CN1156519A - 可再充电电池结构及其制备方法 - Google Patents

可再充电电池结构及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1156519A
CN1156519A CN95194756A CN95194756A CN1156519A CN 1156519 A CN1156519 A CN 1156519A CN 95194756 A CN95194756 A CN 95194756A CN 95194756 A CN95194756 A CN 95194756A CN 1156519 A CN1156519 A CN 1156519A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
gatherer
paper tinsel
electrode layer
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN95194756A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1090826C (zh
Inventor
安东尼·S·戈兹泽
卡洛琳·N·施慕兹
让·马希·塔拉斯空
波尔·C·华伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
QUANTIVALENCY TECHNOLOGIES (NEVADA) Co Ltd
Original Assignee
Bell Communications Research Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bell Communications Research Inc filed Critical Bell Communications Research Inc
Publication of CN1156519A publication Critical patent/CN1156519A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1090826C publication Critical patent/CN1090826C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/04—Cells with aqueous electrolyte
    • H01M6/06—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid
    • H01M6/10—Dry cells, i.e. cells wherein the electrolyte is rendered non-fluid with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/30—Deferred-action cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/40—Printed batteries, e.g. thin film batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

一种可再充电电池包含一层状电解单元，该单元中，一具弹性塑化高分子的混合电解质/分离器层被设置于带有各自电流收集器箔的添加锂离子的高分子基体组成的正与负电极层间。一长形层状单元通过将一电极/收集器布置在结构内的初始横向折叠，以及后续的向外朝收集器容纳电池端子的电极端处螺旋状盘绕该单元的连续折叠，而形成一整体化电池，不须***绝缘物。将该结构浸入一溶剂中可萃取该高分子塑化剂，之后该塑化剂通过与锂盐溶液电解质接触而被取代，从而活化电池。

Description

可再充电电池结构及其制备方法
发明背景
本发明涉及包含高分子成分组成的电极和电解质部分的电解电池，以及一种经济制造此等电池的方法。尤其，本发明涉及可再充电锂电池，它包括含有电解液的电极-中间物高分子分离元件，锂离子在电池充/放电周期间从源电极材料，经电解液，而在电池电极间移动。本发明对制造层状电池尤其有用，该电池的电极具有多层之形式，包括锂及其它可添加锂离子的化合物，并且电极间的膜或层包含一种增塑的高分子基体，基体中因掺入了能提供离子移动的可离解锂盐的有机溶液，故可以离子导电。
早期可再充电锂电池利用锂金属电极作为离子源，同时作为正极，正极包含可在电池放电期间内，向其结构中添加锂离子的化合物。大致而言，此种电池依赖于多孔分离结构或薄膜，多孔分离结构或薄膜通常以锂化合物溶液之形式物理地掺入一定量的流体电解质，并提供用于防止电池电极间破坏性接触的装置。范围由玻璃纤维滤纸或布至微孔聚烯烃膜或非织造布的片状物或薄膜，均可用溶于碳酸丙烯酯、二乙氧基乙烷或碳酸二甲酯之类有机溶剂中的诸如LiClO4、LiPF6或LiBF4等锂化合物溶液渗透，以形成此电解质/分离器元件。因此架设于电极间的流体电解质桥为导电系数范围约10-3S/cm提供了必需的Li+离子移动。
后续的发展，如美国专利5,296,318中所述的，其提供的电解电池同时具有包含可添加离子之化合物的正极及负极，并包括强度大、非孔性、具弹性的高分子电解电池分离器膜材料，该材料包含锂盐电解液，并在低于室温的温度范围下仍具功能。这些电解质膜或者用作电池部件为机械式组装的分离器元件或者用于由电极及电解质成分的连续涂覆层所构成的组合电池中。在每一种实施中，该等高分子电解质/分离器元件通常在电池组装时包含锂电解质盐，而于电池组装期间，因那些盐类的水性特性，必须有特殊的环境条件。
较近的发展已提供一种方式，其使用这些本质上可免去电池组装期间所需的特殊环境控制的改良高分子电解质膜及电极成分。典型地，该高分子电极与电解质/分离器层经热接合以形成一层状电池结构，其可确保最佳的隔层功效，并在其作为活化流体的应用中使敏感性电解质的混入延迟，直到电池结构的最终阶段为止或更迟。
这些电池的层状结构亦提供一将电流收集器元件并入的预备装置，通常作为可进一步加强电池组装强度的额外导电层或箔。为了提供最佳的从活化电解液至电极与分离器层的通路，当收集器层包含如金属箔等正常情形下为非透性材料时，最好使此等收集器层中的至少之一呈开放的栅状或孔筛状结构、多孔或者类似网状形式，以允许流体穿透。
由于层状电池的容量随电极面积而定，故希望构造电池产品时使此参数最大化。然而，明显的实用上的限制使整个线性电池尺寸最小化。因此，本电池制造操作致力于将该层状电池压缩为一最小体积的结构，并维持所欲的电极间面积。达成此一平衡的一般方法为将薄而有弹性的电池元件卷成螺旋状圈，例如美国专利4,929,519中者，其在效果上可压缩电池的纵向尺寸。在此实行上所遭遇的缺点为须在圈内***一绝缘层，以避免相反极性的电极直接接触，而造成电池功能失效。此一实行不仅须进一步处理电池元件，亦造成辅助电池零件之重量与体积的增加。
另一种一般方法需要使用多折单独的电极与分离器元件，例如美国专利4,761,352中者，其通常不幸地造成电极重要部分与收集器材料之间类似的无益重复。
本发明通过提供改良形式的层状电池结构而排除此等缺点，该层状电池结构可为较佳的高分子电极及电解质元件形式，而使用不被电极间绝缘元件的需求所干扰的经济螺旋状制造技术。通过大幅缩减导电收集器元件的扩展以及此等元件所表现的非功能性电池重量，而获进一步改善。
发明概述
本发明的小型、高容量可再充电电池的结构包括一细长的、具弹性的层状电解单元，其起初横向自身折叠，从而将该对电极之一以及其相关电流收集器元件置于该折叠体内，然后沿纵向朝目前邻接的成对电解单元端连续折叠或卷起，以达到所需的最终形状。当该电解单元被封入一保护容器或封壳内时，固定在该电解单元各个电极上的接点作为电池端子。
一电解单元的基本层状结构包括常规的电极和***式分离器/电解元件，正常情形下外侧电流收集器元件共同延伸接触其各自的电极并作为该单元的相反极。这些元件可各自由上述美国专利5,296,318中所述的材料构成，其合并于此作为参考。该混合分离器/电解元件组成的配方较好不含锂盐成分，以避免大气湿度的不良影响。反之，该组成只包括聚合物及一种或多种溶剂，或者塑化剂，如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、酞酸二丁酯(DBP)等成分。另外，有益的组成可包括一惰性填充剂，例如煅制硅烷化硅石(fumed silanized silica)，其提供额外的物理强度，并增进活化电解液的后续吸收度。
该等电极组成较好包括同类型的高分子基体，以增进单元电极与分离器元件间的相容性以及后续的层压粘着性。该等电极的活性电解成分包括任何在早期电解单元组成中表现出良好结果的锂离子添加材料。较有名的有包括镁、钴或镍的三级锂金属氧化物添加化合物，以及包括石油焦和石墨的碳反电极材料。
可用于该等单元中的电流收集器元件仍为已存电池结构中作用良好的相应的铜、铝、镍及不锈钢的组合。被选中收集器对中的一个或两者最好为多孔或膨胀的筛孔形式的箔，以便于本发明电池结构制造的后半部操作期间促进溶剂及其它流体组成的渗透。于本发明的一方面，因其网状结构所造成收集器元件之减弱，可加以适当弥补。
在一基本电池单元组装完成时，其可通过直接涂覆元件组成，用中间粘着剂或其后的热学层压覆盖各电池元件层或膜，而得一整体层状电解单元结构，通常为预备作尺寸压缩的细长形式。在电池制造程序的此阶段，本发明程序不是由一端向另一端顺序折叠或卷起该单元，并***一额外绝缘膜，而是对该单元进行初始横向折叠，一般于其纵向中心的区域中，以使组成单元电极之一的电池电极/收集器表面的两部分在折叠结构内相接触。以此方法，基本上可避免单元相反极表面间的任何后续接触，以及所导致的电路短路。
其后该单元可塑形为所欲形状；例如，藉由从该横向折叠往邻近自由端进行该长形体的顺序折叠，可以得到一般为平坦或低外形的长方形电池。若希望获得圆柱形电池，可用卷起操作来替代顺序折叠。当塑形完成时，该等层状基体的热塑性高分子特性可再用来在加热及加压时使该小型层状结构整体化。
如此形成的电池本体可在引起一电解质盐以激发电解活性的最终处理之前，储存一段任何长度的时间。在此一程序的较佳第一操作中，该小型单元/电池本体与一溶剂接触，该溶剂相对于该基体高分子塑化剂具不同的活性，而本质上对该高分子本身呈惰性。在此情形下，该塑化剂以及具有无关本性的其它材料从本体中萃取出，从而专门调节该高分子基体，以吸收具一定活化量的所需电解液，电解液通常包含一种或多种锂盐，如LiPF6、LiBF4或其它一般用以使电池组成具必要离子电导度的此类化合物。该单元本体因处理上的较佳情形可于电解活化前或后，被包围或封入一保护的电池壳体中。
主要为了在整个单元本体中促进萃取的迅速流动并活化流体，故使用多孔或筛孔状导电收集器箔。此等收集器箔的另一优点为可减少电解上不具活性的单元成分所增加的重量，从而提高电池总的功率/重量容量。通过重量减缩而进一步提高容量，在本发明中是通过收集器箔部分之免除而达成的，该收集器箔部分为多余地位于折叠操作所导致的电极表面相接触区域中。因此于此情形下，单一的公共收集器元件即足够。当该依序的单元折叠以使该箔明显位于此等折叠内部的形式达成时，可得另一类似的优点，并另外还能降低精细孔状收集器箔破裂的危险。
本发明的特别有利方面将因下述说明及特定代表性的电池单元实施例而更加明显。
附图描述
本发明将参考所附示图而加以说明：
图1是用于本发明中典型电解单元层状结构的斜向切割视图；
图2描绘了根据本发明一实施例的在电池单元塑形连续步骤期间，一单元的一系列纵切面图；
图3以类似方式描绘了本发明另一实施例中的系列步骤：
图4以类似方式描绘本发明又一实施例中的系列步骤；及
图5为实施本发明的一典型电池的充/放电周期性能曲线图。
本发明的说明
如图1中所示，用于本发明中的电解单元的基本结构包括一混合高分子分离器/电解质组成层15，其位于负与正高分子基体电极的各自组成层13，17间，负与正收集器箔11，19称为膨胀金属箔，覆盖在该等电极之上，且该组件10经热压缩而熔化该高分子成分，并将这些层合成一层状单元。
在图2-图4中，所示的基本单元10为收集器11，19的组合，两者覆盖了单一层14，为了简化并使示图清楚，层14实际上代表电极与分离器/电解质层13，15及17的组合。
转至图2(a)，具有某预设长度的单元10示有以焊锡、导电环氧化物之类的一般方法固定在收集器11，19上的导电垫片22，24，以提供以后将连接导线的本质端子。在图2(b)中，本发明方法的第一步骤是在中间纵向区域的23处横向折叠该单元，以使该等收集器之一(假设任选为19)于该结构之内侧自身折叠。此初始的折叠不需要精准地位于该单元长度的中心，因为如后所将述的，该电池端子可能较佳位于最终电池结构的相对侧。再度为使示图清楚，此处及整个相对应的示图中，将所述折叠单元10的面对面部分隔开，虽然实际上它们是相接触。
在图2(c)中，该结构的折叠端23于一折叠处25造成与该单元本体的主要区段相接触。于27，29处的后续折叠完成了图2(d)中的程序，其中可用一般方法(未示出)沿箭头28的方向加压，紧密压制该单元的折叠层，形成单一化的电池结构。虽然在图2(d)的结构中仅示出了三个连续的折叠25，27，29，但任何折叠数目均可使用，视基本单元10的长度和所需最终结构的外形尺寸而定。同时，可延伸带有端子22的内单元端，以便提供另一折，例如如26处的虚线所示，以按需要将该端子移至结构表面上的另一位置。在整个折叠步骤中，没有任何收集器表面会接触另一具相反极性的表面，因此可维持该单元之完整。
图3接着示出了同样一般的步骤，其另外示出将非功能性重量由结构中移除，以提高该电池的额定容量。如图3(a)中所示，此步骤由单元10中移除那些因图2中折叠操作而会相接触的收集器11，19区段之一。因此，构造单元10时不需要于31，36处与层14正常相接触的收集器11，19区段。图3(b)与3(c)中该单元于区域33，35处的连续折叠因此使收集器11，19的表面只与其各自的单元电极层相接触，从而以后可作为公共收集器。图3(d)中于37，39处的进一步折叠持续此模式，直到所有电极均具有适当的公共收集器箔为止。最后于38处加热及加压，完成该整体电池结构。
示于图4中的本发明不同实施例提供了另一优点，在收集器箔中的折叠明显位于结构的内表面，藉此可降低该单元之折叠区域中，任何精细网状收集器发生断流断裂的危险。如前述之变化中，多余之收集器区段11，19被省略，使那些元件无任何部分自身重叠，除了图4(d)中如46这样的区域外，此处须再建立导电连续性。于48处加热及加压，类似地使该结构整体化。
下述实例说明一些电极及分离器/电解元件的组成，其对于配制本发明步骤中有用的基本单元功效良好。
实例1
一负电极层(如图1中13处所示)的涂覆组成物是通过搅拌加盖玻璃容器中的混合物而制备的，该混合物含重量为7份的市售微晶石墨(约5μm)、2份的88∶12聚偏二氟乙烯∶六氟丙烯(VdF∶UFP)共聚物(Atochem kynar FLEX2822)、3.12份的酞酸二丁酯、0.37份的超P(super-P)导电碳，以及约28份的丙酮。所得糊状物通过简单地对混合容器降压而除气。用带约0.66mm缺口的刮刀，将部分组成物涂覆于一玻璃板上。使该涂覆层置于室温，适当的流动干燥空气下，于涂覆场所内干燥约10分钟，以得一坚韧有弹性的膜，其易于从该玻璃板上取下。此膜约0.16mm厚，具有约0.23kg/m2的干燥基本重量，并易于切割而得约600×40mm的负电极元件13。
一620×40mm的铜收集器格栅11(如Delker公司所售的微栅(Micro Grid)精准膨胀箔)经浸泡涂覆，以增进其相关连的电极元件的后续粘着性，其浸泡在FLEX 2822 VdF∶HFP共聚物的0.5％丙酮溶液中、经空气干燥、并在约330°至350°的烘箱中加热5-20秒。该加热步骤可通过使用VdF∶HFP共聚物和酞酸二丁酯各约3％的浸泡涂覆液，或乙烯丙烯酸共聚物填充组成物(Morton 50-C-12)涂覆而免除。然后在约110至150℃温度下，将所得的负收集器11置于一市售封卡层压器中(card-sealing laminator)中，与负电极膜13层合，以形成一负电极/收集器单元次组件。
一类似尺寸的正电极、收集器次组件通过将经丙酮清洗过且高分子浸泡涂覆过的约50μm厚度的开孔铝格栅19，层合至一正电极膜17而形成，该正电极膜17由经搅拌的均质混合物制成，混合物包括10.5份重量的Li1+xMn2O4(其中O＜x≤1，并经53μm之筛滤，例如美国专利5,196,279中所述方法所制得的Li1.05Mn2O4)、1.61份的VdF∶HFP共聚物(FLEX 2822)、1.63份的酞酸二丁酯、0.5份的超P导电碳及约16份的丙酮。该组成物涂覆于约1.1mm的刀沟，以得一干燥基本重量约0.6kg/m2的电极膜。
该电极/收集器次组件对以相同方式与600×40mm的电解质/分离器元件条15层合。元件15的膜片涂覆溶液通过将2.0份重量的VdF∶HFP共聚物(FLEX2822)悬浮于约10份丙酮与2.0份酞酸二丁酯(DBP)中，并加热该混合物至约50℃，辅以间歇性搅拌帮助溶解而制得。然后，利用搅拌，使0.8份重量的煅制硅烷化硅石(Cabot化学品公司)悬浮于该共聚物溶液中。用带约0.5mm缺口的刮刀将一部分悬浮液涂覆在一玻璃板上，并经空气干燥约10分钟，以得约85μm厚，干燥基本重量约0.1kg/m2的坚韧有弹性的电解质/分离器膜15。
电极次组件11、13和17、19以及电解质/分离器15，以如图1所示般组装，并如上述般层合。为了有助于以后导电引线与其各自格栅收集器11、19的连接，用导电环氧粘着剂固着一对金属箔片22、24。所得单元组件如图2(a)中截面所示。如前述，为了简化示图中组件的这一及其他视图，电极与中间电解质/分离器层的组合，于图2(a)中以14所指的单一层代表。同时，该单元以未确定的长度表示，因为此参数完全因制造者的决定而定，并仅受最终电池所需的容量影响。
电池构造程序中的第一步骤示于图2(b)中，其中单元10于23区域处(近乎长度的一半处)折叠，以使所得收集器19的两表面部分于折叠单元内相接触。由此，相反极性的收集器元件被层14分离，且短路可能的消除不需靠重的中间绝缘片或膜。在下一步骤(以图2(c)表示)，该单元于区域25中折叠第二次，折叠位置通常选择在距离23处折叠端基本上为单元10总长度之整分数的地方。在此方法中，进一步的连续折叠(如图2(d)中之区域27、29处)一般导致对称折叠或卷起的电池结构，其最后通过在28处所指的地方加热及加压力被封于一单一本体中。
然后将所得电池结构浸泡于搅拌后的***中三次，每次约20分钟，于此期间，该醚类溶剂渗透收集器11、19之格栅，并进入结构层中，以萃取DBP塑化剂的本质部分。简单利用空气干燥移除萃取溶剂后，于基本上无水气的气氛下，通过在50∶50的碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸二甲酯(DMC)中的1M LiPF6电解质溶液中浸泡40分钟，而活化电池以备充放电循环，于此期间，该层合的单元吸收其萃取重量的约31％。用吸收性材料温和抹擦以移除表面电解质后，将活化电池结构密封式热封闭，但在诸如市售食品封装所用的聚烯/铝箔/聚酯层合片等防水气屏障材料制成的密封外壳(未示出)中，延伸焊接于端片22、24的导线。图5示出了一系列充/放电周期之图示结果，证实了该电池稳定且高容量的工作状态。
本发明的电池结构可以用用作液态电解液的多种组成物中的任一种加以活化。尤其，该等电解液可包含如碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、二乙氧基乙烷、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、二甲氧基乙烷、碳酸二丙酯及其混合物的有机溶剂。同时，在活化电解液的配方中，可将其他有用的锂盐，包括LiClO4、LiN(CF3SO2)2、LiBF4、LiCF3SO3、LiAsF6及LiSbFe，溶于浓度约0.5与2M间之溶液中。如美国专利5,192,629中所述，将LiPF6及含LiBF4之混合物溶于碳酸乙酸酯/碳酸二甲酯组成中特别有用。
实例2
另一种可用于制备本发明电池结构的高分子基体组成包括聚氯乙烯(PVC)，如Goodrich化学品公司的Geon30或Geonl21产品。在制备此举例的电池结构中，电解质/分离器元件15是将4份煅制硅烷化硅石悬浮于6份PVC(Geon 30)、10份酞酸二丁酯(DBP)及45份四氢呋喃(THF)的溶液中而配制成的，该溶液先于约50℃的温度下搅拌，然后继续搅拌冷却至室温。将该悬浮液浇铸于一玻璃板上，使厚度约0.5mm，并于流动空气中加盖下慢慢干燥超过约10分钟，以产生厚度约0.1mm的澄清、具弹性的薄膜，其易于从该玻璃基板上取下。用***对一段膜萃取DBP，然后将其浸泡于1M的LiPF6/EC/DMC中24小时，于此期间，其吸收约40％重量百分比的电解液，该膜的离子导电度约1.0m S/cm。
一正电极组成物通过对22份Li1+xMn2O4、5.9份PVC、9份DBP、2.3份超P导电碳及55份THF的混合物进行室温延续搅拌而制备。该均质糊状物浇铸于一玻璃板上，使厚度为约1mm厚，并于加盖下用空气慢慢干燥约30分钟，以得一厚度约0.2mm的连续弹性膜。如实例1中所述，将所得膜的条状物17层合至一铝收集器格栅元件19上。
以类似方式，一负电极13是用10.5份微粒焦炭(MBMC25-10,Osaka Gas公司)、3份PVC、4.7份DBP、0.6份超P碳、及约20份THF的组成所制备的。所得糊状物浇铸于一玻璃板上，使厚度约为0.5mm，并空气干燥至约0.15mm厚的弹性膜。一条此电极组成膜与一条铜格栅收集器箔11相层合，且此次组件与正电极次组件和该分离器元件，以图1中所示之方式配置。然后将该电池单元条状物于约160°下，在双卷层压器中层合，并于其后折叠，最后层合以形成图2中所示的整体电池本体。
数日后，DBP塑化剂的本质部分通过重复浸泡于2-4份更换的***中约20分钟时间而从该层合电池结构中萃取出来。干燥后，通过浸泡在溶于50∶50的碳酸乙烯酯(EC)∶碳酸丙烯酯(PC)中的1M LiClO4溶液中约45分钟，而活化该电池，于此期间，该电池的高分子组成通过吸收电解液而再胀大至重量基本上与萃取前相同。然后马上将该电池封闭于一防水气的封壳中，以避免电解质的退化。重覆的测试显示类似于图5中的稳定结果。
前述实例的其他样品可通过使用如戊烷、石油醚、己烷及环己烷等选择性有机萃取溶剂代表***，并将0.5M至2M的一般所用的锂盐电解液(如LiAsF6、LiBF4、CF3SO3Li及混合物)溶于诸如碳酸乙烯酯、二甲氧基乙烷和上述混合物等其他溶剂中，来成功地萃取并活化。
实例3
有用的电极与电解质/分离器组成物可用诸如Zeon化学品公司的43％丙烯睛丁二烯橡胶(NBR-43)等橡胶聚合物，以类似方式制备。在此实例中，聚合物的原液(stock solution)是用重量为5份的NBR-43、0.24份的苯甲酰过氧化物及50份丙酮来制备的。一电解质/分离器层通过彻底与5份原液、0.8份硅烷化硅石及1.6份碳酸丙烯酯混合，于一铝片上形成一层0.5mm厚度的该混合物，并于约150℃下压挤该层20分钟，使其于第二层此种片状物下间隔约0.25mm。冷却至室温后，该层经萃取及电解质经活化后的样品具有约0.9m S/cm的离子导电率。
用2份NBR溶液、0.7份碳酸丙烯酯塑化剂及0.1份超P导电碳，负电极再加上1.1份焦炭，而正电极再加上1.2份Li1+xMn2O4，可以类似地制备电极层。加上格栅收集箔，并在用上述方式折叠及整体化前进行层合、然后萃取及活化，以得一有效电池。
实例4
另一种型式的高分子基体组成可用以制备本发明的电池。在此实例中，重量为0.6份的聚丙烯晴(PAN)粉末(Aldrich化学品)与0.4份煅制硅烷化硅石(Cab-O-Sil TS 530)和4.0份的碳酸丙烯酯(PC)混合，以形成一泥状物。将一部分混合物散布于一铝片上，并在约145℃温度下，于间隔约0.25mm的第二片此种片状物下方压挤5分钟。冷却至室温后，所得澄清有弹性的PC塑化膜被切割为一条状，以形成一电解质/分离器单元元件。用***萃取，并用溶于1∶1EC∶PC中的1M LiPF6溶液活化得到的该膜样品具有约0.9m S/cm的离子导电率。
一正电极可用1.05份Li1+xMn2O4、0.28份PAN粉末、0.11份超P碳和0.86份压于相隔约0.5mm片状物间的PC所形成的组成物，以类似方式制备。一负反电极由0.7份MBMC25-10焦炭、0.2份PAN粉末、0.04份超P碳和0.62份PC的组成物压成约0.25mm。这些电极材料被切割成条状，背面分别裱上收集器格栅条、与电解元件组装在一起，并于约115℃温度下层合，以形成图1的基本单元10。然后该单元以图2的方式折叠、用***萃取，并在封入防水气封壳前以1M的LiPF6∶EC∶PC电解液活化。循环测试显示出与图5中所示相当的稳定度。
实例5
利用实例1的单元元件组成物，通过在将那些电极元件13，17与电解质元件15组合成层14前，先层合长度缩小的收集器元件11、19至各自的电极元件13、17上而制得图3的电池结构。收集器19的尺寸基本上为单元10长度的一半，而外侧收集器11则允许有约1折的额外长度，以便在制作第二折时，确保与所形成的面对面电极表面相接触。其后，其余的收集器表面区域接触并作为各个面对面电极表面的公共收集器元件。根据该电池结构中的折叠数，收集器元件重量可节省约40至50％。由最终的层合结构中萃取出DBP塑化剂，并密闭式地封入封壳中，其本身重量的约30％为溶于1∶1的EC∶DMC中的等摩尔LiPF6与LiBF4的1M活化电解液，以得一可以起始充电的活化电池。
虽然本发明样品是纵向组装的，亦即，其单元纵向截面表示于图3(a)的视图中，但一更具生产性的步骤可使该收集器格栅箔沿电极连续长度上延伸的平行路径设置，接着横向切割该层合组件，以使图3(a)代表该组件之横向面截面图。
图4的收集器设置类似地表示出重量的节省，但提供一额外的优点，即初始折叠区域内单元的外表面(如43、45处)没有可能因折叠应力而破裂的收集器格栅。因此外侧收集器箔仅出现在最后不太大的折叠处47、49，此处的应力最小。最后的层合、萃取及活化操作如上述，以提供一有效率的活性电池。
尽管上述说明主要涉及了一些电池结构的制备，而其他变化，例如包括多重串联设置单元的增加电压的电池，可类似地包含在后附权利要求所述的本发明的范围内。

Claims (7)

1.一种可再充电电池，包含一具弹性的层状电解单元，在该单元中，包含一种或多种塑化剂的高分子组成的混合电解质/分离器层，被设置于带有各自电流收集器箔的添加锂离子的塑化高分子组成的正与负电极层间，其特征在于：
(a)该电池包括一细长的单元，其对位于纵向中间区域的第一横向折痕作自身折叠，以用互相面对面接触的方式，将一个所述电极层及其相关收集器箔的本质区域包围在所得的结构内；及
(b)另一所述电极层及其相关收集器箔的本质区域在整个结构中彼此面对面接触。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述结构包括基本上平行于所述第一横向折痕的依序的横向折叠。
3.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述结构相对所述第一横向折痕，朝所述单元的初始纵向端向外作螺旋状盘绕。
4.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述结构中，同极性电极层表面一个相向区域的本质部分没有收集器箔，由此使有关另一相向区域的收集器箔位于所述电极层表面间，以作为公共收集器。
5.如权利要求4所述的电池，其特征在于：
(a)所述结构相对所述第一横向折痕，朝所述单元的初始纵向端向外作螺旋状盘绕；及
(b)所述元收集器的电极层区域位于所述结构中外侧螺旋周边上。
6.一种制造可再充电电池的方法，所述可再充电电池包括一具弹性的层状电解单元，在该单元中，包含一种或多种塑化剂的高分子组成的混合电解质/分离器层，被设置于带有各自电流收集器箔的添加锂离子的塑化高分子组成的正与负电极层间，其特征在于：
(a)将一细长的单元，对位于其纵向中间区域的第一横向折痕作自身折叠，以用互相面对面接触的方式将一个所述电极层及其相关收集器箔的本质区域，包围在所得的结构内；及
(b)所述结构进一步以这样的方式形成，即使另一所述电极层及其相关收集器箔的本质区域于整个结构中彼此面对面接触。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
(a)使所述收集器箔成网状以允许流体通过其间；
(b)利用基本上对所述高分子呈惰性的溶剂萃取包含所述单元层的一种或多种塑化剂；及
(c)经萃取的塑化剂本质上用一种包含有机溶剂中锂盐的电解液取代。
CN95194756A 1994-08-29 1995-08-17 可再充电电池结构及其制备方法 Expired - Fee Related CN1090826C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/297,349 1994-08-29
US08/297,349 US5552239A (en) 1994-08-29 1994-08-29 Rechargeable battery structure and method of making same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1156519A true CN1156519A (zh) 1997-08-06
CN1090826C CN1090826C (zh) 2002-09-11

Family

ID=23145951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN95194756A Expired - Fee Related CN1090826C (zh) 1994-08-29 1995-08-17 可再充电电池结构及其制备方法

Country Status (12)

Country Link
US (1) US5552239A (zh)
EP (1) EP0770270A4 (zh)
JP (1) JP3181595B2 (zh)
KR (1) KR100274477B1 (zh)
CN (1) CN1090826C (zh)
CA (1) CA2197431C (zh)
IL (1) IL115032A (zh)
IN (1) IN190638B (zh)
MY (1) MY113851A (zh)
NZ (1) NZ291989A (zh)
TW (1) TW281807B (zh)
WO (1) WO1996007213A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1321477C (zh) * 2003-10-28 2007-06-13 比亚迪股份有限公司 锂离子二次电池

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5972055A (en) * 1996-07-15 1999-10-26 Valence Technology, Inc. Binary solvent method for battery
US5939223A (en) * 1996-10-08 1999-08-17 International Business Machines Corporation Lithium polymer electrolyte battery for sub-ambient temperature applications
DE19709783A1 (de) * 1997-03-10 1998-09-17 Varta Batterie Laminierte Lithium-Ionen-Zelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
US5964903A (en) * 1997-04-23 1999-10-12 Valence Technology, Inc. Method of preparing electrochemical cells
JP3005493B2 (ja) * 1997-04-24 2000-01-31 日本電気株式会社 角型電池の製造方法
US5738691A (en) * 1997-04-28 1998-04-14 Valence Technology, Inc. Ultrasonic extraction of plasticizer from electrochemical cells
US5989751A (en) * 1997-06-16 1999-11-23 International Business Machines Corporation High energy density, flexible lithium primary batteries
US5911947A (en) * 1997-06-30 1999-06-15 Compaq Computer Corporation Fan-folded polymer-electrolyte cell
US6030728A (en) * 1997-08-20 2000-02-29 International Business Machines Corporation High performance lithium polymer electrolyte battery
KR100250855B1 (ko) 1997-08-28 2000-04-01 손욱 하이브리드 폴리머 전해질, 그 제조 방법 및 이를 사용하여제조한 리튬 전지
US6171723B1 (en) * 1997-10-10 2001-01-09 3M Innovative Properties Company Batteries with porous components
AUPP297298A0 (en) * 1998-04-15 1998-05-07 Energy Storage Systems Pty Ltd Charge storage devices
KR100303829B1 (ko) * 1998-10-13 2001-10-19 김순택 리튬폴리머전지및그제조방법
JP4714952B2 (ja) * 1998-10-30 2011-07-06 ソニー株式会社 リチウムイオンポリマ二次電池及びその製造装置並びに製造方法
JP4385425B2 (ja) * 1999-02-19 2009-12-16 ソニー株式会社 固体電解質電池及びその製造方法
JP3471244B2 (ja) * 1999-03-15 2003-12-02 株式会社東芝 非水電解液二次電池の製造方法
KR20000066416A (ko) * 1999-04-16 2000-11-15 김순택 리튬 폴리머 전지와 이의 제조 방법
US6645675B1 (en) 1999-09-02 2003-11-11 Lithium Power Technologies, Inc. Solid polymer electrolytes
US6664006B1 (en) 1999-09-02 2003-12-16 Lithium Power Technologies, Inc. All-solid-state electrochemical device and method of manufacturing
US6346343B1 (en) 1999-11-11 2002-02-12 U.S. Philips Corporation Secondary lithium battery comprising lithium deposited on negative electrode material
KR100515572B1 (ko) * 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조 방법
KR100497147B1 (ko) 2000-02-08 2005-06-29 주식회사 엘지화학 다중 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조방법
KR100515571B1 (ko) * 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기 화학 셀
US6461759B1 (en) * 2000-06-09 2002-10-08 Wilson Greatbatch, Ltd. Cathode assembly with bare current collector regions to facilitate winding
CA2433670A1 (en) 2000-12-29 2002-07-11 The University Of Oklahoma Conductive polyamine-based electrolyte
KR100406690B1 (ko) * 2001-03-05 2003-11-21 주식회사 엘지화학 다성분계 복합 필름을 이용한 전기화학소자
US20030062257A1 (en) * 2001-10-03 2003-04-03 Gozdz Antoni S. Electrochemical cell comprising lamination of electrode and paper separator members
US7008722B2 (en) * 2002-04-10 2006-03-07 Sui-Yang Huang Polymer-gel lithium ion battery
JP2005222887A (ja) * 2004-02-09 2005-08-18 Sony Corp 電極捲回型電池
FR2866154B1 (fr) * 2004-02-10 2014-02-21 Batscap Sa Procede d'elaboration d'un dispositif electrochimique.
US7629077B2 (en) 2004-02-26 2009-12-08 Qinetiq Limited Pouch cell construction
US8741486B1 (en) 2005-03-17 2014-06-03 Hrl Laboratories, Llc Polymer matrix energy storage device and method of making the same
KR100921347B1 (ko) * 2005-11-08 2009-10-14 주식회사 엘지화학 세로 폴딩 방식의 전극조립체 및 이를 포함하고 있는전기화학 셀
US20080070103A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-20 Caleb Technology Corporation Activation of Anode and Cathode in Lithium-Ion Polymer Battery
US20080070108A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-20 Caleb Technology Corporation Directly Coating Solid Polymer Composite Having Edge Extensions on Lithium-Ion Polymer Battery Electrode Surface
US20080070104A1 (en) * 2006-09-19 2008-03-20 Caleb Technology Corporation Forming Polymer Electrolyte Coating on Lithium-Ion Polymer Battery Electrode
US7527894B2 (en) 2006-09-19 2009-05-05 Caleb Technology Corporation Identifying defective electrodes in lithium-ion polymer batteries
US20080241656A1 (en) * 2007-03-31 2008-10-02 John Miller Corrugated electrode core terminal interface apparatus and article of manufacture
US8142928B2 (en) * 2008-06-04 2012-03-27 Basvah Llc Systems and methods for rechargeable battery collector tab configurations and foil thickness
JP4835742B2 (ja) 2009-02-20 2011-12-14 ソニー株式会社 電池および電池パック
US20110081559A1 (en) * 2009-10-07 2011-04-07 Research In Motion Limited Low noise battery
KR101609271B1 (ko) * 2009-12-11 2016-04-06 삼성전자주식회사 유무기 복합 프로톤 전도체, 이를 포함하는 연료전지용 전극과 전해질막 및 이를 채용한 연료전지
KR101934398B1 (ko) 2012-07-04 2019-01-02 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
DE102014214619A1 (de) 2014-07-25 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer prismatischen Batteriezelle
DE102014214716A1 (de) 2014-07-25 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer prismatischen Batteriezelle
US20220173426A1 (en) * 2019-05-28 2022-06-02 Leapagro Aps A casing, battery, a method of manufacturing a battery and methods of operating the battery
KR20220050651A (ko) * 2020-10-16 2022-04-25 삼성전자주식회사 배터리 및 배터리를 포함하는 전자 장치

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4333994A (en) * 1981-03-27 1982-06-08 Union Carbide Corporation Cell employing a coiled electrode assembly
JPS59156358U (ja) * 1983-04-06 1984-10-20 三洋電機株式会社 渦巻電極体を備えた非水電解液電池
US4761352A (en) * 1985-05-17 1988-08-02 Eastman Kodak Company Accordian folded electrode assembly
US4664989A (en) * 1985-10-03 1987-05-12 Union Carbide Corporation Liquid cathode cell system employing a coiled electrode assembly
US4714665A (en) * 1986-12-23 1987-12-22 The Dow Chemical Company Secondary battery
FR2616970B1 (fr) * 1987-06-18 1995-05-19 Elf Aquitaine Ensemble multi-couches pour la realisation de l'assemblage d'un generateur, procede d'elaboration de cet ensemble et de realisation du generateur complet, et generateur ainsi realise
DE3829419C1 (zh) * 1988-08-31 1989-12-28 Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn Gmbh & Co Kg, 5790 Brilon, De
US4963445A (en) * 1989-05-08 1990-10-16 Eveready Battery Co., Inc. Electrochemical cells having spirally wound electrode assemblies
US4929519A (en) * 1989-07-20 1990-05-29 Gates Energy Products, Inc. Wound electrode assembly for an electrochemical cell
US5219680A (en) * 1991-07-29 1993-06-15 Ultracell Incorporated Lithium rocking-chair rechargeable battery and electrode therefor
US5296318A (en) * 1993-03-05 1994-03-22 Bell Communications Research, Inc. Rechargeable lithium intercalation battery with hybrid polymeric electrolyte

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1321477C (zh) * 2003-10-28 2007-06-13 比亚迪股份有限公司 锂离子二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
IL115032A0 (en) 1995-12-08
TW281807B (zh) 1996-07-21
CN1090826C (zh) 2002-09-11
IN190638B (zh) 2003-08-16
IL115032A (en) 1998-07-15
CA2197431C (en) 2000-05-16
EP0770270A1 (en) 1997-05-02
JP3181595B2 (ja) 2001-07-03
WO1996007213A1 (en) 1996-03-07
MY113851A (en) 2002-06-29
NZ291989A (en) 1998-08-26
KR100274477B1 (ko) 2000-12-15
JPH09510825A (ja) 1997-10-28
US5552239A (en) 1996-09-03
CA2197431A1 (en) 1996-03-07
EP0770270A4 (en) 2003-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1090826C (zh) 可再充电电池结构及其制备方法
US5571634A (en) Hybrid lithium-ion battery polymer matrix compositions
US5587253A (en) Low resistance rechargeable lithium-ion battery
KR100460570B1 (ko) 슈퍼커패시터 구조물 및 그의 제조 방법
RU2262779C2 (ru) Способ изготовления перезаряжаемых литий-полимерных батарей и батарея, изготовленная этим способом
KR100404883B1 (ko) 전기 화학 소자를 위한 고분자 전해질
MXPA03000864A (es) Electrodo en particulas que incluye un electrolito para una bateria recargable de litio.
EP1559155B1 (de) Verfahren zur herstellung von speichern für elektronische energie auf basis von wiederaufladbaren lithium-polymer-zellen
DE102015108488B4 (de) Anode und Anoden-Verbundmaterial für einen Lithium-Luft-Akkumulator und Lithium-Luft-Akkumulator
DE102014222950A1 (de) Lithium-Luft-Batterie und Anodenverbund für Lithium-Luft-Batterie
CN1399580A (zh) 用在电化学电池中的隔板处理的方法
US4687716A (en) Organic electrolyte cell
JPH11121047A (ja) 単一構造型電気化学電池の製造方法
JP2001185096A (ja) 電池およびその製造方法
EP1261046A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Separator/ Elektrodenverbundes für galvanische Elemente
KR100412091B1 (ko) 비수계 리튬 폴리머 전지 및 그 제조 방법
AU686042B2 (en) Rechargeable battery structure and method of making same
KR100571256B1 (ko) 리튬 이온 폴리머 전지 및 그 제조 방법
JP2003045493A (ja) 電気化学デバイスの製造方法
EP1652261A2 (de) Lithium-polymer-energiespeicher und verfahren zu ihrer herstellung
KR20020064590A (ko) 다성분계 복합 필름 및 그 제조방법
JPH10223043A (ja) 複合固体電解質およびこれを用いて作製される薄型固体電池
AU2015210437A1 (en) Novel high energy density silver battery

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C53 Correction of patent of invention or patent application
CB02 Change of applicant information

Applicant after: Telcordia Technologies, Inc.

Applicant before: Baer studies Limited by Share Ltd

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: BERTONE RESEARCH CO., LTD. TO: TELCORDIA TECHNOLOGIES, INC.

ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: VALENCY TECHNOLOGY ( NEVADA STATE) CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: TELCORDIA TECHNOLOGIES, INC.

Effective date: 20020110

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20020110

Address after: Nevada

Applicant after: Quantivalency Technologies (Nevada) Co., Ltd.

Address before: new jersey

Applicant before: Telcordia Technologies, Inc.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee