[發明專利]可用于雙極電池組件的電池極板及制備方法

在審

• 申請號: 201880047402.3
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN110915040A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發明（設計）人: E·O·謝弗二世;D·霍布迪;B·R·斯圖爾達文特;J·L·阿德金斯;A·V·卡德納
• 申請（專利權）人: 高級電池概念有限責任公司
• 主分類號: H01M4/78
• 分類號: H01M4/78;H01M10/04;H01M4/04;H01M4/70
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 黃曉升

一種電池極板，具有基板，所述基板具有相反表面和一個或多個非平面結構以及設置在所述相反表面中的至少一個上的一種或多種活性材料；其中所述電池極板包括以下中的一者或多者：i)設置在所述活性材料內但不延伸超出所述活性材料的一個或多個突起部；ii)突起超出所述活性材料并且基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉塵的一個或多個突起部；和/或iii)圍繞所述基板的周邊的框架，所述框架突起超出所述活性材料并且基本上不含所述活性材料或由所述活性材料形成的粉塵；并且其中所述電池極板適于形成電池組件中的一個或多個電化學電池單元的一部分。

技術領域

本公開總體涉及可用于雙極電池組件的電池極板及此類組件的制備方法。本公開特別可用于具有非平面結構的電池極板的制備。

背景技術

雙極電池在本領域中是已知的，參見Tatematsu US 2009/0042099，其全文以引用方式并入本文。雙極電池相對于其他電池設計提供優勢，諸如可擴縮性、相對高的能量密度、高功率密度以及設計靈活性。雙極電池包括多個雙極板和兩個單極端板。雙極板和單極板是通過將活性材料施加在基板的一個或兩個相反表面上來形成。雙極板是通過將陰極材料(常常稱為正極活性材料(PAM))施加在基板的一個表面上并將陽極材料(常常稱為負極活性材料(NAM))施加在基板的相反表面上來形成。單極板是通過將活性材料(正極活性材料或負極活性材料)施加在基板的一個表面上以分別制成陰極電極或陽極電極來形成。導電片可設置在基板與陽極材料或陰極材料之間。雙極板以堆疊布置，使得一個極板的陽極材料面向下一個極板的陰極材料。在大多數組件中，相鄰極板之間定位有電池隔板，所述電池隔板允許電解質從陰極材料流到陽極材料。極板之間的空間中設置有電解質，所述電解質是允許電子和離子在陽極與陰極材料之間流動的材料。雙極板之間設置有隔板和電解質的極板的相鄰表面形成電化學電池單元，其中在陽極材料與陰極材料之間交換電子和離子。電池的結構被布置成使得由雙極板形成的每個電池單元被密封以防止電解質流出電池單元。用于密封每個電化學電池單元的結構與極板的在基板上不具有陽極或陰極材料的部分接觸。此外，電池隔板可延伸超出基板的其上布置有陽極和陰極材料的部分，以幫助密封電池單元。每個電池單元具有連接到電池單元的電流導體，以用于將電子從電池單元傳輸到一個或多個端子，電子從一個或多個端子傳輸到負載，所述負載實質上是以電力形式使用電子的另一系統。在常規設計中，電池極板的堆疊設置在殼體中，所述殼體圍繞所述極板的堆疊密封并且具有定位在電池外側的一對或多對正負極端子。每一對都連接到電流導體，所述電流導體進一步連接到如本文所描述的多個電池單元中的一個。

對雙極電池性能至關重要的是對雙極板或單極板的基板上的糊料重量和糊料厚度的控制。傳統上，使用涂漿設備將活性糊料施加到鉛合金板柵，當適當的金屬板柵在皮帶支撐下通過涂漿設備下方時，涂漿設備將糊料泵送通過孔口。所述過程被設計來將糊料施加至板柵的厚度，以控制糊料的厚度和重量。皮帶式涂漿設備可用于將活性糊料涂覆在雙極板上。通常，雙極板被設計為平坦極板。平坦雙極板可通過糊料盒下方，所述糊料盒安設有樁靴(shoe)以控制糊料高度。通常，首先施加正極活性材料，然后將雙極板翻轉并使其通過第二涂漿線下方以沉積負極活性材料。可使用皮帶式涂漿設備來涂覆具有糊料框架的雙極板。可使用皮帶式涂漿設備來涂覆具有糊料框架的單極板。在雙極和/或單極板通過糊料盒下方時，將糊料沉積到由雙極和/或單極板的框架形成的槽袋中。可能需要向槽袋的底部添加墊片，以使雙極板在其通過糊料盒下方時在以高壓將糊料泵送到雙極板上時的撓曲最小化。可翻轉雙極板，并且可在極板的反面上將糊料施加到槽袋。當電池極板通過盒下方時，雙極板框架的前緣和后緣得以涂布有糊料薄層，所述糊料薄層隨后必須移除以使所形成電池在操作期間發生短路的可能性最小化。一些群組已經對有時由塑料制成的板柵進行涂覆，所述板柵被設定大小以配合到雙極板中或雙極板上。通過這樣做，避免了必須清潔框架的前緣和后緣；然而，缺點是增加了成本并且降低了能量密度。可用于這些過程的所得雙極板的設計是沒有突出部的平面表面，并且另外，任何平面特征通常與糊料厚度一致。因此，需要二次清潔操作以確保不存在可能干擾雙極板的密封或由雙極板形成的電池的操作的糊料粉塵或膜。這些過程對于設置在電池極板堆疊的端部處的單極板的制造也存在類似的問題。