[发明专利]叠层电池及其制备方法

说明书

参考并入

为向本领域技术人员全面描述截止到本发明所述日期为止的现有技术，本申请所引用的所有专利、专利申请以及出版物均在此整体参考并入。

交叉引用

本申请涉及美国申请号为12/196,203，申请日为2008年8月21日的非临时申请，此非临时申请在此整体参考并入。

本申请依据U.S.C 35第119(e)条，要求正在审查中的申请日为2009年1月12日，申请号61/144,008，题为“叠层电池及其制备方法”以及申请日为2009年11月18日，申请号61/262,311，题为“电化学电池复合隔离物及其生产方法”的申请的优先权，上述相关申请在此整体参考并入。

发明领域

本发明总体涉及电化学电池。具体来说，本发明涉及电池单元(battery cells)。更具体的说，本发明涉及电化学电池单元的隔离层。

发明背景

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。

发明内容

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％。