[发明专利]具有激光诱导表面改性集流体的电极组件及其制造方法

说明书

本申请涉及具有激光诱导表面改性集流体的电极组件及其制造方法。在本文中提供了用于电化学电池的电极组件。所述电极组件包括具有第一表面的集流体、设置在所述集流体的第一表面上的金属氧化物层、和结合到所述集流体的第一表面上的含锂层。所述金属氧化物层包括多个特征。在本文中还提供了制造此类电极组件的方法。所述方法包括在氧的存在下将激光束引向所述集流体的第一表面以在所述第一表面上形成金属氧化物层，并将含锂层施加到所述金属氧化物层上，由此将含锂层与集流体结合。

技术领域

本申请涉及具有激光诱导表面改性集流体的电极组件、其制造方法以及包含其的电化学电池。

背景技术

本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

高能量密度电化学电池(cells)，例如锂离子蓄电池(batteries)，可用于各种消费产品和车辆例如混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)中。典型的锂离子蓄电池包括第一电极(例如阴极)、相反极性的第二电极(例如阳极)、电解质材料和隔离件。常规锂离子蓄电池通过在负电极和正电极之间可逆地传递锂离子来运行。隔离件和电解质设置在负电极和正电极之间。所述电解质适于传导锂离子并可以为固体或液体形式。在蓄电池充电过程中，锂离子由阴极(正电极)移向阳极(负电极)，并且当蓄电池放电时以相反方向移动。为方便起见，负电极将与阳极同义使用，尽管如本领域技术人员所认识到的那样，在锂离子循环的某些阶段期间，阳极功能可能与正电极而非负电极相关(例如负电极可以在放电时是阳极，而在充电时是阴极)。

许多不同的材料可用于制造用于锂离子蓄电池的组件。常见的负电极材料包括锂嵌入材料或合金主体材料，如碳基材料，例如锂-石墨插层化合物、或锂-硅化合物、锂-锡合金、和钛酸锂(LTO)(例如Li_4+xTi₅O₁₂，其中0 ≤ x ≤ 3，例如Li₄Ti₅O₁₂)。所述负电极也可以由金属锂制造(通常称为锂金属阳极(LMA))，从而所述电化学电池被认为是锂金属蓄电池或电池。在可再充电蓄电池的负电极中使用金属锂具有各种潜在的优点，包括具有最高理论容量和最低电化学电位。因此，并入锂金属阳极的蓄电池可具有更高的能量密度(可能储存容量倍增并且蓄电池的尺寸减半)，同时保持与其它锂离子蓄电池类似的循环寿命。锂金属蓄电池因此是高能量存储系统的最有前途的候选之一。

但是，锂金属蓄电池在一些情况下也具有潜在的缺点。例如，锂金属相对高水平的反应性可能导致界面不稳定性和不期望的副反应。副反应可能在锂金属与电化学电池的制造和/或运行过程中锂金属可能暴露于的各种物类之间发生。此类副反应可能促进不利的枝晶形成。锂金属蓄电池中性能下降的另一潜在原因可能产生于锂金属对负电极的金属集流体的弱长期粘附。在一些情况中，所述弱长期粘附可能导致电池循环过程中电阻和阻抗不合意地增高。

因此，合意的是开发用于高能量电化学电池中的可靠的高性能含锂负电极材料以及与之相关的方法，其改善锂金属与金属集流体之间的长期粘附。

发明内容

本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及具有激光诱导表面改性集流体的电极组件和制造所述电极组件的方法。

在某些方面中，本文中提供了制造用于电化学电池的电极组件的方法。所述方法包括在氧的存在下将激光束引向包含金属的集流体的第一表面以在所述第一表面上形成金属氧化物层。所述金属氧化物层包括多个特征(features)。所述方法进一步包括将含锂层施加到所述金属氧化物层。所述含锂层与所述集流体的第一表面形成结合(bond)。

所述金属可以选自铜、镍、钛、铁、钼、铬及其组合，并且所述金属氧化物可以选自铜氧化物、镍氧化物、钛氧化物、铁氧化物、钼氧化物、铬氧化物及其组合。