用于电化学电池的非导电材料制造技术

总体上描述了与在电化学电池中非导电材料的配置相关的制品、系统和方法以及相关的部件。某些本发明专利技术的电化学电池的配置包括一种非导电材料(例如作为电解质的一部分)，其被配置为包绕在一个电极的边缘周围，以防止电化学电池的短路。在一些实施例中，非导电材料层可以被安排成使得其包括第一和第二部分(电极每一侧一个)，以及邻近电极的边缘的第三部分，该第三部分直接连接该第一和第二部分(且，在某些情况下，基本上是与该第一和第二部分连续的)。非导电材料层可以相对较薄，同时在阳极和阴极之间保持相对高的电绝缘，使其产生一个具有相对低的质量和/或体积的电化学电池。例如，上述安排可通过形成一个多层结构来形成，该多层结构包括电极和非导电材料层(例如作为一个涂层)，并折叠该多层结构，使得该非电导电材料覆盖所产生的折痕的凸表面部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电化学电池的非导电材料相关申请本申请根据35U. S. C. § 119(e)要求于2010年8月24日提交的题为“用于电化学电池的非导电材料”的美国临时专利申请序列号61/376，554的优先权，出于所有目的其全部内容通过引用并入本文。专利
通常描述了与在电化学电池中非导电材料的配置相关的制品、系统、和方法。
技术介绍
一个典型的电化学电池包括参与电化学反应的一个阴极和一个阳极。典型的电化学电池还包括电解质和多孔分隔物，其允许离子在电极之间传输，但不允许电子在它们之间传导。通过保持在阳极和阴极之间的电绝缘，通过从电化学电池的一个电极经过该装置到该电池的另一个电极传输电子，可以向一个外部装置供电。如果电绝缘性电解质失效，电子将直接在电池的阴极和阳极之间传输，而不是经过外部装置，这限制了电池的有效性。目前使用的许多电化学电池容易发生电绝缘性电解质失效(例如通过固体分隔物的失效)。 在电解质的周边失效是尤其普遍的。例如，如果电解质内分隔物材料的边缘是粗糙的或锯齿状的，阳极和阴极可能可以通过粗糙的边缘交换电子。当限定压强的各向异性力被施加到电池时，此问题会放大，因为阳极和阴极之间距离的减少可以增加电池内短路的可能性。因此，需要改进的制品、系统、和方法。
技术实现思路
提供了在电化学电池中使用的非导电材料(例如在电解质区域)和相关的系统和方法。在某些情况下，本专利技术的主题涉及相关的产品、一个特定问题的备选解决方案、和/ 或一个或多个系统和/或制品的多个不同的用途。在一个方面,描述了一种方法。在一些实施例中，该方法可以包括，提供一种包括非导电材料层的多层结构，和包括远离非导电材料层取向的电极表面的一个基本上连续的电极，并限定第一电极表面部分和第二电极表面部分。该方法可以进一步包括，沿一条轴线折叠该多层结构使得该第一电极表面部分朝向该第二电极表面部分。在另一个方面，提供了一种多层结构。在一些实施例中，通过多层结构本体截取的横截面包括具有第一极性的第一电极层部分；具有与第一极性相反的第二极性的第二电极层部分；具有第一极性的第三电极层部分；在该第一和第二电极层部分之间的第一非导电材料层部分；以及在该第二和第三电极部分之间的第二非导电材料层部分。在某些情况下， 该第一和第二非导电材料层部分是由非导电材料的第三部分直接连接。在某些情况下，在该第一和第二电极层部分之间的平均距离和/或该第二和第三电极层部分之间的平均距离小于约100微米。在另一个方面， 描述了一种电化学电池。在一些实施例中，该电化学电池可以包括，具有第一极性的第一电极部分；具有与第一极性相反的第二极性的第二电极部分；具有第一极性的第三电极部分；以及基本上连续的非导电材料层，其具有在该第一电极部分和第二电极部分之间的第一部分、在该第二电极部分和第三电极部分之间的第二部分、以及直接接触该第一和第二部分的第三部分。在某些情况下，在该第一和第二电极层部分之间的平均距离和/或该第二和第三电极层部分之间的平均距离小于约100微米。在某些情况下，电化学电池可以包括基板，该基板具有第一基板表面部分和背向该第一基板表面部分的第二基板表面部分；第一电极，该第一电极具有邻近该第一基板表面部分的第一部分和邻近该第二基板表面部分的第二部分；第二电极，该第二电极具有面向该第一电极的第一部分的第一表面部分和背向该第二电极的第一表面部分的第二表面部分；以及基本上连续的非导电材料层，其具有在该第一电极的第一部分和该第二电极的第一部分之间的第一部分、邻近第一电极的第二表面部分的第二部分、以及直接接触该第一和第二部分的第三部分。在一些实施例中，电化学电池可以包括多层结构，该多层结构含有按所描述的顺序放置的如下层部分，任选地使任何数量的相同或不同材料的其它层插入所描述的层之间具有第一极性的第一电极层部分；具有第二极性的第二电极层部分；具有第二极性的第三电极层部分；和具有第一极性的第四电极层部分。在某些情况下，该第二电极层部分和该第三电极层部分是一个单一的、基本上连续的电极的部分，且在该第二和第三电极层部分的中间未放置具有第一极性的电极部分。在结合附图考虑时，本专利技术的其他优点和新颖特征将从本专利技术的各种非限制性实施例的如下详细描述中变得明显。在本说明书和通过引用结合的文献包含冲突和/或不一致的披露的情况下，应以本说明书为准。如果两个或更多个通过引用结合的文献包含相对于彼此冲突和/或不一致的披露，那么应以生效日期较晚的文献为准。本文所披露的所有专利和专利申请出于所有目的通过引用结合在此。附图说明本专利技术的非限制性实施例将通过参照附图举例的方式进行说明，其是示意性的， 而不是为了按比例绘制。在附图中，示出的每个相同或几乎相同的部件通常是由一个单一的数字表示。出于明晰的目的，在不需要图示说明来使本领域的普通技术人员了解本专利技术的情况下，没有在每一图式中标记出每一部件，也没有标记出所示本专利技术每一实施例的每一部件。在附图中图1A-1D是根据一组实施例概括了一种多层结构的制造的示例性的横截面示意图2是根据一些实施例一种多层结构的示例性的横截面示意图3是根据一 些实施例多个多层结构的示例性的横截面示意图4A-4B是根据一组实施例的一种电化学电池的(A)示例性的横截面示意图和 (B)示例性的顶视示意图；以及图5是一种电化学电池的示例性的横截面示意图。详细说明总体上描述了与在电化学电池中非导电材料的配置相关的制品、系统和方法以及相关的部件。某些本专利技术的电化学电池的配置包括一种非导电材料(例如作为电解质的一部分)，其被配置为包绕在一个电极的边缘，以防止电化学电池的短路。在一些实施例中，非导电材料层可以被安排成使得其包括第一和第二部分(电极每一侧一个)以及邻近电极的边缘的第三部分，该第三部分直接连接该第一和第二部分(且，在某些情况下，与该第一和第二部分基本上是连续的)。非导电材料层可以相对较薄，同时在阳极和阴极之间保持相对高的电绝缘，使其产生一个具有相对低的质量和/或体积的电化学电池。例如，上述安排可通过形成一个多层结构来形成，该多层结构包括电极和非导电材料层(例如作为涂层)，并折叠该多层结构，使得该非电导电材料覆盖所产生折痕的凸表面部分。诸位专利技术人已经发现，在一些实施例中，特别有利的是在一个电极上形成非导电材料层(例如通过浇铸、蒸发沉积、旋涂或另一种方法)以形成多层结构。相比以下方法， 通过本方法产生多层结构可以是相对容易、快速和廉价的例如，在该方法中非导电材料层和电极作为单独的材料形成，并连接在一起以形成多层结构的方法，这可能需要电极和非导电材料的复杂的对齐。此外，相比以下系统，在电极上形成非导电材料层是相对容易、快速和廉价的在该系统中多个单独的电极放置或形成在非导电材料上，其也需要在两个电极附接和折叠过程中小心对齐。此外，在电极上形成非导电材料层也可以允许控制非导电材料的厚度。形成相对薄的非导电材料 层可以减少多层结构的体积和/或质量，从而增加所产生的电化学电池的比能量和能量密度。诸位专利技术人还发现，当各向异性力(限定压强)被施加到电化学电池时，在阳极和阴极之间的短路会更普遍，因为阳极和阴极之间距离的减少可以增加电池内短路的可能性。授予Scordilis-Kelley等人的、于2009年8月4日提交的题为“在电化学本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.08.24 US 61/376,5541.一种方法，包括提供一种多层结构，该多层结构包括一个非导电材料层，一个基本上连续的电极，该电极包括远离该非导电材料层取向的一个电极表面并限定一个第一电极表面部分和一个第二电极表面部分；并且沿一条轴线折叠该多层结构使得该第一电极表面部分朝向该第二电极表面部分。2.根据权利要求1所述的方法，其中该非导电材料层和该电极相接触。3.根据权利要求1所述的方法，其中该非导电材料层和该电极之间包括至少一种中间材料。4.根据权利要求1所述的方法，其中提供该多层结构包括放置该非导电材料层和电极使其彼此相邻，以形成该多层结构。5.根据权利要求1所述的方法，其中该电极为阳极。6.根据权利要求1所述的方法，其中该电极为阴极。7.根据权利要求4所述的方法，其中放置该非导电材料层和电极使其彼此相邻包括在该电极上形成该非导电材料层。8.根据权利要求1所述的方法，其中该暴露的电极表面的第一部分与该暴露的电极表面的第二部分相接触。9.根据权利要求1所述的方法，其中该暴露的电极表面的第一部分与该暴露的电极表面的第二部分隔开。10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括邻近该暴露的涂层表面的至少一部分放置一个第二电极，其中该第一电极具有第一极性，并且该第二电极具有与该第一极性相反的第二极性。11.根据权利要求1所述的方法，其中该电极是在基板上形成。12.根据权利要求11所述的方法，其中该基板是导电的。13.根据权利要求10所述的方法,进一步包括施加一个各向异性力，其一个分量垂直于该第一和/或第二电极的活性表面。14.根据权利要求13所述的方法，其中当跨过该第一和第二电极施加的电压为至少约 I伏时，该第一和第二电极之间的电阻为至少约100欧姆。15.根据权利要求13所述的方法，其中该各向异性力限定的压强为至少约4.9牛顿每平方厘米。16.一种多层结构，其中通过该结构的本体截取的横截面包括具有第一极性的一个第一电极层部分；具有与该第一极性相反的第二极性的一个第二电极层部分；具有该第一极性的一个第三电极层部分；在该第一和第二电极层部分之间的一个第一非导电材料层部分；以及在该第二和第三电极部分之间的第二非导电材料层部分，其中该第一和第二非导电材料层部分是由非导电材料的一个第三部分直接连接；以及在该第一和第二电极层部分之间的平均距离和/或在该第二和第三电极层部分之间的平均距呙小于约100微米。17.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一、第二和第三非导电材料层部分各 自是一个基本上连续的非导电材料层的一部分。18.根据权利要求16所述的多层结构，其中这些电极层部分中的至少一个是阳极的一 部分。19.根据权利要求18所述的多层结构，其中该阳极包括锂。20.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第三电极层部分是阳极的一部 分，该第二电极层部分是阴极的一部分。21.根据权利要求16所述的多层结构，其中这些电极层部分中的至少一个是阴极的一 部分。22.根据权利要求21所述的多层结构，其中该阴极包括硫。23.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第三电极层部分是阴极的一部 分，该第二电极层部分是阳极的一部分。24.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第二电极层部分之间的平均距离 小于约100微米。25.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第二电极层部分之间的平均距离 小于约50微米。26.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第二电极层部分之间的平均距离 小于约20微米。27.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第二电极层部分之间的平均距离 小于约10微米。28.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第二电极层部分之间的平均距离 小于约5微米。29.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一和第二电极层部分之间的平均距离 小于约1微米。30.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第二和第三电极层部分之间的平均距离 小于约100微米。31.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第二和第三电极层部分之间的平均距离 小于约50微米。32.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第二和第三电极层部分之间的平均距离 小于约20微米。33.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第二和第三电极层部分之间的平均距离 小于约10微米。34.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第二和第三电极层部分之间的平均距离 小于约5微米。35.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第二和第三电极层部分之间的平均距离 小于约1微米。36.根据权利要求16所述的多层结构,其中该第一和/或第二非导电材料层部分中的 至少一个共价键合到该第一、第二和/或第三电极层部分中的至少一个。37.根据权利要求36所述的多层结构,其中该第一和/或第二非导电材料层部分中的至少一个共价键合到该第二电极层部分。38.根据权利要求16所述的多层结构,其中该第一和/或第二非导电材料层部分中的至少一个包括在第二电极层部分上形成的一个涂层。39.根据权利要求16所述的多层结构,其中该第一和/或第二非导电材料层部分中的至少一个包括一种聚合物。40.根据权利要求16所述的多层结构，进一步包括在该第二电极层部分的两部分之间的一个集电器。41.根据权利要求40所述的多层结构，其中该集电器包括一个基板，在该基板上形成该第二电极层。42.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一电极层部分和该第二电极层部分中的至少一个与该非导电材料层相接触。43.根据权利要求16所述的多层结构，其中该第一电极层部分和该第二电极层部分中的至少一个与该非导电材料层隔开。44.根据权利要求16所述的多层结构，其中该多层结构是电化学电池的一部分。45.根据权利要求16所述的多层结构,其中该多层结构是可再充电电池的一部分。46.根据权利要求16所述的多层结构，其中该多层结构被配置为使得具有一个垂直于该第一、第二和/或第三电极层的活性表面的分量的一个各向异性力被施加到该多层结构。47.根据权利要求46所述的多层结...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里·V·米哈利克，约翰·D·阿菲尼托，伊戈尔·科瓦列夫，赖利·奥克斯·朔克，
申请(专利权)人：赛昂能源有限公司，
类型：
国别省市：