利用直接涂覆在纳米孔隔板上的电极的电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及电池和其它电流产生电池的领域。更具体地，本发明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。
【背景技术】
[0002]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-硫电池的其它类型电池，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造锂电池。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。
[0003]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。制造用于车辆和其它应用的更高能量和更经济的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，并且降低制造电池的自动设备的复杂性和费用。
[0004]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。
【发明内容】
[0005]本发明涉及利用纳米孔隔板、特别是在200°C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，以及涉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直接涂覆在隔板上来制备锂电池的方法。
[0006]本发明的一个方面涉及一种锂电池，包括:(a)隔板/阴极组件，其中隔板/阴极组件包括夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极集流器层、和在第一阴极层与阴极集流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阴极层直接涂覆在隔板层上，(b)隔板/阳极组件，其中隔板/阳极组件包括夹置在第一阳极层和第二阳极层之间的阳极集流器层、和在第一阳极层与阳极集流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阳极层直接涂覆在隔板层上，以及(C)电解质，其中电池包括隔板/阴极组件和所述隔板/阳极组件的交替层。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的一部分不接触隔板/阳极组件。
[0007]在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/阴极组件不接触隔板/阳极组件的部分与隔板/阴极组件不接触隔板/阳极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隔板/阴极组件的部分和隔板/阴极组件的另外一个或多个部分，并且不电接触隔板/阳极组件的任何部分。
[0008]在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/阳极组件的一部分不接触隔板/阴极组件。在一个实施方式中，隔板/阳极组件的部分与隔板/阳极组件不接触隔板/阴极组件的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隔板/阳极组件的的部分和隔板/阳极组件的另外一个或多个部分，并且不电接触隔板/阴极组件的任何部分。在一个实施方式中，隔板/阴极组件不接触隔板/阳极组件的部分与隔板/阴极组件不接触隔板/阳极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隔板/阴极组件的部分和隔板/阴极组件的另外一个或多个部分，并且不电接触隔板/阳极组件的任何部分。
[0009]在本发明的锂电池的一个实施方式中，阴极集流器层直接涂覆在第一阴极层上。在一个实施方式中，第一阴极层邻近隔板层的表面轮廓和隔板层邻近第一阴极层的表面轮廓匹配，并且隔板层的表面轮廓与在将第一阴极层涂覆在隔板层上之前相同。在一个实施方式中，第一阴极层包括选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且电极颗粒不存在于邻近第一阴极层的隔板层中。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的隔板层包含隔板颗粒，并且隔板颗粒不存在于邻近隔板层的第一阴极层中。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的阴极集流器层包括铝层。在一个实施方式中，铝层的厚度小于3微米。
[0010]在本发明的锂电池的一个实施方式中，阳极集流器层直接涂覆在第一阳极层上。在一个实施方式中，第一阳极层邻近隔板层的表面轮廓与隔板层邻近第一阳极层的表面轮廓匹配，并且隔板层的表面轮廓与在将第一阳极层涂覆在隔板层上之前相同。在一个实施方式中，第一阳极层包括选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且电极颗粒不存在于邻近第一阳极层的隔板层中。在一个实施方式中，隔板/阳极组件的隔板层包含隔板颗粒，并且隔板颗粒不存在于邻近隔板层的第一阳极层中。在一个实施方式中，隔板/阳极组件的阳极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。
[0011]在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层的孔径都小于0.2微米、优选小于0.1微米。在一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层都包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层的厚度都小于9微米、优选小于6微米。在一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层都包括包含铝勃姆石的多孔层。
[0012]本发明的另一方面涉及一种锂电池，包括:(a)隔板/阴极组件，其中隔板/阴极组件包括夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极集流器层、和在第一阴极层与阴极集流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阴极层直接涂覆在隔板层上，(b)隔板/阳极组件，其中隔板/阳极组件包括阳极层、和在阳极层的一侧上的多孔隔板层，并且其中阳极层直接涂覆在隔板层上，以及(C)电解质，其中电池包括隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的交替层。在一个实施方式中，阳极层包含锂金属。在一个实施方式中，第一阴极层和第二阴极层包括硫或分子式为Sx2-的多硫化物，其中X是2-8的整数。
[0013]本发明的另一方面涉及一种制备锂电池的方法，包括下列步骤:(a)将多孔隔板层涂覆在基板上；(b)将第一阴极层直接涂覆在隔板层的第一部分上；(C)将一个或多个阴极集流器层直接涂覆在第一阴极层上；(d)将第二阴极层直接涂覆在一个或多个阴极集流器层上；(e)将第一阳极层直接涂覆在隔板层的第二部分上；(f)将一个或多个阳极集流器层直接涂覆在第一阳极层上；以及(g)将第二阳极层直接涂覆在一个或多个阳极集流器层上。在一个实施方式中，在步骤(g)后还包括步骤(h):使基板从隔板层的所述第一和第二部分分层，以制备隔板/阴极组件和隔板/阳极组件。在一个实施方式中，在步骤(h)后还包括步骤(i):使隔板/阴极组件和隔板/阳极组件交错以形成干隔板/电极电池。在一个实施方式中，在交错步骤之前，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件为片状构造。
[0014]在一个实施方式中，在步骤(i)后，隔板/阴极组件的一部分不接触隔板/阳极组件，和隔板/阳极组件的一部分不接触隔板/阴极组件，并且具有导电性销的第一器件电连接隔板/阴极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隔板/阳极组件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:(I)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。
[0015]在本发明的制备锂电池的方法的一个实施方式中，步骤(C)的所述一个或多个阴极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，步骤(f)的一个或多个阳极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，隔板层的孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米。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。
[0016]附图简要说明
[0017]为了描述本发明，附图中示出了特定布置和方法。但是，应当理解，本发明不限于所示的精确布置或详细描述的方法。
[0018]图1示出隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的交替层的剖视图，其中一部分隔板/阴极组件不接触隔板/阳极组件。
[0019]图2示出隔板/阴极组件的剖视图，其包括夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的集流器层、和在第一阴极层的一个侧面上的多孔隔板层。
[0020]图3示出隔板/阳极组件的剖视图，其包括夹置在第一阳极层和第二阳极层之间的集流器层、和在第一阳极层的一个侧面上的多孔隔板层。
[0021]图4示出具有导电性销的器件的剖视图，其在一部分隔板/阴极组件之间产生