[发明专利]电极和通过连续局部热解制造电化学电池的电极的方法

说明书

一种制造电化学电池的硅‑碳复合电极组装件的方法包括通过热解组装件中的至少一部分聚合物以形成热解碳而形成电极。所述组装件包括与集流体电接触的电极前体。电极前体包括聚合物和电活性材料。电活性材料包括硅。集流体包括导电材料。热解包括将能量流定向到电极前体的表面。所述表面布置在集流体的反面。所述硅‑碳复合电极组装件包括电极和集流体。在某些变体中，能量流包括激光束或等离子体射流。在某些方面中，所述电极在第一表面与第二表面之间划定浓度梯度。

引言

这一节提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。

高能量密度电化学电池，如锂离子电池组可用于各种消费品和车辆，如混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)。典型的锂离子电池组包括第一电极（例如正极）、第二电极（例如负极）、电解质材料和隔离件。通常电连接锂离子电池组电池的堆叠体以提高总输出。通常，锂离子电池组通过在负极与正极之间可逆传送锂离子来工作。在负极与正极之间安置隔离件和电解质。电解质适合传导锂离子并可以是固体或液体形式。锂离子在电池组充电过程中从正极移向负极并在电池组放电时反向移动。

电极材料与电解质的接触可在电极之间制造电位。当在电极之间的外电路中生成电子电流时，通过电池组的电池内的电化学反应维持电位。电池堆内的负极和正极各自连向集流体（通常是金属，如用于负极的铜和用于正极的铝）。在电池组使用过程中，与这两个电极关联的集流体通过外电路连接以允许由电子生成的电流在电极之间传送以补偿锂离子的传送。

概述

这一节提供本公开的一般概述并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。

本发明涉及以下内容：

[1]. 一种制造电化学电池的硅-碳复合电极组装件的方法，所述方法包括：

通过将能量流定向到包含聚合物和含硅电活性材料的电极前体的表面的至少一个区域以热解至少一部分聚合物以形成热解碳而形成电极，其中在定向过程中，所述电极前体与包含导电材料的集流体电接触并且定向到与集流体相反的电极前体表面，以形成包含电极和集流体的硅-碳复合电极组装件。

[2]. 根据[1]的方法，其中所述定向进一步包括将能量流和电极前体的至少一个相对于能量流和电极前体的另一个平移(translating)，所述平移与所述定向同时进行，由此能量流与毗邻表面的基本所有聚合物热接触。

[3]. 根据[1]的方法，其中所述定向在电极前体中建立热梯度，将热梯度配置为在电极中建立组成梯度以使碳化碳重量%在所述表面与电极/集流体界面之间降低，且聚合物重量%在所述表面与所述界面之间提高。

[4]. 根据[1]的方法，其中所述能量流包含激光束。

[5]. 根据[4]的方法，其中所述激光束是具有大于或等于大约150 nm至小于或等于大约400 nm的波长的紫外线（UV）激光束。

[6]. 根据[4]的方法，其中所述激光束是具有大于或等于大约9 µm至小于或等于大约11 µm的波长的二氧化碳（CO₂）激光束。

[7]. 根据[4]的方法，其中所述定向进一步包括将激光束的焦平面设定在距所述表面一定距离，所述距离为大于或等于大约0 mm至小于或等于大约30 mm。

[8]. 根据[4]的方法，其中将激光束配置为在一定面积上贯穿(intersect)所述表面，所述面积具有大于或等于大约1至小于或等于大约100的纵横比。

[9]. 根据[1]的方法，其中所述能量流包含等离子体射流。

[10]. 根据[9]的方法，其中所述定向使用选自大气等离子体、RF等离子体、电子束等离子体及其组合的等离子体源。

[11]. 根据[9]的方法，其中所述定向进一步包括：