锂离子电池及其制造方法技术

一种电池(1000)，其包括基本单元(100)，基本单元(100)依次包括平面阳极集流体基板(10)、阳极层(20)、电解质材料层(30)或浸渍有电解质的隔膜层(31)、阴极层(50)、以及平面阴极集流体基板(40)，电池(1000)还包括纵向边缘(1011、1012)、第一横向边缘(1001)和第二横向边缘(1005)，第一横向边缘(1001)包括阳极连接区域(1002)，第二横向边缘(1005)包括阴极连接区域(1006)。每个基本单元(100)包括主本体(111)、次级本体(112)和三级本体(113)，次级本体和三级本体分别布置在主本体的两侧，并理解，主本体(111)、次级本体(112)和三级本体(113)中的每一个依次包括平面阳极集流体基板(10)、阳极层(20)、电解质材料层(30)或浸渍有电解质的隔膜层(31)、阴极层(50)和平面阴极集流体基板(40)。次级本体(112)通过凹口(120)与主本体(111)分离，凹口(120)没有任何阳极材料、电解质材料、阴极材料和阳极集流体基板材料。凹口在垂直于电池的主平面的方向上从电池的纵向边缘(1011)延伸到相对的纵向边缘(1012)。三级本体(113)通过凹槽(130)与主本体(111)分离，凹槽(130)没有任何阳极材料、电解质材料、阴极材料和阴极集流体基板材料。凹槽(130)在垂直于电池的主平面的方向上从电池的纵向边缘(1011)延伸到相对的纵向边缘(1012)。纵向边缘(1011)延伸到相对的纵向边缘(1012)。纵向边缘(1011)延伸到相对的纵向边缘(1012)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池及其制造方法


[0001]本专利技术涉及电池领域，尤其涉及锂离子电池。本专利技术涉及具有新架构的锂离子电池，该新架构延长了锂离子电池的使用寿命。本专利技术还涉及用于制造这种电池的新方法。

技术介绍

[0002]全固态锂离子可充电电池是已知的。WO2016/001584(I
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TEN)描述了由阳极箔和阴极箔制造的锂离子电池，阳极箔包括被阳极层和电解质层依次覆盖的导体基板，阴极箔包括被阴极层和电解质层依次覆盖的导体基板；在沉积之前或之后，根据U形图案切割这些箔。然后，这些箔交替地堆叠，以便构成若干基本单元/电池单元的堆叠。阳极箔和阴极箔的切割图案以“头到尾”方式放置，使得阴极和阳极的堆叠横向偏移。在堆叠步骤之后，具有厚度约十微米的层的封装系统沉积在堆叠上和堆叠内存在的可用腔中。这使得一方面可以确保结构在切割平面处的刚性，并且另一方面可以确保相对于大气对电池的单元进行保护。一旦实现和封装了堆叠，就根据切割平面切割该堆叠以获得整体电池，其暴露电池的阴极连接区域和阳极连接区域的切割平面中的每一个。在这些切割过程中，封装系统可能脱落，这导致电池密封性不连续。还已知在这些阴极连接区域和阳极连接区域明显的位置处添加终端(terminations)(即，电触点)。
[0003]然而，这种已知的解决方案似乎具有某些缺点。实际上，根据电极的定位(尤其是多层电池的电极边缘附近)及切割的清洁度，在端部处可能出现漏电流，典型地以严重短路(rampant short
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circuit)的形式出现的漏电流。尽管在电池周围和在接近阴极连接区域和阳极连接区域处使用了封装系统，这种严重短路也降低了电池的性能。此外，有时观察到在电池上，特别是在由电池边缘上的电极的横向偏移产生的空间处的电池边缘上，沉积封装系统不令人满意。
[0004]此外，假设终端(分别为阳极和阴极)分别从相邻的箔(分别为阴极箔和阳极箔)缩回，必然造成大尺寸的切口。然后必须使用绝缘材料填充这种切口。给定基本尺寸的情况下，严格来讲，这种切口导致用于形成电池的材料的大量损失。此外，它迫使在堆叠中存在的可用腔中沉积高厚度的绝缘体。厚绝缘体有削弱电池的整个封装系统的风险。在切割期间，沉积为厚层的封装系统往往会分层。因此，根据现有技术的架构具有某些技术上的以及经济上的缺点。
[0005]本专利技术的目的在于至少部分地克服上文提到的现有技术的某些缺点，特别是获得具有高能量密度和高功率密度的可充电锂离子电池。
[0006]本专利技术的目的尤其在于提高具有高能量密度和高功率密度的可充电锂离子电池的产品良率，并且以最小成本进行更高效率的封装。
[0007]本专利技术的目的尤其在于提出一种方法，该方法降低了严重短路或意外短路的风险，并且使得可以制造具有低自放电的电池。
[0008]本专利技术的目的尤其在于提出一种方法，该方法使得可以简单、可靠和快速地制造具有非常高的使用寿命的电池。
[0009]本专利技术的目的还在于提出这样一种方法，该方法使用质量更好的切割步骤，特别是比现有技术中更干净的切割步骤。
[0010]本专利技术的目的还在于提出一种用于制造产生较少材料损失的电池的方法。

技术实现思路

[0011]本公开的一个目的是一种电池1000，其包括至少一个基本单元100，所述基本单元100依次包括至少一个平面阳极集流体基板10、至少一个阳极层20、至少一个电解质材料层30或至少一个浸渍有电解质的隔膜层31、至少一个阴极层50、以及至少一个平面阴极集流体基板40，所述电池1000包括纵向边缘1011、1012、第一横向边缘1001和第二横向边缘1005，所述第一横向边缘1001包括至少一个阳极连接区域1002，所述第二横向边缘1005包括至少一个阴极连接区域1006，所述阳极连接区域1002和所述阴极连接区域1006优选地横向相对设置，其特征在于，每个基本单元100包括主本体111、次级本体112和三级本体113，所述次级本体和所述三级本体分别布置在所述主本体的两侧，并理解，所述主本体111、所述次级本体112和所述三级本体113中的每一个依次包括至少一个平面阳极集流体基板10、至少一个阳极层20、至少一个电解质材料层30或至少一个浸渍有电解质的隔膜层31、至少一个阴极层50和至少一个平面阴极集流体基板40，所述次级本体112通过凹口120与所述主本体111分离，所述凹口120没有任何阳极材料、电解质材料、浸渍有电解质的隔膜材料、阴极材料和阳极集流体基板材料，并理解，所述凹口在垂直于所述电池的主平面的方向上从所述电池的纵向边缘1011延伸到相对的纵向边缘1012，以及所述三级本体113通过凹槽130与所述主本体111分离，所述凹槽130没有任何阳极材料、电解质材料、浸渍有电解质的隔膜材料、阴极材料和阴极集流体基板材料，并理解，所述凹槽130在垂直于所述电池的主平面的方向上从所述电池的纵向边缘1011延伸到相对的纵向边缘1012。
[0012]有利地，根据本专利技术的电池包括多个基本单元，并且其特征在于，每一个基本单元的所有凹口在垂直于所述电池的所述主平面的方向上叠置，使得每个平面阴极集流体基板通过所述阴极连接区域收集该基本单元的阴极电流，并且每一个基本单元的所有凹槽在垂直于所述电池的所述主平面的方向上叠置，使得每个平面阳极集流体基板通过所述阳极连接区域收集该基本单元的阳极电流。
[0013]在优选实施例中，所述电池是锂离子电池。有利地，根据本专利技术的电池包括完全覆盖所述电池的六个面中的四个面的封装系统，所述六个面中的其余两个面包括阳极连接区域和阴极连接区域。
[0014]有利地，所述封装系统包括：
[0015]沉积在所述电池上的至少一个第一覆盖层，所述第一覆盖层优选地选自聚对二甲苯、聚对二甲苯F、聚酰亚胺、环氧树脂、有机硅、聚酰胺、溶胶
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凝胶二氧化硅、有机二氧化硅和/或其混合物，
[0016]至少一个第二覆盖层，其由电绝缘材料构成，通过原子层沉积而沉积在所述至少一个第一覆盖层上，并理解，至少一个第一覆盖层和至少一个第二覆盖层的顺序可以重复z次，z≥1。
[0017]有利地，所述阳极连接区域和所述阴极连接区域由终端覆盖。
[0018]有利地，所述终端包括：设置在至少所述阴极连接区域和/或至少所述阳极连接区
域上的第一层，所述第一层的材料载有石墨，所述第一层的材料优选具有载有石墨的环氧树脂基体，
[0019]设置在终端系统的所述第一层上的第二致密层，其材料为金属铜，
[0020]可选地，设置在所述第二层上的第三层，其材料为锡
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锡锌合金基体，
[0021]可选地，设置在所述终端系统的所述第三层上的第四层，其材料为锡基体或银、钯和铜合金的基体。
[0022]有利地，所述凹口的宽度在0.01mm和0.5mm之间。
[0023]有利地，所述凹槽的宽度在0.01mm和0.5mm之间。
[0024]有利地，所述次级本体的宽度在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电池(1000)，包括至少一个基本单元(100)，所述至少一个基本单元(100)依次包括至少一个平面阳极集流体基板(10)、至少一个阳极层(20)、至少一个电解质材料层(30)或至少一个浸渍有电解质的隔膜层(31)、至少一个阴极层(50)、以及至少一个平面阴极集流体基板(40)，所述电池(1000)包括纵向边缘(1011、1012)、第一横向边缘(1001)和第二横向边缘(1005)，其中所述第一横向边缘(1001)包括至少一个阳极连接区域(1002)，所述第二横向边缘(1005)包括至少一个阴极连接区域(1006)，所述阳极连接区域(1002)和所述阴极连接区域(1006)优选地横向相对设置，其特征在于，每个基本单元(100)包括主本体(111)、次级本体(112)和三级本体(113)，所述次级本体和所述三级本体分别布置在所述主本体的两侧，并理解，所述主本体(111)、所述次级本体(112)和所述三级本体(113)中的每一个依次包括至少一个平面阳极集流体基板(10)、至少一个阳极层(20)、至少一个电解质材料层(30)或至少一个浸渍有电解质的隔膜层(31)、至少一个阴极层(50)和至少一个平面阴极集流体基板(40)，所述次级本体(112)通过凹口(120)与所述主本体(111)分离，所述凹口(120)没有任何阳极材料、电解质材料、浸渍有电解质的隔膜材料、阴极材料和阳极集流体基板材料，并理解，所述凹口在垂直于所述电池的主平面的方向上从所述电池的纵向边缘(1011)延伸到相对的纵向边缘(1012)，以及所述三级本体(113)通过凹槽(130)与所述主本体(111)分离，所述凹槽(130)没有任何阳极材料、电解质材料、浸渍有电解质的隔膜材料、阴极材料和阴极集流体基板材料，并理解，所述凹槽(130)在垂直于所述电池的主平面的方向上、从所述电池的纵向边缘(1011)延伸到相对的纵向边缘(1012)。2.根据权利要求1所述的电池(1000)，包括多个基本单元，其特征在于，每一个基本单元的所有凹口在垂直于所述电池的所述主平面的方向上叠置，使得每个平面阴极集流体基板通过所述阴极连接区域收集该基本单元的阴极电流，并且每一个基本单元的所有凹槽在垂直于所述电池的所述主平面的方向上叠置，使得每个平面阳极集流体基板通过所述阳极连接区域收集该基本单元的阳极电流。3.根据权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述电池包括完全覆盖所述电池的六个面中的四个面的封装系统，所述六个面中的其余两个面包括阳极连接区域和阴极连接区域。4.根据前述权利要求所述的电池，其特征在于，所述封装系统包括：沉积在所述电池上的至少一个第一覆盖层，所述第一覆盖层优选地选自聚对二甲苯、聚对二甲苯F、聚酰亚胺、环氧树脂、有机硅、聚酰胺、溶胶
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凝胶二氧化硅、有机二氧化硅和/或其混合物，至少一个第二覆盖层，所述至少一个第二覆盖层由电绝缘材料构成，通过原子层沉积而沉积在所述至少一个第一覆盖层上，并理解，至少一个第一覆盖层和至少一个第二覆盖层的顺序可以重复z次，其中，z≥1。5.根据任一前述权利要求所述的电池，其特征在于，所述阳极连接区域和所述阴极连接区域由终端覆盖。
6.根据前述权利要求所述的电池，其特征在于，所述终端包括：设置在至少所述阴极连接区域和/或至少所述阳极连接区域上的第一层，所述第一层的材料载有石墨，所述第一层的材料优选具有载有石墨的环氧树脂基体，设置在终端系统的所述第一层上的第二致密层，其材料为金属铜，可选地，设置在所述第二层上的第三层，其材料为锡
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锡锌合金基体，可选地，设置在所述终端系统的所述第三层上的第四层，其材料为锡基体或银、钯和铜合金的基体。7.根据任一前述权利要求所述的电池，其特征在于，所述凹口的宽度在0.01mm和0.5mm之间。8.根据任一前述权利要求所述的电池，其特征在于，所述凹槽的宽度在0.01mm和0.5mm之间。9.根据任一前述权利要求所述的电池，其特征在于，所述次级本体的宽度在0.5mm和20mm之间。10.根据任一前述权利要求所述的电池，其特征在于，所述电池是锂离子电池。11.一种用于制造电池(1000)的方法，所述电池包括至少一个基本单元(100)，所述基本单元(100)依次包括至少一个平面阳极集流体基板(10)、至少一个阳极层(20)、至少一个电解质材料层(30)或至少一个浸渍有电解质的隔膜层(31)、至少一个阴极层(50)以及至少一个平面阴极集流体基板(40)，所述方法包括：(a)提供覆盖有阳极层(20)、并可选地覆盖有电解质材料层(30)或者覆盖有浸渍电解质的隔膜层(31)的平面阳极集流体基板(10)的至少一个箔，以下称为阳极箔(2)，所述阳极箔包括至少一个阳极狭槽(80)，所述阳极狭槽(80)包括两个主垂直阳极和平行腔(82)，所述两个主垂直阳极和平行腔(82)的上部通过基本上垂直于所述两个主阳极垂直腔(82)的水平阳极通道(84)连接，这些主垂直阳极腔用于限定所述电池的纵向边缘，(b)提供覆盖有阴极层(50)、并可选地覆盖有电解质材料层(30)或者覆盖有浸渍电解质的隔膜层(31)的平面阴极集流体基板(40)的至少一个箔，以下称为阴极箔(5)，所述阴极箔包括至少一个阴极狭槽(70)，所述阴极...

【专利技术属性】
技术研发人员：法比安，
申请(专利权)人：ITEN公司，
类型：发明
国别省市：