[發(fā)明專利]用于鋰-離子電池的單元的可折疊柔性組裝以及具有基于碳的導(dǎo)電材料的集電器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780096502.0
• 申請(qǐng)日: 2017-11-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111602267A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: O.厄爾巴拉戴;A.莫斯塔西奧;S.弗里克;C.波斯哈德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 瑞士CSEM電子顯微技術(shù)研發(fā)中心
• 主分類號(hào): H01M2/26
• 分類號(hào): H01M2/26;H01M10/04;H01M10/0525;H01M10/0583
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李湘;陳嵐

一種用于鋰?離子電池（200）的單元（100）的可折疊柔性組裝，包括：?包含電解質(zhì)的隔板（11），?位于隔板（11）的第一側(cè)上的一系列n個(gè)物理地分離的負(fù)電極（13）和位于隔板（11）的第二側(cè)上的一系列n個(gè)物理地分離的正電極（12）?第一集電器（21），其包括連續(xù)地覆蓋所述系列的負(fù)電極（13）以確保所有所述負(fù)電極（13）之間的電連接的層?第二集電器（22），其包括連續(xù)地覆蓋所述系列的正電極（12）以便確保所有所述正電極（12）之間的電連接的層。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰-離子電池，特別是薄的印刷鋰-離子電池。其更具體地，涉及用于鋰-離子電池的單元的可折疊柔性組裝、包括單元的這種組裝的鋰-離子電池、用于鋰-離子電池的集電器以及這種集電器的制造方法。

鋰-離子電池或Li-離子電池（通常縮寫為L(zhǎng)IB）是可再充電電池的一種類型，其中鋰離子在放電期間從負(fù)電極移動(dòng)到正電極，并且在充電時(shí)返回。與不可再充電鋰電池相比，Li離子電池使用插入的鋰化合物作為一種電極材料。允許離子移動(dòng)的電解質(zhì)和兩個(gè)電極是鋰-離子電池單元的組成部件。

鋰-離子電池在家用電子設(shè)備中是常見(jiàn)的。它們是用于便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)工具、醫(yī)療裝備的可再充電電池的最流行類型中的一種，其具有高能量密度、微小記憶效應(yīng)和低自放電。對(duì)于較重的裝備，諸如運(yùn)輸?shù)膬奢啠ㄗ孕熊嚒⒛ν凶孕熊嚕┗蛩妮啠妱?dòng)或混合動(dòng)力機(jī)動(dòng)車輛）裝置和車輛、軍事和航空航天應(yīng)用，并且現(xiàn)在還對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）或電子可穿戴設(shè)備，LIB也變得流行。在那方面，遞送適當(dāng)能量密度的特定形式因子和基于輕重量的電池的需要不斷增長(zhǎng)。

通常，柔性電池可用于期望電池應(yīng)當(dāng)能夠變形或彎曲的所有應(yīng)用中，例如為了填充混合動(dòng)力或電動(dòng)車中的空的空間或用于供應(yīng)除了在剛性Li離子電池的所有常規(guī)應(yīng)用中之外的柔性電子設(shè)備。

常規(guī)的鋰離子（Li離子）電池包括至少一個(gè)負(fù)電極（陽(yáng)極）和至少一個(gè)正電極（陰極），在負(fù)電極和正電極之間存在固體電解質(zhì)或浸漬有液體電解質(zhì)的隔板。液體電解質(zhì)例如由選擇用于優(yōu)化離子運(yùn)輸和離解的溶劑中的溶液中的鋰鹽組成。特別地，在鋰-離子電池中，每個(gè)電極通常包括集電器（通常為金屬基板），在該集電器上沉積包括相對(duì)于鋰是活性的材料的復(fù)合材料、執(zhí)行粘合劑（例如偏二氟乙烯（PVdF）共聚物）角色的聚合物、賦予電子導(dǎo)電性的試劑（例如炭黑）和溶劑。

在電池的操作期間，鋰離子從電極中的一個(gè)通過(guò)電解質(zhì)傳遞到另一個(gè)。在電池放電期間，一定量的鋰與來(lái)自電解質(zhì)的正電極活性材料反應(yīng)，并且等效的量從負(fù)電極活性材料引入到電解質(zhì)中，因此鋰濃度在電解質(zhì)中保持恒定。鋰到正電極中的插入通過(guò)經(jīng)由外部電路從負(fù)電極供應(yīng)電子來(lái)補(bǔ)償。在充電期間，這些現(xiàn)象以相反的方式發(fā)生。

柔性Li離子電池的操作與上述用于常規(guī)Li離子電池的操作相同。然而，為了獲得柔性或可折疊電池，需要另外開(kāi)發(fā)包括集電器的層，其不僅具有良好電性質(zhì)而且在其中那些層的材料對(duì)基板具有強(qiáng)粘附性，這使得可能避免在彎曲電池之后出現(xiàn)這些材料/層的裂紋或甚至脫離。

殼體的不存在給出軟包單元和軟包電池，存在最高的重量能量密度。然而，對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用，當(dāng)它們的荷電狀態(tài)（SOC）水平高時(shí)，并且對(duì)于軟包電池或軟包單元是其部分的電池組的總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機(jī)械保護(hù)而言，它們?nèi)匀恍枰獠咳菁{裝置來(lái)防止膨脹。在那方面，那些電池使用柔韌的，即柔性封裝或外部殼體。

因此，本發(fā)明涉及以軟包形式（即軟的、平的和柔性的主體）的Li離子單元和電池。除了別的以外，這種類型的Li離子單元和電池大量地用于手機(jī)中；并且通常也被稱為L(zhǎng)i離子聚合物電池或鋰聚合物電池。

本發(fā)明還涉及一種用于這種Li離子電池的集電器，其由替代集電器箔的改進(jìn)的復(fù)合材料制成，該復(fù)合材料形成易于在基板上可轉(zhuǎn)移的材料，以用于集電器的簡(jiǎn)單制造方法。

相關(guān)技術(shù)描述