分层电化学电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种形成多个电化学电池层的方法，每一所述电池层一般包含一对电极和使该对电极电绝缘的隔板。通过经由两个相对的主表面切割所述层合片形成了具有所需尺寸的电池。在某些实施方式中，使用填充有可移除物质的填充区来界定单个电池。这样，在切割电池时，只需进行最简单的处理或无需进一步处理，即可露出单个电池和在某些实施方式中的集电器或导体。在另外的实施方式中，使用可移除物质填充流体通道或多孔层。这样，在切割电池时能够为所需空隙区域提供结构支撑。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】分层电化学电池及其制造方法                       
技术介绍
电化学电池被广泛应用于各种常用装置中。这些电化学电池包括电源，例如电池、燃料电池和电容器，以及电化学处理(例如去离子化和流体分离)装置。EP 0 357 399 B1公开了有效地制造电化学电池的一种尝试，其中提供了用以形成“胶质卷”或立方状电化学电池的方法。另外，EP 0 202857 B1揭示了一种形成电极组件的方法。一般，包含电极层合物和固体电解质的电池都被卷成胶质卷电池或通过扇式折叠形成立方状电池。在EP 0 357 399 B1中，集电器薄片从组件的每一折层叠体延伸出来，并随后连接起来。在EP 0 202 857 B1中，对于每个电极，在组件的远端形成一个薄片(tab)。这些方法的不足在于一次只能形成一个电池。充其量，也只能是形成长的层合物带材，并将其切割并卷绕或折叠。但是，迄今没有方法教导如何在切割层合物时有效地曝露集电器。已知的方法是通过研磨或其它方式修整活性电解质材料以将电解质曝露出，但这些方法非常耗时并因此是昂贵的。美国专利4,051,304揭示了有效地制造电化学电池的另一种方法，其中通过使用单个金属带材作为一个电池的正极载体，并同时将该金属带材用作相邻电池的负极，制得铅酸电池。将一长串所述电池(串联电连接)折叠或绕卷并压制成电池结构，其中正极曝露于一端而负极曝露于另一端。但是，若要形成长带材并将其切割成多个电池结构，还没有方法能够在切割线上将集电器曝露出来。Polaroid也制成了一种扁平电池，例如，电池手册(Handbook ofBatteries，第3版，第8.37章)中所述的包含由4个电池形成的6V电池堆-->Polaroid P-80：此系统使用层合物电池，每一电池具有一个阳极集电器，具电解质(Zn-氯化物)的导电性乙烯树酯、透明纸、二氧化锰上的Zn，和阴极集电器。导体通过随后的层合和修整步骤而相互连接。上述传统电池和传统制造方法的另一缺点是无法在通过方便的层合方法形成的电极之间提供流体流(气体或液体)。                     专利技术简介本专利技术涉及多种制造电化学电池的方法，其中由多个电池层形成具有两个相对的主表面的层合片，其中每一电池层包含一对电极和使该对电极电绝缘的隔板。通过经由两个相对的主表面将所述层合片切割成所需的尺寸。通过采用本专利技术的方法克服或改善了现有技术中存在的上述问题。在某些实施方式中，使用填充有可移除物质的填充区来界定单个电池。这样，在切割电池时，单个电池以及在某些实施方式中的集电器或导体只需进行极简单的处理或无需进一步处理。在另外的实施方式中，使用可移除物质填充流体通道或多孔层。这样，在切割电池时能够为所需空隙区域提供结构支撑。下面的详细描述和附图有助于本领域技术人员理解本专利技术的如上讨论和其它特征及优点。                        附图说明图1描述的是一个层叠电池堆的等轴视图；图2A显示图1的电池堆的一种实施方式的侧视图；图2B显示图1的电池堆的另一种实施方式的侧视图；图2C显示图1的电池堆的另一种实施方式的侧视图；图3A显示相邻电池间的相互连接层，其包含交替的导体部份和通道部份；-->图3B显示相邻电池间的相互连接层，其包含多孔的导电材料；图3C显示相邻电池间的相互连接层，其包含交替的绝缘部份和通道部份；图3D显示相邻电池间的相互连接层，其包含多孔绝缘材料；图4A显示一层合组件的截面图，其一般具有交替的阴极、隔板、阳极及绝缘体层，以及与每一阴极相连的集电器和与每一阳极相连的集电器，为了提高制造效率，其中还提供有填充区；图4B和4C显示沿图4A的B-B线和C-C线的截面图；图4D1-4D4描述定出切割线的填充区域的位置和结构的各种示例性实施方式；图5A显示电化学电池的层合组件的截面图，其包含交替的第一阴极层、第一隔板层、阳极层、第二隔板层及第二阴极层，每一电池通过隔离层与其它电池隔开或在相邻的阴极层之间提供有一般的空气或流体流；图5B显示用于本专利技术的某些实施方式的正极的实例；图6显示分离的电化学电池层合组件的截面图；图7显示制造所述层合材料的示例方法；且图8显示制造所述层合材料的另一示例方法。                     具体实施方式图1描述层叠体100的等轴视图。所述层叠体可包含任何所需数量的相同或不同的电极或电极组件。然后，如后文所述，一般沿垂直于每一层平面的方向切割所述层叠体，任选沿平行于所述层平面进行切割。在一般的实施方式中，在某些层内提供一个或多个切痕区域方便切割和促进电极导体(例如，集电器)的电连接。在另一一般实施方式中，层叠体可包含能使流体流动的层合材料，这对于金属空气电池(空气流)、PEM燃料电池(氢气流)、固态氧化物燃料电池(烃流体)或流通-->式电容器(例如，流体去离子化)等是有用的。现在参照图2A描述层叠体100的一个实施方式的局部侧视图。这些层合材料形成多个电化学电池。这些层合材料包含重复的层合材料组，其中每一组一般包含阳极层102、隔板层104和阴极层106。层107位于一个电池的阴极层106和相邻电池的阳极层102之间，且下文还将进一步描述层107的实施方式。现在参照图2B描述层叠体100的另一个实施方式的局部侧视图。这些层合材料包含重复的层合材料组，其中每一组一般包含电极层202、隔板层204和相对的电极层202。如后文所述，根据所制电化学电池类型的不同，电极202可为相同或不同。现在参照图2C描述层叠体100的再一个实施方式的局部侧视图。这些层合材料包含重复的层合材料组，其中每一组一般包含第一电极层302、隔板层304和第二电极层306。层307可与层107相同，或者层307可为固体绝缘体(例如，对于通过外集电器并联或串联连接的电池)，或固体导体层(例如，对于串联连接的电池)。应理解的是根据电化学电池用途的不同，这些层合材料可以具有不同的尺寸。例如，对于非常高能量的放电，可以形成非常薄(例如，微米级)的电极层。另外，对于低速率的高电容电池，可形成较厚的电极(例如，＞1毫米)。当然，对于电容更高的电池，这些层合材料可厚达几厘米。如上所讨论，可以使用所述层叠体100来制造多种电化学电池。在此主要涉及电池和电容器，尽管采用本申请所述方法也能制得其它电化学电池。如上述的一般结构具有共性，即包含相对的电极和用来隔离所述相对电极的绝缘隔板。在某些电池(包含电容器(提供电能)和电池)中，还提供有电解质以在电极间传输离子。下面描述各种类型的电化学电池的主要组件，所述主要组件一般-->包括隔板和电极。下面还将介绍支撑结构(例如，如上述的层107)和电解质。电池隔板隔板(一般用于任何电池)可以是用于电池工业的任何可商购获得的隔板。适当隔板包括但不限于机织、非机织、多孔状(例如微孔或毫微孔)、胞孔状、聚合物片材等型式的隔板。而且可以使用前体材料在原位形成隔板层。隔板材料包括但不限于聚烯烃(例如，Gelgard，可购自陶氏化学公司)、聚乙烯基醇(PVA)、纤维素(例如，硝基纤维素、纤维素乙酸酯等)、聚乙烯、聚酰胺(例如，尼龙)、氟碳化合物树脂(例如，Nafion族树脂，其具有磺酸基官能团，可购自杜邦)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造电化学电池的方法，其包括：由多个电池层形成具有两个相对的主表面的层合片，其中每一电池层包含一对电极和使该对电极电绝缘的隔板；通过经由两个相对的主表面将所述层合片切割成所需的尺寸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2002-6-5 60/386,1211.一种制造电化学电池的方法，其包括：由多个电池层形成具有两个相对的主表面的层合片，其中每一电池层包含一对电极和使该对电极电绝缘的隔板；通过经由两个相对的主表面将所述层合片切割成所需的尺寸。2.如权利要求1所述的制造电化学电池的方法，其中包括进一步形成与至少一个电极相邻的气体运送层，其中该气体运送层包含一个或多个空隙。3.如权利要求2所述的制造电化学电池的方法，其中所述气体运送层包括至少一个通道。4.如权利要求2所述的制造电化学电池的方法，其中所述气体运送层包括一个多孔层。5.如权利要求2所述的制造电化学电池的方法，其中用可移除物质填充所述空隙，然后在低于所述可移除物质的熔点的温度下切割所述层合片，然后熔化所述可移除物质，从而形成多个电化学电池，所述电池具有至少一个气体流动层，该气体流动层中的空隙使得气体能够接触所述至少一个电极。6.如权利要求2所述的制造电化学电池的方法，其中至少一个电化学电池是金属空气电化学电池，其中每个电化学电池中包含一个金属燃料电极和一个与所述气体运送层相邻的空气扩散电极，而且其中还提供有离子传导性电解质源。-->7.如权利要求2所述的制造电化学电池的方法，其中至少一个电化学电池是金属空气电化学电池，其中每个电化学电池中包含一个金属燃料电极和一个与所述气体运送层相邻的空气扩散电极，并且其中隔板提供离子传导性电解质源。8.如权利要求1所述的制造电化学电池的方法，其中至少一个所述电化学电池是电存储电容器。9.如权利要求8所述的制造电化学电池的方法，其中所述电容器是对称电容器。10.如权利要求9所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极相同或基本上相同。11.如权利要求10所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含高表面积的活性材料，而且其中提供有电解质。12.如权利要求10所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含法拉第假电容材料，而且其中提供有电解质。13.如权利要求10所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含高表面积的活性材料和法拉第假电容材料，而且其中提供有电解质。14.如权利要求10所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含高表面积的活性材料和水凝胶材料，该水凝胶材料中包含电解-->质。15.如权利要求10所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含法拉第假电容材料和水凝胶材料。16.如权利要求10所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含高表面积的活性材料、法拉第假电容材料和水凝胶材料。17.如权利要求8所述的制造电化学电池的方法，其中所述电容器是非对称的电容器。18.如权利要求17所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极不相同。19.如权利要求17所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含不同量的高表面积活性材料，而且其中提供有电解质。20.如权利要求17所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含不同量的法拉第假电容材料，而且其中提供有电解质。21.如权利要求17所述的制造电化学电池的方法，其中一个电极包含高表面积活性材料，而另一个电极包含法拉第假电容材料，而且其中提供有电解质。22.如权利要求17所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含不同量的高表面积活性材料和水凝胶材料，所述水凝胶材料中包含电解质。-->23.如权利要求17所述的制造电化学电池的方法，其中所述电极包含不同量的法拉第假电容材料和水凝胶材料。24.如权利要求17所述的制造电化学电池的方法，其中一个电极包含高表面积活性材料和水凝胶材料，而另一个电极包含法拉第假电容材料和水凝胶材料。25.如权利要求1所述的制造电化学电池的方法，其中沿切割图案提供至少一条切痕，并用可移除物质填充所述切痕，而且其中切割在高于所述可移除物质的特征熔化温度下进行。26.如权利要求25所...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨迪克M法里斯，
申请(专利权)人：瑞威欧公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]