[发明专利]具有连接片的电化学电池

说明书

发明背景

近年来，对于高性能蓄电池的需求增加，在某种程度上是因为日益增加的大量便携式电子消费产品和对用于高燃料效率车辆的蓄电池的需求不断增加。锂离子蓄电池被发现可应用于许多需要高能量和大功率密度的领域，因为它们能够为用于便携式电子设备和节油车辆中的电池堆提供高容量和重量效率。

锂离子电池需要连接片，用于连接其内部的活性材料和外部的电力终端。所述连接片通常直接连接到集流体上。连接片和电极之间的连接是困难的，特别是对于具有石墨板集流体的电池。原因之一涉及到连接片和集流体的物理性质的差异。材料性质的这种差异能够导致高接触阻抗、脆性接合处或其它不能接受的性能相关问题。为了解决这些问题，电流耦合方法已经涉及到超声波焊接和电阻点焊以获得连接片和针(pin)之间的牢固连接。遗憾地，这些方法不适用于将金属连接片连接到石墨基集流体上。

因此，需要开发其它的连接方法以将连接片连接到诸如具有石墨板集流体的锂离子电池的电化学电池上。本发明满足了这些和其它需求。

发明简述

本发明涉及具有一个或多个导电性连接片和碳板集流体的电化学电池和蓄电池，其中将所述连接片连接到碳板集流体上；以及将所述连接片连接到碳基集流体上的方法。相对于现有电池和方法，本发明提供了具有稳定的金属连接片与碳板的连接以及低接触阻抗的电化学电池。

一方面，本发明提供了电化学电池。所述电化学电池包括：含有正极材料和正极集流体的正极，其中所述正极材料与正极集流体电子导电接触；含有负极材料和负极集流体的负极，其中所述负极材料与负极集流体电子导电接触；含有离子导电层和电解质溶液的离子导电介质，其与正极和负极离子导电接触；具有第一连接端和第二连接端的至少一个正极连接片，其中将所述第一连接端连接到正极集流体上；任选地，具有第一连接端和第二连接端的至少一个负极连接片，其中将所述第一连接端连接到负极集流体上；其中所述正极集流体为导电性碳板，其选自石墨板、碳纤维板、泡沫碳、碳纳米管膜及其混合物，它们中的每一个都具有至少1000S/cm的平面电子电导率，并且其中所述连接片由导电材料制成，所述导电材料例如金属、金属合金或复合材料。在一个实施方案中，所述金属选自铜、镍、铬、铝、钛、不锈钢、金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、铍和钼及其多种合金或其一种合金。在某些实施例中，所述连接片具有防腐蚀的保护涂层。所述涂层能够为任何上述金属、阳极氧化和氧化物涂层、导电碳、环氧树脂和胶、油漆及其它保护涂层。在其它的实施例中，所述涂层能够为镍、银、金、钯、铂、铑或其组合，用于提高连接片的导电性。合金能够为本文所述金属的组合或者通过将上述金属与其它合适的本领域技术人员已知的金属结合形成。

在其它方面，本发明提供了蓄电池。所述蓄电池包括外壳、正极连接器(positive connector)、负极连接器(negative connector)、位于外壳中的电化学电池，其中正极和负极连接器安装在外壳上。在一个实施方案中，所述外壳为密封箱。

在另外的方面，本发明提供了在电化学电池中将连接片连接到电极的方法。所述方法包括：(a)提供含有电极活性材料和碳集流体的电极，其中所述电极活性材料与碳集流体电子导电接触；(b)提供具有用于连接到电极上的第一连接端的连接片；以及(c)通过如下方法将连接片的第一连接端连接到碳集流体上，所述方法选自铆接、导电粘合层压、热压、超声压、机械压、卷边、夹紧、铆合(staking)及其组合。在某些实施例中，所述连接片在连接片的单侧或双侧沉积有密封/保护覆盖层。

附图简述

图1示出具有通过使用钻孔手动或机械化工具形成的缺口的连接片，其中每个缺口被四个向上突出连接片表面的锐边包围。

图2示出通过铆合连接到正极碳集流体的连接片，其中所述连接片有一个缺口。

图3示出通过铆合连接到正极碳集流体的连接片，其中所述连接片有多个缺口。

图4示出根据本发明的实施方案的通过铆合制备的具有连接片的正极。

图5示出具有铝连接片的电解质的循环伏安图。扫描速度为10mV/s。

图6示出具有金或涂金的连接片的电解质的循环伏安图。扫描速度为10mV/s。

发明详述

术语“烷基”，独自地或作为其它取代基的一部分，除非另外规定，包括具有规定的碳原子数(即C_1-8指一至八个碳)的直链或支链烷基。烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基等。