CN102460775B - 利用纳米孔隔板层的锂电池 - Google Patents

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Abstract

提供了一种锂电池，包括：(a)隔板/电极组件，包括：夹置在具有一种极性的两个电极层之间的集流器层、和在每个电极表面上结合到两个电极层的多孔隔板层，其中各电极层直接涂覆在隔板层上；(b)具有夹置在两个电极层之间的集流器层的相反极性电极；以及(c)电解质，其中电池包括交替层，交替层具有隔板/电极组件和具有相反极性的电极。优选地，组件的一部分不接触该具有相反极性的电极，并且该具有相反极性的电极的一部分不接触组件，以及导电性器件独立地连接各电极的一部分以进行有效地集流。还提供了制备这种锂电池的方法。

Description

利用纳米孔隔板层的锂电池
技术领域
本发明总体上涉及电池和其它电流产生电池的领域。更具体地，本发明涉及利用纳米孔隔板的锂电池、和通过以期望构造利用纳米孔结构的隔板来覆盖电池的其它的层来制备锂电池的方法。
背景技术
锂电池，包括可再充电的或二次锂离子电池、不可再充电的或一次锂电池、和诸如锂-硫电池其它类型电池，通常通过交错塑料隔板、两侧涂覆阴极层的金属基板、另外塑料隔板、和两侧涂覆阳极层的另外金属基板来制备锂电池。为了保持这些材料的条带的对齐和其它质量原因，该交错通常在自动设备上进行，这是复杂和昂贵的。此外，为了实现足够机械强度和完整性，隔板和金属基板相对较厚，例如厚度为10微米或更厚。例如，用于阳极涂层的铜金属基板的典型厚度为10微米，阴极涂层的铝金属基板的典型厚度为12微米，并且塑料隔板的厚度通常为12-20微米。这些较厚隔板和金属基板不是电化学活性的，因此减小锂电池的电极中电活性材料的体积。这限制了锂电池的能量密度和功率密度。
锂电池的新应用是用于混合动力、插电式混合动力和电力车辆的大功率电池。与手提式计算机与其它应用中的锂电池中使用的圆柱形金属电池相比，用于车辆的多种锂电池为扁平或棱柱形设计。此外，用于车辆的锂电池需要是经济的。制备用于车辆和其它应用的更高能量和更经济锂电池的潜在方案包括，极大增加各电池中的电活性材料的体积的比例或百分率，并且降低待制备电池的自动设备的复杂性和费用。
如果锂电池包括的隔板和金属基板层远薄于目前使用的情况，从而具有更高的电活性材料含量，这将是有利的。如果与例如用于手提式计算机电池中使用的卷绕设备相比，可以在更不复杂和更不昂贵的自动加工设备上制备该锂电池，而且特别适于制备扁平的或棱柱形的电池，这将是更加有利的。
发明内容
本发明涉及利用纳米孔隔板、特别是在200℃和更高温度下尺寸稳定的耐热隔板的电池和其它电流产生电池、特别是锂电池，以及通过以期望的厚度和构造利用纳米孔结构的隔板以将电池的其它层涂覆在隔板上来制备锂电池的方法。
本发明的一个方面涉及一种锂电池，包括：(a)隔板/电极组件，其中组件包括：夹置在极性相同的第一电极层和第二电极层之间的集流器层；以及在与集流器层相对侧面上的两个电极层的每个的侧面上的多孔隔板层，以及其中电极层均直接涂覆在隔板层之一上，(b)电极，其中电极包括夹置在与相同极性的第一和第二电极层极性相反的两个电极层之间的集流器层；以及(c)电解质，其中电池包括隔板/电极组件和电极的交替层。在一个实施方式中，组件的一部分不接触电极。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，不接触电极的组件的部分与不接触电极的组件的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触组件的部分和组件的另外一个或多个部分，并且不电接触电极的任何部分。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，电极的一部分不接触组件。在一个实施方式中，电极的部分与不接触组件的电极的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触电极的部分和电极的另外一个或多个部分，并且不电接触组件的任何部分。在本发明的锂电池的一个实施方式中，组件的一部分不接触电极，并且与不接触电极的组件的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触组件的部分和组件的另外一个或多个部分，并且不电接触电极的任何部分。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，组件的第一和第二电极层是阴极层。在一个实施方式中，组件的集流器层包括铝层。在一个实施方式中，铝层的厚度小于3微米。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，组件的第一和第二电极层是阳极层。在一个实施方式中，组件的集流器层包括选自铜层和镍层的金属层。在一个实施方式中，金属层的厚度小于3微米。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，多孔隔板层包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中，隔板层的厚度小于9微米，优选小于6微米。在一个实施方式中，隔板层包括包含铝勃姆石的多孔层。
本发明的另一方面涉及一种制备锂电池的方法，包括下列步骤：(a)将多孔隔板涂覆在基板上；(b)将具有一种极性的电极层直接涂覆在隔板层上；(c)将一个或多个集流器层直接涂覆在电极层上以制备隔板/电极叠堆；(d)将隔板/电极叠堆中的两个层压在一起并且使基板从隔板层分层，以形成隔板/电极组件，该隔板/电极组件包括夹置在组件的两个电极层之间的一个或多个集流器层；以及(e)使组件和电极交错以形成干隔板/电极电池，该电极包括夹置在和步骤(b)的电极层相反极性的两个电极层之间的集流器层。在一个实施方式中，在交错步骤之前，组件和电极为片状构造。在一个实施方式中，在步骤(e)后，组件的一部分不接触电极并且电极的一部分不接触组件，并且其中具有导电性销的第一器件电连接组件的所述部分中的两个或多个，并且具有导电性销的第二器件电连接电极的所述部分中的两个或多个。在一个实施方式中，还包括下列步骤：(1)将干隔板/电极电池封装在外壳中；以及(2)填充电解质并密封。
在本发明的制备锂电池的方法的一个实施方式中，步骤(c)的一个或多个集流器层中的至少一个包括金属层，并且金属层的厚度小于3微米。在一个实施方式中，多孔隔板层包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中，隔板层的厚度小于9微米，优选小于6微米。
附图简要说明
为了描述本发明，附图中示出了特定布置和方法。但是，应当理解，本发明不限于所示的精确布置或详细描述的方法。
图1示出隔板/电极组件和电极的交替层的剖视图，其中组件的一部分不接触电极。
图2示出具有夹置在电极层和隔板层之间的集流器层的隔板/电极组件的剖视图。
图3示出具有夹置在电极层之间集流器层的电极的剖视图。
图4示出具有导电性销的器件的剖视图，所述导电性销在组件的一部分之间产生电连接，而不与电极电连接。
图5示出隔板/电极组件和电极的交替层的剖视图，其中电极的一部分不接触组件。
图6示出具有导电性销的器件的剖视图，所述导电性销在一部分电极之间产生电连接，而不与组件电连接。
图7示出交替层的自上向下视图，其中图4所示的器件电接触图1所示组件的部分、和组件的另外一个或多个下面部分，以及其中图6所示的器件电接触图5中所示的电极的部分、和电极的另外一个或多个下面部分。
图8示出在制备隔板/电极叠堆的步骤后隔板/电极叠堆的剖视图。
图9示出在使基板分离之前通过使隔板/电极叠堆中的两个层压在一起而形成的多层结构。
具体实施方式
本发明的锂电池和制备锂电池的方法提供灵活和有效的方案，从而提供具有更高能量和功率密度以及更低的生产和资金设备成本的锂电池。
本发明的一个方面涉及一种锂电池，包括：(a)隔板/电极组件，其中所述组件包括：夹置在相同极性的第一电极层和第二电极层之间的集流器层；和每个第一和第二电极层与集流器层相对的一侧上的多孔隔板层，以及其中每个电极层均直接涂覆在一个隔板层上，(b)电极，其中电极包括夹置在与极性相同的第一和第二电极层的极性相反的两个电极层之间的集流器层；以及(c)电解质，其中电池包括组件和电极的交替层。在一个实施方式中，组件的一部分不接触电极。
如本文使用的，单词“电池”涉及单个电流产生电池和合并在外壳或包装中的多个电流产生电池。如本文使用的，术语“锂电池”是指本领域已知的所有类型的锂电池，包括但不限于可再充电的或二次锂离子电池、不可再充电的或一次锂电池、和诸如锂-硫电池其它类型电池。
如本文使用的，术语“集流器层”是指邻近电极层的一个或多个集流层。这包括但不限于单个导电金属层或基板和具有诸如炭黑-基聚合物涂层的覆盖导电涂层的单个导电金属层或基板。作为集流器的导电金属基板的实例是：包括铝的金属基板，其通常用作用于正极或阴极层的集流器和基板；以及包括铜的金属基板，其通常用作用于负极或阳极层的集流器和基板。隔板/电极组件的两种隔板/阴极组件和隔板/阳极组件类型的集流器层可包括导电性材料，该导电性材料选自：包括金属颜料或颗粒的导电性金属；导电性碳，包括炭黑和石墨颜料；以及导电性聚合物。这些导电性材料可结合用于增加机械强度和挠性的有机聚合物以形成集流器层。
如本文使用的，术语“电极层”是指包括电活性材料的电池的层。在一次锂电池的情况下或在可再充电的锂电池的情况下，电极层中存在锂时，锂在电池的充电期间形成，并且在电池放电期间氧化成锂离子，电极层称为阳极或负极。具有相反极性的其它电极被称为阴极或正极。用于锂电池的任何电活性材料可在本发明的电极层中。例子包括但不限于：在阴极层中作为电活性材料的锂钴氧化物、锂锰氧化物、磷酸锂铁和硫；和作为阳极层中的电活性材料的钛酸锂、嵌锂石墨、嵌锂碳、和金属锂。
如本文使用的，单词“电解质”是指可用于锂电池的任何电解质。合适电解质包括但不限于液体电解质、凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质。合适的液体电解质包括但不限于，诸如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙基甲基酯的混合物的有机溶剂混合物中的LiPF6溶液。
图1示出隔板/电极组件10和电极20的交替层的剖视图(不成比例)的实施例，其中组件10的一部分12不接触电极20。具有不接触电极的一部分隔板/电极组件、例如组件的一部分不包括上面或下面电极层的一个目的是提供隔板/电极组件的区域，其中单独集流器层可彼此直接电连接以更有效地操作锂电池。图2示出本发明的隔板/电极组件10的剖视图(不成比例)的实施例，其中集流器层14夹置在电极层16和隔板层18之间。图3示出本发明的电极20的剖视图(不成比例)的实施例，其中集流器层24夹置在电极层26之间。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，组件不接触电极的部分与组件不接触电极的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触组件的部分和组件的另外一个或多个部分，并且不电接触电极。
图4示出具有导电性销32的器件30的剖视图(不成比例)的实施例，导电性销32在组件10的两个或多个部分12之间产生电连接，而不电连接电极20。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，电极的一部分不接触组件。图5示出隔板/电极组件10和电极20的交替层的剖视图(不成比例)的实施例，其中电极20的部分22不接触组件10。类似于对隔板/电极组件的上述描述，具有不接触隔板/电极组件的一部分电极、例如电极的部分不具有上面或下面组件层的一个目的是提供电极区域，其中单独集流器层可彼此直接电连接以更有效地操作金属层。在一个实施方式中，电极不接触组件的部分与电极不接触组件的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触电极的部分和电极的另外一个或多个部分，并且不电接触组件。如本文使用的，单词“销”是指任何形状，例如棒、有或没有可以刺透多层的尖锐凸出的夹、和在外壳或外包装的另外部件中有或没有定位孔以使螺钉定位并将它们保持在适当位置的螺钉，这有效地电接触凸出层的全部和隔板/电极组件或电极的部分。
图6示出具有导电性销42的器件40的剖视图(不成比例)的实施例，导电性销32在电极20的部分22之间产生电连接，而不电连接组件10。在一个实施方式中，组件的一部分不接触电极，并且与组件不接触电极的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触组件的部分和组件的另外一个或多个部分，并且不电接触电极的任何部分。图7示出交替层的自上向下视图(不成比例)的实施例，其中图4所示的器件30电接触图1所示的组件10的部分12、和组件10的另外一个或多个下面部分12，以及其中图6所示的器件40电接触图5所示的电极20的部分22、和电极20的另外一个或多个下面部分22。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/电极组件的两个电极层是阴极层。在一个实施方式中，组件的集流器层包括铝层。在一个实施方式中，铝层的厚度小于3微米。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/电极组件的两个电极层是阳极层。在一个实施方式中，组件的集流器层包括选自铜层和镍层的金属层。在一个实施方式中，金属层的厚度小于3微米。
在本发明的锂电池的一个实施方式中，多孔隔板层包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中，隔板层的厚度小于9微米，优选小于6微米。在一个实施方式中，隔板层包括多孔层，多孔层包括干凝胶层或干凝胶膜，包括但不限于包括铝勃姆石的多孔层。
如本文使用的，术语“干凝胶层”是指，通过干燥胶态溶胶液体以形成固体凝胶材料的干凝胶或溶胶凝胶法而形成的多孔层。如本文使用的，术语“干凝胶膜”是指，包括至少一个层的膜，该至少一个层包括干凝胶层，其中干凝胶层的孔从该层的一侧至该层的另一侧是连续的。干凝胶层和膜通常包括作为溶胶凝胶材料的无机氧化物材料，例如铝氧化物、铝勃姆石和锆氧化物。用于本发明的合适的干凝胶膜的实施例包括但不限于Carlson等人的第6,153,337号和第6,306,545号美国专利、以及Carlson的第6,488,721号和第6,497,780号美国专利中描述的干凝胶膜。
多种无机氧化物材料、例如铝氧化物和铝勃姆石，是不可燃烧的并且在低于1000℃的温度下不熔化。多孔隔板层包括干凝胶膜中的这些无机氧化物材料，或作为无机氧化物颗粒和有机聚合物的混合物，其中多孔隔板层中无机氧化物的重量百分比大于约30％，这提供耐热性隔板层，其在200℃和更高温度下保持其尺寸稳定性。
本发明的另一方面涉及一种制备锂电池的方法，包括下列步骤：(a)将多孔隔板涂覆在基板上；(b)将一种极性的电极层直接涂覆在隔板层上；(c)将一个或多个集流器层直接涂覆在电极层上以制备隔板/电极叠堆；(d)将隔板/电极叠堆中的两个层压在一起并且使基板从隔板层分层，以形成隔板/电极组件，该隔板/电极组件具有夹置在组件的两个电极层之间的一个或多个集流器层；以及(e)使组件和电极交错以形成干隔板/电极电池，该电极包括夹置在与步骤(b)的电极层极性相反的两个电极层之间的集流器层。在一个实施方式中，在交错步骤之前，组件和电极为片状构造。
用于本发明的合适的隔板涂层的实施例包括但不限于Carlson等人的第6,153,337号和第6,306,545号美国专利以及Carlson的第6,488,721号和第6,497,780号美国专利中描述的隔板涂层。这些隔板涂层可以从水性混合物或溶剂混合物中涂覆在多种基板上，例如，有机硅处理的塑料和纸基板、聚酯膜基板、涂覆聚烯烃的纸和金属基板、多孔聚烯烃膜和多孔非织造聚合物纤维基板。将隔板涂覆在用于本发明的基板上的优点包括但不限于：(a)锂电池的其它层可以被涂覆或层叠在该隔板涂层上，然后接着通过分层可以除去基板以提供电池层的干燥叠堆，(b)用于隔板层的涂覆方法使其本身制备比用于隔板的挤出方法通常可得到的隔板更薄的隔板，以及(c)被涂覆的隔板层可以是孔径小于0.1微米的纳米孔，其太小而不允许任何电极和其它覆盖涂层的颗粒渗透到隔板层中。甚至已经发现孔径高达0.2微米的隔板层防止如通常用于锂电池的任何炭黑颜料颗粒渗透到隔板层中。
如本文使用的，纳米孔层定义为这样的层，其中平均孔径小于100nm或等同地小于0.1微米。如果集流器层包括任何颗粒，因为电极层和集流器层中的颗粒的直径大于0.1微米，并且通常大于0.5微米，所以具有平均孔径小于100nm或0.1微米的涂覆的隔板层，将阻止直接或间接涂覆在纳米孔隔板层上的电极层和其它覆盖层的任何颗粒渗透到隔板层中。在本发明的锂电池和制备锂电池的一个实施方式中，隔板层具有与在将两个电极层均涂覆在隔板层的之一上之前和之后相同的表面轮廓或外形，并且两个电极层的每个邻近隔板层的表面具有与隔板层直接邻近两个电极层每个的表面轮廓匹配的轮廓。电极涂层的颗粒不渗透到隔板层中有助于保持隔板层的表面轮廓。在一个实施方式中，两个电极层均包括选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且电极颗粒不存在于隔板层中。在一个实施方式中，隔板层包含隔板颗粒，并且隔板颗粒不存在于两个电极层中。在一个实施方式中，隔板颗粒选自无机氧化物颗粒、无机氮化物颗粒、无机碳酸盐颗粒、无机硫酸盐颗粒和有机聚合物颗粒。
电极涂层可以涂覆在隔板层的全部表面上、或者隔板层上的条带的通道中、或者隔板层上的补片或矩形形状中，这取决于最终用途的要求以及在没有因为使相反极性的任何电极和集流器层接触而短路的情况下从各电极层进行集流的具体处理。阴极涂层通常从颜料分散体涂覆，该染料分散体包括诸如N-甲基吡咯烷酮(NMP)的有机溶剂，并且含有颜料形式的电活性或阴极活性材料、导电碳颜料和有机聚合物。阳极涂层通常从颜料分散体涂覆，该染料分散体包含有机溶剂或水，并且含有颜料形式的电活性或阳极活性材料、导电碳颜料和有机聚合物。可以基于电极涂层的简易性和质量以及进行诸如沉积金属集流器层的随后涂覆步骤的简易性和质量，作出电极层、阴极或阳极的哪个优选用于涂覆在隔板层上的选择。例如，与沉积铜或镍金属层相比，通常更容易沉积铝金属层，使得将阴极层涂覆在隔板层上以制备隔板/电极组件，这通常是优选的。在该情况下，可以通过将阳极活性层涂覆在厚度约10微米的铜或镍基板的两侧上的通常方法来制备阳极。
在本发明的锂电池和制备锂电池的一个实施方式中，隔板/电极组件的集流器层包括选自导电性金属、导电性碳和导电性聚合物的导电性材料。导电性金属包括但不限于金属颜料，例如铝颜料、铜颜料和镍颜料。在一个实施方式中，组件的集流器层包括直接涂覆在两个电极层中的一个上的两个或多个层，并且两个或多个层中的至少一个包括包含碳的导电性材料。在一个实施方式中，组件的集流器层的厚度小于3微米。
然而，阴极和阳极层都可以涂覆在隔板/电极组件中，并且结合这些组件以形成干隔板/电极电池。在该情况下，隔板层可以存在于所有电极层上以在阴极和阳极层之间设置“双隔板”层，或者可选择地，隔板层可以仅存在于隔板/电极组件的一个电极侧面上。
对于集流器层，可选择地，锂电池领域中已知的诸如炭黑涂层的导电非金属层，可以在金属集流器层沉积之前和/或之后进行涂覆，以获得改善的集流和电池效率，以及提供一些增加的机械强度和挠性。金属集流器层可以比锂电池中使用的金属基板通常的10-12微米的厚度更薄。例如，金属集流器的厚度可以小于3微米，并且可以薄为约1微米，例如0.5-1.5微米厚。这允许将更高比例的电活性材料引入锂电池，从而增强锂电池的能量和功率密度。金属集流器层可以通过本领域已知的任何金属沉积方法来沉积，例如在铝层的情况下通过真空沉积法。
图8示出在步骤(a)、(b)和(c)后隔板/电极叠堆50的剖视图(不成比例)的实施例。隔板/电极叠堆50包括基板52、隔板层18、电极层16和集流器层14。图9示出通过使隔板/电极叠堆50中的两个层压在一起而形成的多层结构的实施例，其具有两个基板52、两个隔板层18、两个电极层16、和集流器层14。将在图9中的两个基板52从邻近隔板层18分层产生如图2所示的隔板/电极组件。
层压和分层步骤可以通过本领域已知的任何层压和分层方法来进行，例如通过压力层压或利用压力的热层压，其利用被选择以便于层压的待层压在一起的表面材料。
隔板/电极组件和电极可以切开以缩小宽度并形成具有期望形状的片材，之后使它们交错以制备具有组件和电极部分的干隔板/电极电池，其没有相反极性的电极的上层和下层，因此成用于相同极性的多个电极层集流的构造。
在本发明的制备锂电池的方法的一个实施方式中，在步骤(e)后，组件的一部分不接触电极并且电极的一部分不接触组件，并且其中具有导电性销的第一器件电连接组件的部分中的两个或多个，并且具有导电性销的第二器件电连接电极的部分中的两个或多个。图7示出产生的干隔板/电极电池的实施例。在一个实施方式中，还包括步骤：(1)将干隔板/电极电池封装在外壳中；以及(2)填充电解质并密封。适当的外壳材料和方法以及电解质填充和密封方法包括锂电池领域中已知的那些。外壳有助于防止电解质的任何泄漏，和有助于提供另外的机械保护。电解质填充和密封将干隔板/电极电池转化为“湿”锂电池，该“湿”锂电池准备用于充电-放电循环和供消费者使用。
在本发明的制备锂电池的方法的一个实施方式中，步骤(c)的一个或多个集流器层中的至少一个包括金属层，并且金属层的厚度小于3微米，优选约1微米，例如0.5-1.5微米厚。在一个实施方式中，多孔隔板包括平均孔径为小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方式中，隔板的厚度小于9微米，优选小于6微米.
隔板/电极组件和电极可以切开以缩小宽度并形成具有期望形状的片材，之后使它们交错以制备具有隔板/电极组件和电极部分的干电池组，其没有相反极性的电极和集流器的上层和下层，因此成用于相同极性的多个电极和集流器层集流的构造。此外，隔板/电极组件和电极可以切开以缩小宽度并通过下列方式交错：与通过将彼此不同宽度和边缘偏置的塑料隔板、阴极、塑料隔板和阳极条带卷绕在一起制备圆筒锂电池所进行的那样相类似地，使它们彼此偏置。锂电池领域已知的边缘连接的任何方法，例如金属互联(tabbing)和气相沉积的金属边缘，也可以用于本发明的锂电池。此外，电绝缘材料可以沉积在隔板/电极组件或电极的边缘上，以提供避免使用相反极性的电极和集流器层引起的短路的另外保护。
本发明的锂电池外壳和制备锂电池的方法可以设计为用于在交错步骤中的定位和对齐隔板/电极组件和电极，并且也可用于定位和放置具有导电性销的器件。例如，在制备扁平电池的一个方案中，外壳底部和附接底部的四个角柱可以使交错的隔板/电极组件和电极以彼此适当的角度定位并保持在适当位置，其中在四个角柱中的两个之间定位的各个边缘上的每个组件分别稍微重叠约4-10mm。参照图7，这些四个角柱可以定位在从上自下视图的四个拐角处，以在交错步骤期间和边缘连接具有导电性销的器件之前，使板定位和保持在适当位置。为了完成电池制备，例如，则外壳可以连接四个角柱上，其中顶部外壳的边缘上的开口对齐底部外壳的边缘上的开口，并且定位以接纳具有导电性销的特定器件。在边缘上完成电连接之后，外壳的四个边的剩余部分(如果有的话)然后可以连接到外壳上。与诸如约100-200mm的各边的宽度相比，扁平电池的外壳的这些边的高度可以非常小，例如小于10mm。外壳可以具有用于电解质的填充孔，如一个侧面上开口，优选外壳顶部上的开口。在填充电解质后，该填充口被密封以提供“湿”电池，该“湿”电池准备在消费者使用之前用于化成(formation)循环和实验。
外壳还提供将电池电连接外部电路的路径。这可以以锂电池和其外壳的领域中已知的多种方式来完成。例如，外壳可以由作为一个电极连接的诸如铝的金属制成和由金属销制成，该金属销与金属外壳电绝缘，可以在作为另外电极连接的外壳外面的外部电路连接上是可得到的。还例如，外壳可以是塑料，并且在用于各电极的外壳的外部上具有导电性销的器件是可得到的。边缘连接的多种其它变型也是可以使用的。例如，扁平电池的隔板/电极组件和电极的边缘连接可以仅在一个边缘上实现，而不是分别在两个边缘上实现。该方案可以进一步简化了电池的制备，但是仍提供有效的边缘连接。可以优化电极的长度和宽度尺寸，以匹配优选的边缘连接和外部电连接。例如，对于仅分别在每个隔板/电极组件和电极的一侧上的边缘和外部电连接，该侧的长度可以远大于没有电连接的侧的宽度距离。
也可以通过和上面类似的方法来制备其它电流产生电池，例如非锂电池和使用不同电池化学和电容器的电池。

Claims (37)

1.一种锂电池，包括：
(a)隔板/电极组件，其中所述组件包括：
夹置在具有相同极性的第一电极层和第二电极层之间的集流器层；和
位于每个所述第一和第二电极层与所述集流器层相对的一侧的侧面的多孔隔板层；
其中所述电极层均从包含有机溶剂或水的颜料分散体直接涂覆于一个所述隔板层，至少一个所述隔板层包含重量大于30%的无机氧化物颗粒；
(b)电极，其中所述电极包括：
夹置在与极性相同的所述第一和第二电极层的极性相反的两个电极层之间的集流器层；
以及
(c)电解质；
其中所述电池包括所述隔板/电极组件和所述电极的交替层。
2.如权利要求1所述的电池，其中，所述集流器层直接涂覆于所述组件的所述第一和第二电极层中的至少一个。
3.如权利要求1所述的电池，其中，每个所述第一和第二电极层邻近所述隔板层的表面轮廓与每个所述隔板层直接邻近所述第一和第二电极层的表面轮廓相匹配，并且其中每个所述隔板层的所述表面轮廓与在将每个所述第一和第二电极层涂覆于一个所述隔板层之前相同。
4.如权利要求1所述的电池，其中，每个所述第一和第二电极层包含选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且其中所述电极颗粒不存在于所述隔板层中。
5.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层包含隔板颗粒，并且其中所述隔板颗粒不存在于所述第一和第二电极层中。
6.如权利要求5所述的电池，其中，所述隔板颗粒选自无机氧化物颗粒、无机氮化物颗粒、无机碳酸盐颗粒、无机硫酸盐颗粒和有机聚合物颗粒。
7.如权利要求1所述的电池，其中，所述组件的一部分不与所述电极接触。
8.如权利要求7所述的电池，其中，所述组件的所述一部分与所述组件不接触所述电极的另外一个或多个部分相接触。
9.如权利要求8所述的电池，其中，具有导电性销的器件电接触所述组件的所述一部分、和所述组件的所述另外一个或多个部分，并且所述具有导电性销的器件不与所述电极的任何部分电接触。
10.如权利要求1所述的电池，其中，所述电极的一部分不与所述组件接触。
11.如权利要求10所述的电池，其中，所述电极的所述一部分与所述电极不接触所述组件的另外一个或多个部分相接触。
12.如权利要求11所述的电池，其中，具有导电性销的器件电接触所述电极的所述一部分、和所述电极的所述另外一个或多个部分，并且所述具有导电性销的器件不与所述组件的任何部分电接触。
13.如权利要求10所述的电池，其中，所述组件的一部分不与所述电极接触，并且与所述组件不接触所述电极的另外一个或多个部分相接触。
14.如权利要求13所述的电池，其中，具有导电性销的器件电接触所述组件的所述一部分、和所述组件的所述另外一个或多个部分，并且所述具有导电性销的器件不与所述电极的任何部分电接触。
15.如权利要求1所述的电池，其中，所述组件的所述第一和第二电极层是阴极层。
16.如权利要求15所述的电池，其中，所述组件的所述集流器层包括铝层。
17.如权利要求16所述的电池，其中，所述铝层的厚度小于3微米。
18.如权利要求1所述的电池，其中，所述组件的所述第一和第二电极层是阳极层。
19.如权利要求18所述的电池，其中，所述组件的所述集流器层包括选自铜层和镍层的金属层。
20.如权利要求19所述的电池，其中，所述金属层的厚度小于3微米。
21.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层包括平均孔径小于0.2微米的孔。
22.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层包括平均孔径小于0.1微米的孔。
23.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层的厚度小于9微米。
24.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层的厚度小于6微米。
25.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层包括干凝胶膜。
26.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层包括铝勃姆石。
27.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板层是在200℃处尺寸稳定的耐热隔板层。
28.如权利要求1所述的电池，其中，所述组件的所述集流器层包含选自导电性金属、导电性碳和导电性聚合物的导电性材料。
29.如权利要求1所述的电池，其中，所述组件的所述集流器层包括直接涂覆于所述两个电极层之一的两个或多个层，并且其中所述两个或多个层中的至少一个包括含碳的导电性材料。
30.如权利要求1所述的电池，其中，所述组件的所述集流器层的厚度小于3微米。
31.一种制备锂电池的方法，包括：
(a)将多孔隔板涂覆于基板，所述多孔隔板包含重量大于30%的无机氧化物颗粒；
(b)将具有一种极性的电极层从包含有机溶剂或水的颜料分散体直接涂覆于所述隔板层；
(c)将一个或多个集流器层直接涂覆于所述电极层，以制备隔板/电极叠堆；
(d)将所述隔板/电极叠堆中的两个层压在一起并且使所述基板从所述隔板层中分层，以形成隔板/电极组件，所述隔板/电极组件包括夹置在所述组件的第一和第二电极层之间的所述一个或多个集流器层；以及
(e)使所述组件和电极交错以形成干隔板/电极电池，该电极包括夹置在与步骤(b)的所述电极层的极性相反的两个电极层之间的集流器层。
32.如权利要求31所述的方法，其中，在步骤(e)交错之前，所述组件和所述电极为片状构造。
33.如权利要求31所述的方法，其中，在步骤(e)之后，所述组件的一部分不与所述电极接触，并且所述电极的一部分不与所述组件接触，其中具有导电性销的第一器件与所述组件的所述一部分中的两个或多个电连接，并且具有导电性销的第二器件与所述电极的所述一部分中的两个或多个电连接。
34.如权利要求33所述的方法，其中，还包括：
(1)将所述干隔板/电极电池封装在外壳中；以及
(2)填充电解质并密封。
35.如权利要求31所述的方法，其中，步骤(c)的所述一个或多个集流器层中的至少一个包括金属层，并且所述金属层的厚度小于3微米。
36.如权利要求31所述的方法，其中，所述隔板层包括平均孔径小于0.1微米的孔。
37.如权利要求31所述的方法，其中，所述隔板层的厚度小于6微米。
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