[发明专利]高机械强度和高耐热性的聚合物电解质电池及其生产方法

说明书

本发明涉及聚合物电解质电池，更具体的涉及包括正电极和负电极、三文治状的含有凝胶聚合物电解质的聚烯烃多孔隔膜的聚合物电解质电池。

目前，如手提电话、录像机、数码照相机和个人数码电脑的手提设备的需求正在增加。为了适应这种需求，急切地需要薄、重量轻的高能电池。超薄和轻的聚合物电解质电池适合于装在手提设备上，人们希望它能满足这种需求。

聚合物电解质电池，其中包括正电极板和负电极板、三文治状的聚合物电解质制备的膜，其优点是它不象其它使用液体电解质的电池，不会引起液体电解质的泄漏。

聚合物电解电池通常使用锂复合氧化物作为正极活性物质。锂金属和铝一锂合金被经常用作负极材料。可是，使用负极材料的电池，会产生树枝状结晶造成电池重复充电和放电。因此，目前经常使用能够封闭和释放锂离子的碳材料作为负极材料。

作为聚合物电解质，一般已知其中溶质被溶解的含有聚亚烷基氧化物的固体电解质。例如包含的亚烷基氧化物聚合物，但仅具有低离子传导性。因此，这种常规的固体电解质的缺点是其高速率放电能力低。

为了克服这种缺点，开发了含有凝胶聚合物电解质的聚合物电解质电池。这种凝胶聚合物电解质电池含有一种通过固化如聚亚烷基二醇二丙烯酸酯的聚合物前体生产的聚合物。由于凝胶聚合物电解质比固体电解质具有较高的离子传导性，含有上述凝胶聚合物电解质的聚合物电解质电池能得到相对高的高一速率放电性。

当这种凝胶聚合物电解质被包括在聚烯烃多孔隔膜中，被插入正电极和负电极中间时，则这种聚合物电解质电池的机械强度有改进。

对于薄型聚合物电解质电池，其外壳通常是通过使软片状元件(sheetmember)，如薄片状铝相结合而形成的。由于这种外壳非常容易受外力变形(凹下或弯曲)，需要使薄型聚合物电解质电池具有一定的机械强度，以使当电池上出现少量的变形时，也能保持电池良好的性能。

同时，目前电池被使用到多种类型的设备，它们可在非常高的温度下使用。因此电池还需要具有高耐热性，防止在高温下出现内部短路。

可是，对于带有包括凝胶聚合物电解质的聚烯烃多孔隔膜的上述常规聚合物电解质电池，尽管聚合物电解质电池具有相对高的耐热性，在150℃左右也会出现上述内部短路。上述通常用作多孔隔膜的聚烯烃膜，在高温下收缩会造成正极和负极彼此接触。这是造成内部短路的原因。

本发明的目的在于提供具有高放电容量、高机械强度和高耐热性的聚合物电解质电池。

为了达到上述目的，本发明应用了包括一种电极单元的聚合物电解质电池，上述电极单元含有正极板和负极板，在其中被插入了含有聚合物电解质多孔隔膜。在本电池电极单元的周围，聚合物电极材料一起覆盖正极板边缘部分和多孔隔膜边缘部分，以及多孔隔膜边缘和负极板边缘部分。

在正极板和负极板中间插入多孔隔膜使得上述聚合物电解质电池具有高机械强度。

上述聚合物电解质电池的构造还能防止由下述原因造成的在聚合物电解质电池中出现的短路。

在150℃左右的高温下，带有包含凝胶聚合物电解质的聚烯烃多孔隔膜的常规的聚合物电解质电池可能会出现内部短路。这是因为通常用作多孔隔膜的聚烯烃多孔隔膜在高温下收缩和变形，结果正极板和负极板容易彼此接触。

可是，本发明的聚合物电解质电池，聚合物电解质材料连接多孔隔膜边缘部分与正极板边缘部分，以及多孔隔膜与负极板边缘部分。也就是说，聚合物电解质材料固定住了：正极板、负极板和多孔隔膜的边缘。这使多孔隔膜能对抗收缩力保持其最初的形状，因此防止在聚合物电解质电池内出现短路。

本申请优选使用与上述电解质材料相同类型的聚合物电解质，而且聚合物电解质被包括在多孔隔膜中。这改进聚合物电解质电池的生产方法，对电池性能不会带来任何负面影响。

对于使用通过使如薄片状铝膜的片状元件结合在一起生产的外壳的聚合物电解质电池，外壳一般受外力后变形，或当内部出现短路时由内部压力增加造成膨胀。因此，提供高机械强度和高耐热性的本类型的聚合物电解质电池在实际中非常重要。

通过下述工艺可容易地生产上述聚合物电解质电池。电极单元的生产是通过在正极板和负极板中间插入多孔隔膜。将生产的电极单元在预凝胶溶液中浸渍，该预凝胶溶液由液体电解质和聚合物前体组成。将预凝胶溶液加入到固定的电极单元周围，然后固化。

通过下述的说明并结合例示本发明具体实例的附图，本发明的上述和其它目的，优点和特征将更加明显。

在图中：

图1的透视图表示了本发明薄型聚合物电解质电池的一个实例的外观。