高能量密度的锂离子电池制造技术

已知一种锂离子电池（100），所述电极

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高能量密度的锂离子电池


[0001]下面描述的本专利技术涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括电极
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分离器
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复合体。

技术介绍

[0002]电化学电池能够通过氧化还原反应将储存的化学能转化为电能。它们通常包括正电极和负电极，正电极和负电极通过分离器彼此分开。在放电时，负电极上的电子通过氧化过程释放。由此产生电子流，所述电子流可以被外部的耗电器截取，对于所述外部的耗电器，电化学电池用作能量供应器。同时，在电池内产生与电极反应相对应的离子流。该离子流穿过分离器并且通过传导离子的电解质实现。
[0003]如果放电是可逆的，即存在将在放电时发生的化学能又相反转换为电能的可能性并且由此再次对电池充电，则称为二次电池。在二次电池中通常将负电极作为阳极的常见名称以及正电极作为阴极的名称涉及电化学电池的放电功能。
[0004]广泛使用的二次锂离子电池基于锂的使用，所述锂可以以离子的形式在电池的电极之间来回移动。在此，锂离子电池的特征在于相对高的能量密度。锂离子电池的负电极和正电极通常由所谓的复合电极形成，所述复合电极除了电化学活性组分之外还包括电化学非活性组分。
[0005]作为用于二次锂离子电池的电化学活性组分（活性材料）原则上考虑所有能够吸收和再次释放锂离子的材料。对于负电极，为此通常使用碳基颗粒、例如石墨碳。也可以使用其它非石墨化的碳材料，所述碳材料适合于锂的插层。此外，也可以使用可与锂合金化的金属和半金属材料。因此，例如元素锡、铝、锑和硅能够与锂形成金属间相。作为正极用活性材料，例如可使用锂钴氧化物（LiCoO2）、锂锰氧化物（LiMn2O4）、钛酸锂（Li4Ti5O
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）或磷酸铁锂（LiFePO4）或其衍生物。电化学活性材料通常以颗粒形式包含在电极中。
[0006]作为电化学非活性组分，复合电极通常包括面状和/或带状的集流器，例如涂覆有活性材料的金属膜。用于负电极的集流器（阳极集流器）例如可以由铜或镍形成，并且用于正电极的集流器（阴极集流器）例如可以由铝形成。此外，电极可以包括电极粘合剂（例如聚偏氟乙烯（PVDF）或其他聚合物、例如羧甲基纤维素）。这确保了电极的机械稳定性，并且通常还确保了活性材料在集流器上的粘附性。此外，电极可以包含提高导电性的添加剂和其他附加剂。
[0007]作为电解质，锂离子电池通常包括锂盐的溶液、例如六氟磷酸锂（LiPF6）在有机溶剂中（例如碳酸的醚和酯）。
[0008]在制造锂离子电池时，将复合电极与一个或多个分离器组合成复合体。在大多数情况下，电极和分离器在此通过层压或通过粘合彼此连接。然后可以通过用电解质浸渍复合体来建立电池的基本功能。
[0009]在许多实施方式中，复合体平坦地（eben）构造，使得多个复合体可以扁平地（flach）彼此堆叠。然而，非常经常地，复合体以绕组的形式形成或加工成绕组。
[0010]通常，无论是否卷绕，复合体包括正电极/分离器/负电极的序列。通常，复合体被制造为所谓的双电池，其具有可能的序列：负电极/分离器/正电极/分离器/负电极或正电极/分离器/负电极/分离器/正电极。
[0011]对于在汽车领域中的应用，对于电动自行车或者也对于具有高能量需求的其它应用、例如在工具中，需要具有尽可能高的能量密度的锂离子电池，所述锂离子电池同时能够在充电和放电时以大电流加载。这样的电池例如在WO 2017/215900 A1中描述。
[0012]用于所述应用的电池通常构造为柱形的圆形电池，例如具有21
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70的形状系数（直径乘以高度，单位为mm）。这种类型的电池总是包括呈绕组形式的复合体。这种形状系数的现代锂离子电池已经可以达到高达270Wh/kg的能量密度。然而，该能量密度仅被视为中间步骤。市场已经要求还要更高能量密度的电池。
[0013]然而，在开发改进的锂离子电池时，除了能量密度之外，还需要考虑其他因素。特别重要的参数是电池的内阻，其应保持尽可能低，以减少充电和放电时的功率损失，以及电极的热连接，这对于电池的温度调节可能是必不可少的。这些参数对于包含呈绕组形式的复合体的柱形的圆形电池也是非常重要的。在电池的快速充电时，由于功率损失，电池中可能出现热阻塞，这可能导致巨大的热机械负载，并因此导致电池结构的变形和损坏。当集流器的电连接通过单独的电焊接到集流器上的避雷器叶片（其轴向地从卷绕的复合体中出来）进行，则存在更大的危险，因为在充电或放电时的强负载时，局部地在这些避雷器叶片上可能出现加热。

技术实现思路

[0014]本专利技术的目的在于提供锂离子电池，其特征在于相对于现有技术改进的能量密度，并且同时在其内阻和其被动散热能力方面具有突出的特性。
[0015]该目的通过具有权利要求1的特征的锂离子电池以及具有权利要求9的特征的方法来实现。该电池和该方法的优选设计方案由从属权利要求得出。
[0016]根据本专利技术的锂离子电池的特征始终在于紧接着的特征a.至i.：a.所述电池包括带状的电极
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分离器
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复合体，所述电极
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分离器
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复合体具有阳极/分离器/阴极的序列。
[0017]b.阳极包括带状的阳极集流器，所述带状的阳极集流器具有第一和第二纵向边缘和两个端部。
[0018]c.阳极集流器具有带状的主区域以及自由的边缘带，所述主区域负载有负电极材料层，所述自由的边缘带沿着第一纵向边缘延伸并且未负载有电极材料。
[0019]d.阴极包括带状的阴极集流器，所述带状的阴极集流器具有第一和第二纵向边缘和两个端部。
[0020]e.阴极集流器具有带状的主区域以及自由的边缘带，所述主区域负载有正电极材料层，所述自由的边缘带沿着第一纵向边缘延伸并且未负载有电极材料。
[0021]f.电极
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分离器
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复合体以具有两个末端端侧的绕组的形式存在，或者是由两个或更多个相同的电极
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分离器
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复合体形成并且同样具有两个末端侧的堆叠的组成部分。
[0022]g.所述电极
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分离器
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复合体，必要时连同所述堆叠的一个或多个其他相同的电极
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分离器
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复合体被壳体包围。
[0023]h.阳极和阴极这样构造和/或在电极
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分离器
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复合体内部这样相对于彼此布置，使得阳极集流器的第一纵向边缘从堆叠的末端端侧或侧面中的一个出来，并且阴极集流器的第一纵向边缘从堆叠的末端端侧或侧面中的另一个出来。
[0024]h.电池具有金属的接触板件，第一纵向边缘中的一个第一纵向边缘优选在长度上与金属的接触板件直接接触。
[0025]i.接触板件通过焊接与该纵向边缘连接。
[0026]特别优选地，电池包括两个接触板件，其中一个接触板件与阳极集流器的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.锂离子电池（100），具有以下特征：a.所述电池包括带状的电极
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分离器
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复合体（104），所述电极
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分离器
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复合体具有阳极（120）/分离器（118）/阴极（130）的序列，b.所述阳极（120）包括带状的阳极集流器（110），所述带状的阳极集流器具有第一纵向边缘（110e）和第二纵向边缘以及两个端部，c.所述阳极集流器（110）具有带状的主区域（122）以及自由的边缘带（121），所述主区域加载有负电极材料（123）的层，所述自由的边缘带沿着所述第一纵向边缘（110e）延伸并且所述自由的边缘带未加载有电极材料（123），d.所述阴极（130）包括带状的阴极集流器（115），所述带状的阴极集流器具有第一纵向边缘（115e）和第二纵向边缘以及两个端部，e.所述阴极集流器（115）具有带状的主区域（116）以及自由的边缘带（117），所述主区域加载有正电极材料（125）的层，所述自由的边缘带沿着所述第一纵向边缘（115e）延伸并且所述自由的边缘带未加载有电极材料（125），f.所述电极
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分离器
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复合体（104）以具有两个末端端侧的绕组的形式存在或者是堆叠的组成部分，所述堆叠由两个或更多个相同的电极
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分离器
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复合体（104）形成并且同样具有两个末端侧，g.所述电极
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分离器
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复合体（104）必要时连同所述堆叠的一个或多个另一相同的电极
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分离器
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复合体被壳体包围，h.所述阳极（120）和所述阴极（130）这样构造和/或在所述电极
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分离器
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复合体（104）内部这样相对于彼此布置，使得所述阳极集流器（110）的第一纵向边缘（110e）从所述堆叠的末端端侧或侧面中的一个出来，并且所述阴极集流器（115）的第一纵向边缘（115e）从所述堆叠的末端端侧或侧面中的另一个出来，h.所述电池具有金属的接触板件（101a、102、155），所述第一纵向边缘（110e、115e）中的一个第一纵向边缘与所述金属的接触板件直接接触，并且i.所述接触板件（101a、102、155）通过焊接与所述纵向边缘（110e、115e）连接，以及附加的特征j.壳体的一部分（101a）用作接触板件和/或接触板件（102、155）形成壳体的一部分，其包围电极
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分离器
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复合体（104）。2.根据权利要求1所述的电池，具有以下附加特征：a.所述壳体包括具有底部（101a）和环绕的侧壁（101b）和开口的杯形的第一壳体部分（101）和封闭所述开口的第二壳体部分（102），b.接触板件是第一壳体部分（101）的底部（101a）。3.根据权利要求2所述的电池，具有以下附加特征：a.电池（100）具有金属的接触板件（101a），阳极集流器（110）的第一纵向边缘（110e）与所述金属的接触板件直接接触，并且所述纵向边缘（110e）通过焊接与所述金属的接触板件连接，b.电池（100）具有金属的接触板件（105），阴极集流器（115）的第一纵向边缘（115e）与所述金属的接触板件直接接触，并且所述纵向边缘（115e）通过焊接与所述金属的接触板件连接，
c.接触板件中的一个接触板件是第一壳体部分（101）的底部（101a），d.接触板件（105）中的另一个接触板件通过电导体（107）与第二壳体部分（102）连接，e.所述电池（100）包括电密封件（103），所述电密封件使所述第一壳体部分（101）和所述第二壳体部分（102）彼此电绝缘。4.根据权利要求2所述的电池，具有以下附加特征：a.电池（100）具有金属的接触板件（101a），阳极集流器（110）的第一纵向边缘（110e）与所述金属的接触板件直接接触，并且所述纵向边缘（110e）通过焊接与所述金属的接触板件连接，b.电池（100）具有金属的接触板件（105），阴极集流器（115）的第一纵向边缘（115e）与所述金属的接触板件直接接触，并且所述纵向边缘（115e）通过焊接与所述金属的接触板件连接，c.接触板件中的一个接触板件是第一壳体部分（101）的底部（101a），d.第二壳体部分（102）焊接到第一壳体部分（101）的开口中并且包括极穿引部，电导体（108）通过所述极穿引部从壳体中引出，e.接触板件中的另一个接触板件（105）与所述电导体（108）电连接。5.根据权利要求2所述的电池，具有以下附加特征：a.电池（100）具有金属的接触板件（101a），阳极集流器（110）的第一纵向边缘（110e）与所述金属的接触板件直接接触，并且所述纵向边缘（110e）通过焊接与所述金属的接触板件连接，b.电池（100）具有金属的接触板件（102），阴极集流器（115）的第一纵向边缘（115e）与所述金属的接触板件直接接触，并且所述纵向边缘（115e）通过焊接与所述金属的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：瓦尔达微电池有限责任公司，
类型：发明
国别省市：