[發明專利]電池、用于電池的電極以及它們的制造方法

無效

• 申請號: 200780028254.2
• 申請日: 2007-07-24
• 公開（公告）號: CN101496196A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 蔣志平
• 申請（專利權）人: 吉萊特公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M4/48;H01M4/50;H01M4/58;H01M6/18
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 張 欽

技術領域

本發明涉及電池，例如鋰電池；用于此類電池的電極；以及制造電池和電極的方法。

發明背景

一次鋰電池為電化學原電池，其由正極、負極以及插在兩個電極之間的離子導電隔膜組成。正極包括過渡金屬氧化物或硫化物，例如MnO₂、V₂O₅、CuO或FeS₂，或諸如碳氟化物、二氧化硫和亞硫酰氯等材料。負極可包括鋰、鋰合金、或其它包含鋰的材料。多孔薄膜一般用作隔膜，例如聚烯烴薄膜、玻璃纖維濾紙、或者織物或非織造織物片。隔膜一般層壓在電極之間。為實現足夠的機械強度，隔膜通常為至少0.001英寸厚，因此在電池中占據顯著的體積。

在JP?11-345606中，已提議將聚合材料噴射到二次鋰離子電池的電極之一上，以在電極上形成用作隔膜的多孔聚合材料層。

發明概述

在一個方面，本發明特征在于一種電池，其包括正極和負極、以及粘結到電極之一的表面上的多孔層，所述多孔層包括分散在聚合物基質中的二氧化硅顆粒。

在一些具體實施中，聚合物基質選自由苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯和聚偏氟乙烯組成的組。二氧化硅顆?？稍谝恍┣闆r下包括具有約10至500nm的平均粒度的球形顆粒。作為另外一種選擇，二氧化硅顆粒可包括平均尺寸為x＝10至500nm和y＝10至500nm的細長顆粒。

在某些情況下，電池包括第二多孔層，所述第二多孔層包括膠態二氧化硅顆粒。第二多孔層可插在電極和包括分散在聚合物基質中的二氧化硅顆粒的多孔層之間。

電池可為(例如)一次鋰電池或二次鋰離子電池。

正極可包括選自由下列組成的組的材料：過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、碳氟化物、二氧化硫和亞硫酰氯，并且可將多孔層粘結到正極上。

在一些具體實施中，聚合物表現出大于300％的極限伸長率。所述層可包括按體積計約20％至80％的二氧化硅，例如按體積計約25％至65％的二氧化硅。在一些具體實施中，所述層包括按體積計至少50％的二氧化硅。所述層可具有約20μm至50μm的厚度，以及按體積計約20％至50％的孔隙率。在其中電池包括第二多孔層的具體實施中，所述第二多孔層可具有約1μm至5μm的厚度。

在另一個方面，本發明特征在于直接在電極上形成電池隔膜的方法，所述方法包括將包括二氧化硅顆粒與聚合物的溶液或分散體噴射到電極上。

在一些具體實施中，所述方法還包括在噴射之前加熱電極。電極可被加熱至例如小于聚合物熔點約20℃至40℃的溫度。在一些情況下，所述方法還包括在低于聚合物熔點約20℃至60℃的溫度下抽氣(例如在真空下)以驅趕殘余溶劑。所述方法還可包括在將溶液或分散體噴射到電極上之前先將基本上由膠態二氧化硅組成的分散體噴射到電極上以形成下面的二氧化硅層。

在又一個方面，本發明特征在于一種一次鋰電池，其包括正極、包含鋰的負極、以及多孔層，所述多孔層粘結到負極表面上并且包括二氧化硅顆粒。

在本文所公開的隔膜中，二氧化硅顆粒的存在顯著增強隔膜的傳導性并降低聚合物基質的結晶度，從而增強聚合物基質內電解質物質的傳送。二氧化硅顆粒還賦予隔膜機械強度，防止短路。

本發明一個或多個實施方案的細節闡述于附圖和以下說明中。通過該說明和附圖并通過權利要求書，本發明的其它特征和優點將顯而易見。

附圖概述

圖1為示出依照一個具體實施直接在電極上形成隔膜的方法的圖解視圖。

圖2為示出依照另一個具體實施直接在電極上形成隔膜的方法的圖解視圖。

圖3為示出包括如實施例1和2所述而形成的正極的2032Li/FeS₂硬幣電池的放電數據圖。

圖4為示出包括如實施例4和5所述而形成的正極的2032?LiMnO₂硬幣電池的放電數據圖。

圖5為示出包括如實施例7和8所述而形成的FeS2電極的2032LiFeS2硬幣電池的放電數據圖。

圖6為示出如實施例9和10所述而形成的2032LiMn_0.33Ni_0.33Co_0.33O_a硬幣電池的充電/放電數據圖。

各種附圖中的類似的參考符號指示類似的元件。

發明詳述