具有半固体电极的电化学电池及其制造方法技术

本公开涉及具有半固体电极的电化学电池及其制造方法。本文所描述的实施例一般涉及具有仅涂布在集流器的一侧上的半固体电极。在一些实施例中，电化学电池包括仅涂布在正集流器的一侧上的半固体正电极和仅涂布在负集流器的一侧上的半固体负电极。在半固体正电极与半固体负电极之间设置分隔件。半固体正电极和半固体负电极中的至少一个可以具有至少大约250μm的厚度。μm的厚度。μm的厚度。

【技术实现步骤摘要】
具有半固体电极的电化学电池及其制造方法
[0001]本申请是申请日为2015年11月4日、申请号为201580057914.4、专利技术名称为“具有半固体电极的电化学电池及其制造方法”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2014年11月5日提交的并且标题为“Electrochemical Cells Having Semi
‑
Solid Electrodes and Methods of Manufacturing the Same”的美国临时专利申请序列No.62/075,373的优先权和权益，该美国临时专利申请的公开的全部内容通过引用并入本文。


[0004]本文所描述的实施例一般涉及具有仅涂布在集流器的一侧上的半固体电极的电化学电池、这种电化学电池的堆以及形成这种电化学电池堆的方法。

技术介绍

[0005]电池典型地由固体电极、分隔件、电解质和辅助部件(诸如，例如，封装、热管理、电池平衡、将电流载流子固结到端子中)和/或其它这样的部件构造。电极典型地包括活性材料、导电材料、粘合剂以及其它添加剂。
[0006]用于制备电池的一些已知方法包括：用由溶解或者分散在溶剂中的活性材料、导电添加剂和粘合剂组成的浆料来涂布金属衬底(例如，集流器)；使溶剂蒸发以及将经干燥的固体基质压延至指定厚度。随后切割电极、将电极与其它部件封装在一起、用电解质浸润以及随后将整个封装密封。
[0007]这种已知方法通常涉及复杂并且昂贵的制造步骤(诸如，浇铸电极)以及仅适合于有限厚度的电极，例如，小于100μm(最终单侧涂布厚度)。用于生产有限厚度的电极的这些已知方法导致了具有较低容量、较低能量密度以及高的非活性部件与活性材料比的电池。此外，已知电极配方中使用的粘合剂会增大迂曲度并且降低电极的离子导电性。
[0008]为了增大活性材料与非活性材料的比率，通常通过在集流器的两侧上都涂布电极活性材料(即，阳极配方浆料和阴极配方浆料)来形成常规电化学电池。在电极(即，阳极和阴极)之间设置分隔件以形成常规电化学电池。可以将多个这样的电化学电池堆叠在彼此的顶部(通常在其间设置有间隔物)以形成电化学电池堆。尽管这积极地影响活性材料与非活性材料的比率，但是这在制造处理中引入了复杂性。此外，装配电化学电池所需要的时间会是显著的。这会使电极材料对温度波动或者湿度的暴露增大，会使电极材料劣化以及从而降低电极的电子性质。
[0009]因此，能量存储系统开发的耐久性目标是开发具有更长循环寿命、提高的的能量密度、充电容量和总体性能的新的电化学电池和电极。

技术实现思路

[0010]本文所描述的实施例一般涉及具有仅涂布在集流器的一侧上的半固体电极。在一
些实施例中，电化学电池包括仅涂布在正集流器的一侧上的半固体正电极和仅涂布在负集流器的一侧上的半固体负电极。在半固体正电极与半固体负电极之间设置分隔件。半固体正电极和半固体负电极中的至少一个可以具有至少大约250μm的厚度。
附图说明
[0011]图1是根据实施例的电化学电池的示意性例示。
[0012]图2是根据实施例的袋中的电化学电池的透视图。
[0013]图3示出了去除了袋的图2的电化学电池。
[0014]图4是图3的电化学电池的分解视图。
[0015]图5示出了根据实施例的包括多个电化学电池的袋中的电化学电池堆。
[0016]图6示出了去除了袋的图5的电化学电池堆。
[0017]图7示出了沿着如图6所示的线AA得到的图5所示的电化学电池堆的侧截面。
[0018]图8是根据实施例的包括具有基本上比其余正集流器和负集流器的接片更长的接片的一个正集流器和一个负集流器的电化学电池堆的透视图。
[0019]图9是由图8中的箭头B所示的图8的电化学电池堆的一部分的侧视图。
[0020]图10示出了根据实施例的形成电化学电池堆的方法的示意性流程图。
[0021]图11A
‑
11I例示了根据实施例的制造电化学电池的处理的步骤。
具体实施方式
[0022]随着锂离子电池技术的发展，消费性电子电池在能量密度上逐渐地增大。所制造的电池的存储能量或者充电容量是下列的函数：(1)活性材料的固有充电容量(mAh/g)、(2)电极的体积(cm3)(即，电极厚度、电极面积和层(堆)的数量的乘积)以及(3)电极介质中活性材料的装载(例如，每cm3电极介质的活性材料克数)。因此，为了增强商业吸引力(例如，增大的能量密度和降低的成本)，通常希望增大面积充电容量(mAh/cm2)。例如，可以通过利用具有较高固有充电容量的活性材料、增大活性电荷存储材料在整个电极配方中的相对百分比(即，“装载”)和/或增大在任何给定电池形状因子中使用的电极材料的相对百分比来增大面积充电容量。换言之，增大活性电荷存储部件(例如，电极)与非活性部件(例如，分隔件和集流器)的比率通过消除或者减少对电池的总体性能没有贡献的部件来增大电池的总体能量密度。实现增大面积充电容量以及因此减小非活性部件的相对百分比的一个方式是通过增大电极的厚度。
[0023]本文所描述的半固体电极可以：(i)由于半固体电极的减小的迂曲度和较高的电子导电性而被制作得更厚(例如，大于250μm
‑
高达2,000μm或者甚至更大)，(ii)被制作成具有更高的活性材料装载，以及(iii)通过利用较少设备的简化制造处理进行制作。这些半固体电极可以以固定或者可流动的配置形成以及减小非活性部件相对于活性部件的体积、质量和成本贡献，从而提高用半固体电极制作的电池的商业吸引力。在一些实施例中，本文所描述的半固体电极是无粘合剂的和/或不使用常规电池制造中使用的粘合剂。替代的，常规电极中通常由粘合剂占据的电极的体积现在由下列占据：1)电解质，具有减小迂曲度和增大可得到的用于离子扩散的总盐的效果，从而对抗以高速率使用时厚的常规电极的典型的盐耗尽效应，2)活性材料，具有增大电池充电容量的效果，或者3)导电添加剂，具有增大电
极的电子导电性的效果，从而对抗厚的常规电极的高内部阻抗。本文所描述的半固体电极的减小的迂曲度和更高的电子导电性带来了由半固体电极形成的电化学电池的优秀的速率能力和充电容量。
[0024]由于可以将本文所描述的半固体电极制作得基本上比常规电极厚，因此相对于由包括常规电极的电化学电池堆形成的类似电池，在由包括半固体电极的电化学电池堆形成的电池中活性材料(即，半固体阴极和/或阳极)与非活性材料(即，集流器和分隔件)的比率能够高得多。这基本上增大了包括本文所描述的半固体电极的电池的总充电容量和能量密度。在2015年3月31日授予的标题为“Semi
‑
Solid Electrodes Having High Rate Capability”的美国专利No.8,993,159(也称为“第
‘
159专利”)、2014年3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学电池堆，包括：第一集流器，具有第一表面和第二表面，第一集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阴极材料，第一集流器的第二表面未涂布；第二集流器，具有第一表面和第二表面，第二集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阴极材料，第二集流器的第二表面未涂布；以及间隔物，经由间隔物设置在第一集流器的第二表面和第二集流器的第二表面之间。2.根据权利要求1所述的电化学电池堆，还包括：第三集流器，具有第一表面和第二表面，第三集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阳极，第三集流器的第二表面未涂布。3.根据权利要求2所述的电化学电池堆，还包括：第一分隔件，设置在第三集流器的半固体阳极与第一集流器的半固体阴极之间。4.根据权利要求3所述的电化学电池堆，还包括：第四集流器，具有第一表面和第二表面，第四集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阳极，第四集流器的第二表面未涂布并且耦接至第三集流器的第二表面。5.根据权利要求4所述的电化学电池堆，还包括：第五集流器，具有第一表面和第二表面，第五集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阴极，第五集流器的第二表面未涂布。6.根据权利要求5所述的电化学电池堆，还包括：分隔件，设置在第四集流器的半固体阳极与第五集流器的半固体阴极之间。7.根据权利要求6所述的电化学电池堆，还包括：第六集流器，具有第一表面和第二表面，第六集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阳极，第六集流器的第二表面未涂布。8.根据权利要求7所述的电化学电池堆，还包括：分隔件，设置在第六集流器的半固体阳极与第二集流器的半固体阴极之间。9.一种电化学电池堆，包括：第一集流器，具有第一表面和第二表面，第一集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阳极材料，第一集流器的第二表面未涂布；第二集流器，具有第一表面和第二表面，第二集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阳极材料，第二集流器的第二表面未涂布；以及间隔物，经由间隔物设置在第一集流器的第二表面和第二集流器的第二表面之间。10.根据权利要求9所述的电化学电池堆，还包括：第三集流器，具有第一表面和第二表面，第三集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阴极，第三集流器的第二表面未涂布。11.根据权利要求10所述的电化学电池堆，还包括：分隔件，设置在第三集流器的半固体阴极和第一集流器的半固体阳极之间。12.根据权利要求11所述的电化学电池堆，还包括：第四集流器，具有第一表面和第二表面，第四集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阴极，第四集流器的第二表面未涂布并且耦接至第三集流器的第二表面。13.根据权利要求12所述的电化学电池堆，还包括：
第五集流器，具有第一表面和第二表面，第五集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阳极，第五集流器的第二表面未涂布。14.根据权利要求13所述的电化学电池堆，其中，设置在第三集流器的半固体阴极与第一集流器的半固体阳极之间的分隔件是第一分隔件，所述电化学电池堆还包括设置在第四集流器的半固体阴极和第五集流器的半固体阳极之间的第二分隔件。15.根据权利要求14所述的电化学电池堆，还包括：第六集流器，具有第一表面和第二表面，第六集流器的第一表面具有设置在其上的半固体阴极，第六集流器的第二表面未涂布。16.根据权利要求15所述的电化学电池堆，还包括：第三分隔件，设置在第六集流器的半固体阴极和第二集流器的半固体阳极之间。17.一种制造电化学电池堆的方法，所述方法包括：将第一半固体阴极涂布到第一正集流器的第一表面上，第一正集流器具有第二表面，第二表面未涂布；将第二半固体阴极涂布到第二正集流器的第一表面上，第二正集流器具有第二表面，第二表面未涂布；将间隔物耦接至第一正集流器的第二表面；以及将第二正集流器的第二表面耦接至所述间隔物。18.根据权利要求17所述的方法，还包括：将第一半固体阳极涂布到第一负集流器的第一表面上，第一负集流器具有第二表面，第二表面未涂布。19.根据权利要求18所述的方法，还包括：在第一半固体阴极和第一半固体阳极之间设置第一分隔件。20.根据权利要求19所述的方法，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：二四M技术公司，
类型：发明
国别省市：