专利名称：电纺丝锂离子电池的整合隔离件的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及高容量的能量储存装置，尤其涉及具有整合隔离件的电池与制造此种电池的方法。对相关技术的描述快速充电的高容量的能量储存装置(诸如超级电容器与锂离子电池)用在越来越多的应用中，包括用在可携式电子装置、医疗、运输、输电网连接的大能量储存、可更新的能量储存、与不间断电源(UPS)。典型地，锂离子电池包括阳极电极、阴极电极与隔离件，隔离件位在阳极电极与阴极电极之间。隔离件是在阳极与阴极电极之间提供物理与电性分离的电子绝缘体。典型地，隔离件是由微多孔聚乙烯与聚烯烃制成，并且隔离件在独立的制造步骤中被应用。在电化学反应期间(即在充电与放电期间)，经由电解质将锂离子输送通过两电极之间的隔离件中的细孔。因此，期望具有高孔隙度以增加离子导电率。然而，当循环期间所形成的锂树突(lithium dendrites)在电极之间产生短路时，一些高孔隙度的隔离件易遭受短路。目前，电池单元制造业者购买隔离件，接着这些隔离件在独立的处理步骤中随同阳极与阴极被压迭在一起。其他隔离件是藉由聚合物的湿式或干式挤出且接着被伸展以在聚合物中产生孔洞(裂缝)而制成。隔离件亦是锂离子电池中最昂贵的部件之一且占电池单元的材料成本的超过20%。对于大部分的能量储存应用，能量储存装置的充电时间与容量是重要的参数。此夕卜，此种能量储存装置的尺寸、重量与/或耗费会是明显的限制。电流隔离件的使用具有许多缺点。也就是说，此种材料限制了从此种材料所建构的电极的最小尺寸、遭受电性短路、需要复杂的制造方法与昂贵的材料。所以，此技术领域中需要可更快速地充电的具有更高容量的能量储存装置，这些能量储存装置具有更小、更轻的隔离件，并且这些能量储存装置能以更符合经济效益的方式来制造。
发明内容
本发明的实施例一般涉及高容量的能量储存装置，尤其涉及具有整合隔离件的电池与制造此种电池的方法。在一实施例中，提供一种锂离子电池，锂离子电池具有电极结构。锂离子电池包含:阳极堆迭；阴极堆迭；及多孔电纺丝聚合物隔离件，多孔电纺丝聚合物隔离件包含纳米纤维骨干结构。阳极堆迭包含:阳极电流收集器；及阳极结构，阳极结构被形成在阳极电流收集器的第一表面上方。阴极堆迭包含:阴极电流收集器；及阴极结构，阴极结构被形成在阴极电流收集器的第一表面上方。多孔电纺丝聚合物隔离件位在阳极结构与阴极结构之间。在另一实施例中，提供一种形成电极结构的方法。此电极结构包含:提供第一电极结构；及将纳米纤维骨干结构直接地电纺丝在第一电极结构的表面上，以形成多孔电纺丝聚合物隔离件。在又一实施例中，提供一种用于在挠性导电基板上方形成整合隔离件的线上基板处理系统。线上基板处理系统包含:微结构形成腔室，微结构形成腔室用于在挠性导电基板上方形成电极结构的至少一部分；电纺丝腔室，电纺丝腔室用于直接地在电极结构上形成多孔电纺丝聚合物隔离件的至少一部分；及基板传送机构，基板传送机构设以在此等腔室之间传送挠性导电基板。基板传送机构包含:馈送筒，馈送筒设置在各个腔室的处理容积的外面，并且馈送筒设以将挠性导电基板的一部分保持在各个腔室的处理容积内；及接取筒，接取筒设置在处理容积的外面，并且接取筒设以将挠性导电基板的一部分保持住，其中基板传送机构设以致动馈送筒与接取筒以将挠性导电基板移动进与出各个腔室，并且基板传送机构将挠性导电基板保持在各个腔室的处理容积中。
因此，可详细理解本发明的上述特征的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描述可参照实施例进行，其中一些实施例在附图中图示。然而，应注意的是，附图仅图示本发明的典型实施例，且因此不应被视为会对本发明范围构成限制，因为本发明可允许其他等效实施例。第IA图是根据在此所述的实施例的部分的锂离子电池单元双层的示意图，锂离子电池单元双层具有电纺丝聚合物隔离件；第IB图是根据在此所述的实施例的部分的锂离子电池单元的示意图，锂离子电池单元具有电纺丝聚合物隔离件；第2图是阴极堆迭与阳极堆迭的一实施例的剖视图，阴极堆迭与阳极堆迭具有根据在此所述的实施例而形成的电纺丝聚合物隔离件；第3图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成第2图的阴极堆迭与阳极堆迭的方法的一实施例；第4图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的方法的一实施例；第5图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法的一实施例；第6图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法的一实施例；第7图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法的一实施例；第8图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法的一实施例；第9图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法的一实施例；第10图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法的一实施例；
第11图示意地图示设备的一实施例，所述设备用于根据在此所述的实施例而将整合隔离件电纺丝在电极表面上；第12图示意地图示设备的另一实施例，所述设备用于根据在此所述的实施例而将整合隔离件电纺丝在电极表面上；第13A和13B图是根据在此所述的实施例而沉积的电纺丝不织聚合物纤维的扫描式电子显微镜(SEM)图像的示意图；第14A和14B图是根据在此所述的实施例而沉积的电纺丝纤维的SEM图像的示意图；第15A和15B图是根据在此所述的实施例而沉积的装载有陶瓷的电纺丝纤维的SEM图像；以及第16图示意地图示根据在此所述的实施例的处理系统的一实施例。为促进理解，在可能时使用相同的元件符号来指定各附图共有的相同元件。预期，一个实施例中揭示的元件与特征可有利地用于其他实施例而不需特别详述。
具体实施例方式本发明的实施例一般涉及高容量的能量储存装置，并且尤其涉及具有整合隔离件的电池与制造此种电池的方法。在特定实施例中，提供电纺丝整合隔离件在电池电极上的直接沉积。隔离件可以是能达到低成本的单层或能达到效能改善的多层。电纺丝隔离件可包含多孔聚合物。电纺丝聚合物可包含多种聚合物。多孔聚合物可包含聚合物纤维，这些聚合物纤维直接地被电纺丝在诸如阴极与/或阳极的电极上。电纺丝隔离件还可包含陶瓷微粒。陶瓷微粒可以并同聚合物纤维被共沉积。随后，陶瓷聚合物被沉积在多孔聚合物结构的细孔中。在将聚合物电纺丝的特定实施例中，聚合物可具有随机或“似意大利面条(spaghett1-like)”的网络。陶瓷微粒可被沉积在多孔的“似意大利面条”的网络的细孔内。此种聚合物纤维的一实例包括半结晶的聚酰胺，诸如熔点温度(Tm)为约250°C的耐纶-6，6。另一实例是熔点温度为约170°C的聚偏二氟乙烯(PVDF)纤维。另一实例是诸如PVDF-HFP (聚偏二氟乙烯+六氟丙烯)的共聚物。可将涂覆的阴极结构和阳极结构压迭在一起，以形成电池单元堆迭。电纺丝是电性力量会产生喷流的技术，喷流源自聚合物溶液。喷流可源自毛细管的尖端或可在无针工艺中导出。当施加足够高的电压到聚合物溶液的液滴或膜时，液体的本体变成充电的，并且静电排斥会抵消表面张力，并且液滴在液体流从表面喷出的临界点处被伸展。此喷出点称为泰勒锥(Tylor cone)。若液体的分子内聚力足够高，则流分散不会发生(若流分散发生，则液滴会被电喷洒)且形成充电的液体喷流。随着喷流在飞行中干燥，电流流动模式从欧姆的改变成传送的，此是因为电荷迁移到纤维的表面。接着，喷流被搅打工艺伸长，其中所述搅打工艺是由纤维中的小弯曲处所开始的静电排斥而造成，直到喷流最后被沉积在接地的收集器上。由此弯曲不稳定性所造成的纤维的伸长与薄化会导致具有纳米尺度直径的均匀纤维的形成。尽管特定设备(在此所述的实施例可被实施在所述特定设备中)是没有限制的，将实施例实施在美国加州圣大克劳拉市的应用材料公司所贩售的网系筒-至-筒系统(web-based roll-to-roll system)上是特别有利的。示范的筒-至-筒与不连续的基板系统(在此所述的实施例可被实施在所述示范的筒-至-筒与不连续的基板系统上)更详细地被描述在共同受让的美国专利申请案第12/620，788号(代理人卷号APPM/012922/EES/AEP/ESONG)、共同受让的美国专利申请案第12/839，051号(代理人卷号APPM/014080/EES/AEP/ESONG)及共同受让的美国专利申请案第12/880，564号(代理人卷号APPM/015469/AEP/LES/ESONG)中，所述美国专利申请案第12/620，788号授予给Lopatin等人且具有“APPARATUS AND METHOD FOR F0RMING3D NANOSTRUCTURE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICALBATTERY AND CAPACITOR”的发明名称且现已被公开为US2010/0126849，所述美国专利申请案第12/839,051号是在2010年7月19日提出申请而授予给Bachrach等人且具有“COMPRESSED P0WDER3D BATTERY ELECTRODE MANUFACTURING” 的发明名称且现已被公开为US2011/0129732，所述美国专利申请案第12/880，564号是在2010年9月13日提出申请而授予给 Bachrach 等人且具有 “SPRAY DEPOSITION MODULE FOR AN IN-LINE PROCESSINGSYSTEM”的发明名称，所有的这些美国专利申请案整体以引用方式在此被并入本文。会影响纤维形成的参数包括溶液性质(例如导电率、表面张力、粘度与弹性)、毛细管之间的距离、在毛细管尖端处的电位与外界环境参数(例如湿度、溶液温度与空气粘度)。聚合物溶液或形成隔离件的溶液可包含被稀释在溶剂系统中的一种或更多种聚合物。示范的聚合物材料包括羧甲基纤维素(CMC)、耐纶-6，6、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚乙烯-共-醋酸乙烯酯、PEVA/PLA、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/四氢全氟丙烯酸辛酯(TAN)、聚氧乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰胺(PA)、聚己内酯(PCL)、聚乙酰亚胺(PEI)、聚己内酰胺、聚乙烯(PE)、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚烯烃、聚苯醚(PPE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、聚乙烯吡啶、聚乳酸(PLA)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚丁烯对苯二甲酸酯树脂(PBT)、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯(PS)、聚酯(PE)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚缩醛(POM)、聚砜(PES)、苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)、聚丙烯腈(PAN)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、苯乙烯-马来酸酐共聚合物(SMA)以及上述的组合。聚合物可包含形成隔离件的溶液的总重量的约0.5wt.%至约30wt.%。形成隔离件的溶液还包含溶剂系统。溶剂系统可包含能溶解一种或更多种聚合物成分的任何溶剂。示范的溶剂系统包括N-甲基吡咯酮(NMP)、丙酮、乙烯乙酯、乙酸丙酯、水、甲酸、二甲基甲酰胺、二氯甲烷、四氢呋喃、异丙醇以及上述的组合。溶剂系统可包含形成隔离件的溶液的剩余部分。溶剂系统可包含形成隔离件的溶液的总重量的约70wt.%至约 99.5wt.%。形成隔离件的溶液还可包含无机成分。可从各种材料来选择无机成分，所述各种材料和电池材料与并入有整合隔离件的化学相容。无机材料可以是陶瓷材料。示范的陶瓷材料包括 BaTi03、HfO2 ( 二氧化铪)、SrTiO3' TiO2 ( 二氧化钛)、SiO2 ( 二氧化硅)、Al2O3 (氧化铝)、ZrO2 ( 二氧化锆)、Sn02、CeO2, MgO、CaO, Y2O3> CaCO3>以及上述的组合。在一实施例中，从包含Si02、Al203、Mg0以及上述的组合的群组中选择陶瓷微粒。可选择陶瓷微粒的尺寸，而使得微粒尺寸小于聚合物纤维的直径且微粒不会堵塞沉积系统。在特定实施例中，陶瓷微粒可具有约5nm至约0.3μπι的微粒尺寸。微粒的直径可小于300nm或小于IOOnm且更典型地为约10_20nm。陶瓷微粒的小微粒尺寸使得在循环过程期间所形成的锂树突更难以生长通过隔离件且造成短路。可使用溶胶-凝胶工艺将陶瓷微粒添加到聚合物溶液。在溶胶-凝胶工艺中，将无机前驱物添加到聚合物溶液，并且所述无机前驱物反应而在聚合物溶液中形成陶瓷微粒。举例而言，将诸如TiCl4与Ti (OH)4的无机前驱物添加到聚合物溶液，并且所述无机前驱物反应而形成TiO2溶胶微粒。因此，用于陶瓷微粒的前驱物被添加到聚合物溶液。随着前驱物混合，或在一些情况中，随着前驱物需要加热混合物或需要在纤维已经被电纺丝之后加热纤维，陶瓷微粒可形成。加热温度将低于聚合物纤维的熔点温度。可从聚合物熔融物来形成聚合物纤维。在高温会熔融的聚合物可用在熔融工艺中。聚合物熔融物的电纺丝类似于将聚合物溶液电纺丝的工艺，但是聚合物熔融物的电纺丝是在真空环境中执行的。典型地，充电的熔融喷流基板(熔融物被沉积在所述基板上)是在真空环境中被封装。能以熔融形态被电纺丝的示范的聚合物包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、耐纶-12、PA-12、聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚亚烯萘(PEN)、PET/PEN混合物以及上述的组合。第IA图是根据在此所述的实施例的部分的锂离子电池单元双层100的示意图，锂离子电池单元双层100具有电纺丝隔离件115。第IB图是根据在此所述的实施例的部分的锂离子电池单元120的示意图，锂离子电池单元120具有电纺丝隔离件。根据在此所述的一实施例，锂离子电池单元100、120电连接到负载101。锂离子电池单元双层100的主要作用部件包括:阳极结构102a、102b ;阴极结构103a、103b ;隔离件层104a、104b ;电纺丝隔离件115 ;电流收集器111、113 ;及电解质(未图示)，电解质位在介于所述隔离件层104a、104b之间的区域内。锂离子电池单元120的主要作用部件包括:阳极结构102b ;阴极结构103b ;电纺丝隔离件115 ;电流收集器111、113 ;及电解质(未图示)，电解质位在介于所述电流收集器111、113之间的区域内。各种材料可被用作为电解质，例如位在有机溶剂中的锂盐。可用电解质将锂离子电池单元100、120密封在适当的封装件中，其中所述封装件具有供电流收集器111与113所用的导线。阳极结构102a、102b、阴极结构103a、103b、电纺丝隔离件115与流体可渗透的隔离件层104a、104b被浸没在电解质中，其中电解质位在介于隔离件层104a、104b之间的区域中。应了解，图上显示部分的示范性结构，并且在特定实施例中，隔离件层104a与104b是以电纺丝隔离件层(类似于电纺丝隔离件层115)来替换，接着是替换相应的阳极结构、阴极结构与电流收集器。阳极结构102b与阴极结构103b作为锂离子电池100的半单元。阳极结构102b包括金属阳极电流收集器111与第一含电解质材料(诸如用于保留住锂离子的碳系嵌入型主材料)。类似地，阴极结构103b包括阴极电流收集器113与第二含电解质材料(诸如用于保留住锂离子的金属氧化物)。电流收集器111与113是由诸如金属的导电材料制成。在一实施例中，阳极电流收集器111包含铜，并且阴极电流收集器113包含铝。在特定实施例中，电纺丝隔离件层115用于避免阳极结构102b与阴极结构103b中的部件之间的直接电接触。位在锂离子电池单元100、120的阴极侧或正电极上的含电解质多孔材料可包含含锂金属氧化物，诸如二氧化钴锂(LiCoO2)或二氧化锰锂(LiMnO2)15含电解质多孔材料可由层压的氧化物(诸如氧化钴锂)、橄榄石(诸如磷酸铁锂)或尖晶石(诸如氧化锰锂)制成。在非锂的实施例中，示范的阴极可由二硫化钛(TiS2)制成。示范的含锂氧化物可以是层压的氧化物(诸如二氧化钴锂(LiCoO2)或混合的金属氧化物(诸如LiNixCOl_2xMn02、LiNia5Mr^5CV Li(Ni0.8Co0.15Al0.05) 02, LiMn2O4)。示范的磷酸盐可以是铁橄榄石(LiFePO4)和其变形(诸如 LiFe1^xMgPO4)、LiMoPO4' LiCoPO4' LiNiPO4' Li3V2(PO4)3、LiVOPO4' LiMP2O7或 LiFeh5P2O715 示范的氟磷酸盐可以是 LiVPO4F、LiAlPO4F' Li5V(PO4)2F2' Li5Cr(PO4)2F2,Li2CoPO4F 或 Li2NiP04F。示范的硅酸盐可以是 Li2FeSi04、Li2MnSiO4 或 Li2V0Si04。示范的非锂化合物是Na5V2 (P04)2F3。位在锂离子电池单元100、120的阳极侧或负极上的含电解质多孔材料可由上述的材料(例如被分散在聚合物母体中的石墨微粒，与/或各种细微粉末(例如微尺度或纳米尺度尺寸的粉末))制成。此外，硅、锡或钛酸锂(Li4Ti5O12)的微珠可并同石墨微珠来使用或用于取代石墨微珠，以提供导电核心阳极材料。示范的阴极材料、阳极材料与应用方法进一步地被描述在共同受让的美国专利申请案第12/839，051号(代理人卷号APPM/014080/EES/AEP/ES0NG)与共同受让的美国专利申请案第12/953，134号(代理人卷号APPM/014493/LES/AEP/ES0NG)中，所述美国专利申请案第12/839，051号是在2010年7 月 19 日提出申请且具有“COMPRESSED P0WDER3D BATTERY ELECTRODE MANUFACTURING”的发明名称且现已被公开为US2011/0129732，所述美国专利申请案第12/953，134号是在2010 年 1 月 13 日提出申请且具有 “GRADED ELECTRODE TECHNOLOGIES FOR HIGH ENERGYLITHIUM-1ON BATTERIES”的发明名称且现已被公开为US2011/0168550，此两美国专利申请案整体以引用方式在此被并入本文。应了解，尽管第I示锂离子电池单元双层100，但是在此所述的实施例不局限在锂离子电池单元双层结构。亦应了解，阳极与阴极结构可以串联或并联的方式连接。第2图是阴极堆迭202与阳极堆迭222的一实施例的剖视图，阴极堆迭202与阳极堆迭222具有根据在此所述的实施例而形成的电纺丝聚合物隔离件。第3图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成第2图的阴极堆迭202与阳极堆迭222的方法300的一实施例，阴极堆迭202与阳极堆迭222具有位在阴极堆迭202与阳极堆迭222之间的电纺丝隔离件115。在一实施例中，阴极堆迭202包含双层阴极结构206、隔离件层104b与电纺丝隔离件115。在方块302，形成双层阴极结构206。在一实施例中，双层阴极结构206包含第一阴极结构103a、阴极电流收集器113与第二阴极结构103b，如第2图所示。在一实施例中，阴极堆迭202包含单一层阴极结构，如第IB图所示。阴极结构103a、103b可包含用于保留住锂离子的任何结构。在特定实施例中，阴极结构103a、103b在整个阴极电极结构中具有级化微粒尺寸。在特定实施例中，阴极结构103a、103b包含多层结构，其中这些层包含具有不同尺寸与/或性质的阴极活性材料。示范的阴极结构被描述在共同受让的美国专利申请案第12/953，134号(代理人卷号APPM/014493/LES/AEP/ES0NG)中，所述美国专利申请案第12/953，134号是在2010年I月13 日提出申请且具有 “GRADED ELECTRODE TECHNOLOGIES FOR HIGH ENERGY LITHIUM-1ONBATTERIES”的发明名称且现已被公开为US2011/0168550。在一实施例中，阴极结构103a、103b包含多孔结构，所述多孔结构包含阴极活性材料。在一实施例中，阴极活性材料选自包含下述化合物的群组:二氧化钴锂(LiCoO2)、二氧化锰锂(LiMnO2)、二硫化钛(TiS2)、LiNixCcv2xMnO2、LiMn2O4, LiFePO4, LiFe1^xMgPO4,LiMoPO4, LiCoPO4, Li3V2 (PO4) 3、LiVOPO4, LiMP2O7, LiFe1.5P207、LiVPO4F, LiAlPO4F,Li5V (PO4) 2F2、Li5Cr (PO4) 2F2、Li2CoPO4F, Li2NiPO4F' Na5V2 (PO4) 2F3、Li2FeSiO4' Li2MnSiO4,Li2V0Si04、LiNiO2以及上述的组合。在一实施例中，阴极结构还包含粘结剂，所述粘结剂选自包含下述化合物的群组:聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)以及水溶性粘结剂，诸如苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、导电粘结剂、与其他低或非溶剂型粘结剂。在一实施例中，可使用粉末施加技术来施加阴极结构，粉末施加技术包括但不限于筛选技术、静电喷洒技术、热或火焰喷洒技术、电浆喷洒技术、流体化床涂覆技术、狭缝涂覆技术、筒涂覆技术与上述的组合，所有的这些技术对于本领域技术人员是已知的。在特定实施例中，阴极电极具有级化孔隙度，以致孔隙度在整个阴极电极结构中会改变。在形成有双侧双层电极(如第2图所示的双层阴极结构206)的特定实施例中，可使用双侧沉积工艺将阴极结构103a与阴极结构103b同时地沉积在阴极电流收集器113的相对侧上。举例而言，双侧静电喷洒工艺是使用相对喷洒施加器，以沉积阴极活性材料在基板的相对侧上。双侧静电喷洒腔室的示范的实施例被揭示在共同受让的美国专利申请案第12/880，564号中，所述美国专利申请案第12/880，564号具有“SPRAY DEPOSITION MODULEFOR AN IN-LINE PROCESSING SYSTEM”的发明名称且是在2010年9月13日提出申请而授予给Bachrach等人。在方块304中，多孔电纺丝隔离件115可被沉积在阴极结构206的表面上。可使用第4至8图中所描述的任何方法来沉积电纺丝隔离件115。多孔电纺丝隔离件115包含一种或更多种聚合物。多孔电纺丝隔离件还可包含无机填料或陶瓷微粒。示范的陶瓷微粒包括Pb (Zr, Ti) O3 (PZT)、PB (Mg3Nb273) O3-PbTiO3 (PMN-PT)、BaTiO3、HfO2 (二氧化铪)、SrTiO3、TiO2 ( 二氧化钛)、Si02 ( 二氧化硅)、Al2O3 (氧化铝)、Zr02 ( 二氧化锆)、SnO2、CeO2、MgO、CaO、Y2O3> CaCO3以及上述的组合。在一实施例中，陶瓷微粒选自包含下述化合物的群组:Si02、Al203、Mg0以及上述 的组合。在特定实施例中，陶瓷微粒可具有约50nm至约0.5 μ m的微粒尺寸。陶瓷微粒的小微粒尺寸使得在循环过程期间所形成的锂树突更难以生长通过隔离件且造成短路。在特定实施例中，陶瓷微粒浆还可包含粘结剂，粘结剂选自PVDF、羧甲基纤维素(CMC)与苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。在一实施例中，整合电纺丝隔离件115包含约10-60wt.%的粘结剂，而剩余部分是陶瓷微粒。电纺丝隔离件可包含纳米纤维，所述纳米纤维的直径为约50nm至lOOOnm，例如IOOnm至200nm。电纺丝隔离件的厚度可为约Iym至约100 μ m,例如约Iym至约20 μ m。电纺丝隔离件的孔隙度可为约40%至约90%(相较于由相同材料所形成的实心膜而言)。在方块306中，形成阳极堆迭222。在一实施例中，阳极堆迭222包含双层阳极结构226与隔离件104。在一实施例中，双层阳极结构226包含第一阳极结构102a、阳极电流收集器111与第二阳极结构102b，如第2图所示。在一实施例中，阳极堆迭222包含单一层阳极结构，如第IB图所示。在一实施例中，阳极结构102a、102b可以是碳系多孔结构(石墨或硬碳)而具有约5-15 μ m的微粒尺寸。在一实施例中，锂嵌入型碳阳极被分散在聚合粘结剂的母体中。可添加碳黑，以提升功率效能。用于粘结剂母体的聚合物是由热塑型聚合物或其他聚合物(包括具有橡胶弹性的聚合物)制成。聚合粘结剂用于将活性材料粉末粘结在一起，以避免裂缝形成且促进对收集器箔的粘附。聚合粘结剂的量可位在1%至40%的重量范围内。阳极结构102a、102b的含电解质多孔材料可由上述的材料(例如被分散在聚合物母体中的石墨微粒，与/或各种细微粉末(例如微尺度或纳米尺度尺寸的粉末))制成。此外，硅、锡或钛酸锂(Li4Ti5O12)的微珠可并同石墨微珠来使用或用于取代石墨微珠，以提供导电核心阳极材料。在一实施例中，阳极结构包含导电微结构，导电微结构是藉由使用在高于限制电流(ij的电流密度下的高镀覆速率电镀工艺所进行的三维柱状材料生长而形成。导电微结构是藉由扩散受限的电化学镀覆工艺来形成，其中电镀限制电流被符合或被超过，藉此产生低密度的金属中等多孔/柱状结构，而不是产生传统的高密度的共形膜。藉由在此所述的实施例可设想出不同组态的导电微结构。导电微结构可包含材料，所述材料选自包含下述元素的群组:铜、锡、硅、钴、钛、上述的合金以及上述的组合。用于形成导电微结构的示范的镀覆溶液与工艺条件被描述在共同受让的美国专利申请案第12/696,422号中，所述美国专利申请案第12/696,422号是在2010年I月29日提出申请而授予给Lopatin等人且具有 “POROUS THREE DIMENSIONAL COPPER, TIN, COPPER-TIN, COPPER-TIN-COBALT, ANDCOPPER-TIN-COBALT-TITANIUM ELECTRODES FOR BATTERIES AND ULTRA CAPACITORS，，的发明名称，所述美国专利申请案第12/696,422号整体以引用方式在此被并入本文。在一实施例中，电流收集器111与113可包含材料，所述材料个别地选自包含下述元素的群组:招(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、镍(Ni)、钴(Co)、锡(Sn)、硅(Si)、锰(Mn)、镁(Mg)、上述的合金以及上述的组合。在一实施例中，阴极电流收集器113是铝，并且阳极电流收集器111是铜。用于正电流收集器113(阴极)的材料的实例包括铝、不锈钢与镍。用于负电流收集器111 (阳极)的材料的实例包括铜(Cu)、不锈钢与镍(Ni)。此种收集器可具有箔、膜或薄板的外形。在特定实施例中，这些收集器的厚度大体上为约5μηι至约50 μ m。在方块308中，多孔电纺丝隔离件115可被沉积在阳极结构226的表面上。可使用第4至8图中所述的任何方法来沉积电纺丝隔离件115。在方块308中，于将阳极堆迭222与阴极堆迭202接合在一起之前，电纺丝隔离件可被沉积在阴极堆迭202、阳极堆迭222或此两者上。在方块310中，阴极堆迭202与阳极堆迭222被接合在一起，而阴极堆迭202与阳极堆迭222之间形成有电纺丝隔离件。在一实施例中，可使用压迭工艺以封装膜-箔(诸如AVAl2O3箔)来将阴极堆迭202与阳极堆迭222予以封装。第4图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法400的一实施例。在方块402中，将包含第一聚合物材料的聚合物骨干结构电纺丝在阳极结构或阴极结构的表面上。在方块404中，使用电纺丝或电喷洒工艺将第二聚合物材料形成在聚合物骨干结构的上方，以形成整合聚合物隔离件115。第二聚合物材料可用以增强或强化所述包含第一聚合物材料的聚合物骨干结构。第5图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法500的一实施例。在方块502中，将第一聚合物材料与第二聚合物材料同时地电纺丝在阳极结构的表面上或在阴极结构的表面上。在使用多种聚合物材料的特定实施例中，第一聚合物材料层可包含具有高熔点温度(Tm)(例如大于200°C )的聚合物材料，并且第二聚合物材料层可包含具有低熔点温度(Tm)(例如小于140°C )的聚合物材料。在一实施例中，第一聚合物材料层包含具有高熔点温度的聚合物材料，所述具有高熔点温度的聚合物材料选自包含聚酰胺6，6的群组。在一实施例中，第二聚合物材料层包含较低熔点温度的聚合物(诸如Tm为约150°C的SBR)。因此，在热迅速飞涨的期间，较低熔点温度的聚合物线会被熔化且被熔融在一起，降低了层中的孔隙度且因而减缓了锂离子传送和相关的电化学反应。第6图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法600的一实施例。在方块602中，将包含第一聚合物材料的聚合物骨干结构电纺丝在阳极结构的表面上或在阴极结构的表面上。在方块604中，使用例如电喷洒工艺将陶瓷材料沉积在聚合物骨干结构上方，以形成整合聚合物隔离件115。第7图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法700的一实施例。在方块702中，将掺杂有陶瓷微粒的聚合物材料同时地电纺丝在阳极结构或阴极结构的表面上。在电纺丝工艺之前，可将陶瓷微粒与聚合物溶液混合。在隔离件115包含陶瓷微粒的实施例中，可藉由直接地电纺丝、直接地喷洒或涂覆陶瓷微粒聚合物浆到阴极结构103a、103b或阳极结构102a、102b的表面上来沉积陶瓷微粒。在一实施例中，使用粉末施加技术来将陶瓷微粒施加成粉末，粉末施加技术包括但不限于筛选技术、静电喷洒技术、热或火焰喷洒技术、电浆喷洒技术、流体化床涂覆技术、狭缝涂覆技术、筒涂覆技术与上述的组合，所有的这些技术对于本领域技术人员是已知的。在一实施例中，喷洒工艺是一半干喷洒工艺，其中基板在喷洒工艺之前被加热以促进所沉积的各个层的干燥。第8图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法800的一实施例。在方块802中，含聚合物液体混合物被沉积在阳极结构与/或阴极结构上。含聚合物液体混合物可以是如在此所述的聚合物溶液或聚合物熔融体。在方块804中，以超声波或超音波将含聚合物液体混合物搅拌，以在含聚合物液体混合物内产生驻波。在方块806中，施加电压到经超声波搅拌的含聚合物液体混合物，以将聚合物材料电纺丝在阴极结构与/或阳极结构的表面上。人们相信超声波搅拌的使用会从含聚合物液体混合物产生多个喷流，因而导致电纺丝工艺的沉积速率的增加。第9图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法900的一实施例。在方块902中，含聚合物液体混合物被沉积在平行于阳极表面或阴极表面的一表面上。在方块904中，以超声波或超音波将含聚合物液体混合物搅拌，以在含聚合物液体混合物内产生驻波。在方块906中，施加电压到经超声波搅拌的含聚合物液体混合物，以将此聚合物材料电纺丝在阴极结构的表面与/或阳极结构的表面上。第10图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的另一方法1000的一实施例。在方块1002中，含聚合物液体混合物被沉积在平行于阳极结构表面或阴极结构表面的一表面上。在方块1004中，施加电压到含聚合物液体混合物，以将此聚合物材料电纺丝在阳极结构或阴极结构的表面上。
第11图示意地图示设备1100的一实施例，设备1100用于根据在此所述的实施例而将一整合隔离件电纺丝在电极表面上。设备1100可位在真空环境中。在注射器1104中的含聚合物液体混合物1102被推挤通过金属针1106，金属针1106与电压供应器1110耦接。电压供应器可设以供应约5kV至120kV到金属针1106的尖端。电压供应器可设以供应约30kV至120kV到金属针1106的尖端。电压供应器可取决于诸如所使用的聚合物的类型、希望的细孔尺寸与生产速率的因素。从金属针1106的尖端朝向电极结构1116的接地表面1114放射出聚合物喷流1112。喷流被搅打工艺伸长，其中所述搅打工艺是由纤维中的小弯曲处所开始的静电排斥而造成，直到喷流最后被沉积在电极结构1116的接地表面1114上。可藉由调整聚合物溶液中的溶剂浓度、调整金属针1106的尖端与电极结构的接地表面1114之间的间隙距离1120来控制纤维的直径。金属针1106的尖端与电极结构的接地表面1114之间的间隙距离1120可为约Imm至约1000mm。聚合物纤维的直径可为约80nm至约300nm。第12图示意地图示设备1200的另一实施例，设备1200用于根据在此所述的实施例而将整合隔离件电纺丝在电极结构1216的接地表面1214上。第12图所示的设备1200是用于无针电纺丝。设备1200可位在真空环境中。含聚合物液体混合物1202可被配置在容器1204中，容器1204经由电极与电压供应器1210耦接。电压供应器可设以供应约5kV至120kV到含聚合物液体混合物1202。电压供应器可设以供应约30kV至120kV到含聚合物液体混合物1202。电压供应器可取决于诸如所使用的聚合物的类型、希望的细孔尺寸与生产速率的因素。从含聚合物液体混合物1202朝向电极结构1216的接地表面1214放射出聚合物喷流1212a、1212b。喷流被搅打工艺伸长，其中所述搅打工艺是由纤维中的小弯曲处所开始的静电排斥而造成，直到喷流最后被沉积在电极结构1216的接地表面1214上。可藉由调整含聚合物液体混合物1202中的溶剂浓度、调整含聚合物液体混合物1202与电极结构1216的接地表面1214之间的间隙距离1220来控制纤维的直径。含聚合物液体混合物1202与电极结构1216的接地表面1214之间的间隙距离1220可为约Imm至约1000mm。聚合物纤维的直径可为约80nm至约300nm。实例:提供以下假设的非限制实例，以进一步说明在此所述的实施例。然而，没有意图将所述些实例全部涵盖在内，并且没有意图使所述些实例限制在此所述的实施例的范畴。实例1:使用聚丙烯酸(PAA)占5wt.%的水溶液。将少量的氯化钠添加到溶液，以增加溶液的离子导电率。将溶液装载到注射器内，注射器具有0.4_内径的平坦毛细管尖端。使用直流-直流转换器以供应5-30kV到毛细管的尖端而形成液体喷流的泰勒锥，并且使用接地的金属可移动样品平台而使所述接地的金属可移动样品平台作为收集器。尖端与收集器之间的距离从50mm改变至200mm。纺丝各个样品长达数分钟，并且手动地调整液体流速以维持溶液的小液滴在毛细管的尖端上。使用通用串行总线(USB)摄像显微镜以在纺丝工艺期间观察来自尖端的液体放射。实例2:使用耐纶_6(甲酸)占IOwt.%、二氧化硅占5wt.%的溶液。将溶液装载到注射器内，注射器具有0.4mm内径的平坦毛细管尖端。使用直流-直流转换器以供应5-30kV到毛细管的尖端而形成由液体喷流建构的泰勒锥，并且使用接地的金属可移动样品平台而使所述接地的金属可移动样品平台作为收集器。尖端与收集器之间的距离从50mm改变至200mm。纺丝各个样品长达数分钟，并且手动地调整液体流速以维持溶液的小液滴在毛细管的尖端上。使用通用串行总线(USB)摄像显微镜以在纺丝工艺期间观察来自尖端的液体放射。第13A和13B图是所产生的电纺丝不织聚合物纤维的扫描式电子显微镜(SEM)图像。如第13A和13B图所示，获得电纺丝层，所述电纺丝层具有高均匀尺寸分布的随机定向纤维，平均的纤维尺寸为约100-200nm。人们相信所获得的电纺丝层的孔隙度大于90%。对于第9A和9B图中所示的电纺丝纤维，以针尖端与收集器表面之间的间隔为20cm且尖端电压为20kV，而执行此工艺。聚合物溶液为PAA占8wt.%的水，并且水中添加有0.65wt.%NaCl以增加导电率。第14A和14B图是根据在此所述的实施例而沉积的电纺丝纤维的SEM图像的示意图。第14A和14B图中所示的电纺丝纤维证明了可藉由调整聚合物溶液浓度以及喷流与收集器表面之间的距离变化来控制电纺丝纤维的直径。对于第14A和14B图中所示的电纺丝纤维，以针尖端与收集器表面之间的间隔为20cm且尖端电压为20kV，而执行此工艺。第15A和15B图是根据在此所述的实施例而沉积的装载有陶瓷的电纺丝纤维的SEM图像的示意图。第15A和15B图证明了一种可进一步操控隔离件性质的方式，所述方式是藉由将聚合物溶液装载有陶瓷粉末以提升电纺丝聚合物层的机械强度。第15A和15B图中所产生的毡显示有多个结块的SiO2区域，所述等结块的SiO2区域由电纺丝聚合物纤维来连接。第16图不意地图不垂直处理系统1600的一实施例，垂直处理系统1600用于根据在此所述的实施例形成多孔电纺丝隔离件。处理系统1600可包含多个处理腔室1612-1636，处理腔室1612-1636被配置在一线中，各个处理腔室设以对挠性导电基板1610执行处理步骤。在一实施例中，处理腔室1612-1636是独立的模块处理腔室，其中各个模块处理腔室在结构上和其他模块处理腔室分离。所以，可独立地配置、再配置、取代或维持各个独立的模块处理腔室，而不会彼此影响。处理腔室1612-1636可设以执行同时的双侧工艺，以同时地处理挠性导电基板1610的各侧。处理系统1600可包含微结构形成腔室1612，微结构形成腔室1612用于在挠性导电基板上方形成多孔阳极结构的一部分或多孔阴极结构的一部分。在一实施例中，微结构形成腔室是选自镀覆腔室、压印腔室、浮雕化腔室与电化学蚀刻腔室。处理系统1600还可包含第一清洗腔室1614，第一清洗腔室1614设以在压印工艺之后使用清洗流体(例如去离子水)来清洗且移除垂直定向的挠性导电基板1610的部分上的任何残余微粒与处理溶液。处理系统1600还可包含第二微结构形成腔室1616，第二微结构形成腔室1616设置在第一清洗腔室1614的旁边，第二微结构形成腔室1616用于在挠性导电基板上方形成多孔阳极结构的一部分或多孔阴极结构的一部分。在一实施例中，第二微结构形成腔室1616设以在挠性导电基板1610的至少一部分上执行蚀刻工艺，以形成阴极结构或阳极结构。腔室1612与腔室1616可各自包含选自压印腔室、湿式蚀刻腔室、电化学蚀刻腔室、图案穿孔腔室与上述的腔室的腔室。处理系统1600还可包含第二清洗腔室1618，第二清洗腔室1618设以在已经执行湿式蚀刻工艺之后使用清洗流体(例如去离子水)来清洗且移除挠性导电基板1610的部分上的任何残余微粒蚀刻溶液。在一实施例中，包含空气刀的腔室1620设置成邻近于第二清洗腔室1618。处理系统1600还可包含预热腔室1622，预热腔室1622设以使挠性导电基板1610暴露于干燥工艺，以从所沉积的多孔结构移除过量湿气。在一实施例中，预热腔室1622含有设以执行干燥工艺(诸如空气干燥工艺、红外线干燥工艺、电磁干燥工艺或马兰哥尼干燥工艺(marangoni drying process))的源。处理系统1600还可包含第一喷洒涂覆腔室1624，第一喷洒涂覆腔室1624设以在形成于挠性导电基板1610上方的多孔阳极或阴极结构之上与/或之内沉积电致活性微粒(诸如阴极活性或阳极活性微粒)。尽管第一喷洒涂覆腔室1624是以作为喷洒涂覆腔室来讨论，第一喷洒涂覆腔室1624可设以执行任何上述的沉积工艺。处理系统1600还可包含后干燥腔室1626，后干燥腔室1626设置成邻近于第一喷洒涂覆腔室1624,后干燥腔室1626设以使挠性导电基板1610暴露于干燥工艺。在一实施例中，后干燥腔室1626设以执行诸如空气干燥工艺(例如将导电基板1610暴露于加热的氮)、红外线干燥工艺、马兰哥尼干燥工艺或退火工艺(例如快速热退火工艺)的干燥工艺。处理系统1600还可包含第二喷洒涂覆腔室1628，第二喷洒涂覆腔室1628设置成邻近于后干燥腔室1626。尽管第二喷洒涂覆腔室1628是以作为喷洒涂覆腔室来讨论，第二喷洒涂覆腔室1628可设以执行任何上述的沉积工艺。在一实施例中，第二喷洒涂覆腔室设以在形成于挠性导电基板1610上的多孔导电结构上方沉积阳极或阴极活性微粒。在一实施例中，第二喷洒涂覆腔室1628设以在垂直定向的导电基板1610上方沉积添加物材料(诸如粘结剂)。处理系统1600还可包含压缩腔室1630，压缩腔室1630设置成邻近于第二喷洒涂覆腔室1628，压缩腔室1630设以使挠性导电基板1610暴露于排程工艺(calendaringprocess)，以将所沉积的电致活性微粒压缩成导电微结构。 在一实施例中，处理系统1600还包含第三干燥腔室1632，第三干燥腔室1632设置成邻近于电纺丝腔室1634，第三干燥腔室1632设以使挠性导电基板1610暴露于诸如空气干燥工艺(例如将挠性导电基板1610暴露于加热的氮)、红外线干燥工艺、马兰哥尼干燥工艺或退火工艺(例如快速热退火工艺)的干燥工艺。在一实施例中，处理系统1600还包含电纺丝腔室1634，电纺丝腔室1634设置成邻近于第三干燥腔室1632，电纺丝腔室1634用于根据在此所述的实施例在挠性导电基板1610上方形成多孔电纺丝聚合物隔离件的至少一部分。在一实施例中，处理系统1600还包含第三喷洒涂覆腔室1636，第三喷洒涂覆腔室1636用于在挠性导电基板1610上方形成多孔电纺丝聚合物隔离件的至少一部分，第三喷洒涂覆腔室1636设置成邻近于第三喷洒涂覆腔室1636。尽管第三喷洒涂覆腔室1636是以作为喷洒涂覆腔室来讨论，第三喷洒涂覆腔室1636可设以执行任何上述的沉积工艺。在特定实施例中，处理系统1600还包含额外的处理腔室。额外的模块处理腔室可包含一个或更多个处理腔室，所述一个或更多个处理腔室选自从电化学镀覆腔室、无电沉积腔室、化学气相沉积腔室、电浆增强化学气相沉积腔室、原子层沉积腔室、清洗腔室、退火腔室、干燥腔室、喷洒涂覆腔室、额外的喷洒腔室、聚合物沉积腔室与上述的组合所构成的处理腔室的群组。亦应了解，线上处理系统(in-line processing system)可包括额外的腔室或更少的腔室。处理腔室1612-1636大体上沿着一线来配置，因而垂直定向的导电基板1610的部分可经由馈送筒1640与接取筒1642而被流线型化通过各个腔室。在一实施例中，随着垂直定向的基板1610离开接取筒1642,基板1610进一步被处理以形成棱柱组件(prismaticassembly)。亦应了解，尽管工艺是以用于处理垂直定向的基板来讨论，可在具有不同定向(例如水平定向)的基板上执行相同的工艺。可并同在此所述的实施例来使用的水平处理系统的细节被揭示在共同受让的美国专利申请案第12/620，788号，所述美国专利申请案第12/620，788号是在2009年11月18日提出申请而具有“APPARATUS AND METHOD FORF0RMING3D NANOSTRUCTURE ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL BATTERY AND CAPACITOR”的发明名称且授予给Lopatin等人且现已被公开为US2010-0126849，所述美国专利申请案第12/620，788号的第5A-5C图、第6A-6E图、第7A-7C图与第8A-8D图以及相应于所述图的叙述以引用方式在此被并入本文。在特定实施例中，垂直定向的基板可相对于垂直平面而倾斜。举例而言，在特定实施例中，基板可相对于垂直平面而倾斜约1°至约20°。在此所述的特定实施例已经说明一种形成高度多孔的纳米纤维的薄膜的技术，所述高度多孔的纳米纤维的薄膜可原位地(in-situ)被施加且被用作为用于锂离子电池制造的整合隔离件。此整合隔离件沉积技术可容许目前电池制造过程的显著成本降低以及简化。尽管上述说明是导向本发明的实施例，可在不背离本发明的基本范畴下设想出本发明的其他与进一步实施例，并且本发明的范围是由所附权利要求来决定。
权利要求
1.一种锂离子电池，所述锂离子电池具有电极结构，所述锂离子电池包含: 阳极堆迭，所述阳极堆迭包含: 阳极电流收集器 '及 阳极结构，所述阳极结构被形成在所述阳极电流收集器的第一表面上方； 阴极堆迭，所述阴极堆迭包含: 阴极电流收集器 '及 阴极结构，所述阴极结构被形成在所述阴极电流收集器的第一表面上方；及 多孔电纺丝聚合物隔离件，所述多孔电纺丝聚合物隔离件包含纳米纤维骨干结构，所述多孔电纺丝聚合物隔离件位在所述阳极结构与所述阴极结构之间。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述纳米纤维骨干结构还包含陶瓷微粒，所述陶瓷微粒被镶嵌在所述纳米纤维骨干结构的纳米纤维中。
3.如权利要求2所述的锂离子电池，其中所述陶瓷微粒选自包含下述化合物的群组:Pb (Zr, Ti) O3 (PZT)、PB (Mg3Nb273) O3-PbTiO3 (PMN-PT)、BaTiO3、HfO2 (二氧化铪)、SrTiO3、TiO2 ( 二氧化钛)、SiO2 ( 二氧化硅)、Al2O3 (氧化铝)、ZrO2 ( 二氧化锆)、SnO2、CeO2、Mg。、CaO, Y2O3以及上述的组合。
4.如权利要求3所述的锂离子电池，其中所述纳米纤维骨干结构包含第一聚合物材料，所述第一聚合物材料选自聚酰胺、聚丙烯酸(PAA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)与苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
5.如权利要求4所述的锂离子电池，其中所述多孔电纺丝聚合物隔离件还包含第二聚合物材料，所述第二聚合物材料被沉积在所述纳米纤维骨干结构上方，其中所述第二聚合物材料不同于所述第一聚合物材料。
6.如权利要求1所述的锂离子电池，其中所述阴极结构是多孔结构，所述多孔结构包含阴极活性材料，所述阴极活性材料选自包含下述的群组:二氧化钴锂(LiCo02)、二氧化锰锂(LiMnO2)、二硫化钛(TiS2)、LiNixCcv2xMnO2、LiMn2O4, LiFePO4, LiFe1^xMgPO4, LiMoPO4,LiCoPO4, Li3V2 (PO4) 3> LiVOPO4, LiMP2O7, LiFe1.5P207、LiVPO4F, LiAlPO4F, Li5V (PO4)2F2,Li5Cr (PO4) 2F2、Li2CoPO4F' Li2NiPO4F、Na5V2 (PO4) 2F3、Li2FeSiO4' Li2MnSiO4' Li2VOSiO4' LiNiO2以及上述的组合。
7.如权利要求3所述的锂离子电池，其中相较于由相同材料所形成的实心膜而言，所述纳米纤维骨干结构的纳米纤维具有约IOOnm至约200nm的直径并且所述纳米纤维骨干结构具有约40%至约90%的孔隙度。
8.如权利要求5所述的锂离子电池，其中所述第一聚合物材料具有大于200°C的熔点温度，并且所述第二聚合物材料具有小于140°C的熔点温度，以致在热迅速飞涨的期间，所述第二聚合物材料会被熔化且被熔融在一起，降低了层中的孔隙度且因而减缓了锂离子传送和相关的电化学反应。
9.一种形成电极结构的方法，所述方法包含下列步骤: 提供第一电极结构；及 将纳米纤维骨干结构直接地电纺丝在所述第一电极结构的表面上，以形成多孔电纺丝聚合物隔离件。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述纳米纤维骨干结构包含第一聚合物材料，所述第一聚合物材料选自聚丙烯酸(PAA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)与苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
11.如权利要求10所述的方法，其中将所述纳米纤维骨干结构直接地电纺丝的步骤还包含下列步骤: 将第二聚合物材料电纺丝，所述第二聚合物材料不同于所述第一聚合物材料，所述第二聚合物材料选自聚丙烯酸(PAA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)与苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法还包含下列步骤: 将第二聚合物材料电纺丝在所述纳米纤维骨干结构上方，其中所述第二聚合物材料选自聚偏二氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素(CMC)与苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
13.如权利要求11所述的方法，其中所述纳米纤维骨干结构还包含陶瓷微粒，所述陶瓷微粒被镶嵌在所述纳米纤维骨干结构的纳米纤维中。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述陶瓷微粒选自包含下述化合物的群组:Pb (Zr, Ti) O3(PZT)、PtvxLaxZivyTiyO3(PLZT，x 和 y 是独立地介于 O 与 I 之间),PB (Mg3Nb273)O3-PbTiO3 (PMN-PT)、BaTiO3、HfO2 ( 二氧化铪)、SrTiO3、TiO2 ( 二氧化钛)、Si02 ( 二氧化硅)、Al2O3 (氧化铝)、ZrO2 ( 二氧化锆)、SnO2, Ce02、MgO、CaO, Y2O3以及上述的组合。
15.如权利要求13所述的方法，其中将纳米纤维骨干结构电纺丝的步骤包含下列步骤: 沉积含聚合物液体混合物在一表面上，所述表面平行于所述第一电极结构的一表面，其中所述含聚合物液体混合物包含所述陶瓷微粒；及 施加一电压到所述含聚合物液体混合物，以将镶嵌有所述陶瓷微粒的所述纳米纤维骨干结构电纺丝在所述第一电极结构的所述表面上。
全文摘要
本发明的实施例一般涉及锂离子电池，尤其涉及具有整合隔离件的电池与制造此种电池的方法。在一实施例中，提供一种锂离子电池，锂离子电池具有电极结构。锂离子电池包含阳极堆迭；阴极堆迭；及多孔电纺丝聚合物隔离件，多孔电纺丝聚合物隔离件包含纳米纤维骨干结构。阳极堆迭包含阳极电流收集器；及阳极结构，阳极结构被形成在阳极电流收集器的第一表面上方。阴极堆迭包含阴极电流收集器；及阴极结构，阴极结构被形成在阴极电流收集器的第一表面上方。多孔电纺丝聚合物隔离件位在阳极结构与阴极结构之间。
文档编号H01M4/04GK103168384SQ201180051043
公开日2013年6月19日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年9月30日
发明者M·C·奥里拉利, R·塔尔瓦尔, K·M·布朗, L·杨, H·博兰迪, V·佩贝尼托, C·P·王, R·Z·巴克拉克 申请人:应用材料公司