專利名稱：使用層壓組件的電池制造技術
使用層壓組件的電池制造背景商業(yè)上，非常大量地使用各種電池化學的電池。非常大量地出售的許多設備例如移動電話和膝上型計算機包含電池。而且，電池非常大量地使用在汽車例如混合動力汽車中。在許多情況下，扁平封裝式電池由各種扁平層壓制品制成并密封到容器中。這種電池用在便攜式電子設備以及汽車應用中，然而扁平單元電池通常難以制造。概述微孔電池隔板可以被層壓到電極并在連續(xù)材料卷上的整個制造中被操縱。電池可以通過使層壓電極和隔板成層來構造成各種構型，包括扁平電池和纏繞單元電池。隔板可以包括或者可以不包括非編織加固件或其他加固件，并且可以使用多種不同方法來被層壓至IJ電極。
以簡化形式提供了本概述以介紹所選擇的概念，這些概念在下面在詳細描述中進一步描述。本概述既不意圖確定要求保護的主題的關鍵特征或基本特征，又不意圖用來限制要求保護的主題的范圍。附圖簡述在附圖中，圖I是實施方式的圖解說明，示出了加固多孔材料的橫截面。圖2是實施方式的流程圖說明，示出了形成多孔材料的方法。圖3是實施方式的圖解說明，示出了連續(xù)制造加固多孔材料的過程。圖4是實施方式的圖解說明，示出了連續(xù)制造加固多孔材料的浸潰方法的過程。圖5是實施方式的圖解說明，示出了制造加固多孔薄膜的單面層壓方法。圖6是實施方式的圖解說明，示出了制造加固多孔薄膜的兩面層壓方法。圖7是實施方式的流程圖說明，示出了形成具有填料的多孔材料的方法。圖8是實施方式的圖解說明，示出了制造電池層壓制品(battery laminate)的示意性過程。圖9是實施方式的圖解說明，示出了制造電池層壓制品的第二示意性過程。

圖10是實施方式的圖解說明，示出了制造電池層壓制品的第三示意性過程。圖11是實施方式的圖解說明，示出了組裝的層壓制品。圖12是實施方式的圖解說明，示出了電池結構的組裝過程。圖13是實施方式的圖解說明，示出了纏繞電池結構的組裝過程。詳細描述可以通過首先制造包括隔板材料的層壓制品來制造電池，該隔板材料附接到各種電池部件，例如正極、負極、集流體箔、包裝薄膜和其他材料。各種電池部件可以在隔板材料形成時附著于隔板材料，或者通過次級操作例如粘附或層壓而附著于隔板材料。在制造多個層壓制品后，層壓制品可以使用多種高容量制造方法來堆疊、纏繞或以其他方式形成電池。因為電池部件被預先附接到隔板，所以組裝過程可以比電池部件未被預先附接的其他方法簡化。堆疊的扁平單元電池設計可以通過堆疊并對齊多個層壓制品來組裝。一旦堆疊，個體單元就可以被熱封并從堆疊層壓制品切割。纏繞單元電池設計可以通過圍繞其自身纏繞或折疊層壓制品的一部分來組裝。其他制造過程也可以與包括隔板和各種電池部件的層壓制品一起使用。層壓制品可以通過多種不同方法來制造。在一種實施方式中，電池部件例如電極和集流體箔可以被放置在輸送帶上。非編織網可以用形成隔板材料的溶液來滲透，然后非編織網可以被放置在電池部件的頂部上。當輸送機行進穿過爐時，隔板材料可以膠凝并固化。結果可能是包括具有附著于隔板的電池部件的加固網的連續(xù)隔板材料卷。其他實施方式可以以不同方式制造層壓制品。例如，其他實施方式可以充分地固化隔板材料并在次級過程中使用粘合劑、熱層壓或其他連接過程來應用電池部件。主題的具體實施方式
用來說明具體的發(fā)明方面。實施方式只是作為示例并容許各種修改和替換形式。所附權利要求意圖覆蓋落在如權利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內的全部修改、等同物和備選方案。在該整個說明書中，在附圖的整個描述中，相同的參考數字表示相同的元件。
當元件被稱為“連接”或“耦合”時，該元件可以被直接連接或耦合在一起，或者也可以存在一個或多個介入元件。與此相反，當元件被稱為“直接連接”或“直接耦合”時，不存在介入元件。圖I是實施方式100的示意性圖解，示出了多孔材料的橫截面，該多孔材料可以使用溶解在溶劑中的聚合物的溶液以及具有較高表面能的可混合的成孔劑來形成。多孔材料 102和104顯示在網106的兩面上。圖I未按比例且為示意性圖解。在某些實施方式中，多孔材料102和104可以浸潰非編織網106。這樣的實施方式可以存在多孔材料102和104部分浸潰或全部浸潰到非編織網106的厚度中。某些實施方式可以存在多孔材料102和104機械粘附或化學粘附到非編織網106的表面。其他實施方式可以基于采用的具體制造過程而改變橫截面，并且可以在層間具有完全浸潰或非常小的機械聯(lián)鎖。 實施方式100可以由多種不同方法來制造。在某些情況下，多孔材料102和104可以分開地形成并結合到非編織加固件106。在其他情況下，多孔材料102和104可以由這樣的溶液形成，該溶液可以以液體形式涂敷到加固件106并且被處理以生成多孔材料102和 104以及加固件106。圖2是實施方式200的流程解，示出了形成多孔材料的方法。實施方式200 是一般方法，其示例在下面討論。在框202中，溶液可以用溶解在可以用作成孔劑的第一液體和第二液體中的聚合物來形成。液體可以基于沸點或揮發(fā)性和表面張力來選擇，以便在加工時聚合物形成為具有高的多孔性。這樣的液體的示例在下面討論。在框202中形成溶液之后，在框204中，該溶液被涂敷到載體。載體可以是任何類型的材料。在某些情況下，一扁平片的多孔材料可以被澆注到在分批過程中起載體的作用的桌面上。在其他情況下，薄膜例如聚合物薄膜、處理過或未處理過的牛皮紙、鋁箔或其他襯墊或載體材料可以在連續(xù)過程中使用。在這樣的情況下，多孔薄膜可以在次級過程中被制造并附接到加固網。在另一些情況下，載體材料可以是非編織、編織、穿孔或其他加固網。 在這樣的情況下，溶液可以通過浸潰、噴涂、澆注、擠出、灌注、涂布或者涂敷該溶液的任何其他方法來涂敷。加固網可以是任何類型的加固件，包括基于聚合物的非編織網、紙制品和玻璃纖維。在某些情況下，編織材料可以與天然或人造纖維一起使用，然而在其他情況下，固體薄膜可以被穿孔、開槽或擴張，并用作加固網。在框206中，可以除去足夠的主液體(primary liquid),使得溶解的聚合物可以開始膠凝。在某些實施方式中，主液體中的一些、大部分或大體上全部可以在框206中除去。當聚合物開始膠凝時，材料的機械結構可以開始獲得形狀且多孔性可以開始形成。在該時間期間，材料可以具有某些機械特性，以便可以使用不同的機構來除去任何殘留的主液體和次要液體(secondary liquid)。次要液體可以在框208中除去。在框206的膠凝過程期間，各種材料之間的表面張力的差異可以允許次要液體聚結并形成液滴，因為第一液體被除去，所以聚合物可以圍繞液滴膠凝。在聚合物固化之后或者在聚合物固化時，可以除去第二液體。在某些情況下， 兩種液體的沸點或揮發(fā)性可以被選擇為使得主液體在次要液體之前蒸發(fā)。除去主液體和次要液體的機制可以是除去液體的任何類型的合適機制。在某些情況下，主液體可以通過單向、質量傳遞機制例如蒸發(fā)、芯吸、吸出、機械壓縮或其他機制來除去。某些方法可能采用雙向質量轉移，例如沖洗或洗滌。在某些情況下，可以采用一種方法來除去主液體，并且第二方法可以用于次要液體。例如，主液體可以通過蒸發(fā)來至少部分地除去，同時剩下的主液體和次要液體可以通過沖洗或機械地擠壓材料來除去。下面呈現了生產多孔材料的制劑和方法的三種實施方式。在第一實施方式中，多孔材料可以通過首先在基材上形成一層聚合物溶液來形成，其中聚合物溶液可以包括兩種可混合液體以及溶解在其中的聚合物材料，其中該兩種可混合液體可以包括(i)主溶劑液體，其可以具有比聚合物的表面能低至少5%的表面張力，以及(ii)第二液體，其可以具有比聚合物的表面能高至少5%的表面張力。其次，在足以在該層聚合物溶液內提供非濕潤、高表面張力溶液的條件下，膠凝的聚合物可以由該層聚合物溶液來生成。并且第三，通過不溶解該膠凝聚合物的單向質量傳遞從膠凝聚合物的薄膜快速地除去液體，來生成堅固的、高多孔性的、微孔的聚合物102和104。在第二實施方式中，多孔材料104可以使用包括以下步驟的方法來生成(i)制備一種或多種聚合物在主液體(principal liquid)和第二液體的混合物中的溶液，主液體是用于聚合物的溶劑，第二液體與主液體可混合，其中(i)主液體可以具有比聚合物的表面能低至少5%的表面張力，(ii)第二液體可以具有比聚合物的表面能高至少5%的表面張力，(iii)主液體的標準沸點小于125°C且第二液體的標準沸點小于約 160°C, (iv)聚合物可以在第二液體中比在主液體中具有更低的溶解度，以及(V)溶液可以在高于主液體的標準沸點小于約20°C的溫度下制備，且同時排除主液體的任何實質蒸發(fā)；(ii)在溶液要被澆注時，將溶液的溫度減少至少5°C，達到主液體的標準沸點和基材的溫度之間；(iii)將聚合物溶液澆注到高表面能基材上，以在其上形成液體涂層，所述基材具有比聚合物的表面能大的表面能；以及(iv)在約5分鐘的時間內，通過單向質量傳遞，不使用提取浴(extraction bath)、(ii)沒有使聚合物再溶解、并且(iii)在低于約100°C的最大空氣溫度下，將主液體和第二液體從涂層除去，以形成堅固的、高多孔性的、薄的、對稱的聚合物膜。在第三實施方式中，多孔材料104可以通過包括以下步驟的方法來生成(i)將按重量計約3%到20%的聚合物溶解在包括(a)是聚合物的溶劑的主液體以及(b)第二液體的加熱多重液體系統(tǒng)中，來形成聚合物溶液，其中(i)主液體可以具有比聚合物的表面能低至少5%的表面張力，(ii)第二液體可以具有比聚合物的表面能高至少 5%的表面張力，以及(iii)聚合物可以在第二液體中具有比其在主溶劑液體中具有的溶解度低的溶解度；(ii)在溶液要被澆注時，將溶液的溫度減少至少5°C，達到主液體的標準沸點和基材的溫度之間；(iii)將完全溶解的溶液的薄膜澆注到基材上，該基材可以具有比聚合物的表面能高的表面能；(iv)使聚合物沉淀以形成連續(xù)凝膠相，同時維持初始聚合物溶液的總液體含量的至少70%，所述沉淀通過選自由冷卻、延長停留時間、溶劑蒸發(fā)、振動或超聲波組成的組的方法來引起；以及
(V)通過單向質量傳遞而不使用任何提取浴、在小于最低沸騰液體的標準沸點的最大薄膜溫度下并且在約5分鐘的時間內將殘留液體除去，以形成堅固的、高多孔性的、薄的、對稱的聚合物膜。前述實施方式是多孔材料可以從液體溶液形成多孔聚合物的不同方法的示例。可以采用不同的實施方式來生成多孔材料102和104，且這樣的實施方式可以包括附加步驟或比上述實施方式更少的步驟。其他實施方式也可以采用不同的加工時間、材料濃度或其他變化形式。多孔材料102和104的實施方式中的每一個可以開始于在包括兩種或更多種不同但可混合的液體的液體介質中形成一種或多種可溶聚合物的溶液。為了形成高度多孔的產品，總聚合物濃度通常可以在按重量計約3%到20%的范圍中。按重量計約3%到10%的較低聚合物濃度對于具有大于70 %，優(yōu)選大于75 %，且最優(yōu)選大于80 %的孔隙率的膜的制備來說可能是優(yōu)選的。約10%到20%的較高聚合物濃度對于制備稍微更低孔隙率的膜即約60 %到70 %來說可能是更有用的。形成聚合物溶液的合適溫度可以大體上從約40°C向上變動到超過主液體的標準沸點約20°C，優(yōu)選從約40°C變動到80°C，更優(yōu)選從約50°C變動到約70°C。形成聚合物溶液的合適壓力可以大體上從約O變動到約50psig。在某些實施方式中，聚合物溶液可以在真空中形成。優(yōu)選使用密封增壓系統(tǒng)。材料102可以在至少兩種不同但可混合的液體的存在下形成，以形成可以澆注聚合物薄膜的聚合物溶液。對聚合物來說，第一 “主”液體可以是比第二液體更好的溶劑，并且可以具有比包括的聚合物的表面能低至少5%，優(yōu)選至少10%的表面張力。第二液體可以是聚合物的溶劑或非溶劑，并且可以具有比聚合物的表面能高至少5%，優(yōu)選至少10% 的表面張力。主液體可以是總液體介質的按重量計至少70%，優(yōu)選約80%到95%。主液體可以在可以形成溶液的溫度和壓力下溶解聚合物。溶解可以大體上在接近或超過主液體的沸點溫度下，通常在密封容器中發(fā)生以防止主液體的蒸發(fā)。對于聚合物來說，主液體可以具有比第二液體高的溶劑強度。而且，主液體可以具有比聚合物的表面能低至少約5%，優(yōu)選至少約10%的表面張力。較低的表面張力可以導致較好的聚合物濕潤以及因此較大的增溶能力?？梢源篌w上代表總液體介質的按重量計約1%到10%的第二液體可以與第一液體可混合。在選擇的溫度和壓力下，第二液體可以溶解或者可以不溶解聚合物以及第一液體。第二液體可以具有比聚合物的表面能高的表面張力。優(yōu)選地，雖然在更加高的溫度下第二液體可以使聚合物濕潤，但是在膠凝溫度下第二液體可以使聚合物濕潤或者可以不使聚合物濕潤。表A和表B確定了可以與典型聚合物(尤其包括PVDF) —起使用的某些具體的主液體和第二液體。表A列出了對PVDF(35達因/cm的表面能)具有至少某些溶解度的液體，其可以在過程的第一步驟中產生溶解的聚合物溶液。理想地，液體可以從表A中選擇， 其在約20°C到90°C的范圍內的溫度下具有聚合物的按重量計1%到50%之間的溶解度極限。另一方面，表B中的液體可能具有比表A中的液體低的聚合物溶解度，但是因為其具有比主液體和可以溶解在由來自表A的液體制成的溶液中的聚合物二者都高的表面張力，所以可以被選擇。表A和B代表可以被使用來生成多孔材料102和104的合適液體的典型示例。其他實施方式可以采用不同的液體作為主液體或第二液體。在下面的表A中提供了用作主液體的合適液體的示例連同其沸點和表面張力。該表是按增加沸點的順序來布置的，沸點對于在薄膜形成步驟期間實現快速膠凝以及液體的除去來說是有用的參數。在某些應用中，可能優(yōu)選較低沸點。 表A
主液體標準沸點，EC表面能，達因/cm~
甲酸甲酯3ΤΤ Kl
丙酮(2-丙酮)5623 5
~乙酸甲酉旨56 924^7
四氫呋喃6626Λ
乙酸乙酯7723 4
甲乙酮(2-丁酮) 8024
乙腈8129
碳酸二甲酯903 Γ9
~1,2- 二噁燒1003權利要求
1.一種方法，包括 準備多個電池部件； 將所述多個電池部件中的至少一些電池部件放置成使得所述電池部件中的每一個電池部件不與另一個電池部件相接觸； 將所述多個電池部件附接到連續(xù)隔板膜； 將所述連續(xù)隔板膜切割成層壓制品子組件；以及 由所述層壓制品子組件形成電池。
2.如權利要求I所述的方法，所述附接包括在所述多個電池部件的頂部上形成所述連續(xù)隔板膜。
3.如權利要求2所述的方法，所述形成包括澆注。
4.如權利要求3所述的方法，所述澆注包括 在第一液體和第二液體中形成包括溶解聚合物的溶液； 將所述第一液體中的至少一部分除去，使得所述聚合物開始膠凝； 在所述膠凝已經開始之后，除去所述第二液體。
5.如權利要求4所述的方法，所述電池部件被放置在輸送機上。
6.如權利要求4所述的方法，所述電池部件被放置在載體薄膜上。
7.如權利要求4所述的方法，所述電池部件被放置在第二連續(xù)隔板膜上。
8.如權利要求I所述的方法，所述附接包括將熱量施加到所述連續(xù)隔板膜。
9.如權利要求I所述的方法，所述附接包括對于所述連續(xù)隔板膜的溶劑。
10.如權利要求I所述的方法，在所述附接之前，所述電池部件被預切割成合適尺寸。
11.如權利要求I所述的方法，所述連續(xù)隔板膜具有加固網。
12.如權利要求I所述的方法，所述形成包括通過使附接到所述層壓制品子組件的隔板熔化來將第一層壓制品子組件熱結合到第二層壓制品子組件。
13.如權利要求I所述的方法，所述層壓制品子組件包括延伸經過所述電池部件的一部分的隔板膜的一部分。
14.如權利要求I所述的方法，所述電池通過堆疊多個所述層壓制品子組件來形成。
15.如權利要求I所述的方法，所述電池通過纏繞所述層壓制品子組件中的至少一個層壓制品子組件來形成。
16.如權利要求I所述的方法，所述電池部件包括主要由下列部件組成的組中的至少一個部件 正極； 負極； 包裝薄膜；以及 導電箔。
17.一種方法，包括 準備多個電池部件； 在第一液體和第二液體中形成包括溶解聚合物的溶液； 使所述多個電池部件中的至少一個電池部件與所述溶液相接觸； 當所述多個電池部件中的所述至少一個電池部件與所述溶液相接觸時，除去所述第一液體中的至少一部分，使得所述聚合物開始膠凝，并且在所述膠凝已經開始之后除去所述第二液體，以在所述電池部件上形成隔板膜。
18.如權利要求17所述的方法，所述方法還包括 將所述連續(xù)隔板膜切割成層壓制品子組件；以及 由所述層壓制品子組件形成電池。
19.如權利要求18所述的方法，所述方法還包括 通過熱封所述隔板膜來熱封所述層壓制品子組件中的至少兩個層壓制品子組件。
20.如權利要求19所述的方法，所述方法還包括 通過堆疊所述層壓制品子組件來形成所述電池。
全文摘要
一種微孔電池隔板可以被層壓到電極并在連續(xù)材料卷上的整個制造中被操縱。電池可以通過使層壓電極和隔板成層來構造成各種構型，包括扁平電池和纏繞單元電池。隔板可以包括或者可以不包括非編織加固件或其他加固件，并且可以使用多種不同方法來被層壓到電極。
文檔編號H01M10/05GK102714333SQ201080048734
公開日2012年10月3日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2009年8月31日
發(fā)明者伯納德·佩里, 大衛(wèi)·斯奈德, 柯爾比·W·比爾德, 蒂莫西·菲弗 申請人:多孔滲透電力技術公司