实施方式

大致参考附图，公开了包括硫属化物或氟化物以及至少一种碱金属或碱土金属的烧结电极的各种实施方式。烧结电极的厚度为5μm至100μm，并且截面积为至少3cm²。与常规电极材料相比，该烧结电极能够制作得比典型的薄膜形成电极大得多并且自支撑，且与其他烧结电极相比，无须任何额外的精整技术(例如研磨或抛光)即可以使用。所公开的烧结电极能够通过带制造过程实现这些优点，该制造过程使得“中等”厚度的电极材料具有必须更快的制造速度，其中处理速度与电极厚度无关。即，能够将电极制作得比通过薄膜技术制造的常规电极更厚，且比必须被研磨成可用尺寸的其他烧结电极更薄。再者，比起当前用于制造电极材料的过程，能够以更经济的过程对电极进行快速烧结。实际上，常规过程一般是利用薄膜技术，该技术构建厚的层会慢得多且更是困难。以此方式，本公开内容的相对较厚的烧结电极不仅消除了诸如机械支撑件之类的非活性部件，而且还增加了电池的充电容量。此外，电极的厚度和流延成形制造过程允许以卷到卷形式制造电极材料。

设想本文公开的烧结电极适用于多种电池化学，包括锂离子、钠离子、及镁离子电池，以及使用固态或液体电解质的电池。本文公开了烧结电极、制造过程和锂离子电池的各种实施方式。通过示例而非限制的方式提供了此类实施方式。

如所提及，烧结电极的各种实施方式由包括碱金属或碱土金属中的至少一者的硫属化物的化合物构成。如本文所用，硫属化物的化合物是指氧化物、硫化物、或硒化物的化合物。在其他实施方式中，烧结电极可以是氟化物的化合物。在实施方式中，硫属化物包括锂、钠、或镁的至少一者。在实施方式中，硫属化物也包括至少一种过渡金属，例如钴、锰、镍、铌、钽、钒、钛、铜、铬、钨、钼、锡、锗、锑、铋或铁。

锂的硫属化物的示例性实施方式尤其包括锂辉钴矿(lithium cobaltite)(LCO)、锂锰尖晶石(LMO)、锂镍钴铝酸盐(NCA)、锂铁磷酸盐(LFP)、锂钴磷酸盐(LCP)、钛酸锂、锂铌钨酸盐、锂镍锰酸盐和锂钛硫化物(LiTiS₂)。钠的硫属化物的示例性实施方式尤其包括NaVPO₄F、NaMnO₂、Na_2/3Mn_1-yMg_yO₂(0<y<1)、Na₂Li₂Ti₅O₁₂或Na₂Ti₃O₇,。镁的硫属化物的示例性实施方式尤其包括镁铬铁矿(magnesiochromite)(MgCr₂O₄)和MgMn₂O₄。

在实施方式中，硫属化物(或氟化物)是烧结电极的第一相，并且该烧结电极包含至少一个其他相(例如，第二相、第三相、第四相等)。在实施方式中，选择额外的一个或多个相以提供额外的功能性。例如，在涉及锂电极的实施方式中，第二相提高了电极的有效锂传导率，该第二相例如锂石榴石相。在一个实施方式中，第二相增强了电子传导率。可以在烧结之前添加一个或多个额外的相，或者烧结电极可含有可被一或多个额外的相渗透的开放孔隙。在实施方式中，第二相是提供额外的电子传导率的尖晶石。

本文公开的烧结电极的一个优点是，它们能够被制造得比用于电池的常规电极材料大，该常规电极材料例如是使用薄膜技术制造的那些材料。在实施方式中，烧结电极的厚度为5μm至100μm。在另外的实施方式中，烧结电极的厚度为20μm至80μm，在另外其他实施方式中，烧结电极的厚度为30μm至60μm。除了比薄膜电极厚之外，也能够将烧结电极制成具有相对较大的截面积。在实施方式中，烧结电极的截面积至少为3cm²。在另外的实施方式中，烧结电极的截面积为至少10cm²，在另外其他实施方式中，烧结电极的截面积为至少100cm²。在实施方式中，烧结电极的截面积高达1m²。

烧结电极能够制作得比常规的薄膜电极更大，这是因为该电极是由快速烧结的流延成形或挤出的生坯带形成。为了形成该生坯带，由粉末组分、粘合剂和溶剂制备浆料(或糊料)。粉末组分包括一种粉末状化合物或多种粉末状化合物，该粉末状化合物含有硫属化物及至少一种碱金属或碱土金属。含有硫属化物和碱金属或碱土金属的粉末状化合物可为单种粉末状化合物。作为替代或额外地，该化合物可包括硫属化物的化合物以及含有碱金属或碱土金属的化合物。此外，在实施方式中，粉末状化合物还可含有过渡金属，该过渡金属是伴随硫属化物化合物和含有碱金属或碱土金属的化合物，或是在与硫属化物化合物和含有碱金属或碱土金属的化合物分开的化合物中。

例如，关于锂电极，粉末状化合物可以是含有锂及过渡金属的硫属化物的化合物，例如LCO或LMO。在另一实例中，一种化合物可含有：硫属化物，以及含有碱金属或碱土金属的化合物；而另一种化合物可含有过渡金属。例如，关于锂电极，硫属化物的化合物可以尤其是Li₂O、Li₂CO₃、LiOH、LiNO₃、乙酸锂(CH₃COOLi)或柠檬酸锂(Li₃C₆H₅O₇)中的至少一者，且含过渡金属的化合物可以是MnO₂、Mn₂O₃、Co₂O₃、CoO、NiO、Ni₂O₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、TiO₂、Nb₂O₅、V₂O₅、VO₂、Ta₂O₅或WO₃中的至少一者。在实施方式中，浆料或糊料的粉末组分(包括所有粉末状化合物)占该浆料(或糊料)的40重量％至75重量％。在其他实施方式中，粉末组分占浆料(或糊料)的45重量％至60重量％，并且在其他实施方式中，粉末组分占浆料(或糊料)的50重量％至55重量％。

浆料(或糊料)具有粘合剂，该粘合剂将粉末组分在烧结之前以生坯带的形式保持在一起。在实施方式中，粘合剂尤其是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)[例如，PVB树脂，可购自伊士曼化工公司(Eastman Chemical Company)]，丙烯酸类聚合物[例如，丙烯酸树脂，可购自璐彩特国际集团(Lucite International)]或聚乙烯醇中的至少一者。

浆料(或糊料)还具有溶剂，粉末组分和粘合剂分散在溶剂中。特别地，选择溶剂以避免从浆料中的硫属化物的化合物浸出碱金属或碱土金属。下表2示出了两种溶剂相对于锂离子的浸出特性，该两种溶剂为非极性的1-甲氧基-2-丙基乙酸酯(MPA)和极性的乙醇-丁醇混合物。在研究这两种溶剂的浸出特性时，将200g的表2中确定的粉末化电极材料与200g的溶剂混合。将混合物离心，并通过感应耦合等离子体(ICP)光谱法分析倾析液体的锂离子浓度。如表2所示，极性乙醇-丁醇混合物含有比非极性MPA高得多的锂浓度。这种锂从陶瓷(例如，LCO、LMO等)浸出可因离子交换或氢氧化物的形成而发生。一旦锂进入溶剂中，则可能有一些不期望的副作用。例如，粘合剂的溶解度可能降低。此外，溶解的锂可能会影响分散剂。更进一步，溶解的锂可能在干燥期间迁移，这可导致干燥的带的化学不均匀性。另外，无机颗粒本身的化学性质被改变。再者，与溶剂的反应与时间相依，所以滑移性质经受持续性的变化及潜在的不稳定过程的影响。

表1.在非极性和极性溶剂中锂从电极材料浸出

因此，在多个实施方式中，选择溶剂为非极性。在特定实施方式中，非极性溶剂在20℃下的介电常数小于20。在其他实施方式中，非极性溶剂在20℃下的介电常数小于10，并且在另外其他实施方式中，非极性溶剂在20℃下的介电常数小于5。此外，在实施方式中，溶剂从浆料中的粉末组分中浸出少于1ng/L的碱金属或碱土金属。在其他实施方式中，溶剂从浆料中的粉末组分中浸出少于0.1ng/L的碱金属或碱土金属，并且在其他实施方式中，溶剂从浆料中的粉末组分中浸出少于0.01ng/L的碱金属或碱土金属。

在实施方式中，可调整粘合剂的化学性质以与非极性溶剂(例如MPA)一起起作用。例如，B-79是可商购的PVB，其具有低浓度的来自聚乙烯醇的羟基(11-13重量％)，并且与其他PVB粘合剂相比，具有低分子量。这容许易于溶解及高溶解度，以控制粘度并实现高固体负载。

在实施方式中，该浆料(或糊料)可含有助于处理的其他添加剂。例如，在实施方式中，浆料(或糊料)可含有0.1重量％至5重量％之间的分散剂及/或塑化剂。示例性的分散剂是鱼油分散剂，且示例性的塑化剂是邻苯二甲酸二丁酯。此外，如将在下文更全面地讨论，在浆料(或糊料)中过渡金属氧化物的存在可在烧结期间造成催化燃烧反应。因此，在实施方式中，浆料(或糊料)可含有添加剂，以防止或降低这种燃烧反应的严重性。特别是，浆料(或糊料)可含有抗氧化剂，例如酚(例如，丁基化羟基甲苯(BHT)或烷基化二苯基胺)，或具有吸热分解的材料，例如无机碳酸盐和氢氧化物。

将浆料(或糊料)流延成形或挤出成具有烧结电极的期望厚度的生坯带。如上文所讨论，厚度可在5μm至100μm的范围内。在实施方式中，将生坯带干燥，以移除大部分的溶剂，留下主要是含碱金属或碱土金属的硫属化物的化合物。在实施方式中，干燥可在环境温度或在60℃至80℃的稍微升高的温度下发生(或在环境温度下开始并且过渡到升高的温度)。此外，在实施方式中，使空气循环以增强干燥。在实施方式中，干燥后剩余的有机材料的量不超过干燥的生坯带的10重量％。一旦干燥后，将生坯带脱粘并且烧结。即，将生坯带加热到将聚合物粘合剂和任何其他有机物燃烧掉的温度。在实施方式中，脱粘在175℃至350℃的温度范围内发生。此后，将已干燥且脱粘的生坯带烧结。烧结发生在500℃至1350℃的温度范围内。在此温度范围内的烧结时间少于60分钟。在实施方式中，烧结时间小于50分钟，并且在另外其他实施方式中，烧结时间小于45分钟。烧结后，烧结电极的孔隙率不超过30％。在实施方式中，烧结电极带的孔隙率不超过25％。在其他实施方式中，烧结电极的孔隙率不超过20％，在另外其他实施方式中，烧结电极的孔隙率不超过15％。在实施方式中，烧结电极的孔隙率为至少0.1％。烧结过程的结果是，在实施方式中，烧结电极的平均晶粒尺寸为10nm至50μm。在其他实施方式中，平均晶粒尺寸为50nm至10μm，在另外其他实施方式中，平均晶粒尺寸为100nm至1000nm。

此外，在实施方式中，烧结电极具有开放孔隙，以提供从烧结电极的第一主表面到另一主表面的流体连通。即，在实施方式中，硫属化物的化合物的相包括固体相，并且孔隙构成第二相，其中第二相是固体相中的连续相。另外，在实施方式中，烧结电极带的孔基本上对齐以促进离子传输。即，孔沿着垂直于第一主表面和第二主表面的轴线对齐。例如，每个孔可具有的截面尺寸比该孔隙的任何其他截面尺寸长，并且该较长的截面尺寸基本上垂直于电极的第一和第二主表面对齐，例如，平均而言，与垂线相差在25°以内对齐。有利的是，与其他烧结电极不同，所描述的烧结过程产生了烧结电极，该烧结电极在并入电池构造之前不需要进一步的精整，例如机械研磨或抛光。特别的是，先前的烧结电极是由大型盘状物以显著更大的厚度(例如500μm至1mm)形成，并且必须被切割成可用的尺寸并且研磨降至可用的厚度。据报导，这种研磨只能达到约130μm的厚度，这是根据这种过程制造的电极的实际极限。通过流延成形该电极，不仅该过程更经济(例如，没有研磨/抛光步骤，以及有利用卷到卷制造的能力)，还能够达成期望的电极材料的厚度。

此外，因为烧结电极是自支撑的，所以能够将烧结电极用作沉积额外层的基材。例如，可将金属层(例如，最多达5μm)沉积至烧结电极的表面上，以作为电池的集电器。此外，在示例性实施方式中，可以通过RF溅射将固体电解质，例如锂-磷-氮氧化物(LiPON)、锂石榴石[例如，石榴石LLZO(Li₇La₃Zr₂O₁₂)]或锂磷硫化物沉积至烧结电极上。作为替代，能够通过对Li₃PO₄或LiPO₃的薄层进行氨解或通过反应性烧结而施加LiPON固体电解质的薄层。设想这样的过程比起用于固体电解质的常规沉积技术更快速且资本有可能不那么密集。类似地，能够通过溶凝胶、直接烧结、及反应性烧结施加锂石榴石(例如，LLZO)的固体电解质。

进一步地，作为自支撑层，烧结电极可以为使用液体电解质的锂电池的有利制造途径提供基础。特别而言，该烧结电极能够以连续过程制造，并且在分批或卷到卷的加工中用作用于涂覆的基材。这样的加工能够允许例如通过溅射及/或电解沉积来进行烧结电极的金属化，而形成金属化的烧结电极。以此方式，可将用于常规锂电池的电极集电器金属罐的厚度从典型的10至15μm减少至小于5μm、小于1μm、或甚至小于100nm。此外，可将金属化的烧结电极以片或卷形式作为独立部件供应给电池单元制造商。有利的是，这种金属化的烧结电极减少了一般为集电器保留的电池单元的体积，从而容许有更多的活性电极材料和更高的容量。

就此而言，烧结电极特别适合用于离子嵌入型电池。锂离子电池10的示例性实施方式显示于图1。锂离子电池10包括烧结的阴极12、电解质层或区域14、以及阳极16。在实施方式中，烧结的阴极12的厚度为5μm至100μm。另外，在实施方式中，烧结的阴极12具有至少3cm²的截面积。有利的是，烧结的阴极12机械支撑锂离子电池10，使得烧结的阴极12不会承载在机械支撑件(例如氧化锆支撑件)上。这种架构的优点在于，基本上从电池排除非活性部件。即，烧结的阴极12在提供机械支撑的功能的同时，其仍是活性部件，且有助于电池的容量。因此，阴极支撑的设计可以以更薄的形状因子给予相同的总容量，或者可以在相同尺寸下为更高的净容量增加阴极的厚度。

进一步地，可以将烧结的阴极12用于固态和液体电解质锂离子电池。尤其是在固态电池中，电解质层14包括固态电解质(例如，具有>10^-6S/cm的传导率)，诸如LiPON、锂石榴石(例如，LLZO)或锂磷硫化物。更特定而言，在固态电池中，电解质层14包括固体电解质，例如LiPON、锂石榴石(例如，LLZO)、锂磷硫化物、或锂超离子导体(LISICON)，并有锂离子传导性及厚度的组合，以使面积比电阻小于约100Ω·cm²。LiPON的一项优点特别在于，其抵抗枝晶形成。在液体电解质电池中，电解质层14包括液体电解质，例如LiPF₆-DMC(碳酸二甲酯中的六氟磷酸锂)，以及聚合物或陶瓷隔膜，以将阴极12和阳极16分开。在任一情况中，烧结的阴极12增加了胜于常规的锂离子电池的充电容量。

电池10还包括设置在烧结的阴极12的第一表面上的第一集电器18。在所示的实施方式中，第二集电器20设置在阳极16上；但是，在实施方式中，阳极可以是金属(例如锂金属或镁金属)，在这种情况中，可以不包括集电器。进一步地，在所示的实施方式中，电池10被包封在保护性涂层22中。在实施方式中，第一集电器18是铜，并且第二集电器20(当使用时)是铝。保护性涂层22例如可以是聚对亚苯基二甲基。

虽然所示的实施方式仅包括烧结的阴极12，但是阳极16也可以是根据本公开所述的烧结的电极。对于锂离子电池，(烧结的)阴极12可以包括锂辉钴矿、锂锰尖晶石、锂镍钴铝酸盐、锂铁磷酸盐、锂钴磷酸盐、锂镍锰酸盐或锂钛硫化物中的至少一种，并且(烧结的)阳极16可以包括钛酸锂或锂铌钨酸盐中的至少一种。

此外，虽然描绘了锂离子电池，但是所述电池可替代为基于钠离子、钙离子或镁离子化学。对于钠离子电池，(烧结的)阴极12可以包括NaMnO₂、Na_2/3Mn_1-yMg_yO₂(0<y<1)或NaVPO₄F中的至少一种，并且(烧结的)阳极16可以包括Na₂Li₂Ti₅O₁₂或Na₂Ti₃O₇中的至少一种。对于镁离子电池，(烧结的)阴极12可以包括MgCr₂O₄或MgMn₂O₄中的至少一种，并且阳极16可以是镁金属(其也可以用作集电器20)。前述任一种电池化学可以使用包含溶剂(例如DMC)和盐的液体电解质，所述盐具有与嵌入离子匹配的阳离子。此外，对于钠离子电池，钠超离子导体(NASICON)可以用作固态电解质。

为了证明容量增加，图2提供了常规固态薄膜微电池100的剖面示意图。微电池100包括阴极集电器102和阳极集电器104，其被沉积在惰性机械支撑件106上。阴极108(例如LCO或LMO)在阴极集电器102上形成并且被固态电解质110(例如LiPON)围绕。阳极112被沉积在电解质110上方和阳极集电器104上方。提供涂层114以保护阴极108，电解质110和阳极112。在常规的电池设计中，依赖机械支撑件106以在电池100的制造期间进行处理，并且机械支撑件106是用于沉积阴极108和电解质110层的平台。机械支撑件106通常的厚度为50μm至100μm。机械支撑件106和保护性涂层114还在最终的封装件中提供刚性并有助于防止损坏。

在这些常规电池100中，阴极108通常通过诸如RF溅射或脉冲激光沉积之类的过程生长到所需厚度。这些沉积技术是常规电池100需要使用机械支撑件106的另一个原因。这些常规方法以<10μm/小时的速率产生阴极材料，这对这些常规阴极材料的可实现厚度产生了实际和商业上的限制。结果，薄膜微电池仅在需要小尺寸电源的应用中找到用处，例如智能卡、医疗植入物、RFID标签和无线传感。

图3示出了本公开的图1的电池10的充电容量与图2的常规电池100的充电容量的比较情况。该比较情况在80μm的标称相同的厚度下进行。具体地，在(1)具有50μm厚的氧化锆机械支撑件106和5μm厚的阴极的常规电池100与(2)具有35μm厚的阴极12的本公开的电池10之间进行比较。值得注意的是，本公开的电池10的阴极12的厚度小于常规电池100的机械支撑件106的厚度，因此允许为阳极16处的锂金属保留空间。如在图3中可见到的，烧结的阴极12的额外厚度和机械支撑件106的移除在绝对容量和体积容量方面提供了7倍高的容量，并且基于重量计，容量是10倍大。

除了简单地使得具有更大的电极之外，所示实施方式的烧结的阴极12相比于常规阴极还提供了使其充电容量增加的结构优点。在常规的阴极108中，活性阴极颗粒造成点接触。这些接触的截面积小，因此高度阻碍锂离子和电子的移动。为了克服该阻碍问题，向电极中加入碳以作为传导路径来促进电子传输进出活性颗粒，并且电极中的孔空间渗透有液体电解质以快速传导锂离子。以这种方式使用碳在电池容量与充电/充电速率性能之间建立了权衡。活性阴极颗粒之间的点接触的另一个问题是这些接触较弱，因此使用聚氟乙烯(PVF)将活性颗粒和碳结合在一起以在加工期间提供结构强度。相较之下，所示的烧结的阴极12中的颗粒彼此结合，因此，可以消除电子传导性碳和粘合剂。由此，可以减少分配给孔隙以用于锂离子移动的空间比例，并且利用烧结的阴极，可以有更多的空间专用于活性材料。本发明人估计，对于给定的阴极材料，基于相等的阴极厚度，容量总共可增加约30％。或者，对于更紧凑的电池，在保持容量相同时，阴极厚度可减小20-25％。如上文所提及的，烧结的阴极12中的孔可在离子传输到阳极及从阳极传出的方向上对齐，以在空间利用方面能够实现进一步的改善或者促进增加功率密度。

实验实施例

通过对表2中所述的浆料进行流延成形来制备五种示例性生坯带，其包括一个比较例(E1)、一个参照例(E4)和三个本公开的实施例(E2、E3和E5)。LMO和LCO粉末商购自GELON LIB集团(中国山东临沂)，并且氧化铝粉末获自Sasol公司(德克萨斯州休斯顿市)。聚乙烯醇缩丁醛粘合剂是商购自伊士曼化学公司(田纳西州金斯波特市)的B-79。

表2：带铸浆料制剂

难以迅速脱粘和烧制含有锂离子电池电极材料并且有机物质的浓度高于10重量％的带。特别地，当有机材料的浓度高于10重量％时，如果在去除粘合剂之前超过临界温度，则带可能变得易燃并着火。一旦着火，则燃烧前沿蔓延并使带开裂。图4描绘了表2的带E1，其中，生坯带200进入烧结室210，并且粘合剂被燃烧220，从而产生蔓延前沿230。如表2中可见到的，生坯带E1的有机组分为12.17重量％，这高于10重量％的阈值。带的可燃性是将连续脱粘和烧制的实际速率限制到约60分钟的工艺瓶颈。如上文简要提到的，生坯带E1的可燃性部分是由于电极材料中的可还原性过渡金属氧化物与有机材料之间的相互作用所致。具体地，过渡金属氧化物通过用作催化剂和通过产生氧气而加速燃烧。

该作用示于图5所示的差示扫描量热法(DSC)迹线中。如此处可见到的，带E2和E3分别含有LMO和LCO，并且在比具有氧化铝的参照带E4(其不含过渡金属)低约80℃下开始燃烧。相比于带E4，带E2和E3释放的热的总量更大，这是因为带E2和E3的LMO和LCO分别促进了有机物质的更完全的燃烧，而挥发性氧化物逸出氧化铝带材E4。然而，如在带E5的迹线中可见到的——其中有机材料的量在5重量％以下，所释放的热变得与氧化铝参照带E4相当。即，对于带E5，可燃性有机物质的浓度减少超过一半，而仅为4.35重量％。虽然燃烧开始的温度是相同的，但是释放的热的总量配合有机物质相对于带E4的浓度变化而下降。在较低的粘合剂浓度下，带可以以显著更高的速度脱粘和烧结。

尽管具有显著更低的粘合剂浓度，但是令人惊奇地发现，带E5足够坚固，并且足以从聚合物载体膜松脱以及足以手工处理。图6和7提供了迅速烧结的带E5的两个实施例的图片。每个带的尺寸为约8cm长×4cm宽。图6A中的带通过第一遍拉动通过300℃的炉来脱粘，然后第二遍在1100℃下烧结。每遍持续10分钟，总加工时间为20分钟。图6B中的实施例通过以32英寸/分钟的速率拉动到1100℃的炉中而在单个步骤中脱粘和烧结(总停留时间为75秒)。带E5的烧结后的厚度标称为60μm。

迅速烧结可以对单独的件或卷到卷构造有效的连续方式来操作。该过程有效地产生了大面积的经烧结的电极材料并且厚度与电池相关。图7是E5制剂的连续且迅速烧结的带的实例，其约40mm宽×600mm长并且为70μm厚。脱粘和烧结在单个步骤中进行，并且在1100℃的最高温度下，总停留时间为20分钟。

除了降低生坯带中的可燃性有机物质的浓度外，还设想了减少可燃性的其他方式。如上所述，通过向浆料中加入少量的抗氧化剂可以使燃烧变慢。此外，可以基于粉末化化合物经受200℃至300℃的温度范围中的吸热反应的能力来选择粉末组分。例如，为了产生LCO或LMO，在滑泥中可以包含CoCO₃或MnCO₃，并且余量为Li₂CO₃以在烧结步骤期间用于反应形成LiCO₂(LCO)或LiMn₂O₄(LMO)。任何一种碳酸盐的分解发生在150℃至300℃之间，并且该过程是吸热的，因此抑制了燃烧。以这种方式，可以根据需要增加粘合剂材料的量，例如，用于生坯带的强化。

在总持续时间为40分钟的周期中在1050℃下烧结尺寸为90cm×40cm的LCO带组成E5的试样。刚烧结好的带的标称厚度为60μm。如图8所示，粉末x射线衍射证实烧结的LCO的化学和结构与原样LCO的相似。图9是烧结的带的刚烧制好的表面的SEM图像。通过图像分析，孔隙率估计为8-10％，并且通过染料测试确定孔结构是开放的。

通过制备如图10A和10B所示的电化学电池单元300来确定示例性的经流延成形和烧结的电极的充电容量。将烧结的电极的阴极盘310激光切割成8mm的直径。用4密耳铂线320进行阴极盘310的电连接，所述铂线320通过金墨330固定。金墨还完全覆盖如图10A所示的阴极盘310的一个面，从而迫使锂离子传输通过如图10B所示的另一面。选择阳极340为锂金属，其也用作参比电极。将阴极盘310浸没在1M LiPF₆在50:50碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯电解质溶液(BASF公司的Selectilyte LP-30)中，以使孔填充有导电流体。使样品以C/20至2C的速率进行充电-放电循环。在恒定电流下进行充电，然后进行恒电压充电且电位为4.2V或4.3V。在恒定电流下进行放电并且下降到3V极限。图11示出了烧结的LCO阴极盘310在C/5速率和4.3V充电电位下通过20次充电-放电循环的充电容量和稳定性。容量紧密匹配LCO的140mAhr/g的理论值，并且没有证据表明随着循环累积，容量下降。因此，经流延成形和迅速烧结的LCO在电化学电池单元的测试中显示出了接近理论的容量。随着充电速度增加，迅速烧结的LCO电极还保留了高容量。如图12所示，即使在4.2V和4.3V的固定电位下，当充电速度增加到高至C/2时，容量也下降得很少。

本发明人对该出人意料的结果感到惊奇——通过多次充电-放电循环，容量得以保留。因为经烧结的脆性电极的开裂，原本预计容量下降或者甚至突然失效。已知有两种机理驱使开裂。一种是由于锂的嵌入和脱嵌，在电极中有大的体积应变。在整个电极厚度上，由差异化的充电状态引起的错配应变，尤其是在以高速率充电或放电时，往往会超过脆性陶瓷的应变容限。LCO和大多数其他电极材料(例如LFP)是各向异性的，因此，充电-放电循环中的差异化膨胀驱使微开裂。认为裂纹使电极分裂，从而导致形成隔离的岛状物并增加了电子传输的曲折性。图13A示出了烧结后即刻的LCO的微结构，并且图13B示出了充电-放电循环后的LCO的微结构。如在图13A与图13B的比较中可见到的，在充电-放电循环后形成了微裂纹。虽然这些微裂纹不影响LCO电极的充电容量，但是通过使晶粒尺寸足够地小可避免微裂纹。

图12中的图还与较厚的常规经烧结和机械加工的阴极进行了比较。根据文献，在相同粉末床中由直径为12.5mm的LCO压制粒料烧结阴极以限制锂的损失。加热速率为9℃/分钟并且均热时间为90分钟。对经烧结的丸料进行研磨以移除致密的外壳，抛光到5μm粗糙度并切割成2.2mm见方的切片。将切割的片精整到低至260μm的厚度，其具有两个开放孔隙率水平(13％和26％)，并且评估其作为高容量和高能量密度微电池的潜在用途。电池单元使用液体电解质和常规的多孔聚合物隔膜。在测试条件中有两处不同。具体地，使电池单元在恒定电流下充电到高至4.25V的电位，并且放电到低至2.5V。在常规生产的阴极中，孔隙率对于被液体电解质渗透是重要的，其为锂离子提供了比仅从LCO获得的更具传导性的路径。随着电极厚度增加，孔的重要性增长。即使在26％的孔隙率下，最薄的260μm阴极在C/3的速率下充电时，显示出充电容量显著下降。由此，常规阴极表现出难以在体积容量和充电速率之间权衡。即，必需增加孔隙以达到更快的充电速率，但是这以牺牲容量为代价。

相较之下，本文公开的经烧结的电极以60μm的更薄的形状因子来制造，并且无需使用昂贵的机械加工过程。厚度不减小到其在与其他部件的厚度(例如，薄膜电池中的1-2μm的LiPON电解质层)相比过小的程度。然而，其厚度仍然大致比图12中参照的常规阴极小约4倍。由此，缩短了锂离子和电子的传输距离，并且对高充电速度保留容量，且几乎不依赖于孔隙来保持锂传导性电解质。在3.5mA/cm²的电流密度下，经烧结的阴极的容量在1C下超过理论的80％。

除非另有表述，否则都不旨在将本文所述的任何方法理解为需要使其步骤以具体顺序进行。因此，当方法权利要求实际上没有陈述为其步骤遵循一定的顺序或者其没有在权利要求书或说明书中以任意其他方式具体表示步骤限于具体的顺序，都不旨在暗示该任意特定顺序。另外，如本文所使用的，冠词“一个”旨在包括一个或多于一个部件或元件，并且不旨在被理解为意为仅一个。

对本领域的技术人员而言，显而易见的是可以进行各种修改和变动而不偏离公开的实施方式的精神或范围。因为本领域技术人员可以结合实施方式的精神和实质，对所公开的实施方式进行各种改良、组合、子项组合和变化，因此，应认为本公开的实施方式包括所附权利要求书范围内的全部内容及其等同内容。