[发明专利]具有改进的外壳的双极电化学电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电化学发电机的领域，所述锂电化学发电机根据在至少一个电极中锂的嵌入（insertion）或脱嵌（deinsertion）的原理，或换言之锂的嵌入-脱嵌（intercalation-deintercalation）原理而运行。

更具体地，涉及包括至少一个具有双极性功能的集电体（集电器，current collector）的锂电化学电池，也被称为双极电池：在这样的双极电池中，双极集电体（也被称为双极电极）在它的相反面上支撑具有异号的电极材料中的每一种，即具有通过该面中的一个支撑的阴极（正极）和通过该相反面中的另一个支撑的阳极（负极）。

本发明的目的是生产一种新的电化学电池外壳，更具体地，一种双极电池的外壳，以及来代替已知的柔性或刚性类型的外壳。

背景技术

常规锂离子电池的构造是一种可以适于用作单极的构造，因为它具有包括一个阳极、一个阴极和电解质的单独的电化学单电池（电化学电池，electrochemical cell）。单极构造几何形状的几种类型是已知的：

-圆柱几何形状，如在专利申请US 2006/0121348中所公开的，

-棱形几何形状，如在专利US 7348098、US 7338733中所公开的，

-基于堆叠的几何形状，如在专利申请US 2008/060189、US 2008/0057392、和专利US 7335448中所公开的。

单极构造是通过卷绕体（卷绕，winding）得到的。卷绕体由在其上连续沉积正极（阳极）材料的集电体、夹入负极（阳极）材料（该材料自身沉积在另一个集电体上）之内的由聚合物或陶瓷材料制成的隔膜组成。这种单极构造的主要优点是它具有较大的材料的活性区域，但是电位差限于所使用的两种电极材料之间的电位差的单位值，这也是具有基于堆叠的几何形状的情况。

为了增加单极Li离子电池的平均电位，同时保持可比的能量密度，已知的是生产具有串联的多个电化学单电池的电池。从而，电池的构造适于作为双极，因为它包括一个单电池的阴极和相邻单电池的阳极，其通过以极板（plate）的形式的同一个集电体来支持，该集电体本身适于作为双极电极。从而双极电池的构造是几个单极电池通过双极电极或集电体的串联连接，然而优点是，与通过外部连接器串联连接的单极性电池相比它具有较低的电阻。在这一点上，可以引用许多涉及这类双极电池的专利申请或专利，如US 7279248、US 7220516、US 7320846、US 7163765、WO 03/047021、WO 2006/061696、US 7097937和US 2007/00115047。

双极电池其次的优点是它们具有较低的质量、较低的电阻，而且它们不包括多余的体积。

在设计双极电池方面的主要困难是隔室（compartment）的生产，隔室完全被通常处于液体形式的电解质彼此密封。实际上，不良的密封引起双极电池的故障。

此外，这通过与双极Li离子电池的领域相关的专利文献中的大部分涉及密封溶液以防止电解质从一个隔室泄漏至另一个（离子短路）的事实证实。

在如上所述的这些专利申请或专利中，可以提及专利US 7220516，它描述了在隔室之间具有密封并具有粘合至双极集电体外周上的柔性粘性膜的方案。还可以提及专利US 7320846，它描述了包括在树脂中包住集电体和电解质的方案。还可以提及专利US 7163765，它描述了具有设置在双极性集电体之间的、由聚酰胺/PP制成的混合支柱（strut）的密封溶液，其中将聚酰胺以距离单电池一定的间隔直接粘结至集电体的外周上。对于这部分，专利US 7097937提出了双重密封方案（double sealing solution），因为将由氟聚合物制成的内部屏障安装在双极集电体的外周上，并将由柔性体制成的外部框架安装在该屏障的外部，在双极性集电体上及其周围，可能具有安装在该集电体上的由柔性体制成的另外的环。最近，可以提及以申请人的名义的专利申请EP 2073300，其提出了一种解决方案，其中极板的尺寸相对于邻近于它们的极板是增加的，并且在互连的极板之间插入的密封装置横向偏移，以便在单电池的堆叠轴上，两个密封的位置彼此不成一直线。

从而，可以将用以改进阻挡Li离子双极电池中液体电解质的隔室的相互密封的预先构想的方案总结如下：

-以极板形式的双极电极的系统生产，该双极电极的任一侧涂以不同极性的材料；