受到免于尖的元件侵入的保護(hù)的鋰電池制造技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及鋰電池，其工作受到彈性膜插入的安全性保護(hù)。電池由電池單元PEN組成，其包括在構(gòu)成正極的膜P與構(gòu)成負(fù)極的膜N之間的含有鋰鹽的電解質(zhì)膜E，或者由電池單元PEN的堆疊組成，所述堆疊包括兩個(gè)端電池單元，在它們之間可任選地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中間電池單元，所述電池的特征在于其包括由彈性材料組成的至少兩個(gè)保護(hù)膜Fp，電池單元的、或者每一個(gè)端電池單元的至少一個(gè)電極與由彈性材料組成的保護(hù)膜Fp接觸。特別地，至少兩個(gè)保護(hù)膜Fp由彈性材料構(gòu)成，其具有由ame表示的斷裂伸長(zhǎng)率和由eme表示的厚度，至少一個(gè)所述保護(hù)膜Fp與厚度emax的用于連接電極的連接層接觸，所述膜具有厚度eme，使得eme>emax/ame。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)涉及“鋰”電池，其負(fù)極由鋰金屬構(gòu)成，還涉及“鋰離子”電池，其負(fù)極包括鋰離子嵌入材料。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】受到免于尖的元件侵入的保護(hù)的鋰電池
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種電池，其借助通過(guò)電解質(zhì)的電極之間的鋰離子的可逆循環(huán)工作，所述電池具有改進(jìn)的工作安全性。
技術(shù)介紹
借助鋰離子的循環(huán)而工作的電池包括由電解質(zhì)隔開(kāi)的至少一個(gè)負(fù)極和至少一個(gè)正極。在所述電池中，電解質(zhì)包括液體溶劑化溶劑、聚合物固體溶劑或凝膠溶劑中溶解的鋰鹽，所述鹽易于在其中離解；所述正極包括集電器，其承載包含能夠可逆地嵌入鋰離子的至少一種正極活性材料的電極材料；所述負(fù)極由鋰合金或鋰金屬間化合物（鋰電池）的鋰金屬片（可任選地受集電器支撐）組成，或者包括集電器，其承載包含能夠可逆地嵌入鋰離子（鋰離子電池）的至少一種負(fù)極活性材料的電極材料。鋰或鋰離子電池可以由非常大量電池單元組成，每一個(gè)電池單元都由負(fù)極膜、電解質(zhì)膜和正極膜組成，所述膜通常具有在10到100μm之間的厚度。通常借助以下方式來(lái)生產(chǎn)這些電池：通過(guò)將正極連接在一起以形成正極，將負(fù)極連接在一起以形成負(fù)極，來(lái)并聯(lián)組裝特定數(shù)量的電池單元，隨后通過(guò)將并聯(lián)組裝的電池單元組串聯(lián)組裝，將一組電極連接到另一組的反號(hào)（oppositesign）電極。示例性地，可以設(shè)想組裝每一組包括最多達(dá)100個(gè)電池單元的幾百組電池單元。由于其薄膜形式的構(gòu)造，這些電池對(duì)于碾壓或尖的元件的穿透敏感。在碾壓或尖的元件的穿透過(guò)程中，由于集電器之間的直接接觸、或在穿透元件導(dǎo)電的情況下在集電器與穿透元件之間的直接接觸會(huì)出現(xiàn)短路。短路會(huì)導(dǎo)致起火。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種電池，通過(guò)在電池的碾壓過(guò)程中避免反號(hào)的兩個(gè)相繼電極（successiveelectrode）相接觸、并通過(guò)在金屬元件穿透到電池的一面中的過(guò)程中避免所述金屬元件與反號(hào)的兩個(gè)相繼電極相接觸、而改進(jìn)了其在碾壓或尖的元件的穿透過(guò)程中的工作安全性。通過(guò)將彈性膜粘貼到至少一些電極來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的電池由電池單元PEN組成，其包括在構(gòu)成正極的膜P與構(gòu)成負(fù)極的膜N之間的含有鋰鹽的電解質(zhì)膜E，或者由電池單元PEN的堆疊（stack）組成，所述堆疊包括兩個(gè)端電池單元（terminalbatterycell），在它們之間可任選地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中間電池單元。所述電池的特征在于其包括由彈性材料組成的至少兩個(gè)保護(hù)膜Fp，電池單元的、或者每一個(gè)端電池單元的至少一個(gè)電極與由彈性材料組成的保護(hù)膜Fp接觸。特別地，電池包括由彈性材料組成的至少兩個(gè)保護(hù)膜Fp，所述保護(hù)膜具有由ame表示的斷裂伸長(zhǎng)率和由eme表示的厚度，至少一個(gè)所述保護(hù)膜Fp與厚度emax的電極連接層接觸，所述膜具有使得eme>emax/ame的厚度eme。這樣，在尖的元件穿透電池的任意一面的過(guò)程中，穿透元件引起的保護(hù)膜的拉伸避免了穿透元件與電極之間的接觸。在本專(zhuān)利技術(shù)的意義上，應(yīng)理解表述“正極”和“負(fù)極”的意思是在電池包括集電器時(shí)由電極層和這個(gè)集電器形成的組件。連接層是確保電極與外部電路連接的電極的層。這樣，當(dāng)指明保護(hù)膜與電極的連接層接觸時(shí)，這意味著在電極沒(méi)有集電器時(shí)，特別是在由金屬膜構(gòu)成電極層時(shí)，保護(hù)膜與電極層本身接觸，或者在電極包括集電器時(shí)，保護(hù)膜與集電器接觸。在根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的包括單個(gè)電池單元PEN的電池中，每一個(gè)電極的至少一面與所述保護(hù)膜Fp接觸。在本文中，表述“端電池單元”表示位于由幾個(gè)電池單元的堆疊組成的電池的外表面上的電池單元，表述“中間電池單元”表示不是堆疊中的端電池單元的電池單元。表述“端電極”表示位于端電池單元的外表面上的電極。認(rèn)為由單個(gè)電池單元組成的電池的兩個(gè)電極是端電極。表述端電極的“外表面”表示位于朝向電解質(zhì)膜的面的背面的所述電極的面。構(gòu)成根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的電池中的電極或電解質(zhì)的膜通常具有從10μm到100μm變化的厚度。當(dāng)電解質(zhì)是液體電解質(zhì)時(shí)，將其注入置于負(fù)極與正極之間的隔膜。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案，電解質(zhì)是固體電解質(zhì)。在根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的電池中，電池單元的數(shù)量可以非常高。通常并聯(lián)組裝電池單元，隨后串聯(lián)組裝已并聯(lián)組裝的電池單元的組。在并聯(lián)的一個(gè)組件中，電池單元的每一個(gè)電極都連接到相鄰電池單元的同號(hào)電極。在串聯(lián)的組件中，電池單元的（或并聯(lián)連接的電池單元的組的）每一個(gè)電極都連接到相鄰電池單元的（或者并聯(lián)連接的電池單元的組的）反號(hào)電極。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的電池優(yōu)選地是每一組都包括并聯(lián)安裝的最多達(dá)100個(gè)電池單元的幾百組電池單元串聯(lián)的組件的形式。從而可以設(shè)想每一組都由1到200個(gè)電池單元組成的1到500組電池單元，更特別是每一組都由5到150個(gè)電池單元組成的10到400組電池單元。在根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的電池中，正極包括集電器，其承載能夠可逆地嵌入鋰離子的正極活性材料的膜。在稱(chēng)為“鋰電池”的電池中，負(fù)極由選自于鋰、鋰合金和鋰金屬間化合物的金屬材料的膜組成。在稱(chēng)為“鋰離子電池”的電池中，負(fù)極包括集電器，其承載能夠可逆地嵌入鋰離子的負(fù)極活性材料的膜。當(dāng)電極由承載活性材料的集電器組成時(shí)，將保護(hù)膜設(shè)置在集電器與活性材料的膜之間。在由金屬（鋰、鋰合金、鋰金屬間化合物）膜組成正極的情況下，將保護(hù)膜施用到所述金屬膜。在由多個(gè)電池單元PEN的堆疊組成的電池的一個(gè)特別優(yōu)選的結(jié)構(gòu)中，堆疊電池單元以使得：-兩個(gè)相鄰電池單元的正極組合為一個(gè)，并由在其每一面上承載正極活性材料的膜的單個(gè)集電器形成；-兩個(gè)相鄰電池單元的負(fù)極組合為一個(gè)，并由在其每一面上承載負(fù)極活性材料的膜的單個(gè)集電器形成；或者由選自于鋰、鋰合金和鋰金屬間化合物的金屬材料的膜形成；-正極端電極（positiveterminalelectrode）由在其一面上承載正極活性材料的集電器組成；-負(fù)極端電極（negativeterminalelectrode）由在其一面上承載負(fù)極活性材料的集電器組成，或者由選自于鋰、鋰合金和鋰金屬間化合物的金屬材料的膜組成。當(dāng)根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的電池在每一個(gè)端電極的一面上僅包括保護(hù)膜Fp時(shí)，彈性材料形成的保護(hù)膜優(yōu)選地具有斷裂伸長(zhǎng)率ame和厚度eme，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot是在所述保護(hù)膜Fp之間的電池單元的厚度。當(dāng)根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的電池包括多個(gè)電池單元時(shí)，在中間電池單元中的幾個(gè)保護(hù)膜的插入使得能夠使用比在電池于兩個(gè)端電極中每一個(gè)上僅包括一個(gè)保護(hù)膜的情況下彈性更低的材料。可以根據(jù)幾個(gè)變型來(lái)獲得這個(gè)結(jié)果。稱(chēng)為最低限度變型的用于電池保護(hù)的第一變型，目的在于避免反號(hào)電極之間的直接或借助于穿透的尖元件的接觸。稱(chēng)為最佳變型的用于電池保護(hù)的第二變型，目的在于避免所有電極之間的直接或借助于穿透的尖元件的接觸。在鋰離子電池中，目的在于避免穿透元件與電極的集電器之間的接觸。可以根據(jù)兩個(gè)實(shí)施方案來(lái)實(shí)現(xiàn)用于鋰離子電池中保護(hù)的最低限度變型。在第一個(gè)實(shí)施方案中，將保護(hù)膜設(shè)置在給定符號(hào)的每一個(gè)電極的集電器的每一面上——例如當(dāng)端電極是正極時(shí)設(shè)置在正極的集電器的每一面上，其中選擇膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集電器的厚度。在尖的導(dǎo)電元件穿透通過(guò)電池的任一面的過(guò)程中，導(dǎo)電元件拉伸每一個(gè)保護(hù)膜，以便遮蓋構(gòu)成位于保護(hù)膜下游的集電器的膜的邊緣，“下游”應(yīng)理解為相對(duì)于尖的導(dǎo)電元件的穿透方向。從而將穿透元件與正極集電器隔離，以至于不形成反號(hào)集電器之間的連接。當(dāng)然，如果端電極是負(fù)極，結(jié)果也是類(lèi)似的，此種情況下將保護(hù)膜粘貼到負(fù)極的集電器。在第二個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)選擇膜材料本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】2010.05.27 FR 10540571.電池，由電池單元PEN組成，其包括在構(gòu)成正極的膜P與構(gòu)成負(fù)極的膜N之間的含有鋰鹽的電解質(zhì)膜E，或者由電池單元PEN的堆疊組成，所述堆疊包括兩個(gè)端電池單元，在它們之間可任選地設(shè)置一個(gè)或多個(gè)中間電池單元，所述電池的特征在于:-其包括由彈性材料組成的至少兩個(gè)保護(hù)膜Fp，-所述電池單元的或者所述每一個(gè)端電池單元的至少一個(gè)電極與由彈性材料組成的保護(hù)膜Fp接觸，所述保護(hù)膜Fp具有由ame表示的斷裂伸長(zhǎng)率和由eme表示的厚度，-所述正極和所述負(fù)極各自在電極包括集電器的情況下為由電極層和所述集電器形成的組件，或者在電極沒(méi)有集電器的情況下由電極層形成，-至少一個(gè)所述保護(hù)膜Fp與厚度emax的電極連接層接觸，所述至少一個(gè)保護(hù)膜Fp具有使得eme>emax/ame的厚度eme,-所述連接層被定義為確保電極與外部電路連接的電極的層，其中在電極沒(méi)有集電器的情況下所述連接層為電極層本身，或者在電極包括集電器的情況下所述連接層為所述集電器，并且-設(shè)置在端電極的外表面上的保護(hù)膜Fp由彈性材料組成，其中所述彈性材料選自天然橡膠、聚異戊二烯、聚丁二烯、丁二烯-苯乙烯共聚物(SBR)和丁二烯-丙烯腈共聚物(NBR)，并且-不是設(shè)置在端電極的外表面上的保護(hù)膜Fp為包括至少一種聚合物、電子傳導(dǎo)劑和任選存在的一種或多種填充劑的彈性聚合物材料，其中所述聚合物選自聚偏二氟乙烯(PVDF)、偏二氟乙烯與六氟丙烯的共聚物(PVDF-HFP)、丁二烯-苯乙烯共聚物(SBR)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、環(huán)氧乙烷的共聚物和這些聚合物的混合物。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，特征在于所述電解質(zhì)是固體電解質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，特征在于正極包括集電器，所述集電器形成連接層并承載能夠可逆地嵌入鋰離子的正極活性材料的膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，特征在于負(fù)極由選自于鋰、鋰合金和鋰金屬間化合物的金屬材料的膜組成，所述膜形成連接層。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，特征在于負(fù)極包括集電器，所述集電器形成連接層并承載能夠可逆地嵌入鋰離子的負(fù)極活性材料的膜。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，特征在于其包括單個(gè)電池單元PEN，每一個(gè)電極的至少一面與所述保護(hù)膜Fp接觸。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，特征在于其包括并聯(lián)組裝的電池單元的組，所述已并聯(lián)組裝的電池單元的組被串聯(lián)組裝。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，特征在于其包括多個(gè)電池單元PEN，堆疊電池單元以使得：-兩個(gè)相鄰電池單元的正極組合為一個(gè)，并由在其每一面上承載正極活性材料的膜的單個(gè)集電器形成；-兩個(gè)相鄰電池單元的負(fù)極組合為一個(gè)，并由在其每一面上承載負(fù)極活性材料的膜的單個(gè)集電器形成；或者由選自于鋰、鋰合金和鋰金屬間化合物的金屬材料的膜形成；-正極端電極由在其一面上承載正極活性材料的集電器組成；-負(fù)極端電極由在其一面上承載負(fù)極活性材料的集電器組成，或者由選自于鋰、鋰合金和鋰金屬間化合物的金屬材料的膜組成。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池，其中，所述負(fù)極由承載負(fù)極活性材料的集電器組成，特征在于：-其包括在給定符號(hào)的每一個(gè)電極的集電器的每一面上的保護(hù)膜，-所述保護(hù)膜具有厚度eme，以使得eme≥emax/ame，emax等于集電器的厚度。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池，其中，所述負(fù)極由承載負(fù)極活性材料的集電器組成，特征在于：將保護(hù)膜粘貼到每一個(gè)端電極的集電器的至少一面上，所述保護(hù)膜具有厚度eme，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot等于所有疊置的電池單元的厚度。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池，其中，所述負(fù)極由承載負(fù)極活性材料的集電器組成，特征在于：將保護(hù)膜粘貼到給...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·德尚，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：巴茨卡普公司，
類(lèi)型：
國(guó)別省市：