发明领域本发明涉及一种用于电池的负极组件及其制造，特别涉及一种使用超声波焊接技术改进的电极凸片和包括硅活性材料和集电器的电极之间的联结。
背景技术：
0、发明背景
1、电池是由一个或更多个具有外部连接的电化学电池单元组成的设备，电池单元将储存的化学能转化为电能。电池单元具有正极和负极，也分别称为阴极和阳极。当电池连接到外部电路时，电子通过外部电路从阳极流向阴极，从而将电能传递到电路和连接到电路的任何设备。
2、碱性电池等原电池是一次性电池，因为电极材料在放电过程中会永久改变。诸如锂离子电池的二次电池可以多次充电和放电，因为电极材料的原始组合物可以通过施加反向电流来恢复。
3、电池单元由两个通过导电电解质材料串联的半电池单元(half-cells)组成。一个电池单元包含阴极，而另一个电池单元包含阳极，电解质存在于两个电池单元中。在两个电池单元之间可以存在隔板，当在每个电池单元中使用两种不同类型的电解质时，隔板防止电解质混合，同时仍然允许离子在两个电池单元之间流动。
4、一种电极包括活性材料层，例如主要由硅组成，形成在集电器(例如铜片)上，并且引线或凸片，例如镍板连接到集电器上。电极凸片通常通过焊接连接到集电器的暴露部分，即在其上不形成活性材料或活性材料被去除的部分。
5、然而，从集电器上去除活性材料或在集电器上形成活性材料的过程中掩蔽集电器是困难和复杂的过程，这也可能危及电极的完整性。例如，在例如浆料涂覆或诸如等离子体增强化学气相沉积(pecvd)的气相沉积方法期间，需要高精度来产生集电器材料的合适暴露区域。
6、可以通过例如将电极凸片间接焊接到电极的活性材料来避免必须制造具有集电器材料的暴露区域的电极的上述缺点。美国专利us9979009b2公开了一种能量存储设备，包括电极凸片、包括比电极凸片薄的金属层的硅电极和将电极凸片连接到硅电极的激光焊缝，其中激光焊缝的接头包括电极凸片的熔化材料并与金属层的熔化材料电接触。
7、国际专利申请wo2013080459a1公开了一种通过熔化部分连接到包括活性材料和集电器的负电极的凸片，该熔化部分通过电弧焊接而不是通过电阻焊或超声波焊接连续形成在凸片的端面和电极的端面上。
8、或者，可以通过提供仅在两侧之一具有活性材料而另一侧是裸露的、暴露的集电器材料的电极来避免该缺点。从专利申请gb2458942a中已知，铜可以超声波焊接到镍上。然而，形成在集电器上作为电极的硅层通常具有刚性的原晶成分，因此是易碎的。因此，预期将硅层材料暴露于焊接的热应力，特别是暴露于超声波焊接的额外的严重机械应力，将导致硅层在可以建立有效焊缝之前被损坏或者甚至破坏。此外，将电极凸片间接焊接到具有在预期的电极凸片与集电器附接的相对侧附接到集电器的硅层的集电器材料上，也预计在能够建立有效焊缝之前导致相对侧上的硅层被损坏或者甚至被破坏。在这种情况下，在焊接之前在集电器材料和硅活性材料之间建立的附接将因此受到(超声波)焊接的应力的负面影响。
9、本申请的发明的目的是提供一种通过使用超声波焊接将电极凸片焊接到电极上来生产电极组件的改进方法，一种包括以改进的方式将电极凸片附接到电极上的超声波焊缝的电极组件，以及包括根据本发明的组件的组合物和电池。另一个目标是提供包括通过一个焊缝焊接到一个电极凸片上的多个电极的电极组件和制造该组件的方法。
技术实现思路
1、鉴于上述讨论，因此本发明的目的是提供一种用于生产电极组件的方法，该方法包括以下步骤：
2、a.提供至少第一复合电极材料，第一复合电极材料包括集电器材料上的至少一个硅层；和
3、b.提供与集电器材料接触的电极凸片材料，以形成对齐的电极组件堆叠；
4、c.可选地，提供复合电极材料，该复合电极材料包括与另一复合电极的集电器材料接触的集电器材料上的至少一个硅层，以形成对齐的电极组件堆叠；
5、d.可选地，重复步骤c至少一次；和
6、e.将超声波能量施加到对齐的电极组件堆叠的一部分以形成：
7、i.焊缝材料(weld material)；
8、ii.穿过电极凸片和可选地穿过复合材料的熔透焊缝；和/或
9、iii.在焊缝材料和复合材料之间的至少一附接焊缝；
10、从而形成电极组件。
11、另一个目的是提供可通过根据本发明的方法获得的电极组件。
12、在另一方面，本发明的主题是提供一种电极组件，其包括：
13、i)包括焊缝材料的电极凸片，其中焊缝材料和电极凸片材料的至少一部分形成第一焊缝界面材料；
14、ii)硅电极复合材料，包括焊缝材料和集电器材料层上的硅活性材料层，其中焊缝材料和集电器材料的至少一部分形成第二焊缝界面材料；和
15、iii)焊缝材料邻接电极凸片和集电器材料，使得电极凸片、复合材料和焊缝材料以电连通方式彼此联结。
16、本发明的另一个目的是提供一种电池，包括电解质、阴极、隔板和根据本发明的组件或根据本发明的组合物。
17、本发明的另一个目的是提供根据本发明的组件、组合物或电池作为能量存储和/或释放设备的用途。
18、申请人已经发现，利用根据本发明的方法、组件、组合物和电池，已经实现了目标。
1.一种用于生产电极组件的方法，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述焊缝材料和所述电极凸片材料的至少一部分形成第一焊缝界面材料，并且所述焊缝材料和所述复合材料的至少一部分形成第二焊缝界面材料,所述复合材料优选所述集电器材料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，包括在施加超声波能量的步骤之前，在两种复合电极材料之间提供焊接材料的附加步骤，可选地重复所述附加步骤。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述复合材料在所述集电器材料的两侧的每一侧上包括至少一层硅。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述材料基本上是扁平的片状材料，并且其中所述材料在焊接过程之前和期间被对齐和固定。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述焊接材料包括铝、金、铜、铁、锂、锰、钯、铂、铥、钛、钨、银、铍、镁、镍、硅和/或锆，优选铜。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述电极凸片材料包含镍或铜或包含镍、铜、锡、硅、铜和镍、包含铜和锡或包含铜和硅的合金。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中所述第一焊缝界面材料和第二焊缝界面材料包括所述电极凸片材料和所述复合材料或其合金。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述集电器材料包含铜、锡、铬、镍、钛、不锈钢或银，或者包含铜、锡、铬、镍、钛、不锈钢或银的合金。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述硅层具有存在纳米结晶区域的非定形结构，优选地，其中所述硅层包含高达30％的纳米结晶硅。
11.一种电极组件，包括：
12.根据权利要求11所述的电极组件，其中所述焊缝材料是超声波焊缝材料。
13.根据权利要求11或12所述的电极组件，其中所述电极凸片材料包括镍或铜或包含镍、铜、锡、硅、铜和锡或包含铜和硅的合金，并且其中所述集电器材料、所述焊缝材料、所述焊接材料或所述焊缝界面材料包括铝、金、铜、铁、锂、锰、钯、铂、铥、钛、钨、银、铍、镁、镍、硅或锆。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的电极组件，其中所述第一焊缝界面材料和所述第二焊缝界面材料包括所述电极凸片材料及所述复合材料或其合金。
15.一种电池，包括电解质、阴极、隔板和根据权利要求1至10中任一项的方法可获得的组件或权利要求11至14中任一项的组件。
