用于储能器件的电极折叠体制造技术

本发明专利技术公开了一种叠层性储能器件（ＥＳＤ），具有至少两个按叠层方式布置的导电衬底。每个电池段可以包含具有第一活性材料电极的第一电极单元，具有第二活性材料电极的第二电极单元，以及在这两个活性材料电极之间的电解质层。每个活性材料电极可以具有多个折叠部分和平面部分，以通过例如增加每个电池段内的界面数来增加ＥＳＤ容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及储能器件(ESD)，并且更特别地，本专利技术涉及具有电极折叠体的层叠型ESD。
技术介绍
双极性ESD与标准的卷绕式电池或方形电池相比可以提供增加的放电率以及在它们的外部连接器之间更高的电势，并且因此为一些应用所高度需求。常规的ESD不是被制造成只有两个电极的卷绕式电池结构，就是被制造成具有许多平行板组的标准方形电池结构。在这两种类型中，电解质在ESD之内到处共用。卷绕式电池结构和方形电池结构两者都由于它们的电通路而承受着高电阻之害，其中所述电通路必须穿过多个连接并且跨越相当长的距离以覆盖串联的布局中从一个电池到下一个电池的整个电路。另外，卷绕式电池结构和方形电池结构两者都需要具有相对较高的机械稳定性的电极，以便组装和处理该电极并将其封装到电池之内。卷绕式电池的电极必须有足够的弹性以避免与卷绕有关的应力相关型缺陷，因为该电极在卷绕和封装过程期间被弯曲到某一曲率范围，这可能会带来结构性的破坏并且对ESD的性能造成不利影响。方形电极通常是扁平的并且一般不会受到由卷绕式电池结构的卷绕过程所带来的应力。但是，方形电极在电池内具有相同极性的平板之间需要另加的连接元件。因此，所希望的是提供避免卷绕过程并从而避免卷绕的应力相关型缺陷的ESD。 此外，还希望提供具有沿着折叠的机械互补的共集电极的或者沿着电子传递路径的电极的 ESD，以消除如同方形电池结构那样对另加的连接元件的需要。随着ESD在各种应用中的使用的增加，这些器件的容量已经成为了重要的因素。 ESD容量是关于ESD所存储的电荷的测度并且是能够从ESD取出的最大能量的一部分。ESD 的容量可以与ESD内所含有的活性材料的质量以及在ESD内的电极之间的界面数有关。在常规的卷绕式电池结构和方形电池结构中，容量通过添加更多的材料(例如，通过添加更多的电极或者增加电极的尺寸)来增加。这增加了 ESD的尺寸，并且相对于所产生的容量的增量，可能给ESD增添了相当大的质量。因此，所希望的是提供具有容量增加的电池的层叠型双极性ESD而最小化ESD的质量和体积。此外，还希望提供具有在电极之间的界面数增加的电池的层叠型双极性ESD。
技术实现思路
鉴于以上情况，本专利技术提供了用于具有增加的容量和折叠电极的层叠型ESD的装置和方法。根据一种实施例，本专利技术提供了具有沿层叠方向设置的第一导电衬底和第二导电衬底的ESD。第一活性材料可以设置于第一导电衬底和第二导电衬底之间，以及第二活性材料可以设置于第一导电衬底和第二导电衬底之间。第一和第二活性材料每个都可以折叠并且可以具有正交于层叠方向的多个平面部分，其中每个平面部分都可以通过折叠部分耦接至邻接的平面部分，并且其中第一活性材料的每个相应平面部分可以与第二活性材料的相应平面部分形成界面(interface)。在本专利技术的一些实施例中，可以提供用于储能器件的粉末充填电极。活性粉末可以被干法充填到衬底之内，并且活性粉末可以用润湿剂润湿以确保衬底的均勻分布和表面梯度。可以用粘结剂层将活性粉末覆涂(over-coat)于衬底的表面上。粘结剂层的化学阻力(chemical resistance)可以使活性粉末保持于原地，而允许电解质离子输运到衬底以及从衬底输运来。在一些实施例中，衬底可以耦接至可以折叠以形成折叠电极的共集电极。附图说明在结合附图来考虑下面的详细描述时，本专利技术的以上及其他目标和优点将是显而易见的，在全部附图中相同的参考符号指示相同的部件，以及在附图中图1示出了根据本专利技术的一种实施例的双极性电极单元(BPU)的结构的示意性截面图；图2示出了根据本专利技术的一种实施例的图1的BPU的叠层的结构的示意性截面图；图3示出了根据本专利技术的一种实施例的层叠型双极性ESD的结构的示意性截面图；图4示出了根据本专利技术的一种实施例的具有加厚电极的BPU的叠层的结构的示意性截面图；图5示出了根据本专利技术的一种实施例的具有电极折叠体的BPU的叠层的结构的示意性截面图；图6示出了根据本专利技术的一种实施例的具有电极折叠体的BPU的叠层的结构的示意性截面图；图7示出了根据本专利技术的一种实施例的折纸型电极折叠体的立体图；图8示出了根据本专利技术的一种实施例的图7的折纸型电极折叠体的侧视图；图9A和9B分别示出了根据本专利技术的一种实施例的活性材料电极层的结构的顶视图和侧视图；图9C示出了根据本专利技术的一种实施例的已经折叠的图9A-9B的活性材料电极层的侧视图；图IOA和IOB分别示出了根据本专利技术的一种实施例的活性材料电极层的结构的顶视图和侧视图；图IOC示出了根据本专利技术的一种实施例的已经折叠的图10A-10B的活性材料电极层的侧视图；以及图11示出了根据本专利技术的一种实施例的用于粉末充填电极的示例性流程图。具体实施例方式本专利技术提供了用于具有增加的容量的层叠型储能器件(ESD)的装置和方法，并且所述装置和方法在下面参照图1-11来描述。本专利技术涉及ESD，例如，蓄电池、电容器，或者可以存储和/或提供电能或电流的任意其他适合的电化学能量或电力存储器件。应当理解， 虽然本专利技术在此针对层叠型双极性ESD来描述，但是所讨论的概念可应用于任何电池间电极的配置，包括但不限于平行板、方形的、折叠的、卷绕的和/或双极性的配置，任意其他适合的配置，或者它们的任意组合。具有层叠形式的密封电池的各种类型的ESD已经被开发出，该ESD与标准的卷绕式或方形ESD相比，能够提供更高的放电率以及在外部连接器之间更高的电势，并且因此为一些应用所高度需求。这些具有层叠形式的密封电池的ESD的一些类型已经被开发出， 该类型的ESD —般包括单独密封的单极性电极单元(MPU)对的叠层。这些MPU每个都设置有涂布于集流体的第一侧上的正极活性材料电极层或负极活性材料电极层。具有正极活性材料电极层的MPU (即，正极MPU)和具有负极活性材料电极层的MPU (即，负极MPU)使电解质层位于它们之间，用于使这两个MPU的集流体电绝缘。这对正极MPU和负极MPU的集流体，连同活性材料电极层以及它们之间的电解质一起，被密封为单个电池或电池段。包括此类电池(每个电池都具有正极MPU和负极MPU)的叠层的ESD在此将被称为“层叠型单极性” ESD。正极MPU的集流体中在第一电池内的未涂有电极层的那一侧与负极MPU的集流体中在第二电池内的未涂有电极层的那一侧电耦接，使得第一和第二电池处于层叠形式。这些在叠层中的电池段的串联配置可能导致电势在集流体之间是不同的。但是，如果特定电池的集流体彼此接触或者如果特定电池中的两个MPU的共同电解质与叠层中的任意另加的MPU共用，则该ESD的电压和能量将会快速地衰减(即，放电)到零。因此，层叠型单极性ESD将其每个电池的电解质与它的其他每个电池的电解质独立地密封开来。具有层叠形式的密封电池的其他类型的ESD已经被开发出，此类ESD—般包括一系列层叠型双极性电极单元(BPU)。这些BPU每个都设置有涂布于集流体的相对两侧上的正极活性材料电极层和负极活性材料电极层。任意两个BPU都能够层叠于彼此之上，电解质层被设置于一个BPU的正极活性材料电极层与另一个BPU的负极活性材料电极层之间， 用于使这两个BPU的集流体电绝缘。任意两个相邻的BPU的集流体，连同活性材料电极层以及它们之间的电解质一起，同本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种储能器件（ＥＳＤ），包括：第一导电衬底；沿层叠方向设置的第二导电衬底；设置于所述第一导电衬底和所述第二导电衬底之间的第一活性材料；以及设置于所述第一导电衬底和所述第二导电衬底之间的第二活性材料，其中所述第一和第二活性材料各自被折叠并且包括：正交于所述层叠方向的多个平面部分，其中每个平面部分通过折叠部分与相邻的平面部分耦接，以及其中所述第一活性材料的每一个相应平面部分与所述第二活性材料的相应平面部分形成界面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·韦斯特，
申请(专利权)人：G四协同学公司，
类型：发明
国别省市：US