用于湿法层合和干法层合电池单元的粘结剂制造技术

本发明专利技术提供了电池叠堆，所述电池叠堆包括用于湿法层合工艺和干法层合工艺的粘结剂。当层合时，所述电池叠堆产生电池单元(或其部分)。所述电池叠堆包括阴极，所述阴极具有设置在阴极集流体上的阴极活性材料。所述电池叠堆还包括阳极，所述阳极具有设置在阳极集流体上的阳极活性材料。所述阳极朝向所述阴极取向，使得所述阳极活性材料面向所述阴极活性材料。分隔体设置在所述阴极活性材料与所述阳极活性材料之间，并且包括粘结剂，所述粘结剂包含PVdF‑HFP共聚物。在某些情况下，电解质流体与所述分隔体接触。还提供了层合所述电池叠堆的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于湿法层合和干法层合电池单元的粘结剂相关申请的交叉引用本申请依据35U.S.C.§119(e)要求2016年3月3日提交的名称为“BindersforWetandDryLaminationofBatteryCells”的美国临时专利申请序列号62/303,276以及名称为“BindersforWetandDryLaminationofBatteryCells”的美国专利申请序列号15/375,905的权益。这两项专利申请的内容全文以引用方式并入本文。
本公开整体涉及电池单元，并且更具体地涉及用于湿法层合和干法层合电池单元的粘结剂。
技术介绍
电池单元通常使用层合工艺制造，该层合工艺将分隔体粘附至一个或多个电极(诸如阴极或阳极)。这些层合工艺可涉及“湿法”工艺或“干法”工艺，“湿法”工艺时，分隔体被浸泡在电解质流体中，“干法”工艺时，分隔体中不含电解质流体。在制造期间，电池单元可经历“湿法”层合工艺和“干法”层合工艺的组合。为促进分隔体粘附至电极，分隔体包括粘结剂，该粘结剂可作为涂层沉积在其上。既适用于“湿法”层合工艺又适用于“干法”层合工艺的粘结剂在电池制造中是理想的。
技术实现思路
本文所提供的实施方案涉及包括用于湿法层合工艺和干法层合工艺的粘结剂的电池叠堆。当层合时，电池叠堆产生电池单元(或其部分)。电池叠堆包括阴极，该阴极具有设置在阴极集流体上的阴极活性材料。电池叠堆还包括阳极，该阳极具有设置在阳极集流体上的阳极活性材料。阳极朝向阴极取向，使得阳极活性材料面向阴极活性材料。分隔体设置在阴极活性材料与阳极活性材料之间，并且包括粘结剂，该粘结剂包含PVdF-HFP共聚物。在某些情况下，电解质流体与分隔体接触。在一些变型中，PVdF-HFP共聚物具有大于或等于1,000,000u的分子量，并且HFP的重量百分比为5％至15％。在其它变型中，粘结剂为包含第一PVdF-HFP共聚物和第二PVdF-HFP共聚物的共混粘结剂。第一PVdF-HFP共聚物具有大于或等于1,000,000u的第一分子量，并且HFP的第一重量百分比小于或等于7％。第二PVdF-HFP共聚物具有500,000至1,000,000u的第二分子量，并且HFP的第二重量百分比为10％至15％。本文提供的实施方案还描述了用于层合电池单元的电池叠堆的方法。该方法可涉及湿法层合和干法层合。该方法包括使分隔体与第一电极的第一活性材料接触以形成第一电池叠堆的步骤。分隔体包括粘结剂，该粘结剂包含PVdF-HFP共聚物。该方法还包括加热第一电池叠堆以将分隔体层合至第一电极的步骤。在某些情况下，该方法额外包括在加热第一电池叠堆之前用电解质流体浸泡分隔体。在该方法的一些变型中，PVdF-HFP共聚物具有大于或等于1,000,000u的分子量，并且HFP的重量百分比为5％至15％。在该方法的其它变型中，粘结剂为共混粘结剂，该共混粘结剂包含第一PVdF-HFP共聚物和第二PVdF-HFP共聚物。第一PVdF-HFP共聚物具有大于或等于1,000,000u的第一分子量，并且HFP的第一重量百分比小于或等于7％。第二PVdF-HFP共聚物具有500,000至1,000,000u的第二分子量，并且HFP的第二重量百分比为10％至15％。本专利技术提供了其它电池叠堆和层合方法。附图说明通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的参考标号指代类似的结构元件，并且其中：图1为根据例示性实施方案的电池单元的俯视图；图2为根据例示性实施方案的用于电池单元的一组层的侧视图；图3A为根据例示性实施方案的具有既适用于湿法层合又适用于干法层合的粘结剂的电池叠堆的侧视图；图3B为图3A的电池叠堆的侧视图，但其中分隔体包括根据例示性实施方案的陶瓷层；并且图4为根据例示性实施方案的表示使用共混粘结剂形成的电池叠堆的剥离强度数据图。具体实施方式现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。图1示出了根据实施方案的电池单元100的俯视图。电池单元100可对应于用于给消费、医疗、航空、国防和/或运输应用中使用的设备供电的锂离子或锂聚合物电池单元。电池单元100包括叠堆102，该叠堆包括多个层，所述多个层包括具有阴极活性涂层的阴极、分隔体和具有阳极活性涂层的阳极。更具体地讲，叠堆102可包括一条阴极活性材料带(例如，涂覆有锂化合物的铝箔)和一条阳极活性材料带(例如，涂覆有碳的铜箔)。叠堆102还包括设置在一条阴极活性材料带与一条阳极活性材料带之间的一条分隔体材料(例如，微孔聚合物膜或非织造织物垫)。阴极、阳极和分隔体层可以平面构型平坦放置或可被缠绕成卷绕构型(例如，“凝胶卷”)。在电池单元100的组装期间，叠堆102可被包封在柔性袋中。叠堆102可处于平面构型或卷绕构型，但其它构型也是可以的。该柔性袋通过沿着折叠线112折叠柔性片材而形成。在一些情况下，柔性片材由具有聚合物膜(诸如，聚丙烯)的铝构成。在折叠柔性片材之后，例如可以通过沿着侧密封部110和沿着阶梯密封部108施加热来密封柔性片材。柔性袋的厚度可小于或等于120微米，以改善电池单元100的封装效率、电池单元100的密度或两者。叠堆102还包括耦合到阴极和阳极的一组导电接片106。导电接片106可以延伸穿过袋中的密封部(例如，使用密封带104形成的密封部)，以为电池单元100提供端子。然后，导电接片106可用于将该电池单元100与一个或多个其它电池单元电耦合，以形成电池组。例如，电池组可以通过以串联、并联或串并联配置而耦合电池单元来形成。可将此类耦合的单元封装在硬质壳体中，或可嵌入便携式电子设备(例如膝上型计算机、平板型计算机、移动电话、个人数字助理(PDA)、数字相机和/或便携式媒体播放器)的外壳内，以完成电池组。图2呈现了用于根据所公开的实施方案的电池单元(例如，图1的电池单元100)的一组层的侧视图。该组层可包括阴极集流体202、阴极活性涂层204、分隔体206、阳极活性涂层208和阳极集流体210。阴极集流体202和阴极活性涂层204可形成用于电池单元的阴极，并且阳极集流体210和阳极活性涂层208可形成用于电池单元的阳极。为了形成电池单元，可将该组层以平面构型堆叠，或堆叠然后缠绕成卷绕构型。在组装电池单元之前，该组层可对应于电池叠堆。如上所述，阴极集流体202可为铝箔，阴极活性涂层204可为锂化合物，阳极集流体210可为铜箔，阳极活性涂层208可为碳，并且分隔体206可包括微孔聚合物膜或非织造织物垫。微孔聚合物膜或非织造织物垫的非限制性示例包括微孔聚合物膜或聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酰胺(PA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚酯和聚偏二氟乙烯(PVdF)的非织造织物垫。然而，其它微孔聚合物膜或非织造织物垫是可以的(例如，凝胶聚合物电解质)。一般来讲，分隔体代表电池中的结构，诸如插置的层，其防止阴极和阳极的物理接触，同时允许离子在两者间传送。分隔体由具有为离子运输提供通道的孔的材料形成，其可包括吸收包含离子的电解质流体。分隔体的材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电池单元的电池叠堆，包括：阴极，所述阴极包括设置在阴极集流体上的阴极活性材料；阳极，所述阳极包括设置在阳极集流体上的阳极活性材料，所述阳极朝向所述阴极取向，使得所述阳极活性材料面向所述阴极活性材料；分隔体，所述分隔体设置在所述阴极活性材料与所述阳极活性材料之间，并且包括包含PVdF‑HFP共聚物的粘结剂；并且其中所述PVdF‑HFP共聚物具有大于或等于1,000,000u的分子量，并且HFP的重量百分比为5％至15％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.03 US 62/303,276;2016.12.12 US 15/375,9051.一种用于电池单元的电池叠堆，包括：阴极，所述阴极包括设置在阴极集流体上的阴极活性材料；阳极，所述阳极包括设置在阳极集流体上的阳极活性材料，所述阳极朝向所述阴极取向，使得所述阳极活性材料面向所述阴极活性材料；分隔体，所述分隔体设置在所述阴极活性材料与所述阳极活性材料之间，并且包括包含PVdF-HFP共聚物的粘结剂；并且其中所述PVdF-HFP共聚物具有大于或等于1,000,000u的分子量，并且HFP的重量百分比为5％至15％。2.根据权利要求1所述的电池叠堆，其中所述PVdF-HFP共聚物具有1.5至15毫克氢氧化钾/克共聚物的酸值。3.根据权利要求1或2中的一项所述的电池叠堆，还包括与所述分隔体接触的电解质流体。4.根据权利要求1-3中任一项所述的电池叠堆，其中所述分隔体还包括聚烯烃层，所述聚烯烃层包括第一侧和第二侧，所述第一侧与所述阴极活性材料形成第一界面，所述第二侧与所述阳极活性材料形成第二界面。5.根据权利要求4所述的电池叠堆，其中第一陶瓷层沿着所述第一界面设置，所述第一陶瓷层包括与所述粘结剂接触的多个第一陶瓷颗粒。6.根据权利要求4或5中的一项所述的电池叠堆，其中第二陶瓷层沿着所述第二界面设置，所述第二陶瓷层包括与所述粘结剂接触的多个第二陶瓷颗粒。7.根据权利要求4-6中的一项所述的电池叠堆，其中所述第一陶瓷层沿着所述第一界面设置，所述第一陶瓷层包括与所述粘结剂接触的所述多个第一陶瓷颗粒；并且其中所述第二陶瓷层沿着所述第二界面设置，所述第二陶瓷层包括与所述粘结剂接触的所述多个第二陶瓷颗粒。8.一种用于电池单元的电池叠堆，包括：阴极，所述阴极包括设置在阴极集流体上的阴极活性材料；阳极，所述阳极包括设置在阳极集流体上的阳极活性材料，所述阳极朝向所述阴极取向，使得所述阳极活性材料面向所述阴极活性材料；分隔体，所述分隔体设置在所述阴极活性材料与所述阳极活性材料之间，并且包括共混粘结剂，所述共混粘结剂包含第一PVdF-HFP共聚物和第二PVdF-HFP共聚物；并且其中第一PVdF-HFP共聚物具有大于或等于1,000,000u的第一分子量，并且HFP的第一重量百分比小于或等于7％，并且其中第二PVdF-HFP共聚物具有500,000至1,000,000u的第二分子量，并且HFP的第二重量百分比为10％至15％。9.根据权利要求8所述的电池叠堆，其中在所述第一PVdF-HFP共聚物和所述第二PVdF-HFP共聚物中，各自具有1.5至15毫克氢氧化钾/克共聚物的酸值。10.根据权利要求9所述的电池叠堆，其中所述第一PVdF-HFP共聚物具有2.1毫克氢氧化钾/克共聚物的第一酸值，并且所述第二PVdF-HFP共聚物具有12.6毫克氢氧化钾...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳敏勇，R·M·曼克，吴宝利，
申请(专利权)人：苹果公司，
类型：发明
国别省市：美国,US