使用层压组件的电池制造技术

专利名称：使用层压组件的电池制造技术
使用层压组件的电池制造背景商业上，非常大量地使用各种电池化学的电池。非常大量地出售的许多设备例如移动电话和膝上型计算机包含电池。而且，电池非常大量地使用在汽车例如混合动力汽车中。在许多情况下，扁平封装式电池由各种扁平层压制品制成并密封到容器中。这种电池用在便携式电子设备以及汽车应用中，然而扁平单元电池通常难以制造。概述微孔电池隔板可以被层压到电极并在连续材料卷上的整个制造中被操纵。电池可以通过使层压电极和隔板成层来构造成各种构型，包括扁平电池和缠绕单元电池。隔板可以包括或者可以不包括非编织加固件或其他加固件，并且可以使用多种不同方法来被层压至IJ电极。
以简化形式提供了本概述以介绍所选择的概念，这些概念在下面在详细描述中进一步描述。本概述既不意图确定要求保护的主题的关键特征或基本特征，又不意图用来限制要求保护的主题的范围。附图简述在附图中，图I是实施方式的图解说明，示出了加固多孔材料的横截面。图2是实施方式的流程图说明，示出了形成多孔材料的方法。图3是实施方式的图解说明，示出了连续制造加固多孔材料的过程。图4是实施方式的图解说明，示出了连续制造加固多孔材料的浸溃方法的过程。图5是实施方式的图解说明，示出了制造加固多孔薄膜的单面层压方法。图6是实施方式的图解说明，示出了制造加固多孔薄膜的两面层压方法。图7是实施方式的流程图说明，示出了形成具有填料的多孔材料的方法。图8是实施方式的图解说明，示出了制造电池层压制品(battery laminate)的示意性过程。图9是实施方式的图解说明，示出了制造电池层压制品的第二示意性过程。

图10是实施方式的图解说明，示出了制造电池层压制品的第三示意性过程。图11是实施方式的图解说明，示出了组装的层压制品。图12是实施方式的图解说明，示出了电池结构的组装过程。图13是实施方式的图解说明，示出了缠绕电池结构的组装过程。详细描述可以通过首先制造包括隔板材料的层压制品来制造电池，该隔板材料附接到各种电池部件，例如正极、负极、集流体箔、包装薄膜和其他材料。各种电池部件可以在隔板材料形成时附着于隔板材料，或者通过次级操作例如粘附或层压而附着于隔板材料。在制造多个层压制品后，层压制品可以使用多种高容量制造方法来堆叠、缠绕或以其他方式形成电池。因为电池部件被预先附接到隔板，所以组装过程可以比电池部件未被预先附接的其他方法简化。堆叠的扁平单元电池设计可以通过堆叠并对齐多个层压制品来组装。一旦堆叠，个体单元就可以被热封并从堆叠层压制品切割。缠绕单元电池设计可以通过围绕其自身缠绕或折叠层压制品的一部分来组装。其他制造过程也可以与包括隔板和各种电池部件的层压制品一起使用。层压制品可以通过多种不同方法来制造。在一种实施方式中，电池部件例如电极和集流体箔可以被放置在输送带上。非编织网可以用形成隔板材料的溶液来渗透，然后非编织网可以被放置在电池部件的顶部上。当输送机行进穿过炉时，隔板材料可以胶凝并固化。结果可能是包括具有附着于隔板的电池部件的加固网的连续隔板材料卷。其他实施方式可以以不同方式制造层压制品。例如，其他实施方式可以充分地固化隔板材料并在次级过程中使用粘合剂、热层压或其他连接过程来应用电池部件。主题的具体实施方式
用来说明具体的发明方面。实施方式只是作为示例并容许各种修改和替换形式。所附权利要求意图覆盖落在如权利要求所限定的本发明的精神和范围内的全部修改、等同物和备选方案。在该整个说明书中，在附图的整个描述中，相同的参考数字表示相同的元件。
当元件被称为“连接”或“耦合”时，该元件可以被直接连接或耦合在一起，或者也可以存在一个或多个介入元件。与此相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦合”时，不存在介入元件。图I是实施方式100的示意性图解，示出了多孔材料的横截面，该多孔材料可以使用溶解在溶剂中的聚合物的溶液以及具有较高表面能的可混合的成孔剂来形成。多孔材料 102和104显示在网106的两面上。图I未按比例且为示意性图解。在某些实施方式中，多孔材料102和104可以浸溃非编织网106。这样的实施方式可以存在多孔材料102和104部分浸溃或全部浸溃到非编织网106的厚度中。某些实施方式可以存在多孔材料102和104机械粘附或化学粘附到非编织网106的表面。其他实施方式可以基于采用的具体制造过程而改变横截面，并且可以在层间具有完全浸溃或非常小的机械联锁。 实施方式100可以由多种不同方法来制造。在某些情况下，多孔材料102和104可以分开地形成并结合到非编织加固件106。在其他情况下，多孔材料102和104可以由这样的溶液形成，该溶液可以以液体形式涂敷到加固件106并且被处理以生成多孔材料102和 104以及加固件106。图2是实施方式200的流程解，示出了形成多孔材料的方法。实施方式200 是一般方法，其示例在下面讨论。在框202中，溶液可以用溶解在可以用作成孔剂的第一液体和第二液体中的聚合物来形成。液体可以基于沸点或挥发性和表面张力来选择，以便在加工时聚合物形成为具有高的多孔性。这样的液体的示例在下面讨论。在框202中形成溶液之后，在框204中，该溶液被涂敷到载体。载体可以是任何类型的材料。在某些情况下，一扁平片的多孔材料可以被浇注到在分批过程中起载体的作用的桌面上。在其他情况下，薄膜例如聚合物薄膜、处理过或未处理过的牛皮纸、铝箔或其他衬垫或载体材料可以在连续过程中使用。在这样的情况下，多孔薄膜可以在次级过程中被制造并附接到加固网。在另一些情况下，载体材料可以是非编织、编织、穿孔或其他加固网。 在这样的情况下，溶液可以通过浸溃、喷涂、浇注、挤出、灌注、涂布或者涂敷该溶液的任何其他方法来涂敷。加固网可以是任何类型的加固件，包括基于聚合物的非编织网、纸制品和玻璃纤维。在某些情况下，编织材料可以与天然或人造纤维一起使用，然而在其他情况下，固体薄膜可以被穿孔、开槽或扩张，并用作加固网。在框206中，可以除去足够的主液体(primary liquid),使得溶解的聚合物可以开始胶凝。在某些实施方式中，主液体中的一些、大部分或大体上全部可以在框206中除去。当聚合物开始胶凝时，材料的机械结构可以开始获得形状且多孔性可以开始形成。在该时间期间，材料可以具有某些机械特性，以便可以使用不同的机构来除去任何残留的主液体和次要液体(secondary liquid)。次要液体可以在框208中除去。在框206的胶凝过程期间，各种材料之间的表面张力的差异可以允许次要液体聚结并形成液滴，因为第一液体被除去，所以聚合物可以围绕液滴胶凝。在聚合物固化之后或者在聚合物固化时，可以除去第二液体。在某些情况下， 两种液体的沸点或挥发性可以被选择为使得主液体在次要液体之前蒸发。除去主液体和次要液体的机制可以是除去液体的任何类型的合适机制。在某些情况下，主液体可以通过单向、质量传递机制例如蒸发、芯吸、吸出、机械压缩或其他机制来除去。某些方法可能采用双向质量转移，例如冲洗或洗涤。在某些情况下，可以采用一种方法来除去主液体，并且第二方法可以用于次要液体。例如，主液体可以通过蒸发来至少部分地除去，同时剩下的主液体和次要液体可以通过冲洗或机械地挤压材料来除去。下面呈现了生产多孔材料的制剂和方法的三种实施方式。在第一实施方式中，多孔材料可以通过首先在基材上形成一层聚合物溶液来形成，其中聚合物溶液可以包括两种可混合液体以及溶解在其中的聚合物材料，其中该两种可混合液体可以包括(i)主溶剂液体，其可以具有比聚合物的表面能低至少5%的表面张力，以及(ii)第二液体，其可以具有比聚合物的表面能高至少5%的表面张力。其次，在足以在该层聚合物溶液内提供非湿润、高表面张力溶液的条件下，胶凝的聚合物可以由该层聚合物溶液来生成。并且第三，通过不溶解该胶凝聚合物的单向质量传递从胶凝聚合物的薄膜快速地除去液体，来生成坚固的、高多孔性的、微孔的聚合物102和104。在第二实施方式中，多孔材料104可以使用包括以下步骤的方法来生成(i)制备一种或多种聚合物在主液体(principal liquid)和第二液体的混合物中的溶液，主液体是用于聚合物的溶剂，第二液体与主液体可混合，其中(i)主液体可以具有比聚合物的表面能低至少5%的表面张力，(ii)第二液体可以具有比聚合物的表面能高至少5%的表面张力，(iii)主液体的标准沸点小于125°C且第二液体的标准沸点小于约 160°C, (iv)聚合物可以在第二液体中比在主液体中具有更低的溶解度，以及(V)溶液可以在高于主液体的标准沸点小于约20°C的温度下制备，且同时排除主液体的任何实质蒸发；(ii)在溶液要被浇注时，将溶液的温度减少至少5°C，达到主液体的标准沸点和基材的温度之间；(iii)将聚合物溶液浇注到高表面能基材上，以在其上形成液体涂层，所述基材具有比聚合物的表面能大的表面能；以及(iv)在约5分钟的时间内，通过单向质量传递，不使用提取浴(extraction bath)、(ii)没有使聚合物再溶解、并且(iii)在低于约100°C的最大空气温度下，将主液体和第二液体从涂层除去，以形成坚固的、高多孔性的、薄的、对称的聚合物膜。在第三实施方式中，多孔材料104可以通过包括以下步骤的方法来生成(i)将按重量计约3%到20%的聚合物溶解在包括(a)是聚合物的溶剂的主液体以及(b)第二液体的加热多重液体系统中，来形成聚合物溶液，其中(i)主液体可以具有比聚合物的表面能低至少5%的表面张力，(ii)第二液体可以具有比聚合物的表面能高至少 5%的表面张力，以及(iii)聚合物可以在第二液体中具有比其在主溶剂液体中具有的溶解度低的溶解度；(ii)在溶液要被浇注时，将溶液的温度减少至少5°C，达到主液体的标准沸点和基材的温度之间；(iii)将完全溶解的溶液的薄膜浇注到基材上，该基材可以具有比聚合物的表面能高的表面能；(iv)使聚合物沉淀以形成连续凝胶相，同时维持初始聚合物溶液的总液体含量的至少70%，所述沉淀通过选自由冷却、延长停留时间、溶剂蒸发、振动或超声波组成的组的方法来引起；以及
(V)通过单向质量传递而不使用任何提取浴、在小于最低沸腾液体的标准沸点的最大薄膜温度下并且在约5分钟的时间内将残留液体除去，以形成坚固的、高多孔性的、薄的、对称的聚合物膜。前述实施方式是多孔材料可以从液体溶液形成多孔聚合物的不同方法的示例。可以采用不同的实施方式来生成多孔材料102和104，且这样的实施方式可以包括附加步骤或比上述实施方式更少的步骤。其他实施方式也可以采用不同的加工时间、材料浓度或其他变化形式。多孔材料102和104的实施方式中的每一个可以开始于在包括两种或更多种不同但可混合的液体的液体介质中形成一种或多种可溶聚合物的溶液。为了形成高度多孔的产品，总聚合物浓度通常可以在按重量计约3%到20%的范围中。按重量计约3%到10%的较低聚合物浓度对于具有大于70 %，优选大于75 %，且最优选大于80 %的孔隙率的膜的制备来说可能是优选的。约10%到20%的较高聚合物浓度对于制备稍微更低孔隙率的膜即约60 %到70 %来说可能是更有用的。形成聚合物溶液的合适温度可以大体上从约40°C向上变动到超过主液体的标准沸点约20°C，优选从约40°C变动到80°C，更优选从约50°C变动到约70°C。形成聚合物溶液的合适压力可以大体上从约O变动到约50psig。在某些实施方式中，聚合物溶液可以在真空中形成。优选使用密封增压系统。材料102可以在至少两种不同但可混合的液体的存在下形成，以形成可以浇注聚合物薄膜的聚合物溶液。对聚合物来说，第一 “主”液体可以是比第二液体更好的溶剂，并且可以具有比包括的聚合物的表面能低至少5%，优选至少10%的表面张力。第二液体可以是聚合物的溶剂或非溶剂，并且可以具有比聚合物的表面能高至少5%，优选至少10% 的表面张力。主液体可以是总液体介质的按重量计至少70%，优选约80%到95%。主液体可以在可以形成溶液的温度和压力下溶解聚合物。溶解可以大体上在接近或超过主液体的沸点温度下，通常在密封容器中发生以防止主液体的蒸发。对于聚合物来说，主液体可以具有比第二液体高的溶剂强度。而且，主液体可以具有比聚合物的表面能低至少约5%，优选至少约10%的表面张力。较低的表面张力可以导致较好的聚合物湿润以及因此较大的增溶能力。可以大体上代表总液体介质的按重量计约1%到10%的第二液体可以与第一液体可混合。在选择的温度和压力下，第二液体可以溶解或者可以不溶解聚合物以及第一液体。第二液体可以具有比聚合物的表面能高的表面张力。优选地，虽然在更加高的温度下第二液体可以使聚合物湿润，但是在胶凝温度下第二液体可以使聚合物湿润或者可以不使聚合物湿润。表A和表B确定了可以与典型聚合物(尤其包括PVDF) —起使用的某些具体的主液体和第二液体。表A列出了对PVDF(35达因/cm的表面能)具有至少某些溶解度的液体，其可以在过程的第一步骤中产生溶解的聚合物溶液。理想地，液体可以从表A中选择， 其在约20°C到90°C的范围内的温度下具有聚合物的按重量计1%到50%之间的溶解度极限。另一方面，表B中的液体可能具有比表A中的液体低的聚合物溶解度，但是因为其具有比主液体和可以溶解在由来自表A的液体制成的溶液中的聚合物二者都高的表面张力，所以可以被选择。表A和B代表可以被使用来生成多孔材料102和104的合适液体的典型示例。其他实施方式可以采用不同的液体作为主液体或第二液体。在下面的表A中提供了用作主液体的合适液体的示例连同其沸点和表面张力。该表是按增加沸点的顺序来布置的，沸点对于在薄膜形成步骤期间实现快速胶凝以及液体的除去来说是有用的参数。在某些应用中，可能优选较低沸点。 表A
主液体标准沸点，EC表面能，达因/cm~
甲酸甲酯3ΤΤ Kl
丙酮(2-丙酮)5623 5
~乙酸甲酉旨56 924^7
四氢呋喃6626Λ
乙酸乙酯7723 4
甲乙酮(2-丁酮) 8024
乙腈8129
碳酸二甲酯903 Γ9
~1,2- 二噁烧1003权利要求
1.一种方法，包括 准备多个电池部件； 将所述多个电池部件中的至少一些电池部件放置成使得所述电池部件中的每一个电池部件不与另一个电池部件相接触； 将所述多个电池部件附接到连续隔板膜； 将所述连续隔板膜切割成层压制品子组件；以及 由所述层压制品子组件形成电池。
2.如权利要求I所述的方法，所述附接包括在所述多个电池部件的顶部上形成所述连续隔板膜。
3.如权利要求2所述的方法，所述形成包括浇注。
4.如权利要求3所述的方法，所述浇注包括 在第一液体和第二液体中形成包括溶解聚合物的溶液； 将所述第一液体中的至少一部分除去，使得所述聚合物开始胶凝； 在所述胶凝已经开始之后，除去所述第二液体。
5.如权利要求4所述的方法，所述电池部件被放置在输送机上。
6.如权利要求4所述的方法，所述电池部件被放置在载体薄膜上。
7.如权利要求4所述的方法，所述电池部件被放置在第二连续隔板膜上。
8.如权利要求I所述的方法，所述附接包括将热量施加到所述连续隔板膜。
9.如权利要求I所述的方法，所述附接包括对于所述连续隔板膜的溶剂。
10.如权利要求I所述的方法，在所述附接之前，所述电池部件被预切割成合适尺寸。
11.如权利要求I所述的方法，所述连续隔板膜具有加固网。
12.如权利要求I所述的方法，所述形成包括通过使附接到所述层压制品子组件的隔板熔化来将第一层压制品子组件热结合到第二层压制品子组件。
13.如权利要求I所述的方法，所述层压制品子组件包括延伸经过所述电池部件的一部分的隔板膜的一部分。
14.如权利要求I所述的方法，所述电池通过堆叠多个所述层压制品子组件来形成。
15.如权利要求I所述的方法，所述电池通过缠绕所述层压制品子组件中的至少一个层压制品子组件来形成。
16.如权利要求I所述的方法，所述电池部件包括主要由下列部件组成的组中的至少一个部件 正极； 负极； 包装薄膜；以及 导电箔。
17.一种方法，包括 准备多个电池部件； 在第一液体和第二液体中形成包括溶解聚合物的溶液； 使所述多个电池部件中的至少一个电池部件与所述溶液相接触； 当所述多个电池部件中的所述至少一个电池部件与所述溶液相接触时，除去所述第一液体中的至少一部分，使得所述聚合物开始胶凝，并且在所述胶凝已经开始之后除去所述第二液体，以在所述电池部件上形成隔板膜。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括 将所述连续隔板膜切割成层压制品子组件；以及 由所述层压制品子组件形成电池。
19.如权利要求18所述的方法，所述方法还包括 通过热封所述隔板膜来热封所述层压制品子组件中的至少两个层压制品子组件。
20.如权利要求19所述的方法，所述方法还包括 通过堆叠所述层压制品子组件来形成所述电池。
全文摘要
一种微孔电池隔板可以被层压到电极并在连续材料卷上的整个制造中被操纵。电池可以通过使层压电极和隔板成层来构造成各种构型，包括扁平电池和缠绕单元电池。隔板可以包括或者可以不包括非编织加固件或其他加固件，并且可以使用多种不同方法来被层压到电极。
文档编号H01M10/05GK102714333SQ201080048734
公开日2012年10月3日 申请日期2010年8月31日 优先权日2009年8月31日
发明者伯纳德·佩里, 大卫·斯奈德, 柯尔比·W·比尔德, 蒂莫西·菲弗 申请人:多孔渗透电力技术公司