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      一種串聯(lián)電池組制備方法

      文檔序號(hào):7029255閱讀:159來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:一種串聯(lián)電池組制備方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及電池材料技術(shù)領(lǐng)域,更具體地說(shuō),本發(fā)明涉及一種串聯(lián)電池組制備方法。
      背景技術(shù)
      電池作為一種能量轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存裝置已經(jīng)成為現(xiàn)代生活中不可或缺的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的 電池包括一個(gè)正極(陰極)、一個(gè)負(fù)極(陽(yáng)極)以及一個(gè)在兩個(gè)電極之間的電解質(zhì)和其他的 輔助元件。經(jīng)歷了差不多兩個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,許多電池技術(shù)已經(jīng)非常成熟。然而,電池技術(shù)和 工業(yè)仍然具有諸多問(wèn)題,包括安全性、能量密度、功率密度、電壓、電流、充放速率、自放電、 體積、重量、價(jià)格、加工、壽命、環(huán)保等。為了進(jìn)一步提高電池性能、成本以及安全性,人們?cè)谶M(jìn)行著不懈努力。首先是開發(fā) 安全的具有高能量密度的電極材料,接著是開發(fā)新型的凝膠和固體電解質(zhì)以代替安全性差 的傳統(tǒng)液體電解質(zhì)。除了對(duì)電極材料、電解質(zhì)材料進(jìn)行優(yōu)化外,電極以及電解質(zhì)的加工成型 制備以及電池的構(gòu)造等,對(duì)提高電池的性能也起到非常重要的作用。一個(gè)有效的設(shè)計(jì)是,將電極以及電解質(zhì)的厚度盡可能地縮小,以有效地提高各活 性板塊的表面積,減小電池的內(nèi)電阻,從而提高排電(current drain)能力,提高能量密度, 降低自放電速率,增大電池工作溫度范圍,并且提供更高的效率、更好的容量利用率、更長(zhǎng) 的循環(huán)壽命、更強(qiáng)的可靠性和更優(yōu)的安全性。目前常見的電池構(gòu)造是螺線纏繞和平行板單極電池。這類設(shè)計(jì)不但對(duì)高速充放不 夠有效,對(duì)電池材料的利用容易不均勻,而且能量和功率輸出都很有限。隨著人們對(duì)化石能 源枯竭問(wèn)題的日益關(guān)注,提高能源的利用率和開發(fā)有效的替代能源紛紛成為各國(guó)重點(diǎn)的研 究課題。例如,在汽車工業(yè)中,各國(guó)都大力發(fā)展電動(dòng)車和混合動(dòng)力車,一方面減少對(duì)石油的 依賴,另一方面還可以減少排放,促進(jìn)對(duì)環(huán)境的保護(hù)。顯然,要作為汽車動(dòng)力等使用,電池必 須有足夠高的功率和能量。這樣就必須將多個(gè)電池串聯(lián)以提高電壓輸出,或者并聯(lián)以提高 電流輸出,或者同時(shí)串并聯(lián)。然而,目前的串、并聯(lián)技術(shù)一般采用通過(guò)外部連接部分將各個(gè) 完整的單電池連接起來(lái)。這樣一來(lái),外部連接部分的額外電阻不可避免地降低了電池組的 輸出能力,而且電池組的體積和重量也有了不必要的增加。鑒于這些情況,人們首先開發(fā)了雙極結(jié)構(gòu)以構(gòu)建串聯(lián)電池組。該設(shè)計(jì)利用置于個(gè) 體電池之間的雙極集流體連接各電池單元,達(dá)到串聯(lián)許多電池單元的目的,并不再使用獨(dú) 立的單元電池盒。每個(gè)電池單元都具有一個(gè)正極和一個(gè)負(fù)極,以及一層將正負(fù)極分隔開的 電解質(zhì)。在每一對(duì)電池單元之間有一個(gè)電子導(dǎo)電集流體(雙極集流體)連接一個(gè)電池單元 的正極以及另一個(gè)電池單元的負(fù)極,這樣電流沿著垂直于電極平面方向傳輸。而且一般情 況下,雙極集流體與相應(yīng)的電極有大面積的接觸,電流傳輸路徑大大縮短。這樣的結(jié)構(gòu)提高 了電池組的比能量,因?yàn)槌シ腔钚栽箅娏鞯膫鬏敁p耗被最小化,整體重量和體積也 減少很多。目前雙極結(jié)構(gòu)電池組的加工制備一般采用分步法。其中一種方法是先在一集流體兩面分別涂敷電池正負(fù)極材料制備雙極電極,再將雙極電極均勻間隔堆疊起來(lái),封裝并注 入電解質(zhì)溶液;或者在每一對(duì)雙極電極之間夾著一層凝膠或者固體電解質(zhì),采用熱壓等技 術(shù)成型成電池組。另一種方法是先在隔膜、凝膠或者固體電解質(zhì)膜兩面分別涂敷正負(fù)極材 料制備電極/電解質(zhì)組合,再將此每一對(duì)該組合之間夾著與一個(gè)雙極集流體,采用熱壓等 技術(shù)成型成電池組。最終在這些雙極電池組的正負(fù)極上施加單極集流體,引出電池端子,封 裝成型等。除了以上所述的兩種典型的方法外還可以有其他分步制備法。這些方法可參加 美國(guó)專利 US 5595839、US680601、US7220516、US 7279248、US 7125625、US 7163765,以及 美國(guó)專利申請(qǐng) US 2005/0031953、US2005/00037、US 2007/0017047 等。其中,雙極電極、電 極/電解質(zhì)組合、以及單電極等的制備可以有許多方法,包括各種刮刀法、噴涂法、旋涂法、 印刷法、擠出法等等。但是無(wú)論如何,目前的這些方法和技術(shù)都至少具有以下一些不足(1)步驟多。制 備一個(gè)電池組都需要許多步;(2)效率低。由于步驟多,使得所需時(shí)間長(zhǎng),效率大大降低; (3)成本高。由于步驟多,耗時(shí)長(zhǎng),所需的人力物力大大增加;(4)效果差。電池組的各個(gè)元 件還需要通過(guò)熱壓等工藝技術(shù)組合在一起,不同元件間的界面結(jié)合容易不理想,元件的完 整性等也可能受到破壞。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明提供了一種串聯(lián)電池組制備方法,它克服了背景技術(shù)電池組制備方法所存 在的步驟多、效率低、成本高、效果差的不足。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案之一是一種串聯(lián)電池組制備方法,該方法,它包括步驟01,將至少四個(gè)進(jìn)料物料組成,包括至少一個(gè)正極進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)負(fù) 極進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)電解質(zhì)進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)集流體進(jìn)料物料組成,通過(guò)供料 頭匯合成層狀料流,該層狀料流以及以該層狀料流為重復(fù)單元層疊的組合均遵循電池以及 電池串聯(lián)的原理;步驟02,將層狀料流再通過(guò)一個(gè)含至少一個(gè)層倍增器的層倍增部進(jìn)行分割_再層 疊匯合層倍增擠出操作,以形成電池組主體,該電池組主體遵循電池以及電池串聯(lián)的原理; 及步驟03,再在電池組主體主表面上添加額外組件,組成完整串聯(lián)電池組。一較佳實(shí)施例之中,該步驟01中,該用于匯合層疊進(jìn)料物料組成的供料頭選自普 通多流道供料頭,普通多流道供料頭與分流器的組合,增層供料頭中的任一種。一較佳實(shí)施例之中,該串聯(lián)電池組是二次鋰離子電池組。一較佳實(shí)施例之中,該串聯(lián)電池組是一次鋰電池組。一較佳實(shí)施例之中,該層狀料流的結(jié)構(gòu)表達(dá)為其中
      k下標(biāo)COj =卜k包括0及其以上的任意整數(shù),但Σc0y不小于1 ;
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      下標(biāo)aOj =卜k包括0及其以上的任意整數(shù),但
      權(quán)利要求
      1.一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該方法,它包括步驟01,將至少四個(gè)進(jìn)料物料組成,包括至少一個(gè)正極進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)負(fù)極進(jìn) 料物料組成,至少一個(gè)電解質(zhì)進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)集流體進(jìn)料物料組成,通過(guò)供料頭匯 合成層狀料流,該層狀料流以及以該層狀料流為重復(fù)單元層疊的組合均遵循電池以及電池 串聯(lián)的原理;步驟02,將層狀料流再通過(guò)一個(gè)含至少一個(gè)層倍增器的層倍增部進(jìn)行分割-再層疊匯 合層倍增擠出操作,以形成電池組主體,該電池組主體遵循電池以及電池串聯(lián)的原理;及步驟03,再在電池組主體主表面上添加額外組件,組成完整串聯(lián)電池組。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該步驟01中,該用于匯合層疊進(jìn)料物料組成的供料頭選自普通多流道供料頭,普通多 流道供料頭與分流器的組合,增層供料頭中的任一種。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該串聯(lián)電池組是二次 鋰離子電池組。
      4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該串聯(lián)電池組是一次 鋰電池組。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該層狀 料流的結(jié)構(gòu)表達(dá)為[(集流體)正極L/(電解質(zhì)) /(負(fù)極)約/(集流體U=H (III)其中
      6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該電池 組主體的結(jié)構(gòu)表達(dá)為{[(集流體‘/(正極、/(電解質(zhì)、/(負(fù)極、/(集流體‘ Ij=Mh (IV)其中
      7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該完整 串聯(lián)電池組結(jié)構(gòu)表達(dá)為
      8.一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該方法,它包括步驟01,將至少四個(gè)進(jìn)料物料組成,包括至少一個(gè)正極進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)負(fù)極進(jìn) 料物料組成,至少一個(gè)電解質(zhì)進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)集流體進(jìn)料物料組成,通過(guò)供料頭匯 合成層狀料流,該層狀料流遵循電池以及電池串聯(lián)的原理;步驟02,再在通過(guò)供料頭層倍增后的層狀料流主表面上添加額外組件,組成完整串聯(lián) 電池組。
      9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該步驟01中,該用于匯合層疊進(jìn)料物料組成的供料頭選自普通多流道供料頭,普通多 流道供料頭與分流器的組合,增層供料頭中的任一種。
      10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種串聯(lián)電池組制備方法,其特征是該串聯(lián)電池組是二次 鋰離子電池組和一次鋰電池組中的任一種。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種串聯(lián)電池組制備方法,該方法包括步驟01,通過(guò)供料頭將至少一個(gè)正極進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)負(fù)極進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)電解質(zhì)進(jìn)料物料組成,至少一個(gè)集流體進(jìn)料物料組成依據(jù)電池原理和電池串聯(lián)原理層疊;步驟02,優(yōu)選地再通過(guò)分割-再層疊匯合的層倍增共擠出方法擠出加工供料頭層疊的層狀料流,以制備出串聯(lián)電池組主體結(jié)構(gòu)。步驟03,添加合適額外組件,組成完整串聯(lián)電池組。由于多流道供料頭,加上優(yōu)選的分割-再層疊匯合的層倍增共擠出方法能夠直接層疊加工出串聯(lián)電池組,因此具有如下優(yōu)點(diǎn)1、制備方法靈活高效;2、制備出的電池,低內(nèi)電阻,大容量利用率,長(zhǎng)循環(huán)壽命,高可靠性,好的安全性,高總體能量密度。
      文檔編號(hào)H01M10/38GK101997144SQ20091011238
      公開日2011年3月30日 申請(qǐng)日期2009年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
      發(fā)明者翁文桂 申請(qǐng)人:翁文桂
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