[发明专利]使用直接在纳米孔隔板上的阳极涂层的电池

说明书

技术领域

本发明通常涉及电池和其它的电流产生电池的领域。该发明涉及使用纳米孔隔板的锂电池、和通过以期望构造利用纳米孔结构的隔板来覆盖电池的其它层的方式来制备锂电池的方法。更具体地，本发明涉及用于阳极层直接涂覆在多孔隔板层上的电池的隔板/阳极组件、以及制备这种隔板/阳极组件的方法。

背景技术

锂电池，包括可再充电的或二次锂离子电池、不可再充电的或一次锂电池、和诸如锂-硫电池的其它类型电池，通常通过交错塑料隔板、两侧涂覆阴极层的导电金属基板、另外塑料隔板、和两侧涂覆阳极层的另外导电金属基板来制造锂电池。为了保持这些材料的条带的对齐和其它质量原因，该交错通常在自动设备上进行，这是复杂和昂贵的。此外，为了实现足够机械强度和完整性，隔板和金属基板相对较厚，例如厚度为10微米或更厚。例如，用于阳极涂层的铜金属基板的典型厚度为10微米，用于阴极涂层的铝金属基板的典型厚度为12微米，并且塑料隔板的厚度通常为12-20微米。这些较厚隔板和金属基板不是电化学活性的，因此减小锂电池的电极中电活性材料的体积。这限制了锂电池的能量密度和功率密度。

锂电池的新应用是用于混合动力、插电式混合动力和电力车辆的大功率电池。与手提式计算机和其它应用的锂电池中使用的圆柱形金属电池相比，许多用于车辆的锂电池具有扁平或棱柱形设计。此外，用于车辆的锂电池需要是经济的。制造用于车辆和其它应用的更高能量和更经济的锂电池的潜在方案包括，极大增加各电池中的电活性材料的体积的比例或百分率，并且降低制造电池的自动设备的复杂性和费用。

如果锂电池包括的隔板和金属基板层远薄于目前使用的其阴极和阳极层中的一者或两者，从而具有更高的电活性材料含量，这将是有利的。如果与例如用于手提式计算机电池中使用的卷绕设备相比，可以在更不复杂和更不昂贵的自动加工设备上制备该锂电池，而且该锂电池特别适于制备扁平的或棱柱形的电池，这将是更加有利的。

发明内容

本发明涉及利用纳米孔隔板、特别是在200℃和更高温度下尺寸稳定的耐热隔板的锂电池和其它电池、和用于锂电池和其它电池的隔板/阳极组件，以及涉及通过以期望的厚度和构造利用隔板层的纳米孔结构以将电池其它层直接涂覆在多孔隔板层上来制备锂电池和隔板/阳极组件的方法。

本发明的一个方面涉及用于电流产生电池的隔板/阳极组件，其中组件包括：夹置在第一阳极层和第二阳极层之间的阳极集流器层；和在第一阳极层与阳极集流器层相对的一侧上的多孔隔板层，其中第一阳极层直接涂覆在隔板层上。在隔板/阳极组件的一个实施方式中，隔板层不直接涂覆在第二阳极层上。在一个实施方式中，第一阳极层邻近隔板层的顶部表面的表面具有与隔板层的顶部表面的轮廓匹配的轮廓，并且隔板层的顶部表面的轮廓和在将第一阳极层直接涂覆在隔板层上之前相同。

在本发明的隔板/阳极组件的一个实施方式中，第一阳极层包含选自电活性颗粒和导电性颗粒的阳极颗粒，并且阳极颗粒不存在于隔板层中。在一个实施方式中，隔板层包含隔板颗粒，并且隔板颗粒不存在于第一阳极层中。在一个实施方式中，隔板颗粒选自无机氧化物颗粒、无机氮化物颗粒、无机碳酸盐颗粒、无机硫酸盐颗粒和聚合物颗粒。

在本发明的隔板/阳极组件的一个实施方式中，组件的阳极集流器层包括铜层。在一个实施方式中，铜层的厚度小于3微米。

在本发明的隔板/阳极组件的一个实施方式中，隔板层包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中，隔板层的厚度小于9微米，优选小于6微米。在一个实施方式中，隔板包括包含铝勃姆石的多孔层。

本发明的又一方面涉及用于电流产生电池的隔板/阳极组件，其中隔板/阳极组件包括阳极层和在阳极层的一侧上的多孔隔板层，并且其中阳极层直接涂覆在隔板层上。在一个实施方式中，阳极层包含金属锂。