锂离子电池，特别是大功率电池的制造方法及采用该方法得到的电池技术

本发明专利技术涉及新型高功率电池架构，包括独特的阳极和阴极导电装置，可延长电池寿命。可延长电池寿命。可延长电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池，特别是大功率电池的制造方法及采用该方法得到的电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池的制造。本专利技术涉及一种新的电池，特别是大功率锂离子电池的制造方法。还涉及采用这种方法得到的电池，所述电池具有使其寿命更长的新结构。
现有技术
[0002]为了提高高能量密度和高功率密度的可充电电池(例如固态电池或浸渍液体电解质的电池)的产量，可以通过交替叠加预先涂有电解质层的阳极箔和阴极箔同时制造多个电池。
[0003]国际专利文献WO 2016/001584(I
‑
TEN)描述了包括导电基板的箔，所述导电基板依次覆盖电极层，电极层覆盖电解质层；这些箔在沉积之前或之后被切割成各种样式，特别是U形。这些箔交替堆叠，形成多个单元电池的堆叠。阳极和阴极切割样式以“头接尾”构造放置，以便阴极层和阳极层的堆叠横向偏移。据该文献所公开，在堆叠步骤之后，在堆叠上和堆叠内存在的可用空腔中沉积保形厚层封装系统，通常是约十微米厚的聚合物层。这样做首先确保了切割平面处结构的刚度，其次保护电池免受大气影响。一旦制造出堆叠并封装在刚性结构中，沿切割平面将其切割得到单元电池，电池的阴极和阳极连接暴露在每个切割平面上。当进行这些切割时，封装系统可能会被撕开，从而导致电池的不可渗透性密封被破坏。据了解，还在这些阴极和阳极连接明显的地方添加端子(即电触点)。
[0004]参考图12对该现有技术进行更详细地解释，图12示出了国际专利文献WO 2016/001584中描述的锂离子电池结构。电池200包括多个阳极230和多个阴极210，它们彼此交替布置在另一个下面。每个阳极和每个阴极包括相应的阳极或阴极活性材料层，分别称为阳极层或称为阴极层。此外，一层电解质材料(图12中未示出)夹在阳极和阴极之间，从而该电解质材料将两个彼此面对的活性层分开。构成它们的各层的厚度通常不超过15μm，通常介于2μm和8μm之间。电池在第一横向边缘201上具有阳极连接230'，其中一个位于另一个下方。此外，在相对的横向边缘202上，提供阴极连接210'，其中一个位于另一个下方。阳极230和阴极210的堆叠横向偏移。阴极连接210'的位置使它们从阳极的自由面230”突出。类似地，在相对边缘201上，阴极的自由面210”从阳极的自由面后退(retrait)，阳极连接230'随后沉积在该自由面上。
[0005]然而，这种已知的解决方案具有某些缺点。更具体地说，根据电极的位置，特别是与多层电池电极边缘的距离远近和切口的清洁度，可能在端部出现通常为爬电短路形式的漏电流。尽管在电池周围及阴极和阳极连接附近使用了封装系统，但这样还是会降低电池性能。此外，有时会观察到电池上封装系统的沉积并不令人满意，特别是在电池边缘上由电池边缘上的电极横向偏移产生的空间处。
[0006]此外，由于各阳极和阴极端子从相邻的各阳极层和阴极层后退，因此需要大切口。因此必须用绝缘材料填充这种切口。由于其尺寸大，这种切割导致可用于生产电池本身的材料损耗较大。此外，需要在电池堆内存在的可用空腔中应用厚绝缘层。厚绝缘层会削弱整
个电池封装系统，因为在切割时，以厚层沉积的封装系统往往会分层。因此，现有技术的架构具有技术和经济缺陷。
[0007]最后，在许多应用中，必须降低电池的电阻，这会导致功率损失。对于现有技术所述的功率非常高的电池来说，连接元件的电阻显著影响电池的电阻：增加连接元件电阻的电池架构即使可以解决上面列出的其他一些问题也是不能接受的。在这方面，连接元件和电池旨在与所述连接元件接触的导电表面之间的连接必须具有尽可能小的接触电阻。这种连接可以仅通过粘合剂实现。为了用上述图12说明这一点，可以在封装电池和横向切割暴露边缘之后，将金属箔粘合到阳极230'和阴极210'的这些边缘上。良好的连接具有低电阻，其在电池寿命期间必须不能变差。
[0008]然而，通常用于在端子处粘合金属箔的导电胶通常具有较高的接触电阻，尤其是含有石墨的胶。相反，据了解，使用含有金属纳米颗粒或碳化物或氮化物纳米颗粒的油墨可以获得优异的导电性能。然而，只有当这些油墨在足以引起导电纳米颗粒烧结的温度下进行热处理时，才能实现这种低电阻。通常，约400℃的温度会导致烧结不完全，但该温度对于含有液体电解质的电池来说太高。
[0009]此外，烧结油墨的密度不够高，无法使其不透水蒸气(这种渗透性以水蒸气透过率(以下称为WVTR))表示；例如，的
‑
纳米铜油墨即是如此。因此，确实需要改善电池导电表面和连接元件之间的电接触质量，降低接触电阻并提高这种电接触的耐用性。
[0010]本专利技术的目的是至少部分克服现有技术上述的一些缺陷。
[0011]本专利技术的目的特别是提高高能量密度和高功率密度的可充电电池的产量，并以更低的成本产生更有效的封装。
[0012]特别是，本专利技术的目的是提出一种降低短路风险并制造具有较低自放电率的电池的方法。
[0013]特别是，本专利技术的目的是提出一种可以以简单、可靠和快速的方式制造寿命非常长的电池的方法。
[0014]本专利技术进一步的目的是提出一种使用比现有技术质量更高的切割步骤的方法。
[0015]本专利技术进一步的目的是提出一种增强最终电池生产过程中封装阶段和封装本身的方法。
[0016]本专利技术进一步的目的是提出一种材料损失更小的电池制造方法。
[0017]在任何情况下，这些问题的解决方案都不得增加电池的电阻，并且可能的话必须降低电阻。
[0018]专利技术的目的
[0019]上述目的中的至少一个目的通过下文所述的本专利技术的至少一个目的实现。本专利技术提出的各个目的涉及电池、其制造方法、能量消耗装置和另一实施例所述的电池，这些目的在所附权利要求中阐明。
[0020]本专利技术的第一目的是提供了一种电池(100)，包括至少一个阳极(3)和至少一个阴极(1)，一个在另一个之上交替设置，所述电池(100)包括横向边缘(101、102)以及纵向边缘(103、104)，所述横向边缘(101、102)包括至少一个阳极连接区和至少一个与阳极连接区横向相对的阴极连接区，其中阳极(3)包括：
[0021]‑
集电基板，
[0022]‑
至少一层阳极层，和
[0023]‑
任选的电解质材料层或浸渍电解质的隔离层，
[0024]以及阴极(1)包括：
[0025]‑
集电基板，
[0026]‑
至少一层阴极层，和
[0027]‑
任选的电解质材料层或浸渍电解质的隔离层，
[0028]从而电池包括依次由至少一层阳极层、至少一层电解质材料层或浸渍电解质的隔离层和至少一层阴极层形成的单元堆叠，
[0029]其特征在于：
[0030]‑
每个阳极和每个阴极包括各自的第一主体(111、131)，它们采用不含任何电极材料、电解质和集电基板的空间(113、133)与相应的第二主体(112、132)隔开，所述自由空间连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电池(100)，包括至少一个阳极(3)和至少一个阴极(1)，一个在另一个之上交替设置，所述电池(100)包括横向边缘(101、102)以及纵向边缘(103、104)，所述横向边缘包括至少一个阳极连接区和至少一个与阳极连接区横向相对的阴极连接区，其中阳极(3)包括：
‑
集电基板，
‑
至少一层阳极层，和
‑
任选的电解质材料层或浸渍电解质的隔离层，以及阴极(1)包括：
‑
集电基板，
‑
至少一层阴极层，和
‑
任选的电解质材料层或浸渍电解质的隔离层，从而电池包括依次由至少一层阳极层、至少一层电解质材料层或浸渍电解质的隔离层和至少一层阴极层形成的单元堆叠，其特征在于：
‑
每个阳极和每个阴极包括各自的第一主体(111、131)，它们采用不含任何电极材料、电解质和集电基板的自由空间(113、133)与相应的第二主体(112、132)隔开，所述自由空间连接电池的相对纵向边缘(103、104)，
‑
当从俯视图观察时，每个阳极和每个阴极包括在第一主体中形成的至少一个第一通孔(51，53)和在第二主体中形成的至少一个第二通孔(52，54)，应该理解的是，阴极第一主体中形成的第一通孔(51)在阳极第二主体中形成的第二通孔(54)的延续中延伸，从而这些孔(51，54)在彼此的延续中延伸，形成从一端到另一端穿过电池的第一贯穿通道(61)，阳极第一主体中形成的第一通孔(53)在阴极第二主体中形成的第二通孔(52)的延续中延伸，从而这些孔(52，53)在彼此的延续中延伸，形成从一端到另一端穿过电池的第二贯穿通道(63)，
‑
所述电池进一步包括容纳在所述第一贯穿通道(61)中的至少一个阴极导电装置(71、71'、71”)和容纳在所述第二贯穿通道(63)中的至少一个阳极导电装置(73、73'、73”)，阳极导电装置(73、73'、73”)能够收集流向至少一个阳极连接区的至少一部分电池电流，阴极导电装置(71、71'、71”)能够收集流向至少一个阴极连接区的至少一部分电池电流。2.根据前述权利要求所述的电池，其中每个贯穿通道在距相对的横向边缘(101、102)一定距离处延伸。3.根据前述权利要求所述的电池，其中将每个贯穿通道(61)与所述相对的横向边缘分隔开的最短距离(D
59
/D
56
)是0.04mm至1.95mm。4.根据权利要求1所述的电池，其中每个贯穿通道直接在所述横向边缘(401、402)中形成，阴极或阳极导电装置分别与所述横向边缘齐平，并且具有特别是半圆柱体的形状。5.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其中所述阳极和阴极导电装置彼此无关地选自：
‑
由导电材料制成的棒，
‑
紧配合的金属杆，
‑
由导电护套材料包裹的金属杆。
6.根据前述权利要求所述的电池，其中所述棒或所述金属杆的两个相对端定义紧固头。7.根据前述权利要求中任一项所述的电池，进一步包括：
‑
至少部分由导电材料制造的电连接支撑件，
‑
电绝缘装置，使所述连接支撑件的两个远端区域能够彼此绝缘，这些远端区域形成各自的电连接路径，
‑
所述阴极导电装置与第一电连接路径电接触，而所述阳极导电装置与第二电连接路径电接触。8.根据前述权利要求所述的电池，其中所述电连接支撑件是单层类型的，特别是金属网格或硅夹层。9.根据前述权利要求所述的电池，其中所述电连接支撑件包括多个层，其中一层布置在另一层下方，所述支撑件特别是印刷电路板类型。10.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其中所述自由空间的横向尺寸或宽度(L
113
)是0.01mm至0.5mm。11.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其中所述第二主体的横向尺寸或宽度(L
112
)是0.05mm至2mm。12.根据前述权利要求中任一项所述的电池，其中与所述自由空间相对的阴极(112')和阳极(132')的所述第二主体的自由面分别与阳极(131')和阴极(111')的所述第一主体的自由面齐平。13.根据前述权利要求中任一项所述的电池，包括封装系统，其包覆所述电池六个面中的四个面，并且部分包覆另外两个面，所述另外两个面与电池的所述第一和第二贯穿通道(61，63)相对且基本垂直，所述电池包括至少一个阳极连接区和至少一个阴极连接区。14.根据权利要求13所述的电池，其中所述封装系统包括：
‑
沉积在电池上的至少一个第一覆盖层，优选选自聚对二甲苯、聚对二甲苯F、聚酰亚胺、环氧树脂、硅树脂、聚酰胺、溶胶
‑
凝胶二氧化硅、有机二氧化硅和/或它们的混合物，
‑
至少一个由电绝缘材料组成的第二覆盖层，通过原子层沉积法或PECVD、HDPCVD或ICPCVD沉积在所述至少一个第一覆盖层上，应当理解的是，至少一个第一覆盖层和至少一个第二覆盖层的序列可以重复z次，其中z≥1。15.根据权利要求13所述的电池，其中所述封装系统包括：
‑
至少一个第一覆盖层，其WVTR非常低，优选小于10
‑5g/m2.d，沉积在阳极箔和阴极箔堆叠的外围，应当理解的是，所述第一覆盖层可以重复z'次，其中z'≥1。16.根据权利要求15所述的电池，其中所述至少一个第一覆盖层包括：
‑
陶瓷材料，优选选自氧化物、氮化物、氧氮化物、Si
x
N
y
、SiO2、SiON、非晶硅或SiC，和/或
‑
低熔点玻璃，优选熔点小于600℃的玻璃，更优选选自SiO2‑
B2O3；Bi2O3‑
B2O3、ZnO
‑
Bi2O3‑
B2O3、TeO2‑
V2O5和PbO
‑
SiO2的低熔点玻璃。17.根据前述权利要求中任一项所述的电池，包括覆盖至少所述阳极连接区(75、75')和至少所述阴极连接区(76、76')的端子系统。
18.根据前述权利要求所述的电池，其中所述端子系统依次包括：

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