含有折叠的电极和隔膜的电化学电池,包含该电化学电池的电池组及其制备方法_3

文档序号:9794258阅读:来源:国知局
6的边缘导向或限位。隔膜层104可与平板106的部分重叠(例如超出其宽度),所述平板106的部分与第一电极层102重叠,以防止层102和平板106之间短路,从而改善电池100和包含所述电池的电池组的性能和安全性。电池100可包括任何所需数量的第一电极部分、隔膜部分和第二电极板;所示的电池包括4个第一电极部分、9个隔膜部分、以及4个第二电极板。
[0046]与第一电极层102的接触可在部位116处或附近形成。为了促进接触的形成,部位116可从隔膜层104和平板106向外伸出。所述的伸出可在电池100的一边(如图所示)或两边。
[0047]与平板106的接触可在平板106的边缘处或附近形成。例如,可在接触区域或部位122处与平板106形成接触。
[0048]根据这些实施方式的示例性方面,第一电极层102包含活性阳极材料,第二电极板106包含活性阴极材料。或者,第一电极层102包含活性阴极材料,第二电极板包含活性阳极材料。示例性的合适的活性阴极材料包括:电活性过度金属硫属化物、电活性导电聚合物和电活性含硫材料,以及它们的组合。合适的活性阳极材料包括:锂金属,如锂箔和沉积在基材(如塑料薄膜)上的锂,和锂合金,如锂-铝合金和锂-锡合金。各种活性材料还可包括粘合剂、填料和导电材料。例如,阴极活性材料可包括电活性硫材料而阳极可包括锂。
[0049]第一电极层102可包括在基材顶表面和底表面上的连续或非连续的活性电极材料膜,例如载体箔,或者是活性材料的固体膜或箔。或者,层102可包括层叠结构或复合物,例如2010年8月10日公开的Affinito等人的,名为《在水性和非水性电化学电池(包括可充电的裡电池)中的电极保护(Electrode Protect1n in Both Aqueous and Non-AqueousElectrochemical Cells, Including Rechargeable Lithium Batteries)〉〉的美国专利第7,771,870号,以及2012年6月12日公开的Skotheim等人的,名为《用于电化学电池的锂阳极(Lithium Anodes for Electrochemical Cells)》的美国专利第8,197,971 号中所公开的结构,两篇文献的内容通过引用以不与本发明公开的内容相冲突的程度纳入本文。在非连续膜的情况中,可在折叠的部位116中省略活性电极材料。
[0050]相似的,平板106可在基材(例如集流体)的两个表面上含有连续的或非连续的活性电极材料的层,或者是材料的固体片材。根据示例性的方面,平板106包括基材(如集流体),所述基质上涂覆有活性电极材料。为了促进与平板106的接触形成以及减少第一电极层102与第二电极板106之间的短路机会,平板106可包括接触区域或部位122,其延伸超出第一电极层102与第二电极平板106的重叠处,所述区域或部位至少部分没有被活性电极材料涂覆。
[0051]可用适用于作为电化学电池隔膜的任何材料形成隔膜层104。例如,层104可包括固体不导电或绝缘材料,所述固体不导电或绝缘材料将阳极和阴极相互分隔或绝缘。所述隔膜可含有孔,其可部分或基本被电解质填充。此外,隔膜层可包括部分覆盖区域122的部位 118。
[0052]本领域已知多种隔膜材料。合适的固体多孔隔膜材料的示例包括但不限于,聚烯烃,例如,聚乙烯和聚丙烯、玻璃纤维滤纸,和陶瓷材料。适用于本文所述的电池的隔膜和隔膜材料的其它例子是包含多微孔干凝胶(xerogel)层(例如,多微孔假勃姆石层)的那些,其可作为自立式薄膜的形式或通过直接涂覆施涂至电极之一上来提供。固体电解质除了其允许离子在阳极和阴极之间传输的电解质功能以外,还可作为隔膜。
[0053]图3说明了形成电池100的示例性的方法300。方法300包括以下步骤:将隔膜层放置在第一电极层的一部分上(步骤302),将所述隔膜层折叠以形成开口(步骤304),将第一电极在隔膜层上折叠(步骤306),以及将第二电极材料的片材放置在所述开口中(步骤308)。虽然显示了从第一电极材料开始,但示例性的方法可从折叠的隔膜层或从隔膜材料的一部分开始,因此隔膜部分在电池的底部。相似的,方法300可包括在电化学电池的顶部形成隔膜部分。
[0054]步骤302包括将隔膜层以与第一电极层正交的方向放置。隔膜层和第一电极层都可从连续或半连续供给中得到,例如相应材料的带、卷或网。
[0055]步骤304中,将隔膜层折叠以形成两个隔膜部分,在两部分之间有开口。所述隔膜层可使用例如移动辊、刀或其它器件折叠。驱动和移动机理可用例如凸轮控制和/或线性机械、电气化或磁力驱动器来进行。
[0056]在步骤306中,在顶部隔膜部分上折叠第一电极层,以形成第一电极层的另一部分。所述第一电极层可采用上述与隔膜层有关的相同技术来折叠和移动。
[0057]在步骤308中,将第二电极板放置在隔膜层的两部分之间形成的开口中。步骤308可在步骤306之前或之后进行。
[0058]步骤302-308可重复进行直到形成所需数量的第一电极部分、隔膜部分和第二电极板。随后可将所述电池压扁以减少电池的体积并形成扁平的部位(例如部位116和120)。
[0059]如上所述,方法300还可包括在电化学电池的底部和/或顶部提供隔膜材料的步骤。在电池的顶部和/或底部提供隔膜材料可为电池提供与其它电池和/或电池组件额外的隔离。
[0060]方法300还可任选地包括以下步骤:与第一电极层形成接触(步骤310)和/或与第二电极板形成接触(步骤312)。在步骤310中,与第一电极层102的接触可在第一电极层102的折叠的部位116处形成,所述接触可通过例如使用渗透装置以产生贯通层的孔,随后通过该孔形成导电接触来形成。当第一电极层包括含有不导电材料的复合物或层叠物时,该技术可能是特别有用的。或者,可在折叠的部位切割第一电极层以形成边缘,与第一电极层的接触可在边缘处或附近形成。或者,如果层是导电的,接触可直接与层完成。与第二电极板的接触可通过例如焊接、粘合和/或机械渗透技术在第二电极材料板的接触区域或部位上形成。
[0061 ]图4和5说明了根据公开内容的其它实施方式的另一种电化学电池400的一部分,图6说明了电池400的起始层。电化学电池400包括第一电极层402、隔膜层404和第二电极层406。所有的层是折叠的,且可源自连续源。因此,电池400的制造相对简单且便宜。此外,由于所有层都折叠,所述电池较少有可能在电池内经历非均匀压力分布,因此所述电池与相似的扁平紧实电池相比相对安全。
[0062]第一电极层402可包括上述与层102相关的任何材料。例如,层402可包括用电极活性材料涂覆了双面的基材。或者,层402可包括电极活性材料的固体片材或含有电极活性材料的复合物或层叠物。如下文与层406有关的叙述,层402可包括或不包括间歇接触区域或部位(例如在基材,例如载体箔上)。
[0063]相似的,隔膜层404可包括上述与隔膜层104相关的任何材料。如图6所示,为了防止第一电极层402与第二电极层406接触,隔膜层404可延伸超过层406的宽度,而避开区域416的部分。根据一些示例性的实施方式,将层404直接涂覆在层406上。或者,可将层406的材料涂覆在层404上。
[0064]第二电极层406可包括上述与平板106相关的任何材料。不过,在电池400中,层406是连续层而不是平板形式。层406可以是固体材料或可含有涂覆在基材上的电极活性材料。例如,层406可包括基材412(例如集流体),且用活性材料414在其一侧间歇涂覆。层406还可包括接触区域或部位416,其可至少部分未涂覆活性材料,因此可在区域416的未涂覆部分形成接触。如图6中的最佳说明,区域416可由层406的一部分形成,该部分与层406的其它部分相比宽度更大。根据各种示例性的实施方式,第一和第二电极层的交叠足印包括相对于正电极足印较大的负电极足印。
[0065]在说明的实施例中,电池400包括第一个第一电极部分408和在第一个第一电极部分408上面的第二电极层406与隔膜层404的组合410。组合410以相对于第一电极层402正交的方向放置,并在其自身上折叠返回,这样组合410的隔膜层404在第一电极层402和第二电极层406之间。组合410的折叠(例如沿线418)产生了两个相邻的第二电极部分,这增加了电池的额外体积。不过,电池结构使得第一电极、隔膜和第二电极材料的连续源从例如各自材料的卷、带或网得到,这使得电池400的制造相对简单和便宜,而不需要电极材料的单独片材的精确放置或切割。
[0066]与电池100相似,电池400可包括与第一电极层和第二电极层的接触。与第一电极层402和第二电极层406的接触可包括任何合适的形式,包括上述与电极层102和1
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