[发明专利]用于非水和固态电池的耐热层及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年12月3日提交的美国临时专利申请第61/419,618号的优先权，其全部公开内容通过引用明确地并入本文中。

技术领域

本公开涉及非水电化学电池，并且更具体地涉及具有耐热涂层的非水电化学电池以及其制造方法。

背景技术

二次电化学电池(如锂基电化学电池)包括负电极(或阳极)和正电极(或阴极)。在负电极与正电极之间，电池包括非水电解质。在使用中，锂离子在负电极与正电极之间行进以产生电力。

随着技术的发展，这些电池要求更高的能量密度、更高的容量和更高的输出。例如，在其中电池被设计用于混合动力电动车辆(HEV)或电动车辆(EV)的机动车应用中，这些性能要求特别高。考虑到这些高性能需求，该行业已经尝试改善电池的稳定性和安全性。

在一种应用中，可以在负电极与正电极之间布置多孔或微孔隔板以隔离电极并且使电池稳定。隔板通常是多孔或微孔聚合物薄膜(例如，10μm至25μm厚)。然而，因为隔板是薄、柔软的并且在力的作用下易形变，所以在制造过程期间隔板有被穿透或者以另外方式被损坏的风险，这可能导致电池短路。此外，因为隔板具有低熔点，所以在电池的高操作温度或局部过热的情况下隔板有收缩或熔化的风险，这可能导致电池释放气体和溶胀。E.Roth，D.Doughty和D.Pile，“Effects of separator breakdown on abuse response of 18650 Li-ion cells，”JPS 174(2)，579-583(2007)。

在另一个实施方案中，可以向电池的组件施加吸热(例如，陶瓷)涂层以使电池稳定。然而，包括化学气相沉积(CVD)法和物理气相沉积(PVD)法(例如，磁控溅射、脉冲激光沉积、电子束蒸发)在内的用于施加这样的陶瓷涂层的已知方法，可能昂贵、费时和/或沉积速率很低。其它已知的用于施加陶瓷涂层的方法需要制备湿浆料，所述湿浆料包括陶瓷涂层材料和溶剂。溶剂意在使浆料中的陶瓷涂层材料流化并且悬浮在浆料中。然而，当将溶剂施加到电池组件时，溶剂也渗透到经涂覆的电池组件的下面层中并且改变所述下面层的结构。在将浆料施加到电池组件上之后，电池组件经历高温以去除溶剂和/或实现烧结，但是这些高温可能会使经涂覆的电池组件和其中所包含的任何粘合剂劣化。

发明内容

本公开涉及一种在负电极、正电极和隔板(如果设置的话)中的至少之一上具有耐热涂层的非水电化学电池。耐热涂层可以消耗电池中的热以使电池稳定，充当电绝缘体以防止电池短路，并且提高经涂覆的组件的机械强度和耐压性。

根据本发明的一个实施方案，提供了包括阳极和阴极的电化学电池，所述阳极具有导电层和施加到所述导电层的活性层，所述阴极具有导电层和施加到所述导电层的活性层。该电池还包括在阳极的活性层和阴极的活性层中的至少之一上的耐热涂层，该耐热涂层包括陶瓷材料，由于形成耐热涂层的粒子在干沉积期间发生的塑性形变，所以耐热涂层附接到阳极和阴极中的至少之一。

根据本发明的另一实施方案，提供了一种用于制造电化学电池的方法。该方法包括以下步骤：提供包括导电层和施加到所述导电层的活性层的阳极；提供包括导电层和施加到所述导电层的活性层的阴极；以及通过将粉末-气体混合物以高速度引向阳极的活性层和阴极的活性层中的至少之一而在阳极和阴极中的至少之一上形成耐热涂层。

根据本发明的又一实施方案，提供了一种用于制造电化学电池的方法，该电池包括具有导电层和活性层的阳极、具有导电层和活性层的阴极和任选的隔板。该方法包括以下步骤：提供干陶瓷粉末；将干陶瓷粉末与载气结合以产生粉末-气体混合物；以及将粉末-气体混合物以高速度引向阳极、阴极和隔板中的至少之一以在阳极、阴极和隔板中的至少之一上形成耐热涂层。

根据本发明的还一实施方案，提供了一种用于制造固态电化学电池的方法。该方法包括以下步骤：将第一粉末-气体混合物引向第一基底以形成阳极的活性层；将第二粉末-气体混合物引向第二基底以形成阴极的活性层；以及将第三粉末-气体混合物引向阳极的活性层和阴极的活性层中的至少之一以在阳极和阴极中的至少之一上形成耐热涂层。

附图说明

结合附图，通过参照下面对本发明的实施方案的描述，本发明上述的和其它的特征和优点以及实现它们的方式将会变得更加显见，并且本发明本身将更好理解，其中：

图1是具有负电极、正电极和任选的隔板的锂基电化学电池的示意图；

图2是用于形成耐热涂层的示例性方法的方块图；