製造含有液體有機電解質的原電池的方法
2023-10-11 05:26:14
專利名稱：製造含有液體有機電解質的原電池的方法
技術領域：
本發明涉及一種製造包含有機電解質的原電池的方法，其中原電池包含具有至少一種鋰嵌入電極的蓄電池電極隔板部件，該鋰嵌入電極中，不溶於聚合物基質的電化學活性微細材料分布在所含的聚合物中，並且涉及根據將描述的方法製造的原電池。
在使用鋰金屬和二氧化錳基陰極的3V一次迴路中，通常電解質要麼是高氯酸鋰LiClO4，要麼是三氟甲烷磺酸鋰CF3SO3Li，它們溶解在碳酸丙烯酯(PC)中，如果需要可加入例如二甲氧基乙烷的減粘劑。例如，國際專利申請WO00/57504公開了一種薄膜電池，其陽極由二氧化錳，碳和電解質的糊劑混合物製成，其中所含的糊劑是在框架中製備。在含有碳陽極和LiMeO2陰極(Me＝Ni，Co或Mn)的可再充電4V系統中，使用由碳酸1，2-亞乙酯(EC)，碳酸丙烯酯(PC)，碳酸二甲酯(DMC)，碳酸乙基甲基酯(EMC)，碳酸二乙酯(DEC)，或其碳酸酯衍生物構成的混合物中的六氟磷酸鋰LiPO4F6。美國專利US5296318中公開了用聚偏1，1-二氟乙烯-六氟丙烯共聚物和類似的混合物製成的膜所組成的聚合物電極的使用。
本發明利用本說明書開始時所述類型的原電池解決了此問題，該電池具有在權利要求1中所述的特徵。從屬權利要求陳述了該方法和由該方法製造的原電池的有益實施方案。
在本發明的方法中，電解質包含2至15重量％具有一個中心碳原子的烴-氧化合物(碳酸酯)，一個氧原子通過雙鍵而兩個氧原子通過單鍵與該碳原子結合，通過其他的原子或基團使單鍵的氧原子不飽和，而且具有四個碳原子或更短的烴鏈與那些單鍵的氧原子中的每一個結合，這兩個鏈中區別在於為至少一個、但不超過三個CH2-基團。首先用該電解質混合物浸透電極隔離部件，接著切割至其尺寸，然後插入到外殼中。
本發明的有機電解質在快速滲透到電極隔離元件中和緩慢從電極隔離元件中蒸發方面是特別有益的，該有機電解質含有缺少對稱軸的開鏈碳酸酯，因為這種特殊的電解質包含能減少表面張力的不對稱極性溶劑，並且允許電解質均勻快速地滲入到電池組件中。另外，由於電解質和蓄電池電極隔板部件之間的範得瓦力而導致增加的電解質的蒸氣壓被減少了，該範得瓦力是由於電解質溶劑混合物的至少一種成分的極性而產生的。
如果在用液體有機電解質浸透之前，將蓄電池電極隔板部件層壓在導體或反電極上將是有益的，蓄電池電極隔板部件也可捲起後被浸透。
所包括的碳酸酯是在電解質混合物中的碳酸乙基甲基酯或碳酸丙基甲基酯，該電解質混合物優選包含高氯酸鋰，碳酸丙基酯和碳酸乙基甲基酯。所討論的導電鹽是雙(草酸)硼酸鋰和三氟三(五氟乙基)磷酸鋰，因為它們兩者與水接觸時，像高氯酸鋰一樣具有不釋放鹽酸作為預期的水解產物的有益特性。碳酸丙烯酯(PC)和碳酸乙烯酯(EC)是其它有前景的電解質成分。
如果本發明的方法用於製造小於0.5mm厚並且具有小於50mAh額定容量的平板電池將是特別有益的。
聚偏1，1-二氟乙烯(PVDF)和六氟丙烯(HFP)代表用於製造本發明電極隔離部件的聚合物的適宜選擇。可以使用的溶劑是例如正-甲基吡咯烷2-吡咯烷酮或丙酮。多孔的隔離材料由聚烯烴組成，優選聚丙烯或聚乙烯，或由這些材料的各種組合構成的多層層壓產品。
適宜製造負電極的材料包括金屬鋰或石墨化的碳，而且如果需要，可包括優選佔所述材料65至85重量％的改性碳，以及具有適宜電壓等級的混和氧化物的層間複合物，而正電極包含一種鐵-氧或錳-氧化合物，如果需要，該化合物也可包含磷或鋰作為插層的鋰材料。
用於製造負電極箔的糊劑混合物包含55至95重量％，優選65至85重量％的前述類型材料用於製造正極的糊劑混合物含65至98重量％、優選為65至95重量％的正極材料。本發明糊劑混合物包含50至75重量％、優選55至65重量％的溶劑。正電極箔中PVDF/HFP的比例範圍從最大99.5至最小0.5，優選從最大80至最小20。PVDF/HFP的分子量比例範圍從3.2至2.8，或優選從2.3至2.5。
負電極箔中PVDF/HFP的比例範圍為99.5至0.5，優選為85至15。PVDF/HFP的分子量比例範圍從3.2至2.8，或優選從2.3至2.5。
將所含的糊劑製造成其初始混合物的粘度範圍是從1帕斯卡·秒(Pa·s)至10帕斯卡·秒(Pa·s)，優選從3帕斯卡·秒至6帕斯卡·秒。
為了製造原電池，將其電極或是最初直接塗覆在導體或隔離體上，或是施加在載體箔上，接著在兩步法中熱層壓。電池組件的其餘部分涉及使電極隔離部件熱層壓至導體或使電極導體部件熱層壓至隔離層。
對比實施例在上述實施例的電解質中分別加入碳酸二甲酯和碳酸二乙酯來代替碳酸乙基甲基酯。在這兩種情況下觀察到更長的滲透時間，不完全的滲透和快速蒸發，這通過最初白片的變黑而後又恢復成白色而顯示出來。
權利要求
1.一種製造包含有機電解質的原電池的方法，其中原電池包含具有至少一種鋰嵌入電極的蓄電池電極隔板部件，該鋰嵌入電極中不溶於聚合物基質的電化學活性微細材料分布在所含的聚合物中，其中電解質包含2至15重量％的具有一個中心碳原子的烴-氧化合物(碳酸酯)，一個氧原子通過雙鍵而兩個氧原子通過單鍵與該碳原子結合，通過其他的原子或基團使得單鍵的氧原子不飽和，而且具有四個碳原子或更短的烴鏈與那些單鍵的氧原子中的每一個結合，這兩個鏈中區別在於至少一個、但不超過三個CH2-基團，首先用該電解質混合物浸透電極隔板部件，接著切割至其尺寸，然後插入到外殼中。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於在用液體有機電解質浸透電極隔板部件前將電極隔板部件層壓在導體和/或反電極上。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於可將該電極隔板部件捲起並且接著進行浸透。
4.根據權利要求1至3任一的方法，其特徵在於所述碳酸酯是碳酸乙基甲基酯或碳酸丙基甲基酯。
5.根據權利要求1至4任一的方法，其特徵在於電解質包含高氯酸鋰、雙(草酸)硼酸鋰或三氟三(五氟乙基)磷酸鋰中的至少一種導電鹽，並且優選碳酸丙烯酯或碳酸乙烯酯中的至少一種開鏈(cyclic)的碳酸酯。
6.根據權利要求5的方法，其特徵在於電解質包含碳酸乙基甲基酯。
7.根據前述任一種方法得到的原電池。
8.根據權利要求7的原電池，其特徵在於原電池的厚度小於0.5mm並且電池容量小於50mAh。
全文摘要
一種製造包含有機電解質的原電池的方法，其中原電池包含具有至少一種鋰嵌入電極的蓄電池電極隔板部件，該鋰嵌入電極中不溶於聚合物基質的電化學活性的微細材料分布在所含的聚合物中，其中電解質包含2至15重量％具有一個中心碳原子的烴－氧化合物(碳酸酯)，一個氧原子通過雙鍵而兩個氧原子通過單鍵與該碳原子結合，通過其他的原子或基團使得單鍵的氧原子不飽和，而且具有四個碳原子或更短的烴鏈與那些單鍵的氧原子中的每一個結合，這兩個鏈中區別在於至少一個、但不超過三個CH
文檔編號H01M6/16GK1424784SQ02151588
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月3日 優先權日2001年12月3日
發明者F·比爾克-薩拉姆, P·比爾克, K·霍爾, H·施特爾茨格, D·伊利克 申請人:瓦爾達微電池有限責任公司