[发明专利]用于电池的经涂覆的堆叠以及相关的制造方法

说明书

提供了用于电流产生单元的电池堆叠，其中经涂覆的堆叠包括多孔分隔器、与多孔分隔器相邻的电极层、以及在电极层上涂覆的集电器层，其中所述集电器层包含熔结的金属颗粒。还提供了制造此类经涂覆的堆叠的方法。

相关申请

本申请是第201680032801.3号中国专利申请的分案申请，并且要求于2015年4月15日提交的第62/178,633号美国临时专利申请以及于2015年7月9日提交的第62/231,539号美国临时专利申请的优先权，上述申请的内容通过引用整体并入本文。

政府权利的声明

本发明在美国能源部授予的由DE-EE00054333基金号的政府支持完成。政府拥有本发明的某些权利。

发明领域

本发明大体上涉及电池和其他电流产生单元的领域，例如电容器和锂离子电容器。更具体地，本发明涉及用于锂电池和其他类型电池(例如钠电池和镁电池)的经涂覆的堆叠，其中电池的各个层(包括电极和集电器)被涂覆于多孔分隔器上，并且还涉及制备此类经涂覆的堆叠和电池的方法。

发明背景

在本申请中，通过标注的引证援引了各种专利。本申请中引用的专利的公开内容由此通过引用并入本公开，以便更全面地描述本发明涉及的领域现状。

现有的用于制造锂电池(包括可再充电的锂电池和不可再充电的锂电池)和其他类型电池的方法是相对缓慢、复杂且昂贵的。例如，可再充电的锂离子通常通过交错电池的各种层的条带(strip)而形成堆叠来构成。这些层可以包括塑料分隔器、两侧涂有阴极层的导电金属基底、另一个塑料分隔器以及另一个两侧涂有阳极层的导电金属基底。为了保持这些材料的条带对齐以及为了其他质量上的原因，这种交错通常在构建和操作上低效且昂贵的制造设备上完成。

另外，已知的锂电池具有受限的能量密度和功率密度。除了其他原因之外，这是因为在这些已知电池中分隔器和导电金属基底是相对厚的，从而限制了电池中存在的电活性材料的体积。在这些已知的电池中，用于阳极层的铜金属基底的典型厚度是10微米，用于阴极层的铝金属基底的典型厚度是15微米，并且塑料分隔器通常具有12微米至30微米的厚度。在常规锂离子电池中需要这些厚的金属基底和分隔器以向电池组件提供足够的机械强度和完整性。然而，这些材料不是电化学活性的，并且因此降低了目前的锂电池中存在的电活性或电化学活性材料的体积，并且由此提供的电容(capacity)小于理想的电容。

锂电池在便携式电子设备中广泛使用，例如智能手机和便携式计算机。其中锂电池的新型应用是用于混合动力、插电式混合动力和电动汽车的高功率电池。用于便携式计算机和其他应用的锂电池中通常使用的单电池(cell)通常是圆柱形的，但是对于扁平单电池(例如棱柱状或袋状的单电池设计)存在增长的趋势。类似地，许多用于汽车的锂电池具有棱柱状或袋状的单电池设计。

此外，电动汽车的广泛接受需要具有改善的安全性的电池。例如，如上文所述，目前的锂电池是使用金属基底组装的。在制造过程中，这些金属基底通常被切割成不连续的电池堆叠。已知这会形成嵌入分隔器或成品电池的其他部分的金属残片，其可以导致短路或其他危险的情况。

发明概述

本发明的目的是提供能够复杂程度更低地、更廉价地组装的电池堆叠或电池，以及比例如用于便携式计算机电池的加工设备速度更快的自动化加工设备，此外其特别适于制造扁平的(例如棱柱状或袋状的)电池。另一个目的是提供包含比目前所使用的分隔器和金属层更薄的分隔器和金属层的电池。本发明的另一个目的是使电池能够含有更大含量的电活性材料以便提供更多的电容。另一个目的是通过在电池中减少制造缺陷的可能性和包括有效的安全特征来使得电池更加安全，所述安全特征例如断路层，以及对撕裂(tear)和孔洞自我修复的分隔器层。另一个目的是提供比制造现有的电池更廉价的电池。