CN102906901A - 受到免于尖的元件侵入的保护的锂电池 - Google Patents

受到免于尖的元件侵入的保护的锂电池 Download PDF

Info

Publication number
CN102906901A
CN102906901A CN2011800259877A CN201180025987A CN102906901A CN 102906901 A CN102906901 A CN 102906901A CN 2011800259877 A CN2011800259877 A CN 2011800259877A CN 201180025987 A CN201180025987 A CN 201180025987A CN 102906901 A CN102906901 A CN 102906901A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diaphragm
collector
battery
thickness
film
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
CN2011800259877A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102906901B (zh
Inventor
M·德尚
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.)
Batscap SA
Original Assignee
Batscap SA
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 Batscap SA filed Critical Batscap SA
Publication of CN102906901A publication Critical patent/CN102906901A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102906901B publication Critical patent/CN102906901B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • 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
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/426—Fluorocarbon polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H01M50/461—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes with adhesive layers between electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

本发明涉及锂电池，其工作受到弹性膜插入的安全性保护。电池由电池单元PEN组成，其包括在构成正极的膜P与构成负极的膜N之间的含有锂盐的电解质膜E，或者由电池单元PEN的堆叠组成，所述堆叠包括两个端电池单元，在它们之间可任选地设置一个或多个中间电池单元，所述电池的特征在于其包括由弹性材料组成的至少两个保护膜Fp，电池单元的、或者每一个端电池单元的至少一个电极与由弹性材料组成的保护膜Fp接触。特别地，至少两个保护膜Fp由弹性材料构成，其具有由ame表示的断裂伸长率和由eme表示的厚度，至少一个所述保护膜Fp与厚度emax的用于连接电极的连接层接触，所述膜具有厚度eme，使得eme>emax/ame。本发明涉及“锂”电池，其负极由锂金属构成，还涉及“锂离子”电池，其负极包括锂离子嵌入材料。

Description

受到免于尖的元件侵入的保护的锂电池
技术领域
本发明涉及一种电池，其借助通过电解质的电极之间的锂离子的可逆循环工作，所述电池具有改进的工作安全性。
背景技术
借助锂离子的循环而工作的电池包括由电解质隔开的至少一个负极和至少一个正极。在所述电池中，电解质包括液体溶剂化溶剂、聚合物固体溶剂或凝胶溶剂中溶解的锂盐，所述盐易于在其中离解；所述正极包括集电器，其承载包含能够可逆地嵌入锂离子的至少一种正极活性材料的电极材料；所述负极由锂合金或锂金属间化合物（锂电池）的锂金属片（可任选地受集电器支撑）组成，或者包括集电器，其承载包含能够可逆地嵌入锂离子（锂离子电池）的至少一种负极活性材料的电极材料。
锂或锂离子电池可以由非常大量电池单元组成，每一个电池单元都由负极膜、电解质膜和正极膜组成，所述膜通常具有在10到100μm之间的厚度。通常借助以下方式来生产这些电池：通过将正极连接在一起以形成正极，将负极连接在一起以形成负极，来并联组装特定数量的电池单元，随后通过将并联组装的电池单元组串联组装，将一组电极连接到另一组的反号（opposite sign）电极。示例性地，可以设想组装每一组包括最多达100个电池单元的几百组电池单元。
由于其薄膜形式的构造，这些电池对于碾压或尖的元件的穿透敏感。在碾压或尖的元件的穿透过程中，由于集电器之间的直接接触、或在穿透元件导电的情况下在集电器与穿透元件之间的直接接触会出现短路。短路会导致起火。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池，通过在电池的碾压过程中避免反号的两个相继电极（successive electrode）相接触、并通过在金属元件穿透到电池的一面中的过程中避免所述金属元件与反号的两个相继电极相接触、而改进了其在碾压或尖的元件的穿透过程中的工作安全性。通过将弹性膜粘贴到至少一些电极来实现这个目的。
根据本发明的电池由电池单元PEN组成，其包括在构成正极的膜P与构成负极的膜N之间的含有锂盐的电解质膜E，或者由电池单元PEN的堆叠（stack）组成，所述堆叠包括两个端电池单元（terminal battery cell），在它们之间可任选地设置一个或多个中间电池单元。所述电池的特征在于其包括由弹性材料组成的至少两个保护膜Fp，电池单元的、或者每一个端电池单元的至少一个电极与由弹性材料组成的保护膜Fp接触。
特别地，电池包括由弹性材料组成的至少两个保护膜Fp，所述保护膜具有由ame表示的断裂伸长率和由eme表示的厚度，至少一个所述保护膜Fp与厚度emax的电极连接层接触，所述膜具有使得eme>emax/ame的厚度eme。
这样，在尖的元件穿透电池的任意一面的过程中，穿透元件引起的保护膜的拉伸避免了穿透元件与电极之间的接触。
在本发明的意义上，应理解表述“正极”和“负极”的意思是在电池包括集电器时由电极层和这个集电器形成的组件。连接层是确保电极与外部电路连接的电极的层。这样，当指明保护膜与电极的连接层接触时，这意味着在电极没有集电器时，特别是在由金属膜构成电极层时，保护膜与电极层本身接触，或者在电极包括集电器时，保护膜与集电器接触。
在根据本发明的包括单个电池单元PEN的电池中，每一个电极的至少一面与所述保护膜Fp接触。
在本文中，表述“端电池单元”表示位于由几个电池单元的堆叠组成的电池的外表面上的电池单元，表述“中间电池单元”表示不是堆叠中的端电池单元的电池单元。表述“端电极”表示位于端电池单元的外表面上的电极。认为由单个电池单元组成的电池的两个电极是端电极。表述端电极的“外表面”表示位于朝向电解质膜的面的背面的所述电极的面。
构成根据本发明的电池中的电极或电解质的膜通常具有从10μm到100μm变化的厚度。当电解质是液体电解质时，将其注入置于负极与正极之间的隔膜。
根据本发明的一个优选实施方案，电解质是固体电解质。
在根据本发明的电池中，电池单元的数量可以非常高。通常并联组装电池单元，随后串联组装已并联组装的电池单元的组。在并联的一个组件中，电池单元的每一个电极都连接到相邻电池单元的同号电极。在串联的组件中，电池单元的（或并联连接的电池单元的组的）每一个电极都连接到相邻电池单元的（或者并联连接的电池单元的组的）反号电极。根据本发明的电池优选地是每一组都包括并联安装的最多达100个电池单元的几百组电池单元串联的组件的形式。从而可以设想每一组都由1到200个电池单元组成的1到500组电池单元，更特别是每一组都由5到150个电池单元组成的10到400组电池单元。
在根据本发明的电池中，正极包括集电器，其承载能够可逆地嵌入锂离子的正极活性材料的膜。在称为“锂电池”的电池中，负极由选自于锂、锂合金和锂金属间化合物的金属材料的膜组成。在称为“锂离子电池”的电池中，负极包括集电器，其承载能够可逆地嵌入锂离子的负极活性材料的膜。
当电极由承载活性材料的集电器组成时，将保护膜设置在集电器与活性材料的膜之间。在由金属（锂、锂合金、锂金属间化合物）膜组成正极的情况下，将保护膜施用到所述金属膜。
在由多个电池单元PEN的堆叠组成的电池的一个特别优选的结构中，堆叠电池单元以使得：
-两个相邻电池单元的正极组合为一个，并由在其每一面上承载正极活性材料的膜的单个集电器形成；
-两个相邻电池单元的负极组合为一个，并由在其每一面上承载负极活性材料的膜的单个集电器形成；或者由选自于锂、锂合金和锂金属间化合物的金属材料的膜形成；
-正极端电极（positive terminal electrode）由在其一面上承载正极活性材料的集电器组成；
-负极端电极（negative terminal electrode）由在其一面上承载负极活性材料的集电器组成，或者由选自于锂、锂合金和锂金属间化合物的金属材料的膜组成。
当根据本发明的电池在每一个端电极的一面上仅包括保护膜Fp时，弹性材料形成的保护膜优选地具有断裂伸长率ame和厚度eme，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot是在所述保护膜Fp之间的电池单元的厚度。
当根据本发明的电池包括多个电池单元时，在中间电池单元中的几个保护膜的插入使得能够使用比在电池于两个端电极中每一个上仅包括一个保护膜的情况下弹性更低的材料。可以根据几个变型来获得这个结果。
称为最低限度变型的用于电池保护的第一变型，目的在于避免反号电极之间的直接或借助于穿透的尖元件的接触。
称为最佳变型的用于电池保护的第二变型，目的在于避免所有电极之间的直接或借助于穿透的尖元件的接触。
在锂离子电池中，目的在于避免穿透元件与电极的集电器之间的接触。
可以根据两个实施方案来实现用于锂离子电池中保护的最低限度变型。
在第一个实施方案中，将保护膜设置在给定符号的每一个电极的集电器的每一面上——例如当端电极是正极时设置在正极的集电器的每一面上，其中选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集电器的厚度。在尖的导电元件穿透通过电池的任一面的过程中，导电元件拉伸每一个保护膜，以便遮盖构成位于保护膜下游的集电器的膜的边缘，“下游”应理解为相对于尖的导电元件的穿透方向。从而将穿透元件与正极集电器隔离，以至于不形成反号集电器之间的连接。当然，如果端电极是负极，结果也是类似的，此种情况下将保护膜粘贴到负极的集电器。
在第二个实施方案中，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集电器的厚度，将保护膜设置在正极集电器的上游面上和负极集电器的下游面上，“上游”和“下游”应理解为相对于尖的导电元件的穿透方向。当元件穿透通过正极集电器的上游面时，其拉伸这些集电器的保护膜，以便遮盖保护膜下游的正极集电器的边缘，并且其拉伸与负极集电器相关的保护膜。当元件穿透通过电池的反面时，其拉伸负极集电器的保护膜，以便遮盖保护膜下游的负极集电器的边缘，并且其还拉伸与正极集电器相关的膜。
可以根据多个实施方案来实现锂离子电池中的最佳变型。
在第一个实施方案中，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于所有叠置的电池单元的厚度，将保护膜粘贴到每一个端电极的集电器的至少一面上。
在第二个实施方案中，将保护膜设置在给定符号的每一个电极的集电器的每一面上——例如设置在正极的集电器的每一面上，选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于电池单元的厚度。在尖的导电元件穿透通过电池的任一面的过程中，导电元件拉伸每一个保护膜，以便遮盖形成电池单元的膜的边缘，包括反号的两个相连集电器的边缘。从而将穿透元件与所有集电器隔离。当然，如果将保护膜粘贴到负极的集电器，结果也是类似的。
在第三个实施方案中，通过选择膜材料和厚度以使得eme≥emax-Tot/ame，e至少等于电池单元的厚度，将保护膜设置在正极集电器的上游面上，和负极集电器的下游面上，“上游”和“下游”应理解为相对于尖的导电元件的穿透方向。当尖元件穿透通过正极集电器的上游面时，其拉伸这些集电器的保护膜，以便遮盖形成电池单元的膜的边缘，包括反号的两个相连集电器的边缘，并且其拉伸与负极集电器相关的保护膜。当元件穿透通过电池的反面时，其拉伸负极集电器的保护膜，以便遮盖形成电池单元的膜的边缘，包括反号的两个相连集电器的边缘，并且其还拉伸与正极集电器相关的膜。
在锂电池中，目的在于避免穿透元件、正极的集电器与构成负极的金属膜之间的接触。在尖元件的穿透过程中，取决于其延展性的程度，形成负极的金属材料可以在较大或较小的程度上流动。与锂合金的膜相比，锂膜的流动程度更大。
在用于锂电池的保护的最低限度变型中，保护膜的目的在于考虑到在尖元件的穿透过程中这些金属膜可能的流动，避免导电的穿透元件、正极的集电器与构成负极的金属（锂、锂合金、锂金属间化合物）膜之间的接触。可以根据多个实施方案来实现这个变型。
在第一个实施方案中，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于正极的集电器的厚度，将保护膜设置在每一个正极的集电器的每一面上。在尖的导电元件穿透到电池的任一面的过程中，导电元件拉伸每一个保护膜，以便遮盖构成置于保护膜后面的正极集电器的膜的边缘。从而将穿透元件与正极集电器隔离，以至于不形成反号集电器之间的连接。
在第二个实施方案中，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，考虑到形成负极的材料可能的流动，emax至少等于负极的厚度，或者至少等于电解质和置于保护膜后面的正极的厚度，将保护膜设置在每一个负极的每一面上。
在第三个实施方案中，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，考虑到形成负极的材料可能的流动，emax至少等于集电器的厚度和负极的厚度中的最大厚度，将保护膜设置在正极集电器的上游面上，和负极的下游面上，“上游”和“下游”应理解为相对于尖的导电元件的穿透方向。
最佳的保护
在用于锂电池的保护的最佳变型中，保护膜的目的在于避免导电的穿透元件、正极的集电器与构成负极的金属膜之间的接触。可以根据多个实施方案来实现这个变型。
当端电极是负极时，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于所有叠置的电池单元的厚度，将保护膜粘贴到每一个端电极的外表面，并将保护膜粘贴到：
-正极的集电器的每一面，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集电器的厚度；
-或者中间负极的每一面，通过选择膜材料和厚度，考虑到负极材料可任选的流动，使得eme≥emax/ame，emax至少等于负极的厚度。
当端电极是正极时，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于所有叠置的电池单元的厚度，将保护膜粘贴到每一个端电极的集电器的一个面，并将保护膜粘贴到：
-正极的集电器的每一面，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集电器的厚度；
-或者中间负极的每一面，通过选择膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，考虑到负极材料可任选的流动，emax至少等于负极的厚度。
当然，多个变型可以组合，应理解，形成保护膜的材料的弹性的增强和/或保护膜的厚度的增大，和/或保护膜数量的增大，提高了电池的工作安全性。在这一点上，希望用于形成保护膜的材料具有某种程度的塑性，以使得其当在最大拉伸后断裂时不收缩。然而，考虑到各种材料的限制，即使在塑性程度较低的情况下，在达到其最大拉伸后保护膜收缩的风险也较低。
除了针对导电元件的穿透的保护，在碾压电池的过程中，中间电池单元中保护膜的存在也具有避免两个相邻电极的集电器之间、或者一个电极的集电器与形成相邻电极的金属膜之间的直接接触的效果。当在外部压力作用下将两个电极拉近到一起时，极大地提高了由于保护膜的存在而出现的短路的电阻，结果极大地降低了短路电流的强度，这改进了电池的工作安全性。
当将膜Fp设置在端电极的外表面上时，其有利地由诸如天然橡胶、聚异戊二烯、聚丁二烯、和丁二烯-苯乙烯（SBR）共聚物或丁二烯-丙烯腈（NBR）共聚物之类的弹性材料组成。
外保护膜的存在对于根据本发明的电池尤其有用，其中，电池由并联组装的几组电池单元组成，所述组自身串联组装。
当保护膜Fp是内膜时（即，不是设置在端电极的外表面上的膜），其与电极接触。当电极是金属材料的膜时，保护膜Fp设置在所述金属材料的膜与构成电解质的膜之间。当电极由承载电极活性材料膜的集电器组成时，保护膜Fp设置在集电器与电极活性材料的膜之间。
内保护膜由具有电子电导率C1的材料组成,其中C1接近于该保护膜所接触的电极材料的电子电导率C2、并且比集电器的电子电导率C3小得多。电子电导率C1、C2和C3优选地使得0.5≤C1/C2≤2，且C2≤C3/100。
构成保护膜的材料是弹性聚合物材料，其不破坏电池的工作，所述材料在电池工作的电压和温度范围中是稳定的。所述聚合物材料主要包括至少一种聚合物、电子传导剂和任选存在的一种或多种填充剂。
聚合物可以是聚偏二氟乙烯（PVDF）、偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物（PVDF-HFP）、苯乙烯/丁二烯（SBR）共聚物、聚环氧乙烷（PEO）、环氧乙烷的共聚物或者这些聚合物的混合物。
电子传导剂例如可以是炭黑、乙炔黑、石墨（可任选地膨胀形式的）或者纳米管形式的碳。
由不包含锂盐且其中聚合物不是溶剂化（solvating）聚合物的材料组成的内保护膜给予了针对短路的保护和化学保护。为此，内保护膜的聚合物优选地选自于聚偏二氟乙烯（PVDF）、偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物（PVDF-HFP）、苯乙烯/丁二烯（SBR）共聚物。
在根据本发明的电池中，正极由在其一面或者其两面上承载电极材料膜的集电器组成。
正极的集电器可以是铝膜或者钛膜，可任选地涂覆有抗腐蚀膜。抗腐蚀膜可以是包含电子导电填充剂的聚合物材料的膜。聚合物可以选自于含氟聚合物（例如，聚偏二氟乙烯PVDF或者聚四氟乙烯PTFE）和丙烯酸（酯）类聚合物。电子导电填充剂可以选自于炭黑、乙炔黑、石墨或碳纳米管。抗腐蚀膜的厚度优选地最多是构成集电器的金属片的厚度的25%。
正极材料包括至少一种正极活性材料。优选地为电极复合材料形式，其包含除了电极活性材料以外的至少一种以下成分：离子传导剂、电子传导剂、粘合剂。
正极活性材料特别地可以选自于：Li1+xV3O8（0<x<4）、LixV2O5.nH2O（0<x<3,0<n<2）、LiFePO4、水合的或未水合的磷酸铁和硫酸铁、水合的或未水合的氧钒基磷酸盐和硫酸盐[例如，VOSO4和LixVOPO4.nH2O(0<n<3,0<x<2)]、LiMn2O4、LiNiO2、由优选地以Al、Ni和Co替换而获得的衍生于LiMn2O4的化合物、LiMnO2、由优选地以Al、Ni和Co替换而获得的衍生于LiMnO2的化合物、LiCoO2、由优选地以Al、Ti、Mg、Ni和Mn替换而获得的衍生于LiCoO2的化合物[例如，LiAlxNiyCo(1-x-y)O2(x<0.5,y<1)]。磷酸盐LiFePO4是尤其优选的。
正极复合材料的电子传导剂可以是碳，特别地是炭黑、乙炔黑、石墨、碳纳米管，或者这些化合物的混合物。
正极复合材料的离子传导剂是锂盐，优选地是电解质的锂盐。
正极复合材料的粘合剂是有机粘合剂，其在正极的工作范围中是电化学稳定的。示例性地，可提及聚偏二氟乙烯均聚物或三元乙丙橡胶。聚偏二氟乙烯是特别优选的。当电解质是聚合物电解质时，作为粘合剂，可以有利地利用类似于电解质聚合物的聚合物。
可以如下方式来生产正复合电极：通过在挥发性溶剂中引入活性材料和适当时的粘合剂和/或电子传导剂和/或离子传导剂，通过将由此获得的混合物在用作集电器的金属盘上涂布，随后通过在氮气氛中高温下蒸发溶剂。正极也可以通过挤压成形来生产。
在根据本发明的“锂电池”类型的电池中，负极可以是锂、锂金属间化合物或者锂合金的膜，其选自于例如：各种基质——尤其是含氧的基质或金属（例如，Cu、Ni、Fe、Fe-C）基质——中的合金β-LiAl、γ-LiAl、Li-Pb（例如，Li7Pb2）、Li-Cd-Pb、Li-Sn、Li-Sn-Cd、Li-Si、Li-Sn，或者Li-Al-Mn。膜的厚度优选地在10到100μm之间。
当电池包括几个电池单元，电池单元中的负极由金属材料（特别是锂）的膜组成时，必不可少的是将保护膜插入在每一个正极集电器与最近的金属材料膜之间。
在锂金属电池中，LiTFSI尤其优选地作为用于电解质的锂盐。
在根据本发明的“锂离子”类型的电池中，负极由承载负极材料膜的集电器组成。
集电器可以由铜膜、镍膜、钛膜或钢膜组成。
负极材料包括至少一种负极活性材料。优选地是复合材料的形式，其包含除了负极活性材料以外的至少一种以下成分：离子传导剂、电子传导剂、粘合剂。
负极活性材料是能够在低氧化还原电位可逆地嵌入锂离子的材料，所述材料在预备步骤期间被锂化。嵌入材料可以选自于天然的或者合成的碳基材料。这些碳基材料例如可以是石油焦炭、石墨、石墨晶须、碳纤维、中间相碳微球、沥青焦炭或针状焦。嵌入材料也可以选自于氧化物，例如LixMoO2、LixWO2、LixFe2O3、Li4Ti5O12、LixTiO2；或硫化物，例如，Li9Mo6S6和LiTiS2；或者氧硫化物。也可以利用可以在低电压下可逆地存储锂的化合物，例如，无定形钒酸盐（例如，LixNiVO4）、氮化物（例如，Li2.6-xCo0.4N、Li2+xFeN2、Li7+xMnN4）、磷化物（例如Li9-xVP4）、砷化物（例如，Li9-xVAs4）和进行可逆分解的氧化物（例如，CoO、CuO、Cu2O）。
负极复合材料的粘合剂是有机粘合剂，其在负极的工作范围中是电化学稳定的。示例性地，可提及聚偏二氟乙烯均聚物或三元乙丙橡胶。聚偏二氟乙烯是特别优选的。当电解质是聚合物电解质时，作为粘合剂，可以有利地利用类似于电解质聚合物的聚合物。
可以如下方式来生产负复合电极：通过在非质子极性溶剂中的粘合剂溶液中引入碳基化合物，通过将所获得的混合物涂布在用作集电器的金属盘上，随后通过在氮气氛中高温下蒸发溶剂。负极也可以通过挤压成形来生产。
负极材料中的电子传导剂可以是碳，特别地是炭黑、乙炔黑、石墨、碳纳米管，或者这些化合物的混合物。
负极复合材料的离子传导剂是锂盐，优选地是电解质的锂盐。
在锂离子电池中，LiPF6特别优选地作为用于电解质的锂盐。
根据本发明的多层电池的电解质包括溶剂中溶解的至少一种锂盐。盐特别地可以选自于LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiSbF6、LiBC4O8、(FSO2)2NLi、锂双全氟烷基磺酰亚胺（尤其是锂双（三氟甲基）磺酰亚胺LiTFSI）、和锂双或三（全氟烷基）磺酰基甲基化物。
溶剂可以是溶剂化液体、固态溶剂化聚合物（可任选地通过加入液体而增塑的）、或凝胶聚合物。
当电解质的溶剂是液体时，将电解质注入置于电极之间的隔膜中。液体溶剂可以由一种或多种非质子极性化合物组成，其选自于线性或环状碳酸酯、线性或环状醚、线性或环状酯、线性或环状砜、硫酰胺或磺酰胺和腈。溶剂优选地由至少两种碳酸酯组成，其选自于碳酯亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯和碳酸甲·乙酯。具有包含非质子极性溶剂的电解质的电池通常在-20℃到60℃的温度范围中工作。
当电解质包含溶剂化聚合物溶剂时，所述聚合物可以选自于具有线性、梳状或嵌段结构的聚醚，其可以形成或不形成基于聚环氧乙烷的网络；包含环氧乙烷或环氧丙烷或烯丙基缩水甘油醚单元的共聚物；聚膦嗪；由异氰酸酯交联的基于聚乙二醇的交联网络；如FR-2770034中所述的氧化乙烯与表氯醇的共聚物；和由缩聚作用获得的网络和具有能够结合可交联基团的基团的网络。可提及这样的嵌段共聚物，其中某些嵌段承载具有氧化还原特性的功能。具有包含聚合物溶剂的电解质的电池通常在50℃到120℃的温度范围中工作。
电解质的溶剂也可以是选自于前述非质子极性化合物的非质子极性液体化合物的和溶剂化聚合物的混合物。其可以包括2体积%到98体积%的液体溶剂，取决于希望是以低含量的非质子极性化合物增塑的电解质，还是以高含量的非质子极性化合物凝胶化的电解质。当电解质的聚合物溶剂承载离子功能时，锂盐是任选存在的。
电解质的溶剂也可以是以上定义的非质子极性化合物的或者以上定义的溶剂化聚合物的、和包括含有至少一个杂原子的单元的非溶剂化极性聚合物的混合物，所述杂原子选自于硫、氧、氮和氟。这种非溶剂化聚合物可以选自于丙烯腈的均聚物和共聚物、偏二氟乙烯的均聚物和共聚物、N-乙烯吡咯烷酮的均聚物和共聚物。非溶剂化聚合物也可以是具有离子取代基的聚合物，尤其是聚全氟醚磺酸盐（例如，前述的
Figure GDA00002465773200111
）或者聚苯乙烯磺酸盐。
在另一个实施方案中，本发明的电池的电解质可以是无机导电固体，选自于按惯例由Lisicon表示的化合物，就是说固溶体Li4XO4-Li3YO4(X=Si或Ge或Ti;Y=P或As或V)、Li4XO4-Li2AO4(X=Si或Ge或Ti;A=Mo或S)、Li4XO4-LiZO2(X=Si或Ge或Ti;Z=Al或Ga或Cr)、Li4XO4-Li2BXO4(X=Si或Ge或Ti;B=Ca或Zn)、LiO2-GeO2-P2O5、LiO2-SiO2-P2O5、LiO2-B2O3-Li2SO4、LiF-Li2S-P2S5、Li2O-GeO2-V2O5或LiO2-P2O5-PON。包含这种电解质的锂电池在-20℃到100℃数量级的很宽的温度范围中工作。
附图说明
图1到5示例性地表示根据本发明的电池的结构的一些具体情况。
在多个不同的附图中，相似的参考标记表示相同的组件。参考标记与组件之间的对应关系如下：
1 构成负极的锂膜
1’ 负极的集电器
1” 负极活性材料的膜
2 电解质膜
3 正极活性材料的膜
4 正极的集电器
5 钉子
6 用于正极的保护膜
6’ 用于负极的保护膜
7 外保护膜
8 由膜6拉伸而产生的护套
8’ 由膜6’拉伸而产生的护套
9 由锂膜1的流动而形成的护套
10 由膜7的拉伸而产生的护套
11 导电穿透元件与集电器之间的电接触。
图1表示包括内保护膜6与外保护膜7的电池单元的示意图。在这个电池单元中，负极是锂金属的膜1，它在其外表面上承载保护膜7。正极包括承载电极活性材料膜3的集电器4，以及置于集电器与活性材料膜之间的保护膜6。电解质2设置在电极之间。图1a和1b示意性地表示从正极侧（图1a）和从负极侧（图1b）插入钉子5的效果。图1a表示保护膜6的拉伸，其形成直到超过负极1的钉子5的护套8；和锂膜1的流动，其形成护套9。图1b示出了保护膜7的拉伸，其形成钉子的护套10；锂膜1的拉伸，其自身形成沿钉子的护套9，它被护套10与钉子隔离；和保护膜6的拉伸，其形成围绕钉子（通过护套10与锂护套隔离）直到超过集电器4的护套8。
图2表示对应于最低限度保护的第二个实施方案的锂离子电池的图。电池包括几个电池单元。两个端电极是正极，每一个都包括集电器4，在其外表面上承载外保护膜7，并在其内表面上承载材料的膜3。非端正极每一个都包括集电器4，在其每一面上都承载活性材料膜3。每一个负极都由集电器1’组成，在其每一面上都承载活性材料膜1”。这样，中间电池单元与相邻的两个电池单元共用其集电器。膜2表示电解质膜。
正极集电器4在其下表面上承载保护膜6。负极集电器1’在其上表面上承载保护膜6’。
元件5和5’是图中表示的穿透元件，仅仅用于指示穿透的方向。
在尖元件在由元件5所示的方向上的穿透过程中，保护膜6被拉伸，形成在正极集电器4上的护套8。保护膜6’被拉伸，形成在至少一部分负极活性材料膜1”上的护套，留下了负极集电器1’的边缘。因此在穿透元件5与负极集电器之间存在接触，但反号的集电器之间没有接触，因为保护了正极集电器。
在尖元件在由元件5’所示的方向上的穿透过程中，保护膜6’被拉伸，形成在负极集电器1’的边缘上的护套8’。保护膜6被拉伸，形成在至少一部分正极活性材料膜3上的护套，留下了正极集电器4的边缘。因此在穿透元件5’与正极集电器之间存在接触，但反号的集电器之间没有接触，因为保护了负极集电器。
图3表示包括几个电池单元的电池的示意图，其中，负极1是锂电极，端电极是正极，保护膜6设置在每一个正极集电器4与其承载的活性材料膜3之间。保护膜6’设置在负极的每一面上。图3示出了插入钉子5的效果，尤其是锂膜1的流动，其形成沿钉子5的护套9；膜6’的拉伸，其形成护套8’；和保护膜6的拉伸，其形成围绕钉子5直到超过集电器4的护套8。
图4表示包括几个电池单元的电池的示意图，其中，负极1是锂电极，端电极是负极，保护膜6设置在每一个正极集电器4与其承载的活性材料膜3之间。保护膜7设置在每一个端电极的外表面上。保护膜6’设置在每一个非端负极的每一面上。图4示出了插入钉子5的效果，尤其是膜7的拉伸，其形成围绕钉子的护套10；锂膜1的流动，其形成沿由护套10隔离的钉子5的护套9；膜6’的拉伸，其形成围绕钉子的护套8’，以便避免锂与正极活性材料接触；和保护膜6的拉伸，其形成围绕钉子5直到超过集电器4的护套8。
图5表示包括几个电池单元的电池的示意图，其中，负极由被保护膜6’隔开的集电器1’和活性材料膜1”组成，正极由承载电极活性材料膜3的集电器4组成。电解质膜2设置在电极之间。保护膜7设置在每一个端电极的外表面上。保护膜6’设置在每一个非端负极的每一面上。图5示出了插入钉子5的效果，尤其是膜7的拉伸，其形成围绕钉子5的护套10；每一个膜6’的拉伸，其形成围绕钉子的护套8’；和每一个保护膜6的拉伸，其形成护套8。
具体实施方式
借助以下实施例来更详细地说明本发明，但并非局限于此。
使用了以下产品：
-聚环氧乙烷PEO，由Dow Chemical销售，产品型号为WSRN750；
-环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物(EO-PO 90/10)，由Zeon销售，产品型号为ZSN-8100；
-PVDF/HFP共聚物，由Solvay销售，产品型号为21510；
-PVDF聚合物，由Solvay销售，产品型号为6020；
-LiTFSI，由3M公司销售，产品型号为HQ115；
-炭黑，由Akzo Nobel销售，产品型号为Ketjenblack EC600；
-LiFePO4，由Phostech Lithium Inc.销售，产品型号为P1；
-SBR聚合物，由Zeon销售，名为Nipol SBR；
-乙炔黑，由SN2A销售，名为Y200；
-碳纳米管，由Arkema销售，名为Graphistrength。
实施例1
基于PVDF-HFP/炭黑的弹性膜
这个实施例涉及多层电池，其包括具有根据图1所示结构（除了外膜7）的电池单元，各种组件如下：
负极1：
锂膜，厚度：51μm。
电解质2：
20μm膜，由49%的PEO聚合物、11%的LiTFSI和40%的PVDF/HFP共聚物（重量%）的混合物组成。
电极活性材料3：
48μm的膜，由74%的LiFePO4、1.5%的炭黑、19.4%的PEO聚合物和5.1%的LiTFSI的混合物组成。
保护膜6：
17μm的膜，由37.3重量%的PVDF/HFP共聚物、42.5重量%的PEO聚合物、13.5重量%的LiTFSI和6.66重量%的炭黑的混合物组成。
集电器4：
13μm的铝膜，在每一侧上涂覆有2μm的抗腐蚀层（聚合物+碳），即总厚度17μm，由Exopack销售，名为Product 2651。
具有17μm厚度的弹性膜具有15Ω.cm的电阻率，和在张力测试机上测量的100%的断裂伸长率。
生产了5个根据这个图的电池，以及没有弹性膜的5个类似的电池。通过垂直于锂膜表面敲进钉子，在每一个电池上实施穿孔测试，钉子的长度至少等于电池的厚度。
在包含PTC弹性膜的5个电池中，都没有观察到起火或者短路。在没有PTC膜的5个电池中，在每一个电池中都观察到短路，5个电池中的3个观察到起火。
实施例2
基于SBR的弹性膜
这个实施例涉及多层电池，其包括也具有类似于实施例1的电池的结构的电池单元，其中各种组件如下：
负极1：
锂膜，厚度：51μm。
电解质2：
20μm的膜，由49%的PEO聚合物、11%的LiTFSI和40%的PVDF/HFP共聚物（重量%）的混合物组成。
电极活性材料3：
48μm的膜，由74%的LiFePO4、1.5%的炭黑、19.4%的PEO聚合物和5.1%的LiTFSI的混合物组成。
弹性膜6：
34μm的膜，由重量比70/30的SBR和乙炔黑的混合物组成。
集电器4：
13μm的铝膜，在每一侧上涂覆有2μm的抗腐蚀层（聚合物+碳），即总厚度17μm。
弹性膜的电阻率是10Ω.cm。在张力测试机上测量的其断裂伸长率为50%。
生产了5个根据这个图的电池，以及没有弹性膜的5个类似的电池。以与实施例1相同的方式在每一个电池上实施穿孔测试。
在包含PTC弹性膜的5个电池中，都没有观察到起火或者短路。在没有PTC膜的5个电池中，在每一个电池中都观察到短路，5个电池中的3个观察到起火。
实施例3
基于PVDF的弹性膜
生产了多层电池，其包括具有类似于实施例1的电池的结构的电池单元，其中各种组件如下：
负极1：
锂膜，厚度：51μm。
电解质2：
20μm的膜，由49%的PEO聚合物、11%的LiTFSI和40%的PVDF/HFP共聚物（重量%）的混合物组成。
电极活性材料3：
48μm的膜，由74%的LiFePO4、1.5%的炭黑、19.4%的PEO聚合物和5.1%的LiTFSI的混合物组成。
弹性膜6：
16μm的膜，由PVDF聚合物（94重量%）和碳纳米管（6重量%）的混合物组成。
集电器4：
13μm的铝膜，在每一侧上都涂覆有2μm的抗腐蚀层（聚合物+碳），即总厚度17μm。
弹性膜的电阻率是17Ω.cm。在张力测试机上测量的其断裂伸长率为105%。
生产了5个根据这个图的电池，以及没有弹性膜的5个类似的电池。以与实施例1相同的方式在每一个电池上实施穿孔测试。
在包含PTC弹性膜的5个电池中，都没有观察到起火或者短路。在没有PTC膜的5个电池中，在每一个电池中都观察到短路，5个电池中的3个观察到起火。
实施例4
基于PVDF-HFP的弹性膜
这个实施例涉及多层电池，其包括具有类似于实施例1的电池的结构的电池单元，其中各种组件如下：
负极1：
锂膜，厚度：51μm。
电解质2：
20μm的膜，由49%的PEO聚合物、11%的LiTFSI和40%的PVDF/HFP共聚物（重量%）的混合物组成。
电极活性材料3：
48μm的膜，由74%的LiFePO4、1.5%的炭黑、19.4%的PEO聚合物和5.1%的LiTFSI的混合物组成。
弹性膜6：
32μm的膜，由PVDF-HFP共聚物（75重量%）和剥离石墨（exfoliatedgraphite）（25重量%）的混合物组成。
集电器4：
13μm的铝膜，在每一侧上都涂覆有2μm的抗腐蚀层（聚合物+碳），即总厚度17μm。
弹性膜的电阻率是44Ω.cm。在张力测试机上测量的其断裂伸长率为54%。
生产了5个根据这个图的电池，以及没有弹性膜的5个类似的电池。以与实施例1相同的方式在每一个电池上实施穿孔测试。
在包含PTC弹性膜的5个电池中，都没有观察到起火或者短路。在没有PTC膜的5个电池中，在每一个电池中都观察到短路，5个电池中的3个观察到起火。
实施例5
在负极处的弹性膜
这个实施例涉及多层电池，其包括具有以下组件的电池单元：
集电器1’：
铜膜，厚度：17μm。
弹性膜6’：
32μm的膜，由PVDF-HFP共聚物（75重量%）和剥离石墨（25重量%）的混合物组成。
负极活性材料1”：
50μm的膜，由PVDF-HFP共聚物（8重量%）和石墨（92重量%）的混合物组成。
电解质2：
20μm的膜，由60%[EC/DMC(1/3)+LiTFSI 1M]+40%PVDF/HFP的混合物组成。
电极活性材料3：
100μm的膜，由85%的LiCoO2、5%的炭黑和10%的PVDF/HFP聚合物的混合物组成。
集电器4：
17μm的铝膜。
弹性膜的电阻率是44Ω.cm。在张力测试机上测量的其断裂伸长率为54%。
生产了5个根据这个图的电池，以及没有弹性膜的5个类似的电池。以与实例1相同的方式在每一个电池上实施穿孔测试。
在包含PTC弹性膜的5个电池中，都没有观察到起火或者短路。在没有PTC膜的5个电池中，在每一个电池中都观察到短路和起火。
实施例6
在正极处的弹性膜
这个实施例涉及多层电池，其包括具有以下组件的电池单元：
集电器1’：
铜膜，厚度：17μm。
负极活性材料1”：
50μm的膜，由PVDF-HFP共聚物（8重量%）和石墨（92重量%）的混合物组成。
电解质2：
20μm的膜，由60%[EC/DMC(1/3)+LiTFSI 1M]+40%PVDF/HFP的混合物组成。
电极活性材料3：
100μm的膜，由85%的LiCoO2、5%的炭黑和10%的PVDF/HFP聚合物的混合物组成。
弹性膜6：
32μm的膜，由PVDF-HFP共聚物（75重量%）和剥离石墨（25重量%）的混合物组成。
集电器4：
17μm的铝膜。
弹性膜的电阻率是44Ω.cm。在张力测试机上测量的其断裂伸长率为54%。
生产了5个根据这个图的电池，以及没有弹性膜的5个类似的电池。以与实施例1相同的方式在每一个电池上实施穿孔测试。
在包含PTC弹性膜的5个电池中，5个电池中都没有观察到起火或者任何短路。在没有PTC膜的5个电池的每一个中都观察到短路和起火。

Claims (25)

1.电池，由电池单元PEN组成，其包括在构成正极的膜P与构成负极的膜N之间的含有锂盐的电解质膜E，或者由电池单元PEN的堆叠组成，所述堆叠包括两个端电池单元，在它们之间可任选地设置一个或多个中间电池单元，所述电池的特征在于，其包括由弹性材料组成的至少两个保护膜Fp，所述电池单元的或者所述每一个端电池单元的至少一个电极与由弹性材料组成的保护膜Fp接触。
2.根据在前权利要求所述的电池，包括由弹性材料组成的至少两个保护膜Fp，所述保护膜具有由ame表示的断裂伸长率和由eme表示的厚度，至少一个所述保护膜Fp与厚度emax的电极连接层接触，所述至少一个保护膜具有使得eme>emax/ame的厚度eme。
3.根据权利要求1或2所述的电池，特征在于所述电解质是固体电解质。
4.根据在前权利要求中任意一项所述的电池，特征在于正极包括集电器，特别是形成连接层，所述集电器承载能够可逆地嵌入锂离子的正极活性材料的膜。
5.根据在前权利要求中任意一项所述的电池，特征在于负极由选自于锂、锂合金和锂金属间化合物的金属材料的膜组成，特别是形成连接层。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的电池，特征在于负极包括集电器，特别是形成连接层，所述集电器承载能够可逆地嵌入锂离子的负极活性材料的膜。
7.根据在前权利要求中任意一项所述的电池，特征在于其包括单个电池单元PEN，每一个电极的至少一面与所述保护膜Fp接触。
8.根据权利要求1至6中任意一项所述的电池，特征在于其包括并联组装的电池单元的组，所述已并联组装的电池单元的组被串联组装。
9.根据权利要求1至6中任意一项所述的电池，特征在于其包括多个电池单元PEN，堆叠电池单元以使得：
-两个相邻电池单元的正极组合为一个，并由在其每一面上承载正极活性材料的膜的单个集电器形成；
-两个相邻电池单元的负极组合为一个，并由在其每一面上承载负极活性材料的膜的单个集电器形成；或者由选自于锂、锂合金和锂金属间化合物的金属材料的膜形成；
-正极端电极由在其一面上承载正极活性材料的集电器组成；
-负极端电极由在其一面上承载负极活性材料的集电器组成，或者由选自于锂、锂合金和锂金属间化合物的金属材料的膜组成。
10.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由承载负极活性材料的集电器组成，特征在于：
-其包括在给定符号的每一个电极的集电器的每一面上的保护膜，
-所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集电器的厚度，
-将保护膜设置在正极集电器的上游面上和负极集电器的下游面上，“上游”和“下游”应理解为相对于尖的导电元件的穿透方向。
11.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由承载负极活性材料的集电器组成，特征在于：将保护膜粘贴到每一个端电极的集电器的至少一面上，所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于所有叠置的电池单元的厚度。
12.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由承载负极活性材料的集电器组成，特征在于：将保护膜粘贴到给定符号的每一个电极的集电器的每一面上，所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于电池单元的厚度。
13.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由承载负极活性材料的集电器组成，特征在于：将保护膜设置在正极集电器的上游面上，和负极集电器的下游面上，“上游”和“下游”应理解为相对于尖的导电元件的穿透方向，所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于电池单元的厚度。
14.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由金属材料的膜组成，特征在于：将保护膜设置在每一个正极的集电器的每一面上，所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于正极的集电器的厚度。
15.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由金属材料的膜组成，特征在于：将保护膜设置在每一个负极的每一面上，所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax/ame，考虑到形成这个负极的材料的拉伸，emax至少等于负极的厚度，或者至少等于电解质和置于保护膜后面的正极的厚度。
16.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由金属材料的膜组成，特征在于：将保护膜设置在正极集电器的上游面上，和负极集电器的下游面上，“上游”和“下游”应理解为相对于尖的导电元件的穿透方向，所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax/ame，考虑到其拉伸，emax至少等于集电器的厚度和负极的厚度中的最大厚度。
17.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由金属材料的膜组成，所述端电极是负极，特征在于：将保护膜粘贴到每一个端电极的外表面，所述保护膜具有厚度eme，以使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于所有叠置的电池单元的厚度，并将保护膜粘贴到：
-正极的集电器的每一面，通过选择保护膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集电器的厚度；
-或者中间负极的每一面，通过选择保护膜材料和厚度，考虑到负极材料可能的拉伸，使得eme≥emax/ame，emax至少等于负极的厚度。
18.根据权利要求9所述的电池，其中，所述负极由金属材料的膜组成，所述端电极是正极，特征在于：将保护膜粘贴到每一个端电极的集电器的一个面，所述膜的厚度eme使得eme≥emax-Tot/ame，emax-Tot至少等于所有叠置的电池单元的厚度，并将保护膜粘贴到：
-正极的集电器的每一面，通过选择保护膜材料和厚度，以使得eme≥emax/ame，emax至少等于集电器的厚度；
-或者中间负极的每一面，通过选择膜材料和厚度，使得eme≥emax/ame，考虑到负极材料可能的拉伸，emax至少等于负极的厚度。
19.根据权利要求1所述的电池，特征在于设置在端电极的外表面上的保护膜由选自于天然橡胶、聚异戊二烯、聚丁二烯、和丁二烯-苯乙烯（SBR）共聚物或丁二烯-丙烯腈（NBR）共聚物的弹性材料组成。
20.根据权利要求1所述的电池，特征在于不是设置在端电极的外表面上的保护膜由具有电子电导率C1的材料组成，其中C1接近于保护膜所接触的电极材料的电子电导率C2、并且比集电器的电子电导率C3小得多，电子电导率C1、C2和C3使得0.5≤C1/C2≤2，且C2≤C3/100。
21.根据权利要求1所述的电池，特征在于构成保护膜的材料是弹性聚合物材料，其主要包括至少一种聚合物、电子传导剂和任选存在的一种或多种填充剂。
22.根据在前权利要求中的电池，特征在于
所述聚合物是聚偏二氟乙烯（PVDF）、偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物（PVDF-HFP）、苯乙烯/丁二烯（SBR）共聚物、聚环氧乙烷（PEO）、或者这些聚合物的混合物。
23.根据权利要求21所述的电池，特征在于所述电子传导剂是炭黑、乙炔黑、石墨、或者纳米管形式的碳，所述石墨任选为膨胀形式的。
24.根据权利要求1所述的电池，特征在于所述形成保护膜的材料是弹性聚合物材料，其主要包括至少一种非溶剂化聚合物，其选自于聚偏二氟乙烯（PVDF）、偏二氟乙烯与六氟丙烯的共聚物（PVDF-HFP）、苯乙烯/丁二烯（SBR）共聚物，并且其不含锂盐。
25.根据权利要求4或6所述的电池，特征在于将保护膜设置在集电器与电极活性材料的膜之间。
CN201180025987.7A 2010-05-27 2011-05-25 受到免于尖的元件侵入的保护的锂电池 Expired - Fee Related CN102906901B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1054057 2010-05-27
FR1054057A FR2960705B1 (fr) 2010-05-27 2010-05-27 Batterie au lithium protegee contre l'intrusion d'elements pointus
PCT/FR2011/051190 WO2011148100A1 (fr) 2010-05-27 2011-05-25 Batterie au lithium protegee contre l'intrusion d'elements pointus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102906901A true CN102906901A (zh) 2013-01-30
CN102906901B CN102906901B (zh) 2017-05-03

Family

ID=43415383

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201180025987.7A Expired - Fee Related CN102906901B (zh) 2010-05-27 2011-05-25 受到免于尖的元件侵入的保护的锂电池

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10147924B2 (zh)
EP (1) EP2577772B1 (zh)
JP (1) JP6230418B2 (zh)
KR (1) KR101750839B1 (zh)
CN (1) CN102906901B (zh)
CA (1) CA2799364C (zh)
ES (1) ES2610656T3 (zh)
FR (1) FR2960705B1 (zh)
WO (1) WO2011148100A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108807821A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 宁德新能源科技有限公司 隔离膜和电化学装置
CN110364668A (zh) * 2018-04-11 2019-10-22 宁德新能源科技有限公司 隔离膜及储能装置
CN110419137A (zh) * 2017-03-09 2019-11-05 三星Sdi株式会社 电极组件和包括其的锂电池
WO2020098778A1 (zh) * 2018-11-16 2020-05-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池
CN112889164A (zh) * 2020-04-23 2021-06-01 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂金属电池及其制备方法、包含锂金属电池的装置和负极极片
CN112889164B (zh) * 2020-04-23 2024-06-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂金属电池及其制备方法、包含锂金属电池的装置和负极极片

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013222661A (ja) * 2012-04-18 2013-10-28 Toshiba Corp 光発電システムおよび蓄電装置
KR101533993B1 (ko) * 2012-04-30 2015-07-06 주식회사 엘지화학 시트 부재 및 필름 부재를 포함하고 있는 전지모듈
ES2698062T3 (es) * 2012-06-13 2019-01-30 Nuvera Fuel Cells Llc Estructuras de flujo para uso con una celda electroquímica
JP6312175B2 (ja) * 2014-01-10 2018-04-18 エルジー・ケム・リミテッド 高延伸特性の分離膜を有する電極組立体及びこれを含む二次電池
KR102051554B1 (ko) 2016-08-17 2019-12-03 주식회사 엘지화학 침상 도체로 인한 단락을 방지하는 인슐레이터 어셈블리를 포함하는 전지셀
CN108463912B (zh) 2016-10-11 2022-07-12 菲尔齐费尔公司 聚合物电解质和包括聚合物电解质的电致变色装置
EP3582306B1 (en) * 2017-02-10 2023-06-14 Mitsui Chemicals, Inc. Current collector, electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
KR102264633B1 (ko) * 2017-06-16 2021-06-15 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지
JP7006693B2 (ja) * 2017-08-08 2022-01-24 株式会社村田製作所 電極、電池、電池パック、車両、蓄電システム、電動工具及び電子機器
FR3071360B1 (fr) * 2017-09-18 2019-09-13 Blue Solutions Electrolyte polymere solide comprenant un polymere solvatant, un sel de lithium et un polymere halogene selectionne et batterie le comprenant
CN109873165B (zh) * 2017-12-05 2021-07-06 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电池
CN110120489A (zh) * 2018-02-06 2019-08-13 丰田自动车株式会社 层叠电池
CN110247057A (zh) * 2018-03-30 2019-09-17 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电化学装置
CN110247055B (zh) * 2018-03-30 2020-12-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种集流体，其极片和电化学装置
FR3091041A1 (fr) * 2018-12-20 2020-06-26 Arkema France Composition conductrice electronique pour batterie au lithium tout solide
EP4261978A1 (en) * 2021-08-05 2023-10-18 LG Energy Solution, Ltd. Electrode stack for lithium secondary battery and lithium secondary battery comprising same
WO2024025226A1 (ko) * 2022-07-27 2024-02-01 삼성전자 주식회사 안전 기능 층을 포함하는 배터리

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000021386A (ja) * 1998-07-06 2000-01-21 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
JP2002110239A (ja) * 2000-09-28 2002-04-12 Nissan Motor Co Ltd 全固体ポリマー電池およびその製造方法
US20080241674A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Jinhee Kim Electrode assembly and secondary battery including electrode assembly
CN101517787A (zh) * 2006-09-19 2009-08-26 松下电器产业株式会社 二次电池用电极的制造方法和二次电池

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60189867A (ja) * 1984-03-12 1985-09-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 固体電解質二次電池用接合体
FR2770034B1 (fr) 1997-10-16 2000-03-10 Electricite De France Nouvel electrolyte polymere solide et ensemble electrochimique multicouche comprenant un tel electrolyte polymere solide
US7771870B2 (en) * 2006-03-22 2010-08-10 Sion Power Corporation Electrode protection in both aqueous and non-aqueous electrochemical cells, including rechargeable lithium batteries
JP4155054B2 (ja) * 2003-02-18 2008-09-24 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
JP4238645B2 (ja) * 2003-06-12 2009-03-18 日産自動車株式会社 バイポーラ電池
US7348102B2 (en) * 2004-03-16 2008-03-25 Toyota Motor Corporation Corrosion protection using carbon coated electron collector for lithium-ion battery with molten salt electrolyte
US7521153B2 (en) * 2004-03-16 2009-04-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Corrosion protection using protected electron collector
JP2006324288A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Tdk Corp 電気化学キャパシタ用電極の製造方法
JP5076464B2 (ja) * 2005-12-12 2012-11-21 Ｔｄｋ株式会社 リチウムイオン二次電池
KR100874387B1 (ko) * 2006-06-13 2008-12-18 주식회사 엘지화학 둘 이상의 작동 전압을 제공하는 중첩식 이차전지
JP5061698B2 (ja) * 2006-07-19 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置
JP2008103310A (ja) * 2006-09-19 2008-05-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd 二次電池用電極の製造方法及び二次電池
KR100914108B1 (ko) * 2007-05-03 2009-08-27 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 구비하는 이차 전지
KR101009551B1 (ko) * 2008-02-19 2011-01-18 삼성에스디아이 주식회사 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000021386A (ja) * 1998-07-06 2000-01-21 Japan Storage Battery Co Ltd 電 池
JP2002110239A (ja) * 2000-09-28 2002-04-12 Nissan Motor Co Ltd 全固体ポリマー電池およびその製造方法
CN101517787A (zh) * 2006-09-19 2009-08-26 松下电器产业株式会社 二次电池用电极的制造方法和二次电池
US20080241674A1 (en) * 2007-03-29 2008-10-02 Jinhee Kim Electrode assembly and secondary battery including electrode assembly

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110419137A (zh) * 2017-03-09 2019-11-05 三星Sdi株式会社 电极组件和包括其的锂电池
CN110419137B (zh) * 2017-03-09 2023-06-06 三星Sdi株式会社 电极组件和包括其的锂电池
US11870079B2 (en) 2017-03-09 2024-01-09 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly and lithium battery comprising same
CN110364668A (zh) * 2018-04-11 2019-10-22 宁德新能源科技有限公司 隔离膜及储能装置
US11777133B2 (en) 2018-04-11 2023-10-03 Ningde Amperex Technology Limited Separator and energy storage device
US11870029B2 (en) 2018-04-11 2024-01-09 Ningde Amperex Technology Limited Separator and energy storage device
CN108807821A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 宁德新能源科技有限公司 隔离膜和电化学装置
WO2020098778A1 (zh) * 2018-11-16 2020-05-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池
CN111200103A (zh) * 2018-11-16 2020-05-26 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种电池
US11264610B2 (en) 2018-11-16 2022-03-01 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Battery comprising a polymer material mixed of a fluorinated polyolefin and/or chlorinated polyolefin polymer material with a difficulty soluble polymer material
CN112889164A (zh) * 2020-04-23 2021-06-01 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂金属电池及其制备方法、包含锂金属电池的装置和负极极片
CN112889164B (zh) * 2020-04-23 2024-06-07 宁德时代新能源科技股份有限公司 锂金属电池及其制备方法、包含锂金属电池的装置和负极极片

Also Published As

Publication number Publication date
FR2960705A1 (fr) 2011-12-02
FR2960705B1 (fr) 2012-08-17
EP2577772B1 (fr) 2016-10-26
US10147924B2 (en) 2018-12-04
KR101750839B1 (ko) 2017-06-26
CN102906901B (zh) 2017-05-03
ES2610656T3 (es) 2017-04-28
WO2011148100A1 (fr) 2011-12-01
CA2799364C (fr) 2018-09-25
JP2013530497A (ja) 2013-07-25
US20150311491A1 (en) 2015-10-29
KR20130111972A (ko) 2013-10-11
EP2577772A1 (fr) 2013-04-10
CA2799364A1 (fr) 2011-12-01
JP6230418B2 (ja) 2017-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102906901A (zh) 受到免于尖的元件侵入的保护的锂电池
CN105703006B (zh) 电解质和负极结构
CN101379653B (zh) 使用离子性液体的锂二次电池
US20210050596A1 (en) Solid-state battery having an electrode comprising of an electronically conductive polymer
CN108899583A (zh) 用于含硅电极的电解质体系
CN100541871C (zh) 开发一种电化学装置的方法
CN103026534B (zh) 双极型电池
US11973226B2 (en) Capacitor-assisted electrochemical devices having hybrid structures
US20210320331A1 (en) Solid polymer matrix electrolyte (pme) for rechargeable lithium batteries and batteries made therewith
US11145922B2 (en) Solid-state battery having a capacitor-assisted interlayer
CN1518777A (zh) 含防过量放电剂的锂蓄电池
JP2021034141A (ja) リチウムイオン電池モジュール及び電池パック
CN105580167A (zh) 锂离子二次电池用电极和锂离子二次电池
CN109935758A (zh) 制造用于锂电池的热稳定复合隔膜的方法
JP4815845B2 (ja) ポリマー電池
KR20030045625A (ko) 액체 유기 전해질을 함유한 갈바니 소자 제조방법
CN101378112A (zh) 一种锂离子电池负极片及其制备方法和锂离子电池
KR20150062053A (ko) 구형의 전극조립체 및 이를 구비한 이차전지
CN116137368A (zh) 一种锂离子电池隔膜及其制备方法、锂离子电池
US11646466B2 (en) Non-aqueous electrolytic liquid secondary battery
US11387510B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
KR101642871B1 (ko) 이차전지 및 그 제조방법
JP2013033632A (ja) 双極型電池
US11799124B2 (en) Use of lithium nitrate as sole lithium salt in a gelled lithium battery
US20030044687A1 (en) Solid electrolyte 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

Address after: France elghez - gabrik

Applicant after: BLUE SOLUTIONS

Address before: France elghez - gabrik

Applicant before: Batscap

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: BATSCAP TO: BLUE SOLUTION CO., LTD.

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20170503