[发明专利]电池、用于电池的电极以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池，例如锂电池；用于此类电池的电极；以及制造电池和电极的方法。

发明背景

一次锂电池为电化学原电池，其由正极、负极以及插在两个电极之间的离子导电隔膜组成。正极包括过渡金属氧化物或硫化物，例如MnO₂、V₂O₅、CuO或FeS₂，或诸如碳氟化物、二氧化硫和亚硫酰氯等材料。负极可包括锂、锂合金、或其它包含锂的材料。多孔薄膜一般用作隔膜，例如聚烯烃薄膜、玻璃纤维滤纸、或者织物或非织造织物片。隔膜一般层压在电极之间。为实现足够的机械强度，隔膜通常为至少0.001英寸厚，因此在电池中占据显著的体积。

在JP 11-345606中，已提议将聚合材料喷射到二次锂离子电池的电极之一上，以在电极上形成用作隔膜的多孔聚合材料层。

发明概述

在一个方面，本发明特征在于一种电池，其包括正极和负极、以及粘结到电极之一的表面上的多孔层，所述多孔层包括分散在聚合物基质中的二氧化硅颗粒。

在一些具体实施中，聚合物基质选自由苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯和聚偏氟乙烯组成的组。二氧化硅颗粒可在一些情况下包括具有约10至500nm的平均粒度的球形颗粒。作为另外一种选择，二氧化硅颗粒可包括平均尺寸为x＝10至500nm和y＝10至500nm的细长颗粒。

在某些情况下，电池包括第二多孔层，所述第二多孔层包括胶态二氧化硅颗粒。第二多孔层可插在电极和包括分散在聚合物基质中的二氧化硅颗粒的多孔层之间。

电池可为(例如)一次锂电池或二次锂离子电池。

正极可包括选自由下列组成的组的材料：过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、碳氟化物、二氧化硫和亚硫酰氯，并且可将多孔层粘结到正极上。

在一些具体实施中，聚合物表现出大于300％的极限伸长率。所述层可包括按体积计约20％至80％的二氧化硅，例如按体积计约25％至65％的二氧化硅。在一些具体实施中，所述层包括按体积计至少50％的二氧化硅。所述层可具有约20μm至50μm的厚度，以及按体积计约20％至50％的孔隙率。在其中电池包括第二多孔层的具体实施中，所述第二多孔层可具有约1μm至5μm的厚度。

在另一个方面，本发明特征在于直接在电极上形成电池隔膜的方法，所述方法包括将包括二氧化硅颗粒与聚合物的溶液或分散体喷射到电极上。

在一些具体实施中，所述方法还包括在喷射之前加热电极。电极可被加热至例如小于聚合物熔点约20℃至40℃的温度。在一些情况下，所述方法还包括在低于聚合物熔点约20℃至60℃的温度下抽气(例如在真空下)以驱赶残余溶剂。所述方法还可包括在将溶液或分散体喷射到电极上之前先将基本上由胶态二氧化硅组成的分散体喷射到电极上以形成下面的二氧化硅层。

在又一个方面，本发明特征在于一种一次锂电池，其包括正极、包含锂的负极、以及多孔层，所述多孔层粘结到负极表面上并且包括二氧化硅颗粒。

在本文所公开的隔膜中，二氧化硅颗粒的存在显著增强隔膜的传导性并降低聚合物基质的结晶度，从而增强聚合物基质内电解质物质的传送。二氧化硅颗粒还赋予隔膜机械强度，防止短路。

本发明一个或多个实施方案的细节阐述于附图和以下说明中。通过该说明和附图并通过权利要求书，本发明的其它特征和优点将显而易见。

附图概述

图1为示出依照一个具体实施直接在电极上形成隔膜的方法的图解视图。

图2为示出依照另一个具体实施直接在电极上形成隔膜的方法的图解视图。

图3为示出包括如实施例1和2所述而形成的正极的2032Li/FeS₂硬币电池的放电数据图。

图4为示出包括如实施例4和5所述而形成的正极的2032 LiMnO₂硬币电池的放电数据图。

图5为示出包括如实施例7和8所述而形成的FeS2电极的2032LiFeS2硬币电池的放电数据图。

图6为示出如实施例9和10所述而形成的2032LiMn_0.33Ni_0.33Co_0.33O_a硬币电池的充电/放电数据图。

各种附图中的类似的参考符号指示类似的元件。

发明详述