[发明专利]电纺丝锂离子电池的整合隔离件

说明书

背景技术

技术领域

本发明的实施例一般涉及高容量的能量储存装置，尤其涉及具有整合隔离件的电池与制造此种电池的方法。

对相关技术的描述

快速充电的高容量的能量储存装置(诸如超级电容器与锂离子电池)用在越来越多的应用中，包括用在可携式电子装置、医疗、运输、输电网连接的大能量储存、可更新的能量储存、与不间断电源(UPS)。

典型地，锂离子电池包括阳极电极、阴极电极与隔离件，隔离件位在阳极电极与阴极电极之间。隔离件是在阳极与阴极电极之间提供物理与电性分离的电子绝缘体。典型地，隔离件是由微多孔聚乙烯与聚烯烃制成，并且隔离件在独立的制造步骤中被应用。在电化学反应期间(即在充电与放电期间)，经由电解质将锂离子输送通过两电极之间的隔离件中的细孔。因此，期望具有高孔隙度以增加离子导电率。然而，当循环期间所形成的锂树突(lithium dendrites)在电极之间产生短路时，一些高孔隙度的隔离件易遭受短路。

目前，电池单元制造业者购买隔离件，接着这些隔离件在独立的处理步骤中随同阳极与阴极被压迭在一起。其他隔离件是藉由聚合物的湿式或干式挤出且接着被伸展以在聚合物中产生孔洞(裂缝)而制成。隔离件亦是锂离子电池中最昂贵的部件之一且占电池单元的材料成本的超过20%。

对于大部分的能量储存应用，能量储存装置的充电时间与容量是重要的参数。此外，此种能量储存装置的尺寸、重量与/或耗费会是明显的限制。电流隔离件的使用具有许多缺点。也就是说，此种材料限制了从此种材料所建构的电极的最小尺寸、遭受电性短路、需要复杂的制造方法与昂贵的材料。

所以，此技术领域中需要可更快速地充电的具有更高容量的能量储存装置，这些能量储存装置具有更小、更轻的隔离件，并且这些能量储存装置能以更符合经济效益的方式来制造。

发明内容

本发明的实施例一般涉及高容量的能量储存装置，尤其涉及具有整合隔离件的电池与制造此种电池的方法。在一实施例中，提供一种锂离子电池，锂离子电池具有电极结构。锂离子电池包含：阳极堆迭；阴极堆迭；及多孔电纺丝聚合物隔离件，多孔电纺丝聚合物隔离件包含纳米纤维骨干结构。阳极堆迭包含：阳极电流收集器；及阳极结构，阳极结构被形成在阳极电流收集器的第一表面上方。阴极堆迭包含：阴极电流收集器；及阴极结构，阴极结构被形成在阴极电流收集器的第一表面上方。多孔电纺丝聚合物隔离件位在阳极结构与阴极结构之间。

在另一实施例中，提供一种形成电极结构的方法。此电极结构包含：提供第一电极结构；及将纳米纤维骨干结构直接地电纺丝在第一电极结构的表面上，以形成多孔电纺丝聚合物隔离件。

在又一实施例中，提供一种用于在挠性导电基板上方形成整合隔离件的线上基板处理系统。线上基板处理系统包含：微结构形成腔室，微结构形成腔室用于在挠性导电基板上方形成电极结构的至少一部分；电纺丝腔室，电纺丝腔室用于直接地在电极结构上形成多孔电纺丝聚合物隔离件的至少一部分；及基板传送机构，基板传送机构设以在此等腔室之间传送挠性导电基板。基板传送机构包含：馈送筒，馈送筒设置在各个腔室的处理容积的外面，并且馈送筒设以将挠性导电基板的一部分保持在各个腔室的处理容积内；及接取筒，接取筒设置在处理容积的外面，并且接取筒设以将挠性导电基板的一部分保持住，其中基板传送机构设以致动馈送筒与接取筒以将挠性导电基板移动进与出各个腔室，并且基板传送机构将挠性导电基板保持在各个腔室的处理容积中。

附图说明

因此，可详细理解本发明的上述特征的方式，即上文简要概述的本发明的更特定描述可参照实施例进行，其中一些实施例在附图中图示。然而，应注意的是，附图仅图示本发明的典型实施例，且因此不应被视为会对本发明范围构成限制，因为本发明可允许其他等效实施例。

第1A图是根据在此所述的实施例的部分的锂离子电池单元双层的示意图，锂离子电池单元双层具有电纺丝聚合物隔离件；

第1B图是根据在此所述的实施例的部分的锂离子电池单元的示意图，锂离子电池单元具有电纺丝聚合物隔离件；

第2图是阴极堆迭与阳极堆迭的一实施例的剖视图，阴极堆迭与阳极堆迭具有根据在此所述的实施例而形成的电纺丝聚合物隔离件；

第3图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成第2图的阴极堆迭与阳极堆迭的方法的一实施例；

第4图是工艺流程图，所述工艺流程图概述用于根据在此所述的实施例而形成电纺丝整合隔离件的方法的一实施例；