[發(fā)明專利]電化學(xué)裝置及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380068626.X
• 申請(qǐng)日: 2013-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN104885172B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: K·D·巴德;D·K·凱勒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 3M創(chuàng)新有限公司
• 主分類號(hào): H01G11/02
• 分類號(hào): H01G11/02;H01G11/12;H01G11/82;H01G11/84;H01G11/52;H01G11/78;H01G11/70
• 代理公司: 11256 北京市金杜律師事務(wù)所
• 代理人: 陳長會(huì);徐一琨

本發(fā)明公開了一種電化學(xué)裝置(例如，電容式裝置、電池或混合裝置)，該電化學(xué)裝置包括封裝在包裝件(19)中的下列項(xiàng)：包括至少一個(gè)組合(11)的層構(gòu)造，其中每個(gè)組合(11)包括設(shè)置在第一多孔電極層(12)和第二多孔電極層(14)之間的多孔微粒分隔體層(13)；和任選地至少一個(gè)微粒集流體層(16，17)；以及液體電解質(zhì)(15)，并且其中基本上所有液體電解質(zhì)都被限制在層構(gòu)造內(nèi)。電容式電化學(xué)裝置包括：第一組合，第一組合具有設(shè)置在第一多孔電極層和第二多孔電極層之間的多孔微粒分隔體層；任選地至少一個(gè)微粒集流體層；以及液體電解質(zhì)。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2012年12月27日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/746,210的權(quán)益，其公開內(nèi)容全文以引用方式并入本文。

背景技術(shù)

電化學(xué)裝置諸如電池和EDLC常常包括一系列功能部件，諸如陽極、分隔體和陰極。在充電期間，負(fù)電勢(shì)被施加到陽極并且正電勢(shì)被施加到陰極。當(dāng)裝置放電時(shí)，電子從陽極到陰極流過外部電路。陽極和陰極是電極。分隔體用于防止陽極材料和陰極材料之間的直接接觸，使得電子在裝置內(nèi)不能直接從陽極傳導(dǎo)到陰極。分隔體包含具有非常低的或忽略不計(jì)的電子電導(dǎo)率的材料。電極和分隔體可以是均一的功能材料，或包含一種或多種功能材料結(jié)合另外的材料諸如粘結(jié)劑或其它填料的復(fù)合材料。在許多電化學(xué)裝置諸如電池或EDLC中，電極包含這些組分的微粒。其它裝置諸如薄膜電池或燒結(jié)的固態(tài)電池包括固體的單片電極層。分隔體常常是可透過的墊或膜、或類似結(jié)構(gòu)、或固態(tài)電解質(zhì)(離子導(dǎo)體)材料。

本領(lǐng)域中已知的常見分隔體包括多孔膜和非織造纖維墊。本領(lǐng)域中包含微粒的分隔體包括涂布到分隔體材料片材上的微粒涂層(用于防止分隔體熔化或以其它方式發(fā)生故障時(shí)的短接)以及固體電解質(zhì)，其中微粒填料設(shè)計(jì)來提高機(jī)械性能、離子電導(dǎo)率或化學(xué)和熱穩(wěn)定性。除了常規(guī)分隔體之外，多孔微粒分隔體也已被描述用于電池。具有液體電解質(zhì)的電池被封裝在包裝件(例如，罐、硬幣電池包裝件、小袋或棱柱封套)內(nèi)。液體電解質(zhì)駐留在包裝件內(nèi)并且滲透分隔體。有時(shí)將液體電解質(zhì)添加至包裝件和分隔體，或只是添加至包裝件、之后滲透到分隔體中。

EDLC電極通常包含大量的高表面積碳諸如活性炭。在充電和放電期間，來自電解質(zhì)的離子在高表面積碳電極上形成薄型(例如單層)電介質(zhì)涂層；不發(fā)生法拉第反應(yīng)。

電池電極包含在充電和放電期間發(fā)生法拉第反應(yīng)的材料。例如，鋰離子電池可包括鋰金屬陽極和鋰化過渡金屬氧化物陰極。在充電期間，鋰離子和電子從陰極分離出來(與過渡金屬離子的氧化并發(fā))，并且在陽極處結(jié)合以形成鋰金屬或其它還原鋰，諸如石墨中的鋰。

除了基礎(chǔ)對(duì)稱EDLC裝置之外，其它電容式裝置也能夠構(gòu)造成具有將僅發(fā)生快速的可逆表面法拉第反應(yīng)的電極。這種裝置在其電特性方面大致上保持電容樣的(電荷與電壓成比例)并且因此被稱為偽電容式裝置。因此，電極可以為電池電極、基礎(chǔ)EDLC電極或偽電容式電極。

常見的電化學(xué)裝置常常包含液體電解質(zhì)。這些裝置常常是通過單獨(dú)地制造電極、然后將結(jié)構(gòu)組裝在預(yù)制的分隔體周圍來產(chǎn)生。裝置被密封在罐或袋狀結(jié)構(gòu)中，并且常常是大體積且昂貴的。固態(tài)沉積或印刷裝置也是已知的。一般來講，這些裝置利用固態(tài)離子導(dǎo)體。此類裝置可通過薄膜法進(jìn)行沉積，從而導(dǎo)致高成本和有限的層厚度。另選地，印刷微粒裝置可用固態(tài)離子導(dǎo)體制成。這些裝置可能具有有限的倍率性能并且可能由于對(duì)受控的濕度和其它條件的要求而難以制造。

需要相對(duì)低成本的容易制造的裝置，該裝置是可定制的、平坦的、柔性的，并且具有與液體電解質(zhì)關(guān)聯(lián)的高性能特性。

發(fā)明內(nèi)容