挤出的电池组件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种制造聚合电解质材料的多层层压制品的装置和方法，所述层压制品结合了一层或多层电极层。该装置（４０）包括：挤出机装置（４２），用以挤出聚合物材料（７６）；一对加热压辊（４６，４８），在该对压辊之间材料（７６）与电极（６０，６８，７２）被压在一起，由此制得连续的挤出物（８０）。该方法还包括：制备可结晶的混合物，该混合物包括可结晶的聚合物和质子惰性的有机液，将该混合物作成细长的带形物，让带形物与电极材料接触。还有施压和加热步骤。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种结合了一层或多层电极层的聚合电解质材料层压制品，以及一种连续挤出该层压制品的方法。本专利技术具体涉及聚合凝胶电解质材料的层压制品。传统的水性液体电解质原电池在以下方面存在一定缺点电解质是腐蚀性的，在需要隔板来帮助稳定内电极距离时，在电极间不能获得稳固的隔板，于是，它们不能避免电极材料从电极表面开始产生物理损耗。为了克服液态电解质领域所固有的缺点，已经在固体或者高度粘稠的聚合电解质领域作了大量研究，所述这些电解质材料含有盐类，盐在至少某些离子种类存在的适当条件下表现出迁移性。固体聚合电解质能以薄膜的形式作为电极分隔体，在固态电池中它会发生形变，同时又维持它与电极的良好接触，由此最大限制地减少了使用时因机械应力或者在充/放电循环周期中因体积变化而产生的机械形变引起的问题。在锂电池之类的电池中，特别重要的方面是不再依赖水作为电解质成分，在这些电池中，不希望有水或其它材料与锂反应。这些材料的可能应用并不限于电池，而是包括传感器件和热电换能器。US5460903和US5639574(通过参见结合到本文中)涉及在导电性和动态模量的结合方面得到改善的聚合电解质。这些文献特别教导了离子导电的含离子凝胶，在20℃和10kHz条件下，它具有每厘米高于10-4Siemens的大离子电导率，在10Hz条件下，其动态模量大于103Pa，优选大于105Pa，其中凝胶由少量可结晶聚合物、大量有机化合物组成，所述有机化合物是20℃下盐的溶剂，但不是20℃下可结晶聚合物的溶剂，有机化合物中溶解的盐相对有机化合物的质量浓度大于4％。所述少量优选为质量的20％到50％，优选高达40％。所公开的优选聚合物是卤代聚烯烃，最优选为聚偏氟乙烯(PVdF)。该材料的模数足以让它用到此处所述工艺的电极之间，同时如果对电池组件处置不当，它还能提供足够抵抗力来防止电极彼此接触。但是，本领域普通技术人员可以理解的是，如果可以采用其它能防止相对电极彼此接触的方式，那么变更动态模量也是适宜的。本文在后面公开了防止接触的适宜方式。在US5925483、US5597658和US5705084、US5378558、US5006431(在此通过参照结合进来)已经报道了包括聚合电解质的多层复合材料。制造这些层压制品的方法包括在溶剂含量能通过一段时间的蒸发而得以降低的情况下，用高溶剂含量的凝胶浸涂金属电极材料，或者将这种高溶剂液体混合物挤压到电极上。该方法不适合快速大规模地连续制造复合电极/电解质。现在本专利技术提高了一种制造包括聚合电解质材料和电极的电子组件的方法，该方法能够在高速工作的同时制造出高电导率、高模量的产品。该电极通常是涂覆了活性电极材料的金属箔，例如为阳极涂覆基于石墨的涂层，为阴极涂覆基于锂金属氧化物嵌入化合物的涂层。于是在本专利技术第一方面的第一方法中，提供了一种制造结合有聚合电解质层和电极材料层的层压电子组件的方法，特征在于它包括以下步骤(i)制造可胶凝混合物，它包括可结晶聚合物和质子惰性有机液，所述液体在第一温度下不是所述聚合物的溶剂，但是在某一较高温度下它又成为所述聚合物的溶剂，聚合物质量对该液体质量的比值为1∶4到2∶3，混合物的体积离子电导率，在所述第一温度和10kHz条件下，它的电导率大于每厘米10-4Siemens，在所述第一温度和10Hz条件下，动态模量大于104Pa。(ii)将混合物作成理想宽度和厚度的细长带形物。(iii)在让步骤(ii)中的带形物、至少在让它的接触表面处在液相状态的温度下，让该带形物与电极材料接触。(iv)与步骤(iii)同步或者在该步骤之后向电极材料和混合物施压，由此形成细长的层压复合物。第一方面的优选方法提供了一种制造结合了聚合电解质层和电极材料层的层压电子组件的方法，其特征在于(i)制造含可结晶聚合物和质子惰性有机液的可胶凝混合物，该液体在第一温度下不是所述聚合物的溶剂，但是在某一较高温度下它又成为所述聚合物的溶剂，聚合物质量对该液体质量的比值为1∶4到2∶3，该混合物的体积离子电导率，在第一温度和10kHz条件下，它的电导率大于每厘米10-4Siemens，在所述第一温度和10Hz条件下，动态模量大于104Pa。(ii)在让混合物为均匀液相形式的温度下，通过限定了形状和尺寸的模孔挤出聚合物；(iii)让液相状态的挤出混合物与电极材料层接触，制造出包括电极和混合物层的层压复合物；(iv)在混合物还是液相时，向(iii)中形成的层压复合物施压，由此形成限定了厚度的细长层压复合物；以及(v)让层压制品冷却，以便使混合物转换为固态凝胶。本专利技术第一方面的第二优选方法提供了一种制造结合有聚合电解质层和电极材料层的层压电子组件的方法，特征在于它包括以下步骤(i)制造含可结晶聚合物和质子惰性有机液的聚合电解质凝胶，所述有机液在第一温度下不是所述聚合物的溶剂，但是在某一较高温度下它又成为所述聚合物的溶剂，聚合物质量对该液体质量的比值为1∶4到2∶3，混合物的体积离子电导率，在所述第一温度和10kHz条件下，它的电导率大于每厘米10-4Siemens，在所述第一温度和10Hz条件下，动态模量大于104Pa。(ii)将凝胶作成理想宽度和厚度的细长带形物；(iii)在加热凝胶带形物的同时，向凝胶带形物以及电极材料施压，带形物和电极材料接触，从而至少在带形物与电极材料接触的位置，让带形物处于液相状态，借此形成了细长的层压复合物；以及(iv)让层压制品冷却，以便让液相变回凝胶相。有利的是，所述第一温度介于10到30℃之间，优选介于15到25℃之间，特别优选大体在20℃。优选地，上述本专利技术第一方面的施压步骤包括让电极材料和混合物通过两根或多根压辊之间形成的辊隙。对于所有前述方法来说，最优选的是，在液态或凝胶形式的混合物与电极材料接触之前，将质子惰性有机液涂覆到要接触的一个或多个表面上。更为优选的是，就在混合物进入辊隙之前将质子惰性有机液涂覆到混合物上，而且同样有利的是将有机液涂到电极表面上。优选的是，质子惰性有机液可用于制备混合物，并且它包括该混合物中使用的任意一种成分液，或者它可以是传统上在锂离子电解质系统电池通常使用的质子惰性液电解质中找到的其它质子惰性有机液，并且优选它是单价类型的，例如-BF4，-PF6，-AsF6，-CF3SO3，LiN(CF3SO2)2，LiN(CF3CF2SO2)2，LiC(CF3SO2)3，-CF3COO，SCN，-C1O4，-HgI3。这些化合物中的某些挥发性很强，它们会因混合物变为液体时的温度而被带入挤出过程。该挥发性溶剂包括但不限于碳酸乙二酯，1，3-二氧戊环，碳酸甲二酯，1，2-二甲氧基乙烷，二甲氧基甲烷，1，3-二甲氧基丙烷，碳酸乙基甲基酯，1，2-二乙氧基乙烷，二氯甲烷以及二氯乙烷。可在最初挤出电解质步骤之后的任何阶段将该有机液方便地加到产品中去。在电解质与电极接触的位置加入任意一种前述液体的情况下，以单位重量的重量为基础，按电解质加入量的0.01到1倍的比例方便地添加这些液体，更方便的是，按重量计以0.1到0.5倍重量的比例添加，进一步优选是以0.2到0.3倍重量的比例添加。例如，电解质组分的产出率大于0.5m/分钟，优选约1m/分钟。本领域普通技术人员能明白的是，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造结合了聚合电解质层和电极材料层的层压电子组件的方法，特征在于它包括以下步骤：（ｉ）制造可凝胶的混合物，它包括可结晶聚合物和质子惰性有机液，所述有机液在第一温度下不是所述聚合物的溶剂，但是在某较高温度下它又成为所述聚合物的溶剂，聚合物质量对该液体质量的比值为１∶４到２∶３，混合物的体积离子电导率，在所述第一温度和１０ｋＨｚ条件下，大于每厘米１０↑［－４］Ｓｉｅｍｅｎｓ，在所述第一温度和１０Ｈｚ条件下，动态模量大于１０↑［４］Ｐａ。（ｉｉ）将混合物作成理想宽度和深度的细长带形物；（ｉｉｉ）在让带形物、至少在让它的接触表面处于液相状态的温度下，让来自步骤（ｉｉ）的带形物与电极材料接触；以及（ｉｖ）与步骤（ｉｉｉ）同时或者在该步骤之后，向电极材料以及混合物施压，借此形成细长的层压复合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：IM瓦德，HVStA胡巴德，PL卡尔，WF泰尔德斯利，
申请(专利权)人：英国技术集团国际有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]