專(zhuān)利名稱(chēng)：具有改進(jìn)的板間防漏性的多極電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改進(jìn)了對(duì)電解質(zhì)的防漏特性的多極電池以及涉及生產(chǎn)這種電池的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子蓄電池使用成對(duì)的鋰鈷氧化物L(fēng)iCo02作為正極(陽(yáng)極)和石墨作為負(fù)極(陰極)。這些蓄電池提供大約3.6 V的額定電壓，而大部分Ni-Cd、 Ni-MH等類(lèi)型的蓄電池提供大約1.5 V的額定電壓。另外，這些蓄電池提供大約300 Wh.r1 ~400 Wh.l"和大約160Wh,kg" ~200 Wh.kg"的極高能量密度、低自放電和大約500次循環(huán)或甚至800次循環(huán)的高耐久性。
然而，主要由于在負(fù)才及上使用的石墨，使得已知配置的電流鋰離子蓄電池不能提供好的功率特性。
因此，對(duì)此l是出了 一種在單極鋰離子電池芯中用4太氧化物(Li4Ti5012)代替的建議。然而，這種蓄電池只具有大約2.5 V的額定電壓，并且因此降低了電池的能量密度。
為使電池保持與傳統(tǒng)鋰離子蓄電池相當(dāng)?shù)哪芰棵芏?，提出生產(chǎn)包括串耳關(guān)的多個(gè)電池芯的電池，這意p本著能夠增加整個(gè)系統(tǒng)的電壓。
每個(gè)電池芯均包括陽(yáng)極、陰極以及電解質(zhì)。為jt匕，鄉(xiāng)合出的電;也的結(jié)構(gòu)為乂又才及電^L的形式，即，電;也具有在電池芯的陽(yáng)極和相鄰電池芯的陰極之間提供連接的集流器。相對(duì)于包括由外部連4妄器串聯(lián)連4妄的多個(gè)單才及電池芯組成的電池，該結(jié)構(gòu)意味著能夠減小組件的電阻。
這種雙才及結(jié)構(gòu)也意P木著能夠減少不必要的質(zhì)量和體積。
因此，X5U及電池由沿纟從軸堆疊的電池芯形成，集電才反交4晉
(interleave )在這些電;也芯之間。
每個(gè)電池芯均防漏，以限制通常為液體的電解質(zhì)。通過(guò)實(shí)現(xiàn)連接兩個(gè)傳導(dǎo)板(conductive plate)并圍繞每個(gè)電池芯的壁來(lái)獲得這種防漏性。
這種防漏性非常重要，因?yàn)橛捎谛孤?huì)^吏電解質(zhì)在兩個(gè)電池芯之間流通(circulate),這導(dǎo)致離子電流或離子橋的出現(xiàn)，乂人而導(dǎo)致Li+離子的流通，繼而導(dǎo)致電池的總體故障。
這種壁是由(例如)粘合劑或熱;敫活聚合物(heat-activatedpolymer)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)的，粘合劑或聚合物是抗電解質(zhì)的。在例如文件US 5 595 839中描述了這種壁的實(shí)現(xiàn)。為激活聚合物，加熱裝置與疊的纟從向端部4妻觸。
當(dāng)涉及所堆疊的電池芯的lt量4交少例如為兩個(gè)時(shí)，該方法是有效的。然而，當(dāng)涉及例如大于等于三個(gè)(這是獲得所需能量密度所必需的凄t量)的大凄t量的電池芯時(shí)，該方法具有重大缺陷。
實(shí)際上，用于形成 <立于疊的纟從向端部的兩個(gè)電;也芯之間的中間電池芯的壁的聚合物，通過(guò)傳導(dǎo)(conduction )被加熱。因此，為了保證對(duì)中間電池芯的聚合物進(jìn)行充分加熱，需要很長(zhǎng)的加熱時(shí)
7間。而這個(gè)加熱時(shí)間對(duì)于端部電池芯的聚合物來(lái)說(shuō)太長(zhǎng)。這就使得在端部電;也芯和中間電;也芯之間產(chǎn)生不一至丈，實(shí)際上端部電池芯的壁^[氐于中間電池芯的壁，這是因?yàn)楹笳咭呀?jīng)凈皮加熱了更長(zhǎng)時(shí)間。因此，端部電池芯的高度小于中間電池芯的高度，乂人而電池的內(nèi)部電阻增力O 了 。
例如在文件US 2004/0091771中提出了使用具有不同熔點(diǎn)的多
種聚合物，離堆疊的端部越遠(yuǎn)，使用熔點(diǎn)越低的聚合物。然而，這種密封方法一方面需要實(shí)現(xiàn)多種聚合物，這意p未著在對(duì)不同類(lèi)型的聚合物的安裝實(shí)現(xiàn)密封時(shí)必須特別注意，并且對(duì)溫度的控制必須極其精確。然而通常， 一些用于在堆疊中心形成壁的聚合物擴(kuò)散(creep )， 乂人而導(dǎo)致電解質(zhì)的泄漏。
該文件還提出了使用凝膠類(lèi)型的電解質(zhì)，其能夠在密封損壞時(shí)防止泄漏。然而，一^:來(lái)i兌，凝力交形式的電解質(zhì)沒(méi)有液體電解質(zhì)有效。
乂人文件JP 20053100588中還可以得知一種由電池芯堆疊形成的雙才及電池。通過(guò)加熱來(lái)^f吏這些電池芯防漏，^f旦是該文件沒(méi)有一是供這種加熱的執(zhí)行方法的說(shuō)明。此夕卜，每個(gè)電池芯的活性材料的表面隨集電板表面的變化而變化。所以在加熱過(guò)程中存在活性材一+劣化
的風(fēng)險(xiǎn)。
文件JP 2006139994還描述了 一種包括電池芯堆疊的雙沖及電池，這些電池芯是這樣的每個(gè)板的用于收集來(lái)自每個(gè)電池芯的電荷的區(qū)域與上述的允許到電纜的改進(jìn)連接的區(qū)域分離。當(dāng)實(shí)現(xiàn)電池芯的側(cè)面密封時(shí)，也出現(xiàn)了活性材料的劣化問(wèn)題。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種雙極電池，這種雙極電池提供高額定電壓和高能量密度，其中，不同電池芯的電解質(zhì)(優(yōu)選為液體電解質(zhì))凈皮安全地隔離，以避免電池過(guò)早發(fā)生故障。
本發(fā)明的另一目的在于提出一種生產(chǎn)具有高額定電壓和高能量密度、并能夠確保電解質(zhì)被限制在不同電池芯中的雙極電池的簡(jiǎn)單方法。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)由電池芯堆疊形成的雙才及電池來(lái)實(shí)現(xiàn)前述目的，該電池的結(jié)構(gòu)允纟午在單個(gè)電池芯級(jí)別上進(jìn)4亍分布式加熱，并避免向端部電池芯才是供過(guò)大熱量。
為此，提出減小每個(gè)電池芯的至少一個(gè)垂直于形成壁的材料的集電纟反的面積。
應(yīng)當(dāng)注意，令人驚訝地是這樣一個(gè)事實(shí)減小這種面積允許中間壁^皮有效加熱，而不需要端部壁被過(guò)度加熱。
在一些實(shí)施例中，這些空置(free)區(qū)域允許加熱裝置能夠與垂直于該材料的每塊集電板形成接觸，以單獨(dú)地對(duì)每個(gè)材料加熱。
換言之，在互連板之間插入的接合件(joint)被橫向偏移，以4吏得沒(méi)有4壬4可兩個(gè)4關(guān)結(jié)器(coupling)在沿堆疊軸方向上〗皮此垂直。
集電才反的空置區(qū)域,皮布置為允許組裝中間堆疊。例如，實(shí)現(xiàn)兩
個(gè)電池芯的組件，然后組裝這些組件，繼而通過(guò)將加熱裝置施加到其中一個(gè)組件的其中一個(gè)端部集電板的其中一個(gè)空置區(qū)域，來(lái)將電
池芯限定在兩個(gè)紐j牛之間。這種組件的方法不會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)固定(secure )到相關(guān)集電板上的壁聯(lián)結(jié)器#1再次加熱。在一種具體實(shí)施方法中，加熱裝置直接接觸每個(gè)板的將^皮加熱 的區(qū)i或，并且加熱一個(gè)4妻合件而不加熱另一個(gè)4妄合件點(diǎn)。乂人而，每 個(gè)電池芯:故單獨(dú)地制成防漏，要么在時(shí)間上單獨(dú)，即，通過(guò)對(duì)所有 電池芯4吏用相同的加熱裝置，因?yàn)榧訜嵫b置能夠與集電才反一個(gè)接一 個(gè)地進(jìn)行接觸，要么在裝置的實(shí)現(xiàn)上單獨(dú)，即，通過(guò)提供每一個(gè)都 專(zhuān)用于 一個(gè)電池芯的多個(gè)加熱裝置，然后同時(shí)實(shí)玉見(jiàn)全部或部分密 封。
因此避免了用于形成端部電池芯的壁的材^"的 一部分^皮過(guò)度 加熱。生產(chǎn)方法的簡(jiǎn)單之處在于不需要實(shí)現(xiàn)多種聚合物，另外，還 能夠使所有電池芯的加熱溫度保持一致。
因此，本發(fā)明的主要主題(subject-matter)是一種用于制造雙 才及電;也的方法，該雙^及電池包^舌至少三個(gè)電池芯，該至少三個(gè)電池 芯配備有具有不同表面的四塊集電外反，該方法包括以下步驟
(a) 沿縱軸堆疊一系列具有不同表面的集電板，沿縱軸在每 對(duì)集電板之間按次序依次放置陽(yáng)極、電解質(zhì)、和陰極以及圍繞陽(yáng)極、 電角罕質(zhì)、和陰極的側(cè)壁(lateral wall )，兩個(gè)相鄰電池芯的側(cè)壁相對(duì) 于堆疊的縱軸彼此橫向偏移，通過(guò)這種方式使得壁彼此不重疊，
(b) 通過(guò)至少將加熱裝置施加到堆疊的兩個(gè)端部集電板的空 置外圍來(lái)供熱，堆疊的兩個(gè)端部集電^反垂直于堆疊的端部側(cè)壁，乂人 而使每個(gè)側(cè)壁固定到其上的并列的集電4反上，和/或?qū)⒓訜嵫b置施加 到堆疊的中間集電板的空置外圍，該中間集電板至少垂直于側(cè)壁， 從而使側(cè)壁固定到該集電板和下 一塊集電板上，通過(guò)這種方式使得 加熱的區(qū)域不沿縱軸對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的另 一主題是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的雙極電池， 該雙極電池包括至少三個(gè)沿縱軸堆疊的電化學(xué)電池芯，每個(gè)電池芯均包括陽(yáng)才及、陰才及以及位于陽(yáng)才及和陰才及之間的電解質(zhì)，電流集電才反
(current collector plate )電連4妄電池芯的卩曰才及和相鄰電;也芯的陰才及， 在位于堆疊的第 一縱向端部的電池芯的陽(yáng)才及上有電流集電板，在位 于堆疊的第二縱向端部的陰才及上有電流集電板，防電解質(zhì)泄露的側(cè) 壁圍繞連續(xù)集電板的每對(duì)集電板之間的每個(gè)電池芯，每對(duì)集電板與 側(cè)壁一起形成每個(gè)電-也芯的防漏隔間(compartment),兩個(gè)相鄰電 池芯的側(cè)壁相對(duì)于縱軸彼此橫向偏移，通過(guò)這種方式使得其彼此不 重疊，集電板具有不同尺寸，其中，通過(guò)這種方式來(lái)堆疊集電板使 得它們的尺寸嚴(yán)格增大或嚴(yán)格減小。
本發(fā)明的另 一主題是通過(guò)才艮據(jù)本發(fā)明的方法獲得的雙才及電池， 該雙極電池包括至少三個(gè)沿縱軸堆疊的電化學(xué)電池芯，每個(gè)電池芯 均包括陽(yáng)極、陰極以及位于陽(yáng)極和陰極之間的電解質(zhì)，電流集電板 電連4妻電池芯的陽(yáng)才及和相鄰電池芯的陰才及，在4立于堆疊的第一纟從向 端部的電池芯的陽(yáng)極上有電流集電板，在位于堆疊的第二縱向端部 的陰極上有電流集電板，防電解質(zhì)泄露的側(cè)壁圍繞連續(xù)集電板的每 對(duì)集電板之間的每個(gè)電池芯，每對(duì)集電板與側(cè)壁 一起形成每個(gè)電池 芯的防漏隔間，兩個(gè)相鄰電池芯的側(cè)壁相對(duì)于^v軸4皮此4黃向偏移， 通過(guò)這種方式4吏得其4皮此不重疊，電池包括橫截面4交大的壁和橫 截面一交小的壁，4黃截面4交大的壁和一黃截面4交小的壁4皮此交替相隨； 以及橫截面較大的集電板和橫截面較小的集電板，橫截面較大的集 電板和橫截面較小的集電板彼此交替相隨，通過(guò)這種方式，使得在 橫截面較大的集電板和橫截面較小的集電板之間、以及在每一個(gè)均 包括兩個(gè)橫截面較小的側(cè)壁的兩個(gè)電池芯之間存在橫截面較大的 壁，以及在橫截面較大的集電板和橫截面較小的集電板之間、以及 在每 一 個(gè)均包括兩個(gè)橫截面較大的側(cè)壁的兩個(gè)電池芯之間存在橫 截面較小的壁。
ii有益地，壁垂直地位于其連接到的集電板中的一個(gè)集電板的外 邊緣處，這意味著可以避免在板邊緣上的接觸。
有益地，集電4反的端部涂覆有層，該層形成電解質(zhì)泄漏的附加
阻擋(barrier )。
在一個(gè)實(shí)施例實(shí)例中，連續(xù)側(cè)壁的截面在纟合定方向上遞增，連 續(xù)集電板的表面在該給定方向上遞增。
在另一實(shí)施例實(shí)例中，電池包括截面4交大的壁和截面較小的 壁，該截面4交大的壁和該截面4交小的壁纟皮此交^,相隨；以及截面專(zhuān)交 大的集電纟反和截面4交小的集電面，截面4交大的集電^^和截面4交小的 集電面4皮此交替相隨。
壁由例如環(huán)氧型熱激活聚合物制成、或者由丙烯酸或聚氨酯類(lèi) 型的粘合劑制成。
在互連—反的圍(periphery)上沉積的層是例如丙烯酸或聚氨酯 類(lèi)型的粘合劑。
有益地，陽(yáng)才及由LiFePO4制成，以及陰才及由1^4115012制成。
在步-驟b)中，可以同時(shí)乂寸中間才反加熱以4吏所有的側(cè)壁固定到 相應(yīng)的集電板上，或者可以相繼地對(duì)每個(gè)側(cè)壁的中間板加熱。
有益地，在步-驟a)之前，才是供步駛《a0)，用于生產(chǎn)集電板和 陽(yáng)極的組件、集電板和陰極的組件以及一 面具有陽(yáng)極而另 一 面具有 陰極的集電4反組件。
在步驟a0)之后而在步驟a)之前，可以設(shè)置將集電板切削為 所需表面的步驟。
12集電板被切削，以(例如)提供表面遞減的多個(gè)集電板。
有益地，先在具有較小表面的板上執(zhí)行步驟b)。
本發(fā)明的制造方法也可以包4舌步艱《b)之后的步驟在每塊集 電氺反的空置夕卜圍上;咒禾口j元電解質(zhì)(resistant to electrolyte )的才才沖+層， 并與側(cè)壁相^妄觸。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是一種用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法的加 熱裝置，其包括能夠同時(shí)或相繼地被施加到每塊集電板的整個(gè)外圍 的力口《A表面。
該裝置可以包括以階梯形式安排的多個(gè)表面，每個(gè)表面用于被 同時(shí)施加到板的外圍，或包括尺寸可調(diào)的表面，以使該表面能夠適 用于堆疊中的所有外圍。


下面的描述和附圖將有助于更好地理解本發(fā)明，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明的雙極電池的電池芯堆疊的第一實(shí)施例實(shí)例 的《人向截面圖2是才艮據(jù)本發(fā)明的雙極電池的電池芯堆疊的第二實(shí)施例實(shí)例 的縱向截面圖2A和圖2B示出了圖2中的堆疊的生產(chǎn)過(guò)程中的中間步驟；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的雙極電池的電池芯堆疊的第三實(shí)施例實(shí)例 的^從向截面13圖4是根據(jù)本發(fā)明的電池的循環(huán)曲線示意圖，該圖示出了作為 時(shí)間的函數(shù)的電壓和強(qiáng)度在三個(gè)充電/放電循環(huán)中的變化；以及
圖5是作為以秒為單位的時(shí)間的函lt的、以V為單^f立的電壓在 才艮據(jù)本發(fā)明的由十三個(gè)電池芯堆疊組成的雙才及電池的端子處的變 化的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在本說(shuō)明書(shū)中，措辭"截面較大的側(cè)壁"和"截面較小的側(cè)壁" 用于描述兩個(gè)連續(xù)側(cè)壁的相對(duì)尺寸，截面4交大的側(cè)壁一皮定義為其截 面的內(nèi)部中央?yún)^(qū)域大于由截面較小的側(cè)壁的外面限定的外表面，通 過(guò)這種方式佳j尋在纟從向方向上在兩個(gè)連續(xù)側(cè)壁之間沒(méi)有重疊。實(shí)際 上，截面較大的側(cè)壁的內(nèi)部尺寸大于截面較小的側(cè)壁的外部尺寸， /人而連續(xù)的側(cè)壁不重疊。
在圖l中可以看出才艮據(jù)本發(fā)明的雙極電池的電池芯堆疊的第一
實(shí)施例實(shí)例。
在本說(shuō)明書(shū)中我們將"電池芯"稱(chēng)為組件，該組件包括以導(dǎo)電 材料制成的陽(yáng)極2.1、以導(dǎo)電材料制成的陰極2.2以及放置在陽(yáng)極和 陰才及之間的電解質(zhì)2.3。
在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，我們考慮電池芯堆疊的形狀是長(zhǎng)方形的情 況。該堆疊具有纟從軸X。然而，圓形或橢圓形截面或其它4壬意形狀 的堆疊均包括在本發(fā)明的內(nèi)容中。
有益地，電解質(zhì)是液體并包含在介電孩i孔材料(dielectric micro-porous material)中，卩日才及和陰才及通過(guò)電解質(zhì)4妄觸。在圖1中能夠看到串聯(lián)電連接的多個(gè)電池芯2、 4、 6的堆疊。 在示出的實(shí)例中，4又堆疊了三個(gè)電池芯。
電池芯2由以導(dǎo)電材津牛制成的陽(yáng)才及2.1、以導(dǎo)電材料制成的陰 極2.2以及安置在陽(yáng)極和陰極之間的電解質(zhì)2.3形成。
陽(yáng)極2.1由電流集電板A攜帶，從而電流集電板A與陽(yáng)極2.1 電4妻觸，以及陰才及2.2由電流集電才反B攜帶，乂人而電流集電一反B與 陰才及2.2電4妄觸。
電;也芯4由以導(dǎo)電才才并+制成的陽(yáng)才及4.1、以導(dǎo)電材4+制成的陰 極4.2以及安置在陽(yáng)極和陰極之間的電解質(zhì)4.3形成。
陽(yáng)才及4.1由集電才反B的、與4妄受陰才及2.2的面相反的面攜帶。
陰才及4.2由集電板C攜帶，并與集電板C電4妾觸。
電池芯6由以導(dǎo)電材料制成的陽(yáng)極6.1、以導(dǎo)電材料制成的陰 極6.2以及安置在陽(yáng)4及和陰4及之間的電解質(zhì)6.3形成。
陽(yáng)才及6.1由集電玲反C的、與4妄受陰才及4.2的面相反的面攜帶。
陰才及6.2由集電才反D攜帶。
集電4反B和C才是供電池芯2、 4、 6的串if關(guān)電連4妄。
陽(yáng)才及由例如LiFeP04制成，陰才及由例如Li4Ti5012制成。
有益地，集電斥反A、 B、 C、 D由鋁制成，這〗吏得電池的質(zhì)量明 顯減小，實(shí)際上鋁的密度小于銅密度的三分之一。但是應(yīng)當(dāng)清楚地
15理解，由銅或其它任意導(dǎo)電材料制成的集電器也包括在本發(fā)明的內(nèi) 容中。
每個(gè)小單元(cellule) 2、 4、 6均^皮壁2.4、 4.4、 6.4圍繞，這 些壁將電解質(zhì)2.3、 4.3、 6.3限制在電池芯中并防止任意電解質(zhì)在電 池芯之間流通。在描述的實(shí)例中，每個(gè)壁均圍繞電池芯，因此具有 寸S空的長(zhǎng)方形(hollowed out rectangle )形4犬。
例如，這些壁基于環(huán)氧型熱激活聚合物，或者基于丙烯酸或聚 氨酯類(lèi)型的粘合劑。
根據(jù)本發(fā)明，這些壁是這樣的兩個(gè)連續(xù)壁沿X軸不重疊。
在圖1中所示的實(shí)例中，壁通常是中間-陂挖空的長(zhǎng)方形截面。
實(shí)際上這些壁形成接合件，其通常形狀是圍繞電池芯的長(zhǎng)方形 才匡(rectangular frame )。
將在由箭頭12指示的方向上的下方電池芯(downstream cell) 的壁的內(nèi)部尺寸i殳置為大于上方壁(upstream wall)的內(nèi)部尺寸。 更具體地，將下方壁的挖空空間的長(zhǎng)度和寬度設(shè)置為大于上方壁的
長(zhǎng)度和外部寬度。
因此，當(dāng)在箭頭12的方向上考慮時(shí)，壁2.4和壁4.4不重疊。 類(lèi)似;也，壁4.4和壁6.4也不重疊。
另夕卜，在示出的實(shí)例中，傳導(dǎo)玲反A、 B、 C的表面在箭頭12的 方向上也是遞增的。
16有益地，每個(gè)壁2.4、 4.4、 6.4的外部尺寸是這樣的壁在兩塊 集電板之間延伸，該壁的外部尺寸與這兩塊集電板中尺寸較小的集 電板的尺寸基本相等。在每個(gè)電池芯的表面較大的板的外圍上定義 側(cè)肩(shoulder) 14、 16、 18。
這種階梯狀(stepped)的實(shí)施例防止了板邊緣的變形并因此降 低了短路的風(fēng)險(xiǎn)。
因此，圖1中示出的堆疊基本上是階梯狀金字塔的形狀。
圖1中，壁4.2、 6.2 4立于個(gè)'J肩14、 16的下面；可以—奪力口熱裝 置施加到每個(gè)側(cè)肩14、 16以對(duì)組成壁的材并牛進(jìn)4于加熱，乂人而〗吏壁 固定到兩塊集電才反上。
因此，在每個(gè)電池芯上都執(zhí)行限制電解質(zhì)的操作，而不僅是在 堆疊的縱向端部纟;M亍。
有益地，對(duì)所有的電池芯都使用相同尺寸的電極，這樣簡(jiǎn)化了 制造，并減少了制造成本。只有集電板的尺寸是不同的。另外，有 益地，陽(yáng)極/電解質(zhì)/陰極堆疊的表面(也指活性材料)對(duì)于整個(gè)堆 疊是不變的，通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)所有堆疊的相對(duì);波此的嚴(yán)^^堆疊 (strict stack )。這意味著，每個(gè)電池芯的活性材料能夠遠(yuǎn)離為了制 作防漏密封而加熱的區(qū)域。另外，這種嚴(yán)格堆疊意味著，能夠獲得 一種電池，其相對(duì)于一個(gè)電池芯的活性材沖牛與下一個(gè)電池芯的活性 材料的尺寸不同的電池，性能改進(jìn)了。
將電極設(shè)置為固定在集電板上，然后將集電板切削成所需尺 寸。因此，4又使用集電板的一個(gè)初始尺寸和一個(gè)電極尺寸。通過(guò)本發(fā)明堆疊的結(jié)構(gòu)，當(dāng)壁2.4、 4.4發(fā)生泄漏時(shí)，側(cè)肩14、 16又形成附加的阻擋。實(shí)際上，當(dāng)發(fā)生泄漏時(shí)，電解質(zhì)沿側(cè)肩流動(dòng)， 從而進(jìn)一步降低電解質(zhì)從一個(gè)電池芯流通到另一個(gè)電池芯的風(fēng)險(xiǎn)。
有益地，設(shè)置將抗電解質(zhì)的材料的層20、 22、 24分別涂覆在 整個(gè)側(cè)肩14、 16、 18上，例如使用粘合劑類(lèi)，諸如丙烯酸或聚氨 酯。
層20、 22、 24通過(guò)其內(nèi)圍與壁2.4、 4.4、 6.4的夕卜表面相4妾觸。
當(dāng)壁2.4、 4.4、 6.4和下面的集電才反B、 C、 D之間發(fā)生泄漏時(shí)， 層20、 22、 24形成電解質(zhì)泄漏的附加障礙。
在示出的實(shí)例中，板D的尺寸大于才反C的尺寸，并限定側(cè)肩。 然而，也可以將板C和D設(shè)置為相同尺寸。相反地，該邊緣有利于 允許粘合劑層的使用，以進(jìn)一步增加防漏程度。
可以增加堆疊的電池芯的lt量以達(dá)到所需的電壓和能量密度， 同時(shí)集電板的表面在給定的堆疊方向上遞增。
下面將闡述制造這種堆疊的方法。
例如，首先制作由集電才反和電4及形成的組件，并在集電才反的兩 面纟且裝電一及。
乂人而形成圖1中的堆疊
包括集電板A和陽(yáng)極2.1的組件26;
包括集電才反B、陰才及2.2和陽(yáng)才及4.1的組件28;包括集電板C、陰極4.2和陽(yáng)極6.1的組件30; 包括集電板D和陰極6.2的組件32。
例如，在生產(chǎn)過(guò)禾呈中該階4殳的所有才反均具有相同表面。
然后，切削集電—反A、 B、 C、 D，佳J尋^反A、 B、 C和D的表 面以i亥2欠序依;欠i曾力口 。
然后，通過(guò)在每個(gè)電池芯的陽(yáng)極和陰極之間插入電解質(zhì)，按次 序依次堆疊纟J/f牛32、 30、 28、 26。
為此，首先力文置組件32。
然后，在集電板C上圍繞陰極6.2來(lái)沉積壁6.4,該壁是在膜 中以例如聚合物制成的挖空長(zhǎng)方形形狀。有益地，這種膜具有與電 池芯的厚度基本相等的厚度，即，陽(yáng)極-電解質(zhì)-陰極堆疊的厚度， /人而避免幾4可變形。
然后，將電解質(zhì)置于陰4及6.2上，可以i殳置在i文置壁6.4之前 放置電解質(zhì)。
然后，在組件32和壁6.4上沉積組件30。然后，沉積壁4.4 和電解質(zhì)、組件28、壁2.4和電解質(zhì)，最后沉積組件26。
接下來(lái)，在與壁接觸的集電板上密封這些壁。
因此，利用本發(fā)明的具體配置，通過(guò)加熱堆疊的端部集電板A 和B，在壁2.4、 4.4和6.4中獲得了均勻的溫度分布。具體地，壁 4.4被充分加熱以使其固定到集電板B和C上，但沒(méi)有過(guò)多的熱量 施加到2.4和6.4。然后，4丸4亍密去于，而不變形。該實(shí)施方法適用于超過(guò)三個(gè)電池芯的堆疊，但對(duì)三個(gè)電池芯的 堆疊的情況尤其有利。
例如由兩個(gè)元4牛形成的加熱裝置用于與至少垂直于壁2.4和 6.4的端部集電纟反A和B形成平面4妄觸。這兩個(gè)元件具有例如與壁 的形狀相對(duì)應(yīng)的框形狀。有益地，避免對(duì)垂直于陽(yáng)極-電解質(zhì)-陰極 堆疊的電池芯的中心部分進(jìn)4亍力口熱。
將加熱裝置i殳置為在垂直于壁的每塊集電才反的圍(periphery) 上形成4妻觸，可以實(shí)i見(jiàn)單獨(dú)的密去j"。
為此，設(shè)置同時(shí)或相繼地對(duì)端部板和中間集電板施加加熱裝置。
在這種特定情況下，由加熱裝置提供的熱量通過(guò)傳導(dǎo)傳遞到壁 2.4、 4.4、 6.4的材津牛，該材沖牛融化并當(dāng)其冷卻時(shí)固定到集電^反上。
在這種情況下，優(yōu)選地，加熱裝置的形式確保表面與側(cè)肩相接 觸并確保與整個(gè)側(cè)肩"t妄觸。因此，在示出的階梯狀金字i^形狀的堆 疊的實(shí)例中，加熱裝置包括至少一個(gè)由長(zhǎng)方形外形形成的表面。
為實(shí)現(xiàn)上述的具體方法，加熱裝置的內(nèi)部形狀可以對(duì)應(yīng)于堆疊 的外部形狀，換言之，具有對(duì)應(yīng)于堆疊的側(cè)肩的多個(gè)階梯，或其可 以包4舌相繼;也施力口纟會(huì)每個(gè)側(cè)肩的一個(gè)力口熱表面(heating surface), 在這種情況下，這個(gè)表面是可調(diào)的，從而能夠適合于多個(gè)側(cè)肩的尺 寸。
通常在不對(duì)堆疊施加4壬4可軸向應(yīng)力(axial stress)的情況下才丸 行密封。但是可以設(shè)置施加這種壓力。
20因此，通過(guò)本發(fā)明，每個(gè)壁纟皮充分加熱以將其密封到該壁所連 接的兩塊集電板上，并且不經(jīng)受任何不需要的過(guò)度加熱。
最終，有益地，層20、 22、 24沉積到集電板的圍上，進(jìn)一步 降4氐了泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。
在該實(shí)例中，層20、 22、 24涂覆在集電板的整個(gè)外圍上，但 也可以設(shè)置實(shí)現(xiàn)僅部分地覆蓋板的外圍的層。然而，如在圖3中所 示的實(shí)例中所見(jiàn)，全部覆蓋意味著能夠避免在板之間發(fā)生短路的風(fēng)險(xiǎn)。
在上述方法中，所有的才反、電解質(zhì)和壁都在沖丸4于密去于之前堆疊。 然而，也可以在一反-故堆疊的同時(shí)來(lái)沖丸行密封。這時(shí)，當(dāng)在前面的步 驟中已經(jīng)密封了時(shí)，本發(fā)明還允許避免對(duì)壁的所有另外加熱。
在圖2中，能夠看到雙才及電池的電池芯堆疊的第二實(shí)施例，其 中，重復(fù)圖樣以限制集電板的最大截面。在示出的實(shí)例中，堆疊包 4舌十二個(gè)電池芯和/人頂?shù)降子葾~M表示的十三個(gè)互連氺反
(interconnecting plate )。
圖2中的堆疊包4舌連續(xù)的兩個(gè)相同圖沖羊26。
圖樣26包括通過(guò)集電板A、 B、 C、 D、 E、 F、 G串聯(lián)連接的 六個(gè)電池芯的堆疊。連4妄斗反A和B、 B和C、以及C和D的壁在箭 頭12的方向上依次具有遞增的截面，而連4妄才反D和E、 E和F、 F 和G的壁依次具有遞減的截面。乂人而，從前方看，圖樣26基本具 有正六邊形的外形。另夕卜，才反A、 B、 C和D的表面依次遞增，而 斗反D、 E、 F和G的表面依次遞減。
21在示出的實(shí)例中，從箭頭12的方向來(lái)看，壁106.4和108.4是
對(duì)準(zhǔn)的。然而，這些壁中的每個(gè)均與不同的側(cè)肩關(guān)耳關(guān)，因此制成這 些壁中的每個(gè)的材料可以在關(guān)聯(lián)的側(cè)肩上被分別加熱。
位于堆疊中部的集電板D的外圍Dl的兩面都涂有層28，以改 進(jìn)防漏性。
通過(guò)該配置，對(duì)于每個(gè)壁，傳導(dǎo)板上的能夠與由箭頭15表示 的加熱裝置形成接觸的區(qū)域限制了堆疊的橫距(transverse space)需求。
對(duì)于圖1中的電池芯，為所有電池芯優(yōu)選地選4奪尺寸相等的活 性材料，從而堆疊陽(yáng)極/電解質(zhì)/陰極組件以使其彼此對(duì)準(zhǔn)。
下面將描述實(shí)現(xiàn)該堆疊的方法。
如圖2A所示，第一個(gè)步驟是實(shí)現(xiàn)由板F、 G和H形成的中央 堆疊。這三個(gè)板具有相等的表面。
通過(guò)在兩個(gè)集電板之間插入切割月莫的壁，以類(lèi)似于關(guān)于在圖1 中描述的堆疊的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)堆疊。
然后，將由箭頭15表示的加熱裝置施加到板F和G的外圍。
如圖2B所示，4反繼續(xù)向上堆疊，如同圖1中的堆疊一樣，通 過(guò)在集電—反A、 B、 C、 E和F的空置圍端(free peripheral end )分 別加熱來(lái)執(zhí)行密封。
當(dāng)集電板A已經(jīng)被密封時(shí)，翻轉(zhuǎn)部分堆疊，以4吏板A形成堆 疊的低端。堆疊裝備有電極的板，然后繼續(xù)密封。在圖3中，能夠看到本發(fā)明堆疊的另一實(shí)施例實(shí)例，其包括具 有不同表面的兩類(lèi)集電才反。
因此，該堆疊包括具有較小表面的可選板A、以及具有較大表 面的4反B。
在該實(shí)施例實(shí)例中，在集電板被堆疊的同時(shí)執(zhí)行密封封，而不 象圖1中的實(shí)例那樣在最后執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明，兩個(gè)連續(xù)電池芯的壁不重疊，從而當(dāng)密封第二個(gè) 壁時(shí)，防止^"第一個(gè)已密去于的壁再次加熱。
這些壁由參考標(biāo)號(hào)1002-1006表示。
例如，堆疊集電才反A1、 Bl和壁1002。通過(guò)只于垂直于壁1002 的板A1、 Bl中的一個(gè)纟反施加加熱裝置來(lái)密封該組件。
然后，堆疊4反A2和壁1004，后者不垂直于壁1002。當(dāng)密i'于時(shí)， 將加熱裝置施加給垂直于壁1004 (壁1004不垂直于壁1002 )的板 A2， 乂人而壁1002不會(huì)再次經(jīng)受加熱或4又;故稍纟效加熱。
如此繼續(xù)堆疊板和壁，并密封。
然后，將粘合劑沉積到板的空置外圍上以形成第二防漏阻擋。
另夕卜，該層具有在兩塊集電板之間提供電絕緣的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上， 當(dāng)密封并給定約20 pm ~ 70 pm的低厚度的才反時(shí)，其外圍會(huì)變形并 可能彼此接觸從而導(dǎo)致短路。然而，由于有粘合劑層的存在，即使 板之間發(fā)生接觸時(shí)，也能夠避免這種短路。
23如圖1中的電池芯，對(duì)于所有的電池芯優(yōu)選地選擇相同尺寸的 活性材料，從而堆疊陽(yáng)極/電解質(zhì)/陰極組件以使其彼此對(duì)準(zhǔn)。
通過(guò)實(shí)例，能夠給出根據(jù)本發(fā)明的電池芯堆疊的尺寸的以下值。
壁大約lmm高。電池的容量與電極的表面成比例。因此，集 電^1的表面可能在幾平方厘米到幾平方米中變化。
在圖4中，可以看到示出以伏特為單4立的電壓U和以mA為單 位的強(qiáng)度i在電池端子處作為以小時(shí)為單位的時(shí)間的函數(shù)的變化的 圖，如已知的循環(huán)曲線，以i正明在本發(fā)明的電池中不存在離子電流， 從而證明壁實(shí)現(xiàn)對(duì)電解質(zhì)的防漏。才艮據(jù)本發(fā)明，在該情況下使用的 電池包括尺寸在22 x 20cm2 ~ 16 x 14cm2之間遞增的六個(gè)電池芯。
該曲線代表電池的幾個(gè)充電和i文電纟盾環(huán)。
為驗(yàn)證在循環(huán)過(guò)程中組件里是否產(chǎn)生任何的離子電流，記錄一 個(gè)系統(tǒng)和施力口相同的系統(tǒng)的充電和方文電時(shí)間。如果它們相同，則雙 才及電池正常工作，因此電解質(zhì)沒(méi)有/人 一 個(gè)電池芯4爭(zhēng)移到另 一 個(gè)電池 芯，所以，隔間的防漏是有凌文的。
應(yīng)當(dāng)注意，三次4盾環(huán)的充-》文電時(shí)間tl、 t2、 t3是在同一次-循環(huán) 中測(cè)量的兩次轉(zhuǎn)變到零強(qiáng)度之間的時(shí)間，它們是相等的。因此，才艮 據(jù)本發(fā)明的用于生產(chǎn)電池的方法允許存在防漏，并因此有效地避免 了離子電流的出it見(jiàn)。
妄的多個(gè)堆疊
以達(dá)到所需的額定電壓和能量密度'在圖5中能夠看，以伏特為單位的電壓U在才艮據(jù)本發(fā)明的雙^L電池的端子處作為以秒為單^f立的時(shí)間t的函凄t的變4匕的示意圖，該雙極電池包括串聯(lián)連接的十三個(gè)電池芯的堆疊，每個(gè)電池芯具有1.9V的單位電壓。因此，該電池具有24.7 V的電壓和0.7 Ah的容量。
在電池芯端子處的24 V的電壓能夠保證至少60,000秒的周期。
雖然并沒(méi)有描述堆疊環(huán)境，但這是常^L的，并且對(duì)本領(lǐng)域纟支術(shù)人員來(lái)i兌是已殺口的。
本發(fā)明的電池具體地可以用作電動(dòng)車(chē)輛中的電能源，從而潛在;也減少礦物纟然沖牛的V吏用。
權(quán)利要求
1. 一種雙極電池的制造方法，所述雙極電池包括至少三個(gè)電池芯，所述至少三個(gè)電池芯配備有具有不同表面的四塊集電板，所述方法包括以下步驟a)沿縱軸堆疊一系列具有不同表面的集電板，沿縱軸在每對(duì)集電板之間按次序依次放置陽(yáng)極、電解質(zhì)、和陰極以及圍繞所述陽(yáng)極、電解質(zhì)和陰極的側(cè)壁，兩個(gè)相鄰電池芯的所述側(cè)壁相對(duì)于堆疊的所述縱軸彼此橫向偏移，通過(guò)這種方式使得所述壁彼此不重疊；以及b)通過(guò)將加熱裝置施加到所述堆疊的兩個(gè)端部集電板的空置外圍來(lái)供熱，所述兩個(gè)端部集電板至少垂直于所述堆疊的端部側(cè)壁，從而使每個(gè)側(cè)壁固定到所述側(cè)壁的并列的集電板上，和/或?qū)⒓訜嵫b置施加到所述堆疊的中間集電板的空置外圍來(lái)供熱，所述中間集電板至少垂直于側(cè)壁，從而使所述側(cè)壁固定到所述集電板和下一塊集電板上，通過(guò)這種方式使得加熱的區(qū)域沿縱軸不對(duì)準(zhǔn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，在步驟b)中，同時(shí) 向所述中間板供熱，以同時(shí)將所有側(cè)壁固定到相應(yīng)的集電板 上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，相對(duì)于每個(gè)側(cè)壁，相 繼i也向所述中間外反供熱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，在步驟 a)之前，設(shè)置步驟a0):進(jìn)行集電板和陽(yáng)極的組裝、集電板和陰極的組裝以及 一 面具有陽(yáng)極而另 一 面具有陰極的集電板 的組裝。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，在步驟a0)之后而 在步驟a)之前，設(shè)置將所述集電板切削成所需表面的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，切削所述集電板以提 供表面遞減的多個(gè)集電板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其中，先在表面較小的板上 執(zhí)行步驟b )。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的制造方法，其中，隨步驟 b)之后還包括步驟在每塊集電板的所述空置外圍上沉積抗 所述電解質(zhì)的材料層，所述材料層與所述側(cè)壁相4妾觸。
9. 通過(guò)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法獲得的雙極電池，包 括至少三個(gè)沿縱軸堆疊的電化學(xué)電池芯，每個(gè)電池芯均包括陽(yáng) 極、陰極以及位于所述陽(yáng)極和所述陰極之間的電解質(zhì)，電流集 電一反(B、 C)電連4妻電池芯的陽(yáng)才及和相鄰電池芯的陰才及，電 流集電板(A)在位于所述堆疊的第一縱向端部的電池芯的陽(yáng) 極上，電流集電板(D)在位于所述堆疊的第二縱向端部的陰 極上，防電解質(zhì)泄露的側(cè)壁(2.4、 4.4、 6.4)圍繞連續(xù)集電板(A、 B、 C、 D)中的每對(duì)集電板之間的每個(gè)電池芯，每對(duì)集 電才反與側(cè)壁(2.4、 4.4、 6.4 ) —起形成每個(gè)電池芯的防漏隔間， 兩個(gè) MK卩電^L芯的戶斤述,'J壁(2.4、 4.4、 6.4)才目只寸于纟從砵由(X) ;波此一黃向偏移，通過(guò)這種方式4吏得所述側(cè)壁4皮此不重疊，所述 集電板的尺寸不同，其中，通過(guò)這種方式來(lái)堆疊所述集電板以 使得所述集電板的尺寸嚴(yán)格增大或嚴(yán)格減小。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的雙極電池至少包括電池芯的第一子組 件，包括尺寸嚴(yán)格增大的多個(gè)集電板；以及電池芯的第二子組 件，包括尺寸嚴(yán)格減小的多個(gè)集電板。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求所述的雙極電池，包括在縱向上以交替方式 4皮此相隨的多個(gè)所述第 一和第二子組件。
12. 通過(guò)權(quán)利要求9至11中所述的方法獲得的雙極電池，包括至 少三個(gè)沿縱軸堆疊的電化學(xué)電池芯，每個(gè)電池芯均包括陽(yáng)極、 陰極以及位于所述陽(yáng)極和所述陰極之間的電解質(zhì)，電流集電板(B、 C)電連沖妄電池芯的陽(yáng)才及和相鄰電池芯的陰才及，電流集電板(A )在位于所述堆疊的第一縱向端部的電池芯的陽(yáng)才及上，電流集電板(D)在位于所述堆疊的第二縱向端部的陰極上，防電解質(zhì)泄露的側(cè)壁(2.4、 4.4、 6.4)圍繞連續(xù)集電—反(A、B、 C、 D)中的每對(duì)集電才反之間的每個(gè)電池芯，每對(duì)集電板與側(cè)壁(2.4、 4.4、 6.4) —起形成每個(gè)電〖也芯的防漏隔間，兩個(gè)對(duì)目鄰電-也芯的所述側(cè)壁(2.4、 4.4、 6.4 )相只于于所述玄從軸(X );波此一黃向偏移，通過(guò)這種方式佳_得所述側(cè)壁4皮此不重疊，所述電池包括橫截面較大的壁和橫截面較小的壁，所述橫截面較大的壁和所述橫截面較小的壁彼此交替相隨；以及橫截面較大的集電板和橫截面較小的集電板，所述橫截面較大的集電板和所述橫截面較小的集電板-波此交替相隨，通過(guò)這種方式，使得在橫截面較大的集電板和橫截面較小的集電板之間、以及在其 每一個(gè)均包括兩個(gè)橫截面較小的側(cè)壁的兩個(gè)電池芯之間存在橫截面較大的壁，并且在橫截面較大的集電板和橫截面較小的 集電板之間、以及在其每 一 個(gè)均包括兩個(gè)橫截面較大的側(cè)壁的 兩個(gè)電池芯之間存在4黃截面4交小的壁。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述壁(2.4、 4.4、 6.4)垂直地位于所述壁連接到的所述集電板(A、 B、 C) 中的一個(gè)集電—反的外邊纟彖處。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述集電 才反(B、 C、 D)的端部》余覆有層(20、 22、 24),所述層(20、 22、 24)形成只于電解質(zhì)泄漏的附加阻擋(。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述壁(2.4、 4.4、 6.4)由環(huán)氧類(lèi)型的熱激活聚合物、或者丙烯酸或聚氨酯 類(lèi)型的粘合劑制成。
16. 才艮據(jù)^K利要求14所述的雙才及電池，其中，所述層(20、 22、 24)是丙烯酸或聚氨酯類(lèi)型的粘合劑。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)所述的電池，其中，所述陽(yáng)極 由LiFeP04制成，以及所述陰極由Li4Ti5012制成。
18. —種用于實(shí)現(xiàn)^又利要求1至8中4壬一項(xiàng)所述的方法的加熱裝 置，包括加熱表面，所述加熱表面能夠;故同時(shí)或相繼地施加到 每塊集電板的整個(gè)外圍。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，包括以階梯形式布置的多個(gè)表 面，所述多個(gè)表面中的每個(gè)表面均用于被同日t施力口到板的夕卜 圍。
20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，包括尺寸可調(diào)的表面，從而所 述表面能夠適用于堆疊的所有所述外圍。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙極電池，該雙極電池包括三個(gè)沿縱軸(X)堆疊的電化學(xué)電池芯，每個(gè)電池芯均包括陽(yáng)極、陰極以及位于陽(yáng)極和陰極之間的電解質(zhì)，電流集電板(B、C)電連接電池芯的陽(yáng)極和相鄰電池芯的陰極，電流集電板(A)在位于堆疊的第一縱向端部的電池芯的陽(yáng)極上，電流集電板(D)在位于堆疊的第二縱向端部的陰極上，防電解質(zhì)泄露(electrolyte-proof)的側(cè)壁(2.4、4.4、6.4)圍繞連續(xù)集電板(A、B、C、D)的每對(duì)集電板之間的每個(gè)電池芯，其中，兩個(gè)相鄰電池芯的側(cè)壁(2.4、4.4、6.4)相對(duì)于縱軸(X)彼此橫向偏移，通過(guò)這種方式使得其彼此不重疊。
文檔編號(hào)H01M4/48GK101465442SQ200810187870
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·馬蒂內(nèi), 瑪麗安娜·沙米, 賈邁勒·穆?tīng)栐?申請(qǐng)人:法國(guó)原子能委員會(huì)