叠层电池及其制备方法技术

描述了带有多层或者单层复合隔离物的电极。多层复合隔离物包含多个独立的复合隔离层。每一独立的复合隔离层均包括无机颗粒材料和有机聚合物，且有着不同的无机颗粒材料/有机聚合物重量比。多层复合隔离层构造方式为与电极活性材料相邻的复合隔离层含有比电极电流收集器最外端的隔离层更高重量百分比的无机颗粒材料和更低重量百分比的有机聚合物。描述了一种叠层电池，其包括阳电极、阴电极和叠层化的多层或者单层的复合隔离层，其特征在于，至少有一个电极的电极表面涂布有多层或者单层的复合隔离物。还描述了该叠层电池的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体涉及电化学电池。具体来说，本专利技术涉及电池单元(battery cells)。 更具体的说，本专利技术涉及电化学电池单元的隔离层。
技术介绍
叠层化是电池单元组装的重要方法，能够提高电池的性能特性，同时增强电池生产中操作的简易性。在电池单元中，多种机制产生的气体可能会对电池的性能和特性产生负面影响。目前的方形蓄电池技术(无叠层化)采用机械施加的压力以保证接口完好，同时将气体赶至边缘，该方法会增加电池多余的重量和体积。相反地，通过将电池的电极叠层在一起，将气体驱赶到堆叠的边缘，我们可以减小气体的副作用，避免气体形成夹层气泡而导致界面阻力增加(在方形蓄电池中尤为重要)。此外，适当叠层化的界面与非叠层界面相比，往往会具有更低的阻抗(电阻)，进而提高所述电池的功率特性。其次，在方形电池组装过程中，还需要特别注意保持电极对齐。通过在堆叠过程中和/或者在堆叠后，将整个堆叠叠层在一起成为一个单片实体，使电池在随后的组装步骤中不易于出现对齐错误。隔离层是电池的重要组成部分。这些隔离层可用于防止电池的阳极和阴极接触， 同时保证电解质的通过。此外，隔离层的选择对电池的性能属性，例如循环寿命和功率影响很大。例如，转让给贝尔通信研究公司的美国专利5，587，253公开了一种柔软的聚偏二氟乙烯(PVdF)-HFP共聚物，其高度塑化，可以作为粘合剂应用于复合隔离物中。虽然使用更加柔软的复合隔离物可以提供更温和的叠层化条件，但是该隔离层的力学性能退化，从而导致电池其他性能变差。无机复合材料也被应用于隔离层。该复合隔离层包括二氧化硅、氧化铝、二氧化钛 (或者其它的陶瓷)填充材料以及聚合物粘合剂。填充物和粘合剂可以通过混合和挤压形成一种复合层，进而通过提取或者蒸发去除所有挥发性组分形成多孔坯体。其他的实施例是将填充物和粘合剂混合形成一种混合物，此种混合物通过多种涂层手段施用于底物，这些手段包括刮片法、辊式涂布、辊筛或者丝网印刷、凹版印刷等。聚合物-无机物隔离物的组合物会影响形成的隔离层的性质和电池的性能。聚合物-富集的隔离层，虽然易于叠层化，而且提供了较好的叠层强度，但是往往会导致低孔隙率、高电阻和低导电性。相反地，无机填充物-富集的隔离层，往往具有高孔隙率和较好的导电性，但是在尽可能减小对电池伤害的条件下，其却经常难于叠层化，且导致较低的叠层强度。因此，有必要开发一种既易于叠层化，同时又具有优良的叠层强度、孔隙率和导电性的无机材料-聚合物的隔离层材料。
技术实现思路
描述了一种电极，此电极包括电流收集器、电极活性材料和置于电极活性材料上的多层复合隔离层。同时描述了一种电极，此电极包括电流收集器、电极活性材料和置于电极活性材料上的单层复合隔离层。描述了一种叠层电化学电池，其包括阳电极、阴电极和叠层的多层复合隔离层。电极中至少有一个电极的活性材料上有多层或者单层复合隔离层。一方面，电极/隔离物组件包括电极，该电极包括电极电流收集器和置于电极电流收集器一面或者两面的电活性材料层；和置于电极的一面或者两面的多孔多层复合隔离层，其中所述多层复合隔离层包括至少第一和第二层，所述第一和第二层包括无机颗粒材料和有机聚合物，无机颗粒材料/有机聚合物材料重量比不同；其中，具有第一重量百分比聚合物的多层复合隔离层的第一层置于电极上；比第一层含有更高重量百分比有机聚合物的第二层置于多层复合隔离层的最外层。在一个或多个实施例中，所述第一层的厚度是多层复合隔离物总厚度的50%到 90 %，或者所述第一层的厚度是双层复合隔离层总厚度的90 %，或者所述第一层的厚度是双层复合隔离层总厚度的80%，或者所述第一层的厚度是双层复合隔离层总厚度的70%。在任一上述实施例中，第一层的无机颗粒材料/有机聚合物重量比约为60 40 到80 20;第二层的无机颗粒材料/有机聚合物重量比约为49 51到20 80，第一层的无机颗粒材料/有机聚合物重量比的范围为约60 40到70 30;第二层的无机颗粒材料/有机聚合物重量比的范围为约49 51到约40 60。另一方面，叠层电化学电池包括阳电极，该阳电极包括阳电极电流收集器和置于阳电极电流收集器一面或者两面的阳电极活性材料层；阴电极，该阴电极包括阴电极电流收集器和置于阴电极电流收集器一面或者两面的阴电极活性材料层；其中，阳电极和阴电极中至少一个包括本申请以上所述电极 /隔离物组件，且其中阳电极和阴电极处于相对位置，从而在两个相反电极之间形成叠层化的多层复合隔离层。在任一上述实施例中，阳电极或者阴电极中的一个包括本申请以上所述的电极/ 隔离物组件，和可任选的，阳电极或者阴电极中的另一个包括与电极一面或者两面连接的单层复合隔离层。在任一上述实施例中，两电极都包括本申请以上所述的电极/隔离物组件。另一方面，叠层电化学电池包括阳电极，该阳电极包括阳电极电流收集器，置于阳电极电流收集器一面或者两面的阳电极活性材料层；阴电极，该阴电极包括阴电极电流收集器和置于阴电极电流收集器一面或者两面的阴电极活性材料层；和多孔的多层复合隔离层，该隔离层包括与阳电极或者阴电极的一个相邻的第一层和因第一层而与所述阳电极或者阴电极分离的第二层，第一层和第二层由无机颗粒材料和聚合物材料组成，其中，无机材料是第一层的主要材料，聚合物材料是第二层的主要材料，其中阳电极和阴电极处于相对位置，从而在阳电极和阴电极间形成叠层化的多层复合隔离层。 在任一上述实施例中，电化学电池是方形蓄电池。在任一上述实施例中，叠层化的多层复合隔离层厚度为约2到40 μ m,或者叠层化的多层复合隔离层厚度为约10到30 μ m,或者叠层化的多层复合隔离层厚度为约20 μ m。在任一上述实施例中，第一复合隔离层的无机颗粒材料/有机聚合物重量比为约90 10 到约 60 40。在任一上述实施例中，第一多孔单层复合隔离层的无机颗粒材料/有机聚合物重量比为约70 30到约60 40;所述第二多孔单层复合隔离层的无机颗粒材料/有机聚合物重量比为约40 60到约49 51。在任一上述实施例中，有机聚合物包括与锂离子电池电化学相容的聚合物。在任一上述实施例中，有机聚合物选自以下组基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物，例如聚(偏二氟乙烯)(PVDF)和其与六氟乙烯、四氟乙烯组成的二元和三元共聚物、氯三氟乙烯、聚(氟乙烯)、聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚丁二烯、氰乙基纤维素、羧甲基纤维素和其与丁苯橡胶、聚丙烯腈纤维、乙烯-丙烯-二烯烃三共聚物(EPDM)、丁苯乙烯-二烯橡胶(SBR)、聚酰亚胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯酸和锂化聚丙烯酸的共混聚合物。在任一上述实施例中，无机颗粒材料选自下组二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、天然和合成的沸石、金属碳酸盐、氧化锆、硅磷酸盐、硅酸盐和其它电化学稳定的具有合适颗粒大小的无机颗粒。在任一上述实施例中，无机颗粒材料的粒径在约4nm到约500nm，或者无机颗粒材料的粒径在约IOnm到20nm，或者无机颗粒材料的粒径在约1 μ m到约6 μ m。在任一上述实施例中，多层复合隔离层的厚度主要由无机颗粒材料-富集层构成。在任一上述实施例中，多层复合隔离层是双层复合隔离层。在任一上述实施例中，多层复合隔离层是双层复本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·J·巴比奈克，G·B·莱斯，D·维尤，
申请(专利权)人：A一二三系统公司，
类型：发明
国别省市：