專利名稱：含有至少一個采用鋁或鋁合金導(dǎo)電基片的雙電極的鋰電化學(xué)發(fā)電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含有至少一個雙極電極的鋰電化學(xué)發(fā)電器。
本發(fā)明總的領(lǐng)域可確定為鋰電化學(xué)發(fā)電器領(lǐng)域。
這些電化學(xué)發(fā)電器的工作機理在于在至少一個電極上附著(insertion)或脫開(désinsertion)(或加入—去除)鋰。
實際上，在開始產(chǎn)生電流之處的電化學(xué)反應(yīng)涉及到由導(dǎo)電的鋰離子電介質(zhì)引起鋰陽離子的遷移，所述陽離子來自陰極，所述陰極或是被加入到陽極接收網(wǎng)中，或是為電解質(zhì)重新提供鋰離子。
鋰電化學(xué)發(fā)電器得到了迅猛高速發(fā)展，原因是其相對于鉛蓄電池或者相對于鎳-鎘(Ni-Cd)型或鎳-金屬氫化物(Ni-MH)型蓄電池來講，其電壓、單位質(zhì)量能量密度以及單位體積能量密度均有更好的效果。
從這些很誘人的特性來看，在很多領(lǐng)域中都可見到這類電化學(xué)發(fā)電器的應(yīng)用，尤其是用于為較薄的船載系統(tǒng)的供電，例如信貸卡、智能標(biāo)簽，以及用于移動電話的供電或電動車輛的供電。
背景技術(shù)：
最初的一些鋰蓄電池都在其陰極處帶有鋰金屬，這可以提供較高電壓以及很高的單位質(zhì)量和單位體積的能量密度。不過一些研究表明這些蓄電池的重復(fù)充電不可避免地伴隨形成鋰枝晶，這常常會損害含有電解質(zhì)的柵板。
為了繞過由于在鋰電池中存在金屬鋰而必然具有的不穩(wěn)定性問題、安全問題和使用壽命問題，某些研究已經(jīng)重新定向為非金屬鋰的蓄電池，其中將鋰加入到陰極中。
對于這類蓄電池來講，按照電解質(zhì)的組成可分為液體電解質(zhì)的鋰-離子蓄電池和聚合類固體電解質(zhì)或凝膠化電解質(zhì)的鋰-離子蓄電池。
按照這兩種類型，陰極一般是以含碳材料為基礎(chǔ)的，比如石墨、石墨化或非石墨化碳，并且用例如15-18μm厚的銅帶支撐。
陽極一般是以LiMO2類含鋰過渡金屬氧化物為基礎(chǔ)的，其中M代表Co、Ni、Mn及其它過渡金屬，陽極通常利用一種典型厚度為20μm的鋁帶支撐。陽極也可以是以活性炭為基礎(chǔ)的高比面電極。
在充電過程中，電化學(xué)反應(yīng)是-在陰極上
-在陽極上或是鋰離子穿過含有電解質(zhì)的柵板循環(huán)；或是在活性碳陽極的情況下，如果電介質(zhì)只含有一種Li+X-類的鹽，而且X被吸附在碳上時，則。
在放電過程中，發(fā)生相反的反應(yīng)。
對于含有液體電解質(zhì)的工藝來講，柵板通常由一種微孔聚乙烯或聚丙烯薄膜構(gòu)成，或者由兩者的組合構(gòu)成，所述薄膜浸漬了電解質(zhì)。
至于電極/柵板組合系統(tǒng)本身也是用電解質(zhì)浸漬的，該電解質(zhì)由一種通常為碳酸鹽系溶劑以及一種鋰鹽組成。
在含有固體電解質(zhì)的工藝中，柵板至少部分由凝膠化的或干的聚合電解質(zhì)組成。
因而，如上所述，鋰蓄電池由一個陰極構(gòu)成，陰極的工作電位很低，例如金屬鋰電極的電位為0V，含碳電極的電位為100mV，因此這會引起形成鋰枝晶的危險，特別是在快速充電的時候更是如此。
我們注意到，電位是相對于基準(zhǔn)電解偶Li+/Li得到的。
這種現(xiàn)象特別會限制鋰蓄電池的功率性能以及使用壽命和放置的時限，此外由于內(nèi)部短路的危險還有安全問題。另外，使用電位很低的有效陰極材料就必須利用以銅為基礎(chǔ)的集電器材料，其密度很高，例如約為8.96克/厘米3，這就限制了此類蓄電池的單位質(zhì)量的能量。此外，銅是一種昂貴的材料。
為了解決這種功率性能低下的問題，在美國專利US5595839中，S.Hossain提出了一種

圖1所示的電池結(jié)構(gòu)，它由多個層疊的電化學(xué)電池組裝而成，相鄰電化學(xué)電池之間的結(jié)合是利用單元雙極結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，這種雙極結(jié)構(gòu)分別包括一個陽極8和一個陰極4，所述電極配置在形成一個組件5的兩個相連基片的兩側(cè)，面對著由含碳材料構(gòu)成的陰極一側(cè)的基片是銅基片6，而面對著由LiMO2構(gòu)成的陽極一側(cè)的基片是鋁基片7。在組裝兩個電池的情況下，如圖1所示，蓄電池陽極端由鋁帶1上的以LiMO2為基礎(chǔ)的電極2構(gòu)成，而陰極端由銅帶11上的以碳為基礎(chǔ)的電極10構(gòu)成(M的含義與上面所述的相同)。陽極端和陰極端都是利用浸漬了液體電解質(zhì)的多孔柵板3、9實現(xiàn)與單元雙極結(jié)構(gòu)的電絕緣。用雙極結(jié)構(gòu)分隔開的電池間的絕緣是利用以聚四氟乙烯(PTEE)為基礎(chǔ)的密封墊12確保的。
雖然這種結(jié)構(gòu)可以通過減小發(fā)生器內(nèi)阻而改善電化學(xué)發(fā)生器的功率性能，但其按照單位質(zhì)量能量來看沒有任何改進(jìn)，因為電化學(xué)發(fā)生器仍然含有銅作為集電器的材料。
此外，雖然鋰的枝晶生長及沉積因使用雙極電極而有所減輕，使得內(nèi)阻減少，并因此使陰極工作電位與金屬鋰沉積電位有很大的差別，盡管有些改進(jìn)，但由于碳陰極始終工作在靠近鋰沉積電位處，所以這些現(xiàn)象仍然限制了蓄電池的使用壽命和功率性能。
還需要著重指出的是，在現(xiàn)有技術(shù)的所有實施方式中，為大功率應(yīng)用而設(shè)計的鋰蓄電池都需要一些特定的安全系統(tǒng)，比如保險器、通氣孔或電子保護線路，以便達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。顯然，這些安全系統(tǒng)會導(dǎo)致這些蓄電池單位質(zhì)量及單位體積能量的性能降低。
因而，現(xiàn)有技術(shù)的各種不同鋰蓄電池都存在功率較小并且使用壽命較短的情況，這主要是由于在這些蓄電池充電時形成鋰枝晶的緣故。另外，它們的單位質(zhì)量能量都受到限制，其原因在于在陰電極一側(cè)使用了銅質(zhì)集電器材料。最后，現(xiàn)有技術(shù)的蓄電池本質(zhì)上都不安全可靠，并且應(yīng)當(dāng)在外部有安全系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)缺陷的鋰發(fā)電器，尤其是克服現(xiàn)有技術(shù)發(fā)電器的功率性能低、單位質(zhì)量能量不足、使用壽命有限以及缺乏固有安全性等缺陷。
為此，本發(fā)明目的的鋰電化學(xué)發(fā)電器包括-周邊陽極，該陽極包括導(dǎo)電基片，基片上粘有含有陽極活性材料的陽極活性層；-周邊陰極，該陰極包括導(dǎo)電基片，基片上粘有含有陰極活性材料的陰極活性層；-至少一個雙極電極，該電極包括陽極活性層，該層含有粘在第一導(dǎo)電基片上的陽極活性材料，并包括陰極活性層，該層含有粘在第二導(dǎo)電基片上的陰極活性材料，所述第一和第二導(dǎo)電基片緊靠在一起；-兩個可實現(xiàn)鋰離子導(dǎo)電并環(huán)繞各個雙極電極作為電絕緣體的柵板(séparateur)。
所述發(fā)電器的特征在于至少一個雙極電極的所述第一和第二導(dǎo)電基片由選自鋁及其合金的相同或不同的材料構(gòu)成，其特征還在于至少一個雙極電極的陰極活性層的陰極活性材料不能與所述第二導(dǎo)電基片材料形成鋁-鋰合金。
根據(jù)本發(fā)明應(yīng)該理解到，所述第一和第二基片不能與它們所接觸的活性材料形成合金。
根據(jù)本發(fā)明，我們還應(yīng)注意到，電極是整體組件，該組件包括至少一個導(dǎo)電基片和活性層，該活性層包括粘到所述基片表面上的活性材料，所述材料適合于可進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)的電極極化。
至少一個雙極電極的第一和第二導(dǎo)電基片最好形成一個單獨基片，也就是一個整體基片。根據(jù)該特定實施方式，所述這些基片成為一個塊狀部件，而不是兩個彼此緊靠在一起的組合件。
無論所述第一和第二導(dǎo)電基片的結(jié)構(gòu)如何，雙極電極都包括陽極活性層和陰極活性層，該兩個活性層分別位于公用基片的相反表面上(該公用基片相當(dāng)于由所述第一和第二基片連接在一起形成的組件或相當(dāng)于前面提及的整塊基片)。
因而本發(fā)明具備的優(yōu)點在于提出了一種鋰電化學(xué)發(fā)電器，因為專門使用了鋁或鋁合金作為構(gòu)成每個雙極電極的導(dǎo)電基片(也就是本發(fā)明的第一和第二基片)，特別是由于鋁密度較低(2.699克/厘米3)，所以該發(fā)電器的單位質(zhì)量能量密度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的單位質(zhì)量能量密度。
為了獲得這種結(jié)果，最好選擇每個雙極電極的陰極活性材料，使這種材料與所緊貼的所述第二基片兼容，也就是這樣一種材料，在所述材料中添加鋰的電位大于鋁-錫合金形成的電位。
在至少一個雙極電極的陰極活性材料中添加鋰的電位最好大于0.25V。
應(yīng)當(dāng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明，電位都是參考電解偶Li+/Li的電位給出的。
通常周邊電極可以是任意的，這是因為它們起到集電器的特殊作用。因而這些周邊電極能夠像現(xiàn)有技術(shù)所描述的那樣制成，其原因是這些電極無須保證雙電極功能。
但是，如果還要在重量方面有所發(fā)展，由鋁或鋁合金，與雙極電極所使用的同樣組成的活性材料一起，來制造周邊電極的導(dǎo)電基片可能是有意義的。
因此，本發(fā)明電化學(xué)發(fā)電器的特征還在于至少其中一個周邊電極的導(dǎo)電基片由一種從鋁和鋁合金中選擇的材料構(gòu)成。
每個雙極電極的陰極活性材料最好是Li4Ti5O12。
由于使用這種電位為1.55V的陰極活性材料，而該電位遠(yuǎn)大于鋰-鋁合金形成的約0.25V的電位，所以能在高額定值充電時既可以避免形成所述合金，又可以避免形成鋰枝晶。
因此，本發(fā)明的主要使用這種材料的電化學(xué)發(fā)電器的使用壽命比傳統(tǒng)鋰離子系統(tǒng)的長。此外，在沒有形成枝晶危險的情況下，可以使用比常用柵板更薄但又不太昂貴的柵板。
另外，使用比現(xiàn)有技術(shù)金屬鋰的導(dǎo)電差的陰極活性材料，因所述材料的反應(yīng)性很小而可以改進(jìn)其固有安全性。
陰極活性材料也可選自如下的材料高溫分解碳、焦炭、含鋰金屬合金、金屬硫化物或鹵化物，條件是這些材料都符合本發(fā)明要求。
本發(fā)明的每個雙極電極的陽極活性材料最好選自如下過渡族材料過渡金屬的磷酸鹽及原硅酸鹽、碳、置換的或未置換的過渡金屬氧化物以及它們的混合物。
應(yīng)當(dāng)指出的是，根據(jù)本發(fā)明，《過渡金屬》應(yīng)理解為在中性原子狀態(tài)，或在其常用的一種氧化態(tài)下，具有未完全充滿的d亞層的金屬。這些元素可按三個過渡系列進(jìn)行置換第一個過渡系列從鈧到鋅；第二個過渡系列從釔到鎘；第三個過渡系列從鉿到汞。
引伸來看，可以在過渡金屬中列入一些具有未完全填充f亞層的元素(所述的深層過渡元素)，這些金屬對應(yīng)于鑭系族和錒系族。
作為所用磷酸鹽的實例，可列舉磷酸鐵、比如LiFex1Mn1-x1PO4，取0≤X1≤1、磷酸鈷，比如LiCoPO4以及它們的混合物。這些材料具有橄欖石結(jié)構(gòu)。
作為過渡金屬氧化物的實例，可列舉LiMx2M’x3Mn2-x2-x3O4，取0≤X2≤0.33，0≤X3≤0.5，M表示Li或Mg，M’表示從Ni，Co，F(xiàn)e，Cr組中選擇的過渡金屬、LiCox4Ni1-x4O，取0≤X4≤1、LiAlx5Ni1-x5O2，取0≤X5≤0.25，以及它們的混合物。化學(xué)式LiMx2M’x3Mn2-x2-x3O4的材料具有尖晶石型結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，陽極活性材料最好由一種化學(xué)式為Li1+εMn2-εO4的過渡金屬構(gòu)成，式中取0≤ε≤0.33。
因此，當(dāng)這種材料聯(lián)接到比如Li4Ti5O12的陰極活性材料上時，根據(jù)本發(fā)明，電化學(xué)發(fā)電器可以在符號相反的兩個電極之間輸出約為2.5V的電壓，這尤其是可以使用一些不太昂貴的電解質(zhì)，其穩(wěn)定窗可以降到2.5V，而不是普通鋰-離子電池的4V。
根據(jù)本發(fā)明，每個雙極電極的陽極活性材料可以是一種吸附活性材料，最好是活性炭。
柵板可以是不同類型的柵板，這些柵板保證在本發(fā)明發(fā)電器的兩個相反電極之間的離子導(dǎo)電，它們主要配置在每個雙極電極的兩邊。
根據(jù)第一種實施方案，柵板可用一個多微孔部件構(gòu)成，微孔部件含有鋰離子導(dǎo)電液體電解質(zhì)。
液體電解質(zhì)例如含有碳酸酯類的溶劑或溶劑混合物，例如碳酸亞乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯，醚類溶劑或溶劑混合物，比如二甲氧基乙烷、二氧雜環(huán)戊烷、二噁烷，鋰鹽可以溶解在其中。
例如，鋰鹽可選自LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)3、LiN(C2F5SO2)。
根據(jù)第二種實施方案，柵板可以是含有鋰鹽的聚合電解質(zhì)。
例如，聚合物可以包括聚(丙烯晴)、聚(環(huán)氧乙烷)、聚(偏氟乙烯)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物或者其它在液體電解質(zhì)存在時可利用膠凝化作用賦予離子導(dǎo)電性的聚合物。鋰鹽可符合與前面給出的相同定義。
根據(jù)第三種實施方案，柵板可以由鋰離子導(dǎo)電的無機材料構(gòu)成，該材料選自磷酸鋰和硼酸鋰。
鋰離子導(dǎo)電的無機材料最好是Li3PO2.5N0.3。
根據(jù)第四種實施方案，柵板含有熔化的鋰鹽。
根據(jù)第五種實施方案，柵板可由一種離子液體構(gòu)成，該液體含有溶解的鋰鹽，比如前面已引述的一些鋰鹽。此外，離子液體最好是選自下面的一組鹽咪唑鎓鹽、二烷咪唑鎓鹽、烷基吡啶鎓鹽、二烷基吡啶鎓鹽、氯鋁酸鹽、烷基氯鋁酸鹽。
最后，根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的實施方式，電化學(xué)發(fā)電器的特征在于所有導(dǎo)電基片(即那些周邊電極基片及每個雙極電極的第一和第二基片)都是用鋁制成的，特征還在于發(fā)電器的所有陰極活性材料都是由相同材料構(gòu)成的，并且所述發(fā)電器的所有陽極活性材料也都是由相同材料構(gòu)成的。因此可以得到這樣一種發(fā)電器，其雙極電極及周邊電極的導(dǎo)電基片都由鋁材料制成，采用的陰極活性材料可與所述鋁兼容，這樣，相對于含有銅基片的發(fā)電器來講，可以明顯地改進(jìn)發(fā)電器的性能。
根據(jù)本發(fā)明，鋰發(fā)電器還可以包括一種配置在電極之間的密封墊圈。
該密封墊圈例如可以是聚烯烴為基礎(chǔ)的，比如聚乙烯、聚丙烯或以聚四氟乙烯為基礎(chǔ)的。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點可在閱讀了下面結(jié)合附圖的實施例后更好地顯示出來，當(dāng)然，該實施例是作為典型而非限定性的實例給出的。
圖面說明圖1是一種根據(jù)美國專利US5595839所述的鋰電池結(jié)構(gòu)；圖2表示根據(jù)本發(fā)明一種特定實施方式的鋰電化學(xué)發(fā)電器的結(jié)構(gòu)；圖3A表示根據(jù)下面描述的實施例制成的電化學(xué)發(fā)電器，其端子間電壓U(單位為V)隨電化學(xué)發(fā)電器容量的變化，該容量的標(biāo)注為CACC(單位為mAh)，或是隨比容量Li1.04Mn1.96O4的變化，該容量的標(biāo)注為CLi1.04 Mn1.96O4(單位為mAh/g)，這是在按照C/4的工作狀態(tài)所進(jìn)行的±0.31mA固定電流充/放電循環(huán)過程中的情況，工作狀態(tài)C/4表示每4個小時完成一次充電或放電；圖3B表示標(biāo)注為CLi1.04 Mn1.96O4的Li1.04Mn1.96O4的比容量(單位為mAh/g)隨著C/4狀態(tài)的充/放電nc/d循環(huán)數(shù)而出現(xiàn)的變化情況；圖4A表示根據(jù)下面描述的實施例制成的電化學(xué)發(fā)電器，其端子間電壓U(單位為V)隨標(biāo)注為CACC(單位為mAh)的電化學(xué)發(fā)電器容量或標(biāo)注為CLi1.04 Mn1.96O4(單位為mAh/g)的Li1.04Mn1.96O4的比容量的變化情況，這是在按照不同工作狀態(tài)(C/4，C，2C，4C，8C)下進(jìn)行的充/放電循環(huán)過程中的情況，用于所述各種工作狀態(tài)下的電流分別為0.31mA、1.24mA、2.48mA、4.96mA、9.92mA。
圖4B表示標(biāo)注為CLi1.04Mn1.96O4的Li1.04Mn1.96O4的比容量(單位為mAh/g)在恒定電流的不同工作狀態(tài)(C/4，C，2C，4C，8C)下，隨著充/放電循環(huán)數(shù)nc/d而出現(xiàn)的變化情況。
實施方式的詳細(xì)描述實施例1)陽極的制備陽極的質(zhì)量組成為85.5％來自ERACHEM Europe公司的Li1.04Mn1.96O4；8.5％來自ERACHEM Europe公司的超級炭黑；6.0％來自SOLVAY公司的Solef6020聚偏二氟乙烯(PVDF)；按照下面的方法制備陽極分別稱量氧化錳、碳黑粉末；制備含有12％PVDF質(zhì)量比的N-甲基吡咯烷酮(pyrolidonne)(NMP)溶液；在混合器中加入溶解在NMP中的PVDF，然后補充NMP以進(jìn)行稀釋；逐漸添加粉末，同時繼續(xù)進(jìn)行混合；制得一種均質(zhì)混合物后，借助微米級刮板，利用該混合物涂覆20微米厚的鋁條帶；將如此制得的電極在80℃的烘箱中干燥，開始的時候在大氣壓下1小時，然后在真空下2小時。
2)陰極的制備陰極的質(zhì)量組成為85.7％的Li4Ti5O12，它是按照5份TiO2，2份LiCO3比例的粉末混合物在900℃的空氣下加熱15小時制得的；8.3％來自ERACHEM Europe公司的超級炭黑；6.0％來自SOLVAY公司的Solef6020 PVDF；按照下面的方法制備陰極分別稱量氧化鈦、碳黑粉末；制備含有12％PVDF質(zhì)量比的NMP(N-甲基吡咯烷酮)溶液；在混合器中加入溶解在NMP中的PVDF，然后補充NMP以進(jìn)行稀釋；
逐漸添加粉末，同時繼續(xù)進(jìn)行混合；制得一種均質(zhì)混合物后，借助微米級刮板，在20微米厚的鋁條帶上涂覆；在80℃的烘箱中干燥電極，開始的時候在大氣壓下1小時，然后在真空下2小時。
3)雙極電極的制備雙極電極是在根據(jù)第1節(jié)制成的陽極另一面上使用陰極制作方案而制成的。
4)雙極電化學(xué)發(fā)電器的制備按所選擇的規(guī)格尺寸切割以后，將這些電極分開在環(huán)境溫度下在2t/cm2的壓力下加壓。
圖2所示的層疊組件是按兩個步驟制成的。第一步驟在不受控的大氣壓下完成，該步驟在于利用兩個成《U》字形的聚乙烯密封墊圈，通過對三個側(cè)邊的熱壓，使平行六面體的電化學(xué)發(fā)電器實現(xiàn)密封。在無水氣氛下的第二步驟在于現(xiàn)在第四個側(cè)邊上添加電解質(zhì)而激活電化學(xué)發(fā)電器，然后利用另外兩個聚乙烯密封墊圈在第四側(cè)上密封蓄電池。
通過該制備方法，按照圖2，制得的電化學(xué)發(fā)電器包括一個周邊陽極，該陽極包括一個鋁導(dǎo)電基片13以及一個以Li1.04Mn1.96O4為基礎(chǔ)的陽極活性層14，該發(fā)電器還包括一個周邊陰極，該陰極包括一個鋁導(dǎo)電基片21以及一個以Li4Ti5O12為基礎(chǔ)的陰極活性層20，它圍住一個雙極電極，雙極電極包括一個陽極活性層18和一個陰極活性層19，它們處在一個公用鋁導(dǎo)電基片17的兩邊(在它們只形成單獨一個部件的情況下，就對應(yīng)于所述第一和第二基片)。根據(jù)該實施方式，基片17形成單獨一個部件而不是兩個緊靠在一起的基片構(gòu)成的。
周邊電極用兩個柵板15、19與雙極電極分開。整體組件系統(tǒng)的密封性能由密封墊圈22保證，該墊圈可以由多個元件構(gòu)成。
已經(jīng)進(jìn)行過一些檢測，其目的在于強調(diào)根據(jù)本發(fā)明制得的蓄電池的穩(wěn)定性。結(jié)果都匯總在后面的圖3A中。
這樣，可以從圖3A中發(fā)現(xiàn)充/放電曲線是重疊的，這就表明在各個不同循環(huán)過程中蓄電池的穩(wěn)定性。這種驗證是由圖3B確認(rèn)的，它表明當(dāng)循環(huán)數(shù)增加時Li1.04Mn1.96O4的比容量變化很小。
在圖4A和4B中，發(fā)現(xiàn)在4C工作狀態(tài)下電化學(xué)發(fā)電器回收70％以上的額定容量，而在8C工作狀態(tài)下約為50％。
權(quán)利要求
1.一種鋰電化學(xué)發(fā)電器，它包括-周邊陽極，該陽極包括導(dǎo)電基片(13)，基片上粘有含有陽極活性材料的陽極活性層(14)；-周邊陰極，該陰極包括導(dǎo)電基片(20)，基片上粘有含有陰極活性材料的陰極活性層(21)；-至少一個雙極電極，該電極包括陽極活性層(18)，該層含有粘在第一導(dǎo)電基片上的陽極活性材料，并包括陰極活性層(16)，該層含有粘在第二導(dǎo)電基片上的陰極活性材料，所述第一和第二導(dǎo)電基片緊靠在一起；-兩個可實現(xiàn)鋰離子導(dǎo)電并環(huán)繞各個雙極電極作為電絕緣體的柵板(15，19)；所述發(fā)電器的特征在于至少一個雙極電極的所述第一和第二導(dǎo)電基片由選自鋁及其合金的相同或不同的材料構(gòu)成，其特征還在于至少一個雙極電極的陰極活性層(16)的陰極活性材料不能與所述第二導(dǎo)電基片材料形成鋁-鋰合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于至少一個雙極電極的所述第一導(dǎo)電基片和第二導(dǎo)電基片形成單獨基片(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于至少一個雙極電極的陰極活性材料在該材料中加入鋰的電位大于鋁-鋰合金形成的電位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于在至少一個雙極電極的陰極活性材料中添加鋰的電位大于0.25V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于至少其中一個周邊電極的導(dǎo)電基片由一種從鋁和鋁合金中選擇的材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于至少一個雙極電極的陰極活性材料是Li4Ti5O12。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于至少一個雙極電極的陽極活性材料選自下面的材料過渡金屬的磷酸鹽及原硅酸鹽、碳、置換的或未置換的過渡金屬氧化物以及它們的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于過渡金屬的磷酸鹽選自LiFex1Mn1-x1PO4，取0≤X1≤1及LiCoPO4以及它們的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于過渡金屬氧化物選自下面一組材料LiMx2M’x3Mn2-x2-x3O4，取0≤X2≤0.33，0≤X3≤0.5，M表示Li或Mg，M’表示從Ni，Co，F(xiàn)e，Cr組中選擇的過渡金屬、LiCox4Ni1-x4O2，取0≤X4≤1、LiAlx5Ni1-x5O2，取0≤X5≤0.25，以及它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于過渡金屬氧化物是Li1+εMn2-εO4，式中0≤ε≤0.33。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于至少一個雙極電極的陽極活性材料是吸收活性材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于陽極活性材料是活性炭。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于所述柵板(15，19)用多微孔部件構(gòu)成，微孔部件含有鋰離子液體導(dǎo)電電解質(zhì)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于柵板(15，19)由含有鋰鹽的聚合電解質(zhì)構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于柵板(15，19)由鋰離子導(dǎo)電的無機材料構(gòu)成，該材料選自磷酸鋰和硼酸鋰。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于鋰離子導(dǎo)電的無機材料是Li3PO2.5N0.03。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于柵板(15，19)含有熔化的鋰鹽。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-12之一的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于柵板(15，19)由一種離子液體構(gòu)成，該液體含有溶解的鋰鹽。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于離子液體選自下面的一組鹽咪唑鎓鹽、二烷咪唑鎓鹽、烷基吡啶鎓鹽、二烷基吡啶鎓鹽、氯鋁酸鹽、烷基氯鋁酸鹽。
20.根據(jù)上述任一權(quán)利要求的鋰電化學(xué)發(fā)電器，其特征在于所有導(dǎo)電基片(13，17，21)都是用鋁制成的，特征還在于所述發(fā)電器的所有陰極活性材料都是由相同材料構(gòu)成的，并且所述發(fā)電器的所有陽極活性材料是由相同材料構(gòu)成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰電化學(xué)發(fā)電器，包括兩個周邊電極，一個為正電極，另一個為負(fù)電極，每一個電極包括一個導(dǎo)電基片(13，21)和含有活性材料的活性層(14，20)；至少一個雙極電極，該電極包括一個處在第一導(dǎo)電基片上的陽極活性層(18)和處在第二導(dǎo)電基片上的陰極活性層(16)，所述基片連接在一起，有兩個環(huán)繞各個雙極電極的柵板(15，19)；其中每一個雙極電極的導(dǎo)電基片由相同或不同的材料構(gòu)成，它們選自鋁及其合金，蓄電池在運行時，雙極電極的陰極活性層的陰極活性材料不能與所述第二導(dǎo)電基片材料形成鋁—鋰合金。
文檔編號H01M6/16GK1596483SQ02823538
公開日2005年3月16日 申請日期2002年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月28日
發(fā)明者F·勒克拉斯, S·馬蒂內(nèi)特 申請人:法國原子能委員會