利用纳米孔隔板层的锂电池制造技术

技术编号:7353682 阅读:259 留言:0更新日期:2012-05-19 06:25
提供了一种锂电池,包括:(a)隔板/电极组件,包括:夹置在具有一种极性的两个电极层之间的集流器层、和在每个电极表面上结合到两个电极层的多孔隔板层,其中各电极层直接涂覆在隔板层上;(b)具有夹置在两个电极层之间的集流器层的相反极性电极;以及(c)电解质,其中电池包括交替层,交替层具有隔板/电极组件和具有相反极性的电极。优选地,组件的一部分不接触该具有相反极性的电极,并且该具有相反极性的电极的一部分不接触组件,以及导电性器件独立地连接各电极的一部分以进行有效地集流。还提供了制备这种锂电池的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及电池和其它电流产生电池的领域。更具体地,本专利技术涉及利用纳米孔隔板的锂电池、和通过以期望构造利用纳米孔结构的隔板来覆盖电池的其它的层来制备锂电池的方法。
技术介绍
锂电池,包括可再充电的或二次锂离子电池、不可再充电的或一次锂电池、和诸如锂-硫电池其它类型电池,通常通过交错塑料隔板、两侧涂覆阴极层的金属基板、另外塑料隔板、和两侧涂覆阳极层的另外金属基板来制备锂电池。为了保持这些材料的条带的对齐和其它质量原因,该交错通常在自动设备上进行,这是复杂和昂贵的。此外,为了实现足够机械强度和完整性,隔板和金属基板相对较厚,例如厚度为10微米或更厚。例如,用于阳极涂层的铜金属基板的典型厚度为10微米,阴极涂层的铝金属基板的典型厚度为12微米,并且塑料隔板的厚度通常为12-20微米。这些较厚隔板和金属基板不是电化学活性的,因此减小锂电池的电极中电活性材料的体积。这限制了锂电池的能量密度和功率密度。锂电池的新应用是用于混合动力、插电式混合动力和电力车辆的大功率电池。与手提式计算机与其它应用中的锂电池中使用的圆柱形金属电池相比,用于车辆的多种锂电池为扁平或棱柱形设计。此外,用于车辆的锂电池需要是经济的。制备用于车辆和其它应用的更高能量和更经济锂电池的潜在方案包括,极大增加各电池中的电活性材料的体积的比例或百分率,并且降低待制备电池的自动设备的复杂性和费用。如果锂电池包括的隔板和金属基板层远薄于目前使用的情况,从而具有更高的电活性材料含量,这将是有利的。如果与例如用于手提式计算机电池中使用的卷绕设备相比,可以在更不复杂和更不昂贵的自动加工设备上制备该锂电池,而且特别适于制备扁平的或棱柱形的电池,这将是更加有利的。
技术实现思路
本专利技术涉及利用纳米孔隔板、特别是在200℃和更高温度下尺寸稳定的耐热隔板的电池和其它电流产生电池、特别是锂电池,以及通过以期望的厚度和构造利用纳米孔结构的隔板以将电池的其它层涂覆在隔板上来制备锂电池的方法。本专利技术的一个方面涉及一种锂电池,包括:(a)隔板/电极组件,其中组件包括:夹置在极性相同的第一电极层和第二电极层之间的集流器层;以及在与集流器层相对侧面上的两个电极层的每个的侧面上的多孔隔板层,以及其中电极层均直接涂覆在隔板层之一上,(b)电极,其中电极包括夹置在与相同极性的第一和第二电极层极性相反的两个电极层之间的集流器层;以及(c)电解质,其中电池包括隔板/电极组件和电极的交替层。在一个实施方式中,组件的一部分不接触电极。在本专利技术的锂电池的一个实施方式中,不接触电极的组件的部分与不接触电极的组件的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中,具有导电性销的器件电接触组件的部分和组件的另外一个或多个部分,并且不电接触电极的任何部分。在本专利技术的锂电池的一个实施方式中,电极的一部分不接触组件。在一个实施方式中,电极的部分与不接触组件的电极的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中,具有导电性销的器件电接触电极的部分和电极的另外一个或多个部分,并且不电接触组件的任何部分。在本发明的锂电池的一个实施方式中,组件的一部分不接触电极,并且与不接触电极的组件的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中,具有导电性销的器件电接触组件的部分和组件的另外一个或多个部分,并且不电接触电极的任何部分。在本专利技术的锂电池的一个实施方式中,组件的第一和第二电极层是阴极层。在一个实施方式中,组件的集流器层包括铝层。在一个实施方式中,铝层的厚度小于3微米。在本专利技术的锂电池的一个实施方式中,组件的第一和第二电极层是阳极层。在一个实施方式中,组件的集流器层包括选自铜层和镍层的金属层。在一个实施方式中,金属层的厚度小于3微米。在本专利技术的锂电池的一个实施方式中,多孔隔板层包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中,隔板层的厚度小于9微米,优选小于6微米。在一个实施方式中,隔板层包括包含铝勃姆石的多孔层。本专利技术的另一方面涉及一种制备锂电池的方法,包括下列步骤:(a)将多孔隔板涂覆在基板上;(b)将具有一种极性的电极层直接涂覆在隔板层上;(c)将一个或多个集流器层直接涂覆在电极层上以制备隔板/电极叠堆;(d)将隔板/电极叠堆中的两个层压在一起并且使基板从隔板层分层,以形成隔板/电极组件,该隔板/电极组件包括夹置在组件的两个电极层之间的一个或多个集流器层;以及(e)使组件和电极交错以形成干隔板/电极电池,该电极包括夹置在和步骤(b)的电极层相反极性的两个电极层之间的集流器层。在一个实施方式中,在交错步骤之前,组件和电极为片状构造。在一个实施方式中,在步骤(e)后,组件的一部分不接触电极并且电极的一部分不接触组件,并且其中具有导电性销的第一器件电连接组件的所述部分中的两个或多个,并且具有导电性销的第二器件电连接电极的所述部分中的两个或多个。在一个实施方式中,还包括下列步骤:(1)将干隔板/电极电池封装在外壳中;以及(2)填充电解质并密封。在本专利技术的制备锂电池的方法的一个实施方式中,步骤(c)的一个或多个集流器层中的至少一个包括金属层,并且金属层的厚度小于3微米。在一个实施方式中,多孔隔板层包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中,隔板层的厚度小于9微米,优选小于6微米。附图简要说明为了描述本专利技术,附图中示出了特定布置和方法。但是,应当理解,本专利技术不限于所示的精确布置或详细描述的方法。图1示出隔板/电极组件和电极的交替层的剖视图,其中组件的一部分不接触电极。图2示出具有夹置在电极层和隔板层之间的集流器层的隔板/电极组件的剖视图。图3示出具有夹置在电极层之间集流器层的电极的剖视图。图4示出具有导电性销的器件的剖视图,所述导电性销在组件的一部分之间产生电连接,而不与电极电连接。图5示出隔板/电极组件和电极的交替层的剖视图,其中电极的一部分不接触组件。图6示出具有导电性销的器件的剖视图,所述导电性销在一部分电极之间产生电连接,而不与组件电连接。图7示出交替层的自上向下视图,其中图4所示的器件电接触图1所示组件的部分、和组件的另外一个或多个下面部分,以及其中图6所示的器件电接触图5中所示的电极的部分、和电极的另外一个或多个下面部分。图8示出在制备隔板/电极叠堆的步骤后隔板/电极叠堆的剖视本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.05.26 US 61/217,1321.一种锂电池,包括:
(a)隔板/电极组件,其中所述组件包括:
夹置在具有相同极性的第一电极层和第二电极层之间的集流
器层;和
位于每个所述第一和第二电极层与所述集流器层相对的一侧
的侧面的多孔隔板层;
其中所述电极层均直接涂覆于一个所述隔板层;
(b)电极,其中所述电极包括:
夹置在与极性相同的所述第一和第二电极层的极性相反的两
个电极层之间的集流器层;
以及
(c)电解质;
其中所述电池包括所述隔板/电极组件和所述电极的交替层。
2.如权利要求1所述的电池,其中,所述集流器层直接涂覆于所
述组件的所述第一和第二电极层中的至少一个。
3.如权利要求1所述的电池,其中,每个所述第一和第二电极层
邻近所述隔板层的表面轮廓与每个所述隔板层直接邻近所述第一和第
二电极层的表面轮廓相匹配,并且其中每个所述隔板层的所述表面轮廓
与在将每个所述第一和第二电极层涂覆于一个所述隔板层之前相同。
4.如权利要求1所述的电池,其中,每个所述第一和第二电极层
包含选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒,并且其中所述电极颗粒
不存在于所述隔板层中。
5.如权利要求1所述的电池,其中,所述隔板层包含隔板颗粒,
并且其中所述隔板颗粒不存在于所述第一和第二电极层中。
6.如权利要求5所述的电池,其中,所述隔板颗粒选自无机氧化
物颗粒、无机氮化物颗粒、无机碳酸盐颗粒、无机硫酸盐颗粒和有机聚
合物颗粒。
7.如权利要求1所述的电池,其中,所述组件的一部分不与所述
电极接触。
8.如权利要求7所述的电池,其中,所述组件的所述一部分与所
述组件不接触所述电极的另外一个或多个部分相接触。
9.如权利要求8所述的电池,其中,具有导电性销的器件电接触
所述组件的所述一部分、和所述组件的所述另外一个或多个部分,并且
所述具有导电性销的器件不与所述电极的任何部分电接触。
10.如权利要求1所述的电池,其中,所述电极的一部分不与所述
组件接触。
11.如权利要求10所述的电池,其中,所述电极的所述一部分与
所述电极不接触所述组件的另外一个或多个部分相接触。
12.如权利要求11所述的电池,其中,具有导电性销的器件电接
触所述电极的所述一部分、和所述电极的所述另外一个或多个部分,并
且所述具有导电性销的器件不与所述组件的任何部分电接触。
13.如权利要求10所述的电池,其中,所述组件的一部分不与所
述电极接触,并且与所述组件不接触所述电极的另外一个或多个部分相
接触。
14.如权利要求13所述的电池,其中,具有导电性销的器件电接
触所述组件的所述一部分、和所述组件的所述另外一个或多个部分,并
且所述具有导电性销的器件不与所述电极的任何部分电接触。
15.如权利要求1所述的电池,其中,所述组件的所述第一和第二
电极层是阴极层。
16.如权利要求15所述的电池,其中,所述组件的所述集流器层
包括铝层。
17.如权利要求16所...

【专利技术属性】
技术研发人员:史蒂文·艾伦·卡尔森
申请(专利权)人:奥普图多特公司
类型:发明
国别省市:

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