具有隔膜密封件的电化学电池及其制造方法技术

本文描述的实施例涉及具有带隔膜密封件的隔膜的电化学电池。在一些实施例中，电化学电池包括部署在阳极集流体上的阳极、部署在阴极集流体上的阴极、部署在阳极和阴极之间的隔膜，以及耦合到隔膜的隔膜密封件。隔膜密封件对穿过其中的电活性物质的移动是不可渗透的。在一些实施例中，隔膜密封件可以包括胶带和/或粘合剂。在一些实施例中，隔膜密封件可以包括渗透到隔膜的一部分的孔中的材料。在一些实施例中，隔膜密封件可以热结合到隔膜。在一些实施例中，电化学电池可以包括袋。在一些实施例中，隔膜可以耦合到袋。在一些实施例中，隔膜密封件可以耦合到袋。密封件可以耦合到袋。密封件可以耦合到袋。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有隔膜密封件的电化学电池及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年11月1日提交的标题为“DUAL ELECTROLYTE ELECTROCHEMICAL CELLS，SYSTEMS，AND METHODS OF MANUFACTURING THE SAME”的美国临时申请No.62/929,408和于2020年7月1日提交的标题为“ELECTROCHEMICAL CELLS WITH SPARATOR SEALS，and METHODS OF MANUFACTURING THE SAME”的美国临时申请No.63/046,758的优先权和权益，每个专利的公开内容都通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]本文描述的实施例涉及具有带隔膜密封件的隔膜的电化学电池。电化学电池通常被设计有维度与阴极维度不同的阳极。阳极和阴极不仅可以在厚度上不同，而且可以在长度和宽度上不同。通常在电化学电池设计中，阳极和阴极的长度和宽度维度应彼此尽可能接近，以最大限度地提高电池效率和电活性物质的使用。但是，如果阴极横向偏移，那么阴极的边缘会延伸到阳极的边缘之外，并且阴极材料的电镀会在阳极的边缘周围发生。将阳极设计为具有比阴极稍大的长度和宽度维度可以防止阴极材料电镀在阳极的外边缘周围。但是，将阳极的长度和宽度维度设计为稍大于阴极的长度和宽度维度会导致阳极材料电镀在阴极边缘周围。在放电期间，正离子从阳极通过隔膜迁移到阴极。如果阳极比阴极更长且更宽，那么一些正离子会从阳极的延伸超出阴极边缘的部分迁移。换句话说，正离子可以从阳极的不与阴极对齐的部分迁移。这会导致阳极材料在隔膜的阴极侧堆积。如果在阴极侧堆积了足够的阳极材料，那么阴极可以直接接触阳极材料，从而导致部分或全部短路。
[0004]在电化学电池中可能发生的另一个电镀问题与涂层质量有关。在电化学电池中，电极材料可以涂覆在集流体上，并且靠近边缘的涂层质量通常比靠近电极中间的差。在一些情况下，电极在边缘处可以具有稍低的材料负载量，从而为来自反电极的材料到电极边缘附近的电镀留下空间。这也可能导致部分或全部短路。部分阻断电极边缘附近的阳极或阴极材料的流动可以有助于防止此类短路事件。

技术实现思路

[0005]本文所述的实施例涉及具有带隔膜密封件的隔膜的电化学电池。
[0006]在一些实施例中，电化学电池包括部署在阳极集流体上的阳极、部署在阴极集流体上的阴极、部署在阳极和阴极之间的隔膜，以及耦合到隔膜的隔膜密封件。隔膜密封件对穿过其中的电活性物质的移动是不可渗透的。在一些实施例中，隔膜密封件可以包括胶带和/或粘合剂。在一些实施例中，隔膜密封件可以包括渗透到隔膜的一部分的孔中的材料。在一些实施例中，隔膜密封件可以热结合到隔膜。在一些实施例中，电化学电池可以包括袋。在一些实施例中，隔膜可以耦合到袋。在一些实施例中，隔膜密封件可以耦合到袋。
附图说明
[0007]图1示出了由于阳极材料的沉积而发生短路的电化学电池。
[0008]图2是根据实施例的具有带隔膜密封件的隔膜的电化学电池的示意图。
[0009]图3A和3B示出了根据实施例的具有隔膜密封件的电化学电池。
[0010]图4A和4B示出了根据实施例的具有隔膜密封件的电化学电池。
[0011]图5A和5B示出了根据实施例的具有隔膜密封件的电化学电池。
[0012]图6A和6B示出了根据实施例的具有隔膜密封件的电化学电池。
[0013]图7A
‑
7C示出了根据实施例的具有隔膜密封件的卷绕电化学电池。
[0014]图8示出了根据实施例的解构的电化学电池的照片。
[0015]图9示出了根据实施例的解构的电化学电池的照片。
[0016]图10示出了根据实施例的解构的电化学电池的照片。
[0017]图11A和11B示出了根据实施例的具有隔膜密封件的电化学电池。
具体实施方式
[0018]本文描述的实施例涉及具有带隔膜密封件的隔膜的电化学电池及其生产方法。电化学电池中的短路事件通常是由阳极材料在阴极附近的沉积或阴极材料在阴极附近的沉积引起的。一旦在阴极附近堆积了足够多的阳极材料，或反之亦然，阳极材料和阴极材料之间的物理接触就会导致短路事件。这种行为的示例如图1中所示。图1示出了电化学电池100，其中阳极110部署在阳极集流体120上，阴极130部署在阴极集流体140上，并且隔膜150部署在阳极110和阴极130之间。阳极集流体120和阴极集流体140都部署在袋材料160上。如图所示，阳极110具有第一区段112和第二区段114。第一区段112与阴极130对齐，而第二区段114与阴极130不对齐。换句话说，离子经由线路A从第一区段112迁移到阴极130。离子经由线路B从第二区段114迁移，但是由于第二区段114不与阴极130对齐，因此阳极材料沉积物116在阴极130附近，或者在阴极集流体140的表面上或者在袋材料160的表面上形成。当阳极材料沉积物116大到足以物理接触阴极130时，会导致部分或完全短路事件。此外，阳极材料沉积物116表示已与阳极110分离的材料，使得其不能再用于电化学电池100的循环。这会对电化学电池100的循环性能产生负面影响。
[0019]使用隔膜密封件或可以防止离子流过隔膜的一部分的设备可以显著降低短路事件的风险。降低短路事件的风险可以是经济优势以及安全优势。去除沉积在阴极附近的阳极材料(或沉积在阳极附近的阴极材料)通常需要打开袋以接近阳极材料和阴极材料，并小心地去除沉积的材料，而不干扰电化学电池的完整部分。这是劳动密集型处理，并且会导致电化学电池停机时间。如果电化学电池被包含在具有若干电化学电池的蓄电池组中，那么蓄电池组中的每个电化学电池都将经历停机时间。在一些情况下，如果阴极附近的阳极材料(或阳极附近的阴极材料)的沉积物太大而无法去除，那么可以对电化学电池进行处置或回收利用。防止短路事件也可以是安全优势。短路事件通常会导致电化学电池中温度迅速升高，从而可能导致热失控、火灾或爆炸。
[0020]通过将隔膜密封件结合到隔膜中，可以引导离子流过隔膜，使得离子的流动仅在阳极和阴极之间，并且电活性材料不会堆积在非期望的位置。在一些实施例中，隔膜密封件可以是隔膜的一部分。换句话说，隔膜和隔膜密封件可以是具有对离子流动可渗透的第一部分和对离子流动不可渗透的第二部分的单件材料。在一些实施例中，隔膜密封件可以是两件单独的材料，其中隔膜密封件耦合到隔膜。在一些实施例中，隔膜可以具有若干层，其
中第一层包括基本上对离子不可渗透的区段，并且第二层不包括基本上对离子不可渗透的区段。
[0021]在一些实施例中，隔膜可以是多孔膜隔膜(例如，多孔聚烯烃膜)。在一些实施例中，隔膜可以允许离子电荷载流子在阴极和阳极之间转移。在一些实施例中，隔膜可以被电解质润湿并且可以在阳极和阴极之间连通电解质。在一些实施例中，电化学电池可以包括选择性可渗透膜。在于2019年1月8日提交的标题为“Ele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】1.一种电化学电池，包括：部署在阳极集流体上的阳极；部署在阴极集流体上的阴极；部署在所述阳极和所述阴极之间的隔膜，所述隔膜具有与所述阳极接触的第一表面和与所述阴极接触的与所述第一表面相对的第二表面，所述隔膜被配置为允许电活性物质在所述阳极和所述阴极之间移动；以及耦合到所述隔膜的隔膜密封件，所述隔膜密封件被配置为阻止电活性物质的移动。2.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述隔膜的长度大于所述阳极的长度，并且所述隔膜的宽度大于所述阳极的宽度，使得所述隔膜的所述第一表面的一部分不接触所述阳极。3.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述隔膜的长度大于所述阴极的长度，并且所述隔膜的宽度大于所述阴极的宽度，使得所述隔膜的所述第二表面的一部分不接触所述阴极。4.如权利要求1所述的电化学电池，其中所述阴极的长度小于所述阳极的长度，并且所述阴极的宽度小于所述阳极的宽度。5.如权利要求4所述的电化学电池，其中所述阳极的长度与所述隔膜的长度相同或基本相似，并且所述阳极的宽度与所述隔膜的宽度相同或基本相似，使得所述隔膜具有部分覆盖的部分，所述隔膜的所述部分覆盖的部分与所述隔膜的所述第一表面上的所述阳极接触，所述隔膜的所述部分覆盖的部分不与所述隔膜的所述第二表面上的所述阴极接触。6.如权利要求4或5中的任一项所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件部署在所述隔膜的外周边周围，使得所述隔膜密封件在所述隔膜的所述第一表面和/或所述隔膜的第二表面上覆盖所述隔膜的所有所述部分覆盖的部分。7.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件包括胶带。8.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件包括粘合剂。9.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件包括静电涂层。10.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述隔膜包括孔。11.如权利要求10所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件包括部署在所述隔膜的部分的孔中的材料。12.如权利要求10所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件包括涂覆所述隔膜的一部分的涂层材料。13.如权利要求12所述的电化学电池，其中所述涂层材料包括聚乙烯、聚丙烯、高密度聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、热固性聚合物、硬碳、热固性树脂、聚酰亚胺或它们的任何组合。14.如权利要求10
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13中的任一项所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件包括部署在所述隔膜的一部分中的孔中的高粘度油，所述高粘度油限制电活性材料通过所述隔膜的所述部分的流动。15.如权利要求1
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13中的任一项所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件热结合到所述隔膜。
16.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，还包括：袋，其中所述隔膜的所述第一表面包括第一密封部分，所述隔膜的所述第一密封部分耦合到所述袋，以及其中所述隔膜的所述第二表面包括第二密封部分，所述隔膜的所述第二密封部分耦合到所述袋。17.如权利要求16所述的电化学电池，其中所述隔膜密封件耦合到所述袋。18.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述阳极和/或所述阴极包括固态电解质。19.一种电化学电池，包括：部署在阳极集流体上的阳极；部署在阴极集流体上的阴极；以及部署在所述阳极和所述阴极之间的隔膜，所述隔膜包括被配置为允许电活性物质通过其中移动的可渗透部分和被配置为防止电活性物质通过其中移动的不可渗透部分。20.如权利要求19所述的电化学电池，其中所述隔膜的长度大于所述阳极的长度，并且所述隔膜的宽度大于所述阳极的宽度，使得所述隔膜的与所述阳极相邻的表面的一部分不接触所述阳极。21.如权利要求19所述的电化学电池，其中所述隔膜的长度大于所述阴极的长度，并且所述隔膜的宽度大于所述阴极的宽度，使得所述隔膜的与所述阴极相邻的表面的一部分不接触所述阴极。22.如权利要求19所述的电化学电池，其中所述阴极的长度小于所述阳极的长度，并且所述阴极的宽度小于所述阳极的宽度。23.如权利要求22所述的电化学电池，其中所述阳极的长度与所述隔膜的长度相同或基本相似，并且所述阳极的宽度与所述隔膜的宽度相同或基本相似，使得所述隔膜具有部分覆盖的部分，所述隔膜的所述部分覆盖的部分与所述隔膜的所述第一表面上...

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