[發明專利]用于填充電化學電池的方法

有效

• 申請號: 201380049758.8
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN104704650B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 托爾格·特內森;杰羅爾德·諾伊曼
• 申請（專利權）人: 弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司
• 主分類號: H01M2/36
• 分類號: H01M2/36;H01M10/0525;H01M10/48
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,李慧

技術領域

本發明涉及一種用于為形狀和尺寸靈活的電化學蓄能器，如能充電電池(所謂的“袋裝電池(Pouch-Zellen)”)受控地填充可能腐蝕性的電解質液體(下面也簡單地稱為“電解液”)的方法，該電解質液體以有機溶劑為基礎，該方法沒有電解質液體污染膜袋或者工作環境的風險并且沒有在膜袋的內部殘留氣泡的風險。相對于現有技術的方法，該方法提供了重要的優點。特別是可以設定受控的壓力條件并且使用密閉地分離的隔間，以便實現對袋裝電池的電池體的不用強制性輸送裝置的填充。在本發明的特殊的實施方式中，蓄能器設計用于在此利用穿孔的電極薄膜來改善電解質容納。

因此，本發明涉及在生產如能充電電池的電化學蓄能器的方法鏈中的工藝步驟。這涉及以下方法步驟，其中，在已經完全構造好的電池中填充電解質液體，以便電化學地激活電池并進而在陽極和陰極之間實現離子傳輸。

背景技術

以鋰子技術為基礎的如鋰能充電電池、鋰不能充電電池或者鋰超級電容(后者是所謂的超級電容器的常用稱謂，多數為具有高功率的雙層電容器)的電化學蓄能器從九十年代開始逐漸成為了市場主流的電化學存儲技術、特別是在耗電器應用中。高壽命下的高能量密度以及良好的負載能力都是其重要的優點。在耗電器應用中需要具有在幾瓦時直至幾十瓦時范圍內的較小的蓄能量的電池。然而，對具有直至若干100瓦時的蓄能量的電池的需求強烈上升，這由于對例如用于電池驅動的電動汽車的大型蓄能系統的強烈上升的興趣或者在中間存儲由可再生能源產生的電能時而導致。大型電池的生產提出了對制造技術的新要求。鋰蓄能電池的構造能夠以不同的技術變體來實現。

最暢銷的鋰電池分為鋰離子能充電電池和鋰(離子)聚合物能充電電池。

鋰離子電池由陽極和陰極的電極薄膜構成，二者通過分離器分開并且安裝在剛性的金屬殼體中。具有陽極或者陰極特性的活性層作為薄層沉積在通常閉合的金屬薄膜上并且對于電池構建而言作為半成品存在。電極本身由活性顆粒的聯合體構成，為了改善導電能力，該活性顆粒通常添加有導電炭黑。顆粒通過基于合成材料的粘合劑保持在一起。在此，其例如能夠是具有或者不具有共聚物的不同鏈長的聚偏氟乙烯。水溶性粘合劑也越來越多地應用于例如由苯乙烯丁二烯橡膠和羧甲基纖維素的混合物中。已知的陽極材料例如是石墨、非晶形碳材料、硅、鈦酸鋰或者鋅化合物。作為陰極材料特別地使用鋰鈷氧化物、鋰鎳鈷鋁氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物、磷酸鋰錳、磷酸鋰鐵、磷酸鋰鈷、磷酸鋰錳或者鋰釩五氧化物(Lithiumvanadiumpentoxid)。其他的陽極和陰極材料對于本領域技術人員來說是已知的。分離器是電絕緣的薄層，例如聚合物膜，其特征在于高度的多微孔性并且可以具有陶瓷組分，該組分改善了利用電解質的潤濕和分離器中的離子導電能力。電池中的必要的離子導電能力通過將精確計量的液態電解質數量添加到電池堆疊或者由陽極薄膜、陰極薄膜和分離器構成的卷中實現。電解質典型地涉及鋰鹽(所謂的導電鹽)，其溶解在有機溶劑中或者兩種或多種溶劑的混合物中。有機溶劑優選地涉及例如碳酸乙烯酯、碳酸丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或者碳酸甲乙酯的碳酸酯或者丁內酯。眾多其他溶劑對于本領域技術人員來說是已知的。作為導電鹽使用六氟磷酸鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰或者雙草酸硼酸鋰。在此，其他的鋰鹽對于本領域技術人員來說也是已知的。電解質必須穿透過整個電池體。這通過在生產電極薄膜時通過工藝導引實現的多微孔性來實現，分離器同樣必須具有多微孔性。液態電解質通過毛細力吸入到如此獲得的微孔中。電解質在整個薄膜組合體中的良好且均勻的分布對于鋰電池的功能必然是必需的。

鋰離子聚合物電池根據相同的基本原理制造。然而，殼體不是剛性的金屬殼體，而是通常涂覆有合成材料的金屬薄膜，例如鋁化合物薄膜，其經常也以概念“袋薄膜”來描述。因此，對于該技術變體而言也使用袋裝技術或者咖啡包技術的概念。

為了在應用薄膜殼體時將液態電解質固定在聚合物電池中，在電極制造時經常使用粘合劑，其與液態電解質的溶劑完全地或者直至一定程度地膠結并進而粘合電解質。對于該技術變體而言，液態電解質的均勻分布對于電池的功能也是重要的。

電池或者構造為棱形電池或者圓柱電池。棱形電池具有矩形的外形。特殊的袋裝電池通常具有棱形的輪廓。棱形電池的優點在于，能夠改善導熱，因為電池體積與電池表面積的比例有利于散熱。因此，具有高蓄能量的特別大型的電池通常設計成棱形袋裝電池。在圓柱形電池中，電極薄膜和分離器薄膜以卷繞的輪廓存在。