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1、(10)申请公布号 CN 102460772 A (43)申请公布日 2012.05.16 C N 1 0 2 4 6 0 7 7 2 A *CN102460772A* (21)申请号 201080031856.5 (22)申请日 2010.05.26 61/217,132 2009.05.26 US H01M 2/14(2006.01) (71)申请人奥普图多特公司 地址美国马萨诸塞州 (72)发明人史蒂文艾伦卡尔森 (74)专利代理机构北京英赛嘉华知识产权代理 有限责任公司 11204 代理人余朦 王艳春 (54) 发明名称 利用直接涂覆在纳米孔隔板上的电极的电池 (57) 摘要 提供了一。
2、种锂电池，包括：(a)隔板/阴极组 件包括，夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的 阴极集流器层、和结合在第一阴极层一侧上的多 孔隔板层，其中第一阴极层直接涂覆在隔板层上， (b)隔板/阳极组件包括，夹置在第一阳极层和第 二阳极层之间的阳极集流器层、和结合在第一阳 极层一侧上的多孔隔板层，其中第一阳极层直接 涂覆在隔板层上，以及(c)电解质，其中电池包括 隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的交替层。优 选地，隔板/阴极组件的一部分不接触隔板/阳极 组件，以及隔板/阳极组件的一部分不接触隔板/ 阴极组件，通过这些部分制备导电边缘连接。还提 供了制备这种锂电池的方法。 (30)优先权数据 (85)PCT申。
3、请进入国家阶段日 2012.01.13 (86)PCT申请的申请数据 PCT/US2010/001535 2010.05.26 (87)PCT申请 的公布数据 WO2010/138176 EN 2010.12.02 (51)Int.Cl. 权利要求书4页 说明书10页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 4 页 说明书 10 页 附图 5 页 1/4页 2 1.一种锂电池，包括： (a)隔板/阴极组件，其中，所述隔板/阴极组件包括： 夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极集流器层；和 位于所述第一阴极层与所述阴极集流器层相对的一侧的多孔隔板层； 其。
4、中，所述第一阴极层直接涂覆在所述隔板层上； (b)隔板/阳极组件，其中，所述隔板/阳极组件包括： 夹置在第一阳极层和第二阳极层之间的阳极集流器层；和 位于所述第一阳极层与所述阳极集流器层相对的一侧的多孔隔板层； 其中，所述第一阳极层直接涂覆于所述隔板层；以及 (c)电解质， 其中，所述电池包括所述隔板/阴极组件和所述隔板/阳极组件的交替层。 2.如权利要求1所述的电池，其中，所述阴极集流器层直接涂覆于所述第一阴极层。 3.如权利要求2所述的电池，其中，所述第二阴极层直接涂覆于所述阴极集流器层。 4.如权利要求1所述的电池，其中，所述第一阴极层邻近所述隔板层的表面轮廓和所 述隔板层邻近所述第一阴。
5、极层的表面轮廓相匹配，并且其中所述隔板层的表面轮廓与在将 所述第一阴极层涂覆于所述隔板层之前相同。 5.如权利要求1所述的电池，其中，所述第一阴极层包含选自电活性颗粒和导电性颗 粒的电极颗粒，并且其中所述电极颗粒不存在于邻近所述第一阴极层的所述隔板层中。 6.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层包括隔板颗粒， 并且其中所述隔板颗粒不存在于所述第一阴极层中。 7.如权利要求6所述的电池，其中，所述隔板颗粒选自无机氧化物颗粒、无机氮化物颗 粒、无机碳酸盐颗粒、无机硫酸盐颗粒和聚合物颗粒。 8.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的一部分不与所述隔板/阳极 组件接。
6、触。 9.如权利要求8所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述一部分，与所述隔板/ 阴极组件不接触所述隔板/阳极组件的另外一个或多个部分相接触。 10.如权利要求9所述的电池，其中，具有导电性销的器件电接触所述一部分和所述另 外一个或多个部分，并且所述具有导电性销的器件不与所述隔板/阳极组件的任何部分电 接触。 11.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的一部分不与所述隔板/阴 极组件接触。 12.如权利要求11所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述部分，与所述隔板/ 阳极组件不接触所述隔板/阴极组件的一个或多个部分接触。 13.如权利要求12所述的电池，其中，具有导电性销的。
7、器件电接触所述部分和所述另 外一个或多个部分，并且所述具有导电性销的器件不与所述隔板/阴极组件的任何部分电 接触。 14.如权利要求11所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的一部分不与所述隔板/阳 极组件接触，并且与所述隔板/阴极组件不接触所述隔板/阳极组件的另外一个或多个部 分接触。 权 利 要 求 书CN 102460772 A 2/4页 3 15.如权利要求14所述的电池，其中，具有导电性销的器件电接触所述隔板/阴极组件 的所述部分、和所述隔板/阴极组件的所述另外一个或多个部分，并且所述具有导电性销 的器件不与所述隔板/阳极组件的任何部分电接触。 16.如权利要求1所述的电池，其中，所述。
8、隔板/阴极组件的所述阴极集流器层包括铝 层。 17.如权利要求16所述的电池，其中，所述铝层的厚度小于3微米。 18.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述阳极集流器层包括选 自铜层和镍层的金属层。 19.如权利要求18所述的电池，其中，所述金属层的厚度小于3微米。 20.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层包括平均孔径 小于0.2微米的孔。 21.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层包括平均孔径 小于0.1微米的孔。 22.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层包括平均孔径 小于0.2微米的孔。 23.如权。
9、利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层包括平均孔径 小于0.1微米的孔。 24.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层的厚度小于9 微米。 25.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层的厚度小于6 微米。 26.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层的厚度小于9 微米。 27.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层的厚度小于6 微米。 28.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层包括干凝胶膜。 29.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层包括铝勃。
10、姆石。 30.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述隔板层是在200处 尺寸稳定的耐热隔板层。 31.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层包括干凝胶膜。 32.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层包括铝勃姆石。 33.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层是在200处 尺寸稳定的耐热隔板层。 34.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述阴极集流器层包括选 自导电性金属、导电性碳和导电性聚合物的导电性材料。 35.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述阴极集流器层包括直 接涂覆于。
11、所述第一阴极层上的两个或多个层，并且其中所述两个或多个层中的至少一个包 括包含碳的导电性材料。 36.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阴极组件的所述阴极集流器层的厚度 权 利 要 求 书CN 102460772 A 3/4页 4 小于3微米。 37.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述阳极集流器层包括选 自导电性金属、导电性碳和导电性聚合物的导电性材料。 38.如权利要求1所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述阳极集流器层包括直 接涂覆于述第一阳极层上的两个或多个层，并且其中所述两个或多个层中的至少一个包括 含碳的导电性材料。 39.如权利要求1所述的电池，其中，。
12、所述隔板/阳极组件的所述阳极集流器层的厚度 小于3微米。 40.如权利要求1所述的电池，其中，所述阳极集流器层直接涂覆在所述第一阳极层 上。 41.如权利要求40所述的电池，其中，所述第二阳极层直接涂覆于所述阳极集流器层。 42.如权利要求1所述的电池，其中，所述第一阳极层邻近所述隔板层的表面轮廓与所 述隔板层邻近所述第一阳极层的表面轮廓相匹配，并且其中所述隔板层的表面轮廓和在将 所述第一阳极层涂覆于述隔板层之前相同。 43.如权利要求1所述的电池，其中，所述第一阳极层包括选自电活性颗粒和导电性颗 粒的电极颗粒，并且其中所述电极颗粒不存在于邻近所述第一阳极层的所述隔板层中。 44.如权利要求1。
13、所述的电池，其中，所述隔板/阳极组件的所述隔板层包括隔板颗粒， 并且其中所述隔板颗粒不存在于所述第一阳极层中。 45.如权利要求44所述的电池，其中，所述隔板颗粒选自无机氧化物颗粒、无机氮化物 颗粒、无机碳酸盐颗粒、无机硫酸盐颗粒和聚合物颗粒。 46.一种锂电池，包括： (a)隔板/阴极组件，其中所述隔板/阴极组件包括： 夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极集流器层；和 位于第一阴极层与所述阴极集流器层相对的一侧的多孔隔板层； 并且其中所述第一阴极层直接涂覆于述隔板层； (b)隔板/阳极组件，其中所述隔板/阳极组件包括： 阳极层；和 位于阳极层的一侧的多孔隔板层； 并且其中所述阳极层直接涂覆。
14、于所述隔板层； 以及 (c)电解质， 其中所述电池包括所述隔板/阴极组件和所述隔板/阳极组件的交替层。 47.如权利要求46所述的电池，其中，所述阳极层包括锂金属。 48.如权利要求46所述的电池，其中，所述第一阴极层和第二阴极层包括硫或分子式 为S x 2- 的多硫化物，其中x是2-8的整数。 49.一种制备锂电池的方法，包括： (a)将多孔隔板层涂覆于基板； (b)将第一阴极层直接涂覆于所述隔板层的第一部分； (c)将一个或多个阴极集流器层直接涂覆于所述第一阴极层； 权 利 要 求 书CN 102460772 A 4/4页 5 (d)将第二阴极层直接涂覆于所述一个或多个阴极集流器层； (e。
15、)将第一阳极层直接涂覆于所述隔板层的第二部分； (f)将一个或多个阳极集流器层直接涂覆于所述第一阳极层；以及 (g)将第二阳极层直接涂覆于所述一个或多个阳极集流器层。 50.如权利要求49所述的方法，其中，在步骤(g)之后，还包括步骤(h)：使所述基板从 所述隔板层的所述第一和第二部分分层，以制备隔板/阴极组件和隔板/阳极组件。 51.如权利要求50所述的方法，其中，在步骤(h)之后，还包括步骤(i)：使所述隔板/ 阴极组件和所述隔板/阳极组件交错，以形成干隔板/电极电池。 52.如权利要求51所述的方法，其中，在所述交错步骤(i)之前，所述隔板/阴极组件 和所述隔板/阳极组件成片状构造。 5。
16、3.如权利要求51所述的方法，其中，在步骤(i)之后，所述隔板/阴极组件的一部分 不与所述隔板/阳极组件接触，所述隔板/阳极组件的一部分不与所述隔板/阴极组件接 触，其中具有导电性销的第一器件电连接所述隔板/阴极组件的所述一部分中的两个或多 个，并且具有导电性销的第二器件电连接所述隔板/阳极组件的所述一部分中的两个或多 个。 54.如权利要求51所述的方法，其中，还包括： (1)将所述干隔板/电极电池封装在外壳中；以及 (2)填充电解质并密封。 55.如权利要求49所述的方法，其中，步骤(c)的所述一个或多个阴极集流器层包括金 属层，并且所述金属层的厚度小于3微米。 56.如权利要求49所述的。
17、方法，其中，所述隔板层包括平均孔径小于0.1微米的孔。 57.如权利要求49所述的方法，其中，所述隔板层的厚度小于6微米。 58.如权利要求49所述的方法，其中，步骤(f)的所述一个或多个阳极集流器层包括金 属层，并且所述金属层的厚度小于3微米。 59.如权利要求49所述的方法，其中，步骤(a)的所述基板是多孔基板，步骤(d)形成 隔板/阴极组件，以及步骤(g)形成隔板/阳极组件，并且其中还包括：使所述隔板/阴极 组件和所述隔板/阳极组件交错以形成干隔板/电极电池。 60.如权利要求59所述的方法，其中，所述多孔基板选自多孔聚合物膜和多孔非织造 的聚合物纤维基板。 61.如权利要求59所述的方。
18、法，其中，所述隔板/阴极组件的一部分不与所述隔板/阳 极组件接触，所述隔板/阳极组件的一部分不与所述隔板/阴极组件接触，并且其中具有导 电性销的第一器件与所述隔板/阴极组件的所述一部分中的两个或多个电连接，并且具有 导电性销的第二器件与所述隔板/阳极组件的所述一部分中的两个或多个电连接。 62.如权利要求59所述的方法，其中，还包括： (1)将所述干隔板/电极电池封装在外壳中；以及 (2)填充电解质并密封。 权 利 要 求 书CN 102460772 A 1/10页 6 利用直接涂覆在纳米孔隔板上的电极的电池 技术领域 0001 本发明通常涉及电池和其它电流产生电池的领域。更具体地，本发明涉及。
19、利用纳 米孔隔板的锂电池、和通过以期望构造利用纳米孔结构的隔板来覆盖电池的其它的层来制 备锂电池的方法。 背景技术 0002 锂电池，包括可再充电的或二次锂离子电池、不可再充电的或一次锂电池、和诸如 锂-硫电池的其它类型电池，通常通过交错塑料隔板、两侧涂覆阴极层的金属基板、另外塑 料隔板、和两侧涂覆阳极层的另外金属基板来制造锂电池。为了保持这些材料的条带的对 齐和其它质量原因，该交错通常在自动设备上进行，这是复杂和昂贵的。此外，为了实现足 够机械强度和完整性，隔板和金属基板相对较厚，例如厚度为10微米或更厚。例如，用于阳 极涂层的铜金属基板的典型厚度为10微米，阴极涂层的铝金属基板的典型厚度为。
20、12微米， 并且塑料隔板的厚度通常为12-20微米。这些较厚隔板和金属基板不是电化学活性的，因 此减小锂电池的电极中电活性材料的体积。这限制了锂电池的能量密度和功率密度。 0003 锂电池的新应用是用于混合动力、插电式混合动力和电力车辆的大功率电池。与 手提式计算机与其它应用的锂电池中使用的圆柱形金属电池相比，用于车辆的多种锂电池 为扁平或棱柱形设计。此外，用于车辆的锂电池需要是经济的。制造用于车辆和其它应用 的更高能量和更经济的锂电池的潜在方案包括，极大增加各电池中的电活性材料的体积的 比例或百分率，并且降低制造电池的自动设备的复杂性和费用。 0004 如果锂电池包括的隔板和金属基板层远薄于。
21、目前使用的情况，从而具有更高的电 活性材料含量，这将是有利的。如果与例如用于手提式计算机电池中使用的卷绕设备相比， 可以在更不复杂和更不昂贵的自动加工设备上制备该锂电池，而且特别适于制备扁平的或 棱柱形的电池，这将是更加有利的。 发明内容 0005 本发明涉及利用纳米孔隔板、特别是在200和更高温度下尺寸稳定的耐热隔板 的电池和其它电流产生电池、特别是锂电池，以及涉及通过以期望的厚度和构造利用纳米 孔结构的隔板以将电池的其它层直接涂覆在隔板上来制备锂电池的方法。 0006 本发明的一个方面涉及一种锂电池，包括：(a)隔板/阴极组件，其中隔板/阴极 组件包括夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极。
22、集流器层、和在第一阴极层与阴极集 流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阴极层直接涂覆在隔板层上，(b)隔板 /阳极组件，其中隔板/阳极组件包括夹置在第一阳极层和第二阳极层之间的阳极集流器 层、和在第一阳极层与阳极集流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阳极层直 接涂覆在隔板层上，以及(c)电解质，其中电池包括隔板/阴极组件和所述隔板/阳极组件 的交替层。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的一部分不接触隔板/阳极组件。 0007 在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/阴极组件不接触隔板/阳极组件的 说 明 书CN 102460772 A 2/10页 7 部分与隔板/阴极组件不接触隔。
23、板/阳极组件的另外一个或多个部分接触。在一个实施方 式中，具有导电性销的器件电接触隔板/阴极组件的部分和隔板/阴极组件的另外一个或 多个部分，并且不电接触隔板/阳极组件的任何部分。 0008 在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/阳极组件的一部分不接触隔板/阴 极组件。在一个实施方式中，隔板/阳极组件的部分与隔板/阳极组件不接触隔板/阴极 组件的一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触隔板/阳极 组件的的部分和隔板/阳极组件的另外一个或多个部分，并且不电接触隔板/阴极组件的 任何部分。在一个实施方式中，隔板/阴极组件不接触隔板/阳极组件的部分与隔板/阴 极组件不接触隔板。
24、/阳极组件的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电 性销的器件电接触隔板/阴极组件的部分和隔板/阴极组件的另外一个或多个部分，并且 不电接触隔板/阳极组件的任何部分。 0009 在本发明的锂电池的一个实施方式中，阴极集流器层直接涂覆在第一阴极层上。 在一个实施方式中，第一阴极层邻近隔板层的表面轮廓和隔板层邻近第一阴极层的表面轮 廓匹配，并且隔板层的表面轮廓与在将第一阴极层涂覆在隔板层上之前相同。在一个实施 方式中，第一阴极层包括选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且电极颗粒不存在 于邻近第一阴极层的隔板层中。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的隔板层包含隔板颗 粒，并且隔板颗粒不。
25、存在于邻近隔板层的第一阴极层中。在一个实施方式中，隔板/阴极组 件的阴极集流器层包括铝层。在一个实施方式中，铝层的厚度小于3微米。 0010 在本发明的锂电池的一个实施方式中，阳极集流器层直接涂覆在第一阳极层上。 在一个实施方式中，第一阳极层邻近隔板层的表面轮廓与隔板层邻近第一阳极层的表面轮 廓匹配，并且隔板层的表面轮廓与在将第一阳极层涂覆在隔板层上之前相同。在一个实施 方式中，第一阳极层包括选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且电极颗粒不存在 于邻近第一阳极层的隔板层中。在一个实施方式中，隔板/阳极组件的隔板层包含隔板颗 粒，并且隔板颗粒不存在于邻近隔板层的第一阳极层中。在一个实施方式中。
26、，隔板/阳极组 件的阳极集流器层包括选自铜层和镍层的金属层。在一个实施方式中，金属层的厚度小于 3微米。 0011 在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板 层的孔径都小于0.2微米、优选小于0.1微米。在一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板 /阳极组件的隔板层都包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实施方 式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层的厚度都小于9微米、优选小于6微米。 在一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层都包括包含铝勃姆石的多 孔层。 0012 本发明的另一方面涉及一种锂电池，包括：(a)隔板/阴极组件，。
27、其中隔板/阴极 组件包括夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极集流器层、和在第一阴极层与阴极集 流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阴极层直接涂覆在隔板层上，(b)隔板/ 阳极组件，其中隔板/阳极组件包括阳极层、和在阳极层的一侧上的多孔隔板层，并且其中 阳极层直接涂覆在隔板层上，以及(c)电解质，其中电池包括隔板/阴极组件和隔板/阳极 组件的交替层。在一个实施方式中，阳极层包含锂金属。在一个实施方式中，第一阴极层和 第二阴极层包括硫或分子式为S x 2- 的多硫化物，其中x是2-8的整数。 说 明 书CN 102460772 A 3/10页 8 0013 本发明的另一方面涉及一种制备锂。
28、电池的方法，包括下列步骤：(a)将多孔隔板 层涂覆在基板上；(b)将第一阴极层直接涂覆在隔板层的第一部分上；(c)将一个或多个阴 极集流器层直接涂覆在第一阴极层上；(d)将第二阴极层直接涂覆在一个或多个阴极集流 器层上；(e)将第一阳极层直接涂覆在隔板层的第二部分上；(f)将一个或多个阳极集流器 层直接涂覆在第一阳极层上；以及(g)将第二阳极层直接涂覆在一个或多个阳极集流器层 上。在一个实施方式中，在步骤(g)后还包括步骤(h)：使基板从隔板层的所述第一和第二 部分分层，以制备隔板/阴极组件和隔板/阳极组件。在一个实施方式中，在步骤(h)后还 包括步骤(i)：使隔板/阴极组件和隔板/阳极组件交。
29、错以形成干隔板/电极电池。在一 个实施方式中，在交错步骤之前，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件为片状构造。 0014 在一个实施方式中，在步骤(i)后，隔板/阴极组件的一部分不接触隔板/阳极组 件，和隔板/阳极组件的一部分不接触隔板/阴极组件，并且具有导电性销的第一器件电连 接隔板/阴极组件的所述部分中的两个或多个，并且具有导电性销的第二器件电连接隔板 /阳极组件的所述部分中的两个或多个。在一个实施方式中，还包括下列步骤：(1)将干隔 板/电极电池封装在外壳中；以及(2)填充电解质并密封。 0015 在本发明的制备锂电池的方法的一个实施方式中，步骤(c)的所述一个或多个阴 极集流器层中的至少一个。
30、包括金属层，并且金属层的厚度小于3微米。在一个实施方式中， 步骤(f)的一个或多个阳极集流器层中的至少一个包括金属层，并且金属层的厚度小于3 微米。在一个实施方式中，隔板层的孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米。在一个实施方 式中，隔板层的厚度小于9微米、优选小于6微米。 0016 附图简要说明 0017 为了描述本发明，附图中示出了特定布置和方法。但是，应当理解，本发明不限于 所示的精确布置或详细描述的方法。 0018 图1示出隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的交替层的剖视图，其中一部分隔板 /阴极组件不接触隔板/阳极组件。 0019 图2示出隔板/阴极组件的剖视图，其包括夹置在第一阴极层和。
31、第二阴极层之间 的集流器层、和在第一阴极层的一个侧面上的多孔隔板层。 0020 图3示出隔板/阳极组件的剖视图，其包括夹置在第一阳极层和第二阳极层之间 的集流器层、和在第一阳极层的一个侧面上的多孔隔板层。 0021 图4示出具有导电性销的器件的剖视图，其在一部分隔板/阴极组件之间产生电 连接，而不电连接隔板/阳极组件。 0022 图5示出隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的交替层的剖视图，其中一部分隔板 /阳极组件不接触隔板/阴极组件。 0023 图6示出具有导电性销的器件的剖视图，其在一部分隔板/阳极组件之间产生电 连接，而不电连接隔板/阴极组件。 0024 图7示出交替层的自上向下视图，其中图。
32、4中所示的第一器件电接触图1中所示 的隔板/阴极组件的部分、和隔板/阴极组件的另外一个或多个下面部分，以及其中图6中 所示的第二器件电接触图5中所示的隔板/阳极组件的部分、和隔板/阳极组件的另外一 个或多个下面部分。 0025 图8示出在分层以除去基板的步骤之前涂覆在基板上的隔板/阴极组件的剖视 说 明 书CN 102460772 A 4/10页 9 图。 0026 图9示出在分层以除去基板的步骤之前涂覆在基板上的隔板/阳极组件的剖视 图。 具体实施方式 0027 本发明的锂电池和制备锂电池的方法提供灵活和有效的方案，从而提供具有更高 能量和功率密度以及更低的生产和资金设备成本的锂电池。 00。
33、28 本发明的一个方面涉及一种锂电池，包括：(a)隔板/阴极组件，其中隔板/阴极 组件包括夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极集流器层、和在第一阴极层与阴极集 流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阴极层直接涂覆在隔板层上，(b)隔板 /阳极组件，其中隔板/阳极组件包括夹置在第一阳极层和第二阳极层之间的阳极集流器 层、和在第一阳极层与阳极集流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阳极层直 接涂覆在隔板层上，以及(c)电解质，其中电池包括隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的交 替层。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的一部分不接触隔板/阳极组件。 0029 如本文使用的，单词“电池”是指单。
34、个电流产生电池和合并在外壳或包装中的多个 电流产生电池。如本文使用的，术语“锂电池”是指本领域已知的所有类型的锂电池，包括 但不限于可再充电的或二次锂离子电池、不-可再充电的或一次锂电池、和诸如锂-硫电池 的其它类型电池。 0030 如本文使用的，术语“集流器层”是指邻近电极层的一个或多个集流层。这包括但 不限于，单个导电金属层或基板和具有诸如炭黑-基聚合物涂层的覆盖导电涂层的单个导 电金属层或基板。作为集流器的导电金属基板的实例是：包括铝的金属基板，其通常用作 用于正极或阴极层的集流器层和基板；以及包括铜的金属基板，其通常用作用于负极或阳 极层的集流器层和基板。隔板/阴极组件和隔板/阳极组件。
35、的集流器层都可包括导电性材 料，该导电性材料选自：包括金属颜料或颗粒的导电性金属；导电性碳，包括炭黑和石墨颜 料；以及导电性聚合物。这些导电性材料可结合用于增加机械强度和挠性的有机聚合物，以 形成集流器层。 0031 如本文使用的，术语“电极层”是指包括电活性材料的电池的层。在一次锂电池的 情况下或在可再充电的锂电池的情况下，电极层中存在锂时，锂在电池的充电期间形成，并 且在电池放电期间氧化成锂离子，电极层称为阳极或负极层。具有相反极性的其它电极被 称为阴极或正极层。用于锂电池的任何电活性材料可用在本发明的锂电池的电极层中。实 例包括但不限于：作为阴极层中的电活性材料的锂钴氧化物、锂锰氧化物、。
36、磷酸锂铁和硫； 和作为阳极层中的电活性材料的钛酸锂、嵌锂石墨、嵌锂碳、和金属锂。 0032 如本文使用的，单词“电解质”是指可用于锂电池的任何电解质。合适电解质包括 但不限于液体电解质、凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质。合适的液体电解质包括但 不限于，诸如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸乙基甲基酯的混合物的有机溶剂混合物中的 LiPF 6 溶液。 0033 图1示出隔板/阴极组件10和隔板/阳极组件20的交替层的剖视图(不成比 例)的实施例，其中隔板/阴极组件10的部分12不接触隔板/阳极组件20。具有一部分 隔板/阴极组件不接触隔板/阳极组件、例如不具有隔板/阳极组件的上层或下层的隔板/ 说 。
37、明 书CN 102460772 A 5/10页 10 阴极组件的部分的一个目的是提供隔板/阴极组件的区域，其中单独阴极集流器层可以直 接彼此电连接以更有效地操作锂电池。 0034 图2示出本发明的隔板/阴极组件10的剖视图(不成比例)的例子，其包括夹置 在第一阴极层16和第二阴极层17之间的阴极集流器层14、和在第一阴极层16的一侧上的 隔板层18。图3示出本发明的隔板/阳极组件20的剖视图(不成比例)的例子，其包括夹 置在第一阳极层26和第二阳极层27之间的阳极集流器层24、和在第一阳极层26的一侧上 的隔板层28。 0035 在本发明的锂电池的一个实施方式中，不接触隔板/阳极组件的隔板/阴。
38、极组件 的部分与不接触隔板/阳极组件的隔板/阴极组件的另外一个或多个部分接触。在一个实 施方式中，具有导电性销的设备电接触隔板/阴极组件的部分和隔板/阴极组件的另外一 个或多个部分，并且不电接触隔板/阳极组件。 0036 如本文使用的，术语“具有导电性销的器件”和“导电性销”是指任何机械构造，该 构造可以电连接隔板/阴极组件的两个或多个部分或隔板/阳极组件的两个或多个部分。 实例包括但不限于金属销、金属棒、具有或不具有金属凸出以透过多个层的金属夹和金属 螺丝、以及结合外壳的任何部件的这些金属部件，该外壳具有设计或开口以使这些金属边 缘连接和外部电连接材料定位和固定。金属可以是镍或任何其它导电性。
39、金属或非金属材 料，其与特定电极层、集流器层和电解质是相容和稳定的)。 0037 图4示出具有导电性销32的器件30的剖视图(不成比例)的实施例，导电性销3 在隔板/阴极组件10的一个或多个部分12之间产生电连接，而不电连接隔板/阳极组件 20。导电性销32通过器件30中的开口或孔优选地定位、插过和保持在适当位置。不是导电 性销的器件30的部件可以是不导电的塑料材料，其任选地集成到电池的外壳中，或可选地 可以是导电性材料，例如塑料材料中的金属或金属颗粒，其可用于使电池电连接外部电路。 0038 在本发明的锂电池的一个实施方式中，一部分隔板/阳极组件不接触隔板/阴极 组件。图5示出隔板/阴极组件。
40、10和隔板/阳极组件20的交替层的剖视图(不成比例) 的实施例，其中隔板/阳极组件20的部分22不接触隔板/阴极组件10。类似于上面对于 隔板/阴极组件的描述，具有一部分隔板/阳极组件不接触隔板/阴极组件、例如不具有隔 板/阴极组件的上层或下层的隔板/阳极组件的部分的的一个目的是提供隔板/阳极组件 的区域，其中单独集流器层可以直接彼此电连接以更有效地操作锂电池。在一个实施方式 中，不接触隔板/阴极组件的隔板/阳极组件的部分与不接触隔板/阴极组件的隔板/阳极 组件的一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触隔板/阳极 组件的部分和隔板/阳极组件的另外一个或多个部分，并且不电接。
41、触隔板/阴极组件。图6 示出具有导电性销42的器件40的剖视图(不成比例)的实施例，导电性销42在隔板/阳 极组件20的部分22之间产生电连接，而不电连接隔板/阴极组件10。导电性销42优选地 通过器件40中的开口或孔定位、插过和保持在适当位置。不是导电性销的器件40的部件可 以是可以是非导电性塑料材料，其任选地集成到电池的外壳中，或可选地是导电性材料，例 如塑料材料中的金属或金属颗粒，其可用于使电池电连接外部电路。在一个实施方式中，不 接触隔板/阳极组件的一部分隔板/阴极组件与不接触隔板/阳极组件的隔板/阴极组件 的另外一个或多个部分接触。在一个实施方式中，具有导电性销的器件电接触隔板/阴极。
42、 组件的部分和隔板/阴极组件的另外一个或多个部分，并且不电接触隔板/阳极组件。图7 说 明 书CN 102460772 A 10 6/10页 11 示出交替层的自上向下视图(不成比例)的例子，其中如图4所示的器件30电接触如图1 所示的隔板/阴极组件10的部分12、隔板/阴极组件10的另外一个或多个下面部分12， 以及其中图6中所示的器件40电接触图5中所示的隔板/阳极组件20的部分22、隔板/ 阳极组件20的另外一个或多个下面部分22。 0039 在本发明的锂电池的一个实施方式中，阴极集流器层直接涂覆在第一阴极层上。 在一个实施方式中，第二阴极层直接涂覆在第一阴极集流器层上。在一个实施方式中。
43、，第一 阴极层邻近隔板层的表面轮廓与隔板层邻近所述第一阴极层的表面的轮廓匹配，并且隔板 层的表面的轮廓和在将第一阴极层涂覆在隔板层上之前一样。在一个实施方式中，第一阴 极层包括选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且电极颗粒不存在于邻近第一阴极 层的隔板层中。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的隔板层包括隔板颗粒，并且隔板颗粒 不存在于邻近隔板层的第一阴极层中。在一个实施方式中，隔板/阴极组件的阴极集流器 层包括铝层。在一个实施方式中，铝层的厚度小于3微米。 0040 在本发明的锂电池的一个实施方式中，阳极集流器层直接涂覆在第一阳极层上。 在一个实施方式中，第二阳极层直接涂覆在阳极集流器层上。。
44、在一个实施方式中，第一阳极 层邻近隔板层的表面的轮廓与隔板层邻近第一阳极层的表面的轮廓匹配，并且隔板层的表 面的轮廓和在将第一阳极层涂覆在隔板层上之前一样。在一个实施方式中，第一阳极层包 括选自电活性颗粒和导电性颗粒的电极颗粒，并且电极颗粒不存在于邻近第一阳极层的隔 板层中。在一个实施方式中，隔板/阳极组件的隔板层包括隔板颗粒，并且隔板颗粒不存在 于邻近隔板层的第一阳极层中。在一个实施方式中，隔板/阳极组件的阳极集流器层包括 选自铜层和镍层的金属层。在一个实施方式中，金属层的厚度小于3微米。 0041 在本发明的锂电池的阴极集流器层和阳极集流器层的一个实施方式中，集流器层 包括选自导电性金属、。
45、导电性碳和导电性聚合物的导电性材料。在一个实施方式中，集流器 层包括直接涂覆在第一阴极或第一阳极层上的两个或多个层，并且两个或多个层中的至少 一个包括包含碳的导电性材料。在一个实施方式中，集流器层的厚度小于3微米。 0042 在本发明的锂电池的一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板 层的孔径都小于0.2微米、优选小于0.1微米。在一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔 板/阳极组件的隔板层都包括平均孔径小于0.2微米、优选小于0.1微米的孔。在一个实 施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层的厚度都小于9微米、优选小于6微 米。在一个实施方式中，隔板层包括包含干凝胶层或干凝胶。
46、膜的多孔层，包括但不限于包含 铝勃姆石的多孔层。在一个实施方式中，隔板/阴极组件和隔板/阳极组件的隔板层包括 选自下列的隔板颗粒：诸如氧化铝和铝勃姆石的无机氧化物颗粒；无机氮化物颗粒；无机 碳酸盐颗粒；无机硫酸盐颗粒；和诸如聚烯烃珠或含氟聚合物珠的聚合物颗粒。 0043 如本文使用的，术语“干凝胶层”是指通过干燥胶态溶胶液体以形成固体凝胶材料 的干凝胶或溶胶凝胶法而形成的多孔层。如本文使用的，术语“干凝胶膜”是指包括至少 一个干凝胶层的膜，其中干凝胶层的孔从该层的一侧至该层的另一侧是连续的。干凝胶层 和膜通常包括作为溶胶凝胶材料的无机氧化物材料，例如铝氧化物、铝勃姆石和锆氧化物。 用于本发明的。
47、合适的干凝胶膜的实例包括但不限于Carlson等人的第6,153,337号和第 6,306,545号美国专利、以及Carlson的第No.6,488,721号和第6,497,780号美国专利中 描述的干凝胶膜。 说 明 书CN 102460772 A 11 7/10页 12 0044 本发明的另一方面涉及一种锂电池，包括：(a)隔板/阴极组件，其中隔板/阴极 组件包括夹置在第一阴极层和第二阴极层之间的阴极集流器层、和在第一阴极层与阴极集 流器层相对的一侧上的多孔隔板层，并且其中第一阴极层直接涂覆在隔板层上，(b)隔板/ 阳极组件，其中隔板/阳极组件包括阳极层、和在阳极层的一侧上的多孔隔板层，并。
48、且其中 阳极层直接涂覆在隔板层上，以及(c)电解质，其中电池包括隔板/阴极组件和隔板/阳极 组件的交替层。在一个实施方式中，阳极层包含锂金属。利用一些阳极层，例如具有高导电 性、并含有高含量的锂或锂合金或另外电活性阳极金属或金属合金的阳极层，可不需要阳 极集流器层。在这些情况下，可以省略涂覆阳极集流器层和涂覆第二阳极层的步骤，并且第 一阳极层可以直接涂覆在多孔隔板层上。第一阳极层的这种涂覆可以是锂或阳极层的其 它金属成分的气相沉积，或者可以通过锂电池的金属阳极层领域中已知的其它方法中的任 一种来进行涂覆或沉积。在一个实施方式中，第一阴极层和第二阴极层包括硫或分子式为 S x 2- 的多硫化物，。
49、其中x是2至8的整数。可不需要阳极集流器层和第二阳极层的锂电池的 实施例包括锂-硫电池，其中阳极通常是锂金属层。如果另外的电池层需要涂覆在锂或其 它金属阳极层的一侧或两侧上，这些层可以在另外的涂覆步骤中直接涂覆在隔板层上或金 属阳极层上。 0045 本发明的另一方面涉及一种制备锂电池的方法，包括下列步骤：(a)将多孔隔板 层涂覆在基板上；(b)将第一阴极层直接涂覆在隔板层的第一部分上；(c)将一个或多个阴 极集流器层直接涂覆在第一阴极层上；(d)将第二阴极层直接涂覆在一个或多个阴极集流 器层上；(e)将第一阳极层直接涂覆在隔板层的第二部分上；(f)将一个或多个阳极集流器 层直接涂覆在第一阳极层上；以及(g)将第二阳极层直接涂覆在一个或多个阳极集流器层 上。在一个实施方式中，在步骤(g)后还包括步骤(h)：使基板从隔板层的第一和第二部分 分层，以制备隔板/阴极组件和隔板/阳极组件。在一个实施方式中，在步骤(h)后还包括 步骤(i)：使隔板/阴极组件和隔板/阳极组件交错以形成干隔板/电极电池。在一个实 施方式中，在交错步骤之前，所述隔板/阴极组件和所述隔板/阳极组件为片状构造。 0046 在本发。