[發明專利]具有內置密封裝置的集電器、包括該集電器的雙極電池以及用于制造該電池的方法

有效

• 申請號: 201380062885.1
• 申請日: 2013-09-30
• 公開（公告）號: CN104854733B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 瑪麗安娜·沙米;伊萬·雷尼爾
• 申請（專利權）人: 原子能與替代能源委員會
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/139;H01M4/70;H01M4/75;H01M10/04;H01M10/052;H01M10/0587
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司11291
• 代理人: 黃志華,何月華

技術領域

本發明涉及鋰離子電化學發電機領域，這些發電機根據在至少一個電極中的鋰離子的插入和反插入(或換句話說嵌入/脫嵌)的原理運行。

本發明特別地涉及一種包括至少一個雙極集電器的鋰離子電化學蓄電池(也稱作雙極電池)。在該雙極電池中，雙極集電器在它的相對兩面中的每一面上承載兩種相反標記的電極材料中的一種，即，一個面承載有陰極(正電極)且相對兩面中的另一面承載有陽極(負電極)。

本發明涉及通過繞組生產鋰離子雙極電池，該雙極電池的隔室在端部具有對液態形式的電解質的令人滿意的密封性。

背景技術

常規的鋰離子電池的構造可以為合格的單極的構造，因為單個的電化學電池包括陽極、陰極和電解質。已知多個類型的單極構造幾何形狀：

-圓柱幾何形狀，例如在專利申請US2006/0121348中公開的；

-棱柱幾何形狀，例如在專利US7348098、US7338733中公開的；以及

-堆疊幾何形狀，例如在專利申請US2008/060189和US2008/0057392、以及專利US7335448中公開的。

單極構造通過繞組生產。該繞組包括集電器，在該集電器上正電極材料(陰極)持續地沉積，由陶瓷或高分子材料制成的分隔件被插入在另一集電器上沉積的負電極材料(陽極)本身之間。該單極構造的主要優點在于，它具有較大的活性材料區域，但是電勢差被限制為使用的兩種電極材料之間的電勢差的單位值，對于堆疊幾何形狀也為同樣的情況。

為了增大單極鋰離子蓄電池的平均電勢，同時保持可比較的能量密度，已知生產一種具有多個串聯的電化學電池元(cell)的電池。因此，該電池構造為合格的雙極，因為它包括電池元的陰極和相鄰電池元的陽極，該陰極和陽極被承載于采用板形式的給定的集電器上，其本身為合格的雙極電極。因此，雙極性電池的構造對應于通過雙極集電器或電極串聯布置的多個單極蓄電池，然而具有相對于由外部連接器串聯連接的單極蓄電池具有較小電阻的優點。在此可以提到的是，涉及這種雙極電池的很多專利或專利申請，例如US 7279248、US 7220516、US 7320846、US 7163765、WO 03/047021、WO 2006/061696和US 7097937。

雙極電池的隨后的優點為，它具有較小的質量，并且不包括不必要的體積。

設計該雙極電池的主要困難是隔室的制造，一個隔室相對于其他隔室具有對電解質(通常為液態)的完美密封性。特別地，不良的密封性導致離子的短路，從而導致雙極電池的故障。

而且，這通過如下事實得到證實：涉及雙極鋰離子電池領域的多數專利文獻涉及用于防止電解質從一個隔室泄漏到另一隔室(離子短路)的封閉方案(也稱為密封)。無論采用何種密封系統，它必須：

-化學上抗液體電解質，例如包括碳酸亞乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)的溶劑混合物中的LiPF₆鋰鹽溶液；

-容易實施：特別地，在堆疊雙極電池的各個構成元件的操作過程中，應用的密封件必須與工業生產線相容并且在相對低溫下實現，低溫使電極、分隔件或甚至電解質較少劣化或不劣化；以及

-確保長期的完全密封性。

在上面引用的專利或專利申請中，可以提及專利US 7220516，其描述了一種采用可粘附地連接至雙極集電器的外圍的柔性粘附膜5、6的方案。

還可以提及專利US 7320846，其描述了一種涉及將集電器4和電解質6封裝在樹脂10中的方案。

還可以提及專利US 7163765，其描述了利用布置在雙極集電器之間的由聚酰胺/聚丙烯(PP)制成的混合隔片9的封閉方案，將聚酰胺從電池元以一定距離直接焊接到集電器的外圍。

專利US 7097937部分地提出了雙重封閉方案，由于由含氟聚合物制成的內屏障14、22布置在雙極集電器11的外圍上，且由彈性體制成的外框架18、23布置在屏障14、22的外側、在雙極集電器上且圍繞雙極集電器，額外的彈性體環15可選地布置在集電器11上。

還可以提及以本申請人名義的專利申請EP 2073300，其提出一種方案，根據該方案，板的尺寸以一個板相對鄰近的另一板而增大，且插入在互連的板之間的密封件橫向偏移以便使得兩個密封件沿著電池元的堆疊軸彼此不會位于一條線上。