具有离子导电聚合物电解质的复合固态电池单元的系统和方法与流程

具有离子导电聚合物电解质的复合固态电池单元的系统和方法
1.相关技术的交叉引用
2.本技术要求美国临时申请第62/869,407号的优先权，其标题为“具有离子导电聚合物电解质的复合固态电池单元的系统和方法”(“systems and methods for a composite solid-state battery cell with an ionically conductive polymer electrolyte”)，并于2019年7月1日提交。上述申请的全部内容出于所有目的通过引用合并于此。
技术领域
3.本说明总体涉及包括离子导电聚合物材料的固态电池单元的系统和方法。
4.

背景技术：
和

技术实现要素：

5.二次电池的能量密度是重要的优值，因为它描述了当分别以重量或体积计算时，每单位质量或体积可执行多少功。在汽车应用的情况下，这些度量很重要，因为它们规定了，相对于汽车的总质量或体积的多少被专用于负责汽车能量储备的模块，汽车在需要充电之前可以行驶的距离。
6.复合储能装置的能量密度受电极活性材料的理论重量或体积容量以及其中所包含的电极活性材料的量(质量或体积)影响。此外，包括储能装置的材料的封装效率影响能量密度，由此低效率可能以孔隙率或自由体积的形式体现，对于给定容量，其表现为体积增加的形式，或者在固定体积的情况下，导致容量降低。由于电极或电介质层内的空隙会破坏带电物质沿其移动的路径，因此低效封装产生的孔隙率或自由体积也具有增加电阻的效果。随着内阻的增加，电池的功率特性降低，从而导致需要高充电或放电率时性能下降。在常规锂离子电池的情况下，给定程度的孔隙率可被接受，并且甚至可具有功能性，因为这个空间被液体电解质渗透以促进锂离子从一个电极的活性材料传输到另一个电极。虽然这种离子传输的介质为锂离子提供了高水平的迁移率，但它存在高度易燃的缺点，导致在汽车或其他运输应用中存在安全问题。
7.期望消除与常规锂离子电池的液体电解质组分的易燃性相关联的风险，这使得有兴趣用固态电解质替换液体电解质，其结果是需要从整个电池结构中消除任何非功能自由体积，以优化上述性能特征。例如，固态电解质以多种形式存在，包括无机氧化物和硫化物以及有机材料，有机材料包括在形式上从凝胶聚合物到固体聚合物的连续介质。
8.发明人已认识到上述问题，并已确定至少部分解决这些问题的解决方案。为实现致密结构，包括颗粒材料的群组，包括但不限于电极活性材料、固体聚合物电解质、导电添加剂、粘合剂以及其他功能性或被动性质的有机和无机组分的亚群组，发明人已认识到可仔细选择单个组分的颗粒尺寸分布及其占总固体体积的相对百分比。这些标准有助于优化颗粒间堆积及其相互之间的分布，以保持组成材料的功能性。除了单独或相互组合的颗粒群组的先验设计外，最重要的是考虑这些材料的组合工艺，因为它们影响复合形式的材料的尺寸和近端分布。组合组分材料的工艺方面包括引入以促进混合和形成的试剂、组合组
分群组的顺序以及操纵组分(包括其混合物)的方法。
9.储能装置各层的设计标准和制造方法可取决于各层所需的功能而有所不同。例如，对于某些应用，包括电极活性材料的粉末、固态电解质和导电添加剂以及其他组分的混合物的电极可基于一组较小的固态电解质和导电添加剂颗粒中的一组电极活性颗粒进行配置。在这种配置中，可选择颗粒尺寸和分布参数以提供具有低孔隙率的层，同时还建立固态电解质和导电添加剂的渗流网络(percolative network)以分别支持离子和电子导电。为了满足电极层的功能性要求，设计必须通过建立电极活性材料的主要群组来最大化能量含量，其中，固态电解液和导电添加剂散布在连续相中，使得电极活性颗粒间隙之间的连接性可以实现。在这种情况下，固态电解质和导电添加剂颗粒占据的体积可足以楔开电极活性材料颗粒，以提供渗流路径，而不会引入不必要的空隙空间或占据固体体积的过多百分比，从而限制层所实现的电化学容量。为满足此类构造和性能标准，电极活性材料的群组可设计为基于较大颗粒尺寸建立主相，同时较小颗粒的群组占据电极活性材料大颗粒之间的自由体积的一部分。其他组分的尺寸分布和群组的相对百分比可处理为在较大电极活性材料颗粒群组之间的连接网络中的情况。
10.相比之下，间隔件的独特功能性规定了一套不同的设计标准，从而它可以为电极之间的锂传输提供尽可能低的阻力(resistance)，同时也可以作为所述电极之间的机械屏障，以防止发生短路。通过用具有高锂电导率值的材料制备电解质层，可将电极之间的锂传输的阻力降至最低，在这种情况下，电解质层也可充当间隔件。还可以通过增加电极层和电介质之间的接触面积以及通过减小电介质层的厚度来降低锂迁移的阻力。此外，配置形成电介质层的颗粒以减少锂离子从一个电极到另一个电极的路径的曲折性可降低电介质/间隔件层的阻力。如果不要求固体电解质必须装入电极活性材料之间的空隙中，如同电极层的情况，则用于优化电解质层设计的颗粒尺寸分布可不同于为电极层选择的颗粒尺寸分布。
11.通过在电解质层和电极层之间插入界面层以促进以最有效的方式对这些层进行匹配，对电极层和电解质层中的组分材料的尺寸分布和相对分数进行差分调谐的方法可提供进一步配置优化的机会。作为示例，可调整电极和电解质层之间的界面层中固体电解质的颗粒尺寸分布来适应电极层的表面形态，以在设计标准之间提供最佳平衡，从而促进界面空隙空间的最小化，同时也减少提供电极层和电介质层的边界之间的连接性的渗滤网络的曲折性。
12.电池各层的优化设计可导致各层之间存在显著差异的性质要求在制造工艺中具有特殊的灵活性，以实现这些层中的各层具有组合形式的最大潜在功能。除了确定满足这一要求的灵活性的制造方法外，对定义如何部署这些技术中每种技术的参数进行重大调整，对于负责制造固态电池的从业者来说，是一个重大且非直观的挑战。本文描述了制造固态电池的方法、它们的组分层以及从中衍生它们的混合物和材料。
13.作为一个示例和本文详述的内容，提供了一种涂层混合电极，其提供了至少一些上述解决方案。在一个示例中，形成浆料的方法可包括根据步骤排序将溶剂分成多个部分，在溶剂的第一部分中混合固体离子导电聚合物材料以形成悬浮液，例如，由聚苯硫醚或液晶聚合物形成，固体离子导电聚合物材料在室温下具有大于1x 10-5
s/cm的离子导电性，并且固体离子导电聚合物材料在室温下处于玻璃状态，其中，溶剂的第一部分约为总溶剂含
量的一半，在悬浮液中混合第一添加剂，并在悬浮液中混合第一添加剂后，将溶剂的第二部分与悬浮液混合，以形成固体含量在25至80wt.％之间、d50颗粒尺寸小于30μm、海格曼规小于90μm、以及在85hz下粘度在500至2800cps之间的浆料，其中，混合包括在高剪切下混合和在低剪切下混合，低剪切在10和55rpm之间。通过这种方式，可将浆料作为涂层涂覆在电极结构上，与常规固态电池相比，该电极结构可通过优化的颗粒分布降低孔隙率，并通过在形成工艺期间选择性分阶段引入组分改善渗流网络。此外，利用固体离子导电聚合物材料可进一步降低对锂离子传输的阻力，并改善包括涂层电极结构的电池单元中的机械稳定性。
14.应理解，提供上述发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念选择。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键或基本特征，其范围由具体实施方式之后的权利要求唯一限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上述或本发明的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。
附图说明
15.图1a示出涂覆的混合电极的第一示例配置的示意结构图。
16.图1b示出涂覆的混合电极的第二示例配置的示意结构图。
17.图2示出用于形成浆料的第一示例方法，用于将涂层涂覆在电极结构上。
18.图3示出用于形成浆料的第二示例方法，用于将涂层涂覆到电极结构上。
19.图4示出形成浆料的第三示例方法，用于将涂层涂覆到电极结构上。
20.图5示出通过基于浆料的涂覆工艺在电极结构上形成涂层的示例方法。
21.图6示出描绘阴极材料涂层的浆料中双峰颗粒尺寸分布的曲线图。
22.图7示出描绘阴极材料涂层的浆料中颗粒尺寸分布的曲线图。
23.图8示出描绘阴极材料涂层的浆料中粘度与剪切速率的曲线图。
24.图9示出用于形成阴极材料涂层的浆料的工艺流程图。
25.图10示出了阴极材料涂层的浆料中颗粒尺寸分布的扫描电子显微镜(sem)图像。
26.图11示出描绘阳极材料涂层的浆料中颗粒尺寸分布的曲线图。
27.图12示出描绘阳极材料涂层的浆料中粘度与剪切速率的曲线图。
28.图13示出形成阳极材料涂层的浆料的第一工艺流程图。
29.图14示出形成阳极材料涂层的浆料的第二工艺流程图。
30.图15示出描绘间隔件涂层的浆料中颗粒尺寸分布的曲线图。
31.图16示出描绘间隔件涂层的浆料中粘度与剪切速率的曲线图。
32.图17示出用于形组间隔件涂层的浆料的第一工艺流程图。
33.图18示出形组间隔件涂层浆料的第二个工艺流程图。
34.图19示出间隔件涂层浆料中颗粒尺寸分布的sem图像。
具体实施方式
35.以下描述涉及包括离子导电聚合物材料作为电解质的固态电池单元的系统和方法。具体而言，离子导电聚合物材料可以是固体离子导电粉末，例如固体离子导电聚合物材料，美国专利申请公开号2017/0018781，国际专利公开号2016/196873，以及美国专利申请公开号2017/0005356，其内容通过引用并入本文，例如由马萨诸塞州沃伯恩(woburn,
massachusetts)的离子材料公司(ionic materials inc.)生产的固体离子导电粉末。固体离子导电聚合物材料可由聚合物、掺杂剂和离子化合物合成。基础聚合物可为半结晶或全结晶。可用于基础聚合物的典型材料包括液晶聚合物和聚苯硫醚(也称为pps)或结晶指数大于30％或大于50％的半结晶聚合物。用于基础聚合物的候选液晶聚合物材料可包括对羟基苯甲酸的共聚物。其他候选基础聚合物包括聚(对苯氧基苯醚)、聚醚醚酮、聚邻苯二甲酰胺、聚吡咯、聚苯胺、聚砜、包括所列材料单体的共聚物及其混合物。固体离子导电材料可以是热塑性材料。固体离子导电材料在玻璃态下导电。掺杂剂是电子受体，可以是ddq、tcne、氯苯胺、氧、臭氧和三氧化硫(so3)。离子源或“离子化合物”可包括通常用于锂离子电池或其他电池系统中的盐，例如litfsi(锂双三氟甲烷磺酰胺)、lifsi(锂双(氟磺酰)酰亚胺)、锂双(草酸)硼酸酯(lib(c2o4)2、“libob”)和其他锂离子化合物及其组合。具体而言，固体离子导电聚合物材料在室温下可具有大于1x 10-5
s/cm的离子导电性，并且在室温下可具有玻璃态。因此，离子导电聚合物材料可以具有高室温离子导电性，并且可以以可调谐和特定于电极的方式并入固态电池单元的各种涂层中以实现电化学稳定性。此外，离子导电聚合物材料可保留固体粉末的形式，该固体粉末可不溶于通常使用的溶剂。因此，离子导电聚合物材料可通过改变颗粒尺寸分布、颗粒形态、相对体积百分比等来调节/降低界面阻抗。在本发明的范围内，可替代具有类似功能和性质的其他固体聚合物材料。
36.如本文更详细描述和使用的，电池可包括能够将化学能转换为电能的电化学存储装置。二次电池可包括电池，其在达到放电状态时，可根据给定的一组规定标准，通过施加外部电流或电压而返回到充电状态。电池可包括多个电池单元，这些电池单元被配置为彼此电结合。每个单元可以包括至少两个电极层和间隔层。每个电极可包含电极活性材料。正电极活性层可称为阴极。负极活性层可称为阳极。
37.此外，如本文中关于工艺更详细描述的，间隔层可称为间隔件。间隔层可负责防止阴极层和阳极层之间的接触，以及促进电极之间离子物种的传输，同时抑制电极之间电子物种的传输。
38.间隔层可包含离子导电聚合物，具体地，固体离子导电聚合物材料，例如室温下离子导电率大于1x 10-5
s/cm且结晶指数至少约为30％的材料，其中，该材料在室温下处于玻璃状态，并且由聚苯硫醚聚合物或液晶聚合物形成。如本文所使用的，当提及数值时，“大约”或“大致”可包含5％或更小的偏差。
39.应了解，与电极的外部电接触可通过集电器建立，在制造工艺中，电极层涂覆在集电器上。
40.附加层可被引入到单元结构中，以改善电极层与间隔件或集电器层之间的界面。如上所述，单元结构的每一层可以由其组分来描述。为了一致性的目的，在本发明中采用了以下惯例来描述组合物层的整体：
[0041]-组合物(总计)＝组分a 组分b 组分c 组分d，其中，
[0042]
o组分a：电极活性材料；
[0043]
o组分b：固体聚合物电解质材料或离子导电固体聚合物；
[0044]
o组分c：自由体积；以及
[0045]
o组分d：浆料配方和层制造中使用的所有其他材料，包括：
[0046]
■
d1：粘合剂材料，
[0047]
■
d2：电子导体或导电添加剂，
[0048]
■
d3：表面活性剂，
[0049]
■
d4：溶剂，
[0050]
■
d5：陶瓷离子导体(用于降低阻抗)，
[0051]
■
d6：无机陶瓷(用于增强机械完整性)，
[0052]
■
d7：锂盐，以及
[0053]
■
d8：离子导电添加剂。
[0054]
图1a和图1b描绘了涂层混合电极或电池单元子组分的各种配置。图6至图8、图10至图12、图15、图16和图19描绘了示出本文所述的复合物浆料的各种性质的曲线图。图2至图4描述了用于形成复合物浆料的示例方法，该复合物浆料用于向电极结构(例如，阴极材料涂层、阳极材料涂层、阴极集电器、阳极集电器或其组合)施加涂层，其中，电极结构随后可并入电池单元中。图9、图13、图14、图15和图18描绘了用于形成复合物浆料的示例工艺流程图。图5描绘了通过基于浆料的涂覆工艺在电极结构上形成涂层的示例方法。
[0055]
现在参考图1a，描绘了涂覆的混合电极或电池单元子组分的第一配置100。按顺序，涂覆的混合电极的第一配置100可包括阳极集电器101、阳极材料涂层102、阳极间隔件界面涂层106、间隔件涂层103、阴极间隔件界面涂层107、阴极材料涂层104和阴极集电器105。因此，间隔件涂层103可以用作电池间隔件。
[0056]
阳极材料涂层102和阳极间隔件界面涂层106中的一个或多个可包括含有锂的阳极活性材料。阴极材料涂层104和阴极间隔件界面涂层107中的一个或多个可包括含有锂的阴极活性材料。如上文所述，阳极材料涂层102、阳极间隔件界面涂层106、间隔件涂层103、阴极间隔件界面涂层107和阴极材料涂层104中的一个或多个可包括离子导电聚合物材料或另一固体聚合物材料。
[0057]
在一些示例中，可在间隔件涂层103和电极结构之间定义粘附界面。粘附界面可以是间隔件涂层103和电极结构之间的三维界面，使得间隔件涂层103可与电极结构的表面共形并渗透到电极结构的表面。作为第一示例，电极结构可以是沉积在阳极集电器101上的阳极材料涂层102，可选地，在其上沉积阳极间隔件界面涂层106。作为第二示例，电极结构可以是沉积在阴极集电器105上的阴极材料涂层104，可选地，在其上沉积阴极间隔件界面涂层107。在一些示例中，粘附界面的180
°
剥离强度可大于200gf/in。因此，本文所述的基于浆料的涂层方法可产生比应用单独聚合物电解质膜(在一些示例中，其可具有约2.1gf/in的180
°
剥离强度)更大的粘附力。
[0058]
现在参考图1b，描绘了涂覆的混合电极或电池单元子组分的第二配置150。按顺序，涂覆的混合电极的第二配置150可包括阳极集电器101、阳极材料涂层102、阳极间隔件界面涂层106、第一间隔件涂层103a、常规电池间隔件108、第二间隔件涂层103b、阴极间隔件界面涂层107、阴极材料涂层104和阴极集电器105。在一些示例中，常规电池间隔件108可分成单个间隔件涂层103。
[0059]
图2提供了用于形成包括固体离子导电聚合物材料的浆料的第一方法200。在一些示例中，可通过基于浆料的涂覆工艺将浆料作为涂层涂覆在电极结构上。在一些示例中，涂层可以是阴极材料涂层、阴极间隔件界面涂层、阳极间隔件界面涂层和间隔件涂层中的一种，例如阴极材料涂层104、阳极材料涂层102、阴极间隔件界面涂层107、阳极间隔件界面涂
层106、和间隔件涂层103，如上文关于图1a和图1b所述。
[0060]
在一些示例中，第一方法200可以使用多个混合器，其中，多个混合器可以配置为执行202到206，如下文详细描述。多个混合器中的每一个可在高剪切和低剪切中的一个或两个下操作。此外，在一些示例中，可以按顺序执行202到206，即从202到204到206。
[0061]
在202处，固体离子导电聚合物材料(例如，组分b)可分散在溶剂(例如，组分d4)的至少第一部分中以形成悬浮液。在一些示例中，溶剂的至少第一部分可包括一个或多个其他组分。因此，溶剂的第一部分可包括溶液。
[0062]
在204，一种或多种添加剂可分散在悬浮液中。在一些示例中，一种或多种添加剂可包括电极活性材料(例如，组分a)、粘合剂(例如，组分d1)、表面活性剂(例如，组分d3)和无机陶瓷(例如，组分d6)。
[0063]
在206处，第二部分溶剂可与悬浮液混合以形成浆料。可提供溶剂的第二部分以达到目标固体含量。因此，在一些示例中，浆料的固体含量可在40和80wt.％之间，d10颗粒尺寸分布小于1μm，d50颗粒尺寸分布小于30μm，d90颗粒尺寸分布小于60μm，d99颗粒尺寸分布小于140μm。海格曼规(hegman gauge)小于90μm，并且在85hz下粘度在500到280cps之间。然后，第一方法200可以结束。
[0064]
现在参考图3，描述了用于形成包括固体离子导电聚合物材料的浆料的第二方法300。在一些示例中，可通过基于浆料的涂覆工艺将浆料作为涂层涂覆在电极结构上。在一些示例中，涂层可以是阴极材料涂层、阴极间隔件界面涂层和阳极间隔件界面涂层中的一种，例如阴极材料涂层104、阳极材料涂层102、阴极间隔件界面涂层107和阳极间隔件界面涂层106，如上关于图1a和图1b所述。
[0065]
在一些示例中，第二方法300可以使用多个混合器，其中，多个混合器可以配置为执行302到310，如下文详细描述。多个混合器中的每一个可在高剪切和低剪切中的一个或两个下操作。此外，在一些示例中，可以按顺序执行302到310，即从302到304到306到308到310。
[0066]
在302处，粘合剂的第一部分(例如，组分d1)可溶解在溶剂的第一部分(例如，组分d4)中以形成溶液。
[0067]
在304处，导电添加剂(例如，组分d2)可分散在溶液的第一部分中以形成悬浮液。
[0068]
在306处，固体离子导电聚合物材料(例如，组分b)和溶液的第二部分可分散在悬浮液中。
[0069]
在308，一种或多种其他添加剂和溶液的剩余部分可分散在悬浮液中。在一些示例中，一种或多种其他添加剂可包括电极活性材料(例如，组分a)和粘合剂的第二部分(例如，组分d1)。
[0070]
在310处，第二部分溶剂可与悬浮液混合以形成浆料。可提供溶剂的第二部分以达到目标固体含量。因此，在一些示例中，浆料的固体含量可在40到80wt.％之间，d10颗粒尺寸分布小于10μm，d50颗粒尺寸分布小于30μm，d90颗粒尺寸分布小于60μm，d99颗粒尺寸分布小于140μm，海格曼规小于90μm，并且在85hz下粘度在500到2800cps之间。然后，第二方法300可以结束。
[0071]
现在参考图4，描述用于形成包括固体离子导电聚合物材料的浆料的第三方法400。在一些示例中，可通过基于浆料的涂覆工艺将浆料作为涂层涂覆在电极结构上。在一
些示例中，涂层可以是间隔件涂层，例如如上参考图1a和图1b所述的间隔件涂层103。
[0072]
在一些示例中，第三方法400可以使用多个混合器，其中，多个混合器中的每一个都可以配置为执行402到412，如下文详细描述。多个混合器中的每一个可在高剪切和低剪切中的一个或两个下操作。此外，在一些示例中，402到412可以按顺序执行，即从402到404到406到408到410到412。
[0073]
在402处，固体离子导电聚合物材料(例如，组分b)可分散在溶剂(例如，组分d4)的至少第一部分中以形成悬浮液。在一些示例中，溶剂的至少第一部分可包括一个或多个其他组分。因此，溶剂的第一部分可包括溶液。
[0074]
在404处，粘合剂(例如，组分d1)和表面活性剂(例如，组分d3)可以是溶剂的第二部分中的溶解剂(dissolvent)。在406处，无机陶瓷(例如，组分d6)可溶解在溶剂的第二部分中以形成溶液。在408处，溶液的一部分可分散在悬浮液中。在410处，溶液的剩余部分可分散在悬浮液中。
[0075]
在一些示例中，在412处，溶剂的第三部分可与悬浮液混合以形成浆料。可提供溶剂的第三部分以达到目标固体含量。因此，在一些示例中，浆料的固体含量可在40和55wt.％之间，d10颗粒尺寸分布小于1μm，d50颗粒尺寸分布小于15μm，d90颗粒尺寸分布小于60μm，d99颗粒尺寸分布小于100μm，海格曼规小于90μm，并且在85hz下粘度在500到2200cps之间。然后，第三方法400可以结束。
[0076]
图5提供了用于通过基于浆料的涂覆工艺在电极结构上形成涂层的另一方法500，由此电极结构可包括在电池单元中。在一些示例中，涂层可以是阴极材料涂层、阴极间隔件界面涂层、阳极间隔件界面涂层和间隔件涂层中的一种，例如阴极材料涂层104、阳极材料涂层102、阴极间隔件界面涂层107、阳极间隔件界面涂层106、和间隔件涂层103，如上文关于图1a和图1b所述。在其他示例中，涂层可分别形成用于阳极集电器和阴极集电器(例如，阳极集电器101和阴极集电器105)的第一接片保护条和第二接片保护条之一，如上文参考图1a和图1b所述。
[0077]
在502处，可获得包括固体离子导电聚合物材料(例如，组分b)的浆料。在一些示例中，浆料可以是上文所述的复合物浆料，并且还可以包括组分a、组分c和组分d中的一种或多种。在一些示例中，浆料可以是液体形式。
[0078]
在504处，可将浆料涂覆到电极结构上。在一些示例中，电极结构可包括阳极集电器(例如101)、阴极集电器(例如105)、先前沉积的阳极材料涂层(例如102)、先前沉积的阴极材料涂层(例如104)或先前沉积的间隔件涂层(例如，间隔件涂层103、阳极间隔件界面涂层106、阴极间隔件界面涂层107等)可在不脱离本发明范围的情况下使用多种基于浆料的涂覆工艺，包括但不限于槽模涂层、辊对辊涂覆(例如，凹版涂覆、丝网印刷、柔版印刷)、刮刀浇铸、磁带浇铸、喷雾(气溶胶)涂覆、反逗号涂覆(reverse comma coating)等。
[0079]
在506处，可干燥涂覆的电极结构，在508处，可压延涂覆的电极结构。在本发明的范围内，可优化干燥和压延中的每一种以获得所需的涂覆工艺。然后，方法500可以结束。
[0080]
如本文所述的方法可用于形成单元涂层或层。下面将更详细地描述每一层。
[0081]
阴极
[0082]
在一个示例中，单元的阴极层可包括多种材料，这些材料在孤立群体中可被表征为粉末，只要包括大量具有类似组分和特性的颗粒。这些粉末可与其他材料结合以形成浆
料，以促进将具有从其复合物衍生的功能性的连续层沉积到基板上，在本发明的情况下，基板可以是集电器或先前制造的电极、间隔件或包括其组合的组分。在下文中，提供对组分材料、材料可组合以形成浆料的方法、浆料的特性以及浆料的浇铸方法的描述。
[0083]
在一个示例中，包括阴极及其衍生的浆料的复合物可由具有主动和被动功能的多种材料组合而形成。这些候选材料中的一些可在浆料形成期间以牺牲为基础部署，并且可在浆料涂覆之后移除。
[0084]
阴极的复合物，以浆料或其他形式，可根据以下定义：
[0085]-组合物(总计)＝组分a 组分b 组分c 组分d
[0086]-其中，组分a对应于阴极活性材料
[0087]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0088]-其中，组分c对应于自由体积
[0089]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分
[0090]
由此，阴极浆料可包括以下组分：
[0091]
组分a
[0092]-一种或多种活性材料的组合，例如以下一种或多种活性材料：磷酸铁锂(lfp)、尖晶石lnmo、licopo4、linipo4、lvp、lvpf、linixmnycozo2或linixcoalzo2，一次颗粒尺寸在0.01和20μm之间
[0093]
b部分
[0094]-一种或多种固体离子导电聚合物材料，作为离子导电剂，一次颗粒尺寸在0.01和20μm之间
[0095]
组分c
[0096]
组分d
[0097]-组分d1：粘合剂，包括从包括聚醚、聚酯、羧甲基纤维素或基于至少一种单体的聚合物(例如，甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、丁二烯、丙烯酸或偏氟乙烯)的组中选择的至少一种化合物
[0098]-组分d2：电子导体，例如炭黑、super p、气相生长碳纤维
[0099]-组分d3：一种或多种用于浆料均匀性的表面活性剂，例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐
[0100]-组分d4：一种或多种分散溶剂，例如丙酮、异丙醇、甲醇、甲苯、n-甲基吡咯烷酮和水
[0101]-组分d5：用于降低界面阻抗的一种或多种无机添加剂，例如linbo3、litao3、linbxta1-xo3、batio3，并且包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01到10微米之间
[0102]-组分d6：用于改善固体电解质层中聚合物电解质的机械完整性并提供补充功能的一种或多种添加剂，例如p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01和10μm之间
[0103]
除溶剂外，阴极浆料可包含以下范围内的先前组分：
[0104]-固体离子导电聚合物材料，在0和15wt.％之间
[0105]-活性材料，在80和95wt.％之间
[0106]-粘合剂，含量在0.1和10wt.％之间
[0107]-电子导体，在1和10wt.％之间
[0108]-表面活性剂，含量在0和5wt.％之间
[0109]
阴极层的复合物体积可被定义为
[0110]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0111]-组分a的体积百分比可》35％，》45％，》55％，》60％，或》65％
[0112]-组分b的体积百分比可《30％，《25％，《20％，《15％，或《10％
[0113]-组分c的体积百分比可能《40％，《30％，《20％，或《15％
[0114]-组分d的体积百分比可《30％，《25％，《10％，或《5％
[0115]-组分c和d的体积百分比之和可小于40％，《30％，《20％，或《15％
[0116]
颗粒的尺寸，包括组分a和b的粉末形式，也可通过以下方式描述：
[0117]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0118]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0119]-在包括组分a的体积％中，属于尺寸分布由平均值a
1,mean
》a
mean
形式描述的群组的颗粒占100％、《95％、《85％、或《80％，组分a的其余部分，由a2标识，属于a
2,mean
《a
mean
的群组，位于较大颗粒之间的空隙中
[0120]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0121]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0122]-在包括组分b的体积％中，属于尺寸分布由平均值b
1,mean
》b
mean
形式描述的群组的颗粒占》80％、《85％、《90％、或《95％，组分b的其余部分，由b2标识，属于b
2,mean
《b
mean
的群组，位于较大颗粒之间的空隙中
[0123]
组成复合物(总)的组分a和组分b的相对分数可描述如下：
[0124]-随着组分a的体积％(包括总固体体积的百分比)增加，组分b(包括b2)的体积％将相对于组分b(包括b1)的体积％增加。这种方法可以降低孔隙度水平
[0125]-随着组分a1与组分a2的比例降低，组分b(包括b1)的体积％与组分b(包括b2)的体积％的比例可降低。在一些示例中，这种方法通过也降低b1:b2的尺寸比，在保持spe:am密度的同时，随着活性材料的表面生长，保持固体聚合物电解质过冷网络(perocolation network)
[0126]-以a1形式添加到复合物(总)中的组分a的分数可为100％，《95％，《90％，《85％或《80％
[0127]-以b1形式添加到复合物(总)中的组分b的分数可为100％，《90％，《80％，《70％，《60％或《50％
[0128]
在其涂覆之前，在一些示例中，正电极浆料可表征为：
[0129]-在85hz下，粘度在1000和2600cps之间，通过平行板流变仪测量。
[0130]-固体含量在45％到75％之间
[0131]-海格曼规低于80μm或低于50μm
[0132]-颗粒尺寸分布如下：d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0133]
在低湿度环境中，可在室温(20℃)和140℃之间进行压延。压延后的正电极厚度可在100至400μm之间。
[0134]
代表性颗粒尺寸分布曲线如图6的曲线图600和图7的曲线图700所示。第一峰值代表组分b的颗粒尺寸，而约10μm处的第二峰值归属于组分a。
[0135]
代表性粘度曲线如图8的曲线图800所示，其中，粘度与剪切速率相对应。在本示例中，浆料表现出剪切变稀。
[0136]
阴极混合料浆法
[0137]
下面提供了形成阴极浆料的示例工序。
[0138]
阴极浆料混合工艺的示例工序1：在此示例中，组分d1(粘合剂)可作为溶液分多个阶段添加。
[0139]
i、混合速度和设备
[0140]
具体而言，可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定混合器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0141]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0142]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0143]
ii、组分d4中的组分d1的溶液
[0144]
首先，可将组分d1溶解在组分d4中以形成1和15wt.％的溶液。组分d2可以分散。
[0145]
iii、分散组分d2
[0146]
组分d1溶液的一部分(10％至60％)和组分d2可在30分钟至90分钟之间混合。在此步骤后，固体含量介于5和30wt.％之间。
[0147]
iv、分散组分b
[0148]
然后，可将组分b和组分d1溶液的另一部分(5％至40％)添加到先前的悬浮液中，并在30至90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在10至50wt.％之间。
[0149]
v、分散组分a
[0150]
可将组分a的一半与组分d1溶液的另一部分(10％至70％)一起添加到混合容器中；可将溶液再混合45至120分钟。在此步骤之后，固体含量可在40至80wt.％之间。可将组分a的另一半和组分d1溶液的剩余部分添加到混合容器中，并混合120分钟至16小时。
[0151]
vi、目标固体百分比
[0152]
在一些示例中，此时可添加附加组分d4，以达到上述最终浆料特性。工艺完成后，浆料特性可为：
[0153]
■
d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0154]
■
海格曼规《50μm
[0155]
■
固体含量在40-80wt.％之间
[0156]
■
在85hz下粘度介于2000和2600cps之间
[0157]
示例工序1的工艺流程图900如图9所示。
[0158]
阴极浆料混合工艺的示例工序2：作为另一个示例，提供了一种在单个阶段添加粘
结剂作为粉末的方法。
[0159]
i、混合速度和设备
[0160]
在此示例中，可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器、低剪切锚定混合器或低剪切螺旋形桨叶的组合来实现组分的分散。
[0161]
在一些实施例中，在整个混合工艺中，可以如下所述保持混合速度：
[0162]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0163]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0164]
ii、分散组分d2
[0165]
组分d4、组分d1和组分d2可在30到90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至30wt.％之间。
[0166]
iii、分散组分b
[0167]
可将组分b和更多组分d4添加到先前的悬浮液中，并在30至90分钟之间混合。在此步骤之后，浆料固体含量可在10至50wt.％之间。
[0168]
iv、分散组分a
[0169]
可将一半组分a与更多组分d4一起添加到混合容器中。在此示例中，溶液可再混合45至120分钟。在此步骤之后，浆料固体含量可在40至80wt.％之间。可将另一半组分a和更多组分d4添加到混合容器中，并混合120分钟至16小时。
[0170]
v、目标固体百分比
[0171]
在一些示例中，可在这时添加附加溶剂以达到上述最终浆料特性。在此步骤后，浆料特性可为：
[0172]
■
d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0173]
■
海格曼规《50μm
[0174]
■
固体含量在40-80wt.％之间
[0175]
■
在85hz下，粘度介于1000和2000cps之间
[0176]
阴极浆料混合工艺的示例进程3：作为另一个示例，提供了包括仅使用高剪切分散器进行混合的进程。
[0177]
i、混合速度和设备
[0178]
在此示例中，可使用配备锯齿高速分散器的单轴混合器实现组分的分散。在整个混合工艺中，高剪切轴混合速度可保持在0至1500rpm之间。
[0179]
ii、组分d4中的组分d1的溶液
[0180]
首先，可将组分d1溶解在组分d4中以形成1和15wt.％的溶液。
[0181]
iii、分散组分d2
[0182]
可使用d4溶液中的组分d1，其中，来自上文为组分d2提供的选项的组分d2a可首先分散。可混合30-90分钟。接下来，可将来自上文为组分d2提供的选项的第二组分(组分d2b)再分散30-90分钟。固体含量约为10％。
[0183]
iv、分散组分b
[0184]
接下来，可将组分b分散到浆料中30-90分钟。在此步骤后，可将组分a全部添加，其中，可将浆料混合2-12小时。
[0185]
v、目标固体百分比
[0186]
最后，可添加组分d4，以将浆料的固体含量调整至50-60％之间。
[0187]
表1提供了浆料混合工艺的示例。
[0188]
表1：对于lini
0.8
mn
0.1
co
0.1
o2(nmc811)(阴极活性材料)，阴极浆料混合工艺的示例。
[0189][0190]
混合工艺中还考虑了一种替代方法，以分配固体电解质组分。例如，为了促进组分颗粒的分布，提供最佳密度并保持组分材料的功能性，仔细选择不同材料的颗粒群组添加到混合物中的顺序。较小的颗粒存在散布在较大颗粒之间的趋势。为了有效地实现这一点，必须首先确定较大颗粒分布的均匀性。此外，为了获得较高的重量分析能力，可以将每种组分材料的总含量分为几组，以设计大颗粒群组相对于较小颗粒群组的分布。
[0191]
鉴于先前对阴极层的复合物体积的定义，定义为：
[0192]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0193]-其中，组分a对应于阴极活性材料
[0194]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0195]-其中，组分c对应于自由体积
[0196]-其中，组分d对应于存在粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分时产生的体积
[0197]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0198]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0199]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0200]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0201]
考虑到上述设计标准，以下规定了通过混合工艺将阴极层的组分组合以形成组分a、b、c和d的混合物的顺序：
[0202]
步骤1，最初，组分a1可与组分b2的一部分混合
[0203]
步骤2，组分a1可与部分组分d混合，提供用b1颗粒装饰的分散的a1颗粒群组
[0204]
步骤3，单独或与组分a1组合，组分b1和a2可与进一步添加的组分d的一部分混合在一起
[0205]
步骤4，组分b2的一部分可添加到混合物中
[0206]
步骤5，组分b2和组分d的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a1、a2、b1、b2和d的全部
[0207]
除以上外，不连续粘合剂介质的使用被视为组分d的一部分。不连续粘合剂介质的
使用，提供连续共形涂层的功能，而不会抑制电极的活性材料与分散在整个电池层中的离子导电颗粒之间或在形成电解质层的聚合物固态颗粒之间的界面处带电物质的转移。
[0208]
为了部署这种策略，再次利用分阶段混合，由此可首先将给定电极的活性材料与固体电解质粉末混合在湿或干浆料中，以建立活性材料与固体电解质的表面涂层。然后可将这种离子导电粉末涂覆的活性材料与粘合剂载体混合，该粘合剂载体可抵抗浆料溶剂中的溶解剂。在混合固体电解质涂覆的活性材料和非可溶性粘合剂载体后，可添加附加可溶性粘合剂组分，以调整电极的机械耐久性，而不损害离子导电和电活性物质的功能性。
[0209]
这种工艺的示例可描述如下：
[0210]
步骤1，最初，组分a1可与组分b2的一部分混合
[0211]
步骤2，组分a1和组分b2的混合物可与组分d
1a
(不可溶性粘合剂)的一部分混合，提供用b2颗粒和d
1a
(不可溶性粘合剂)颗粒装饰的分散的a1颗粒群组
[0212]
步骤3，可将一部分b1和组分d
1b
(可溶性粘合剂)添加到组分a1、组分b2和组分d1(不可溶性粘合剂)的混合物中
[0213]
步骤4，组分b1和a2可单独或与组分a1、组分b2和d
1a
(不可溶性)的混合物混合，并进一步添加组分d
1b
(可溶性粘合剂)的一部分
[0214]
步骤5，组分b2的一部分可添加到混合物中
[0215]
步骤6，组分b2和组分d
1b
的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a1、a2、b1、b2、d
1a
和d
1b
的全部
[0216]
为了促进上述组分的预期分布，在使用该方法指导组分颗粒尺寸分布的优化时，可采用以下参数：
[0217]-电极活性材料的平均直径与固体聚合物电解质的比率可以小于7、小于6、小于5或小于4。
[0218]-阴极活性材料组分a1的最常见颗粒尺寸可小于20微米、大于5微米或10微米
[0219]-阴极活性材料组分a2的最常见颗粒尺寸可为》0.5微米、》1微米、《15微米、《5微米或1.5微米
[0220]-阴极活性材料的最小特征颗粒尺寸可大于0.5、》1、》2或》5微米，且阴极的最大特征颗粒尺寸可小于70、《50、《30、《20或《15微米
[0221]-固体聚合物电解质组分b1的最常见颗粒尺寸可《5微米或》1.6微米
[0222]-固体聚合物电解质组分b2的最常见颗粒尺寸可《1.5微米、》0.35微米或0.7微米
[0223]-固体聚合物电解质的最小特征颗粒尺寸可《1微米、《0.5微米、《0.2微米或《0.05微米
[0224]-固体聚合物电解质的最大特征颗粒尺寸可》10微米、》20微米或《50微米
[0225]-可以使用对数正态分布函数(包括单个或多个组分)来近似亚群组的颗粒尺寸分布。可以使用具有对数正态分布的多个组分来近似组分a和组分b
[0226]-[0227]-其中，x为颗粒尺寸，μ为平均颗粒尺寸，σ为标准偏差或分散度
[0228]-组分，a1的分散度可以是《0.5、《0.4、《0.3、《0.2或《0.15
[0229]-组分，a2的分散度可以是《0.5、《0.45、《0.4、《0.3、《0.25或《0.15
[0230]-组分，b的分散度可以是《0.7、《0.65或《0.6
[0231]-组分，b1的分散度可以是《0.7、《0.6、《0.5、《0.4、《0.3或《0.2
[0232]-组分，b2的分散度可以是《0.9、《0.8、《0.7、《0.6、《0.5、《0.45或《0.4
[0233]
阴极浆料涂覆工艺
[0234]
在一个示例中，可使用上文所述的涂覆方法之一(例如，示例工序1、2或3)以1至10m/min的速度涂覆阴极浆料。在涂覆后，电极辊通过一组多个烘箱，在烘箱中可设置干燥条件，以达到30-200g/min的蒸发率范围。可优化这个范围的值，以减少组分d1(粘合剂)的迁移或空间梯度、组分b(固体离子导电聚合物材料)的网络分布、涂层宽度上涂层重量的优化均匀性以及良好的涂层附着力(≥10gf/in)。后一个参数可提供电极的后续冲压，而不会损害涂层的完整性，表面上或沿经冲压电极的边缘存在分层。
[0235]
聚合物电解质在阴极中二维分布的表征
[0236]
组分b的二维分布由sem-eds图像量化。在如图10所示的sem图像1000中，示出了阴极涂层的表面，其中，组分b以白色突出显示，而背景以黑色显示。
[0237]-使用最近邻距离(nnd)分析，聚合物电解质的2d分布可以聚集，平均nnd在3-10μm之间。
[0238]-最大feret距离(组分b颗粒的边界上两点之间的最长距离)可在0.6-10μm之间。
[0239]-颗粒的面积可在0.2-23μm2之间。
[0240]-阴极中颗粒的圆形度，由定义，可在0.2-1.0之间。
[0241]
阳极
[0242]
类似于关于阴极的讨论，阳极层也可利用所公开的工艺。在一个示例中，单元的阳极层可包括多种材料，这些材料在孤立群体中可被表征为粉末，只要包括大量具有类似组分和特性的颗粒。这些粉末可与其他材料结合以形成浆料，以促进将具有从其复合物衍生的功能性的连续层沉积到基板上，在本发明的情况下，基板可以是集电器或先前制造的电极、间隔件或包括其组合的组分。在下文中，提供对组分材料、材料可组合以形成浆料的方法、浆料的特性以及浆料的浇铸方法的描述。
[0243]
在本示例中，包括阳极及其衍生的浆料的复合物可由具有主动和被动功能的多种材料组合而形成。在完成所述层的制造所需的步骤期间，这些候选材料中的一些可在浆料形成期间以牺牲为基础部署，并且可在浆料浇铸之后移除。
[0244]
阳极的复合物，以浆料或其他形式，可根据以下定义：
[0245]-组合物(总计)＝组分a 组分b 组分c 组分d
[0246]-其中，组分a对应于阳极活性材料
[0247]-其中，组分b对应于导电固态聚合物
[0248]-其中，组分c对应于自由体积
[0249]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分
[0250]
由此，阳极浆料可包括以下组分：
[0251]
组分a
[0252]-一种或多种活性材料的组合，例如石墨、硅、氧化硅、锂金属、锂钛氧化物，一次颗粒尺寸在0.01至20μm之间或箔厚度在50μm以下
[0253]
b部分
[0254]-一种或多种固体离子导电聚合物材料，作为离子导电剂，一次颗粒尺寸在0.01和20μm之间
[0255]
组分c
[0256]
组分d
[0257]-组分d1：粘合剂，包括从包括聚醚、聚酯、羧甲基纤维素或基于至少一种单体的聚合物(例如，甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、丁二烯、丙烯酸或偏氟乙烯)的组中选择的至少一种化合物
[0258]-组分d2：电子导体，例如炭黑、super p、气相生长碳纤维
[0259]-组分d3：一种或多种用于浆料均匀性的表面活性剂，例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐
[0260]-组分d4：一种或多种分散溶剂，例如丙酮、异丙醇、甲醇、甲苯、n-甲基吡咯烷酮和水
[0261]-组分d5：用于降低界面阻抗的一种或多种无机添加剂，例如linbo3、litao3、linbxta1-xo3、batio3，并且包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01到10微米之间
[0262]-组分d6：用于改善固体电解质层中聚合物电解质的机械完整性并提供补充功能的一种或多种添加剂，例如p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01和10μm之间
[0263]
除溶剂外，阳极浆料可包含以下范围内的先前组分：
[0264]-固体离子导电聚合物材料，在0和10wt.％之间
[0265]-活性材料，在85和95wt.％之间
[0266]-粘合剂，含量在0.1和10wt.％之间
[0267]-电子导体，在1和10wt.％之间
[0268]-表面活性剂，含量在0和5wt.％之间
[0269]
在本示例中，阳极层的复合物体积可被定义为
[0270]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0271]-组分a的体积百分比可》35％，》50％，》55％，》60％，或》70％。应注意的是，类似于阴极的示例，这些值包括按体积计算在15％到40％之间的孔隙率值。
[0272]-组分b的体积百分比可《35％，《30％，《25％，《20％，或《15％
[0273]-组分c的体积百分比可能《40％，《30％，《20％，或《15％
[0274]-组分d的体积百分比可《30％，《25％，《10％，或《5％
[0275]-组分c和d的体积百分比之和可小于40％，《30％，《20％，或《15％
[0276]
颗粒的尺寸，包括组分a和b的粉末形式，也可通过以下方式描述：
[0277]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0278]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0279]-在包括组分a的体积％中，属于尺寸分布由平均值a
1,mean
》a
mean
形式描述的群组的
颗粒占100％、《95％、《85％、或《80％，组分a的其余部分，由a2标识，属于a
2,mean
《a
mean
的群组，位于较大颗粒之间的空隙中
[0280]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0281]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0282]-在包括组分b的体积％中，属于尺寸分布由平均值b
1,mean
》b
mean
形式描述的群组的颗粒占》80％、《85％、《90％、或《95％，组分b的其余部分，由b2标识，属于b
2,mean
《b
mean
的群组，位于较大颗粒之间的空隙中
[0283]
组成复合物(总)的组分a和组分b的相对分数可描述如下：
[0284]-随着组分a的体积％(包括总固体体积的百分比)增加，组分b(包括b2)的体积％将相对于组分b(包括b1)的体积％增加。
[0285]-随着组分a1与组分a2的比例降低，组分b(包括b1)的体积％与组分b(包括b2)的体积％的比例可降低。
[0286]-以a1形式添加到复合物(总)中的组分a的分数可为100％，《95％，《90％，《85％，《80％或《75％
[0287]-以b1形式添加到复合物(总)中的组分b的分数可为100％，《90％，《80％，《70％，《60％或《50％，40％，《30％，《20％，或《15％
[0288]
在其涂覆之前，负电极浆料可表征为：
[0289]-在85hz下，粘度在1100和2800cps之间。
[0290]-固体含量在40％到65％之间
[0291]-海格曼规低于80μm或低于50μm
[0292]-颗粒尺寸分布如下：d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《140μm
[0293]
图11的曲线图1100中示出了具有代表性的颗粒尺寸分布曲线。表2提供了阳极材料涂层浆料的颗粒尺寸分布，而图12的曲线图1200中示出了代表性的粘度曲线，其中，粘度与剪切速率成反比。
[0294]
表2：阳极材料涂层用浆料的颗粒尺寸分布，如曲线图1100所示。
[0295]
分布百分数组分a(阳极)代表性阳极浆料d
10
8.697.98d
50
15.915.8d
90
29.230.6d
99
50.6136
[0296]
应了解，按照上述方法，可在低湿度环境中，在室温(20℃)和60℃之间进行压延。压延后的负极厚度可在100至400μm之间。
[0297]
阳极浆料混合工艺
[0298]
阳极浆料混合工艺的示例工序4：三阶段添加组分d1a
[0299]
可在步骤ii、iii和vi中添加组分d1a。
[0300]
i、混合速度和设备
[0301]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴
混合器的组合以及低剪切锚定混合器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0302]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0303]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0304]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0305]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0306]
iii、分散组分d2
[0307]
组分d1a溶液的一部分(5％至30％)和组分d2可在30分钟至90分钟之间混合。在此步骤之后，可通过1至25wt.％之间的固体含量来表征浆料。
[0308]
iv、分散组分b
[0309]
可将组分b和组分d1a溶液的另一部分(30％到70％)添加到先前的浆料中，并在30到90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至30wt.％之间。
[0310]
v、分散组分a
[0311]
可将组分a的一半添加到混合容器中，以使固体含量在25至60wt.％之间；溶液可混合45至120分钟。可将组分a的另一半添加到混合容器中，使固体含量在40至70wt.％之间，并混合120分钟至16小时。
[0312]
vi、分散组分d1b
[0313]
可将组分d1a的另一部分(10％至50％)添加到先前的浆料中，并在30至90分钟之间混合，使固体含量在40至70wt.％之间。可将组分d1b溶液添加到浆料中，并在30至90分钟之间混合。在次步骤之后，可通过固体含量在40至65wt.％之间以及粘度在1100至2800cps之间来表征浆料。
[0314]
vii、目标固体百分比
[0315]
此时可添加一些附加溶剂，以调整最终的浆料特性。可在真空下将浆料混合30至120分钟。
[0316]
阳极浆料混合工艺的示例工序5：两阶段添加组分d1a
[0317]
可在步骤ii和v中添加组分d1a。
[0318]
vi、混合速度及设备
[0319]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定混合器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0320]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0321]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0322]
vii、组分d4中组分d1的溶液
[0323]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0324]
viii、分散组分d2
[0325]
组分d1a的一部分(介于50％和85％之间)和组分d2b可在30分钟和90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在1至25wt.％之间。
[0326]
ix、分散组分b
[0327]
可将组分b添加到先前的浆料中，并在30至90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至30wt.％之间。
[0328]
x、分散组分a
[0329]
可将一半组分a添加到混合容器中；溶液可混合45至120分钟。经过此步骤后，固体含量在25至60wt.％之间。可将组分a的另一半和组分d1a溶液的一部分(15％至50％)添加到混合容器中，并混合120分钟至16小时。在此步骤之后，浆料特性可包括40至70wt.％之间的固体含量。
[0330]
xi、分散组分d1b
[0331]
可将组分d1b溶液添加到浆料中，并在30至90分钟之间混合。
[0332]
xi、目标固体百分比
[0333]
此时可添加一些附加溶剂，以调整最终的浆料特性。可在真空下将浆料混合30分钟至120分钟。最终浆料特性可能如下所示：
[0334]-d10《15μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0335]-海格曼规《80μm
[0336]-固体含量在40至65wt.％之间
[0337]-在85hz下，粘度在1100和2800cps之间
[0338]
阳极浆料混合工艺的示例工序6：主组分a和b的单阶段添加
[0339]
i、混合速度和设备
[0340]
可通过配备锯齿高速分散器的单轴混合器实现组分的分散。在整个混合工艺中，高剪切轴混合速度可保持在500至1200rpm之间。
[0341]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0342]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0343]
iii、分散组分d2、b和a
[0344]
组分d2可与组分b和所有组分a一起分散到组分d1a溶液的一部分中90-120分钟。在此步骤中浆料的固体含量可为40-60％。
[0345]
iv、分散组分d1b
[0346]
接下来，可用组分d1a溶液的剩余部分稀释浆料60-90分钟。最后，可将组分d1b溶液混合到浆料中60-90分钟。最终固体含量可在45-50％之间。
[0347]
图13描绘了阳极浆料混合工艺的工序6的工艺流程图。
[0348]
阳极浆料混合工艺的示例工序7：主组分a的单阶段添加
[0349]
i、混合速度和设备
[0350]
可通过配备锯齿高速分散器的单轴混合器实现组分的分散。在整个混合工艺中，高剪切轴混合速度可保持在500至1200rpm之间。
[0351]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0352]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0353]
iii、分散组分d2和d3
[0354]
组分d2和组分d3可分散到组分d1a溶液中。在此步骤中的固体含量可为1-15％。
[0355]
iv、分散组分b
[0356]
可添加组分b并混合30-90分钟。在此步骤中的固体含量可为5-30％。
[0357]
v、分散组分a
[0358]
接下来，可将所有组分a分散到浆料中90-120分钟。在此步骤中的固体含量可为40-70％。
[0359]
vi、分散组分d1b
[0360]
最后，可将组分d1b溶液混合到浆料中30-60分钟。在此步骤中的固体含量可为45-65％。
[0361]
图14中描绘了阳极浆料混合工艺的示例工序7的工艺流程图。
[0362]
阳极浆料混合工艺的示例工序8：组分d1a的四阶段添加
[0363]
i、混合速度和设备
[0364]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定混合器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0365]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0366]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0367]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0368]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0369]
iii、分散组分d2和b
[0370]
组分d1溶液的一部分(在55和90％之间)、组分d2和组分b可在60和180分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至20wt.％之间。
[0371]
iv、分散组分a
[0372]
可将组分a的一半添加到混合容器中；溶液可混合60至240分钟。在此步骤之后，浆料特性包括25至55wt.％之间的固体含量。可将组分a的另一半添加到浆料中。此时可添加10％至45％的组分d1a溶液。浆料可混合120分钟至16小时。在此步骤之后，固体含量可在40至75wt.％之间。
[0373]
v、分散组分d1a的剩余部分
[0374]
此时可添加10％至45％的组分d1a溶液。浆料可在30至60分钟之间混合。在该步骤之后，固体含量可在40至70wt.％之间。
[0375]
vi、分散组分d1b
[0376]
可将组分d1b溶液和其余组分d1a溶液添加到浆料中。在此步骤中，还可以添加一些溶剂来调整浆料粘度。浆料可在30分钟到16小时之间混合。
[0377]
vii、目标固体百分比
[0378]
此时，可添加一些附加溶剂，以调整最终的浆料特性。可在真空下将浆料混合30分钟至120分钟。最终浆料特性可如下：
[0379]-d10《15μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0380]-海格曼规《80μm
[0381]-固体含量在40至65重量％之间
[0382]-在85g hz下的粘度在1100到2800厘泊之间
[0383]
表3提供了阳极浆料与石墨(阳极活性材料)混合工艺的示例。
[0384]
表3：阳极浆料与石墨(阳极活性材料)混合工艺的示例。
[0385][0386][0387]
还提供了一种混合的替代方法以分配固体电解质组分。
[0388]
例如，为了促进组分颗粒的分布，提供最佳密度并保持组分材料的功能性，仔细选择不同材料的颗粒群组添加到混合物中的顺序。较小的颗粒存在散布在较大颗粒之间的趋势。为了有效地实现这一点，必须首先确定较大颗粒分布的均匀性。此外，为了获得较高的重量分析能力，可以将每种组分材料的总含量分为几组，以设计大颗粒群组相对于较小颗粒群组的分布。
[0389]
鉴于先前对阴极层的复合物体积的定义，定义为：
[0390]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0391]-其中，组分a对应于阴极活性材料
[0392]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0393]-其中，组分c对应于自由体积
[0394]-其中，组分d对应于存在粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分时产生的体积
[0395]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0396]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0397]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0398]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0399]
考虑到上述设计标准，以下规定了通过混合工艺将阴极层的组分组合以形成组分a、b、c和d的混合物的顺序：
[0400]
步骤1，最初，组分a1可与组分b2的一部分混合
[0401]
步骤2，组分a1可与部分组分d混合，提供用b1颗粒装饰的分散的a1颗粒群组
[0402]
步骤3，单独或与组分a1组合，组分b1和a2可与进一步添加的组分d的一部分混合在一起
[0403]
步骤4，组分b2的一部分可添加到混合物中
[0404]
步骤5，组分b2和组分d的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a1、a2、b1、b2和d的全部
[0405]
除以上外，不连续粘合剂介质的使用被视为组分d的一部分。不连续粘合剂介质的使用，提供连续共形涂层的功能，而不会抑制电极的活性材料与分散在整个电池层中的离子导电颗粒之间或在形成电解质层的聚合物固态颗粒之间的界面处带电物质的转移。
[0406]
为了部署这种策略，再次利用分阶段混合，由此可首先将给定电极的活性材料与固体电解质粉末混合在湿或干浆料中，以建立活性材料与固体电解质的表面涂层。然后可将这种离子导电粉末涂覆的活性材料与粘合剂载体混合，该粘合剂载体可抵抗浆料溶剂中的溶解剂。在混合固体电解质涂覆的活性材料和非可溶性粘合剂载体后，可添加附加可溶性粘合剂组分，以调整电极的机械耐久性，而不损害离子导电和电活性物质的功能性。
[0407]
这种工艺的示例可描述如下：
[0408]
步骤1，最初，组分a1可与组分b2的一部分混合
[0409]
步骤2，组分a1和组分b2的混合物可与组分d
1a
(不可溶性粘合剂)的一部分混合，提供用b2颗粒和d
1a
(不可溶性粘合剂)颗粒装饰的分散的a1颗粒群组
[0410]
步骤3，可将一部分b1和组分d
1b
(可溶性粘合剂)添加到组分a1、组分b2和组分d1(不可溶性粘合剂)的混合物中
[0411]
步骤4，组分b1和a2可单独或与组分a1、组分b2和d
1a
(不可溶性)的混合物混合，并进一步添加组分d
1b
(可溶性粘合剂)的一部分
[0412]
步骤5，组分b2的一部分可添加到混合物中
[0413]
步骤6，组分b2和组分d
1b
的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a1、a2、b1、b2、d
1a
和d
1b
的全部
[0414]
为了促进上述组分的预期分布，在使用该方法指导组分颗粒尺寸分布的优化时，可采用以下参数：
[0415]-电极活性材料的平均直径与固体聚合物电解质的比率可以小于7、小于6、小于5或小于4。
[0416]-阴极活性材料组分a1的最常见颗粒尺寸可小于20微米、大于5微米或10微米
[0417]-阴极活性材料组分a2的最常见颗粒尺寸可为》0.5微米、》1微米、《15微米、《5微米或1.5微米
[0418]-阴极活性材料的最小特征颗粒尺寸可大于0.5、》1、》2或》5微米，且阴极的最大特征颗粒尺寸可小于70、《50、《30、《20或《15微米
[0419]-固体聚合物电解质组分b1的最常见颗粒尺寸可《5微米或》1.6微米
[0420]-固体聚合物电解质组分b2的最常见颗粒尺寸可《1.5微米、》0.35微米或0.7微米
[0421]-固体聚合物电解质的最小特征颗粒尺寸可《1微米、《0.5微米、《0.2微米或《0.05微米
[0422]-固体聚合物电解质的最大特征颗粒尺寸可》10微米、》20微米或《50微米
[0423]-可以使用对数正态分布函数(包括单个或多个组分)来近似亚群组的颗粒尺寸分布。可以使用具有对数正态分布的多个组分来近似组分a和组分b
[0424]-[0425]-其中，x为颗粒尺寸，μ为平均颗粒尺寸，σ为标准偏差或分散度
[0426]-组分a1的分散度可以是《0.5、《0.4、《0.3、《0.2或《0.15
[0427]-组分a2的分散度可以是《0.5、《0.45、《0.4、《0.3、《0.25或《0.15
[0428]-组分b的分散度可以是《0.7、《0.65或《0.6
[0429]-组分b1的分散度可以是《0.7、《0.6、《0.5、《0.4、《0.3或《0.2
[0430]-组分b2的分散度可以是《0.9、《0.8、《0.7、《0.6、《0.5、《0.45或《0.4
[0431]
阳极浆料涂覆工艺
[0432]
在一个示例中，可使用上文所述的一种涂覆方法(例如，示例工序4、5、6、7或8)以1至10m/min的速度涂覆阳极浆料。在涂覆之后，电极辊通过一组多个烘箱，在烘箱中可设置干燥条件，以达到30-150g/min的蒸发率范围。可优化这个范围的值，以减少组分d1(粘合剂)的迁移或空间梯度、组分b(固体离子导电聚合物材料)的网络分布、涂层宽度上涂层重量的优化均匀性以及良好的涂层附着力(≥10gf/in)。后一个参数对于电极的后续冲压可能很重要，不会影响涂层的完整性，在表面上或沿经冲压电极的边缘会出现分层。
[0433]
界面阴极-间隔层
[0434]
在另一示例中，单元的界面阴极间隔层可包括多种材料，这些材料在孤立群体中可被表征为粉末，只要包括大量具有类似组分和特性的颗粒。这些粉末可与其他材料结合以形成浆料，以促进将具有从其复合物衍生的功能性的连续层沉积到基板上，在本发明的情况下，基板可以是集电器或先前制造的电极、间隔件或包括其组合的组分。在下文中，提供对组分材料、材料可组合以形成浆料的方法、浆料的特性以及浆料的浇铸方法的描述。
[0435]
在一个示例中，包括界面阴极间隔层及其衍生的浆料的复合物可由具有主动和被动功能的多种材料组合而形成。在完成所述层的制造所需的步骤期间，这些候选材料中的一些可在浆料形成期间以牺牲为基础部署，并且可在浆料涂覆之后移除。
[0436]
用于在阴极层和间隔层之间施加界面层的浆料必须包括一种或多种固体离子导电聚合物材料作为初级离子导电介质和阴极活性材料作为初级储能介质。固体离子导电聚合物材料的一次颗粒尺寸可在0.01至20μm之间。
[0437]
在一个示例中，界面阴极间隔层的复合物(浆料或其他形式)可根据以下定义：
[0438]-组合物(总计)＝组分a 组分b 组分c 组分d
[0439]-其中，组分a对应于阴极活性材料
[0440]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0441]-其中，组分c对应于自由体积
[0442]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分的存在而产生的体积
[0443]
由此，界面阴极间隔层浆料可包括以下组分：
[0444]
组分a
[0445]-一种或多种活性材料的组合，例如以下一种或多种活性材料：磷酸铁锂(lfp)、尖晶石lnmo、licopo4、linipo4、lvp、lvpf、linixmnycozo2或linixcoalzo2，一次颗粒尺寸在0.01和20μm之间
[0446]
组分b
[0447]-一种或多种固体离子导电聚合物材料，作为离子导电剂，一次颗粒尺寸在0.01和20μm之间
[0448]
组分c
[0449]
组分d
[0450]-组分d1：粘合剂，包括从包括聚醚、聚酯、羧甲基纤维素或基于至少一种单体的聚合物(例如，甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、丁二烯、丙烯酸或偏氟乙烯)的组中选择的至少一种化合物
[0451]-组分d2：电子导体，例如炭黑、super p、气相生长碳纤维
[0452]-组分d3：一种或多种用于浆料均匀性的表面活性剂，例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐
[0453]-组分d4：一种或多种分散溶剂，例如丙酮、异丙醇、甲醇、甲苯、n-甲基吡咯烷酮和水
[0454]-组分d5：用于降低界面阻抗的一种或多种无机添加剂，例如linbo3、litao3、linbxta1-xo3、batio3，并且包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01到10微米之间
[0455]-组分d6：用于改善固体电解质层中聚合物电解质的机械完整性并提供补充功能的一种或多种添加剂，例如b2o3、al2o3、γ-alo(oh)、ga2o3、y2o3、la2o3，并包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01和10μm之间
[0456]-组分d7：一种或多种锂盐，包括li

阳离子，例如liclo4、liasf6、lif6、lif4、lirfso3、lic3so3、lin(rfso2)2、lic(rfso2)3、litfsi(三氟甲烷磺酰化锂)、libob(二(草酸)硼酸锂)、libeti(二(全氟乙基磺酰)酰亚胺锂)
[0457]-组分d8：用于降低界面阻抗的一种或多种添加剂，例如含有氨基甲酸乙酯的分子，例如氨基甲酸乙酯官能化peg、氨基甲酸乙酯官能化全氟聚醚和烷基氨基甲酸乙酯；l-甲基-3-吡咯烷酮；1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(lh)-嘧啶酮；l,5-二甲基-2-吡咯烷酮；烷基取代的吡啶基离子液体、烷基取代的吡咯烷基离子液体和烷基取代的铵基离子液体与反阴离子，例如tfsi、pf6、bf4阴离子；具有功能性端基的取代聚乙二醇，例如碳酸盐(线性或环状)、氨基甲酸酯(线性或环状)或腈；聚乙二醇双(羧甲基)醚；琥珀酸二辛酯磺酸钠、锂盐或钾盐；乙醇酸乙氧基化4-叔丁基苯醚；乙醇酸乙氧基月桂基醚；乙醇酸乙氧基化4-壬基苯醚；乙醇酸乙氧基化油基醚；聚(乙二醇)4-壬基苯基3-磺丙基醚钠盐、锂盐或钾盐；以及十二烷基苯磺酸钠、锂或钾
[0458]
在本示例中，除溶剂外，阴极层与间隔层之间的界面层浆料可包含以下范围内的先前组分：
[0459]-固体离子导电聚合物材料，在12和45wt.％之间
[0460]-活性材料，在50和85wt.％之间
[0461]-粘合剂，含量在0.1和10wt.％之间
[0462]-电子导体，在1和10wt.％之间
[0463]-表面活性剂，含量在0和5wt.％之间
[0464]
在一些示例中，阴极-间隔件界面层的复合物体积可被定义为
[0465]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0466]-组分a的体积百分比可》15％，》30％，》45％，》50％，》55％，或》60％
[0467]-组分b的体积百分比可以是70％，《60％，《50％，《45％，《40％，《35％，《30％，或《25％
[0468]-组分c的体积百分比可《40％，《30％，《20％，或《15％
[0469]-组分d的体积百分比可《30％，《25％，《10％，或《5％
[0470]-组分c和d的体积百分比之和可小于40％，《30％，《20％，或《15％
[0471]
颗粒的尺寸，包括组分a和b的粉末形式，也可通过以下方式描述：
[0472]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0473]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0474]-在包括组分a的体积％中，属于尺寸分布由平均值a
1,mean
》a
mean
形式描述的群组的颗粒占《20％、《15％、《10％、或《5％，组分a的其余部分，由a2标识，属于a
2,mean
《a
mean
的群组
[0475]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0476]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0477]-在包括组分b的体积％中，属于尺寸分布由平均值b
1,mean
》b
mean
形式描述的群组的颗粒占《100％、《95％、《85％、或《80％，组分b的其余部分，由b2标识，属于b
2,mean
《b
mean
的群组，位于较大颗粒之间的空隙中
[0478]
例如，组成复合物(总)的组分a和组分b的相对分数可描述如下：
[0479]-以a1形式添加到复合物(总)中的组分a的分数可为25％，《20％,《15％，《10％，《5％
[0480]-以b1形式添加到复合物(总)中的组分b的分数可为》35％，》45％,》55％，》65％，》75％，》85％
[0481]
在其涂覆之前，阴极-间隔层界面浆料可表征为：
[0482]-在85hz下，粘度在500和2600cps之间，通过平行板流变仪测量。
[0483]-固体含量在40％到75％之间
[0484]-海格曼规低于90μm或低于50μm
[0485]-颗粒尺寸分布如下：d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0486]
包括压延后的界面阴极间隔件界面层在内的正电极厚度可在105和450μm之间。压延可在室温(20℃)和140℃之间的低湿度环境中进行。
[0487]
阴极-间隔件界面层浆料混合工艺
[0488]
下面描述了一些示例工艺。
[0489]
阴极-间隔件界面浆料混合工艺的示例工序9：分多个阶段添加组分d1(粘合剂)作为溶液
[0490]
i、混合速度和设备
[0491]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定混合器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0492]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0493]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0494]
ii、组分d4中的组分d1的溶液
[0495]
首先，可将组分d1溶解在组分d4中以形成1和15wt.％的溶液。
[0496]
iii、分散组分d2
[0497]
组分d1溶液的一部分(10％至60％)和组分d2可在30分钟至90分钟之间混合。在此步骤后，固体含量介于5和30wt.％之间。
[0498]
iv、分散组分b
[0499]
然后，可将组分b和组分d1溶液的另一部分(5％至40％)添加到先前的悬浮液中，并在30至90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在10至50wt.％之间。
[0500]
v、分散组分a
[0501]
可将组分a的一半与组分d1溶液的另一部分(10％至70％)一起添加到混合容器中；可将溶液再混合45至120分钟。在此步骤之后，固体含量可在40至80wt.％之间。可将组分a的另一半和组分d1溶液的剩余部分添加到混合容器中，并混合120分钟至16小时。
[0502]
vi、目标固体百分比
[0503]
此时可添加一些附加组分d4，以达到上文为组分d4提供的选项中所述的最终浆料特性。在此步骤后，浆料特性应为：
[0504]
■
d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0505]
■
海格曼规《50μm
[0506]
■
固体含量在40-80wt.％之间
[0507]
■
在85hz下粘度介于2000和2600cps之间
[0508]
示例工序9的工艺流程图900如图9所示。
[0509]
阴极间隔件界面浆料混合工艺的示例工序10：在单个阶段中以粉末形式添加粘合剂。
[0510]
i、混合速度和设备
[0511]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器、低剪切锚定混合器或低剪切螺旋形桨叶的组合来实现组分的分散。
[0512]
在整个混合工艺中，可以如下所述保持混合速度：
[0513]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0514]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0515]
ii、分散组分d2
[0516]
组分d4、组分d1和组分d2可在30到90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至30wt.％之间。
[0517]
iii、分散组分b
[0518]
可将组分b和更多组分d4添加到先前的悬浮液中，并在30至90分钟之间混合。在此步骤之后，浆料固体含量可在10至50wt.％之间。
[0519]
iv、分散组分a
[0520]
可将一半组分a与更多组分d4一起添加到混合容器中。溶液可再混合45至120分钟。在此步骤之后，浆料固体含量可在40至80wt.％之间。可将另一半组分a和更多组分d4添
加到混合容器中，并混合120分钟至16小时。
[0521]
v、目标固体百分比
[0522]
此时可添加附加溶剂以达到上述最终浆料特性。在此步骤后，浆料特性可为：
[0523]
■
d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0524]
■
海格曼规《50μm
[0525]
■
固体含量在40-80wt.％之间
[0526]
■
在85hz下，粘度介于1000和2000cps之间
[0527]
阴极-间隔件界面浆料混合工艺的示例工序11：仅使用高剪切分散器进行混合。
[0528]
i、混合速度和设备
[0529]
可使用配备锯齿高速分散器的单轴混合器实现组分的分散。在整个混合工艺中，高剪切轴混合速度可保持在0至1500rpm之间。
[0530]
ii、组分d4中的组分d1的溶液
[0531]
首先，可将组分d1溶解在组分d4中以形成1和15wt.％的溶液。
[0532]
iii、分散组分d2
[0533]
可使用d4溶液中的组分d1，其中，来自上文为组分d2提供的选项的组分d2a可首先分散。可混合30-90分钟。接下来，可将来自上文为组分d2提供的选项的第二组分(组分d2b)再分散30-90分钟。固体含量约为10％。
[0534]
iv、分散组分b
[0535]
接下来，可将组分b分散到浆料中30-90分钟。在此步骤后，可将组分a全部添加，其中，可将浆料混合2-12小时。
[0536]
v、目标固体百分比
[0537]
最后，可添加组分d4，以将浆料的固体含量调整至50-60％之间。
[0538]
还提供了一种混合固体电解质组分的替代方法。
[0539]
在其他示例中，如上所述，为了促进组分颗粒的分布，提供最佳密度并保持组分材料的功能性，必须仔细选择不同材料的颗粒群组添加到混合物中的顺序。较小的颗粒存在散布在较大颗粒之间的趋势。为了有效地实现这一点，必须首先确定较大颗粒分布的均匀性。此外，为了获得尽可能高的重量分析能力，可以将每种组分材料的总含量分为几组，以设计大颗粒群组相对于较小颗粒群组的分布。
[0540]
鉴于阴极-间隔件层的复合物体积，可定义为：
[0541]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0542]-其中，组分a对应于阴极活性材料
[0543]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0544]-其中，组分c对应于自由体积
[0545]-其中，组分d对应于存在粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分时产生的体积
[0546]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0547]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0548]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0549]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0550]
考虑到上述设计标准，以下规定了通过混合工艺将阴极-间隔件层的组分组合以形成组分a、b、c和d的混合物的顺序：
[0551]
步骤1，组分a2和b1可以分步方式组合，并且可以与组分d的一部分混合，提供了分散的群组
[0552]
步骤2，组分b2的一部分可通过进一步添加组分d的一部分添加到混合物中
[0553]
步骤3，组分b2和组分d的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a2、b1、b2和d的总和
[0554]
同样，如上所述，不连续粘合剂介质的上述使用策略被视为组分d的一部分。不连续粘合剂介质的使用，提供连续共形涂层的功能，而不会抑制电极的活性材料与分散在整个电池层中的离子导电颗粒之间或在形成间隔件层的聚合物固态颗粒之间的界面处带电物质的转移。为了部署这种策略，再次利用分阶段混合，由此可首先将给定电极的活性材料与固体电解质粉末混合在湿或干浆料中，以建立活性材料与固体电解质的表面涂层。然后可将这种离子导电粉末涂覆的活性材料与粘合剂载体混合，该粘合剂载体可抵抗浆料溶剂中的溶解剂。在混合固体电解质涂覆的活性材料和非可溶性粘合剂载体后，可添加附加可溶性粘合剂组分，以调整电极的机械耐久性，而不损害离子导电和电活性物质的功能性。
[0555]
例如，这种工艺的一个版本可以描述如下：
[0556]
步骤1，组分a2和b1可以分步方式组合，并且可以与组分d的一部分混合，提供分散群组
[0557]
步骤2，组分a2和b1的混合物可与组分
d1a
(不溶性粘合剂)的一部分混合，提供a2、b1和d
1a
颗粒的分散群组
[0558]
步骤3，组分b2的一部分可与组分
d1b
(可溶性粘合剂)的一部分一起添加到混合物中
[0559]
步骤4，组分b2和组分d
1b
(可溶性粘合剂)的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a2、b1、b2和d的全部
[0560]
与以上描述类似，为了促进上述组分的预期分布，以下参数可应用于指导组分颗粒尺寸分布优化的方法：
[0561]-电极活性材料的平均直径与固体聚合物电解质的比率可以小于7、小于6、小于5或小于4。
[0562]-阴极活性材料组分a1的最常见颗粒尺寸可小于20微米、大于5微米或10微米
[0563]-阴极活性材料组分a2的最常见颗粒尺寸可为》0.5微米、》1微米、《15微米、《5微米或1.5微米
[0564]-阴极活性材料的最小特征颗粒尺寸可大于0.5、》1、》2或》5微米，且阴极的最大特征颗粒尺寸可小于70、《50、《30、《20或《15微米
[0565]-固体聚合物电解质组分b1的最常见颗粒尺寸可《5微米或》1.6微米
[0566]-固体聚合物电解质组分b2的最常见颗粒尺寸可《1.5微米、》0.35微米或0.7微米
[0567]-固体聚合物电解质的最小特征颗粒尺寸可《1微米、《0.5微米、《0.2微米或《0.05微米
[0568]-固体聚合物电解质的最大特征颗粒尺寸可》10微米、》20微米或《50微米
[0569]-可以使用对数正态分布函数(包括单个或多个组分)来近似亚群组的颗粒尺寸分布。可以使用具有对数正态分布的多个组分来近似组分a和组分b
[0570]-[0571]-其中，x为颗粒尺寸，μ为平均颗粒尺寸，σ为标准偏差或分散度
[0572]-组分a1的分散度可以是《0.5、《0.4、《0.3、《0.2或《0.15
[0573]-组分a2的分散度可以是《0.5、《0.45、《0.4、《0.3、《0.25或《0.15
[0574]-组分b的分散度可以是《0.7、《0.65或《0.6
[0575]-组分b1的分散度可以是《0.7、《0.6、《0.5、《0.4、《0.3或《0.2
[0576]-组分b2的分散度可以是《0.9、《0.8、《0.7、《0.6、《0.5、《0.45或《0.4
[0577]
阴极间隔件界面层浆料涂覆工艺
[0578]
在一个示例中，阴极间隔件界面层可以涂覆、浇铸、沉积或铺设在正电极、负电极或两个电极上，以确保间隔件和电极之间的高度一致性。涂覆工艺可根据以下配置进行：
[0579]-阳极和阴极上涂有相同的间隔件配方，
[0580]-在阳极上涂覆两种不同的间隔件按配方，以优化每个电极和间隔件之间的化学和电化学稳定性，
[0581]-在阳极和/或阴极上涂覆一系列不同配方的层，以允许间隔件组分的梯度，从而增强带有间隔件的电极的化学和电化学稳定性。
[0582]
为了确保将要涂覆间隔层的电极的连续覆盖，两个涂覆层的宽度可以相同。间隔层的宽度也可以略大于支撑电极的涂层宽度。
[0583]
阴极间隔件界面层浆料可使用上文所述的其中一种涂覆方法(例如，示例工序9、10或11)以1至10m/min的速度涂覆。在涂覆之后，电极辊通过一组多个烘箱，在烘箱中可设置干燥条件，以达到30-200g/min的蒸发率范围。可优化这个范围的值，以减少组分d1(粘合剂)的迁移或空间梯度、组分b(固体离子导电聚合物材料)的网络分布、涂层宽度上涂层重量的优化均匀性以及良好的涂层附着力(≥10gf/in)。后一个参数可提供电极的后续冲压，而不会损害涂层的完整性，在表面或沿经冲压电极的边缘会出现分层。
[0584]
界面阳极-间隔层
[0585]
在一个示例中，单元的界面阳极-间隔层可包括多种材料，这些材料在孤立群体中可被表征为粉末，只要包括大量具有类似组分和特性的颗粒。这些粉末可与其他材料结合以形成浆料，以促进将具有从其复合物衍生的功能性的连续层沉积到基板上，在本发明的情况下，基板可以是集电器或先前制造的电极、间隔件或包括其组合的组分。在下文中，提供对组分材料、材料可组合以形成浆料的方法、浆料的特性以及浆料的浇铸方法的描述。
[0586]
包括界面阳极-间隔层及其衍生的浆料的复合物可由具有主动和被动功能的多种材料组合而形成。在完成所述层的制造所需的步骤期间，这些候选材料中的一些可在浆料形成期间以牺牲为基础部署，并且可在浆料涂覆之后移除。
甲基-3-吡咯烷酮；1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(lh)-嘧啶酮；l,5-二甲基-2-吡咯烷酮；烷基取代的吡啶基离子液体、烷基取代的吡咯烷基离子液体和烷基取代的铵基离子液体与反阴离子，例如tfsi、pf6、bf4阴离子；具有功能性端基的取代聚乙二醇，例如碳酸盐(线性或环状)、氨基甲酸酯(线性或环状)或腈；聚乙二醇双(羧甲基)醚；琥珀酸二辛酯磺酸钠、锂盐或钾盐；乙醇酸乙氧基化4-叔丁基苯醚；乙醇酸乙氧基月桂基醚；乙醇酸乙氧基化4-壬基苯醚；乙醇酸乙氧基化油基醚；聚(乙二醇)4-壬基苯基3-磺丙基醚钠盐、锂盐或钾盐；以及十二烷基苯磺酸钠、锂或钾
[0609]
除溶剂外，阳极层与间隔层之间的界面层浆料应包含以下范围内的先前组分：
[0610]-固体离子导电聚合物材料，在10和70wt.％之间
[0611]-活性材料，在30和85wt.％之间
[0612]-粘合剂，含量在0.1和10wt.％之间
[0613]-电子导体，在1和10wt.％之间
[0614]-表面活性剂，含量在0和5wt.％之间阳极-间隔件界面层的复合物体积可被定义为
[0615]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0616]-组分a的体积百分比可》10％，》20％，》30％，》40％，》50％，或》60％
[0617]-组分b的体积百分比可以是《85％,《75％,《65％,《55％,《45％,《35％,or《30％
[0618]-组分c的体积百分比可《40％，《30％，《20％，或《15％
[0619]-组分d的体积百分比可《30％，《25％，《10％，或《5％
[0620]-组分c和d的体积百分比之和可小于40％，《30％，《20％，或《15％
[0621]
颗粒的尺寸，包括组分a和b的粉末形式，也可通过以下方式描述：
[0622]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0623]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0624]-在包括组分a的体积％中，属于尺寸分布由平均值a
1,mean
》a
mean
形式描述的群组的颗粒占《20％、《15％、《10％、或《5％，组分a的其余部分，由a2标识，属于a
2,mean
《a
mean
的群组
[0625]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0626]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0627]-在包括组分b的体积％中，属于尺寸分布由平均值b
1,mean
》b
mean
形式描述的群组的颗粒占《100％、《95％、《85％、或《80％，组分b的其余部分，由b2标识，属于b
2,mean
《b
mean
的群组，其位于较大颗粒之间的空隙中
[0628]
组成复合物(总)的组分a和组分b的相对分数可描述如下：
[0629]-以a1形式添加到复合物(总)中的组分a的分数可为25％、《20％、《15％、《10％、《5％
[0630]-以b1形式添加到复合物(总)中的组分b的分数可为》35％、》45％、》55％、》65％、》75％、》85％
[0631]
在其涂覆之前，阳极-间隔层界面浆料可表征为：
[0632]-在85hz下，粘度在500和2600cps之间
[0633]-固体含量在40％到75％之间
[0634]-海格曼规低于90μm或低于50μm
[0635]-颗粒尺寸分布如下：d10《10μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0636]
在本示例中，包括压延后的界面阳极-间隔件界面层在内的正电极厚度可在105和450μm之间。
[0637]
阳极-间隔件界面层浆料混合工艺
[0638]
下面提供了形成阳极间隔件界面浆料的示例程序。
[0639]
阳极-间隔件界面浆料混合工艺的示例工序12：三阶段添加组分d1a
[0640]
可在步骤ii、iii和vi中添加组分d1a。
[0641]
i、混合速度和设备
[0642]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0643]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0644]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0645]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0646]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0647]
iii、分散组分d2
[0648]
组分d1a溶液的一部分(5％至30％)和组分d2可在30分钟至90分钟之间混合。在此步骤之后，可通过1至25wt.％之间的固体含量来表征浆料。
[0649]
iv、分散组分b
[0650]
可将组分b和组分d1a溶液的另一部分(30％到70％)添加到先前的浆料中，并在30到90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至30wt.％之间。
[0651]
v、分散组分a
[0652]
可将组分a的一半添加到混合容器中，以使固体含量在25至60wt.％之间；溶液可混合45至120分钟。可将组分a的另一半添加到混合容器中，使固体含量在40至70wt.％之间，并混合120分钟至16小时。
[0653]
vi、分散组分d1b
[0654]
可将组分d1a的另一部分(10％至50％)添加到先前的浆料中，并在30至90分钟之间混合，使固体含量在40至70wt.％之间。可将组分d1b溶液添加到浆料中，并在30至90分钟之间混合。在此步骤之后，可通过固体含量在40至65wt.％之间以及粘度在1100至2800cps之间来表征浆料。
[0655]
vii、目标固体百分比
[0656]
此时可添加一些附加溶剂，以调整最终的浆料特性。可在真空下将浆料混合30至120分钟。
[0657]
阳极-间隔件界面浆料混合工艺的示例工序13：两阶段添加组分d1a
[0658]
可在步骤ii和v中添加组分d1a。
[0659]
i、混合速度和设备
[0660]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0661]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0662]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0663]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0664]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0665]
iii、分散组分d2
[0666]
组分d1a的一部分(介于50％和85％之间)和组分d2b可在30分钟和90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在1至25wt.％之间。
[0667]
iv、分散组分b
[0668]
可将组分b添加到先前的浆料中，并在30至90分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至30wt.％之间。
[0669]
v、分散组分a
[0670]
可将一半组分a添加到混合容器中；溶液可混合45至120分钟。经过该步骤后，固体含量在25至60wt.％之间。可将组分a的另一半和组分d1a溶液的一部分(15％至50％)添加到混合容器中，并混合120分钟至16小时。在该步骤之后，浆料特性可包括40至70wt.％之间的固体含量。
[0671]
vi、分散组分d1b
[0672]
可将组分d1b溶液添加到浆料中，并在30至90分钟之间混合。
[0673]
viii、目标固体百分比
[0674]
此时可添加一些附加溶剂，以调整最终的浆料特性。可在真空下将浆料混合30分钟至120分钟。最终浆料特性可如下：
[0675]-d10《15μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0676]-海格曼规《80μm
[0677]-固体含量在40至65wt％之间
[0678]-在85hz下，粘度在1100到2800cps之间
[0679]
阳极-间隔件界面浆料混合工艺的示例工序14：主组分a和b的单级添加i、混合速度和设备
[0680]
可通过配备锯齿高速分散器的单轴搅拌机实现组分的分散。在整个混合工艺中，高剪切轴混合速度可保持在500至1200rpm之间。
[0681]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0682]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0683]
iii、分散组分d2、b和a
[0684]
组分d2可与组分b和所有组分a一起分散到组分d1a溶液的一部分中90-120分钟。
在此步骤中浆料的固体含量可为40-60％。
[0685]
iv、分散组分d1b
[0686]
接下来，可用组分d1a溶液的剩余部分稀释浆料60-90分钟。最后，可将组分d1b溶液混合到浆料中60-90分钟。最终固体含量可在45-50％之间。
[0687]
阳极间隔件界面浆料混合工艺的示例程序15：一级组分a的单级添加
[0688]
i、混合速度和设备
[0689]
可通过配备锯齿高速分散器的单轴搅拌机实现组分的分散。在整个混合工艺中，高剪切轴混合速度可保持在500至1200rpm之间。
[0690]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0691]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0692]
iii、分散组分d2和d3
[0693]
组分d2和组分d3可分散到组分d1a溶液中。在此步骤中的固体含量可为1-15％。
[0694]
iv、分散组分b
[0695]
可添加组分b并混合30-90分钟。在此步骤中的固体含量可为5-30％。
[0696]
v、分散组分a
[0697]
接下来，可将所有组分a分散到浆料中90-120分钟。在此步骤中的固体含量可为40-70％。
[0698]
v、分散组分d1b
[0699]
最后，可将组分d1b溶液混合到浆料中30-60分钟。在此步骤中的固体含量可为45-65％。
[0700]
阳极间隔件界面浆料混合工艺的示例工序16：组分d1a的四阶段添加
[0701]
i、混合速度和设备
[0702]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器或低剪切螺旋形桨叶来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0703]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0704]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0705]
ii、组分d4中组分d1的溶液
[0706]
首先，将组分d1a和组分d1b分别溶解在组分d4中，以形成两种溶液，分别为0.5至3wt.％和25至60wt.％。
[0707]
iii、分散组分d2和b
[0708]
组分d1溶液的一部分(介于55和90％之间)、组分d2和组分b可在60和180分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在5至20wt.％之间。
[0709]
iv、分散组分a
[0710]
可将组分a的一半添加到混合容器中；溶液可混合60至240分钟。在此步骤之后，浆料特性可包括25至55wt.％之间的固体含量。可将组分a的另一半添加到浆料中。此时可添加10％至45％的组分d1a溶液。浆料可混合120分钟至16小时。在此步骤之后，固体含量可在40至75wt.％之间。
[0711]
v、分散组分d1a的剩余部分
[0712]
此时可添加10％至45％的组分d1a溶液。浆料可在30至60分钟之间混合。在此步骤之后，固体含量可在40至70wt.％之间。
[0713]
vi、分散组分d1b
[0714]
可将组分d1b溶液和其余组分d1a溶液添加到浆料中。在此步骤中，还可以添加一些溶剂来调整浆料粘度。浆料可在30分钟到16小时之间混合。
[0715]
vii、目标固体百分比
[0716]
此时可添加一些复合溶剂，以调整最终的浆料特性。可在真空下将浆料混合30分钟至120分钟。最终浆料特性可能如下所示：
[0717]-d10《15μm，d50《30μm，d90《60μm，d99《100μm
[0718]-海格曼规《80μm
[0719]-固体含量在40至65重量％之间
[0720]-在85hz下，粘度在1100到2800cps之间
[0721]
还提供了一种混合固体电解质组分的替代方法，类似于上文关于其他层的讨论。
[0722]
具体而言，为了促进组分颗粒的分布，提供最佳密度并保持组分材料的功能性，必须仔细选择不同材料的颗粒群组添加到混合物中的顺序。较小的颗粒存在散布在较大颗粒之间的趋势。为了有效地实现这一点，必须首先确定较大颗粒分布的均匀性。此外，为了获得尽可能高的重量分析能力，可以将每种组分材料的总含量分为几组，以设计大颗粒群组相对于较小颗粒群组的分布。
[0723]
鉴于阳极-间隔件层的复合物体积，可定义为：
[0724]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0725]-其中，组分a对应于阳极活性材料
[0726]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0727]-其中，组分c对应于自由体积
[0728]-其中，组分d对应于存在粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分时产生的体积
[0729]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0730]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0731]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0732]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0733]
考虑到上述设计标准，以下规定了通过混合工艺将阳极-间隔件层的组分组合以形成组分a、b、c和d的混合物的顺序：
[0734]-组分a2和b1可以分步方式组合，并且可以与组分d的一部分混合，提供了分散的群组
[0735]-组分b2的一部分可通过进一步添加组分d的一部分添加到混合物中
[0736]-组分b2和组分d的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a2、b1、b2和d的总和
[0737]
上述策略的进一步限制涉及使用不连续的粘合剂介质作为组分d的一部分。不连续粘合剂介质的使用，提供连续共形涂层的功能，而不会抑制电极的活性材料与分散在整个电池层中的离子导电颗粒之间或在形成间隔件层的聚合物固态颗粒之间的界面处带电物质的转移。为了部署这种策略，再次利用分阶段混合，由此可首先将给定电极的活性材料与固体电解质粉末混合在湿或干浆料中，以建立活性材料与固体电解质的表面涂层。然后可将这种离子导电粉末涂覆的活性材料与粘合剂载体混合，该粘合剂载体可抵抗浆料溶剂中的溶解剂。在混合固体电解质涂覆的活性材料和非可溶性粘合剂载体后，可添加附加可溶性粘合剂组分，以调整电极的机械耐久性，而不损害离子导电和电活性物质的功能性。
[0738]
这种工艺的一个版本可以描述如下：
[0739]
步骤1，组分a2和b1可以分步方式组合，并且可以与组分d的一部分混合，提供分散群组
[0740]
步骤2，组分a2和b1的混合物可与组分
d1a
(不溶性粘合剂)的一部分混合，提供a2、b1和d
1a
颗粒的分散群组
[0741]
步骤3，组分b2的一部分可与组分
d1b
(可溶性粘合剂)的一部分一起添加到混合物中
[0742]
步骤4，组分b2和组分d
1b
(可溶性粘合剂)的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a2、b1、b2和d的全部
[0743]
为了促进上述组分的预期分布，以下标准可应用于指导组分颗粒尺寸分布优化：
[0744]-电极活性材料的平均直径与固体聚合物电解质的比率可以小于7、小于6、小于5或小于4。
[0745]
阳极活性材料组分a1的最常见颗粒尺寸可小于30微米、大于5微米或1微米
[0746]-阴极活性材料组分a2的最常见颗粒尺寸可为》0.5微米、》1微米、《5微米或1.5微米
[0747]-固体聚合物电解质组分b1的最常见颗粒尺寸可《5微米或》1.6微米
[0748]-固体聚合物电解质组分b2的最常见颗粒尺寸可《1.5微米、》0.35微米或0.7微米
[0749]-固体聚合物电解质的最小特征颗粒尺寸可《1微米、《0.5微米、《0.2微米或《0.05微米
[0750]-固体聚合物电解质的最大特征颗粒尺寸可》10微米、》20微米或《50微米
[0751]-阳极活性材料的最小特征颗粒尺寸可大于0.5、》1、》2或》5微米，且阴极的最大特征颗粒尺寸可小于70、《50、《30、《20或《15微米
[0752]-可以使用对数正态分布函数(包括单个或多个组分)来近似亚群组的颗粒尺寸分布。可以使用具有对数正态分布的多个组分来近似组分a和组分b
[0753]-[0754]-其中，x为颗粒尺寸，μ为平均颗粒尺寸，σ为标准偏差或分散度
[0755]-组分a1的分散度可以是《0.5、《0.3、《0.2或《0.15
[0756]-组分a2的分散度可以是《0.45、《0.4、《0.3、《0.2或《0.15
[0757]-组分b的分散度可以是《0.7、《0.65或《0.6
[0758]-组分b1的分散度可以是《0.7、《0.6、《0.5、《0.4、《0.3或《0.2
[0759]-组分b2的分散度可以是《0.9、《0.8、《0.7、《0.6、《0.5、《0.45或《0.4
[0760]
阳极-间隔件界面层浆料涂覆工艺
[0761]
在一个示例中，阳极-间隔件界面层可以涂覆、浇铸、沉积或铺设在正电极、负电极或两个电极上，以确保间隔件和电极之间的高度一致性。涂覆工艺可根据以下配置进行：
[0762]-阳极和阴极上涂有相同的间隔件配方，
[0763]-在阳极上涂覆两种不同的间隔件按配方，以优化每个电极和间隔件之间的化学和电化学稳定性，
[0764]-在阳极和/或阴极上涂覆一系列不同配方的层，以允许间隔件组分的梯度，从而增强带有间隔件的电极的化学和电化学稳定性。
[0765]
为了确保将要涂覆间隔层的电极的连续覆盖，两个涂覆层的宽度可以相同。间隔层的宽度也可以略大于支撑电极的涂层宽度。
[0766]
阳极间隔件界面层浆料可使用上文所述的其中一种涂覆方法(例如，示例工序12、13、14、15或16)以1至10m/min的速度涂覆。在涂覆之后，电极辊通过一组四个烘箱，其温度和风扇排气可设置如下：
[0767]-烤箱1，温度在40至100℃之间，转速在300至900rpm之间，
[0768]-烤箱2，温度在50至110℃之间，转速在300至900rpm之间，
[0769]-烤箱3，温度在60至120℃之间，转速在300至900rpm之间，
[0770]-烤箱4，温度在80至140℃之间，转速在300至900rpm之间。
[0771]
间隔层(阴极侧)
[0772]
在一个示例中，单元的间隔层可包括多种材料，这些材料在孤立群体中可被表征为粉末，只要包括大量具有类似组分和特性的颗粒。这些粉末可与其他材料结合以形成浆料，以促进将具有从其复合物衍生的功能性的连续层沉积到基板上，在本发明的情况下，基板可以是集电器或先前制造的电极、间隔件或包括其组合的组分。在下文中，提供对组分材料、材料可组合以形成浆料的方法、浆料的特性以及浆料的浇铸方法的描述。下面给出的细节适用于在阴极层上浇铸间隔层。
[0773]
在一个示例中，包括间隔层及其衍生的浆料的复合物可由具有主动和被动功能的多种材料组合而形成。在完成所述层的制造所需的步骤期间，这些候选材料中的一些可在浆料形成期间以牺牲为基础部署，并且可在浆料涂覆之后移除。
[0774]
用于在电极上施加间隔层的浆料必须包括一种或多种固体离子导电聚合物材料作为初级离子导电介质。固体离子导电聚合物材料的一次颗粒尺寸可在0.01至20μm之间。
[0775]
间隔层的复合物(浆料或其他形式)可根据以下定义：
[0776]-组合物(总计)＝组分a 组分b 组分c 组分d
[0777]-其中，组分a对应于电极活性材料(不存在)
[0778]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0779]-其中，组分c对应于自由体积
[0780]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分
[0781]
由此，间隔层浆料可包括以下组分：
[0782]
组分a
[0783]
(不存在)
[0784]
组分b
[0785]-一种或多种固体离子导电聚合物材料，作为离子导电剂，一次颗粒尺寸在0.01和20μm之间
[0786]
组分c
[0787]
组分d
[0788]-组分d1：粘合剂，包括从包括聚醚、聚酯、羧甲基纤维素或基于至少一种单体的聚合物(例如，甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、丁二烯、丙烯酸或偏氟乙烯)的组中选择的至少一种化合物
[0789]-组分d3：一种或多种用于浆料均匀性的表面活性剂，例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐
[0790]-组分d4：分散溶剂，例如丙酮、异丙醇、甲醇、甲苯、n-甲基吡咯烷酮和水
[0791]-组分d5：用于降低界面阻抗的一种或多种无机添加剂，例如linbo3、litao3、linbxta1-xo3、batio3，并且包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01到10微米之间
[0792]-组分d6：用于改善固体电解质层中聚合物电解质的机械完整性并提供补充功能的一种或多种添加剂，例如b2o3、al2o3、γ-alo(oh)、ga2o3、y2o3、la2o3，并包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01和10μm之间
[0793]-组分d7：一种或多种锂盐，包括li

阳离子，例如liclo4、liasf6、lif6、lif4、lirfso3、lic3so3、lin(rfso2)2、lic(rfso2)3、litfsi(三氟甲烷磺酰化锂)、libob(二(草酸)硼酸锂)、libeti(二(全氟乙基磺酰)酰亚胺锂)
[0794]-组分d8：用于降低界面阻抗的一种或多种添加剂，例如含有氨基甲酸乙酯的分子，例如氨基甲酸乙酯官能化peg、氨基甲酸乙酯官能化全氟聚醚和烷基氨基甲酸乙酯；l-甲基-3-吡咯烷酮；1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(lh)-嘧啶酮；l,5-二甲基-2-吡咯烷酮；烷基取代的吡啶基离子液体、烷基取代的吡咯烷基离子液体和烷基取代的铵基离子液体与反阴离子，例如tfsi、pf6、bf4阴离子；具有功能性端基的取代聚乙二醇，例如碳酸盐(线性或环状)、氨基甲酸酯(线性或环状)或腈；聚乙二醇双(羧甲基)醚；琥珀酸二辛酯磺酸钠、锂盐或钾盐；乙醇酸乙氧基化4-叔丁基苯醚；乙醇酸乙氧基月桂基醚；乙醇酸乙氧基化4-壬基苯醚；乙醇酸乙氧基化油基醚；聚(乙二醇)4-壬基苯基3-磺丙基醚钠盐、锂盐或钾盐；以及十二烷基苯磺酸钠、锂或钾
[0795]
除溶剂外，间隔层浆料应包含以下范围内的先前组分：
[0796]-固体离子导电聚合物材料，在1和98wt.％之间
[0797]-粘合剂，含量在0.1和10wt.％之间
[0798]-锂盐含量在0到10wt％之间，
[0799]-添加剂含量在15％到95％之间，
[0800]-表面活性剂含量在0到5wt％之间。
[0801]
间隔层的复合物体积可被定义为
[0802]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0803]-其中，组分a对应于电极活性材料(不存在)
[0804]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0805]-其中，组分c对应于自由体积
[0806]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分
[0807]-组分a的体积百分比可为0
[0808]-组分b的体积百分比可》80％，》85％，》90％，》95，或》97％
[0809]-组分c的体积百分比可《20％，《15％，《10％，《5％，或《3％
[0810]-组分d的体积百分比可《20％，《15％，《10％，《5％，或《3％
[0811]-组分c和d的体积百分比之和可《20％，《15％，《10％，《5％，或《3％
[0812]
颗粒的尺寸，包括组b的粉末形式，也可通过以下方式描述：
[0813]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0814]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0815]-在包括组分b的体积％中，属于尺寸分布由平均值b
1,mean
》b
mean
形式描述的群组的颗粒占《100％、《95％、《85％、或《80％，组分b的其余部分，由b2标识，属于b
2,mean
《b
mean
的群组，其位于较大颗粒之间的空隙中
[0816]
在其涂覆之前，间隔层浆料可表征为：
[0817]-在85hz下，粘度在500和2200cps之间
[0818]-固体含量在40％到55％之间
[0819]-海格曼规低于90μm或低于50μm
[0820]-颗粒尺寸分布如下：d10《1μm，d50《15μm，d90《60μm，d99《100μm
[0821]
代表性的颗粒尺寸分布曲线如图15的曲线图1500所示。此外，图16的曲线图1600中示出了代表性的粘度曲线，其中粘度与剪切速率成反比。
[0822]
压延后的间隔层厚度可在5到50μm之间。在低湿度环境中，压延可在室温(20℃)到140℃之间进行。
[0823]
间隔层浆料混合工艺
[0824]
下面提供了形成间隔件浆料的示例工序。
[0825]
间隔件浆料混合工艺的示例工序17：组分d4中的组分b和组分d4中的组分d3 d6的两个独立起动悬浮液分两个阶段组合
[0826]
i、混合速度和设备
[0827]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形桨叶或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0828]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0829]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0830]
ii、悬浮液1：组分d4中组分d1和d3的溶液
[0831]
首先，可将组分d1溶解在组分d4中，以形成重量百分比为1％和15％的溶液。组分d1溶解后，可将组分d3添加到溶液中并混合30至90分钟。
[0832]
iii、悬浮液1：分散组分d6
[0833]
然后，可添加组分d6，并在30至90分钟之间混合。超高剪切转子/定子混合器可用于稳定/均匀悬浮液。悬浮液可表征为如下：
[0834]-d10《1μm，d50《5μm，d90《10μm，d99《30μm
[0835]-海格曼规《50μm
[0836]-固体含量在40至65重量％之间
[0837]
*或者，可以通过先添加组分d6，然后添加组分d3，最后添加组分d1来制备先前的悬浮液。悬浮液特性应与上述特性相同。
[0838]
iv、悬浮液2：将组分b分散在组分d4中
[0839]
在单独的混合容器中，组分b可与组分d4混合30至180分钟，固体含量在70至95wt.％之间。在此步骤之后，可向混合容器中添加组分d4，并混合30至90分钟。然后，浆料特性可以是：
[0840]-d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm
[0841]-海格曼规《50μm
[0842]-固体含量在30至60wt.％之间
[0843]
v、分两个阶段将悬浮液1分散到悬浮液2中
[0844]
可将含有d4中组分d6、d1和d3的一半悬浮液1添加到上述步骤iv中的悬浮液2中，并混合30至120分钟。在此步骤之后，固体含量可在30至60wt.％之间。可将含有d4中组分d6、d1和d3的悬浮液1的剩余一半添加到浆料中，并混合30分钟至16小时。在此步骤后，浆料特性为：
[0845]-d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm
[0846]-海格曼规《70μm
[0847]-固体含量在30至60wt.％之间
[0848]-在85hz下，粘度在2000到4500厘泊之间。
[0849]
vi、目标固体百分比
[0850]
然后，可逐步添加组分d4，以将浆料粘度调整至最终目标。每次添加后可进行30至60分钟的混合步骤。在涂覆之前，还可以在真空下将浆料混合30分钟至120分钟。筛分步骤可用于获得所需的颗粒尺寸分布。
[0851]
图17中描绘了示例工序17的工艺流程图1700。
[0852]
间隔件浆料混合工艺的示例工序18：将d4中组分d6的单一悬浮液分三步添加到组分b中
[0853]
i、混合速度和设备
[0854]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形叶片或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0855]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0856]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0857]
ii、悬浮液1：组分d4中的组分d6
[0858]
组分d6可以40至60wt.％的浓度悬浮在组分d4中。悬浮液可表征为以下颗粒尺寸分布：d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm。
[0859]
iii、将组分b分散在悬浮液1的部分中
[0860]
可将组分b和组分d1添加到步骤ii所述悬浮液的三分之一中，从而使固体含量在50％到65％之间。浆料可混合30至120分钟。可将步骤ii中的另三分之一悬浮液添加到浆料中，以降低45％至60％之间的固体含量。浆料可混合30至120分钟。可添加步骤ii中最后三分之一的悬浮液，并混合30至16小时。在此步骤后，海格曼规应低于100μm，固体含量应在40％至55％之间。
[0861]
iv、目标固体百分比
[0862]
可逐步添加一些溶剂，以将浆料粘度调整至最终目标。
[0863]
图18中描绘了示例工序18的工艺流程图1800。
[0864]
间隔件浆料混合工艺的示例工序19：将d4中组分d6的单一悬浮液分两步添加到组分b中
[0865]
i、混合速度和设备
[0866]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形叶片或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0867]
■
10至40rpm之间的低剪切轴
[0868]
■
0至3500rpm之间的高剪切轴
[0869]
ii、组分d4中组分d6的悬浮液
[0870]
组分d6的一半可悬浮在组分d4中，浓度在45至60wt.％之间，并在30至120分钟之间混合。
[0871]
iii、分散组分b
[0872]
组分b和组分d1可与组分d4一起添加到悬浮液中，目标固体含量在50至70wt.％之间。浆料可混合30至120分钟。
[0873]
iv、分散组分d6的剩余部分
[0874]
可将组分d6和组分d4的剩余一半添加到混合容器中，以使固体含量在45至60wt.％之间。浆料可混合30至120分钟。在此步骤后，海格曼压力计应低于90μm。可逐步添加其他组分d4，以将浆料粘度调整至最终目标。
[0875]
间隔件浆料混合工艺的示例工序20：组分d4中组分b和组分d4中组分d6的两个单独启动悬浮液分三个阶段组合
[0876]
i、搅拌速度和设备
[0877]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形叶片或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0878]
■
10至45rpm之间的低剪切轴
[0879]
■
0至1300rpm之间的高剪切轴
[0880]
ii、悬浮液1：组分d4中组分d6的悬浮液
[0881]
组分d6可首先以40至60wt.％的浓度悬浮在溶剂中。悬浮液可表征为以下颗粒尺寸分布：d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm。
[0882]
iii、悬浮液1：分散组分d1
[0883]
然后，将组分d1添加到悬浮液中，并混合30分钟至16小时。在混合后，悬浮液的海格曼规《80μm，固体含量在40至65wt.％之间。
[0884]
iv、悬浮液2：分散组分b
[0885]
在单独的混合容器中，组分b可与组分d4的一部分混合30至180分钟，固体含量在70至95wt.％之间。在此步骤之后，可将组分d4的额外部分添加到混合容器中，并混合30至90分钟，以达到40至65wt.％之间的固体含量。
[0886]
v、分三个阶段将悬浮液1分散到悬浮液2中
[0887]
可将含有组分d6和d4的悬浮液1的三分之一添加到步骤iv的浆料中，并混合30至120分钟。固体含量可在40至65wt.％之间，且海格曼规《40μm。可将悬浮液2的三分之二添加到浆料中，并混合30至120分钟。固体含量可在35至63wt.％之间，且海格曼规《40μm。可将悬浮液2的最后三分之一添加到浆料中，并混合30分钟至16小时。在此步骤后，浆料特性为：
[0888]-海格曼规《40μm
[0889]-固体含量在30至60wt.％之间
[0890]-在85hz下，粘度在3500到4500厘泊之间。
[0891]
vi、目标固体百分比
[0892]
然后，可逐步添加组分d4，以将浆料粘度调整至最终目标。每次添加后可进行30至60分钟的混合步骤。在涂覆之前，也可在真空下将浆料混合30至120分钟。
[0893]
表4提供了间隔件浆料混合工艺的示例。
[0894]
表4：对于lini
0.8
mn
0.1
co
0.1
o2(nmc811)(阴极活性材料)和石墨(阳极活性材料)，间隔件浆料混合工艺的示例。
[0895][0896]
使用malvern mastersizer 3000激光颗粒尺寸分析仪评估浆料颗粒尺寸分布。对于间隔层，目标干厚度可小于30微米。因此，实现大多数颗粒低于目标厚度的颗粒尺寸分布会是可取的。这已通过表中所示的示例工序17实现。此外，如第一循环效率所示，通过间隔件浆料混合示例工序17也可实现最佳全单元性能。
[0897]
再次讨论一种混合固体电解质组分的替代方法。
[0898]
例如，为了促进组分颗粒的分布，提供最佳密度并保持组分材料的功能性，必须仔细选择不同材料的颗粒群组添加到混合物中的顺序。较小的颗粒存在散布在较大颗粒之间的趋势。为了有效地实现这一点，必须首先确定较大颗粒分布的均匀性。此外，为了获得尽可能高的重量分析能力，可以将每种组分材料的总含量分为几组，以设计大颗粒群组相对于较小颗粒群组的分布。
[0899]
鉴于先前对间隔件层的复合物体积的定义，定义为：
[0900]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
[0901]-其中，组分a对应于离子导电固态聚合物
[0902]-其中，组分b对应于自由体积
[0903]-其中，组分c对应于存在粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分时产生的体积
[0904]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[0905]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[0906]
在包括组分a的体积％中，属于尺寸分布由平均值a
1,mean
》a
mean
形式描述的群组的颗粒占《100％、《95％、《85％、或《80％，组分a的其余部分，由a2标识，属于a
2,mean
《a
mean
的群组，其位于较大颗粒之间的空隙中
[0907]
考虑到上述设计标准，以下规定了涂覆在阴极层上的分隔件的组分可以通过混合工艺组合以形成组分a、b和c的混合物的顺序：
[0908]-组分a1的一部分可与组分c的一部分混合，以提供分散的a1颗粒群组
[0909]-组分a1的另一部分可与组分a2和组分c的一部分混合，以提供分散的a1颗粒群组
[0910]-组分a2和组分c的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a1、a2、b和c的全部
[0911]
为了促进上述组分的预期分布，以下标准可用于指导组分颗粒尺寸分布的优化：
[0912]-固体聚合物电解质的最小特征颗粒尺寸可《1微米、《0.5微米或《0.2微米
[0913]-固体聚合物电解质的最大特征颗粒尺寸可》1.5微米、《2.0微米或《2.5微米
[0914]-亚群组的颗粒尺寸分布可以使用对数正态分布函数(包括单个或多个组分)进行近似。可以使用具有对数正态分布的多个组分(a1和a2)来近似分量a
[0915]-[0916]-其中，x是颗粒尺寸，μ是平均颗粒尺寸，σ是标准偏差或分散度
[0917]-组分a1的分散度可以是《0.75、《0.6、《0.5、《0.4、《0.3、《0.2或《0.15
[0918]-组分a2的分散度可以是《0.8、《0.7、《0.6、《0.5、《0.45、《0.4或《0.3
[0919]
间隔层涂层工艺
[0920]
在一个示例中，可将间隔件涂覆、浇铸、沉积或铺设在正电极、负电极或两个电极上，以确保间隔层和电极之间的高度一致性。涂覆工艺可根据以下配置进行：
[0921]
i、阳极和阴极上涂有相同的间隔件配方，
[0922]
ii、在阳极上涂覆两种不同的间隔件配方，以优化每个电极和间隔件之间的化学和电化学稳定性，
[0923]
iii、在阳极和/或阴极上涂覆一系列不同配方的层，以允许间隔件组分的梯度，从而增强带有间隔件的电极的化学和电化学稳定性。
[0924]
为了确保将要涂覆隔离层的电极的连续覆盖，两个涂覆层的宽度可以相同。间隔层的宽度也可以略大于支撑电极的涂层宽度。
[0925]
可使用上文所述的涂覆方法之一(例如，示例工序17、18、19或20)，以1至10m/min的速度涂覆间隔层浆料。在涂覆之后，电极辊通过一组多个烘箱，在烘箱中可设置干燥条件，以达到5-70g/min的蒸发率范围。可优化这个范围的值，以减少组分d1(粘合剂)的迁移或空间梯度、组分b(固体离子导电聚合物材料)的网络分布、涂层宽度上涂层重量的优化均匀性以及良好的涂层附着力(≥10gf/in)。后一个参数对于电极的后续冲压可能很重要，而不会影响涂层的完整性，在表面或沿经冲压电极的边缘会出现分层。
[0926]
间隔层中聚合物电解质二维分布的表征
[0927]
组分b的二维分布由sem-eds图像量化。在如图19所示的sem图像1900中示出了间隔件涂层的表面，其中，以白色突出显示组分b，背景以黑色显示。
[0928]-使用最近邻距离(nnd)分析，聚合物电解质的2d分布可以聚集，平均nnd在3-10μm之间。
[0929]-最大feret距离(聚合物电解质颗粒的边界上两点之间的最长距离)可在1-30μm之间。
[0930]-颗粒的面积可在0.5-180μm2之间。
[0931]-间隔件中颗粒的圆形度，由定义，可在0.2-1.0之间。
[0932]
间隔层(阳极侧)
[0933]
在一个示例中，单元的间隔层可包括多种材料，这些材料在孤立群体中可被表征为粉末，只要包括大量具有类似组分和特性的颗粒。这些粉末可与其他材料结合以形成浆料，以促进将具有从其复合物衍生的功能性的连续层沉积到基板上，在本发明的情况下，基板可以是集电器或先前制造的电极、间隔件或包括其组合的组分。在下文中，提供对组分材料、材料可组合以形成浆料的方法、浆料的特性以及浆料的浇铸方法的描述。下面给出的细节适用于在阳极层上浇铸间隔层。
[0934]
在一个示例中，包括间隔层及其衍生的浆料的复合物可由具有主动和被动功能的多种材料组合而形成。在完成所述层的制造所需的步骤期间，这些候选材料中的一些可在浆料形成期间以牺牲为基础部署，并且可在浆料涂覆之后移除。
[0935]
用于在电极上施加间隔层的浆料必须包括一种或多种固体离子导电聚合物材料作为初级离子导电介质。固体离子导电聚合物材料的一次颗粒尺寸可在0.01至20μm之间。
[0936]
间隔层的复合物(浆料或其他形式)可根据以下定义：
[0937]-组合物(总计)＝组分a 组分b 组分c 组分d
[0938]-其中，组分a对应于电极活性材料(不存在)
[0939]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0940]-其中，组分c对应于自由体积
[0941]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分
[0942]
由此，间隔层浆料可包括以下组分：
[0943]
组分a
[0944]
(不存在)
[0945]
组分b
[0946]-一种或多种固体离子导电聚合物材料，作为离子导电剂，一次颗粒尺寸在0.01和
20μm之间
[0947]
组分c
[0948]
组分d
[0949]-组分d1：粘合剂，包括从包括聚醚、聚酯、羧甲基纤维素或基于至少一种单体的聚合物(例如，甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、丁二烯、丙烯酸或偏氟乙烯)的组中选择的至少一种化合物
[0950]-组分d3：一种或多种用于浆料均匀性的表面活性剂，例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐
[0951]-组分d4：分散溶剂，例如丙酮、异丙醇、甲醇、甲苯、n-甲基吡咯烷酮和水
[0952]-组分d5：用于降低界面阻抗的一种或多种无机添加剂，例如linbo3、litao3、linbxta1-xo3、batio3，并且包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01到10微米之间
[0953]-组分d6：用于改善固体电解质层中聚合物电解质的机械完整性并提供补充功能的一种或多种添加剂，例如b2o3、al2o3、γ-alo(oh)、ga2o3、y2o3、la2o3，并包括p2o5、b2o3、al2o3、ga2o3、y2o3、la2o3、sio2、zro2、tio2以及由其组合产生的化合物，包括可能添加的li2o，一次颗粒尺寸在0.01和10μm之间
[0954]-组分d7：一种或多种锂盐，包括li

阳离子，例如liclo4、liasf6、lif6、lif4、lirfso3、lic3so3、lin(rfso2)2、lic(rfso2)3、litfsi(三氟甲烷磺酰化锂)、libob(二(草酸)硼酸锂)、libeti(二(全氟乙基磺酰)酰亚胺锂)
[0955]-组分d8：用于降低界面阻抗的一种或多种添加剂，例如含有氨基甲酸乙酯的分子，例如氨基甲酸乙酯官能化peg、氨基甲酸乙酯官能化全氟聚醚和烷基氨基甲酸乙酯；l-甲基-3-吡咯烷酮；1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(lh)-嘧啶酮；l,5-二甲基-2-吡咯烷酮；烷基取代的吡啶基离子液体、烷基取代的吡咯烷基离子液体和烷基取代的铵基离子液体与反阴离子，例如tfsi、pf6、bf4阴离子；具有功能性端基的取代聚乙二醇，例如碳酸盐(线性或环状)、氨基甲酸酯(线性或环状)或腈；聚乙二醇双(羧甲基)醚；琥珀酸二辛酯磺酸钠、锂盐或钾盐；乙醇酸乙氧基化4-叔丁基苯醚；乙醇酸乙氧基月桂基醚；乙醇酸乙氧基化4-壬基苯醚；乙醇酸乙氧基化油基醚；聚(乙二醇)4-壬基苯基3-磺丙基醚钠盐、锂盐或钾盐；以及十二烷基苯磺酸钠、锂或钾
[0956]
除溶剂外，间隔层浆料应包含以下范围内的先前组分：
[0957]
i、固体离子导电聚合物材料，在1和98wt.％之间
[0958]
ii、粘合剂，含量在0.1和10wt.％之间
[0959]
iii、锂盐含量在0到10wt％之间，
[0960]
iv、添加剂含量在15％到95％之间，
[0961]
v、表面活性剂含量在0到5wt％之间。
[0962]
间隔层的复合物体积可被定义为
[0963]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
％体积
组分d
[0964]-其中，组分a对应于电极活性材料(不存在)
[0965]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物
[0966]-其中，组分c对应于自由体积
[0967]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分
[0968]-组分a的体积百分比可为0
[0969]-组分b的体积百分比可》80％，》85％，》90％，》95，或》97％
[0970]-组分c的体积百分比可《20％，《15％，《10％，《5％，或《3％
[0971]-组分d的体积百分比可《20％，《15％，《10％，《5％，或《3％
[0972]-组分c和d的体积百分比之和可《20％，《15％，《10％，《5％，或《3％
[0973]
颗粒的尺寸，包括组b的粉末形式，也可通过以下方式描述：
[0974]-在包括组分b的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b1的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
1，mean
可大于b
mean
的尺寸分布
[0975]-在包括组分b的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值b
mean
，标识为b2的总群组百分比，将被表征为具有平均值b
2，mean
可小于b
mean
的尺寸分布
[0976]-在包括组分b的体积％中，属于尺寸分布由平均值b
1,mean
》b
mean
形式描述的群组的颗粒占《100％、《95％、《85％、或《80％，组分b的其余部分，由b2标识，属于b
2,mean
《b
mean
的群组，其位于较大颗粒之间的空隙中
[0977]
在其涂覆之前，间隔层浆料可表征为：
[0978]
i、在85hz下，粘度在500和2200cps之间
[0979]
ii、固体含量在40％到55％之间
[0980]
iii、海格曼规低于90μm或低于50μm
[0981]
iv、颗粒尺寸分布如下：d10《1μm，d50《15μm，d90《60μm，d99《100μm
[0982]
压延后的间隔层厚度可在5到50μm之间。在低湿度环境中，压延可在室温(20℃)到140℃之间进行。
[0983]
间隔层浆料混合工艺
[0984]
下面提供了形成间隔件浆料的示例工序。
[0985]
间隔件浆料混合工艺的示例工序21：组分d4中的组分b和组分d4中的组分d3 d6的两个独立起动悬浮液分两个阶段组合
[0986]
i、混合速度和设备
[0987]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形桨叶或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[0988]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[0989]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[0990]
ii、悬浮液1：组分d4中组分d1和d3的溶液
[0991]
首先，可将组分d1溶解在组分d4中，以形成重量百分比为1％和15％的溶液。组分d1溶解后，可将组分d3添加到溶液中并混合30至90分钟。
[0992]
iii、悬浮液1：分散组分d6
[0993]
然后，可添加组分d6，并在30至90分钟之间混合。超高剪切转子/定子混合器可用于稳定/均匀悬浮液。悬浮液可表征为如下：
[0994]-d10《1μm，d50《5μm，d90《10μm，d99《30μm
[0995]-海格曼规《50μm
[0996]-固体含量在40至65重量％之间
[0997]
*或者，可以通过先添加组分d6，然后添加组分d3，最后添加组分d1来制备先前的悬浮液。悬浮液特性应与上述特性相同。
[0998]
iv、悬浮液2：将组分b分散在组分d4中
[0999]
在单独的混合容器中，组分b可与组分d4混合30至180分钟，固体含量在70至95wt.％之间。在此步骤之后，可向混合容器中添加组分d4，并混合30至90分钟。然后，浆料特性可以是：
[1000]-d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm
[1001]-海格曼规《50μm
[1002]-固体含量在30至60wt.％之间
[1003]
v、分两个阶段将悬浮液1分散到悬浮液2中
[1004]
可将含有d4中组分d6、d1和d3的一半悬浮液1添加到上述步骤iv中的悬浮液2中，并混合30至120分钟。在此步骤之后，固体含量可在30至60wt.％之间。可将含有d4中组分d6、d1和d3的悬浮液1的剩余一半添加到浆料中，并混合30分钟至16小时。在此步骤后，浆料特性为：
[1005]-d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm
[1006]-海格曼规《70μm
[1007]-固体含量在30至60wt.％之间
[1008]-在85hz下，粘度在2000到4500厘泊之间。
[1009]
vi、目标固体百分比
[1010]
然后，可逐步添加组分d4，以将浆料粘度调整至最终目标。每次添加后可进行30至60分钟的混合步骤。在涂覆之前，还可以在真空下将浆料混合30分钟至120分钟。筛分步骤可用于获得所需的颗粒尺寸分布。
[1011]
图17中描绘了示例工序21的工艺流程图1700。
[1012]
间隔件浆料混合工艺的示例工序22：将d4中组分d6的单一悬浮液分三步添加到组分b中
[1013]
i、混合速度和设备
[1014]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形叶片或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[1015]
■
10至55rpm之间的低剪切轴
[1016]
■
0至1500rpm之间的高剪切轴
[1017]
ii、悬浮液1：组分d4中的组分d6
[1018]
组分d6可以40至60wt.％的浓度悬浮在组分d4中。悬浮液可表征为以下颗粒尺寸分布：d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm。
[1019]
iii、将组分b分散在悬浮液1的部分中
[1020]
可将组分b和组分d1添加到步骤ii所述悬浮液的三分之一中，从而使固体含量在50％到65％之间。浆料可混合30至120分钟。可将步骤ii中的另三分之一悬浮液添加到浆料中，以降低45％至60％之间的固体含量。浆料可混合30至120分钟。可添加步骤ii中最后三
分之一的悬浮液，并混合30至16小时。在此步骤后，海格曼规应低于100μm，固体含量应在40％至55％之间。
[1021]
iv、目标固体百分比
[1022]
可逐步添加一些溶剂，以将浆料粘度调整至最终目标。
[1023]
图18中描绘了示例工序22的工艺流程图1800。
[1024]
间隔件浆料混合工艺的示例工序23：将d4中组分d6的单一悬浮液分两步添加到组分b中
[1025]
i、混合速度和设备
[1026]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形叶片或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[1027]
■
10至40rpm之间的低剪切轴
[1028]
■
0至3500rpm之间的高剪切轴
[1029]
ii、组分d4中组分d6的悬浮液
[1030]
组分d6的一半可悬浮在组分d4中，浓度在45至60wt.％之间，并在30至120分钟之间混合。
[1031]
iii、分散组分b
[1032]
组分b和组分d1可与组分d4一起添加到悬浮液中，目标固体含量在50至70wt.％之间。浆料可混合30至120分钟。
[1033]
iv、分散组分d6的剩余部分
[1034]
可将组分d6和组分d4的剩余一半添加到混合容器中，以使固体含量在45至60wt.％之间。浆料可混合30至120分钟。在此步骤后，海格曼压力计应低于90μm。可逐步添加其他组分d4，以将浆料粘度调整至最终目标。
[1035]
间隔件浆料混合工艺的示例工序24：组分d4中组分b和组分d4中组分d6的两个单独启动悬浮液分三个阶段组合
[1036]
i、混合速度和设备
[1037]
可通过配备锯齿状高剪切分散器的单轴混合器和配备多个高剪切分散器的多轴混合器的组合以及低剪切锚定搅拌器、低剪切螺旋形叶片或超高剪切转子/定子混合器来实现组分的分散。在整个混合工艺中，混合速度可保持如下所述：
[1038]
■
10至45rpm之间的低剪切轴
[1039]
■
0至1300rpm之间的高剪切轴
[1040]
ii、悬浮液1：组分d4中组分d6的悬浮液
[1041]
组分d6可首先以40至60wt.％的浓度悬浮在溶剂中。悬浮液可表征为以下颗粒尺寸分布：d10《1μm，d50《2μm，d90《15μm，d99《30μm。
[1042]
iii、悬浮液1：分散组分d1
[1043]
然后，将组分d1添加到悬浮液中，并混合30分钟至16小时。在混合后，悬浮液的海格曼规《80μm，固体含量在40至65wt.％之间。
[1044]
iv、悬浮液2：分散组分b
[1045]
在单独的混合容器中，组分b可与组分d4的一部分混合30至180分钟，固体含量在
70至95wt.％之间。在此步骤之后，可将组分d4的额外部分添加到混合容器中，并混合30至90分钟，以达到40至65wt.％之间的固体含量。
[1046]
v、分三个阶段将悬浮液1分散到悬浮液2中
[1047]
可将含有组分d6和d4的悬浮液1的三分之一添加到步骤iv的浆料中，并混合30至120分钟。固体含量可在40至65wt.％之间，且海格曼规《40μm。可将悬浮液2的三分之二添加到浆料中，并混合30至120分钟。固体含量可在35至63wt.％之间，且海格曼规《40μm。可将悬浮液2的最后三分之一添加到浆料中，并混合30分钟至16小时。在此步骤后，浆料特性为：
[1048]-海格曼规《40μm
[1049]-固体含量在30至60wt.％之间
[1050]-在85hz下，粘度在3500到4500厘泊之间。
[1051]
vi、目标固体百分比
[1052]
然后，可逐步添加组分d4，以将浆料粘度调整至最终目标。每次添加后可进行30至60分钟的混合步骤。在涂覆之前，也可在真空下将浆料混合30至120分钟。
[1053]
表5提供了间隔件浆料混合工艺的示例。
[1054]
表5：对于lini
0.8
mn
0.1
co
0.1
o2(nmc811)(阴极活性材料)和石墨(阳极活性材料)，间隔件浆料混合工艺的示例。
[1055][1056]
使用malvern mastersizer 3000激光颗粒尺寸分析仪评估浆料颗粒尺寸分布。对于间隔层，目标干厚度可小于30微米。因此，实现大多数颗粒低于目标厚度的颗粒尺寸分布会是可取的。这已通过表中所示的示例工序21实现。此外，如第一循环效率所示，通过间隔件浆料混合示例工序21也可实现最佳全单元性能。
[1057]
还讨论一种混合固体电解质组分的替代方法。例如，为了促进组分颗粒的分布，提供最佳密度并保持组分材料的功能性，必须仔细选择不同材料的颗粒群组添加到混合物中的顺序。较小的颗粒存在散布在较大颗粒之间的趋势。为了有效地实现这一点，必须首先确定较大颗粒分布的均匀性。此外，为了获得尽可能高的重量分析能力，可以将每种组分材料的总含量分为几组，以设计大颗粒群组相对于较小颗粒群组的分布。
[1058]
鉴于先前对间隔件层的复合物体积的定义，定义为：
[1059]
体积
总
＝％体积
组分a
％体积
组分b
％体积
组分c
[1060]-其中，组分a对应于离子导电固态聚合物
[1061]-其中，组分b对应于自由体积
[1062]-其中，组分c对应于存在粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分时产生的体积
[1063]-在包括组分a的体积％中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a1的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
1，mean
可大于a
mean
的尺寸分布
[1064]-在包括组分a的体积百分比中，可为其指定平均颗粒尺寸值a
mean
，标识为a2的总群组百分比，将被表征为具有平均值a
2，mean
可小于a
mean
的尺寸分布
[1065]
在包括组分a的体积％中，属于尺寸分布由平均值a
1,mean
》a
mean
形式描述的群组的颗粒占《100％、《95％、《85％、或《80％，组分a的其余部分，由a2标识，属于a
2,mean
《a
mean
的群组，其位于较大颗粒之间的空隙中
[1066]
考虑到上述设计标准，以下规定了涂覆在阴极层上的分隔件的组分可以通过混合工艺组合以形成组分a、b和c的混合物的顺序：
[1067]-组分a1的一部分可与组分c的一部分混合，以提供分散的a1颗粒群组
[1068]-组分a1的另一部分可与组分a2和组分c的一部分混合，以提供分散的a1颗粒群组
[1069]-组分a2和组分c的剩余部分可逐步添加到混合物中，直到混合物可包括组分a1、a2、b和c的全部
[1070]
为了促进上述组分的预期分布，以下标准可用于指导组分颗粒尺寸分布的优化：
[1071]-固体聚合物电解质的最小特征颗粒尺寸可《1微米、《0.5微米或《0.2微米
[1072]-固体聚合物电解质的最大特征颗粒尺寸可》1.5微米、《2.0微米或《2.5微米
[1073]-亚群组的颗粒尺寸分布可以使用对数正态分布函数(包括单个或多个组分)进行近似。可以使用具有对数正态分布的多个组分(a1和a2)来近似分量a
[1074]-[1075]-其中，x是颗粒尺寸，μ是平均颗粒尺寸，σ是标准偏差或分散度
[1076]-组分a1的分散度可以是《0.75、《0.6、《0.5、《0.4、《0.3、《0.2或《0.15
[1077]-组分a2的分散度可以是《0.8、《0.7、《0.6、《0.5、《0.45、《0.4或《0.3
[1078]
间隔层涂层工艺
[1079]
在一个示例中，可将间隔件涂覆、浇铸、沉积或铺设在正电极、负电极或两个电极上，以确保间隔层和电极之间的高度一致性。涂覆工艺可根据以下配置进行：
[1080]
i、阳极和阴极上涂有相同的间隔件配方，
[1081]
ii、在阳极上涂覆两种不同的间隔件配方，以优化每个电极和间隔件之间的化学和电化学稳定性，
[1082]
iii、在阳极和/或阴极上涂覆一系列不同配方的层，以允许间隔件组分的梯度，从而增强带有间隔件的电极的化学和电化学稳定性。
[1083]
为了确保将要涂覆隔离层的电极的连续覆盖，两个涂覆层的宽度可以相同。间隔层的宽度也可以略大于支撑电极的涂层宽度。
[1084]
可使用上文所述的其中一种涂覆方法(例如，示例工序21、22、23或24)，以1至10m/min的速度涂覆间隔层浆料。在涂覆之后，电极辊通过一组四个烘箱，其温度和风扇排气可设置如下：
[1085]
i、烤箱1，温度在40至100℃之间，转速在300至900rpm之间，
[1086]
ii、烤箱2，温度在50至110℃之间，转速在300至900rpm之间，
[1087]
iii、烤箱3，温度在60至120℃之间，转速在300至900rpm之间，
[1088]
iv、烤箱4，温度在80至140℃之间，转速在300至900rpm之间。
[1089]
间隔层中聚合物电解质二维分布的表征
[1090]
组分b的二维分布由sem-eds图像量化。在如图19所示的sem图像1900中示出了间隔件涂层的表面，其中，以白色突出显示组分b，背景以黑色显示。
[1091]-使用最近邻距离(nnd)分析，聚合物电解质的2d分布可以聚集，平均nnd在2-5μm之间。
[1092]-最大feret距离(聚合物电解质颗粒的边界上两点之间的最长距离)可在1-30μm之间。
[1093]-颗粒的面积可在0.5-180μm2之间。
[1094]-间隔件中颗粒的圆形度，由定义，可在0.2-1.0之间。
[1095]
标签保护条
[1096]
除了在电极层、间隔层和集电层之间引入层外，还可以通过放置附加层来促进上述组分的组合，这些附加层可以被放置，以覆盖一个或多个预先存在的层的一部分。例如，可以引入一个接片保护层，以保护从电流收集器延伸的接片，防止电池组装形式短路。单元的接片保护层可包括许多材料，在隔离群组中，这些材料可被表征为粉末，只要包括许多具有类似组分和特性的颗粒。这些粉末可与其他材料结合以形成浆料，以促进将具有从其复合物衍生的功能性的连续层沉积到基板上，在本发明的情况下，基板可以是集电器或先前制造的电极、间隔件或包括其组合的组分。在下文中，提供了对组分材料、它们可以组合以形成浆料的方法、浆料的特性以及浆料的浇铸方法的描述。
[1097]
包括界面阴极-间隔层及其衍生的浆料的复合物可由多种具有主动和被动功能的材料组合而形成。在完成所述层的制造所需的步骤中，这些候选材料中的一些可在浆料形成期间以牺牲为基础进行部署，并且可在浆料浇注之后移除。
[1098]
可电极涂层附近的附加涂层会是所需的，以防止接片与暴露在电极边缘的裸露集电器接触时短路。
[1099]
复合物可根据以下定义：
[1100]-其中，a组分对应于电极活性材料(不存在)
[1101]-其中，组分b对应于离子导电固态聚合物(不存在)
[1102]-其中，组分c对应于自由体积
[1103]-其中，组分d对应于粘合剂、添加剂和其他功能性和非功能性组分
[1104]
由此，接片保护条浆料可包括以下组分：
[1105]
组分a
[1106]
(不存在)
[1107]
组分b
[1108]
(不存在)
[1109]
组分c
[1110]
组分d
[1111]-组分d1：粘合剂，包括从聚醚、聚酯、羧甲基纤维素或基于至少一种单体的聚合物中选择的至少一种化合物，例如甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯、丁二烯、丙烯酸或偏氟乙烯
[1112]-组分d3：一种或多种用于浆料均匀性的表面活性剂，例如硫酸盐、磺酸盐、磷酸盐和羧酸盐
[1113]-组分d4：分散溶剂，例如丙酮、异丙醇、甲醇、甲苯、n-甲基吡咯烷酮和水
[1114]-组分d6：一种或多种机械完整性添加剂，例如b2o3、al2o3、γ-alo(oh)、ga2o3、y2o3、la2o3，一次颗粒尺寸小于1μm
[1115]
除溶剂外，接片保护浆料应包含以下范围内的先前组分：
[1116]-组分d1含量在5至100wt％之间，
[1117]-组分d6含量在0到95wt％之间，
[1118]-组分d3含量在0到2wt％之间。
[1119]
在涂覆之前，接片保护浆料可表征为：
[1120]-在85hz下，粘度在500到3000厘泊之间
[1121]-a固体含量在3％到40％之间
[1122]-海格曼规低于30μm或低于10μm
[1123]-颗粒尺寸分布如下：d10《1μm，d50《5μm，d90《10μm，d99《30μm
[1124]
压延后的接片保护带厚度可在5至40μm之间，宽度在3至10mm之间。压延可在室温(20℃)和140℃之间的低湿度环境中进行。
[1125]
接片浆料混合工艺
[1126]
粘合剂可在溶剂中以1至15wt.％的浓度溶解。粘合剂溶解后，可将表面活性剂添加到溶液中并混合30至90分钟。然后添加添加剂，并在30到90分钟之间混合。为了稳定悬浮液，可能需要进行超声波处理或均质处理。
[1127]
或者，可以先添加添加剂，然后添加表面活性剂，最后添加粘合剂来制备先前的悬浮液。悬浮液特性应与上述特性相同。
[1128]
接片保护带涂覆工艺
[1129]
接片保护条可涂覆在正极接片、负极接片或两个电极接片上。应在靠近电极涂层的位置进行涂覆，以尽量减少与电极涂层的重叠，并且电极涂层和接片保护带涂层之间存在裸露的集电器。
[1130]
可使用上文所述的一种涂覆方法，以1至10m/min的速度涂覆接片保护浆料。在涂覆之后，电极辊通过一组多个烘箱，在烘箱中可设置干燥条件，以达到0.1-15g/min的蒸发率范围。这个范围内的值可优化，以减少组分d1(粘合剂)的迁移或空间梯度、组分b(固体离子导电聚合物材料)的网络分布、涂层宽度上涂层重量的优化均匀性以及良好的涂层附着力(≥10gf/in)。后一个参数对于电极的后续冲压可能很重要，而不会影响涂层的完整性，在表面上或沿经冲压电极的边缘会出现分层。
[1131]
本文所述的方法改进了可充电锂离子电池的制造，并提供了一种用固态电解质替换传统电池中的液体电解质组分的方法。这些方法通过减少或消除成品单元中的液体电解质量来提高安全性，但也提供了由此产生的设备的性能优势。在这方面，这些方法通过优化粉末填充策略来优化单元的能量和功率密度，从而提高性能效益，从而提高比容量、降低孔隙率和降低内阻。
[1132]
本文所述的方法包括分阶段引入组分材料，其被调整以提供材料子系统之间的匹配，以及填充矩阵的自由体积，从而提供制造组分的功能。此外，选择和部署支持浆料配方
和浇铸工艺的材料的方法增加了复合物形式中单个和组合层的完整性和功能性。材料的添加顺序不仅会影响组分材料的相对分布，而且一旦接触到预期的相互混合，用于混合这些材料的方法也会影响组分材料的整体分布。
[1133]
在混合浆料之后，随着浇铸浆料的流体动力学向固体薄膜的流体动力学发展，在浇铸过程中可能会遇到进一步的复杂性，固体薄膜的特性可对定义液态和固态之间路径的参数敏感。所述用于在液相浆料的浇铸期间组合器件层和固相层状结构的组合的方法在不损害单个材料或由此产生的复合材料结构的功能性的情况下提高稳定性。
[1134]
本文所述的混合和浇铸方法用于制造固态电池浆料及其层，当与其他操作结合时，可生成整个固态电池浆料。提供以下方法来生产具有功能性的单元或电池：
[1135]
步骤1，使用各种方法(例如，研磨和筛分)加工组分粉末(组分a、b、d1、d2、d5、d6、d7、d8)，以产生用于生产浆料的所述粉末群组。
[1136]
a、涉及颗粒尺寸设计的材料示例以非限制性方式包括阴极或阳极活性材料、聚合物固态电解质、无机固体电解质材料、无机机械稳定粉末、导电添加剂、粘合剂材料、盐等。
[1137]
步骤2，例如，使用激光或白光颗粒尺寸分析、扫描电子显微镜、测试筛的组合，评估上述材料的颗粒尺寸分布。
[1138]
步骤3，使用高剪切和低剪切混合技术的组合分散组分，通过其彼此以及包括浆料载体的组分的分阶段组合，其非限制性示例可包括(组分d1、d3、d4)：
[1139]
a、溶剂、粘合剂、表面活性剂、消泡剂、增稠剂、稀释剂等。
[1140]
步骤4，可使用流变仪、颗粒尺寸分析、海格曼规等技术，在分阶段并行工作流程中对浆料进行表征。
[1141]
步骤5，阴极浆料(组分a、b、c、d1-d8)可使用辊对辊涂层技术(例如，槽模涂层)浇铸到集电器的一侧或两侧，以形成阴极层。
[1142]
a、阴极层可在浇铸工艺之后进行在线干燥。
[1143]
步骤6，阳极浆料(组分a、b、c、d1-d8)可使用辊对辊涂层技术(例如槽模涂层)浇铸到集电器的一侧或两侧，以形成阳极层。
[1144]
a、阳极层可在浇铸过程之后进行在线干燥。
[1145]
步骤7，阳极或阴极结构可经受压延工艺。
[1146]
步骤8，分隔件浆料(组分b、c、d1、d3、d4、d5、d6、d7、d8)可使用辊对辊涂覆技术(例如槽模涂覆)浇铸到阴极或阳极的一侧或两侧。
[1147]
a、分层电极分隔件结构可在浇铸工艺之后进行在线干燥。
[1148]
步骤9，分层电极分隔件结构可经受压延工艺。
[1149]
步骤10，分层电极分隔件结构可经受烘烤工序，包括一个或两个高温和减压。
[1150]
步骤11，然后，可将电极彼此插入，以将阴极和阳极集电器接片与其他电极的接片对齐以形成堆叠。
[1151]
步骤12，然后，可将堆叠的电极包装在密封容器(例如，袋)中。
[1152]
步骤13，然后，单元可经受形成例程以调节该单元以供使用。
[1153]
通过这种方式，可利用优化的颗粒分布和选择性分阶段的组分引入，形成用于将涂层涂覆到固态电池单元的电极结构上的浆料。以这种方式形成浆料的技术效果是，由此形成的涂层可具有降低的孔隙率和改进的渗流网络。此外，浆料可形成包括固体离子导电
聚合物材料的分隔件涂层。加入固体离子导电聚合物材料的技术效果是降低锂离子传输阻力，并在成型电池中提供机械稳定性。
[1154]
一个示例中，一种方法包括：按照步骤顺序将溶剂分成多个部分，在所述溶剂的第一部分中混合固体离子导电聚合物材料以形成悬浮液，例如，由聚苯硫醚或液晶聚合物形成，所述固体离子导电聚合物材料在室温下具有大于1x 10-5
s/cm的离子导电率，并且所述固体离子导电聚合物材料在室温下处于玻璃状态，其中，所述溶剂的第一部分约为总溶剂含量的一半，在所述悬浮液中混合第一添加剂，并且在所述悬浮液中混合所述第一添加剂之后，将所述溶剂的第二部分与所述悬浮液混合以形成固体含量在25至80wt％之间，d50颗粒尺寸小于30μm，海格曼规小于90μm，在85hz下粘度在500到2800cps之间的浆料，其中，混合包括高剪切混合和低剪切混合，低剪切在10到55rpm之间。所述方法的第一示例还包括：其中，高剪切在0到1500rpm之间。所述方法的第二示例(可选地包括所述方法的第一示例)进一步包括：其中，高剪切在0到3500rpm之间，并且低剪切在10到40rpm之间。所述方法的第三示例(可选地包括所述方法的第一和第二示例中的一个或多个)还包括：其中，高剪切在0到1300rpm之间，以及低剪切在10到45rpm之间。所述方法的第四示例(可选地包括所述方法的第一至第三示例中的一个或多个)还包括：其中，混合包括同时在高剪切下混合和在低剪切下混合。所述方法的第五示例(可选地包括所述方法的第一至第四示例中的一个或多个)还包括：其中，所述溶剂的第一部分的量和所述溶剂的第二部分的量大致相等。所述方法的第六示例(可选地包括所述方法的第一至第五示例中的一个或多个)还包括：其中，所述第一添加剂包括电极活性材料、粘合剂、表面活性剂或无机陶瓷。所述方法的第七实施例(可选地包括所述方法的第一至第六实施例中的一个或多个)还包括，在所述悬浮液中混合所述第一添加剂包括：在所述悬浮液中混合所述第一添加剂和一个或多个其他添加剂。所述方法的第八实施例(可选地包括所述方法的第一至第七实施例中的一个或多个)还包括：其中，所述第一添加剂是无机陶瓷，所述一个或多个其他添加剂是粘合剂和表面活性剂，其中，在悬浮液中混合第一添加剂和一种或多种其他添加剂包括：在溶剂的第三部分中混合粘合剂和表面活性剂以形成溶液，在溶液中混合无机陶瓷，在溶液中混合无机陶瓷之后，将溶液分为多个部分，在悬浮液中混合一部分溶液，然后在悬浮液中混合剩余部分溶液。所述方法的第九示例(可选地包括所述方法的第一至第八示例中的一个或多个)还包括：其中，所述第一添加剂是电极活性材料，其中，在所述溶剂的第一部分中混合所述固体离子导电聚合物材料以形成所述悬浮液包括将粘合剂分成多个部分、在所述溶剂的第一部分中混合所述粘合剂的第一部分以形成第一溶液、将所述第一溶液分成多个部分，在第一溶液的第一部分中混合电子导体以形成悬浮液，并在悬浮液中混合固体离子导电聚合物材料和第一溶液的第二部分，其中，在悬浮液中混合第一添加剂包括在悬浮液中混合电极活性材料和第一溶液的剩余部分。所述方法的第十实施例(可选地包括所述方法的第一至第九实施例中的一个或多个)还包括：其中，所述电极活性材料是阴极活性材料。所述方法的第十一实施例(可选地包括所述方法的第一至第十实施例中的一个或多个)还包括，其中，在所述悬浮液中混合所述电极活性材料与第一溶液的剩余部分包括将所述第一添加剂分成多个部分，将第一部分电极活性材料和第一溶液的第三部分与悬浮液混合45至120分钟，然后将电极活性材料的第二部分和第一溶液的第四部分与悬浮液混合2至16小时。所述方法的第十二示例(可选地包括所述方法的第一至第十一示例中的一个或多个)还包括：其中，在85hz
下粘度在2000至2600cps之间。所述方法的第十三示例(可选地包括所述方法的第一至第十二示例中的一个或多个)还包括：其中，所述电极活性材料是阳极活性材料。所述方法的第十四实施例(可选地包括所述方法的第一至第十三实施例中的一个或多个)还包括：在所述悬浮液中混合所述电极活性材料和第一溶液的剩余部分之后，将粘合剂的第二部分与溶剂的第三部分混合以形成第二溶液，并将第二溶液混合在悬浮液中。所述方法的第十五个示例(可选地包括所述方法的第一个到第十四示例中的一个或多个)还包括：其中，固体含量在25到75wt％之间。所述方法的第十六示例(可选地包括该方法的第一个到第十五示例中的一个或多个)还包括：其中，在85hz下粘度在1100到2800cps之间。所述方法的第十七示例(可选地包括所述方法的第一至第十六示例中的一个或多个)还包括，其中，在所述悬浮液中混合所述电极活性材料和第一溶液的剩余部分包括：将所述电极活性材料分为多个部分，将电极活性材料的第一部分和第一溶液的第三部分与悬浮液混合45至120分钟，然后将电极活性材料的第二部分和第一溶液的第四部分与悬浮液混合2至16小时，然后将第一溶液的第五部分与悬浮液混合30至90分钟。所述方法的第十八示例(可选地包括所述方法的第一至第十七示例中的一个或多个)还包括：其中，固体含量在25至65wt.％之间。所述方法的第十九示例(可选地包括所述方法的第一至第十八示例中的一个或多个)还包括：其中，在85hz下粘度在500至2600cps之间。所述方法的第二十示例(可选地包括所述方法的第一到第十九示例中的一个或多个)还包括：其中，所述浆料具有小于1μm的d10颗粒尺寸、小于60μm的d90颗粒尺寸和小于140μm的d99颗粒尺寸。所述方法的第二十一示例(可选地包括所述方法的第一至第二十示例中的一个或多个)还包括：其中，所述浆料的d99颗粒尺寸小于100μm。所述方法的第二十二示例(可选地包括所述方法的第一至第二十一示例中的一个或多个还包括：其中，海格曼规小于80μm。所述方法的第二十三示例(可选地包括所述方法的第一到第二十二示例中的一个或多个)还包括：其中，海格曼规小于50μm。所述方法的第二十四示例(可选地包括所述方法的第一至第二十三示例中的一个或多个)还包括：在真空下将所述溶剂的第二部分与所述悬浮液混合以形成所述浆料。
[1155]
在另一个示例中，一种在电极结构上形成涂层的方法包括：将溶剂分成多个部分；按照步骤排序，将固体离子导电聚合物材料混合在所述溶剂的第一部分中以形成悬浮液，所述固体离子导电聚合物材料具有在室温下大于1x 10-5
s/cm的离子导电率，并且所述固态离子导电聚合物材料在室温下处于玻璃状态，其中，所述溶剂的第一部分约为总溶剂含量的一半；在所述悬浮液中混合第一添加剂；以及在所述悬浮液中混合所述第一添加剂之后，将所述溶剂的第二部分与所述悬浮液混合以形成固体含量在25至80wt.％之间、d50颗粒尺寸小于30μm、海格曼规小于90μm、以及在85hz下粘度在500至2800cps之间的浆料，其中，混合包括高剪切下的混合和低剪切下的混合，所述低剪切在10至55rpm之间；将所述浆料涂覆到所述电极结构上；干燥经涂覆的电极结构；以及压延所述经涂覆的电极结构；其中，所述电极结构包括沉积在阳极集电器上的阳极材料涂层和沉积在阴极集电器上的阴极材料涂层之一；以及其中，所述涂层和所述电极结构之间的粘附界面具有大于200gf/in的180
°
剥离强度。
[1156]
在另一示例中，一种方法，包括：将溶剂分成多个部分；以低剪切将固体离子导电聚合物材料混合在所述溶剂的第一部分中以形成悬浮液，所述固体离子导电聚合物材料具有在室温下大于1x 10-5
s/cm的离子导电率，并且所述固态离子导电聚合物材料在室温下处
于玻璃状态；在所述悬浮液中混合粘合剂；以及在所述悬浮液中混合所述粘合剂之后，将所述溶剂的第二部分与所述悬浮液混合以形成固体含量在25至55wt.％之间、d50颗粒尺寸小于15μm、海格曼规小于90μm、以及在85hz下粘度在500至2200cps之间的浆料，其中，混合包括高剪切下的混合和低剪切下的混合，所述低剪切在10至55rpm之间。所述方法的第一示例还包括：其中，高剪切在0到1500rpm之间。所述方法的第二示例(可选地包括所述方法的第一示例)还包括：其中，高剪切在0到3500rpm之间，低剪切在10到40rpm之间。所述方法的第三示例(可选地包括所述方法的第一和第二示例中的一个或多个)还包括：其中，高剪切在0到1300rpm之间，低剪切在10到45rpm之间。所述方法的第四示例(可选地包括所述方法的第一至第三示例中的一个或多个)还包括：其中，所述低剪切约为15rpm。所述方法的第五示例(可选地包括所述方法的第一至第四示例中的一个或多个)还包括：其中，混合包括同时在高剪切下混合和在低剪切下混合。所述方法的第六示例(可选地包括所述方法的第一至第五示例中的一个或多个)还包括：其中，所述溶剂的第一部分的量约为所述溶剂总量的15％。所述方法的第七实施例(可选地包括所述方法的第一至第六实施例中的一个或多个)还包括：在所述悬浮液中混合所述粘合剂包括在所述悬浮液中混合所述粘合剂和一个或多个添加剂。所述方法的第八实施例(可选地包括所述方法的第一至第七实施例中的一个或多个)还包括：其中，所述一个或多个添加剂包含无机陶瓷，其中，在悬浮液中混合粘合剂和一种或多种添加剂包括在第三部分溶剂中混合无机陶瓷以形成溶液，将溶液分为多个部分，在悬浮液中混合一部分溶液，然后在悬浮液中混合剩余部分溶液。所述方法的第九实施例(可选地包括所述方法的第一至第八实施例中的一个或多个)还包括：其中，所述一个或多个添加剂还包含表面活性剂，其中，在悬浮液中混合粘合剂和一种或多种添加剂还包括：首先在第三部分溶剂中混合粘合剂和表面活性剂。所述方法的第十实施例(可选地包括所述方法的第一至第九实施例中的一个或多个)还包括，在将所述固体离子导电聚合物材料分散在所述溶剂的第一部分中以形成所述悬浮液之前，将无机陶瓷分成多个部分，以及在所述溶剂的第一部分中混合所述无机陶瓷的第一部分。所述方法的第十一实施例(可选地包括所述方法的第一至第十实施例中的一个或多个)还包括，其中，所述一个或多个添加剂包含所述无机陶瓷的第二部分，并且在所述悬浮液中混合所述粘合剂和一个或多个添加剂包括在所述悬浮液中混合所述粘合剂，将第二部分无机陶瓷与第三部分溶剂混合以形成溶液，然后在悬浮液中混合粘合剂，在悬浮液中混合溶液。所述方法的第十二实施例(可选地包括所述方法的第一至第十一实施例中的一个或多个)还包括，在所述悬浮液中混合所述溶液包括将所述溶液分成多个部分，在所述悬浮液中混合所述溶液的一部分，然后在悬浮液中混合溶液的剩余部分。所述方法的第十三示例(可选地包括所述方法的第一至第十二示例中的一个或多个)还包括：其中，所述浆料具有小于1μm的d10颗粒尺寸、小于60μm的d90颗粒尺寸和小于100μm的d99颗粒尺寸。所述方法的第十四示例(可选地包括所述方法的第一到第十三示例中的一个或多个)还包括：其中，海格曼规小于50μm。所述方法的第十五示例(可选地包括所述方法的第一到第十四示例中的一个或多个)还包括：在真空下将第二部分溶剂与悬浮液混合以形成浆料。
[1157]
在另一示例中，一种用于在电极结构上形成涂层的浆料，所述浆料包含固体离子导电聚合物材料，例如，由聚苯硫醚或液晶聚合物形成，在室温下具有大于1x 10-5
s/cm的离子导电率，所述固体离子导电聚合物材料在室温下处于玻璃状态；溶剂；以及一种或多种添
加剂，所述一种或多种添加剂包括电极活性材料、粘合剂、表面活性剂和无机陶瓷；其中，所述浆料具有在25至80wt.％之间的固体含量、小于30μm的d50颗粒尺寸、小于90μm的海格曼规以及在85hz下在500至2800cps之间的粘度；并且，如果所述浆料是通过顺序混合所述固体离子导电聚合物材料、所述溶剂和所述一种或多种添加剂的工艺形成的，所述工艺包括：将所述溶剂分成多个部分；在所述溶剂的第一部分中混合所述固体离子导电聚合物材料以形成悬浮液，其中，所述溶剂的第一部分约为总溶剂含量的一半；在所述悬浮液中混合所述一种或多种添加剂；以及在所述悬浮液中混合所述一种或多种添加剂之后，将所述溶液的第二部分与所述悬浮液混合以形成所述浆料；其中，混合包括高剪切下的混合和低剪切下的混合，其中，所述低剪切在10到55rpm之间。
[1158]
在另一个示例中，一种涂覆的混合电极包括：阳极集电器；阴极集电器；阳极材料涂层；阴极材料涂层；以及形成为间隔件的固体聚合物电解质涂层；其中，所述阳极材料涂层、所述阴极材料涂层和所述固体聚合物电解质涂层分别由第一浆料、第二浆料和第三浆料形成，其中，所述第一浆料、第二浆料和第三浆料中的每一种均由下式形成：将溶剂分成多个部分；按照步骤排序，将固体离子导电聚合物材料混合在所述溶剂的第一部分中以形成悬浮液，所述固体离子导电聚合物材料具有在室温下大于1x 10-5
s/cm的离子导电率，并且所述固态离子导电聚合物材料在室温下处于玻璃状态，其中，所述溶剂的第一部分约为总溶剂含量的一半；在所述悬浮液中混合添加剂；以及在所述悬浮液中混合所述添加剂之后，将所述溶剂的第二部分与所述悬浮液混合以形成固体含量在25至80wt.％之间、d50颗粒尺寸小于30μm、海格曼规小于90μm、以及在85hz下粘度在500至2800cps之间的浆料；其中，混合包括高剪切下的混合和低剪切下的混合，所述低剪切在10至55rpm之间。涂覆的混合电极的第一示例还包括，其中混合包括同时在高剪切下混合和在低剪切下混合。涂覆的混合电极的第二示例(可选地包括涂覆的混合电极的第一示例)还包括其中第一浆料的海格曼规小于50μm，并且第一浆料的粘度在85hz下在2000到2600cps之间。涂覆的混合电极的第三示例(可选地包括涂覆的混合电极的第一和第二示例中的一个或多个)还包括：其中，第二浆料的固体含量在25到65wt.％之间，第二浆料的海格曼规小于80μm，第二种浆料的粘度在85赫兹时在1100到2800厘泊之间。涂覆的混合电极的第四示例(可选地包括涂覆的混合电极的第一至第三示例中的一个或多个)还包括：其中，第三浆料的固体含量在25至55wt.％之间，第三浆料的d50颗粒尺寸小于15μm，第三种浆料的粘度在85赫兹时在500到2200厘泊之间。涂覆的混合电极的第五示例(可选地包括涂覆的混合电极的第一到第四示例中的一个或多个)还包括：其中，固体聚合物电解质涂层布置在阳极材料涂层和阴极材料涂层之间，其中，所述固体聚合物电解质涂层在与所述阴极材料涂层相邻的第一区域中的组分不同于在与所述阳极材料涂层相邻的第二区域中的组分。涂覆的混合电极的第六示例(可选地包括涂覆的混合电极的第一至第五示例中的一个或多个)还包括：阴极分隔件界面涂层，其设置在阴极材料涂层和固体聚合物电解质涂层之间，其中阴极分隔件界面涂层包含固体离子导电聚合物材料，其中阴极分隔件界面涂层由第四种浆料形成，第四种浆料的固体含量在25至80wt.％之间，d50颗粒尺寸小于30μm，海格曼规小于50μm，在85赫兹时，粘度在2000到2600厘泊之间。所述涂覆的混合电极的第七示例(可选地包括所述涂覆的混合电极的第一至第六示例中的一个或多个)还包括：设置在所述阳极材料涂层和所述固体聚合物电解质涂层之间的阳极分隔件界面涂层，其中，阳极分隔件界面涂层包含固体离子导
电聚合物材料，并且其中阳极分隔件界面涂层由第五浆料形成，第五浆料的固体含量在25到75wt.％之间，d50颗粒尺寸小于30μm，海格曼规小于90μm，在85赫兹时，粘度在500到2600厘泊之间。涂覆的混合电极的第八示例(可选地包括涂覆的混合电极的第一到第七示例中的一个或多个)还包括布置在阳极集电器和阳极材料涂层之间的第一接片保护带，以及设置在所述阴极集电器和所述阴极材料涂层之间的第二接片保护带，其中所述第一接片保护带和所述第二接片保护带分别由第六浆料和第七浆料形成，第六浆料和第七浆料的固体含量均在3到40wt.％之间，d50颗粒尺寸小于5μm，海格曼规小于30μm，在85hz下的粘度在500到3000cps之间。
[1159]
在另一个示例中，、一种电池单元，包括：多个混合电极，所述多个混合电极中的每个混合电极包括：阳极集电器；阴极集电器；阳极材料涂层；阴极材料涂层；以及形成为分隔件的固体聚合物电解质涂层；以及密封袋，所述密封袋包含所述多个混合电极；其中，所述阳极材料涂层、所述阴极材料涂层和所述固体聚合物电解质涂层分别由多种浆料形成，其中，所述多种浆料中的每一个由以下形成：将溶剂分成多个部分；按照步骤排序，将固体离子导电聚合物材料混合在所述溶剂的至少第一部分中以形成悬浮液，所述固体离子导电聚合物材料具有在室温下大于1x 10-5s/cm的离子导电率，并且所述固态离子导电聚合物材料在室温下处于玻璃状态；在所述悬浮液中混合添加剂；以及在所述悬浮液中混合所述添加剂之后，将所述溶剂的第二部分与所述悬浮液混合以形成固体含量在25至80wt.％之间、d50颗粒尺寸小于30μm、海格曼规小于90μm、以及在85hz下粘度在500至2800cps之间的复合物；其中，混合包括高剪切下的混合和低剪切下的混合，所述低剪切在10至55rpm之间。电池单元的第一示例还包括，其中混合包括同时在高剪切下混合和在低剪切下混合。所述电池单元的第二示例(可选地包括所述电池单元的第一示例)还包括，其中所述多个混合电极中的每一个还包括布置在所述阳极集电器上的第一接片保护条和布置在所述阴极集电器上的第二接片保护条。
[1160]
随附权利要求特别指出了被视为新颖且不明显的某些组合和子组合。这些权利要求可以引用“一个”要素或“第一”要素或其等效物。此类权利要求应理解为包含一个或多个此类要素，既不要求也不排除两个或多个此类要素。公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合可以通过修改本权利要求书或通过在本技术或相关申请中提出新权利要求书来要求保护。此类权利要求，无论其范围是否比原权利要求更广、更窄、相同或不同，也被视为包含在本发明的主题范围内。