專利名稱：堆疊的電化學(xué)電池的制作方法
背景技術(shù)：
(a)發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及電化學(xué)元件，特別是具有改良的能量密度的包括多層堆疊的電化學(xué)電池的電化學(xué)元件。
(b)相關(guān)技術(shù)描述人們對能量儲藏技術(shù)的興趣越來越大。隨著近來將電載體加入到便攜式電話，便攜式攝像機(jī)和筆記本電腦中，蓄電池的應(yīng)用領(lǐng)域已擴(kuò)展至這一系列產(chǎn)品中。這種擴(kuò)展導(dǎo)致對具有可觀輸出量的蓄電池的研究和開發(fā)工作的增加。在這方面，對電化學(xué)元件的研究是引起很多關(guān)注的領(lǐng)域之一，其中可再充電蓄電池是最令人感興趣的。最近的開發(fā)工作已轉(zhuǎn)入設(shè)計(jì)新的蓄電池和電極以提高容量和單位能。
在已經(jīng)應(yīng)用的二次蓄電池中，開發(fā)于1990年代的鋰離子蓄電池越來越普及，因?yàn)榕c使用水溶液電解質(zhì)的Ni-MH，Ni-Cd和硫酸-鉛蓄電池相比，其具有更高的工作電壓和能量密度。但是，這些鋰離子蓄電池具有由于使用有機(jī)電解質(zhì)而產(chǎn)生的安全問題，該有機(jī)電解質(zhì)使蓄電池可燃和爆炸。還有，鋰離子具有難以制造加工的缺點(diǎn)。最近的鋰離子聚合物蓄電池克服了鋰離子蓄電池的這些缺點(diǎn)，并有望成為下一代蓄電池。但是，這些鋰離子聚合物蓄電池與鋰離子蓄電池相比，具有相當(dāng)?shù)偷娜萘?，并且在低溫下的具有特別不足的放電容量；因此需要對其加以改進(jìn)。
蓄電池的容量與電極活性物質(zhì)的量成比例。這樣，設(shè)計(jì)能夠在蓄電池包裝內(nèi)的有限空間內(nèi)填裝盡可能多的電極材料的電池結(jié)構(gòu)將是特別重要的。最廣為人知并使用的電池結(jié)構(gòu)類型是果醬卷形結(jié)構(gòu)，用于圓柱形或棱柱形蓄電池。這樣的結(jié)構(gòu)是采用如下方法制備的將電極活性材料涂布并碾平到用作為集電器的金屬箔上，然后將其切割成具有預(yù)定寬度和長度的帶形，用隔離膜將陰極和陽極隔開，然后將其卷成螺旋形。這樣的果醬卷形結(jié)構(gòu)廣泛用于制造圓柱形蓄電池。但是，該結(jié)構(gòu)在螺旋的中心部分的曲率半徑較小，這經(jīng)常造成在電極的彎曲的表面有很大的應(yīng)力，從而經(jīng)常引起電極的脫落。這促進(jìn)了在蓄電池反復(fù)充電和放電過程中鋰金屬在電極中心部分的沉積，而這會縮短蓄電池的壽命，同時(shí)降低了蓄電池的安全性。
一般地，制造薄的棱柱形蓄電池的廣為人知并使用的方法，包括前述方法的將螺旋形果醬卷卷成橢圓形，并壓縮該橢圓形物，然后將其插入長方形容器內(nèi)。該方法沒有克服前述的降低壽命和安全性的問題，反而具有由于橢圓形而造成的曲率半徑降低所引起的更嚴(yán)重的問題。而且性能降低問題更大，因?yàn)橹圃煲环N緊密的螺旋結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上來說是不可能的。另外，果醬卷的橢圓形狀與容器的長方形的差異，降低了可利用的體積的比例。當(dāng)將容器考慮在內(nèi)時(shí)，已知這將降低約20％的重量能量密度和25％的體積能量密度。實(shí)際上，據(jù)報(bào)道棱柱形鋰離子蓄電池與圓柱形蓄電池相比，具有更低的容量密度和單位能。
最近，公開了各種專利和技術(shù)，這些專利和技術(shù)提出了解決螺旋形果醬卷型結(jié)構(gòu)的問題的方法，并提供了適合于棱柱形容器的電池結(jié)構(gòu)。然而，這些建議僅部分地解決了上述問題，或引起其它更難克服的問題，所以它們不是實(shí)用的解決方法。例如，U.S.P No.5,552,239公開了一種方法，首先在陰極和陽極間放置并層壓隔離層或聚合物電解質(zhì)，然后將其切割成具有預(yù)定長度和寬度的帶形，再然后逐漸將其折疊成正方形的具有陰極/隔離層/陽極層疊結(jié)構(gòu)的電池。本發(fā)明的發(fā)明人嘗試重復(fù)該方法，但是發(fā)現(xiàn)，難以制造如此使用的電池。層壓的電池如此之僵硬，以至于難以折疊，并且在采用外力使其折疊時(shí)，在折疊區(qū)出現(xiàn)問題，因?yàn)樵撾姵嘏c果醬卷型電池類似，也是易碎的。
在U.S.P.No.5,300,373中公開的扇形折疊方法中，在突然折疊部分的內(nèi)層的壓力和應(yīng)力被轉(zhuǎn)移至外層并分散，以至于發(fā)生扭曲和伸展，最終造成“狗骨架”(dog bone)形電池。這樣，在果醬卷型結(jié)構(gòu)中遇到的脫落，破裂，破碎，或折斷問題，仍經(jīng)常發(fā)生。還有，采取這種結(jié)構(gòu)的電池本質(zhì)上容易折斷；因此，制造實(shí)際上可以使用的蓄電池的可能性是非常低的。
其間，U.S.P.No.5,498,489試圖解決和改善這類在折疊部分的問題。該專利通過在折疊部分省略電極，并通過僅使用集電器和隔離層或聚合物電解質(zhì)部分進(jìn)行連接，提供了一種避免電極脫落的基本方法。但是，在組成這樣一種電池時(shí)有困難。而且，使用了太多的集電器，并且該結(jié)構(gòu)浪費(fèi)了太多的電解質(zhì)。因此，該結(jié)構(gòu)不是非常實(shí)用的，因?yàn)槠渚哂性S多不足之處。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電化學(xué)元件，該元件可以使活性電極材料的含量達(dá)到最大。
通過一種包括多層堆疊的電化學(xué)電池的電化學(xué)元件可以實(shí)現(xiàn)這些目的，其中a)所述電化學(xué)電池是通過堆疊作為基本單位的依次具有陰極，隔離層，和陽極的全電池而形成；和b)隔離膜插入在每個(gè)堆疊的a)的全電池間。
而且，通過一種包括多層堆疊的電化學(xué)電池的電化學(xué)元件可以實(shí)現(xiàn)上述目的和其它目的，其中a)所述電化學(xué)電池的形成是通過堆疊i)作為基本單元的一種依次具有陰極，隔離層，陽極，另一個(gè)隔離層，和另一個(gè)陰極的雙電池；或ii)作為基本單元的一種依次具有陽極，隔離層，陰極，另一個(gè)隔離層，和另一個(gè)陽極的雙電池；和b)隔離膜插入在每個(gè)堆疊的a)的雙電池間。


圖1b顯示了一種電池的層狀結(jié)構(gòu)，其中堆疊了兩個(gè)全電池。
圖2a顯示了一種包括兩側(cè)涂布的陰極，陽極和隔離層的全電池的層狀結(jié)構(gòu)。
圖2b顯示了一種電池的層狀結(jié)構(gòu)，其中堆疊了兩個(gè)全電池。
圖3顯示了一種堆疊電池的層狀結(jié)構(gòu)，其中全電池是單位電池。
圖4a顯示了一種雙電池的層狀結(jié)構(gòu)，該雙電池包括部分單側(cè)涂布的電極，雙側(cè)涂布的電極，和隔離層。
圖4b顯示了一種電池的層狀結(jié)構(gòu)，其中堆疊了兩個(gè)雙電池。
圖5a顯示了一種雙電池的層狀結(jié)構(gòu)，其中陽極是中間層，外面的兩個(gè)部分是陰極。
圖5b顯示了一種雙電池的層狀結(jié)構(gòu)，其中陰極是中間層，外面的兩個(gè)部分是陽極。
圖6顯示了一種堆疊電池的層狀結(jié)構(gòu)，其中兩種類型的雙電池分別是單位電池。
圖7顯示了一種電池的層狀結(jié)構(gòu)，該電池二者選一地，由包括部分單側(cè)涂布的電極和隔離層的雙電池，和包括雙側(cè)涂布的電極和隔離層的雙電池堆疊組成。
最典型的電池結(jié)構(gòu)圖解于圖1a，其中將陰極，陽極和隔離層的層狀結(jié)構(gòu)切割成規(guī)則的形狀和大小，然后堆疊形成全電池10。在本發(fā)明中，采用這種結(jié)構(gòu)的全電池10被看作是一個(gè)單元電池，用該單元電池構(gòu)成蓄電池。例如，在鋰可充電電池中，陰極材料14的主要成分是鋰嵌入材料，如鋰錳氧化物，鋰鈷氧化物，鋰鎳氧化物，或上述氧化物組合形成的復(fù)合氧化物，所述陰極材料粘結(jié)在陰極集電器12上形成陰極8，集電器12是由鋁，鎳，或其組合物制備的金屬箔。陽極材料13的主要成分是鋰金屬或鋰合金，和鋰嵌入材料，如碳，石油焦，活性炭，石墨，或其它碳，所述陽極材料13粘結(jié)在陽極集電器11上形成陽極7，集電器11是由銅，金，鎳，銅合金，或其組合物制備的金屬箔。
隔離層15包括微孔聚乙烯薄膜，微孔聚丙烯薄膜，或由其組合制備的多層薄膜，或用作固體聚合物電解質(zhì)或凝膠型聚合物電解質(zhì)的聚合物膜，如聚(1，1-二氟乙烯)，聚環(huán)氧乙烷，聚丙烯腈，或聚(1，1-二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物。另外，使用一種公開于韓國專利申請No.99-57312的，包括第一微孔聚合物層和聚(1，1-二氟乙烯-一氟三氯乙烯)共聚物的第二凝膠聚合物層的，用作聚合物電解質(zhì)的聚合物膜也是非常有效的。
圖1a所示全電池10的單位結(jié)構(gòu)，依次由陰極8，隔離層15和陽極7構(gòu)成。隔離層15自然地位于電池的中心。多個(gè)這樣的單元電池可以如圖1b所示堆疊，制備具有實(shí)用容量的蓄電池。
圖1b所示的堆疊的電池16僅有兩個(gè)單元電池，堆疊為(10)/(10)。但是，也可以堆疊需要數(shù)量的電池。根據(jù)需要的蓄電池容量，設(shè)計(jì)并確定堆疊的單元電池的數(shù)量。在堆疊電池16結(jié)構(gòu)中，在單元電池間，電極不可避免地要重疊。如果堆疊許多個(gè)單元電池，重疊電極的數(shù)目也將增加。結(jié)果，空間利用率將降低。在制備電極過程中僅涂布和使用集電器的一側(cè)，就會產(chǎn)生這一問題。
本發(fā)明提供一種方法，以在重疊多個(gè)單元電池時(shí)更有效率地利用空間，即通過使用在集電器的兩側(cè)涂布相同的活性材料這樣的結(jié)構(gòu)，尋求避免集電器板的重疊。如果使用在兩側(cè)涂布電極材料的電極制備全電池，則出現(xiàn)一種具有如圖2a的全電池17的結(jié)構(gòu)的新型單元電池。
堆疊作為單元電池的兩個(gè)全電池17，并插入一個(gè)聚合物隔離層，例如前述的隔離層15，或諸如用作聚合物電解質(zhì)的聚合物薄膜之類的隔離膜19，制備如圖2b所示的堆疊電池18。這樣的結(jié)構(gòu)是非常有效的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樵谝粋€(gè)單元電池內(nèi)無用的外側(cè)活性涂布材料，與相鄰的另一個(gè)單元電池的相對電極活性涂布材料共享，形成另一個(gè)新的全電池。堆疊的單元電池越多，這種結(jié)構(gòu)的效率越高。但是，堆疊電池18的最外側(cè)的陽極材料13和陰極材料14的電極材料沒有共享或使用，因?yàn)榧娖魇褂媒饘俨?。隨著堆疊的增加，未使用部分占的比例降低?？紤]到單元電池的厚度和實(shí)際使用的蓄電池的厚度，堆疊的數(shù)量是很大的，所以這樣的電池結(jié)構(gòu)的效率足夠高。
圖3的三電池20顯示了考慮所有上述因素的最高效的結(jié)構(gòu)，同時(shí)以全電池作為基本的單元電池。它顯示了最低數(shù)量的堆疊單元電池。通過采用全電池17’的結(jié)構(gòu)，其一個(gè)電極在兩側(cè)涂布，而另一個(gè)電極在單側(cè)涂布，同時(shí)將堆疊電池17放置在中間，形成一個(gè)新型的堆疊電池20，結(jié)構(gòu)為17’/17/17’。這樣，在堆疊電池18中出現(xiàn)的無用的外層活性電極材料部分，僅剩下金屬箔。為實(shí)現(xiàn)可實(shí)際使用的容量，需要如(17’)/(17)/(17)…(17)/(17’)堆疊多層，并且隨著堆疊的增加，在空間利用率方面，其與結(jié)構(gòu)為(17)/(17)/(17)…(17)/(17)的堆疊電池18沒有太大差別。但是，對于薄層卡型蓄電池來說，堆疊電池20結(jié)構(gòu)是非常有效的。
如前所述，圖1b所示的堆疊電池16結(jié)構(gòu)的重疊的中間電極板降低了電池的效率。因此，使電池間重疊的電極成為一個(gè)整體的有效結(jié)構(gòu)本身，可以被當(dāng)作是一個(gè)新的單元電池。圖4a所示的電池21，顯示了這樣一種新的單元電池，其是一種雙電池結(jié)構(gòu)，在中間具有一種極性，在兩邊具有相反的極性。
通過堆疊這樣的雙電池單元，如圖4b的堆疊雙電池22所示的(21)/(21)結(jié)構(gòu)，可以制造一種具有高空間利用率的電池?？蛇x擇地，可以堆疊更多層的這種單元以形成蓄電池。但是在該實(shí)施方案中，如在其中堆疊圖1a的全電池10的圖1b所示堆疊電池16的情況那樣，在雙電池間也出現(xiàn)電極的重疊。其細(xì)節(jié)與堆疊電池16的結(jié)構(gòu)所示的細(xì)節(jié)相同，并且其原因也在于結(jié)構(gòu)性問題，即陽極是在兩側(cè)涂布，但是陰極在單側(cè)涂布，如在圖4a的雙電池21中可以看到的那樣。盡管與圖1b的堆疊電池16相比，圖4b的堆疊電池22的重疊頻率更低，空間利用率仍然降低了。
本發(fā)明提供一種與使用雙電池作為單元電池進(jìn)行多層堆疊的情況相比，以具有更高空間效率的方式應(yīng)用電池結(jié)構(gòu)的方法。即，本發(fā)明通過使用在相對的兩側(cè)涂布相同的活性材料的集電器，提供一種避免集電器重疊的方法。為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，定義兩種類型的雙電池23，24，其使用如圖5a和5b所示的雙側(cè)涂布的電極。在圖5a中，雙電池23將陽極放置在中間，將陰極放置在外邊，而圖5b的雙電池24將陰極放置在中間，而將陽極放置在外邊。
當(dāng)雙電池堆疊為(23)/(24)結(jié)構(gòu)，如圖6的堆疊電池25，并且將前述聚合物隔離層，如隔離層15，或諸如用作聚合物電解質(zhì)的聚合物薄膜之類的隔離膜19插入到雙電池之間，在一個(gè)雙電池中無用的外層活性涂布材料，自然地與相鄰的另一種雙電池的相反極性共享，形成一個(gè)新的全電池，這是一種非常高效的結(jié)構(gòu)。這樣的電池也可以多層堆疊。在這種情況下，如果隔離膜19放置在電池之間，雙電池交替地堆疊為(23)/(24)/(23)/(24)/…(23)/(24)/(23)，則自然地形成蓄電池的極性而不會產(chǎn)生矛盾。蓄電池最外面堆疊的雙電池可以是雙電池23或雙電池24，唯一的差別是沒用的電極材料是陽極或是陰極。隨著堆疊數(shù)量的增加，這種沒用的電極的比例降低，并且其對具有實(shí)際厚度的電極影響很小。
圖7顯示了一種堆疊電池26，其中雙電池是基本單元，并且考慮了所有上述因素，以制造一種有效的結(jié)構(gòu)。在該圖中，僅顯示了三個(gè)堆疊的雙電池。當(dāng)用底物(‘)(primes(‘))表示其中雙電池的兩個(gè)外面的電極中的僅一個(gè)僅剩下金屬箔的結(jié)構(gòu)時(shí)，堆疊雙電池以形成如圖7的堆疊電池26所示的(24’)/(23)/(24’)時(shí)，沒有無用的活性電極材料部分存在。改變的結(jié)構(gòu)，例如(23’)/(24)/(23’)，以及其它組合也是可以的。如上所述，當(dāng)雙電池多層堆疊為(24’)/(23)/(24)/(23)…/(24)/(23)/(24’)時(shí)，隨著層數(shù)的增加，與圖6的堆疊電池25所示的(24)/(23)/(24)/(23)…/(24)/(23)/(24)相比的空間利用率的差別越來越小。但是在薄層卡型蓄電池中，圖7的堆疊電池26的結(jié)構(gòu)是有效的。
對于棱柱形蓄電池，本發(fā)明提供的蓄電池結(jié)構(gòu)是非常高效的。一般地，在包裝時(shí)注進(jìn)液體電解質(zhì)。為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，使用鋁棱柱形罐或鋁層壓薄片作為容器。不象鋰離子蓄電池的果醬卷，本發(fā)明蓄電池的構(gòu)成物的形狀與四邊形容器的形狀一致，以至于在容器內(nèi)不存在未利用的空間。因此，蓄電池的能量密度可以大大提高，以實(shí)現(xiàn)具有最大活性材料空間效率的高度整合的蓄電池。
本發(fā)明的電化學(xué)元件除鋰二次蓄電池外，還可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如高級電容器(supercapacitor)，超級電容器(ultracapacitor)，一次電池，二次電池，燃料電池，傳感器，電解裝置，電化學(xué)反應(yīng)器等。
下面參照實(shí)施例，更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。但是，無論如何不能將這些實(shí)施例理解為對本發(fā)明范圍的限制。[實(shí)施例]
放置在最外側(cè)全電池的最外邊的陰極，是通過將所述漿液涂布到鋁箔的單側(cè)而制備的。即，該陰極上的陰極材料涂布在鋁陰極集電器的單側(cè)。放置在內(nèi)部的全電池的陰極，是通過將所述漿液涂布到鋁箔的兩側(cè)而制備的。在這種情況下，該陰極上的陰極材料涂布在鋁陰極集電器的兩側(cè)。單側(cè)涂布的陰極的厚度為105μm，而兩側(cè)涂布的陰極的厚度為140μm。(制備陽極)將重量比為93∶1∶6的石墨∶乙炔黑∶PVDF分散在NMP中，以制備漿液，然后將該漿液涂布到銅箔上。在130℃充分干燥后，碾平制備出陽極。
放置在最外側(cè)全電池的最外邊的陽極，是通過將所述漿液涂布到銅箔的單側(cè)而制備的。即，該陽極上的陽極材料涂布在銅陽極集電器的單側(cè)。放置在內(nèi)部的全電池的陽極，是通過將所述漿液涂布到銅陽極集電器的兩側(cè)而制備的。在這種情況下，該陽極上的陽極材料涂布在銅陽極集電器的兩側(cè)。單側(cè)涂布的陽極的厚度為100μm，而兩側(cè)涂布的陽極的厚度為135μm。(制備隔離層；隔離膜；用作聚合物電解質(zhì)的聚合物膜)制備一種多層聚合物薄膜，其中具有微孔結(jié)構(gòu)，厚度為16μm的聚丙烯薄膜是第一聚合物隔離層，聚(1，1-二氟乙烯-一氯三氟乙烯)共聚物32008(Solvay)是第二凝膠聚合物層。將6g 32008加入到194g丙酮中，并在50℃攪拌。1小時(shí)后，通過浸涂方法，將該完全溶解的透明的32008溶液涂布到聚丙烯制成的第一聚合物隔離層上。32008的涂布厚度為1μm，最終的多層聚合物膜的厚度為18μm。(制備放置在內(nèi)部的全電池)將陰極材料涂布在陰極集電器兩側(cè)的陰極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為2.9cm×4.3cm的長方形，將陽極材料涂布在陽極集電器兩側(cè)的陽極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為3.0cm×4.4cm的長方形，將采用上述方法制備的多層聚合物薄膜切割成3.1cm×4.5cm的大小，將該薄膜置于陽極和陰極之間，并使其通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將各電極和隔離層層壓在一起，制備出圖2a的全電池17。(制備放置在最外邊的全電池)將陰極材料涂布在陰極集電器單側(cè)的陰極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為2.9cm×4.3cm的長方形，將陽極材料涂布在陽極集電器兩側(cè)的陽極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為3.0cm×4.4cm的長方形，將采用上述方法制備的多層聚合物薄膜切割成3.1cm×4.5cm的大小，將該薄膜置于陽極和陰極之間，并使其通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將各電極和隔離層層壓在一起，制備出圖3的全電池17’。
還有，將陰極材料涂布在陰極集電器兩側(cè)的陰極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為2.9cm×4.3cm的長方形，將陽極材料涂布在陽極集電器單側(cè)的陽極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為3.0cm×4.4cm的長方形，將采用上述方法制備的多層聚合物薄膜切割成3.1cm×4.5cm的大小，將該薄膜置于陽極和陰極之間，并使其通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將各電極和隔離層層壓在一起，制備出圖3的全電池17”。(堆疊全電池)
如圖3的結(jié)構(gòu)20所示，放置全電池17’，17和17”，順序?yàn)?7’，17和17”，使在最外側(cè)的電極集電器是單側(cè)涂布的電極。多層聚合物薄膜切割成3.1cm×4.5cm的大小，并插入到全電池的相鄰部分間。然后，使它們通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將全電池和聚合物薄膜層壓在一起。(制備蓄電池)將制備的全電池堆疊的蓄電池放置在鋁薄片包裝內(nèi)。然后注進(jìn)液體電解質(zhì)并包裝，所述液體電解質(zhì)包括1M LiPF6的EC/EMC(重量比為1∶2)溶液。
放置在內(nèi)部的雙電池的陰極，是通過將所述漿液涂布到鋁箔的兩側(cè)而制備的。即，該陰極上的陰極材料涂布在鋁陰極集電器的兩側(cè)。兩側(cè)涂布的陰極的厚度為140μm。(制備陽極)按照上述實(shí)施例1的同樣方法，制備各陽極。
放置在最外側(cè)全電池的最外邊的陽極，是通過將所述漿液涂布到銅箔的單側(cè)和兩側(cè)而制備的。即，所述陽極上的陽極材料分別涂布在銅陽極集電器的單側(cè)和兩側(cè)。放置在內(nèi)部的全電池的陽極，是通過將所述漿液涂布到銅陽極集電器的兩側(cè)而制備的。在這種情況下，該陽極上的陽極材料涂布在銅陽極集電器的兩側(cè)。單側(cè)涂布的陽極的厚度為100μm，而兩側(cè)涂布的陽極的厚度為135μm。(制備隔離層；隔離膜；用作聚合物電解質(zhì)的聚合物膜)按照實(shí)施例1相同的方式，制備隔離層，隔離膜，和用作聚合物電解質(zhì)的聚合物膜。(制備放置在內(nèi)部的雙電池)將前述陰極材料涂布在陰極集電器兩側(cè)的陰極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為2.9cm×4.3cm的長方形。將陽極材料涂布在陽極集電器兩側(cè)的陽極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為3.0cm×4.4cm的長方形。
將一個(gè)兩側(cè)涂布的陽極放置在中間，在其雙側(cè)外邊放置兩側(cè)涂布的陰極，將采用上述方法制備的多層聚合物薄膜切割為3.1cm×4.5cm的大小，將該薄膜置于陽極和陰極之間，并使其通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將各電極和隔離層層壓在一起，制備出圖5a的雙電池23。將一個(gè)兩側(cè)涂布的陰極放置在中間，在其雙側(cè)外邊放置兩側(cè)涂布的陽極，將采用上述方法制備的多層聚合物薄膜切割為3.1cm×4.5cm的大小，將該薄膜置于陽極和陰極之間，并使其通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將各電極和隔離層層壓在一起，制備出另一種雙電池，即圖5b的雙電池24。(制備放置在最外邊的雙電池)將陰極材料涂布在陰極集電器單側(cè)和兩側(cè)的陰極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為2.9cm×4.3cm的長方形，將陽極材料涂布在陽極集電器兩側(cè)的陽極切割成除形成突舌的區(qū)域外，大小為3.0cm×4.4cm的長方形，放置單側(cè)涂布的陽極，兩側(cè)涂布的陰極，和兩側(cè)涂布的陽極，將采用上述方法制備的多層聚合物薄膜切割成3.1cm×4.5cm的大小，將該薄膜置于各陽極和陰極之間，并使其通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將各電極和隔離層層壓在一起，制備出圖7的全電池24’。(堆疊雙電池)如圖7的結(jié)構(gòu)26所示，放置雙電池23和24’，順序?yàn)?4’，23和24’，使在最外側(cè)的陽極集電器是單側(cè)涂布的陽極電極。將多層聚合物薄膜切割成3.1cm×4.5cm的大小，并插入到雙電池的相鄰部分間。然后，使它們通過一個(gè)100℃的輥筒碾壓機(jī)，將雙電池和聚合物薄膜層壓在一起。(制備蓄電池)將制備的堆疊的雙電池蓄電池放置在鋁薄片包裝內(nèi)。然后注進(jìn)液體電解質(zhì)并包裝，所述液體電解質(zhì)包括1M LiPF6的EC/EMC(重量比為1∶2)溶液。
本發(fā)明的采用全電池或雙電池作為單元電池多層堆疊的電化學(xué)元件容易制造，具有能夠有效利用可獲得的空間的結(jié)構(gòu)，并且可以特別使活性電極材料的含量最大化，從而實(shí)現(xiàn)了高度整合的蓄電池。
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)元件，包括多層堆疊的電化學(xué)電池，其中a)所述電化學(xué)電池是通過堆疊作為基本單位的依次具有陰極，隔離層，和陽極的全電池而形成；和b)隔離膜插入在每個(gè)堆疊的a)的全電池間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)元件，其中所述a)的全電池的各陰極是將陰極材料涂布在陰極集電器的兩側(cè)形成的電極，并且各陽極是將陽極材料涂布在陽極集電器的兩側(cè)形成的電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)元件，其中放置在所述電化學(xué)電池最外側(cè)的各全電池，包括一個(gè)陰極材料涂布在陰極集電器單側(cè)的陰極，或一個(gè)陽極材料涂布在陽極集電器單側(cè)的陽極，并且集電器金屬箔放置在最外側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電化學(xué)元件，其中所述b)的隔離膜選自微孔聚乙烯薄膜，微孔聚丙烯薄膜，由其組合制備的多層薄膜，和用作聚合物電解質(zhì)的聚合物薄膜，所述聚合物包括聚(1，1-二氟乙烯)，聚環(huán)氧乙烷，聚丙烯腈，或聚(1，1-二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電化學(xué)元件，其中所述用作聚合物電解質(zhì)的聚合物薄膜，包括第一微孔聚合物層和聚(1，1-二氟乙烯-一氯三氟乙烯)共聚物的第二凝膠聚合物層。
6.一種電化學(xué)元件，包括多層堆疊的電化學(xué)電池，其中a)所述電化學(xué)電池是通過堆疊i) 作為基本單位的一種依次具有陰極，隔離層，陽極，另一個(gè)隔離層，和另一個(gè)陰極的雙電池；或ii) 作為基本單位的一種依次具有陽極，隔離層，陰極，另一個(gè)隔離層，和另一個(gè)陽極的雙電池而形成的；和b) 隔離膜插入在每個(gè)堆疊的a)的雙電池間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的電化學(xué)元件，其中所述電化學(xué)電池是通過交替堆疊i)依次具有陰極，隔離層，陽極，另一個(gè)隔離層，和另一個(gè)陰極的雙電池；和ii)依次具有陽極，隔離層，陰極，另一個(gè)隔離層，和另一個(gè)陽極的雙電池而形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的電化學(xué)元件，其中所述a)的雙電池的各陰極是將陰極材料涂布在陰極集電器的兩側(cè)形成的電極，并且所述各陽極是將陽極材料涂布在陽極集電器的兩側(cè)形成的電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的電化學(xué)元件，其中放置在所述電化學(xué)電池最外側(cè)的各雙電池，包括一個(gè)陰極材料涂布在陰極集電器單側(cè)的陰極，或一個(gè)陽極材料涂布在陽極集電器單側(cè)的陽極，并且集電器金屬箔放置在最外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的電化學(xué)元件，其中所述b)的隔離膜選自微孔聚乙烯薄膜，微孔聚丙烯薄膜，由其組合制備的多層薄膜，和用作聚合物電解質(zhì)的聚合物薄膜，所述聚合物包括聚(1，1-二氟乙烯)，聚環(huán)氧乙烷，聚丙烯腈，或聚(1，1-二氟乙烯-六氟丙烯)共聚物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的電化學(xué)元件，其中所述用作聚合物電解質(zhì)的聚合物薄膜，包括第一微孔聚合物層和聚(1，1-二氟乙烯-一氯三氟乙烯)共聚物的第二凝膠聚合物層。
全文摘要
本發(fā)明涉及電化學(xué)元件,特別是具有改良的能最密度的包括堆疊的電化學(xué)電池的電化學(xué)元件。為實(shí)現(xiàn)這樣的目的,本發(fā)明提供一種電化學(xué)元件,包括多層堆疊的電化學(xué)電池,其中所述的電化學(xué)電池堆疊了作為基本單元的全電池或雙電池,并且隔離膜置于所述電池的相鄰部分之間。本發(fā)明的采用全電池或雙電池作為單元電池的電化學(xué)元件容易制造,具有能夠有效利用可獲得的空間的結(jié)構(gòu),并且可以特別使活性電極材料的含量最大化,從而可實(shí)現(xiàn)高度整合的蓄電池。
文檔編號H01M10/04GK1363123SQ01800240
公開日2002年8月7日 申請日期2001年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月8日
發(fā)明者安諄昊, 李香穆, 李承琎, 金泰亨, 李炯根 申請人:Lg化學(xué)株式會社