专利名称：一种串联电池组制备方法
技术领域：
本发明涉及电池材料技术领域，更具体地说，本发明涉及一种串联电池组制备方法。
背景技术：
电池作为一种能量转化和储存装置已经成为现代生活中不可或缺的产品。传统的 电池包括一个正极(阴极)、一个负极(阳极)以及一个在两个电极之间的电解质和其他的 辅助元件。经历了差不多两个世纪的发展，许多电池技术已经非常成熟。然而，电池技术和 工业仍然具有诸多问题，包括安全性、能量密度、功率密度、电压、电流、充放速率、自放电、 体积、重量、价格、加工、寿命、环保等。为了进一步提高电池性能、成本以及安全性，人们在进行着不懈努力。首先是开发 安全的具有高能量密度的电极材料，接着是开发新型的凝胶和固体电解质以代替安全性差 的传统液体电解质。除了对电极材料、电解质材料进行优化外，电极以及电解质的加工成型 制备以及电池的构造等，对提高电池的性能也起到非常重要的作用。一个有效的设计是，将电极以及电解质的厚度尽可能地缩小，以有效地提高各活 性板块的表面积，减小电池的内电阻，从而提高排电(current drain)能力，提高能量密度， 降低自放电速率，增大电池工作温度范围，并且提供更高的效率、更好的容量利用率、更长 的循环寿命、更强的可靠性和更优的安全性。目前常见的电池构造是螺线缠绕和平行板单极电池。这类设计不但对高速充放不 够有效，对电池材料的利用容易不均勻，而且能量和功率输出都很有限。随着人们对化石能 源枯竭问题的日益关注，提高能源的利用率和开发有效的替代能源纷纷成为各国重点的研 究课题。例如，在汽车工业中，各国都大力发展电动车和混合动力车，一方面减少对石油的 依赖，另一方面还可以减少排放，促进对环境的保护。显然，要作为汽车动力等使用，电池必 须有足够高的功率和能量。这样就必须将多个电池串联以提高电压输出，或者并联以提高 电流输出，或者同时串并联。然而，目前的串、并联技术一般采用通过外部连接部分将各个 完整的单电池连接起来。这样一来，外部连接部分的额外电阻不可避免地降低了电池组的 输出能力，而且电池组的体积和重量也有了不必要的增加。鉴于这些情况，人们首先开发了双极结构以构建串联电池组。该设计利用置于个 体电池之间的双极集流体连接各电池单元，达到串联许多电池单元的目的，并不再使用独 立的单元电池盒。每个电池单元都具有一个正极和一个负极，以及一层将正负极分隔开的 电解质。在每一对电池单元之间有一个电子导电集流体(双极集流体)连接一个电池单元 的正极以及另一个电池单元的负极，这样电流沿着垂直于电极平面方向传输。而且一般情 况下，双极集流体与相应的电极有大面积的接触，电流传输路径大大缩短。这样的结构提高 了电池组的比能量，因为除去非活性元件后电流的传输损耗被最小化，整体重量和体积也 减少很多。目前双极结构电池组的加工制备一般采用分步法。其中一种方法是先在一集流体两面分别涂敷电池正负极材料制备双极电极，再将双极电极均勻间隔堆叠起来，封装并注 入电解质溶液；或者在每一对双极电极之间夹着一层凝胶或者固体电解质，采用热压等技 术成型成电池组。另一种方法是先在隔膜、凝胶或者固体电解质膜两面分别涂敷正负极材 料制备电极/电解质组合，再将此每一对该组合之间夹着与一个双极集流体，采用热压等 技术成型成电池组。最终在这些双极电池组的正负极上施加单极集流体，引出电池端子，封 装成型等。除了以上所述的两种典型的方法外还可以有其他分步制备法。这些方法可参加 美国专利 US 5595839、US680601、US7220516、US 7279248、US 7125625、US 7163765，以及 美国专利申请 US 2005/0031953、US2005/00037、US 2007/0017047 等。其中，双极电极、电 极/电解质组合、以及单电极等的制备可以有许多方法，包括各种刮刀法、喷涂法、旋涂法、 印刷法、挤出法等等。但是无论如何，目前的这些方法和技术都至少具有以下一些不足(1)步骤多。制 备一个电池组都需要许多步；(2)效率低。由于步骤多，使得所需时间长，效率大大降低； (3)成本高。由于步骤多，耗时长，所需的人力物力大大增加；(4)效果差。电池组的各个元 件还需要通过热压等工艺技术组合在一起，不同元件间的界面结合容易不理想，元件的完 整性等也可能受到破坏。
发明内容
本发明提供了一种串联电池组制备方法，它克服了背景技术电池组制备方法所存 在的步骤多、效率低、成本高、效果差的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是一种串联电池组制备方法，该方法，它包括步骤01，将至少四个进料物料组成，包括至少一个正极进料物料组成，至少一个负 极进料物料组成，至少一个电解质进料物料组成，至少一个集流体进料物料组成，通过供料 头汇合成层状料流，该层状料流以及以该层状料流为重复单元层叠的组合均遵循电池以及 电池串联的原理；步骤02，将层状料流再通过一个含至少一个层倍增器的层倍增部进行分割_再层 叠汇合层倍增挤出操作，以形成电池组主体，该电池组主体遵循电池以及电池串联的原理； 及步骤03，再在电池组主体主表面上添加额外组件，组成完整串联电池组。一较佳实施例之中，该步骤01中，该用于汇合层叠进料物料组成的供料头选自普 通多流道供料头，普通多流道供料头与分流器的组合，增层供料头中的任一种。一较佳实施例之中，该串联电池组是二次锂离子电池组。一较佳实施例之中，该串联电池组是一次锂电池组。一较佳实施例之中，该层状料流的结构表达为其中
k下标COj =卜k包括0及其以上的任意整数，但Σc0y不小于1 ；
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6
下标aOj =卜k包括0及其以上的任意整数，但
权利要求
1.一种串联电池组制备方法，其特征是该方法，它包括步骤01，将至少四个进料物料组成，包括至少一个正极进料物料组成，至少一个负极进 料物料组成，至少一个电解质进料物料组成，至少一个集流体进料物料组成，通过供料头汇 合成层状料流，该层状料流以及以该层状料流为重复单元层叠的组合均遵循电池以及电池 串联的原理；步骤02，将层状料流再通过一个含至少一个层倍增器的层倍增部进行分割-再层叠汇 合层倍增挤出操作，以形成电池组主体，该电池组主体遵循电池以及电池串联的原理；及步骤03，再在电池组主体主表面上添加额外组件，组成完整串联电池组。
2.根据权利要求1所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该步骤01中，该用于汇合层叠进料物料组成的供料头选自普通多流道供料头，普通多 流道供料头与分流器的组合，增层供料头中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该串联电池组是二次 锂离子电池组。
4.根据权利要求1所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该串联电池组是一次 锂电池组。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该层状 料流的结构表达为[(集流体)正极L/(电解质) /(负极)約/(集流体U=H (III)其中
6.根据权利要求1或2或3或4所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该电池 组主体的结构表达为{[(集流体‘/(正极、/(电解质、/(负极、/(集流体‘ Ij=Mh (IV)其中
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该完整 串联电池组结构表达为
8.一种串联电池组制备方法，其特征是该方法，它包括步骤01，将至少四个进料物料组成，包括至少一个正极进料物料组成，至少一个负极进 料物料组成，至少一个电解质进料物料组成，至少一个集流体进料物料组成，通过供料头汇 合成层状料流，该层状料流遵循电池以及电池串联的原理；步骤02，再在通过供料头层倍增后的层状料流主表面上添加额外组件，组成完整串联 电池组。
9.根据权利要求8所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该步骤01中，该用于汇合层叠进料物料组成的供料头选自普通多流道供料头，普通多 流道供料头与分流器的组合，增层供料头中的任一种。
10.根据权利要求8所述的一种串联电池组制备方法，其特征是该串联电池组是二次 锂离子电池组和一次锂电池组中的任一种。
全文摘要
本发明公开了一种串联电池组制备方法，该方法包括步骤01，通过供料头将至少一个正极进料物料组成，至少一个负极进料物料组成，至少一个电解质进料物料组成，至少一个集流体进料物料组成依据电池原理和电池串联原理层叠；步骤02，优选地再通过分割-再层叠汇合的层倍增共挤出方法挤出加工供料头层叠的层状料流，以制备出串联电池组主体结构。步骤03，添加合适额外组件，组成完整串联电池组。由于多流道供料头，加上优选的分割-再层叠汇合的层倍增共挤出方法能够直接层叠加工出串联电池组，因此具有如下优点1、制备方法灵活高效；2、制备出的电池，低内电阻，大容量利用率，长循环寿命，高可靠性，好的安全性，高总体能量密度。
文档编号H01M10/38GK101997144SQ20091011238
公开日2011年3月30日 申请日期2009年8月11日 优先权日2009年8月11日
发明者翁文桂 申请人:翁文桂