用于电极的间隔物、电极堆叠及电池与其系统及方法技术方案

一种电池包含电极组合件。所述电极组合件具有单位晶胞群，每一单位晶胞包含处于堆叠连续中的电极集电器层、电极层、隔板层、对电极层和对电极集电器层。所述电极层具有电极活性材料，且所述对电极层具有对电极活性材料。所述电极活性材料和所述对电极材料中的一个为阴极活性材料，且所述电极活性材料和所述对电极材料中的另一个为阳极活性材料。所述单位晶胞群的子集包含位于所述电极集电器层与所述对电极集电器层之间的一对间隔物部件。所述对电极活性材料的至少一部分在由x轴和z轴界定的共同平面中位于所述间隔物部件之间。共同平面中位于所述间隔物部件之间。共同平面中位于所述间隔物部件之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电极的间隔物、电极堆叠及电池与其系统及方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请案要求2020年11月18日申请的美国临时专利申请案63/115,266和2020年11月18日申请的美国临时申请案第63/115,578号的优先权。所述临时申请案均以全文引用的方式并入本文中。
[0003]参考2019年8月06日申请的美国专利申请案第16/533,082号，其要求2018年8月06日申请的美国临时专利申请案第62/715,233号的优先权；且参考2018年11月15日申请的国际专利申请案第PCT/US2018/061245号，其要求2017年11月15日申请的美国临时申请案第62/586,737号和2018年8月06日申请的62/715,233的优先权，所述申请案中的每一个以全文引用的方式并入本文中。


[0004]本公开的领域大体上涉及能量存储技术，例如电池技术。更具体地说，本公开的领域涉及用于能量存储系统的组合件，例如供包含锂基电池的二次电池使用的电极的系统和方法。

技术介绍

[0005]锂基二次电池由于其相对较高的能量密度、功率和贮藏寿命而变成所要能量源。锂二次电池的实例包含非水性电池，例如锂离子和锂聚合物电池。
[0006]例如电池、燃料电池和电化电容器的已知能量存储装置通常具有二维层状架构，例如平面或螺旋卷绕(即，凝胶卷)层压结构，其中每一层压物的表面面积大约等于其几何占用面积(忽略孔隙度和表面粗糙度)。
[0007]图1绘示通常以10指示的已知层状型二次电池的截面图。电池10包含与正电极20接触的正电极集电器15。负电极25通过隔板30与正电极20分隔开。负电极25与负电极集电器35接触。如图1中所展示，电池10以堆叠形式形成。堆叠有时由负电极集电器35上方的另一隔板层(图中未示)覆盖，且接着滚卷且放置于罩(图中未示)中以组装电池10。在充电过程期间，载流子离子(通常为锂)离开正电极20且行进穿过隔板30进入负电极25中。取决于所使用的阳极材料，载流子离子嵌入(例如位于负电极材料的基质中，而不形成合金)或与负电极材料形成合金。在放电过程期间，载流子离子离开负电极25且行进返回隔板30且返回到正电极20中。
[0008]与层状二次电池相比，三维二次电池可提供增加的容量和寿命。然而，生产这类三维二次电池在制造和成本上具有挑战。迄今，所使用的精密制造技术可产生具有改进周期寿命的二次电池，但代价为产率和制造成本。然而，当加速已知制造技术时，可引起电池的缺陷数目增加、容量损失和寿命减少。
[0009]因此，将需要生产三维电池，同时解决已知技术中的问题。

技术实现思路

[0010]一实施例包含一种用于在充电状态与放电状态之间循环的二次电池。电池包括壳体和安置于壳体内的电极组合件，其中电极组合件具有分别对应于三维笛卡尔坐标系统的x、y和z轴的互相垂直的横向、纵向和竖直轴。电极组合件包括单位晶胞群，每一单位晶胞包括在纵向方向上处于堆叠连续中的电极集电器层、电极层、隔板层、对电极层和对电极集电器层。电极层包括电极活性材料，且对电极层包括对电极活性材料。电极活性材料和对电极材料中的一个为阴极活性材料，且电极活性材料和对电极材料中的另一个为阳极活性材料。单位晶胞群的子集进一步包括在电极集电器层与对电极集电器层之间位于堆叠连续中的一对间隔物部件。间隔物部件中的一个在横向方向上与另一间隔物部件间隔开。对电极层的对电极活性材料的至少一部分位于间隔物部件之间，使得对电极活性材料的部分和间隔物部件位于由x轴和z轴界定的共同平面中。
[0011]另一实施例包含一种电极组合件，其具有分别对应于三维笛卡尔坐标系统的x、y和z轴的互相垂直的横向、纵向和竖直轴。电极组合件包括单位晶胞群，每一单位晶胞包括在纵向方向上处于堆叠连续中的电极集电器层、电极层、隔板层、对电极层和对电极集电器层。电极层包括电极活性材料，且对电极层包括对电极活性材料。电极活性材料和对电极材料中的一个为阴极活性材料，且电极活性材料和对电极材料中的另一个为阳极活性材料。单位晶胞群的子集进一步包括在电极集电器层与对电极集电器层之间位于堆叠连续中的一对间隔物部件。间隔物部件中的一个在横向方向上与另一间隔物部件间隔开。对电极层的对电极活性材料的至少一部分位于间隔物部件之间，使得对电极活性材料的部分和间隔物部件位于由x轴和z轴界定的共同平面中。
[0012]另一实施例包含一种制造供与二次电池一起使用的单位晶胞的方法。方法包括在纵向方向上连续地堆叠电极集电器层、电极层、隔板层、对电极层和对电极集电器层。电极层包括电极活性材料，且对电极层包括对电极活性材料。电极活性材料和对电极材料中的一个为阴极活性材料，且电极活性材料和对电极材料中的另一个为阳极活性材料。方法包含将一对间隔物部件放置于电极集电器层与对电极集电器层之间的堆叠连续中。间隔物部件中的一个在横向方向上与另一间隔物部件间隔开。对电极层的对电极活性材料的至少一部分位于间隔物部件之间，使得对电极活性材料的部分和间隔物部件位于由x轴和z轴界定的共同平面中。
[0013]另一实施例包含一种制造供与二次电池一起使用的电极组合件的方法。方法包括在纵向方向上连续地堆叠电极集电器层、电极层、隔板层、对电极层和对电极集电器层。电极层包括电极活性材料，且对电极层包括对电极活性材料。电极活性材料和对电极材料中的一个为阴极活性材料，且电极活性材料和对电极材料中的另一个为阳极活性材料。方法包含将一对间隔物部件放置于电极集电器层与对电极集电器层之间的堆叠连续中。间隔物部件中的一个在横向方向上与另一间隔物部件间隔开。对电极层的对电极活性材料的至少一部分位于间隔物部件之间，使得对电极活性材料的部分和间隔物部件位于由x轴和z轴界定的共同平面中。
[0014]另一实施例包含一种用于合并多个电极材料幅材的方法。方法包括沿着第一幅材合并路径退绕电极材料的第一幅材，所述第一幅材包括由对应弱化撕裂图案划定的电极子单元群和第一输送特征群。方法进一步包含沿着第一幅材合并路径下游的第二幅材合并路
径退绕电极材料的第二幅材，所述第二幅材包括由对应弱化撕裂图案划定的电极子单元群和第二输送特征群。过程还包含邻近于第一幅材合并路径和第二幅材合并路径在幅材合并方向上输送包括多个突出部的带。多个突出部配置成与第一幅材的第一输送特征和第二幅材的第二输送特征啮合。方法进一步包含将间隔物部件群插入于电极材料的第一幅材与电极材料的第二幅材之间。方法包含在第一幅材合并位置下游的第二幅材合并位置处将电极材料的第二幅材覆盖于电极材料的第一幅材上，在电极材料的第一幅材与电极材料的第二幅材之间捕获间隔物部件群。
[0015]又一实施例包含一种用于在充电状态与放电状态之间循环的电池，所述电池包括壳体和安置于壳体内的电极组合件，其中电极组合件具有分别对应于三维笛卡尔坐标系统的x、y和z轴的互相垂直的横向、纵向和竖直轴。电极组合件包括单位晶胞群，每一单位晶胞具有主体、第一边缘边限、在横向方向上与第一边缘边限分隔开的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在充电状态与放电状态之间循环的二次电池，所述电池包括壳体和安置于所述壳体内的电极组合件，其中：所述电极组合件具有分别对应于三维笛卡尔坐标系统的x、y和z轴的互相垂直的横向、纵向和竖直轴，所述电极组合件包括单位晶胞群，每一单位晶胞包括在纵向方向上处于堆叠连续中的电极集电器层、电极层、隔板层、对电极层和对电极集电器层，所述电极层包括电极活性材料，且所述对电极层包括对电极活性材料，其中所述电极活性材料和所述对电极材料中的一个为阴极活性材料且所述电极活性材料和所述对电极材料中的另一个为阳极活性材料，所述单位晶胞群的子集进一步包括一对间隔物部件，所述对间隔物部件在所述电极集电器层与所述对电极集电器层之间位于所述堆叠连续中，所述间隔物部件中的一个在横向方向上与所述对间隔物部件中的另一间隔物部件间隔开，所述对电极层的所述对电极活性材料的至少一部分位于所述对间隔物部件之间以使得所述对电极活性材料的所述部分和所述间隔物部件位于由所述x轴和所述z轴界定的共同平面中。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述对电极层具有中心部分和所述中心部分的相对侧上的一对侧接部分，所述侧接部分具有等于或小于所述中心部分的宽度的50％的宽度，且其中所述中心部分为所述对电极活性材料的位于所述共同平面中的所述部分。3.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述对电极层具有中心部分和所述中心部分的相对侧上的一对侧接部分，所述侧接部分具有等于或小于所述中心部分的宽度的30％的宽度，且其中所述侧接部分为所述对电极活性材料的位于所述共同平面中的所述部分。4.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述对电极层具有在与所述对电极集电器层的界面与与所述隔板层的界面之间测量的最大宽度，所述共同平面出现于所述最大宽度的至少50％上。5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件中的每一个具有在所述横向方向上延伸的长度，所述间隔物部件的所述长度等于或小于500μm。6.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述对电极层具有第一末端和在所述横向方向上与所述第一末端间隔开的第二末端，所述对电极层的所述第一末端邻近于所述间隔物部件中的一个且所述对电极层的所述第二末端邻近于所述间隔物部件中的另一个。7.根据权利要求6所述的二次电池，其中所述第一末端和所述第二末端对应于所述对侧接部分。8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件安置于所述隔板层与所述电极层之间。9.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件安置于所述隔板层与所述电极集电器层之间。10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件安置于所述隔板与所述对电极层之间。11.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件安置于所述隔板层与所述对电极集电器层之间。12.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件粘合到所述电极集电器层、
所述电极层、所述隔板层、所述对电极层和所述对电极集电器层中的至少一个。13.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述电极层具有第一末端和在所述横向方向上与所述第一末端间隔开的第二末端以界定所述电极层的横向范围，所述电极层的所述横向范围在所述单位晶胞的端部之前终止。14.根据权利要求1所述的二次电池，其中(i)所述单位晶胞群的所述部件在所述纵向方向上处于堆叠连续中，(ii)所述单位晶胞群包括单位晶胞的相邻对的两个集合，(iii)所述相邻对的所述两个集合中的一个共享共同电极集电器层且所述相邻对的所述两个集合中的另一个共享共同对电极集电器层。15.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件包括电绝缘材料。16.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述单位晶胞包括含有稳定锂金属粒子的补充间隔物。17.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述间隔物部件包括粘合带，所述粘合带具有基底和设...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：艾诺维克斯公司，
类型：发明
国别省市：