用于电化学电池的封闭件制造技术

一种用于电化学电池的气密密封件。密封件形成在第一导电屏障构件与第二导电屏障构件之间。密封件是通过在第一屏障构件与第二屏障构件之间的冷焊形成的。第一屏障构件和第二屏障构件中的至少一个配置为用作集电器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电化学电池的封闭件相关申请的交叉引用本申请涉及并要求于2018年11月7日提交的名称为“ENCLOSURESFORELECTROCHEMICALCELLS”的共同拥有、共同待审的美国临时专利申请序列号62/756,959的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及用于电化学电池以及更具体地电池和电化学双层电容器的改进的封装。
技术介绍
对每重量和体积储存更多能量的电化学储能系统存在巨大需求。其中，对于用于个人电子器件、生物医学应用和其他技术的较小储储能装置而言，每体积所存储的能量的量明显更重要。优化储能装置的体积的大部分努力集中在活性材料上，特别是在锂电池的情况下。已经开发出传递大得多程度的能量的新的正极和负极材料。考虑到这种开发，对于更小的电池，特别是那些小于1-10Ah的电池，对社群的影响小于预期。对整个电池能量密度的影响低于预期的重要原因在于电池技术的封装效率低下。包括锂电池在内的所有高能电池技术都需要在化学物质和环境大气之间使用气密或接近气密的屏障。在容量小于10Ah的电池技术的空间中，制造了三种主要类型的准气密电池。这些是圆柱形、棱柱形和薄袋型电池。所有这些通过引用并入，详细描述于第3版HandbookofBatteries(电池手册)的第35章中。(参见Linden,David,andReddy,ThomasB.,eds.HandbookofBatteries3rded.NewYork:McGrawHill,2002.35.31-35.34and35.71-35.74)。圆柱形电池由预焊接的或在一些情况下通过成形工艺拉制的金属罐组成。卷绕的电化学电池堆(在下面定义)通常用在这种电池中，并且体积有效的顶盖密封在电池上。圆柱形电池具有寥寥无几的与形成气密的或接近气密的密封件相关的多余体积。遗憾的是，当并入棱柱形空间内时，圆柱形电池在设计上不是体积有效的。此外，圆柱形电池由于其圆形横截面而不能有效地组装在一起。棱柱形电池通常通过通常由铝组成的罐的深拉工艺形成。棱柱形电池还非常有效地利用了体积，因为与形成气密的或接近气密的密封件相关的体积也寥寥无几。遗憾的是，由于两个原因，这些电池对于需要薄的、即小于几毫米厚的电池的应用是不理想的。第一个原因是为电池堆形成的空隙(void)的厚度受到制作工艺的限制，第二个原因是用于封装壁的材料厚度受到机械限制。工业上已开发出通过使用第三种途径——袋型构造来制作小于几毫米厚的电池的解决方案。这种电池使用柔性多层材料作为封装材料，其通常为150-200μm厚，如描述于Jansen，A.N.等人的“Low-CostFlexiblePackagingforHigh-PowerLi-IonHEVBatteries(用于大功率锂离子HEV电池的低成本柔性封装)”(参见Jansen,A.N.,K.Amine,andG.L.Henriksen.Low-CostFlexiblePackagingforHigh-PowerLi-IonHEVBatteries.UnitedStates:N.p.,2004.Web.doi:10.2172/828774.)中的那些。在封装内使用了与圆柱形和棱柱形电池中使用的电化学电池堆在组成上类似但在形状形式上并不类似的电化学电池堆。如本文所定义，“电化学电池堆”由正集电器、附接至正集电器的正极、多孔分隔物和负极、附接至负集电器的负极组成。液态或固态电解质分散在正极、负极和分隔物内。在固态电解质的情况下，如果电解质本身在机械上能够保持正极和负极之间的分离，则电解质本身可用作分隔物。电池堆的部件彼此接触或物理结合。正极通常由活性正极材料以及碳和合适的粘合剂组成。负极可以是负极活性材料、碳和粘合剂的组合物。或者，负极可以包括金属。对于锂电池而言，正活性电极材料可包含原子层状的过渡金属氧化物，诸如LiCoO2，LiNiO2，或包含第一行过渡金属和Al以以各种比例替代Co或Ni的其他层状材料。其他正极包括但不限于：LiMn2O4基尖晶石，其在相对于Li/Li+约4V下运行；和Mn基尖晶石，诸如LiMn1.5Ni0.5O4，其在相对于Li/Li+接近4.7的较高电压下运行；以及金属氟化物电极，诸如基于FeF2、FeF3、BiF3和形成纳米复合材料的相关成分的那些。参见，例如，Amatucci,G.G.andPereira,N.“Fluoridebasedelectrodematerialsforadvancedenergystoragedevices.”JournalofFluorineChemistry128(2007):243-262，其全部内容通过引用并入本文。用于锂电池的负活性电极材料可包括石墨、硬碳、焦炭和金属合金，特别是包含Si、Al和Ge的那些。例如，参见Zhang,W.“Areviewoftheelectrochemicalperformanceofalloyanodesforlithium-ionbatteries.”JournalofPowerSources196(2011):13-24，和Huggins,RobertA.“Chapter18.”EnergyStorage.NewYork:Springer(2010)，两者的全部内容通过引用均并入本文。加入诸如炭黑、石墨、碳纳米管和石墨烯的碳添加剂来提高导电性。锂金属可用于锂金属电池的情况。粘合剂可以包含聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、纤维素、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)、聚(环氧乙烷)(PEO)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)或其他。锂和锂离子电池及电池组详细讨论于：Tarascon,J.M.,andM.Armand.“IssuesandChallengesFacingRechargeableLithiumBatteries.”NatureMagazine414(2001):359-67和Scrosati,B.,andJ.Garche.“LithiumBatteries:Status,ProspectsandFuture.”JournalofPowerSources195(2010):2419-430，两者的全部内容通过引用均并入本文。提供了完成电极结合以形成电化学电池堆的合适方法(图3中的“12”)，例如但不限于，Tarascon,J.M.,etal.“PerformanceofBellcore'sPlasticRechargeableLi-ionBatteries.”SolidStateIonics86-88(1996):49-54，和Armand,M.(2001)(在上文中被引用)和Stephan,A.M.“ReviewonGelPolymerElectrolytesforLithiumBatteries.”EuropeanPolymerJournal42(2006):21-42，两者的全部内容通过引用均并入本文。将电池堆放置在多层封装材料内。典型地，这种封装由内部热塑性密封剂(诸如聚烯烃或酸改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学储能电池，其包括：/n电化学电池，其包括正极和负极；/n导电屏障，其配置为包围并且封闭所述电化学电池，所述屏障包括第一导电屏障构件和第二导电屏障构件；/n其中所述第一导电屏障构件包括结合至所述正极的第一中央部分和远离所述正极延伸的第一周边部分；/n其中所述第二导电屏障构件包括结合至所述负极的第二中央部分和远离所述负极延伸的第二周边部分；和/n冷焊密封件，其形成在所述第一周边部分与所述第二周边部分之间；和/n无机隔绝膜，其布置在所述第一周边部分与所述第二周边部分之间，邻近所述冷焊密封件，/n其中所述膜具有将所述两个导电屏障电气隔离的电阻特性。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181107 US 62/756,9591.一种电化学储能电池，其包括：
电化学电池，其包括正极和负极；
导电屏障，其配置为包围并且封闭所述电化学电池，所述屏障包括第一导电屏障构件和第二导电屏障构件；
其中所述第一导电屏障构件包括结合至所述正极的第一中央部分和远离所述正极延伸的第一周边部分；
其中所述第二导电屏障构件包括结合至所述负极的第二中央部分和远离所述负极延伸的第二周边部分；和
冷焊密封件，其形成在所述第一周边部分与所述第二周边部分之间；和
无机隔绝膜，其布置在所述第一周边部分与所述第二周边部分之间，邻近所述冷焊密封件，
其中所述膜具有将所述两个导电屏障电气隔离的电阻特性。


2.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述第一导电屏障构件和所述第二导电屏障构件中的至少一个被配置为用作集电器。


3.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述冷焊密封件由金属形成。


4.根据权利要求3所述的电化学储能电池，其中所述金属具有在30℃至300℃的范围的熔融温度。


5.根据权利要求3所述的电化学储能电池，其中所述金属选自由铟、镓、铅、锡、银和锂组成的组。


6.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述冷焊密封件具有在0.050mm与1mm之间的宽度。


7.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述冷焊密封件具有在0.075mm与0.5mm之间的宽度。


8.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述冷焊密封件具有在0.1mm与0.25mm之间的宽度。


9.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述无机隔绝膜包括金属氧化物、氟化物、磷酸盐或氮化物中的至少一种。


10.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述无机隔绝膜是氧化物。


11.根据权利要求1所述的电化学储能电池，其中所述无机隔绝膜具有在100nm与8,000nm之...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·G·阿马图奇，K·斯科特，L·乌松，R·米彻尔，
申请(专利权)人：拉特格斯，新泽西州立大学，
类型：发明
国别省市：美国;US