專利名稱：：電池電極和包括此類電極的電池的制作方法電池電極和包括此類電極的電池
背景技術(shù)：
：一般來講，鋰電池和鋰離子電池使用相對(duì)薄的沉積在金屬箔或膨脹金屬網(wǎng)格上的電極來制造。通常這些電極的厚度范圍為約O.lmm至0.25mm，并且用分隔體膜巻繞成圓柱形或棱柱形組合件，通常稱為"果凍巻，，。與相當(dāng)尺寸的使用筒管構(gòu)造的堿性電池相比，這種巻繞電池的構(gòu)造較為復(fù)雜且昂貴。由于由集流體、分隔體、以及其它非活性組件占據(jù)的非活性體積按比例來講較大，因此包括這些薄電極的電池也趨于具有相對(duì)低的能量密度。然而，使用呈"果凍巻"構(gòu)造的薄電極的原因是，在電極和電解質(zhì)中存在電子和離子導(dǎo)電性限制條件。用于沉積到金屬箔或膨脹金屬網(wǎng)格上的電極制劑通常是基于溶劑相、活性材料、導(dǎo)電添加劑、以及有機(jī)聚合物粘合劑。在溶劑蒸發(fā)之后，粘合劑可粘合顆粒材料并且提供機(jī)械強(qiáng)度和粘附性。然而，由于聚合物的絕緣性質(zhì)的緣故，僅可使用有限的量才不會(huì)影響電極的電化學(xué)性能，因此限制了可獲得的電極強(qiáng)度。因此，電極的厚度一般限于小于約0.25mtn以防止斷裂和/或分層。'發(fā)明概述常規(guī)的巻繞布置諸如"果凍巻，，布置一般包括會(huì)占據(jù)電池的顯著體積的大體積的集流體和分隔體材料。減少所用的集流體和分隔體材料的量允許將附加活性材料添加到電池中。通過將常規(guī)的布置替換成筒管電池構(gòu)造，可將最多額外25%的活性材料用于AA或AAA型電池中，從而導(dǎo)致顯著的能量密度的增加。使用本文所述的較厚電極可構(gòu)造出簡單的低成本筒管鋰電池，所述電池在充電條件和放電條件下均具有足夠的額定容量。這也可提供其它類型的較高密度電池的構(gòu)造，諸如棱柱形構(gòu)造。本文所述的較厚電極能夠產(chǎn)生利用鋰系的高能量密度的一系列新式電池布置。在一個(gè)方面，本發(fā)明公開了一種電池，所述電池包括外殼、外殼內(nèi)的陰極、以及外殼內(nèi)的陽極。陰極包括鋰離子活性陰極材料和活性陰極材料內(nèi)的導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，陰極可具有至少lmm的厚度。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)包括開孔金屬泡沫。導(dǎo)電金屬材料可包括鋁。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)包括金屬填料。金屬填料可包括粉末、薄片、纖絲、纖維、或它們的組合。可將金屬填料壓緊或燒結(jié)在適當(dāng)位置以形成貫穿活性陰極材料的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)包括在充電或放電時(shí)會(huì)膨脹或收縮的金屬合金。在一些具體實(shí)施中，陽極包括活性陽極材料和活性陽極材料內(nèi)的導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)?；钚躁枠O材料可包括中間相碳微球(MCMB)、Li4Ti5012、或它們的組合。導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)可包括開孔金屬泡沫。導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)可包括銅。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)可包括金屬填料。金屬填料可包括粉末、薄片、纖絲、纖維、或它們的組合?？蓪⒔饘偬盍蠅壕o或燒結(jié)在適當(dāng)位置以形成貫穿活性陽極材料的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，電池也包括陰極和陽極之間的分隔體。分隔體可包括多孔聚烯烴。在一些具體實(shí)施中，分隔體可包括陶瓷或玻璃。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)包括不含活性陰極材料的孔的表面層。在一些具體實(shí)施中，不含活性陰極材料的孔的表面層可為被氧化的。在一些具體實(shí)施中，不含活性陰極材料的孔的表面層可足夠厚以用作陰極和陽極之間的分隔體。在一些具體實(shí)施中，活性陰極材料包括Li[Ni。.33Co。.33Mn。.33]02、LiFeP04、LiCo02、LiMn204或它們的組合。在一些具體實(shí)施中，陰極可具有介于約2mm至約10mm之間的厚度。在一些具體實(shí)施中，陰極包括介于約5%重量和約15°/重量之間的導(dǎo)電材料。在一些具體實(shí)施中，該電池可為二次電池。在一些具體實(shí)施中，該電池可被構(gòu)造為堆疊層棱柱形構(gòu)造。在其它具體實(shí)施中，該電池可具有筒管電池構(gòu)造。在一些具體實(shí)施中，該電池包括多個(gè)堆疊盤，每個(gè)堆疊盤均具有至少一個(gè)陰極區(qū)和至少一個(gè)陽極區(qū)。4在一些具體實(shí)施中，該電池具有至少約1.5mA/cn^的額定容量。在另一方面，一種二次電池包括外殼和外殼內(nèi)的至少一個(gè)電池，所述電池具有筒管型電池構(gòu)造。該電池可包括至少兩個(gè)電極，包括陰極和陽極。每個(gè)電極均可包括活性電極材料。陰極可包括鋰離子活性陰極材料，并且陽極可包括活性陽極材料。電極中的至少一個(gè)可包括在活性電極材料內(nèi)的導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，陰極可包括導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)，并且導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)可包括鋁開孔金屬泡沫。在一些具體實(shí)施中，陽極可包括導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)可包括銅開孔金屬泡沫。在一些具體實(shí)施中，活性陰極材料包括Li[Ni。.33Co。.33Mn。.33]02、LiFeP04、LiCo02、LiMnA或它們的組合。在一些具體實(shí)施中，活性陽極材料可包括中間相碳微球(MCMB)、Li/Ti5012、或它們的組合。在一些具體實(shí)施中，該二次電池可包括陰極和陽極之間的分隔體。在一些具體實(shí)施中，該電池可包括多個(gè)堆疊盤，每個(gè)堆疊盤均包括至少一個(gè)陰極區(qū)和至少一個(gè)陽極區(qū)。在一些具體實(shí)施中，該二次電池可具有至少約1.5mA/cm2的額定容量。在另一方面，一種一次電池包括外殼和外殼內(nèi)的至少一個(gè)電池，所述電池具有筒管型電池構(gòu)造。該電池可包括至少兩個(gè)電極，包括陰極和陽極，每個(gè)電極均可包括活性電極材料。陰極可包括活性陰極材料，并且陽極可包括活性陽極材料。電極中的至少一個(gè)可包括在活性電極材料內(nèi)的導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，陰極可包括導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，陽極可包括導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)可包括鋁開孔金屬泡沫。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)可包括銅開孔金屬泡沫。在一些具體實(shí)施中，活性陰極材料可包括Mn02、FeS2、NiS2、MnS2、CuS、CuO、V205、AgV40、或它們的組合。在一些具體實(shí)施中，活性陽極材料可包括金屬鋰箔、金屬鋰粉末、或它們的組合。在一些具體實(shí)施中，該一次電池可包括陰極和陽極之間的分隔體。在一些具體實(shí)施中，該一次電池可包括多個(gè)堆疊盤，每個(gè)堆疊盤均包括至少一個(gè)陰極區(qū)和至少一個(gè)陽極區(qū)。一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施的細(xì)節(jié)闡述于附圖和下文的說明書中。通過閱讀說明書、附圖以及權(quán)利要求書，各種具體實(shí)施的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。附圖概述圖1A為如一個(gè)具體實(shí)施所述的用于筒管電池構(gòu)造的圓柱形堆疊盤(或粒料)的圖解頂視圖。圖IB為用于筒管電池構(gòu)造的圓柱形堆疊盤(或粒料)的圖解頂視圖，其示意地描繪了活性陰極材料內(nèi)的導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)。圖1C為圖解透視圖，其顯示了此類圓柱形堆疊盤的圓柱形堆疊。圖2A-2G為如附加具體實(shí)施所述的用于筒管電池構(gòu)造的圓柱形堆疊盤(或粒料)的圖解頂;f見圖。圖3為堆疊棱柱形電池的示意透視圖。圖4A和4B為Al泡沫材料的孔隙率的圖形示圖，是在(a)從3.2mm軋制和(b)從6.4mm軋制時(shí)的研究數(shù)據(jù)。圖,5為使用Al箔基陰極的袋狀電池的性能的圖形示圖。圖6為使用1咖的A1箔LFP基陰極的袋狀電池的性能的圖形示圖。圖7A和7B為使用2mm的Al箔LFP基陰極的袋狀電池的放電性能的圖形示圖。圖8為使用Cu箔MCMB基陽極的袋狀電池的性能的圖形示圖。發(fā)明詳述電化學(xué)電池可為一次電池或二次電池。一次電化學(xué)電池意味著僅放電(例如至耗盡)一次，然后^^廢棄。一次電池不打算再充電。一次電池描述于例如DavidLinden的HandbookofBatteries(McGraw-Hill,第2版，1995)中。二次電化學(xué)電池可以被多次再充電，例如超過五十次、超過一百次或更多次。在一些情況下，二次電池可包括相對(duì)堅(jiān)固的分隔體，例如具有許多層的那些和/或相對(duì)較厚的那些。二次電池還可設(shè)計(jì)成使其能適應(yīng)可能在電池中發(fā)生的變化，如溶脹。二次電池描述在例如Falk&Salkind的"AlkalineStorageBatteries"(JohnWiley&Sons,Inc.1969);美國專利345,124;和法國專利164,681中，這些專利均據(jù)此引入以供參考。一次電池和二次電池均可具有筒管電池布置或棱柱形布置。筒管電池布置筒管電池布置可包括環(huán)形和桿形電極。例如，筒管電池布置可包括陰極材料中心環(huán)或桿和圍繞的陽極材料環(huán)。在其它筒管布置中，也可存在附加陽極或陰極材料環(huán)或桿。筒管電池布置也可具有非圓形橫截面形狀。圖1A和1B顯示兩種類型的可用于筒管電池構(gòu)造的圓柱形堆疊盤(或粒料)。所示的每個(gè)堆疊盤均包括陰極22、陽極24、以及在陰極22和陽極24之間的分隔體26。如圖1B所示，陰極22可包括陰極22的活性陰極材料內(nèi)的導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)27。在一些具體實(shí)施中(未示出)，陽極24也可包括陽極24的活性陽極材料內(nèi)的導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)。圖1C描繪透視圖，其顯示圓柱形堆疊盤諸如上文所述并顯示于圖1A和1B中的那些的圓柱形堆疊。此類圓柱形堆疊盤的圓柱形堆疊可用來構(gòu)造筒管電池構(gòu)造。在所示的具體實(shí)施中，網(wǎng)格28定位在相鄰的圓柱形堆疊盤之間。網(wǎng)格28可收集相鄰的圓柱形堆疊盤之間的電流。任何開口金屬結(jié)構(gòu)均可用作網(wǎng)格28，例如沖孔的金屬箔、織造或焊接的絲網(wǎng)或膨脹的(裂開和拉伸的)金屬。用于此目的的膨脹金屬網(wǎng)格可從例如DexmetCorporation(Naugatuck，CT)商購獲得。通常，它們的厚度范圍為1密耳至5密耳。將這種網(wǎng)格放置在堆疊的電極盤之間可提供通向外部電池外殼的高導(dǎo)電性通道，因此提供較低的內(nèi)阻。在其它具體實(shí)施(未示出)中，可定位圓柱形堆疊盤而無需中間網(wǎng)格28。圓柱形堆疊可定位在電池外殼20內(nèi)。在一些具體實(shí)施中，該電池可包括集流體32。取決于電池內(nèi)的陰極材料和陽極材料的布置，集流體32可收集源自陽極24(例如如圖所示)或源自陰極22的電流。圖2A至2B描繪各種其它圓柱形堆疊盤的具體實(shí)施。這些各種圓柱形堆疊盤的具體實(shí)施中的每個(gè)均可用來產(chǎn)生筒管電池布置?？蛇x擇一種布置來產(chǎn)生陽極24和陰極22之間的所需量的共用表面積。用于電池的電極的數(shù)目也可取決于所需的電池性能而有變化。雖然筒管電池布置被顯示為堆疊盤筒管電池布置，但其它筒管電池布置也是可能的。例如，電池可包括獨(dú)立放置在電池外殼內(nèi)的獨(dú)立形成的陽極24部分和陰極22部分。棱柱形布置圖3描繪堆疊層棱柱形構(gòu)造。堆疊層棱柱形構(gòu)造包括陰極22層和陽極24層。每個(gè)陰極22層或陽極24層均可為至少lmm厚。在一些具體實(shí)施中，每個(gè)陰極22層和/或陽極24層均可為至少1.5mm厚(例如，介于2mm和10mm之間厚)。在一些具體實(shí)施中，如圖所示，棱柱形構(gòu)造包括交替的陰極材料層和陽極材料層之間的分隔體26層。在常規(guī)的鋰離子棱柱形電池諸如NP-60設(shè)計(jì)的情形中，扁平的螺旋巻繞電極堆疊組合件可用如圖3所示的簡單的堆疊電極組合件來替換。堆疊電極22、24可包括活性電極材料，所述材料被壓緊成粒料形式或浸漬入預(yù)成形的導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)27中，或通過用金屬粉末模制/壓緊活性材料來產(chǎn)生以就地形成導(dǎo)電金屬網(wǎng)絡(luò)27。電極結(jié)構(gòu)陰極22可包括鋰離子活性陰極材料。例如，陰極可包括Li[Ni。.33Co。.33Mn。.33〗02、LiFeP04、LiCo02、LiMn204或它們的組合作為活性陰極材料。在一些具體實(shí)施中，陰極可具有至少1mm的厚度(例如，至少1.5mm厚，或介于2mm和10mm之間)。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)可包括鋁。在一些具體實(shí)施中，陰極22可為二次電池的一部分。如上所述，陽極24可包括活性陽極材料(例如，中間相碳微球或Li4Ti5012)和活性陽極材料內(nèi)的導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)。陽極活性材料也可包括石墨、無定形碳、合金陽極、金屬化合物(氧化物、硫?qū)僭鼗锖推渌衔?、或它們的組合。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)可包括銅。在一些具體實(shí)施中，陽極24可為二次電池的一部分。導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)可用作嵌入在電極(陰極22和/或陽極24)中的集流體，因此提供良好的導(dǎo)電率?；钚圆牧?陽極和/或陰極)和導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合材料可使用多種方法來制造，包括通過使用各種涂布和/或浸潤規(guī)程將活性電極材料沉積進(jìn)預(yù)成形的網(wǎng)絡(luò)27(例如，金屬泡沫)中。例如，可使用簾式涂布規(guī)程來形成該復(fù)合材料。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)可包括開孔金屬泡沫。在沉積活性電極材料之前或之后，可將開孔金屬泡沫加工或成形為某種形狀，以產(chǎn)生例如用于電池設(shè)計(jì)諸如筒管電池的環(huán)形電極。例如，可在沉積活性電極材料之前處理泡沫以移除氧化物，和/或?qū)⑵渫扛采弦锊牧弦愿纳茖?dǎo)電性和粘附性。8電金屬材料網(wǎng)絡(luò)浸潤上活性電極材料。在一些具體實(shí)施中，可將水基粘合劑(例如，膠乳粘合劑加流變改性劑)用于將活性材料涂布在泡沫上。泡沫基體與常規(guī)的"果凍巻"布置例如電池中的布置相比可提供更好的熱耗散，所述電池以可導(dǎo)致熱產(chǎn)生的速率充電或放電。電極(陰極或陽極)可包括兩種或更多種泡沫，所述泡沫具有不同的金屬含量(即，不同的相對(duì)密度)或夾置在一起的不同的孔徑(在浸潤或涂布活性材料之前或之后)。作為另外一種選擇，導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)可包括金屬填料。金屬填料可包括粉末、薄片、纖絲、纖維、或它們的組合?？蓪⒔饘偬盍蠅壕o或燒結(jié)在適當(dāng)位置以形成貫穿活性材料的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電材料網(wǎng)絡(luò)可包括在充電或放電時(shí)會(huì)膨脹或收縮的金屬合金。在一些具體實(shí)施中，活性陰極材料和/或活性陽極材料在充電或放電時(shí)可膨脹或收縮。通過匹配膨脹特性，可選擇活性電極材料和網(wǎng)絡(luò)材料的組合以防止電池中的電極在使用期間分離或分層。在一些情況下，可將兩種不同類型的活性材料涂布在網(wǎng)絡(luò)27的相對(duì)兩側(cè)上以用于具體應(yīng)用，例如用于活性材料按所需順序進(jìn)行的受控放電/充電。例如，陰極22的直接面對(duì)陽極24的一側(cè)可具有可更好地幫助控制過充電的活性陰極材料涂層諸如LiFeP04涂層，并且網(wǎng)絡(luò)27的另一側(cè)可涂覆上對(duì)過充電具有低容限的高容量材料諸如LiCo02。在一些具體實(shí)施中，電極可為高度多孔的。例如，導(dǎo)電材料泡沫網(wǎng)絡(luò)27的使用可在活性電極材料(陰極22或陽極24)內(nèi)提供高水平的孔隙率，因而導(dǎo)致活性金屬的較高放電/充電效率。例如，可將造孔添加劑摻入到涂層和/或浸潤漿料中，以有助于活性電極材料內(nèi)的所需的多孔結(jié)構(gòu)的生成。造孔劑可包括任何材料，所述材料可后續(xù)地從制備的電極中移除以留下空隙。此類材料可用若干方法來移除，包括加熱(這可在真空下進(jìn)行)和用溶劑洗滌，在所述溶劑中電極組分不溶解但造孔劑可溶解?？捎米髟炜讋┑膶?shí)例材料包括環(huán)丁砜和碳酸乙二酯。各種鋰鹽也可用作造孔劑-它們可為可溶解的并且與電解質(zhì)相容。在電極中引入孔隙率有益于改善電極的動(dòng)力學(xué)性能，并且因此改善電池的額定容量。在一些具體實(shí)施中，該電池可為使用金屬鋰箔或粉末作為陽極的一次鋰電池。在這種一次鋰電池中，活性陰極材料可包括諸如Mn02、FeS2、NiS2、MnS2、CuS、CuO、V205、以及/或AgV40u之類的材料。在一些具體實(shí)施中，可將這些按筒管電池構(gòu)造制成的一次鋰電池串聯(lián)連接以提供與常規(guī)的鋰離子電池相當(dāng)?shù)碾妷?，例如，可串?lián)連接兩個(gè)NiSa電池以提供3.6V的電池。分隔體在一些具體實(shí)施中，該電池可包括陰極22和陽極24之間的分隔體26。分隔體26可如圖1A和IB所示地定位在圓柱形堆疊盤內(nèi)，在另一種筒管電池布置(未示出)中可定位在獨(dú)立的陽極和陰極之間，或可如圖3所示地定位在呈棱柱形構(gòu)造的陰極材料層和陽極材料層之間。在一些具體實(shí)施中，分隔體可包括多孔聚烯烴。在一些具體實(shí)施中，分隔體可包括陶瓷或玻璃。在一些具體實(shí)施中，可將絕緣多孔涂層沉積在電極上以用作分隔體。在一些具體實(shí)施中，導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)可包括具有不含活性材料的孔的表面。例如，這可通過選擇性地涂布和/或浸潤預(yù)成形的網(wǎng)絡(luò)27諸如金屬泡沫來獲得。具有不含活性材料的孔的表面可為被氧化的，并且可足夠厚以用作陰極22和陽極24之間的分隔體。此失見程可用來以如下方式產(chǎn)生陽極和陰極之間的分隔體在陽極或陰極的表面上產(chǎn)生分隔體。電解質(zhì)在一些具體實(shí)施中，電池可包括電解質(zhì)。在Li離子技術(shù)中，電解質(zhì)在充電和放電期間不消耗。電池中的電解質(zhì)的量可基于電池內(nèi)的孔隙體積。實(shí)施例l:用于厚電極的網(wǎng)絡(luò)的制造開孑L鋁泡沫購自GoodfellowCorporation(Devon,PA)。該泡沫包括鋁6101并且具有下列特性厚度3.2mm和6.4咖體積密度0.2g/cm3孔數(shù)/厘米16個(gè)孔隙率93%作為參考，鋁6101的典型組成如下Al余量B0.06最大Cr0.03最大Cu0.1最大Fe0.5最大Mg0.35-0.7Mn0.03最大Si0.3-0.7Zn0.1鋁6101為高導(dǎo)電率鋁合金，其也具有良好的機(jī)械(強(qiáng)度)特性。其導(dǎo)電率為銅的56%，并且該合金的密度為2.685g/cm3。在制造電極之前，將原樣收到的3.2mm和6.4mm泡沫反復(fù)用珠寶商軋4幾輥軋以制備較薄的泡沫。厚度的減小對(duì)材料孔隙率的影響顯示于圖4A和4B中。圖4A顯示對(duì)從3.2mm軋制的泡沫的孔隙率的影響。圖4B顯示對(duì)從6.4mm軋制的泡沫的孔隙率的影響。實(shí)施例2:lmm的Li[Ni。.Co。.33Mn。.33]02陰極的制造將初始的3.2mm的泡沫切割成5cm寬的條，并且反復(fù)用珠寶商的軋機(jī)軋制以產(chǎn)生厚度為約lmm的材料。將該lmm的泡沫切割成7cmx13.5cm的矩形塊。將長邊中的一個(gè)在邊緣(2mm)上用膠帶掩蔽。將泡沫放置在硅氧烷涂覆的防粘襯墊上，并且將N-甲基吡咯烷酮陰極漿料澆注并展布在泡沫上。將此過程重復(fù)兩次以完全浸潤泡沫。陰極漿料的組成為(以重量％計(jì))88%Li[Ni0.33Coo.33Mn0.33]022%KS-6石墨4%SAB炭黑6%Atofina761AP，在浸潤之后，將泡沫在8(TC下干燥，并且使其穿過珠寶商的軋機(jī)上的lmm的設(shè)定輥隙。將該材料進(jìn)一步在80。C和真空下干燥并且切割以產(chǎn)生一塊4.7cmx3.5cm的電極，在電極的頂部帶有0.2cm的未涂布區(qū)域(活性面積=15.75cm2并且總面積=16.45cm2)，其中電極加栽量為135mg/cm2。這等同于1350mg/cm3。此加載量類似于涂布到鋁箔上的常規(guī)電極。在135mAh/g時(shí)，此電極具有約253mAh的理論容量。在lcm'的這種電極中，泡沫鋁集流體將構(gòu)成總體積的~24%。作為比較，將相同的漿料涂布在0.7密耳鋁箔的雙側(cè)上至22.2mg/cm2的加載量。在被壓光至6.5密耳的總厚度之后，電極加載量為1345mg/cm3。在lcm3的這種電極中，箔鋁集流體將構(gòu)成總體積的~10.8%。將鎳插片點(diǎn)焊到泡沫的掩蔽區(qū)域上，并且使用CelganT2325分隔體、EC/DMC電解質(zhì)中的1MLiPFe和3.5密耳的鋰箔制成袋狀電池。將該電池以如下增加速率在4.2V和2.8V之間進(jìn)行循環(huán)25mA，100mA，250mA。該袋狀電池的性能顯示于圖5中。這些數(shù)據(jù)也表列于下表I中<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>這些結(jié)果顯示，可接受的額定容量可由使用鋁泡沫支撐件/集流體的lmm的陰極來獲得。例如，全理論容量可以1.6mA/cm2的速率來獲得。相比之下，利用薄得多的電極(約0.18mm,陰極表面積為~503cm2)的商業(yè)高能量鋰離子可充電電池(1.8Ah18650電池)的額定容量在C/2速率時(shí)為~1.8mA/cm2。實(shí)施例3:lmm的LiFeP(U月極的制造如實(shí)施例1所述，由初始的3.2mm泡沫制備lmm泡沫，將其切割成5cm寬的條，并且反復(fù)用珠寶商的軋機(jī)軋制以產(chǎn)生厚度為lmm的材料。將泡沫(5cmx2cm，帶有l(wèi)cmx2cm的掩蔽區(qū)域)蘸入N-甲基吡咯烷酮陰極漿料中，并且移除多余的材料。將此過程重復(fù)兩次以完全浸潤泡沫。陰極漿料的組成為(重量％):86%就地碳涂布的LiFeP042.7%KS-6石墨5.3%SAB炭黑6%Atofina761APVDF使用這種制劑和鋁泡沫基底，可容易地制備電極。相比之下，嘗試將此制劑涂布在常規(guī)鋁箔上至任何合理的加載量均導(dǎo)致了電極的嚴(yán)重?cái)嗔押驼掣叫該p耗。在浸潤之后，將泡沫在8(TC下干燥，并且使其再次穿過珠寶商的軋機(jī)上的lmm的設(shè)定輥隙。將該材料進(jìn)一步在80i:和真空下干燥，并且修剪以產(chǎn)生帶有4cmx2cm活性面積的電極和106mg/cm'的電極加栽量。將鎳插片點(diǎn)焊到泡沫的掩蔽區(qū)域上，并且使用Celgard2325分隔體、EC/DMC電解質(zhì)中的1MLiPR和3.5密耳的鋰箔制成袋狀電池。將該電池以如下增加速率在4.2V和2.8V之間進(jìn)行循環(huán)。該袋狀電池的性能按活性LiFeP04的mAh/g數(shù)顯示于下圖6中。良好的速率性能可見于2mA/cm2處。實(shí)施例4:2mm的LiFeP04陰極的制造以與實(shí)施例2所述的類似的方式，使用2mm的Al泡沫制備了2mm的LiFeP04陰極，所述泡沫由初始的6.4mm鋁泡沫軋制而成。該袋狀電池中的電極的性能顯示于下圖7中。如圖7所示，由該2mm的電極，電極的理論容量的大約80%可以~(710的速率遞送，這指示由這種厚陰極可獲得足夠的性能。實(shí)施例5:厚中間相碳微球(MCMB)陽極的制造以與實(shí)施例1至4所述的類似的方式，可使用銅泡沫基底制備厚碳基陽極。開孑L銅泡沫得自EFoam(CircuitFoilLuxembourgTrading)。該泡沫具有下列特性厚度2.Omm體積密度0.2g/cm3孔數(shù)/厘米18孔隙率98%將初始的2mm的泡沫切割成5cm寬的條，并且用珠寶商軋機(jī)反復(fù)軋制以產(chǎn)生厚度為lmm的材料。對(duì)表觀密度的測量指示，該lmm的泡沫具有95%的孔隙率。將該lmm的泡沫切割成7cmx13.5cm的矩形塊。將長邊中的一個(gè)在邊緣(5mm)上用膠帶掩蔽。將泡沫放置在硅氧烷涂覆的防粘13襯墊上，并且將N-甲基吡咯烷酮陽極漿料澆注并展布在泡沫上。將此過程重復(fù)兩次以完全浸潤泡沫。陽極漿料的組成為(重量％):88%MCMB28-106%SAB炭黑6%Atofina761APVDF該漿料也包含少量的草酸3xl0—3g的草酸/g的MCMB。在浸潤之后，將泡沫在80'C下干燥，并且使其穿過珠寶商軋機(jī)上的lmm的設(shè)定輥隙。將該材料進(jìn)一步在80。C和真空下干燥并且切割以產(chǎn)生一塊5cmx3.5cm的電極，在電極的頂部帶有0.5cm的未涂布區(qū)域(活性面積=15.75cm2并且總面積-17.5cm2)，其中電極加載量為43mg/cm2。在300mAh/g時(shí)，此電極具有179mAh的理論容量。將鎳插片點(diǎn)焊到泡沫的掩蔽區(qū)域上，并且使用Celgard2325分隔體、EC/DMC電解質(zhì)中的1MLiPF6、以及3.5密耳的鋰箔制成袋狀電池。該Cu泡沫基MCMB陽極在箔袋測試中性能良好，并且圖8所示的結(jié)果指示了該厚泡沫基陽極的可接受的額定容量和性能。已描述了若干具體實(shí)施。然而應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離權(quán)利要求書的實(shí)質(zhì)和范圍的條件下可作出各種修改形式。權(quán)利要求1.一種電池，所述電池包括外殼；在所述外殼內(nèi)的陰極，所述陰極包括鋰離子活性陰極材料和所述活性陰極材料內(nèi)的導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)，其中所述陰極具有至少1mm的厚度；和在所述外殼內(nèi)的陽極。2.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)包括開孔金屬泡沫、鋁、金屬填料、或在充電或放電時(shí)會(huì)膨脹或收縮的金屬合金。3.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述陽極包括活性陽極材料和在所述活性陽極材料內(nèi)的導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)。4.如權(quán)利要求3所述的電池，其中所述活性陽極材料包括中間相碳微J求、LiJi5012、或它們的組合。5.如權(quán)利要求3所述的電池，其中所述導(dǎo)電材料陽極網(wǎng)絡(luò)包括開孔金屬泡沫、銅或金屬填料。6.如權(quán)利要求1所述的電池，所述電池還包括介于所述陰極和所述陽極之間的分隔體。7.如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)包括不含活性陰極材料的孔的表面層。8.如權(quán)利要求l所述的電池，其中所述電池為二次電池。如權(quán)利要求1所述的電池，其中所述電池包括堆疊層棱柱形構(gòu)造。9.<image>imageseeoriginaldocumentpage2</image>10.如權(quán)利要求l所述的電池，其中所述電池包括多個(gè)堆疊盤，每個(gè)堆疊盤均包括至少一個(gè)陰極區(qū)和至少一個(gè)陽極區(qū)。全文摘要一種電池可包括外殼、外殼內(nèi)的陰極、以及外殼內(nèi)的陽極。陰極可包括鋰離子活性陰極材料和活性陰極材料內(nèi)的導(dǎo)電金屬材料網(wǎng)絡(luò)。陰極可具有至少1mm的厚度。文檔編號(hào)H01M4/66GK101641815SQ200880009703公開日2010年2月3日申請日期2008年3月20日優(yōu)先權(quán)日2007年3月26日發(fā)明者A·卡普蘭,G·辛特拉,J·M·鮑爾頓,K·S·南津達(dá)斯瓦米申請人:吉列公司