專利名稱：利用直接涂覆在納米孔隔板上的電極的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及電池和其它電流產(chǎn)生電池的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及利用納米孔隔板的鋰電池、和通過以期望構(gòu)造利用納米孔結(jié)構(gòu)的隔板來覆蓋電池的其它的層來制備鋰電池的方法。
背景技術(shù)：
鋰電池，包括可再充電的或二次鋰離子電池、不可再充電的或一次鋰電池、和諸如鋰-硫電池的其它類型電池，通常通過交錯(cuò)塑料隔板、兩側(cè)涂覆陰極層的金屬基板、另外塑料隔板、和兩側(cè)涂覆陽(yáng)極層的另外金屬基板來制造鋰電池。為了保持這些材料的條帶的對(duì)齊和其它質(zhì)量原因，該交錯(cuò)通常在自動(dòng)設(shè)備上進(jìn)行，這是復(fù)雜和昂貴的。此外，為了實(shí)現(xiàn)足夠機(jī)械強(qiáng)度和完整性，隔板和金屬基板相對(duì)較厚，例如厚度為10微米或更厚。例如，用于陽(yáng)極涂層的銅金屬基板的典型厚度為10微米，陰極涂層的鋁金屬基板的典型厚度為12微米， 并且塑料隔板的厚度通常為12-20微米。這些較厚隔板和金屬基板不是電化學(xué)活性的，因此減小鋰電池的電極中電活性材料的體積。這限制了鋰電池的能量密度和功率密度。鋰電池的新應(yīng)用是用于混合動(dòng)力、插電式混合動(dòng)力和電力車輛的大功率電池。與手提式計(jì)算機(jī)與其它應(yīng)用的鋰電池中使用的圓柱形金屬電池相比，用于車輛的多種鋰電池為扁平或棱柱形設(shè)計(jì)。此外，用于車輛的鋰電池需要是經(jīng)濟(jì)的。制造用于車輛和其它應(yīng)用的更高能量和更經(jīng)濟(jì)的鋰電池的潛在方案包括，極大增加各電池中的電活性材料的體積的比例或百分率，并且降低制造電池的自動(dòng)設(shè)備的復(fù)雜性和費(fèi)用。如果鋰電池包括的隔板和金屬基板層遠(yuǎn)薄于目前使用的情況，從而具有更高的電活性材料含量，這將是有利的。如果與例如用于手提式計(jì)算機(jī)電池中使用的卷繞設(shè)備相比， 可以在更不復(fù)雜和更不昂貴的自動(dòng)加工設(shè)備上制備該鋰電池，而且特別適于制備扁平的或棱柱形的電池，這將是更加有利的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及利用納米孔隔板、特別是在200°C和更高溫度下尺寸穩(wěn)定的耐熱隔板的電池和其它電流產(chǎn)生電池、特別是鋰電池，以及涉及通過以期望的厚度和構(gòu)造利用納米孔結(jié)構(gòu)的隔板以將電池的其它層直接涂覆在隔板上來制備鋰電池的方法。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種鋰電池，包括(a)隔板/陰極組件，其中隔板/陰極組件包括夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的陰極集流器層、和在第一陰極層與陰極集流器層相對(duì)的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中第一陰極層直接涂覆在隔板層上，(b)隔板 /陽(yáng)極組件，其中隔板/陽(yáng)極組件包括夾置在第一陽(yáng)極層和第二陽(yáng)極層之間的陽(yáng)極集流器層、和在第一陽(yáng)極層與陽(yáng)極集流器層相對(duì)的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中第一陽(yáng)極層直接涂覆在隔板層上，以及(c)電解質(zhì)，其中電池包括隔板/陰極組件和所述隔板/陽(yáng)極組件的交替層。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件的一部分不接觸隔板/陽(yáng)極組件。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件不接觸隔板/陽(yáng)極組件的部分與隔板/陰極組件不接觸隔板/陽(yáng)極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸隔板/陰極組件的部分和隔板/陰極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且不電接觸隔板/陽(yáng)極組件的任何部分。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陽(yáng)極組件的一部分不接觸隔板/陰極組件。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陽(yáng)極組件的部分與隔板/陽(yáng)極組件不接觸隔板/陰極組件的一個(gè)或多個(gè)部分接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸隔板/陽(yáng)極組件的的部分和隔板/陽(yáng)極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且不電接觸隔板/陰極組件的任何部分。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件不接觸隔板/陽(yáng)極組件的部分與隔板/陰極組件不接觸隔板/陽(yáng)極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸隔板/陰極組件的部分和隔板/陰極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且不電接觸隔板/陽(yáng)極組件的任何部分。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，陰極集流器層直接涂覆在第一陰極層上。 在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陰極層鄰近隔板層的表面輪廓和隔板層鄰近第一陰極層的表面輪廓匹配，并且隔板層的表面輪廓與在將第一陰極層涂覆在隔板層上之前相同。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陰極層包括選自電活性顆粒和導(dǎo)電性顆粒的電極顆粒，并且電極顆粒不存在于鄰近第一陰極層的隔板層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件的隔板層包含隔板顆粒，并且隔板顆粒不存在于鄰近隔板層的第一陰極層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件的陰極集流器層包括鋁層。在一個(gè)實(shí)施方式中，鋁層的厚度小于3微米。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，陽(yáng)極集流器層直接涂覆在第一陽(yáng)極層上。 在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陽(yáng)極層鄰近隔板層的表面輪廓與隔板層鄰近第一陽(yáng)極層的表面輪廓匹配，并且隔板層的表面輪廓與在將第一陽(yáng)極層涂覆在隔板層上之前相同。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陽(yáng)極層包括選自電活性顆粒和導(dǎo)電性顆粒的電極顆粒，并且電極顆粒不存在于鄰近第一陽(yáng)極層的隔板層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陽(yáng)極組件的隔板層包含隔板顆粒，并且隔板顆粒不存在于鄰近隔板層的第一陽(yáng)極層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陽(yáng)極組件的陽(yáng)極集流器層包括選自銅層和鎳層的金屬層。在一個(gè)實(shí)施方式中，金屬層的厚度小于 3微米。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的隔板層的孔徑都小于0. 2微米、優(yōu)選小于0. 1微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板 /陽(yáng)極組件的隔板層都包括平均孔徑小于0. 2微米、優(yōu)選小于0. 1微米的孔。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的隔板層的厚度都小于9微米、優(yōu)選小于6微米。 在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的隔板層都包括包含鋁勃姆石的多孔層。本發(fā)明的另一方面涉及一種鋰電池，包括(a)隔板/陰極組件，其中隔板/陰極組件包括夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的陰極集流器層、和在第一陰極層與陰極集流器層相對(duì)的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中第一陰極層直接涂覆在隔板層上，(b)隔板/ 陽(yáng)極組件，其中隔板/陽(yáng)極組件包括陽(yáng)極層、和在陽(yáng)極層的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中陽(yáng)極層直接涂覆在隔板層上，以及(c)電解質(zhì)，其中電池包括隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的交替層。在一個(gè)實(shí)施方式中，陽(yáng)極層包含鋰金屬。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陰極層和第二陰極層包括硫或分子式為民2_的多硫化物，其中χ是2-8的整數(shù)。
本發(fā)明的另一方面涉及一種制備鋰電池的方法，包括下列步驟(a)將多孔隔板層涂覆在基板上；(b)將第一陰極層直接涂覆在隔板層的第一部分上；(c)將一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層直接涂覆在第一陰極層上；(d)將第二陰極層直接涂覆在一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層上；(e)將第一陽(yáng)極層直接涂覆在隔板層的第二部分上；(f)將一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層直接涂覆在第一陽(yáng)極層上；以及(g)將第二陽(yáng)極層直接涂覆在一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟(g)后還包括步驟(h):使基板從隔板層的所述第一和第二部分分層，以制備隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件。在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟(h)后還包括步驟(i)使隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件交錯(cuò)以形成干隔板/電極電池。在一個(gè)實(shí)施方式中，在交錯(cuò)步驟之前，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件為片狀構(gòu)造。在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟(i)后，隔板/陰極組件的一部分不接觸隔板/陽(yáng)極組件，和隔板/陽(yáng)極組件的一部分不接觸隔板/陰極組件，并且具有導(dǎo)電性銷的第一器件電連接隔板/陰極組件的所述部分中的兩個(gè)或多個(gè)，并且具有導(dǎo)電性銷的第二器件電連接隔板 /陽(yáng)極組件的所述部分中的兩個(gè)或多個(gè)。在一個(gè)實(shí)施方式中，還包括下列步驟(1)將干隔板/電極電池封裝在外殼中；以及( 填充電解質(zhì)并密封。在本發(fā)明的制備鋰電池的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(C)的所述一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層中的至少一個(gè)包括金屬層，并且金屬層的厚度小于3微米。在一個(gè)實(shí)施方式中， 步驟(f)的一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層中的至少一個(gè)包括金屬層，并且金屬層的厚度小于3 微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板層的孔徑小于0.2微米、優(yōu)選小于0.1微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板層的厚度小于9微米、優(yōu)選小于6微米。附圖簡(jiǎn)要說明為了描述本發(fā)明，附圖中示出了特定布置和方法。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所示的精確布置或詳細(xì)描述的方法。

圖1示出隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的交替層的剖視圖，其中一部分隔板 /陰極組件不接觸隔板/陽(yáng)極組件。圖2示出隔板/陰極組件的剖視圖，其包括夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的集流器層、和在第一陰極層的一個(gè)側(cè)面上的多孔隔板層。圖3示出隔板/陽(yáng)極組件的剖視圖，其包括夾置在第一陽(yáng)極層和第二陽(yáng)極層之間的集流器層、和在第一陽(yáng)極層的一個(gè)側(cè)面上的多孔隔板層。圖4示出具有導(dǎo)電性銷的器件的剖視圖，其在一部分隔板/陰極組件之間產(chǎn)生電連接，而不電連接隔板/陽(yáng)極組件。圖5示出隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的交替層的剖視圖，其中一部分隔板 /陽(yáng)極組件不接觸隔板/陰極組件。圖6示出具有導(dǎo)電性銷的器件的剖視圖，其在一部分隔板/陽(yáng)極組件之間產(chǎn)生電連接，而不電連接隔板/陰極組件。圖7示出交替層的自上向下視圖，其中圖4中所示的第一器件電接觸圖1中所示的隔板/陰極組件的部分、和隔板/陰極組件的另外一個(gè)或多個(gè)下面部分，以及其中圖6中所示的第二器件電接觸圖5中所示的隔板/陽(yáng)極組件的部分、和隔板/陽(yáng)極組件的另外一個(gè)或多個(gè)下面部分。圖8示出在分層以除去基板的步驟之前涂覆在基板上的隔板/陰極組件的剖視圖。圖9示出在分層以除去基板的步驟之前涂覆在基板上的隔板/陽(yáng)極組件的剖視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的鋰電池和制備鋰電池的方法提供靈活和有效的方案，從而提供具有更高能量和功率密度以及更低的生產(chǎn)和資金設(shè)備成本的鋰電池。本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種鋰電池，包括(a)隔板/陰極組件，其中隔板/陰極組件包括夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的陰極集流器層、和在第一陰極層與陰極集流器層相對(duì)的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中第一陰極層直接涂覆在隔板層上，(b)隔板 /陽(yáng)極組件，其中隔板/陽(yáng)極組件包括夾置在第一陽(yáng)極層和第二陽(yáng)極層之間的陽(yáng)極集流器層、和在第一陽(yáng)極層與陽(yáng)極集流器層相對(duì)的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中第一陽(yáng)極層直接涂覆在隔板層上，以及(c)電解質(zhì)，其中電池包括隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的交替層。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件的一部分不接觸隔板/陽(yáng)極組件。如本文使用的，單詞“電池”是指單個(gè)電流產(chǎn)生電池和合并在外殼或包裝中的多個(gè)電流產(chǎn)生電池。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“鋰電池”是指本領(lǐng)域已知的所有類型的鋰電池，包括但不限于可再充電的或二次鋰離子電池、不-可再充電的或一次鋰電池、和諸如鋰-硫電池的其它類型電池。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“集流器層”是指鄰近電極層的一個(gè)或多個(gè)集流層。這包括但不限于，單個(gè)導(dǎo)電金屬層或基板和具有諸如炭黑-基聚合物涂層的覆蓋導(dǎo)電涂層的單個(gè)導(dǎo)電金屬層或基板。作為集流器的導(dǎo)電金屬基板的實(shí)例是包括鋁的金屬基板，其通常用作用于正極或陰極層的集流器層和基板；以及包括銅的金屬基板，其通常用作用于負(fù)極或陽(yáng)極層的集流器層和基板。隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的集流器層都可包括導(dǎo)電性材料，該導(dǎo)電性材料選自包括金屬顏料或顆粒的導(dǎo)電性金屬；導(dǎo)電性碳，包括炭黑和石墨顏料；以及導(dǎo)電性聚合物。這些導(dǎo)電性材料可結(jié)合用于增加機(jī)械強(qiáng)度和撓性的有機(jī)聚合物，以形成集流器層。 如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“電極層”是指包括電活性材料的電池的層。在一次鋰電池的情況下或在可再充電的鋰電池的情況下，電極層中存在鋰時(shí)，鋰在電池的充電期間形成，并且在電池放電期間氧化成鋰離子，電極層稱為陽(yáng)極或負(fù)極層。具有相反極性的其它電極被稱為陰極或正極層。用于鋰電池的任何電活性材料可用在本發(fā)明的鋰電池的電極層中。實(shí)例包括但不限于作為陰極層中的電活性材料的鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、磷酸鋰鐵和硫； 和作為陽(yáng)極層中的電活性材料的鈦酸鋰、嵌鋰石墨、嵌鋰碳、和金屬鋰。如本文使用的，單詞“電解質(zhì)”是指可用于鋰電池的任何電解質(zhì)。合適電解質(zhì)包括但不限于液體電解質(zhì)、凝膠聚合物電解質(zhì)和固體聚合物電解質(zhì)。合適的液體電解質(zhì)包括但不限于，諸如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙基甲基酯的混合物的有機(jī)溶劑混合物中的 LiPF6溶液。圖1示出隔板/陰極組件10和隔板/陽(yáng)極組件20的交替層的剖視圖(不成比例)的實(shí)施例，其中隔板/陰極組件10的部分12不接觸隔板/陽(yáng)極組件20。具有一部分隔板/陰極組件不接觸隔板/陽(yáng)極組件、例如不具有隔板/陽(yáng)極組件的上層或下層的隔板/陰極組件的部分的一個(gè)目的是提供隔板/陰極組件的區(qū)域，其中單獨(dú)陰極集流器層可以直接彼此電連接以更有效地操作鋰電池。圖2示出本發(fā)明的隔板/陰極組件10的剖視圖(不成比例)的例子，其包括夾置在第一陰極層16和第二陰極層17之間的陰極集流器層14、和在第一陰極層16的一側(cè)上的隔板層18。圖3示出本發(fā)明的隔板/陽(yáng)極組件20的剖視圖(不成比例)的例子，其包括夾置在第一陽(yáng)極層沈和第二陽(yáng)極層27之間的陽(yáng)極集流器層M、和在第一陽(yáng)極層沈的一側(cè)上的隔板層28。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，不接觸隔板/陽(yáng)極組件的隔板/陰極組件的部分與不接觸隔板/陽(yáng)極組件的隔板/陰極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有導(dǎo)電性銷的設(shè)備電接觸隔板/陰極組件的部分和隔板/陰極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且不電接觸隔板/陽(yáng)極組件。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“具有導(dǎo)電性銷的器件”和“導(dǎo)電性銷”是指任何機(jī)械構(gòu)造，該構(gòu)造可以電連接隔板/陰極組件的兩個(gè)或多個(gè)部分或隔板/陽(yáng)極組件的兩個(gè)或多個(gè)部分。 實(shí)例包括但不限于金屬銷、金屬棒、具有或不具有金屬凸出以透過多個(gè)層的金屬夾和金屬螺絲、以及結(jié)合外殼的任何部件的這些金屬部件，該外殼具有設(shè)計(jì)或開口以使這些金屬邊緣連接和外部電連接材料定位和固定。金屬可以是鎳或任何其它導(dǎo)電性金屬或非金屬材料，其與特定電極層、集流器層和電解質(zhì)是相容和穩(wěn)定的)。圖4示出具有導(dǎo)電性銷32的器件30的剖視圖(不成比例)的實(shí)施例，導(dǎo)電性銷3 在隔板/陰極組件10的一個(gè)或多個(gè)部分12之間產(chǎn)生電連接，而不電連接隔板/陽(yáng)極組件 20。導(dǎo)電性銷32通過器件30中的開口或孔優(yōu)選地定位、插過和保持在適當(dāng)位置。不是導(dǎo)電性銷的器件30的部件可以是不導(dǎo)電的塑料材料，其任選地集成到電池的外殼中，或可選地可以是導(dǎo)電性材料，例如塑料材料中的金屬或金屬顆粒，其可用于使電池電連接外部電路。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，一部分隔板/陽(yáng)極組件不接觸隔板/陰極組件。圖5示出隔板/陰極組件10和隔板/陽(yáng)極組件20的交替層的剖視圖(不成比例) 的實(shí)施例，其中隔板/陽(yáng)極組件20的部分22不接觸隔板/陰極組件10。類似于上面對(duì)于隔板/陰極組件的描述，具有一部分隔板/陽(yáng)極組件不接觸隔板/陰極組件、例如不具有隔板/陰極組件的上層或下層的隔板/陽(yáng)極組件的部分的的一個(gè)目的是提供隔板/陽(yáng)極組件的區(qū)域，其中單獨(dú)集流器層可以直接彼此電連接以更有效地操作鋰電池。在一個(gè)實(shí)施方式中，不接觸隔板/陰極組件的隔板/陽(yáng)極組件的部分與不接觸隔板/陰極組件的隔板/陽(yáng)極組件的一個(gè)或多個(gè)部分接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸隔板/陽(yáng)極組件的部分和隔板/陽(yáng)極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且不電接觸隔板/陰極組件。圖6 示出具有導(dǎo)電性銷42的器件40的剖視圖(不成比例)的實(shí)施例，導(dǎo)電性銷42在隔板/陽(yáng)極組件20的部分22之間產(chǎn)生電連接，而不電連接隔板/陰極組件10。導(dǎo)電性銷42優(yōu)選地通過器件40中的開口或孔定位、插過和保持在適當(dāng)位置。不是導(dǎo)電性銷的器件40的部件可以是可以是非導(dǎo)電性塑料材料，其任選地集成到電池的外殼中，或可選地是導(dǎo)電性材料，例如塑料材料中的金屬或金屬顆粒，其可用于使電池電連接外部電路。在一個(gè)實(shí)施方式中，不接觸隔板/陽(yáng)極組件的一部分隔板/陰極組件與不接觸隔板/陽(yáng)極組件的隔板/陰極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分接觸。在一個(gè)實(shí)施方式中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸隔板/陰極組件的部分和隔板/陰極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且不電接觸隔板/陽(yáng)極組件。圖7示出交替層的自上向下視圖(不成比例)的例子，其中如圖4所示的器件30電接觸如圖1 所示的隔板/陰極組件10的部分12、隔板/陰極組件10的另外一個(gè)或多個(gè)下面部分12， 以及其中圖6中所示的器件40電接觸圖5中所示的隔板/陽(yáng)極組件20的部分22、隔板/ 陽(yáng)極組件20的另外一個(gè)或多個(gè)下面部分22。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，陰極集流器層直接涂覆在第一陰極層上。 在一個(gè)實(shí)施方式中，第二陰極層直接涂覆在第一陰極集流器層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陰極層鄰近隔板層的表面輪廓與隔板層鄰近所述第一陰極層的表面的輪廓匹配，并且隔板層的表面的輪廓和在將第一陰極層涂覆在隔板層上之前一樣。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陰極層包括選自電活性顆粒和導(dǎo)電性顆粒的電極顆粒，并且電極顆粒不存在于鄰近第一陰極層的隔板層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件的隔板層包括隔板顆粒，并且隔板顆粒不存在于鄰近隔板層的第一陰極層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件的陰極集流器層包括鋁層。在一個(gè)實(shí)施方式中，鋁層的厚度小于3微米。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，陽(yáng)極集流器層直接涂覆在第一陽(yáng)極層上。 在一個(gè)實(shí)施方式中，第二陽(yáng)極層直接涂覆在陽(yáng)極集流器層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陽(yáng)極層鄰近隔板層的表面的輪廓與隔板層鄰近第一陽(yáng)極層的表面的輪廓匹配，并且隔板層的表面的輪廓和在將第一陽(yáng)極層涂覆在隔板層上之前一樣。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陽(yáng)極層包括選自電活性顆粒和導(dǎo)電性顆粒的電極顆粒，并且電極顆粒不存在于鄰近第一陽(yáng)極層的隔板層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陽(yáng)極組件的隔板層包括隔板顆粒，并且隔板顆粒不存在于鄰近隔板層的第一陽(yáng)極層中。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陽(yáng)極組件的陽(yáng)極集流器層包括選自銅層和鎳層的金屬層。在一個(gè)實(shí)施方式中，金屬層的厚度小于3微米。 在本發(fā)明的鋰電池的陰極集流器層和陽(yáng)極集流器層的一個(gè)實(shí)施方式中，集流器層包括選自導(dǎo)電性金屬、導(dǎo)電性碳和導(dǎo)電性聚合物的導(dǎo)電性材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，集流器層包括直接涂覆在第一陰極或第一陽(yáng)極層上的兩個(gè)或多個(gè)層，并且兩個(gè)或多個(gè)層中的至少一個(gè)包括包含碳的導(dǎo)電性材料。在一個(gè)實(shí)施方式中，集流器層的厚度小于3微米。在本發(fā)明的鋰電池的一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的隔板層的孔徑都小于0. 2微米、優(yōu)選小于0. 1微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的隔板層都包括平均孔徑小于0. 2微米、優(yōu)選小于0. 1微米的孔。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的隔板層的厚度都小于9微米、優(yōu)選小于6微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板層包括包含干凝膠層或干凝膠膜的多孔層，包括但不限于包含鋁勃姆石的多孔層。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的隔板層包括選自下列的隔板顆粒諸如氧化鋁和鋁勃姆石的無(wú)機(jī)氧化物顆粒；無(wú)機(jī)氮化物顆粒；無(wú)機(jī)碳酸鹽顆粒；無(wú)機(jī)硫酸鹽顆粒；和諸如聚烯烴珠或含氟聚合物珠的聚合物顆粒。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“干凝膠層”是指通過干燥膠態(tài)溶膠液體以形成固體凝膠材料的干凝膠或溶膠凝膠法而形成的多孔層。如本文使用的，術(shù)語(yǔ)“干凝膠膜”是指包括至少一個(gè)干凝膠層的膜，其中干凝膠層的孔從該層的一側(cè)至該層的另一側(cè)是連續(xù)的。干凝膠層和膜通常包括作為溶膠凝膠材料的無(wú)機(jī)氧化物材料，例如鋁氧化物、鋁勃姆石和鋯氧化物。 用于本發(fā)明的合適的干凝膠膜的實(shí)例包括但不限于Carlson等人的第6，153，337號(hào)和第 6，306，545號(hào)美國(guó)專利、以及Carlson的第No. 6，488，721號(hào)和第6，497，780號(hào)美國(guó)專利中描述的干凝膠膜。
本發(fā)明的另一方面涉及一種鋰電池，包括(a)隔板/陰極組件，其中隔板/陰極組件包括夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的陰極集流器層、和在第一陰極層與陰極集流器層相對(duì)的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中第一陰極層直接涂覆在隔板層上，(b)隔板/ 陽(yáng)極組件，其中隔板/陽(yáng)極組件包括陽(yáng)極層、和在陽(yáng)極層的一側(cè)上的多孔隔板層，并且其中陽(yáng)極層直接涂覆在隔板層上，以及(C)電解質(zhì)，其中電池包括隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的交替層。在一個(gè)實(shí)施方式中，陽(yáng)極層包含鋰金屬。利用一些陽(yáng)極層，例如具有高導(dǎo)電性、并含有高含量的鋰或鋰合金或另外電活性陽(yáng)極金屬或金屬合金的陽(yáng)極層，可不需要陽(yáng)極集流器層。在這些情況下，可以省略涂覆陽(yáng)極集流器層和涂覆第二陽(yáng)極層的步驟，并且第一陽(yáng)極層可以直接涂覆在多孔隔板層上。第一陽(yáng)極層的這種涂覆可以是鋰或陽(yáng)極層的其它金屬成分的氣相沉積，或者可以通過鋰電池的金屬陽(yáng)極層領(lǐng)域中已知的其它方法中的任一種來進(jìn)行涂覆或沉積。在一個(gè)實(shí)施方式中，第一陰極層和第二陰極層包括硫或分子式為 S:的多硫化物，其中χ是2至8的整數(shù)。可不需要陽(yáng)極集流器層和第二陽(yáng)極層的鋰電池的實(shí)施例包括鋰-硫電池，其中陽(yáng)極通常是鋰金屬層。如果另外的電池層需要涂覆在鋰或其它金屬陽(yáng)極層的一側(cè)或兩側(cè)上，這些層可以在另外的涂覆步驟中直接涂覆在隔板層上或金屬陽(yáng)極層上。本發(fā)明的另一方面涉及一種制備鋰電池的方法，包括下列步驟(a)將多孔隔板層涂覆在基板上；(b)將第一陰極層直接涂覆在隔板層的第一部分上；(c)將一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層直接涂覆在第一陰極層上；(d)將第二陰極層直接涂覆在一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層上；(e)將第一陽(yáng)極層直接涂覆在隔板層的第二部分上；(f)將一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層直接涂覆在第一陽(yáng)極層上；以及(g)將第二陽(yáng)極層直接涂覆在一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層上。在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟(g)后還包括步驟(h):使基板從隔板層的第一和第二部分分層，以制備隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件。在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟(h)后還包括步驟(i)使隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件交錯(cuò)以形成干隔板/電極電池。在一個(gè)實(shí)施方式中，在交錯(cuò)步驟之前，所述隔板/陰極組件和所述隔板/陽(yáng)極組件為片狀構(gòu)造。在本發(fā)明的制備鋰電池的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(a)是提供多孔隔板層的步驟。在一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(a)包括將多孔隔板層涂覆在基板上。在一個(gè)實(shí)施方式中， 基板是離型基板，并且在步驟(d)后還包括下列步驟使基板從隔板層分層以形成隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件。在一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(a)的基板是多孔基板，其中多孔隔板層直接涂覆在多孔基板上。在一個(gè)實(shí)施方式中，多孔基板選自多孔聚合物膜和多孔非織造的聚合物纖維基板。多孔基板的實(shí)例包括但不限于多孔聚乙烯膜和多孔聚丙烯膜，例如由Polypore，Inc.，Charlotte, NC以商品名CELGARD所銷售的。為了使隔板的總厚度最小化，多孔基板的厚度可以為5-12微米，并且涂覆在多孔基板上的多孔隔板層的厚度可以為 2-10微米。如果多孔基板具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度以在作為自支撐膜或使用臨時(shí)的隔離膜而在涂覆設(shè)備上處理，并且具有金屬層隔板需要的性能，步驟(a)中使用多孔基板使得不需要稍后分層步驟，因?yàn)槎嗫谆遄優(yōu)殡姵貙硬⑶矣米鞲舭?。直接涂覆在多孔基板上的多孔隔板層具有另外?yōu)點(diǎn)提供非常小的孔的層的，該孔阻止直接涂覆在其上的電極層的任何顆粒滲透，以及提供具有在200°C或更高溫度下尺寸穩(wěn)定性的更安全和更耐熱性隔板的另外優(yōu)點(diǎn)。用于本發(fā)明的合適的隔板涂層的實(shí)例包括但不限于Carlson等人的第6，153，337號(hào)和第6，306，545號(hào)美國(guó)專利以及Carlson的第6，488，721號(hào)和第6，497，780號(hào)美國(guó)專利中描述的隔板涂層。這些隔板涂層可以從水性混合物或溶劑混合物中涂覆在多種基板上， 例如，有機(jī)硅處理的塑料和紙基板、聚酯膜基板、涂覆聚烯烴的紙和金屬基板、多孔聚烯烴膜和多孔非織造聚合物纖維基板。本發(fā)明的將隔板涂覆在基板上的優(yōu)點(diǎn)包括但不限于(a) 鋰電池的其它層可以涂覆或?qū)盈B在該隔板涂層上，然后可以通過分層除去基板以提供電池層的干燥疊堆，(b)用于隔板層的涂覆方法使其本身制備比用于隔板的擠出方法通常得到的隔板更薄的隔板；以及(c)涂覆的隔板層可以是孔徑小于0. 1微米的納米孔，納米孔太小而不允許任何電極和其它覆蓋涂層的顆粒滲透到隔板層中。甚至已經(jīng)發(fā)現(xiàn)孔徑高達(dá)0. 2微米的隔板層防止通常在鋰電池中使用的任何炭黑顏料的顆粒滲透到隔板層中。電極涂層可以涂覆在隔板層的全部表面上、或者隔板層上的條帶或通道中、或者隔板層上的小片或矩形形狀中，這取決于最終用途的要求以及在沒有因?yàn)槭瓜喾礃O性的任何電極和集流器層接觸而短路的情況下從各電極層進(jìn)行集流的具體處理。陰極涂層通常從顏料分散體涂覆，該顏料分散體包括諸如N-甲基吡咯烷酮(NMP)的有機(jī)溶劑例，并且含有顏料形式的電活性或陰極活性材料、導(dǎo)電碳顏料和有機(jī)聚合物。陽(yáng)極涂層通常從顏料分散體涂覆，該顏料分散體包含有機(jī)溶劑或水，并且含有顏料形式的電活性或陽(yáng)極活性材料、導(dǎo)電碳顏料和有機(jī)聚合物。這些電極顏料是直徑通常大于0. 1微米并且經(jīng)常是0. 5-5微米的顆粒。然而，陰極和陽(yáng)極層都可以涂覆在隔板/電極組件中，并且結(jié)合這些組件以形成干隔板/電極電池。在該情況下，隔板層可以存在于所有電極層上以在陰極和陽(yáng)極層之間設(shè)置“雙隔板”層，或者可選擇地，隔板層可以僅存在于隔板/電極組件的一個(gè)電極側(cè)面上， 如本發(fā)明中所述。對(duì)于集流器層，可選擇地，鋰電池領(lǐng)域中已知的諸如碳顏料涂層的導(dǎo)電非金屬層， 可以在金屬集流器層沉積之前和/或之后進(jìn)行涂覆，以獲得改善的集流和電池效率，以及提供一些增加的機(jī)械強(qiáng)度和撓性。金屬集流器層可以比鋰電池中使用的厚金屬基板通常的 10-12微米的厚度更薄。例如，金屬集流器的厚度可以小于3微米，并且可以薄為約1微米， 例如0. 5-1. 5微米厚。這允許將更高比例的電活性材料引入鋰電池，從而增強(qiáng)鋰電池的能量和功率密度。金屬集流器層可以通過本領(lǐng)域已知的任何金屬沉積方法來沉積，例如在鋁層的情況下通過真空沉積法。圖8示出在步驟(a)-(d)后直接涂覆在基板52上的隔板/陰極組件50剖視圖 (不成比例)的實(shí)施例。隔板/陰極組件50具有隔板層18、第一陰極層16、第二陰極層17 和陰極集流器層14。圖9示出在步驟(a)和(e)-(g)后直接涂覆在基板52上的隔板/陽(yáng)極組件60的剖視圖(不成比例)實(shí)施例。隔板/陽(yáng)極組件50具有隔板層觀、第一陽(yáng)極層 26、第二陽(yáng)極層27和陽(yáng)極集流器層M。將圖8中的基板52從相鄰隔板層18分層而產(chǎn)生隔板/陰極組件，例如圖2所示。 將圖9中的基板52從相鄰隔板層觀分層而產(chǎn)生隔板/陽(yáng)極組件，例如圖3所示。隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件可以切開以縮小寬度并形成具有期望形狀的片材，之后使它們交錯(cuò)以制備具有隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件部分的干電池組，其沒有相反極性的電極的上層和下層，因此成用于相同極性的多個(gè)電極和集流器層集流的構(gòu)造。 此外，隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件可以切開以縮小寬度并通過下列方式交錯(cuò)與通過將彼此不同寬度和邊緣偏置的塑料隔板、陰極、塑料隔板和陽(yáng)極條帶卷繞在一起制備圓筒鋰電池所進(jìn)行的那樣相類似地，使它們彼此偏置。鋰電池領(lǐng)域已知的邊緣連接的任何方法， 例如金屬互聯(lián)(tabbing)和氣相沉積的金屬邊緣，也可以用于本發(fā)明的鋰電池。此外，電絕緣材料可以沉積在隔板/陰極組件或隔板/陽(yáng)極組件的邊緣上，以提供避免使用相反極性的電極和集流器層弓I起的任何短路的另外保護(hù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，在步驟(i)后，隔板/陰極組件的一部分不接觸隔板/陽(yáng)極組件，和隔板/陽(yáng)極組件的一部分不接觸隔板/陰極組件，并且其中具有導(dǎo)電性銷的第一器件電連接隔板/陰極組件的所述部分中的兩個(gè)或多個(gè)，并且具有導(dǎo)電性銷的第二器件電所述隔板/陽(yáng)極組件的所述部分中的兩個(gè)或多個(gè)。圖7示出產(chǎn)生的干電極/隔板電池的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施方式中，還包括下列步驟⑴將所述干隔板/電極電池封裝在外殼中；以及(2)填充電解質(zhì)并密封。適當(dāng)?shù)耐鈿げ牧虾头椒ㄒ约半娊赓|(zhì)填充和密封方法包括鋰電池領(lǐng)域中已知的那些。外殼有助于防止電解質(zhì)的任何泄漏和有助于提供另外的機(jī)械保護(hù)。電解質(zhì)填充和密封將干電池組轉(zhuǎn)化為“濕”電池，該“濕”電池準(zhǔn)備用于充電-放電循環(huán)和供消費(fèi)者使用。本發(fā)明的鋰電池外殼和制備鋰電池的方法可以設(shè)計(jì)為用于在交錯(cuò)步驟中定位和對(duì)齊隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件，并且也可用于定位和放置具有導(dǎo)電性銷的器件。 例如，在制備扁平電池的一個(gè)方案中，外殼底部和附接底部的四個(gè)角柱可以使交錯(cuò)的隔板/ 陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件以彼此適當(dāng)?shù)慕嵌榷ㄎ徊⒈３衷谶m當(dāng)位置，其中在四個(gè)角柱中的兩個(gè)之間定位的各個(gè)邊緣上每個(gè)組件分別稍微重疊約4-10mm。參照?qǐng)D7，這些四個(gè)角柱可以定位在從上自下視圖的四個(gè)拐角處，以在交錯(cuò)步驟期間和邊緣連接具有導(dǎo)電性銷的器件之前，使板定位和保持在適當(dāng)位置。為了完成電池制備，例如，則外殼頂部可以連接到四個(gè)角柱上，其中頂部外殼的邊緣上的開口對(duì)齊底部外殼的邊緣上的開口，并且定位以接納具有導(dǎo)電性銷的特定器件。在邊緣上完成電連接之后，外殼的四個(gè)邊的剩余部分然后可以連接到外殼上。與諸如約100-200mm的各邊的寬度相比，扁平電池外殼的這些邊的高度可以非常小，例如小于10mm。外殼可以具有用于電解質(zhì)的填充孔，如一個(gè)側(cè)面上開口，優(yōu)選外殼頂部上的開口。在填充電解質(zhì)后，該填充口被密封以提供“濕”電池，該“濕”電池準(zhǔn)備在供消費(fèi)者使用之前用于化成(formation)循環(huán)和實(shí)驗(yàn)。外殼還提供將電池電連接到外部電路的路徑。這可以以鋰電池和其外殼的領(lǐng)域中已知的多種方式來完成。例如，外殼可以由作為一個(gè)電極連接的諸如鋁的金屬制成和由金屬銷制成，該金屬銷與金屬外殼電絕緣，可以在作為另外電極連接的外殼外面的外部電路連接上是可得到的。還例如，外殼可以是塑料，并且在用于各電極的外殼的外部上具有導(dǎo)電性銷的器件是可得到的。邊緣連接的多種其它變型也是可以使用的。例如，扁平電池的各隔板/電極組件的邊緣連接可以僅在一個(gè)邊緣上實(shí)現(xiàn)，而不是在各隔板/電極組件的兩個(gè)邊緣上實(shí)現(xiàn)。該方案可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化了電池的制備，但是仍提供有效的邊緣連接?？梢詢?yōu)化電極的長(zhǎng)度和寬度尺寸，以匹配優(yōu)選的邊緣連接和外部電連接。例如，對(duì)于僅在每個(gè)隔板 /電極組件的一側(cè)上的邊緣和外部電連接，該側(cè)的長(zhǎng)度可以遠(yuǎn)大于沒有電連接的側(cè)的寬度距離。在本發(fā)明的制備鋰電池的方法的一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(C)的一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層中的至少一個(gè)包括金屬層，并且所述金屬層的厚度小于3微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，步驟(f)的一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層中的至少一個(gè)包括金屬層，并且所述金屬層的厚度小于3微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板層的孔徑小于0. 2微米、優(yōu)選小于0. 1微米。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔板層包括平均孔徑小于0. 2微米、優(yōu)選小于0. 1微米的孔。在一個(gè)實(shí)施方式中， 隔板層的厚度小于9微米、優(yōu)選小于6微米。也可以通過和上面所述類似的方法和產(chǎn)品設(shè)計(jì)來制備其它電流產(chǎn)生電池，例如使用不包括鋰的化學(xué)的電容器和電池。
權(quán)利要求
1.一種鋰電池，包括(a)隔板/陰極組件，其中，所述隔板/陰極組件包括夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的陰極集流器層；和位于所述第一陰極層與所述陰極集流器層相對(duì)的一側(cè)的多孔隔板層；其中，所述第一陰極層直接涂覆在所述隔板層上；(b)隔板/陽(yáng)極組件，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件包括夾置在第一陽(yáng)極層和第二陽(yáng)極層之間的陽(yáng)極集流器層；和位于所述第一陽(yáng)極層與所述陽(yáng)極集流器層相對(duì)的一側(cè)的多孔隔板層；其中，所述第一陽(yáng)極層直接涂覆于所述隔板層；以及(c)電解質(zhì)，其中，所述電池包括所述隔板/陰極組件和所述隔板/陽(yáng)極組件的交替層。
2.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述陰極集流器層直接涂覆于所述第一陰極層。
3.如權(quán)利要求2所述的電池，其中，所述第二陰極層直接涂覆于所述陰極集流器層。
4.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述第一陰極層鄰近所述隔板層的表面輪廓和所述隔板層鄰近所述第一陰極層的表面輪廓相匹配，并且其中所述隔板層的表面輪廓與在將所述第一陰極層涂覆于所述隔板層之前相同。
5.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述第一陰極層包含選自電活性顆粒和導(dǎo)電性顆粒的電極顆粒，并且其中所述電極顆粒不存在于鄰近所述第一陰極層的所述隔板層中。
6.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層包括隔板顆粒， 并且其中所述隔板顆粒不存在于所述第一陰極層中。
7.如權(quán)利要求6所述的電池，其中，所述隔板顆粒選自無(wú)機(jī)氧化物顆粒、無(wú)機(jī)氮化物顆粒、無(wú)機(jī)碳酸鹽顆粒、無(wú)機(jī)硫酸鹽顆粒和聚合物顆粒。
8.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的一部分不與所述隔板/陽(yáng)極組件接觸。
9.如權(quán)利要求8所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述一部分，與所述隔板/ 陰極組件不接觸所述隔板/陽(yáng)極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分相接觸。
10.如權(quán)利要求9所述的電池，其中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸所述一部分和所述另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且所述具有導(dǎo)電性銷的器件不與所述隔板/陽(yáng)極組件的任何部分電接觸。
11.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的一部分不與所述隔板/陰極組件接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述部分，與所述隔板/ 陽(yáng)極組件不接觸所述隔板/陰極組件的一個(gè)或多個(gè)部分接觸。
13.如權(quán)利要求12所述的電池，其中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸所述部分和所述另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且所述具有導(dǎo)電性銷的器件不與所述隔板/陰極組件的任何部分電接觸。
14.如權(quán)利要求11所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的一部分不與所述隔板/陽(yáng)極組件接觸，并且與所述隔板/陰極組件不接觸所述隔板/陽(yáng)極組件的另外一個(gè)或多個(gè)部分接觸。
15.如權(quán)利要求14所述的電池，其中，具有導(dǎo)電性銷的器件電接觸所述隔板/陰極組件的所述部分、和所述隔板/陰極組件的所述另外一個(gè)或多個(gè)部分，并且所述具有導(dǎo)電性銷的器件不與所述隔板/陽(yáng)極組件的任何部分電接觸。
16.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述陰極集流器層包括鋁層。
17.如權(quán)利要求16所述的電池，其中，所述鋁層的厚度小于3微米。
18.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述陽(yáng)極集流器層包括選自銅層和鎳層的金屬層。
19.如權(quán)利要求18所述的電池，其中，所述金屬層的厚度小于3微米。
20.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層包括平均孔徑小于0.2微米的孔。
21.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層包括平均孔徑小于0.1微米的孔。
22.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層包括平均孔徑小于0.2微米的孔。
23.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層包括平均孔徑小于0.1微米的孔。
24.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層的厚度小于9 微米。
25.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層的厚度小于6 微米。
26.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層的厚度小于9 微米。
27.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層的厚度小于6 微米。
28.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層包括干凝膠膜。
29.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層包括鋁勃姆石。
30.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述隔板層是在200°C處尺寸穩(wěn)定的耐熱隔板層。
31.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層包括干凝膠膜。
32.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層包括鋁勃姆石。
33.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層是在200°C處尺寸穩(wěn)定的耐熱隔板層。
34.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述陰極集流器層包括選自導(dǎo)電性金屬、導(dǎo)電性碳和導(dǎo)電性聚合物的導(dǎo)電性材料。
35.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述陰極集流器層包括直接涂覆于所述第一陰極層上的兩個(gè)或多個(gè)層，并且其中所述兩個(gè)或多個(gè)層中的至少一個(gè)包括包含碳的導(dǎo)電性材料。
36.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陰極組件的所述陰極集流器層的厚度小于3微米。
37.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述陽(yáng)極集流器層包括選自導(dǎo)電性金屬、導(dǎo)電性碳和導(dǎo)電性聚合物的導(dǎo)電性材料。
38.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述陽(yáng)極集流器層包括直接涂覆于述第一陽(yáng)極層上的兩個(gè)或多個(gè)層，并且其中所述兩個(gè)或多個(gè)層中的至少一個(gè)包括含碳的導(dǎo)電性材料。
39.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述陽(yáng)極集流器層的厚度小于3微米。
40.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述陽(yáng)極集流器層直接涂覆在所述第一陽(yáng)極層上。
41.如權(quán)利要求40所述的電池，其中，所述第二陽(yáng)極層直接涂覆于所述陽(yáng)極集流器層。
42.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述第一陽(yáng)極層鄰近所述隔板層的表面輪廓與所述隔板層鄰近所述第一陽(yáng)極層的表面輪廓相匹配，并且其中所述隔板層的表面輪廓和在將所述第一陽(yáng)極層涂覆于述隔板層之前相同。
43.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述第一陽(yáng)極層包括選自電活性顆粒和導(dǎo)電性顆粒的電極顆粒，并且其中所述電極顆粒不存在于鄰近所述第一陽(yáng)極層的所述隔板層中。
44.如權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述隔板/陽(yáng)極組件的所述隔板層包括隔板顆粒， 并且其中所述隔板顆粒不存在于所述第一陽(yáng)極層中。
45.如權(quán)利要求44所述的電池，其中，所述隔板顆粒選自無(wú)機(jī)氧化物顆粒、無(wú)機(jī)氮化物顆粒、無(wú)機(jī)碳酸鹽顆粒、無(wú)機(jī)硫酸鹽顆粒和聚合物顆粒。
46.一種鋰電池，包括(a)隔板/陰極組件，其中所述隔板/陰極組件包括 夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的陰極集流器層；和位于第一陰極層與所述陰極集流器層相對(duì)的一側(cè)的多孔隔板層； 并且其中所述第一陰極層直接涂覆于述隔板層；(b)隔板/陽(yáng)極組件，其中所述隔板/陽(yáng)極組件包括 陽(yáng)極層；和位于陽(yáng)極層的一側(cè)的多孔隔板層；并且其中所述陽(yáng)極層直接涂覆于所述隔板層；以及(c)電解質(zhì)，其中所述電池包括所述隔板/陰極組件和所述隔板/陽(yáng)極組件的交替層。
47.如權(quán)利要求46所述的電池，其中，所述陽(yáng)極層包括鋰金屬。
48.如權(quán)利要求46所述的電池，其中，所述第一陰極層和第二陰極層包括硫或分子式為S/—的多硫化物，其中χ是2-8的整數(shù)。
49.一種制備鋰電池的方法，包括(a)將多孔隔板層涂覆于基板；(b)將第一陰極層直接涂覆于所述隔板層的第一部分；(c)將一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層直接涂覆于所述第一陰極層；(d)將第二陰極層直接涂覆于所述一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層；(e)將第一陽(yáng)極層直接涂覆于所述隔板層的第二部分；(f)將一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層直接涂覆于所述第一陽(yáng)極層；以及(g)將第二陽(yáng)極層直接涂覆于所述一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，在步驟(g)之后，還包括步驟(h)使所述基板從所述隔板層的所述第一和第二部分分層，以制備隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其中，在步驟(h)之后，還包括步驟(i)使所述隔板/ 陰極組件和所述隔板/陽(yáng)極組件交錯(cuò)，以形成干隔板/電極電池。
52.如權(quán)利要求51所述的方法，其中，在所述交錯(cuò)步驟(i)之前，所述隔板/陰極組件和所述隔板/陽(yáng)極組件成片狀構(gòu)造。
53.如權(quán)利要求51所述的方法，其中，在步驟(i)之后，所述隔板/陰極組件的一部分不與所述隔板/陽(yáng)極組件接觸，所述隔板/陽(yáng)極組件的一部分不與所述隔板/陰極組件接觸，其中具有導(dǎo)電性銷的第一器件電連接所述隔板/陰極組件的所述一部分中的兩個(gè)或多個(gè)，并且具有導(dǎo)電性銷的第二器件電連接所述隔板/陽(yáng)極組件的所述一部分中的兩個(gè)或多個(gè)。
54.如權(quán)利要求51所述的方法，其中，還包括(1)將所述干隔板/電極電池封裝在外殼中；以及(2)填充電解質(zhì)并密封。
55.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，步驟(c)的所述一個(gè)或多個(gè)陰極集流器層包括金屬層，并且所述金屬層的厚度小于3微米。
56.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述隔板層包括平均孔徑小于0.1微米的孔。
57.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述隔板層的厚度小于6微米。
58.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，步驟(f)的所述一個(gè)或多個(gè)陽(yáng)極集流器層包括金屬層，并且所述金屬層的厚度小于3微米。
59.如權(quán)利要求49所述的方法，其中，步驟(a)的所述基板是多孔基板，步驟(d)形成隔板/陰極組件，以及步驟(g)形成隔板/陽(yáng)極組件，并且其中還包括使所述隔板/陰極組件和所述隔板/陽(yáng)極組件交錯(cuò)以形成干隔板/電極電池。
60.如權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述多孔基板選自多孔聚合物膜和多孔非織造的聚合物纖維基板。
61.如權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述隔板/陰極組件的一部分不與所述隔板/陽(yáng)極組件接觸，所述隔板/陽(yáng)極組件的一部分不與所述隔板/陰極組件接觸，并且其中具有導(dǎo)電性銷的第一器件與所述隔板/陰極組件的所述一部分中的兩個(gè)或多個(gè)電連接，并且具有導(dǎo)電性銷的第二器件與所述隔板/陽(yáng)極組件的所述一部分中的兩個(gè)或多個(gè)電連接。
62.如權(quán)利要求59所述的方法，其中，還包括(1)將所述干隔板/電極電池封裝在外殼中；以及(2)填充電解質(zhì)并密封。
全文摘要
提供了一種鋰電池，包括(a)隔板/陰極組件包括，夾置在第一陰極層和第二陰極層之間的陰極集流器層、和結(jié)合在第一陰極層一側(cè)上的多孔隔板層，其中第一陰極層直接涂覆在隔板層上，(b)隔板/陽(yáng)極組件包括，夾置在第一陽(yáng)極層和第二陽(yáng)極層之間的陽(yáng)極集流器層、和結(jié)合在第一陽(yáng)極層一側(cè)上的多孔隔板層，其中第一陽(yáng)極層直接涂覆在隔板層上，以及(c)電解質(zhì)，其中電池包括隔板/陰極組件和隔板/陽(yáng)極組件的交替層。優(yōu)選地，隔板/陰極組件的一部分不接觸隔板/陽(yáng)極組件，以及隔板/陽(yáng)極組件的一部分不接觸隔板/陰極組件，通過這些部分制備導(dǎo)電邊緣連接。還提供了制備這種鋰電池的方法。
文檔編號(hào)H01M2/14GK102460772SQ201080031856
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者史蒂文·艾倫·卡爾森 申請(qǐng)人:奧普?qǐng)D多特公司