除过量的浆料材料。
在一些实施例中，一旦浆料已经基本均匀地铺开在集流体上，就可以增加集流体沿着输送机的表面速度，以在形成的电极之间产生微小的间隙。在一些实施例中，在形成的电极之间产生的间隙可以在大约100μm和大约15mm之间、大约250μm和大约10mm之间、大约500μm和大约9mm之间、大约750μm和大约8mm之间、大约1mm和大约7mm之间、大约2mm和大约6mm之间、或大约3mm和大约5mm之间，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，在形成的电极之间产生的间隙可以大于大约100μm、250μm、500μm、750μm、1mm、2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm或15mm，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，可以通过使形成的电极在两个或更多个辊之间经过以压缩并可选地加热形成的电极来压延形成的电极。在一些实施例中，可以将形成的电极压延至特定的密度，例如大于大约1g/cm3、1.5g/cm3、1.75g/cm3、2g/cm3、2.25g/cm3、2.5g/cm3、2.75g/cm3、3g/cm3、3.25g/cm3、3.5g/cm3、3.75g/cm3或大于大约4g/cm3，包括其间的所有值和范围。在不希望受任何特定理论束缚的情况下，除其它结果外，电极的压延可以导致期望的孔隙率降低(能量密度增加)、z方向厚度的均化和/或集流体-电极界面处的接触电阻的减小。
在一些实施例中，压延过程可以导致半固体电极的孔隙率小于非压延半固体电极的孔隙率的大约99％，小于大约95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％，或小于大约50％，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，孔隙率降低至小于非压延半固体电极的大约60％可以导致半固体电极和/或集流体的撕裂或其它缺陷。
在一些实施例中，压延过程可以导致半固体电极的原始孔隙率小于大约50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％，或小于5％，包括其间的所有值和范围。
在一些实施方式中，在压延之后，包括集流体和半固体电极浆料的制成的电极可以具有小于大约2,000μm、小于大约1,500μm、小于大约1,000μm、小于大约750μm、小于大约500μm、小于大约250μm、小于大约200μm、小于大约150μm、小于大约100μm、小于大约75μm、小于大约50μm或小于大约25μm的z方向厚度，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，包括集流体和半固体电极浆料的制成的电极可以具有在大约25μm和大约2,000μm、大约25μm和大约1,500μm、大约50μm和大约1,000μm、大约75μm和大约750μm、或大约100μm和大约500μm之间的z方向厚度，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，在形成的电极已被可选地压延之后，可以从连续集流体移除掩模材料。在一些实施例中，掩模材料可以连接到掩模材料回收系统，掩模材料回收系统被配置为迫使从连续集流体移除掩蔽材料。在一些实施例中，可以以受控的方式执行从连续集流体移除掩蔽材料，使得掩蔽材料不从形成的电极中移除任何半固体电极浆料。在一些实施例中，掩模材料回收系统可以包括用于从掩蔽材料清理掉任何累积的半固体电极浆料的子系统。
在一些实施例中，掩蔽材料的移除可以在每个形成的电极之间产生间隙。在一些实施例中，在每个形成的电极之间产生的间隙可以足以允许连续集流体上的每个离散的形成的电极的干净分隔。在一些实施例中，在每个形成的电极之间产生的间隙可以足以允许切割连续集流体以形成各个电极。
在一些实施例中，可以在半固体电极浆料的每个离散部分之间垂直于集流体的行进方向切割集流体，以形成各个电极。在一些实施例中，可以使用激光器(例如，CO2气体激光器、大功率二极管激光器、光纤激光器等)、钻削、等离子体切割、使用往复式刀片、使用冲头或压机、气动切割、液压切割、使用本领域技术人员已知的其它方法或其组合来切割集流体。在一些实施例中，如图8中所示，可以从输送机上拾取各个电极(例如，使用机械臂)，并将其放置到不同的输送机上。在一些实施例中，如果在切割连续集流体之后在每个形成的电极之间产生的间隙不足，那么输送机的速度经过特定点可以增加，以便在相邻的形成的电极之间产生更多的空间。
在一些实施例中，如果制成的电极尚未耦合到袋材料，那么在这个步骤中可以将各个电极耦合到袋材料。在一些实施例中，可以通过加热袋材料的至少部分以将袋材料熔合到集流体来将各个电极耦合到袋材料。在一些实施例中，可以使用粘合剂将袋材料粘合到集流体。
在一些实施例中，可以可选地对个体电极进行压延，以减小集流体上的半固体电极浆料的厚度和/或减小缺陷。在一些实施例中，可以使用诸如移动网状厚度和/或重量测量系统之类的β测量仪来确保集流体上的半固体电极浆料的适当且一致的z方向厚度。在一些实施例中，摄像机和计算机处理器可以被用于例如使用计算机视觉程序来视觉地检查制成的电极并丢弃任何有缺陷的电极。
在一些实施例中，例如，如图11中所示，可以将半固体电极浆料部署到辊铸(rollcasting)系统上的集流体上。在一些实施例中，辊铸系统可以包括真空托盘或真空输送机系统，其被构造为将集流体输送通过制造系统。在一些实施例中，阳极可以在阳极输送机系统中制造，并且阴极可以在阴极输送机系统中制造。在一些实施例中，阳极输送机系统和输送机系统可以彼此相对定位，使得输送机在制成的阴极附近提供制成的阳极，以易于电化学电池组装。在一些实施例中，分隔器辊式馈送器可以在每个阳极与对应的阴极之间提供分隔器材料的恒定或间歇性的供应。在一些实施例中，可以在移除掩蔽材料之后并且在通过切割集流体形成制成的电极之前或之后将分隔器插入在阴极和阳极之间。
在一些实施例中，一旦移除了掩模材料，输送机系统就可以被构造为将集电体输送通过β量规，以确定集电体上的半固体电极浆料的厚度。在一些实施例中，如果成品电极比期望的厚，那么可以对电极进行压延(在移除掩模材料之前或之后)以减小厚度和/或使半固体电极材料致密化和/或移除电解质。
在一些实施例中，辊铸系统可以被配置为连续形成阴极并连续形成电极，在其间连续地插入分隔器。在一些实施例中，通过在袋材料的各部分之间密封半固体电极材料的离散部分并切割袋材料以形成单各个袋单元，辊铸系统可以连续地形成制成的电极。
内框架(endoframe)
在一些实施例中，制造半固体电极的连续或半连续过程可以包括使用内框架结构。在一些实施例中，代替掩蔽材料或除了掩蔽材料之外，如上所述，内框架结构可以在将半固体电极浆料部署到集流体上之前被部署到集流体上。在一些实施例中，内框架可以将集流体保持在适当位置。在一些实施例中，内框架可以具有至少某个z方向厚度，使得内框架至少部分地限定腔体，半固体电极浆料可以被部署到该腔体中，并且被保持在集流体的表面上。
在一些实施例中，内框架可以至少部分地限定制成的电极的表面积(例如，限定为内框架的内部范围)。在一些实施例中，内框架可以基于内框架的z方向高度至少部分地限定集流体上的半固体电极浆料的厚度。在一些实施例中，半固体电极浆料可以沿着集流体的暴露的部分的表面平滑或铺开。在一些实施例中，可以使用刀片(在本文中也被称为“刮刀”)或其它直边仪器来铺开半固体电极浆料。在一些实施例中，刀片和/或内框架可以可操作地耦合到振动源，以在半固体电极浆料沉积或平滑期间使刀片或内框架振动。振动可以促进半固体电极浆料材料在浆料沉积步骤期间或之后的分散。
在一些实施例中，诸如例如使用包括光学或激光干涉测量法、椭圆偏振法或光学或激光扫描探针的非接触测量技术中的任何一种以检查表面形态并可选地测量铺开半固体电极浆料的表面均匀性(例如，厚度)的光学或任何分析工具之类的仪器。在一些实施例中，当刀片铺开半固体电极浆料时，非接触仪器可以原位部署。
在一些实施例中，在铺开半固体电极浆料之后，可以移除内框架，从而仅留下已铺开到集流体的暴露部分上的半固体电极浆料的部分。可替代地，在一些实施例中，在铺开半固体电极浆料之后，可以将内框架保持在适当的位置，并且可以将分隔器放置在制成的电极上，使得分隔器、集流体和内框架各自部分地限定电活性区并在电活性区内包含半固体电极浆料。
在一些实施例中，除了内框架之外，还可以使用掩蔽材料，以便防止污染集流体的未涂覆部分和/或袋材料的任何暴露的部分。在一些实施例中，最初可以将内框架部署到集流体上，并且随后可以施加掩模材料以保护和/或限定制成的电极的边缘中的一个、两个、三个或四个。在一些实施例中，掩蔽可以延伸到集流体材料的边缘或延伸出集流体材料的边缘。在一些实施例中，掩蔽材料和内框架可以初始是单个部署的材料的一体件，该单个部署的材料被构造为使得在内框架保持部署到集流体上的同时可以移除掩蔽。在一些实施例中，在将半固体电极浆料部署到集流体上之后，可以基本上完全地从集流体移除包括内框架和掩蔽材料的单个部署的材料。
在一些实施例中，内框架可以延伸到集流体材料的边缘外，使得可以将半固体电极浆料更快且更不审慎地部署到连续集流体上。同样，在一些实施例中，每个内框架可以被定位并构造为直接且紧固地毗邻至少一个其它内框架，使得半固体电极浆料不能在两个或更多个内框架之间部署连续的集流体或袋材料。在一些实施例中，在半固体电极浆料已部署到集流体之后，可以使用振动或其它合适的方法来移除已经在内框架结构的顶部堆积的任何半固体电极浆料。
在一些实施例中，内框架和/或掩蔽材料可以被构造为使得内框架和/或掩蔽材料基于化学、电化学、物理结构或其它特点在一定程度上自然排斥半固体电极浆料。在一些实施例中，内框架和/或掩蔽材料可以由相对于半固体电极浆料产生小的接触角的材料制成。在一些实施例中，由于阳极半固体电极浆料与阴极半固体电极浆料之间的化学差异，在制造阳极时使用的内框架和/或掩蔽材料可以与在制造阴极时使用的内框架和/或掩蔽材料不同。
用刮刀连续
图12A-图12C图示了制造电化学电池的过程中的各个步骤，该电化学电池具有包括半固体电极浆料的阳极和阴极中的至少一个。如图12A中所示，在步骤1处，可以将掩蔽材料放置在可以用作电化学电池的集流体的导电材料的部分之上。在一些实施例中，可以将掩蔽材料部署到导电材料上，使得仅通过掩蔽可见的导电材料的暴露的部分可用于半固体电极浆料的沉积。在一些实施例中，导电材料可以包括可以是电源连接接线片的导电材料的突出件。
如图12B中所示，在步骤2处，可以将半固体电极浆料放置在导电材料的暴露的部分上。在步骤3和步骤4处，可以使电极沿着第二层的暴露的部分的表面平滑或铺开。例如，可以使用刀片或直边仪器来铺开电极。在步骤5处，可以移除掩蔽，从而仅留下已经铺开到导电材料的暴露的部分上的电极的部分。如图12C中所示，在步骤6处，可以将分隔器放置在集流体的部分上，使得分隔器覆盖电极。在步骤7处，可以将步骤6的完成的半固体电极和分隔器与另一个电极联接。例如，步骤6的电极可以是阴极电极，而另一个电极可以包括阳极电极。在步骤8处，可以执行真空和热封过程，以将两个叠层片密封在一起以形成制成的电池，如步骤9处所示。
在一些实施例中，在半固体电极浆料沉积之后，可以在插入有分隔器的情况下堆叠制成的阴极和阳极。在一些实施例中，首先将分隔器部署到袋材料，并且然后可以将阴极堆叠到分隔器上，然后可以将分隔器折叠到阴极之上，并且然后可以将阳极堆叠到分隔器上，并且然后可以将分隔器折叠回阳极上。在一些实施例中，可以执行这种来回折叠分隔器并交替堆叠阳极和阴极的过程，直到相应地组装适当数量的阳极和阴极为止。在一些实施例中，可以根据横向或纵向平面布置阴极和阳极，并通过本文描述的任何热密封方法密封形成。在一些实施例中，可以用分隔器将所得的组件折叠成锯齿形，以形成制成的电化学电池。虽然已经针对使用掩蔽材料的连续制造处理描述了或者堆叠或者锯齿形折叠的使用，但是或者用于处理制成的电极的方法或者任何其它合适的方法都可以与本文描述的任何方法和系统一起使用。
虽然上面已经描述了各种实施例，但是应当理解的是，它们仅仅以示例方式而非限制呈现。在上述示意图和/或实施例指示以某些朝向或定位布置的某些部件的情况下，可以修改部件的布置。虽然已经具体示出和描述了实施例，但是将理解的是，可以进行形式和细节上的各种改变。虽然已经将各种实施例描述为具有特定特征和/或部件的组合，但是具有来自本文描述的任何实施例的任何特征和/或部件的组合的其它实施例是可能的。
各种部件的具体配置也可以变化。例如，各种部件的大小和特定形状可以与所示的实施例不同，同时仍提供如本文所述的功能。更具体而言，可以针对期望或预期用途来具体选择各种部件的大小和形状。因此，应当理解的是，除非上下文另外明确指出，否则实施例和/或其部件的大小、形状和/或布置可以针对给定的用途修改。
在上述方法和/或事件指示以特定次序发生的某些事件和/或过程情况下，可以修改某些事件和/或过程的排序。此外，某些事件和/或过程可以在可能的情况下在并行过程中同时执行，以及如上所述顺序地执行。
机译： 制造半固体电极和电池的连续和半连续方法
机译： 半固体电极和电池制造的连续和半连续方法
机译： 半固电极和电池制造的连续和半连续方法
