[发明专利]采用凝胶聚合物电解质膜的金属离子蓄电池的电化学组的制备方法和相关蓄电池

说明书

本发明涉及一种金属离子蓄电池(A)如锂离子蓄电池的电化学组(F)的制备方法。根据本发明，实施了一种将凝胶聚合物电解质膜整合在电化学组中的新方式，这使得能够克服与此类膜的特性有关的限制，所述限制使其不适用于绕制或Z折叠的已知方法中。

技术领域

本发明涉及金属离子电化学发电器领域，该金属离子电化学发电器根据金属离子在至少一个电极中的插入或取出原理、或称为插消(intercalation-désintercalation)原理来工作。

本发明更具体涉及由已处于凝胶状态的聚合物电解质膜制备金属离子电化学蓄电池的新方式。

根据本发明的凝胶聚合物电解质膜是在不同组分组装时替代已知的隔膜而实施的。

本发明旨在改进金属离子蓄电池的组装方法，特别是通过最终减少所需要的步骤数。

尽管参照锂离子蓄电池进行说明，本发明适用于任何金属离子电化学蓄电池，即同样适用于钠离子、镁离子、铝离子等电化学蓄电池。

背景技术

如图1和2中示意性所示，锂离子电池组或蓄电池通常包括至少一个电化学电池C，该电化学电池由位于正电极或阴极2和负电极或阳极3之间且由电解质组分1浸泡的隔膜、连接到阴极2上的电流集电器4、连接到阳极3上的电流集电器5、以及最后的设置为密封容置电化学电池的包装6构成，所述电流集电器4、5的一部分贯穿包装6以形成输出端子。

惯常的锂离子电池组的结构是所谓的单极结构，这是因为单个电化学电池包括阳极、阴极和电解质。单极结构的几何形状的多个类型是已知的：

-专利申请US 2006/0121348中公开的圆柱形状；

-专利US 7348098、US 7338733中公开的棱柱形状；

-专利申请US 2008/060189、US 2008/0057392以及专利US 7335448中公开的堆叠形状。

电解质组分可以是固态、液态或凝胶态的。在最后一种形态下，所述组分可以包括聚合物隔膜或被有机电解质或离子液体类型的电解质浸透的微孔复合物隔膜，这使得锂离子能够从阴极移动到阳极以进行充电或相反地进行放电，从而生成电流。电解质通常是有机溶剂混合物，例如其中加入了典型地为LiPF₆的锂盐的碳酸盐。

正电极或阴极由锂阳离子插入材料组成，该材料通常是复合物，例如磷酸铁锂LiFePO₄、氧化锂钴LiCoO₂、氧化锂锰(必要时取代)LiMn₂O₄，或基于LiNi_xMn_yCo_zO₂的材料，其中x+y+z＝1，如LiNi_0.33Mn_0.33Co_0.33O₂，或基于镍钴铝氧化物LiNi_xCo_yAl_zO₂的材料，其中x+y+z＝1，如LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂。

负电极或阳极最常见由以下材料组成：碳、石墨或Li₄TiO₅O₁₂(钛酸盐材料)，必要时还基于硅或基于锂或基于锡及其合金，或者基于硅形成的复合物。该负电极和正电极一样也可以含有电子导体添加物以及聚合物添加物，所述添加物赋予其适用于锂离子电池组应用或其实施方法的机械特性和电化学性能。

根据常见技术，锂插入材料制成的阳极和阴极能够以活性层的形式连续设置在构成电流集电器的金属片或金属条上。

连接到正电极上的电流集电器通常由铝制成。