层压方法
【专利摘要】本发明涉及一种形成用于锂电蓄能装置的单电池或双电池的方法，包括在第一层压单元中首先层压包括第一电极和两个分离部件的第一组合，以获得多层层压部件。在第一组合中，电极插在两个分离部件中间而尚未层压至两个分离部件的任何一个。然后，方法包括形成包括多层层压部件和第二电极的第二组合。最终，方法包括在第二层压单元中层压第二组合，以获得电池。
【专利说明】层压方法
[0001]发明背景
[0002]本发明涉及一种形成用于锂电蓄能装置的单电池或双电池的方法。
[0003]特别地，该方法提供了单电池或双电池组件的层压以使其彼此粘附。
[0004]已知通过一对压辊层压电池形成部件来形成单电池或双电池。这些部件通常至少包括阳极、阴极和两个分离部件。对于双电池，除列出的部件外还包括第二阴极。阳极或阴极插在两个分离部件之间。两个分离部件之一插在阳极和阴极之间以使电池在使用中正常工作。
[0005]本领域技术人员众所周知，分离部件具有微孔结构，其中微孔旨在容纳电解质。
[0006]在电池的形成中可能出现的问题在于，由于通过压辊施加在分离部件上的高压缩力而在层压期间封闭分离部件的微孔。这使得电池的特性下降而导致蓄电装置质量恶化。另一方面，层压辊应施加很小的压缩力(以免封闭微孔)，存在着这样的力不足以保证分离部件、阳极和阴极之间的粘合的风险。
[0007]在单电池或双电池的形成中可能出现的另一问题在于后者的几何稳定性。事实上，单电池在层压期间由于其所遭受的高温可能变形(尤其是可能弯曲)。这是由于阳极和阴极都具有彼此不同的热膨胀系数。换言之，当阳极和阴极加热至高温时(比如在层压过程中)，膨胀量彼此不同，由此引起电池变形。在横截面上大幅弯曲的变形电池有诸多缺陷。特别地，变形电池涉及的问题和其移动(例如电池不能彼此堆叠)及随后形成的蓄电装置有关，由此电池可能具有和期望不同的形状，因而其形状可能无法与设置与其相适应的外壳之一匹配。
[0008]还有另一问题是关于层压步骤中存在的高温和压缩力，这由此可能损伤电极(阳极和阴极)，尤其是阴极。
【发明内容】
[0009]本发明的目标是提供一种形成用于蓄电装置、特别是锂电蓄能装置的单电池或双电池的方法，这使得与层压步骤有关的前述现有技术问题得以解决。
[0010]另一目标是提供一种形成用于高质量蓄电装置的单电池或双电池的方法。
[0011]优点是提供一种在层压期间不损伤待层压部件(两个电极和分离部件)的方法。
[0012]另一优点是提供一种方法，其中作用在分离部件上的压缩力不会因挤压而封闭分离部件微孔，同时保证后者与电极之间的粘合。
[0013]又一优点是提供一种方法，其中温度和层压力都保持电池的几何稳定性，即换言之，不引起其任何变形，例如由于单电池的弯曲。
[0014]还一优点是提供一种待层压组合在其整体厚度上被均匀加热的方法。
[0015]还一优点是提供一种允许待层压组合使用与现有技术方法相比较低的能量透过其整体厚度加热的方法。
[0016]还一优点是提供一种形成用于连续运行的蓄电装置的单电池或双电池的方法。
[0017]在发明的一个方面中，提供了形成用于锂电蓄能装置的单电池或双电池的方法，该方法提供了:形成包括第一电极和两个分离部件的第一组合，由此电极插在两个分离部件之间而尚未层压至两个分离部件的任何一个;供给第一组合至第一层压单元，例如辊式，在第一层压单元中层压第一组合以得到多层层压部件，形成包括第二电极和多层层压部件的第二组合，供给第二组合至第二层压单元，例如辊式，并在第二层压单元中层压第二组合以得到电池。
[0018]以这种方式，在第一层压单元和第二层压单元中都有可能分别(各自具有的厚度小于总电池厚度)在低于通常以用于形成单电池或双电池的现有技术层压过程为特征的层压温度和力下层压第一组合和第二组合。因而有可能达到上述效果。
[0019]由于每个层压单元层压具有厚度小于总电池厚度的组合，组合的厚度在层压期间能够被均匀加热，并且可使用较低的能量用于加热。
[0020]在示例中，其中第一电极为阳极而第二电极为阴极，根据本发明的方法还使损伤阴极的风险得以显著减小，阴极通常比阳极更脆弱，因而更倾向于在层压期间由于层压温度和力而受到损伤。由于本发明的方法，阴极仅在第二层压单元中经历了单次层压，其中达到的温度和压缩力低于在第一层压单元中，相比而言，阳极在第一层压单元中与两个分离部件层压在一起。当后者到达第二层压单元时，其已经在第一层压单元中进行了层压以形成多层层压部件。因此，在第二层压单元中可采用较低的温度和层压力，这足以将阴极层压至多层层压部件，并同时减小了损伤阴极的风险。
【附图说明】
[0021]根据附图可更好地理解和实施本发明，附图示出了非限制性示例性实施方式。
[0022]图1示出了形成用于锂电蓄能装置的单电池的第一示例的装置的示意图，其中可见第一层压单元和第二层压单元。
[0023]图2a示出了可从第一层压单元获得的多层层压部件的示意剖面图。
[0024]图2b示出了可借助图1的装置获得的单电池的示意剖面图。
[0025]图3示出了适合形成单电池第二示例的图1的装置版本的示意图。
[0026]图4示出了可用图5的装置获得的单电池的第二示例的示意剖面图。
[0027]图5示出了用于形成锂电蓄能装置的双电池的图1装置的版本的示意图。
[0028]图6示出了可用图5的装置获得的双电池的示意剖面图。
【具体实施方式】
[0029]参照图1，数字I从总体上表示形成用于锂电蓄能设备(电池、电容器等)的单电池10的第一示例的装置，此处未示出。
[0030]装置I包括沿待层压部件的前进方向F连续布置的第一层压单元2和第二层压单元
3。第二层压单元3按前进方向F布置在第一层压单元2的下游。
[0031]第一层压单元2和第二层压单元3可属于已知类型。第一层压单元2和第二层压单元3包括上部层压辊4和下部层压辊5，上部层压辊4和下部层压辊5彼此耦合并彼此相对以限定出在层压辊之间延伸的层压区。特别地，后者具有彼此平行(水平)的转动轴线。层压区可在宽度上以平行于两个层压辊4和5的轴线的方向延伸。待层压部件穿过在层压辊4和5之间延伸的层压区(在下文中详细描述)，这些部件沿横切于层压区宽度的前进方向F供给。
[0032]装置I还包括与第一层压单元2相关的第一加热装置6和与第二层压单元3相关的第二加热装置7。第一加热装置6和第二加热装置7分别靠近第一层压单元2和第二层压单元3布置，尤其是按照前进方向F布置在后者的上游。第一加热装置6和第二加热装置7布置为在待层压部件穿过压辊4和5限定的层压区前将其加热至层压温度。第一加热装置6和第二加热装置7可属于已知类型。在一个示例中，第一加热装置6和第二加热装置7可包括至少一个电阻。
[0033]参照图3和图5，其示出了装置I的各版本的示意图，从而后者分别用于形成单电池10’的第二示例和双电池20。为了更清晰地说明，在这些图中相同的参考数字用于指明多个示例性实施方式的相似部件。
[0034]现在将详细描述用于锂电蓄能装置的单电池10、10’或双电池20的形成方法。
[0035]根据本发明的方法包括以下步骤:
[0036]-形成包括第一电极12和两个分离部件13的第一组合11，其中电极12插在两个分离部件13之间但尚未层压至两个分离部件13之一，
[0037]-供给第一组合11至第一层压单元2，
[0038]-在第一层压单元2中层压第一组合11以获得可在图2a中看到的多层层压部件14，
[0039]-形成包括第二电极16和多层层压部件14的第二组合15，
[0040]-供给第二组合12至第二层压单元3，
[0041]-在第二层压单元3中层压第二组合15以获得在图2b中示出的单电池10。
[0042]第一电极12和第二电极16分别以单个部件的形式供给至第一层压单元2和第二层压单元3。相比之下，分离部件13通过相应的卷轴18来输送。以这种方式，层压物体在层压单元2、3下游形成连续多层层压膜。
[0043]在本文图示并描述的示例中，第一电极12为阳极A而第二电极16为阴极C。
[0044]在其他未示出的示例中，第一电极12可为阴极C而第二电极16可为阳极A。
[0045]根据本发明的方法还提供在第一层压单元2中层压第一组合11之前，通过第一加热装置6将第一组合11加热至50°C至200°C之间的温度。
[0046]在第一层压单元2中层压第一组合11期间，方法还提供了在第一组合上施加大约在700N至3000N之间的压缩力。
[0047]此外，在第二层压单元3中层压第二组合15之前，方法还提供了通过第二加热装置7将第二组合15加热至30°C至180°C之间的温度。
[0048]在第二层压单元3中层压第二组合15期间，方法还提供了在第二组合上施加大约600N至2800N之间的压缩力。
[0049]应注意，第二组合15所承受的温度和力低于层压第一组合11所用的那些。如前所述，这使比起阳极A更脆弱且受到更多损伤的阴极C得到更好的保护。通过这种方式，阴极C仅经历了一个较低温度和力的层压周期(在第二层压单元3中)。
[0050]在第二层压单元3下游可选地具有一个或多个未示出且属于已知类型的工作单元，其适合在多层层压膜的最外层上沉积相应的保护膜。
[0051]此外，第二层压单元3的下游处设有切割先前在层压单元2、3中按顺序层压的薄膜的切削配置，以获得多个具有期望尺寸的单个单电池10、10’或双电池20。
[0052]图2b中示出的单电池10的第一示例包括:第一电极11(阳极A)和两个分离部件13，形成多层层压部件14(在第一层压单元2中层压)，以及第二电极16(阴极C)。
[0053]阳极A可以是包括阳极层Al和电流歧管层A2的单涂层阳极。
[0054]可选地具有介于10至100微米之间厚度的阳极层Al可选地包括:
[0055]-活性阳极材料，可包括选自以下组的材料:带有微孔的内消旋碳基MCMB石墨，
Li4Tl50l2 ;
[0056]-导电材料，可包括选自以下组的材料:碳黑、煤黑、炉黑、槽黑、热解黑、乙炔黑、碳颗粒物；
[0057]-结合剂，可包括选自以下组的材料:1-甲基-2-吡咯烷酮，聚偏二氟乙烯(PVDF)。
[0058]电流歧管层A2包括可选地可具有介于8至12微米之间厚度的铜片。
[0059]在示出的示例中，阳极A是包括放置在两个阳极层Al之间的电流歧管层A2的双涂层阳极。
[0060]阴极C可为包括阴极层Cl和电流歧管层C2的单涂层阴极。
[0061]可选地，可视情况具有介于10至100微米之间厚度的阴极层Cl可包括:
[0062]-活性阴极材料，可包括选自以下组的材料:LiCoO2,LiN12，LiMn2O4，LiMxMn2—x04(其中 0〈x〈l)，LiNii—yCoy02(其中 0〈7〈1)，1^祖^112(:011—202(其中0〈7〈1且0〈2〈1且7+2〈1)，XLi2MnO3.(l-x)LiM02(其中0〈χ〈1 且M=Ni)，Co或Cr，Li(Nii—y—zCoyAlz)02(其中0〈y〈l且0〈z〈I且y+z〈l)，LiMP04(其中M=Mn或Co)，以及LiFePO4;
[0063]-导电材料，可包括选自以下组的材料:碳黑、煤黑、炉黑、槽黑、热解黑、乙炔黑、碳颗粒物；
[0064]-结合剂，可包括选自以下组的材料:1-甲基-2-吡咯烷酮，聚偏二氟乙烯(PVDF)。
[0065]电流歧管层C2包括可选地可具有介于15至25微米之间厚度的铝片。
[0066]在示出的示例中，阴极C是包括放置在两个阴极层Cl之间的电流歧管层C2的双涂层阴极。
[0067]可选地，每个分离部件13可具有介于12至30微米之间的厚度和包括介于35%和80%之间的孔隙率。
[0068]可选地，每个分离部件13可包括一个或多个能够负载无机粒子的微孔聚合物片层。微孔聚合物片可包括选自以下组的组合:聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)。无机粒子可从以下组选择:氧化铝(Al2O3)、硅(S12)、二氧化钛(T12)、碳酸钙(CaCO3)。
[0069]参照图3和图4，可以看到由于发明的方法而获得的单电池10’的第二示例。有别于单电池10，单电池10’也包括通过相关卷轴18’输送且供给至第二层压单元3(图3)以与多层层压部件14(出自第一层压单元2)和第二电极16(阴极C)层压在一起的另外的分离部件13’。另外的分离部件13’与第二电极16相对。换言之，多层层压部件14插在第二电极16和另外的分离部件13’之间。单电池10’因而包括(图4):第一电极11(阳极A)和两个分离部件13，形成多层层压部件14(在第一层压单元2中层压)，以及第二电极16(阴极C)和另外的分离部件 13，。
[0070]参照图5和图6，可以看到由于发明的方法而获得的双电池20的示例。双电池20包括单电池10和供给至第二层压单元3(图5)以与多层层压部件14(出自第一层压单元2)和第二电极16(阴极C)层压在一起的第三电极7(阴极C’)。第三电极17与第二电极16相对。换言之，多层层压部件14插在第二电极16和第三电极17之间。双电池20因而包括(图6):第一电极11(阳极A)和两个分离部件13，形成多层层压部件14(在第一层压单元2中层压)，以及第二电极16(阴极C)和第三电极17(阴极C’)。阴极C’可为单涂层或双涂层阴极。在示出的示例中，阴极C’具有与上述阴极C大体相同的结构。
[0071]在未示出的示例中，阴极C和阴极C’可具有彼此不同的结构。
[0072]此外，还可有对于上文已述的内容或对于附图中阐明的内容的变更或附加物。
【主权项】
1.一种形成用于锂电蓄能装置的电池(10;10’；20)的方法，包括以下步骤: -形成包括第一电极(12)和两个分离部件(13)的第一组合(11)，其中所述电极(12)插在两个所述分离部件(13)之间； -加热所述第一组合(11)至第一温度； -在加热所述第一组合(II)的所述步骤之后，层压所述第一组合(II)以获得多层层压部件(14)，在层压所述第一组合(11)的所述步骤期间向其施加第一压缩力； -形成包括第二电极(16)和所述多层层压部件(14)的第二组合(15); -加热所述第二组合(15)至低于所述第一温度的第二温度； -在加热所述第二组合(15)的所述步骤之后，层压所述第二组合(15)以获得电池(10;1 ’ ； 20)，在层压所述第二组合(15)的所述步骤期间向其施加第二压缩力，所述第二压缩力低于所述第一压缩力。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一温度包括在50°C至200°C之间。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一压缩力包括在700N至3000N之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二温度包括在30°C至180°C之间。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二压缩力包括在600N至2800N之间。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一组合(11)通过第一加热装置(6)加热至所述第一温度，而所述第二组合(15)通过第二加热装置(7)加热至所述第二温度。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在形成所述第一组合(11)的所述步骤中，所述电极(12)插在所述两个分离部件(13)之间而尚未层压至任一分离部件。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一组合(11)通过例如辊式的第一层压单元(2)来层压，而所述第二组合(15)通过例如辊式的第二层压单元(3)来层压。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电极(12)为阳极(A)而所述第二电极(16)为阴极(C)。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一电极(12)为包括阳极层(Al)和电流歧管层(A2)的单涂层阳极(A)，能够具有在10至100微米之间厚度的所述阳极层(Al)依次包括: -阳极活性材料，其能够包括选自下组的材料:石墨MCMB中间相碳微球、Li4Ti5O12; -导电材料，其能够包括选自下组的材料:碳黑、煤黑、炉黑、槽黑、热解黑、乙炔黑、烟灰； -结合剂，其能够包括选自下组的材料:1-甲基-2-吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯(PVDF); 其中所述电流歧管层(A2)包括具有例如在8至12微米之间厚度的铜片。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第二电极(16)为包括阴极层(Cl)和电流歧管层(C2)的单涂层阴极(C)，能够具有在10至100微米之间厚度的所述阴极层(Cl)依次包括: -活性阴极材料，其能够包括选自下组的材料:LiCo02、LiNi02、LiMn204、LiMxMn2—x04(其中0〈x〈l)、LiNii—yCoy02(其中0〈y〈l)、LiNiyMnzCoi—y—z02(其中0〈y〈l且0〈ζ〈1且y+z〈l)、XLi2MnO3.(l-x)LiM02(其中0〈χ〈1 且M=Ni)、Co或0、1^(祖11—2(:0412)02(其中0〈7〈1且0〈2〈I且y+z〈l)、LiMP04(其中M=Mn或Co)、以及LiFePO4; -导电材料，其能够包括选自下组的材料:碳黑、煤黑、炉黑、槽黑、热解黑、乙炔黑、烟灰； -结合剂，其能够包括选自下组的材料:1-甲基-2-吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯(PVDF); 其中所述电流歧管层(C2)包括具有例如在15至25微米之间厚度的铝片。12.根据权利要求11所述的方法，如权利要求10所附，其中所述第一电极(12)包括双涂层阳极(A)，所述双涂层阳极(A)包括插在两个阳极层(Al)之间的所述电流歧管层(A2)，而其中所述第二电极(16)包括双涂层阴极(C)，所述双涂层阴极(C)包括插在两个阴极层(Cl)之间的所述电流歧管层(C2)。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述两个分离部件(13)的每一个都包括能负载无机粒子的一个或多个聚合微孔片层，其中: -所述一个或多个聚合微孔片能包括选自下组的组合:聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)；以及 -无机粒子能选自下组:氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(S12)、二氧化钛(T12)、碳酸钙(CaCO3); 并且其中所述分离部件(13)的每一个都能具有在12至30微米之间的厚度和35%和80%之间的孔隙率。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中供给第三电极(17)以与所述第二电极(16)和所述多层层压部件(14)层压在一起，其中所述多层层压部件(14)插在所述第二电极(16)和所述第三电极(17)之间而尚未层压至任何所述电极(16、17)。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中供给其他分离部件(13’)以与所述第二电极(16)和所述多层层压部件(14)层压在一起，其中所述多层层压部件(14)插在所述第二电极(16)和所述其他分离部件(13 ’)之间。16.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述第一电极(12)为阴极(C)而所述第二电极(16)为阳极(A)。
【文档编号】H01M4/133GK105917511SQ201480058790
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2014年11月10日
【发明人】马西米利亚诺·赛尔, 马可·维瓦雷利
【申请人】曼兹意大利有限责任公司