专利名称：具有连接片的电化学电池的制作方法
具有连接片的电化学电池
背景技术：
近年来，对于高性能蓄电池的需求增加，在某种程度上是因为日益增加的大量便 携式电子消费产品和对用于高燃料效率车辆的蓄电池的需求不断增加。锂离子蓄电池被发 现可应用于许多需要高能量和大功率密度的领域，因为它们能够为用于便携式电子设备和 节油车辆中的电池堆提供高容量和重量效率。锂离子电池需要连接片，用于连接其内部的活性材料和外部的电力终端。所述连 接片通常直接连接到集流体上。连接片和电极之间的连接是困难的，特别是对于具有石墨 板集流体的电池。原因之一涉及到连接片和集流体的物理性质的差异。材料性质的这种差 异能够导致高接触阻抗、脆性接合处或其它不能接受的性能相关问题。为了解决这些问题， 电流耦合方法已经涉及到超声波焊接和电阻点焊以获得连接片和针(Pin)之间的牢固连 接。遗憾地，这些方法不适用于将金属连接片连接到石墨基集流体上。因此，需要开发其它的连接方法以将连接片连接到诸如具有石墨板集流体的锂离 子电池的电化学电池上。本发明满足了这些和其它需求。发明简述本发明涉及具有一个或多个导电性连接片和碳板集流体的电化学电池和蓄电池， 其中将所述连接片连接到碳板集流体上；以及将所述连接片连接到碳基集流体上的方法。 相对于现有电池和方法，本发明提供了具有稳定的金属连接片与碳板的连接以及低接触阻 抗的电化学电池。—方面，本发明提供了电化学电池。所述电化学电池包括含有正极材料和正极集 流体的正极，其中所述正极材料与正极集流体电子导电接触；含有负极材料和负极集流体 的负极，其中所述负极材料与负极集流体电子导电接触；含有离子导电层和电解质溶液的 离子导电介质，其与正极和负极离子导电接触；具有第一连接端和第二连接端的至少一个 正极连接片，其中将所述第一连接端连接到正极集流体上；任选地，具有第一连接端和第二 连接端的至少一个负极连接片，其中将所述第一连接端连接到负极集流体上；其中所述正 极集流体为导电性碳板，其选自石墨板、碳纤维板、泡沫碳、碳纳米管膜及其混合物，它们中 的每一个都具有至少lOOOS/cm的平面电子电导率，并且其中所述连接片由导电材料制成， 所述导电材料例如金属、金属合金或复合材料。在一个实施方案中，所述金属选自铜、镍、 铬、铝、钛、不锈钢、金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、铍和钼及其多种合金或其一种合金。在 某些实施例中，所述连接片具有防腐蚀的保护涂层。所述涂层能够为任何上述金属、阳极氧 化和氧化物涂层、导电碳、环氧树脂和胶、油漆及其它保护涂层。在其它的实施例中，所述涂 层能够为镍、银、金、钯、钼、铑或其组合，用于提高连接片的导电性。合金能够为本文所述金 属的组合或者通过将上述金属与其它合适的本领域技术人员已知的金属结合形成。在其它方面，本发明提供了蓄电池。所述蓄电池包括外壳、正极连接器(positive connector)、负极连接器(negative connector)、位于外壳中的电化学电池，其中正极和负 极连接器安装在外壳上。在一个实施方案中，所述外壳为密封箱。在另外的方面，本发明提供了在电化学电池中将连接片连接到电极的方法。所述方法包括(a)提供含有电极活性材料和碳集流体的电极，其中所述电极活性材料与碳集 流体电子导电接触；(b)提供具有用于连接到电极上的第一连接端的连接片；以及(C)通过 如下方法将连接片的第一连接端连接到碳集流体上，所述方法选自铆接、导电粘合层压、热 压、超声压、机械压、卷边、夹紧、铆合(staking)及其组合。在某些实施例中，所述连接片在 连接片的单侧或双侧沉积有密封/保护覆盖层。附图简述
图1示出具有通过使用钻孔手动或机械化工具形成的缺口的连接片，其中每个缺 口被四个向上突出连接片表面的锐边包围。图2示出通过铆合连接到正极碳集流体的连接片，其中所述连接片有一个缺口。图3示出通过铆合连接到正极碳集流体的连接片，其中所述连接片有多个缺口。图4示出根据本发明的实施方案的通过铆合制备的具有连接片的正极。图5示出具有铝连接片的电解质的循环伏安图。扫描速度为10mV/S。图6示出具有金或涂金的连接片的电解质的循环伏安图。扫描速度为10mV/S。发明详述术语“烷基”，独自地或作为其它取代基的一部分，除非另外规定，包括具有规定的 碳原子数(即(V8指一至八个碳)的直链或支链烷基。烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、 异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、正戊基、正己基、正庚基、正辛基等。术语“亚烷基”独自地或作为其它取代基的一部分包括直链或支链的二价饱和烃 基，其源自具有前缀所显示的碳原子数的烷烃。例如(C1-C6)亚烷基是指包括亚甲基、亚乙 基、亚丙基、2-甲基亚丙基、亚戊基等。全氟亚烷基是指所有的氢原子都被氟原子取代的亚 烷基。氟代亚烷基是指部分氢原子被氟原子取代的亚烷基。术语“卤”或“卤素”，独自地或作为其它取代基的一部分，除非另外规定，指氟、氯、 溴或碘原子。术语“卤代烷基”是指包括单卤代烷基和多卤代烷基。例如，术语“Cm卤代烷基” 是指包括三氟甲基、2，2，2-三氟乙基、4-氯丁基、3-溴丙基、3-氯-4-氟丁基等。术语“全氟代烷基”包括烷基中的所有的氢原子都被氟原子取代的烷基。全氟代 烷基的实例包括 _CF3、-CF2CF3> -CF2-CF2CF3^ -CF(CF3)2、-CF2CF2CF2CF3、-CF2CF2CF2CF2CF3 等。术语“芳基”包括5至10个环原子的单价的单环、双环或多环芳烃基，其能够为单 环或多环(高至三环)，其稠合在一起或共价连接。更具体地，术语芳基包括，但不限于苯 基、联苯、1-萘基，和2-萘基，以及其取代形式。术语“正极”指在正常环境下当电池充满电时会具有最高电位的可充电锂离子电 池的一对电极之一。保留这样的术语是为了在所有的电池运行条件下都指向相同物性的电 极，即使这种电极暂时地(例如由于电池过量放电)被驱动或显示出低于其他的(负)电 极电位的电位。术语“负极”指在正常环境下当电池充满电时会具有最低电位的可充电锂离子电 池的一对电极之一。保留这样的术语是为了在所有的电池运行条件下都指向相同物性的电 极，即使这种电极暂时地(例如由于电池过量放电)被驱动或显示出高于其他的(正)电 极电位的电位。一方面，本发明提供了电化学电池。所述电池由正极、负极、与正极和负极离子导电接触的离子导电介质，以及具有第一连接端和第二连接端的至少一个正极连接片，其中 将所述第一连接端连接到正极上。正极包括正极材料和正极集流体，所述正极与正极材料 和正极连接片的第一连接端电子导电接触。所述第一连接端能够连接到正极集流体或正极 活性材料上。任选地，所述电化学电池包括具有第一连接端和第二连接端的至少一个负极 连接片，其中将所述第一连接端连接到负极上。负极连接片的第一连接端能够连接到负极 集流体或负极活性材料上。在一个实施方案中，所述正极集流体为导电性碳板，其选自石墨 板、碳纤维板、泡沫碳、碳纳米管膜及其混合物，它们中的每一个具有的平面电子电导率为 至少lOOOS/cm，优选2000S/cm，并且最优选3000S/cm。在其它的实施方案中，负极集流体为 导电性碳板，其选自石墨板、碳纤维板、泡沫碳、碳纳米管膜及其混合物。所述连接片优选由 诸如金属的导电材料制成。所述连接片能够具有抗腐蚀层和/或导电涂层。正极与金属连 接片之间的界面的接触电阻小于lOOmOhm-cm2，优选小于25，更优选小于20m0hm-cm2，甚至 更优选小于10m0hm-cm2，并且进一步更优选小于2. 5m0hm-cm2。在某些实施方案中，电极集流体为非金属导电基板。非金属集流体的实例包括，但 不限于，碳板如石墨板、碳纤维板、泡沫碳、碳纳米管膜及前面材料的混合物或者其它导电 聚合材料。本领域技术人员知道这些导电聚合材料。在一个实施方案中，所述电化学电池具有一个或多个连接在每个电极上的连接 片。在一个实施例中，每个电极具有至少一个连接片。在其它的实施例中，每个电极具有多 个连接片。在另外的实施例中，正极具有多个在碳集流体上连接到正极上的金属连接片。例 如，每个电极能够具有2至20个连接片。正极和负极能够具有不同数量的连接片。所述连 接片能够由单一金属、金属合金或复合材料组成。优选地，所述连接片为金属连接片。合适 的金属包括，但不限于铁、不锈钢、铜、镍、铬、锌、铝、锡、金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、铍 和钼及其多种合金或其一种合金。优选地，所述金属为抗腐蚀的。所述连接片能够具有抗 腐蚀涂层，所述涂层由任何上述金属、阳极氧化和氧化物涂层、导电碳、环氧树脂和胶、油漆 及其它防护涂层制成。所述涂层能够为镍、银、金、钯、钼、铑或其组合，用于提高连接片的导 电性。在一个实施方案中，所述连接片由铜、铝、锡或其合金制成。所述连接片能够具有各 种形状和大小。一般而言，所述连接片比与其连接的集流体小。在一个实施方案中，连接片 能够具有规则的或不规则的形状和结构。在一个实施例中，连接片具有L-型、I-型、U-型、 V-型、倒T-型、长方形或这些形状的组合。优选地，所述连接片为制造成特定形状或形态的 金属带。所述合金能够为本文所述的金属的组合或者通过将上述金属与其它合适的本领域 技术人员所熟知的其它适当的金属结合形成。通常，每个连接片具有第一连接端和第二连接端。第一连接端为用于连接到集流 体的内端，并且第二连接端为用于连接外部电路的外端或开口端。所述第一连接端能够具 有各种形状和尺寸。在一个实施方案中，连接片的第一连接端的形状选自圆形、椭圆形、三 角形、正方形、菱形、长方形、梯形、U-型、V-型、L-型、长方形和不规则形状。在一个实施方 案中，所述连接片为具有第一连接端的条带，该第一连接端的尺寸为宽度至少500微米并 且长度至少3mm。在一个实施方案中，连接端的面积为至少0. 25mm2。在某些实施例中，面积 为约Imm2至约500mm2。第二连接端能够直接或通过导电元件连接到外部电路上。所述导 电元件能够为金属连接片、棒或导线。合适的金属能够为铜、铝、铁、不锈钢、镍、锌、铬、锡、 金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、铍和钼及其多种合金或其一种合金。
在一个实施方案中，连接片直接与集流体接触。在其它的实施方案中，连接片通过 导电层与集流体接触。所述导电层能够通过如在连接片上沉积炭黑层连接到连接片的表面 上。所述导电层能够包括导电填料和粘合剂。在一个实施例中，所述导电填料选自炭黑、 导电聚合物、碳纳米管和碳复合材料。合适的粘合剂包括，但不限于聚合物、共聚物或其组 合。粘合剂的实例包括，但不限于聚合物粘合剂，特别是凝胶型聚合物电解质，其包括聚丙 烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(氯乙烯)，和聚偏二氟乙烯及其共聚物。还包括固体聚合 物电解质，例如聚醚-盐基电解质，其包括聚(环氧乙烷)(PEO)及其衍生物，聚(环氧丙 烷)(PPO)及其衍生物，以及带有亚乙氧基或其它侧基的聚(有机磷腈)。其它的合适的粘 合剂包括氟代离聚物，其包括部分或全部氟化的聚合物主链并且具有侧基，所述侧基包括 氟化的磺酸盐、亚胺锂盐或甲基锂盐。优选的粘合剂包括聚偏二氟乙烯及其与六氟丙烯、四 氟乙烯、氟代乙烯基醚的共聚物，所述氟代乙烯基醚例如全氟甲基、全氟乙基或全氟丙基乙 烯基醚；以及离聚物，其包括聚偏二氟乙烯的单体单元以及包含侧基的单体单元，所述侧基 包括氟化的羧酸盐、磺酸盐、亚胺锂盐或甲基锂盐。连接片能够使用下述方法连接到正极或负极上，所述方法选自铆接、导电粘合层 压、热压、超声压、机械压、卷边、夹紧、铆合及其组合。所述方法有利于提供与集流体的紧密 结合并且还在连接片和集流体的接合处保持高电导率和低阻抗。所述方法特别适用于将金 属连接片连接到碳板上。在一个实施方案中，第一连接端包括一系列预制的微凹痕。连接片能够具有的凹 痕密度为每平方毫米约1到约100。所述凹痕能够通过微凹痕手动工具或自动凹痕设备制 造。在一个实施方案中，每个凹痕的深度为约Iym至ΙΟΟμ ，例如1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、 20、30、40、50、60、70、80、90 或 100 微米，并且尺寸为约 1 μ m 至 500 μ m，例如 1、10、20、30、 40、50、60、70、80、90、100、120、140、160、180、200、250、300、400、450、500 微米。所述微凹痕 能够均勻地或随机地分隔。通过机械压或铆接将具有一系列微凹痕的连接片连接到集流体上，以提供连接片 和集流体的紧密接触。或者，通过导电粘合层或铆合将连接片结合到集流体上。在其它的实施方案中，连接片的第一连接端包括一系列具有多个诸如突边的突出 物的预制微缺口。在一个实施方案中，所述突出物为锐边。所述突出物能够在制造微缺口 的过程中产生或者通过独立的制造工艺制备。所述突出物从连接片的表面上伸出约0.01mm 至约IOmm并能够具有各种形状。例如，所述突出物能够为三角形、长方形或圆形。所述微缺 口能够具有从微米到毫米的尺寸。在某些实施例中，所述突出物从连接片的表面上伸出约 0. 01謹至0. 04謹，例如约0. 01,0. 02,0. 03或0. 04謹。优选地，所述缺口的尺寸为约1 μ m 至ΙΟΟΟμπι。在一个实施方案中，所述微缺口均勻地分隔。在其它的实施方案中，随机分布 所述缺口。所述微缺口能够具有各种形状。在一个实施方案中，所述微缺口的形状选自圆 形、椭圆形、三角形、正方形、菱形、长方形、梯形、斜方形、多边形和不规则形状。通过导电粘合层或通过铆合、机械压、铆合、铆接或方法和技术的组合将具有一系 列具有突出物的微缺口的连接片结合到集流体上。所述导电胶为本领域技术人员所熟知。 例如，某些导电胶为从3Μ公司、Aptek实验室公司和道康宁商购的。导电胶的实例包括，但 不限于氨酯胶粘剂、硅酮胶粘剂和环氧胶粘剂。可应用于正极的上述连接片也能够用于负极。在一个实施方案中，所述负极具有碳集流体。在一个实施方案中，能够用树脂密封碳集流体中的孔，例如通过用树脂处理、接触 碳集流体。所述树脂能够为本领域技术人员已知的导电树脂或者绝缘树脂。导电树脂的 实例在美国专利第 7, 396，492,7, 338，623,7, 220，795,6, 919，394,6, 894，100,6, 855，407、 5，371，134,5, 093，037,4, 830，779,4, 772，422,6, 565，772 和 6，284，817 号中进行了描述。 绝缘树脂的实例，例如有关粘附、密封和涂布，包括但不限于环氧树脂、聚酰亚胺树脂及其 它本领域技术人员已知的聚合物树脂。在一个实施方案中，图1显示了具有两个菱形缺口 130和132的金属连接片110。 缺口能够具有各种其他形状包括，但不限于，圆形、椭圆形、三角形、正方形、菱形、长方形、 梯形、U-型、V-型、L-型、长方形和不规则形状。连接片的金属的实例包括但不限于，铜、 铝、铁、不锈钢、镍、铬、锌、铝、锡、金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、铍和钼及其多种合金或其 一种合金。所述连接片能够具有保护层，例如抗腐蚀涂层或导电层。抗腐蚀层的材料能够 为任何上述金属、阳极氧化和氧化物涂层、导电碳、环氧树脂和胶、油漆及其它防护涂层。导 电层能够包括的金属选自镍、银、金、钯、钼、铑或其合金。缺口 130具有四个尖锐的三角形 边121、123、125和127。缺口 132具有四个尖锐的三角形边120、122、124和126。所述三 角形边在连接片110表面上突出。菱形缺口能够通过使用菱形工具刺穿产生。本领域技术 人员会认识到其它的刺穿工具也能够用于制造带有各种形状和许多突边的缺口。图2显示本发明的其它实施方案。电极210包括集流体层212和电极活性材料层 214。所述电极能够为正极或负极。金属连接片240具有带有四个尖锐突边230、232、234 和236的缺口 220。在集流体212的侧面，连接片240牢固地压到电极210上，导致电极210 的穿透。或者，连接片240也能够连接到电极活性材料层214的侧面。突出物有效地将正 极铆接到集流体连接片上。图3显示本发明的其它实施方案。具有多个以320表示的刺穿缺口的连接片310 被铆接在正极330上。所述的多个缺口给连接片310和电极330提供了牢固并持久的物理 接触以确保电子阻抗最小化。
图4显示根据本发明的其它实施方案的具有连接到电极上的连接片的电化学电 池的原型。图5显示根据本发明的实施方案在铝连接片的存在下电解质的循环伏安图。图5 显示了在3. 7V的氧化电势，这说明腐蚀的开始在约3. 7V发生。在一个实施例中扫描速度 为lOmv/s。在某些实施例中，所述电解质为具有通式(I)的化合物。在其它的实施例中，所 述电解质为具有下述通式的化合物具有通式(RaS02)N_Li+(S02Ra)的化合物，其中每一 Ra 独立地为Cp8全氟代烷基或全氟代芳基。在一个实施例中，所述电解质为双(三氟甲烷磺 酰)氨基锂(LiTfsi)。能够使用如下所述的各种电解质。在一个实施例中，所述电解质具 有1.2M的浓度。能够使用如下所述的各种溶剂。溶剂的实例包括碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯 和碳酸甲乙酯的比例为111的混合物或者碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯的比例为11 的混合物。图6显示根据本发明的实施方案在金连接片的存在下电解质的循环伏安对比图。 在某些实施例中，所述电解质为具有通式(I)的化合物。在其它的实施例中，所述电解质 为具有下述通式的化合物具有通式(RaS02)N_Li+(S02Ra)的化合物，其中每一 Rli立地为CV8全氟代烷基或全氟代芳基。在一个实施例中，所述电解质为双(三氟甲烷磺酰)氨基锂 (LiTfsi)。图6显示直到约4. 5V没有发生氧化。在一个实施例中扫描速度为lOmv/s。在 一个实施例中，所述电解质为双(三氟甲烷磺酰)氨基锂(LiTfsi)。能够使用如下所述的 各种电解质。在一个实施例中，所述电解质具有1.2M的浓度。能够使用如下所述的各种溶 剂。溶剂的实例包括碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的比例为1 1 1的混合物 或者碳酸亚乙酯/碳酸二乙酯的比例为11的混合物。在一个实施方案中，本发明提供了正极，其包括电极活性材料和集流体。相对于 Li/Li+参比电极，所述正极具有3. 5至4. 5伏特的较高充电电压。所述较高充电电压为所 述正极可以以低充电速率并具有显著可逆的存储容量能达到的最大电压。在某些实施方案 中，电池使用相对于Li/Li+参比电极具有3至5. 8伏特的较高充电电压的正极也是适当的。 能够使用多种正极活性材料。正极活性材料的非限制性实例包括过渡金属氧化物、磷酸盐 和硫酸盐，以及锂化的过渡金属氧化物、磷酸盐和硫酸盐。在某些实施方案中，电极活性材料为具有层晶结构的氧化物，其经验式为LixMO2, 其中M为过渡金属离子，其选自Mn、Fe、C0、Ni、Al、Mg、Ti、V及其组合，χ的值可以为约0. 01 至约1，适当地为约0. 5至约1，更适当地为约0. 9至1。在某些另外的实施方案中，所述活性 材料为具有针状晶体结构的氧化物，其经验式为Li1+xM2_y04，其中M为过渡金属离子，其选自 Mn、Co、Ni、Al、Mg、Ti、V及其组合，χ的值可以为约-0. 11至0. 33，适当地为约O至约0. l,y 的值为约O至0. 33，适当地为O至0. 1。在某些另外的实施方案中，所述活性材料为氧化钒， 例如LiV205、LiV6013、LixV205、LixV6O13，其中χ为O < χ < 1，或者改性的前面的化合物，因为 其组成为诸如本领域已知的非化学计量的、无序的、无定形的、超锂化的(overlithiated) 或低锂化(imderlithiated)的形式。合适的正极活性化合物可以通过掺入小于5%的二价 或三价金属阳离子进一步改性，所述阳离子例如狗2+、Ti2+、Zn2\ Ni2+、Co2+、Cu2+、Mg2+、Cr3+、 i^3+、Al3+、Ni3+、Co3+或Mn3+等。在某些其它的实施方案中，适用于正极组合物的正极活性材 料包括具有橄榄石结构的嵌锂化合物，例如LixMXO4，其中M为过渡金属离子，其选自 ^、Μη、 Co、Ni及其组合，并且X选自P、V、S、Si及其组合，χ的值可以为约0至2。在某些其他的 实施方案中，具有钠超离子导体(NASIC0N)结构的活性材料例如YxM2 (XO4)3，其中Y为Li或 Na，或其组合，M为过渡金属离子，其选自Fe、V、Nb、Ti、Co、Ni、Al或其组合，并且X选自P、 S、Si 及其组合，并且 χ 的值为 0 至 3。J. B. Goodenough 在“Lithium Ion Batteries (锂离 子电池)”(Wiley-VCH出版社，由M. Wasihara和0. Yamamoto编辑)上公开了这些材料的实 例。电极材料的颗粒大小优选为Inm至100 μ m,更优选为IOnm至lOOum，并且甚至更优选 为 Ιμ 至 IOOym0在某些实施方案中，所述电极活性材料为氧化物，例如LiCoO2、尖晶石LiMn2O4、掺 铬尖晶石锂锰氧化物 LixCryMn2O4、层状 LiMn02、LiNi02、LiNixCOl_x02，其中 χ 为 O < χ < 1，优 选的范围为0. 5 < χ < 0. 95，以及氧化钒，例如LiV2O5, LiV6O13^ LixV2O5, LixV6O13，其中χ为 O < χ < 1，或者改性的前面的化合物，因为其组成为诸如本领域已知的非化学计量的、无序 的、无定形的、超锂化的或低锂化的形式。合适的正极活性化合物可以通过掺入小于5%的 二价或三价金属阳离子进一步改性，所述阳离子例如佝2+、Ti2+、Ζη2\ Ni2+、Co2+、Cu2+、Mg2+、 Cr3+、Fe3\ Al3+、Ni3+、Co3+或Mn3+等。在某些其他的实施方案中，适用于正极组合物的正极 活性材料包括具有橄榄石结构的嵌锂化合物，例如LiFePO4以及具有钠超离子导体结构的嵌锂化合物例如 Lii^eTi (SO4)3，或者由 J. B. Goodenough 在 “Lithium Ion Batteries (锂 离子电池)”(Wi 1 ey-VCH出版社，由Μ. Wasihara和0. Yamamoto编辑)上公开的那些材 料。在某些另外的实施方案中，电极活性材料包括Lii^P04、LiMnP04、LiVP04、Lii^eTi (SO4) 3、 LiNixMn1^xO2, LiNixCoyMn1^yO2 及其衍生物，其中 χ 为 0<χ<1 并且 y 为 0<y<l。在某 些实施例中，χ为约0. 25至0.9。在一个实施例中，χ为1/3并且y为1/3。正极活性材料的 颗粒大小应该为约1微米至100微米范围。在某些优选的实施方案中，过渡金属氧化物例如 LiCoO2,LiMn2O4,LiNiO2,LiNixMn1^O2,LiNixCoyMn1^yO2 及其衍生物，其中 χ 为 O < χ < 1 并且 y为O < y < 1。能够通过将电解质Mn02、Li0H和氧化镍的化学当量混合物加热至约300至 400°C来制备LiNixMrvxO215在某些其他的实施方案中，电极活性材料为XLi2MnO3(I-X)LiMO2 或 LiM' PO4,其中 M选自 Ni、Co、Mn、LiNiO2 或 LiNixCcvxO2 ;M'选自 Fe、Ni、Mn 禾口 V ；并且 每一 χ和y独立地为O至1的实数。能够通过将电解质Mn02、Li0H、氧化镍和氧化钴的化学 当量混合物加热至约300至500°C来制备LiNixCoyMni_x_y02。正极可以含有0%至约90%的 导电性添加剂，优选地，所述添加剂小于5 %。在一个实施方案中，每一下标χ和y独立地选 自 0. 1、0· 15、0· 2、0· 25、0· 3、0· 35、0· 4、0· 45、0· 5、0· 55、0· 6、0· 65、0· 7、0· 75、0· 8、0· 85、0· 9 或者0. 95。χ和y能够为O至1的任何数字以满足化合物LiNixMrviA和LiNixCoyMni_x_yA 的电荷平衡。典型的正极以及它们的大约的再充电电位包括1 (3. OV vs. Li/Li+)、 LiCoPO4 (4. 8V vs. Li/Li.)、LiFePO4 (3. 45V vs. Li/Li.)、Li2FeS2 (3. OV vs. Li/Li.)、 Li2FeSiO4 (2. 9V vs. Li/Li+)、LiMn2O4 (4. IV vs. Li/Li+)、LiMnPO4 (4. IV vs. Li/Li+)、 LiNiP04(5. IV vs. Li/Li+) , LiV308 (3. 7V vs. Li/Li+) , LiV6013(3. OV vs. Li/Li+), LiVOPO4 (4. 15V vs. Li/Li.)、LiVOPO4F (4. 3V vs. Li/Li.)、Li3V2 (PO4) 3 (4. IV (2Li)或 4. 6V (3Li) vs. Li/Li+)、MnO2 (3. 4V vs. Li/Li+)、MoS3 (2. 5V vs. Li/Li+)、硫(2. 4V vs. Li/ Li+), TiS2 (2. 5V vs. Li/Li+), TiS3 (2. 5V vs. Li/Li.)、V2O5 (3. 6V vs. Li/Li.)、V6O13 (3. OV vs. Li/Li+)及其组合。能够通过混合和构成下述组合物来形成正极，所述组合物以重量计包含 0.01-15%,优选2-15%，更优选4-8%的聚合物粘合剂，10-50%，优选15-25%的本发明所 述的电解质溶液，40-85%，优选65-75%的电极活性材料以及1_12%，优选4_8%的导电性 添加剂。任选地，可以加入高至12%的惰性填料，以及其他本领域技术人员期望的其他的这 样的辅料，这基本上不会影响达到本发明的期望结果。在一个实施方案中，没有使用惰性填 料。在一个实施方案中，本发明提供了负极，其包括电极活性材料和集流体。所述负 极包括选自Li、Si、Sn、Sb、Al及其组合的金属或者包括一种或多种颗粒形式的负极活性 材料，粘合剂、优选聚合物粘合剂，任选的导电性添加剂，以及至少一种有机碳酸酯的混合 物。有用的负极活性材料的实例包括但不限于金属锂、碳(石墨、焦型、中间相碳、聚并苯、 碳纳米管、碳纤维等)。负极活性材料还包括嵌锂碳，诸如Li2.6Coa4N的锂金属氮化物，诸 如LiAl或Li4Sn的金属锂合金，锡、硅、锑或铝的形成锂合金的化合物，诸如由Mao等人 在 Electrochemical and Solid State Letters, 2 (1), ρ· 3,1999 上的"Active/Inactive Nanocomposites as Anodes for Li-Ion Batteries (1 !! +^1MP曰丰及白勺igit / if 个生 纳米复合物)”中公开的那些化合物。作为负极活性材料的材料还包括金属氧化物，例如氧化钛、氧化铁或氧化锡。当以颗粒形式存在时，负极活性材料的颗粒大小应该为0. 01微米 至100微米范围，优选为1微米至100微米。某些优选的负极活性材料包括石墨，例如微球 碳、天然石墨、碳纳米管、碳纤维，或片状石墨材料。某些其他优选的负极活性材料为可商购 的石墨微球和硬碳。能够通过混合和构成组合物来形成负极，所述组合物以重量计包含0. 01-20%，或 1-20 %，优选2-20 %，更优选3-10 %的聚合物粘合剂，10-50 %，优选14- %的本发明所述 的电解质溶液，40-80 %，优选60-70 %的电极活性材料以及0-5 %，优选1_4%的导电性添 加剂。任选地，还可以加入高至12%的本文上述的惰性填料，以及其他本领域技术人员期望 的其他的这样的辅料，这基本上不会影响达到本发明的期望结果。优选不使用惰性填料。合适的用于正和负极组合物的导电性添加剂包括碳，例如焦炭、炭黑、碳纳米管、 碳纤维以及天然石墨，铜、不锈钢、镍或其它相对惰性金属的金属薄片或颗粒，导电金属氧 化物，例如氧化钛或氧化钌，或者电子导电性聚合物，例如聚乙炔、聚亚苯基和聚苯乙炔、聚 苯胺或聚吡咯。优选的添加剂包括碳纤维、碳纳米管和相对表面积低于约100m2/g的炭黑， 例如从比利时的MMM Carbon得到的Super P和Super S炭黑。适用于正和负极的集流体包括金属箔和碳板，所述碳板选自石墨板、碳纤维板、泡 沫碳和碳纳米管板或膜。纯石墨和碳纳米管膜通常可达到高导电率，所以优选石墨和纳米 管板尽可能不含有粘合剂、添加剂和杂质，以便实现本发明的优点。能够含有0.01%至约 99%的碳纳米管。碳纤维能够为微米级或亚微米级的形式。可以加入炭黑或碳纳米管来增 强某种碳纤维的电导率。在一个实施方案中，负极集流体为诸如铜箔的金属箔。所述金属 箔能够具有的厚度为约5微米至约300微米。适用于本发明的碳板集流体可以是涂布在诸如金属基板的基板上的粉末形式、自 立式薄板形式或者层压板形式。即集流体可以为具有其它组件的组合结构，所述其它组件 例如金属箔、胶层以及其它这样的可以被认为是给定申请所期望的材料。然而，在任何情况 下，根据本发明，碳板层或者与粘合促进剂组合的碳板层直接与本发明的电解质接触并且 与电极表面电子导电接触。在某些实施方案中，加入树脂来填充碳板集流体的孔以阻止电解质通过。所述树 脂能够为导电的或绝缘的。绝缘树脂能够用于提高碳板的机械强度。导电性树脂的使用有 利于提高初始充电效率，降低由于与电解质反应而发生钝化的表面积。导电性树脂也能够 提高碳板集流体的导电性。实施本发明优选的柔性碳板的特征在于厚度至多2000微米，优选小于1000，更优 选小于300，甚至更优选小于75微米，并且最优选小于25微米。实施本发明优选的柔性碳 板的进一步特征在于，根据ASTM标准C611-98测定的沿着板的长度和宽度的电导率为至少 1000西门子/厘米(S/cm)，优选为至少2000S/cm，最优选为至少3000S/cm。实施本发明优选的柔性碳板可以与具体应用所需要的其它组分混合，但是非常优 选纯度为约95%或更高的碳板。在某些实施方案中，碳板的纯度大于99%。可以预料到当 厚度低于约10 μ m时电阻会过高，所以小于约10 μ m的厚度并非优选。在某些实施方案中，碳集流体为柔性自立式石墨板。所述柔性自立式石墨板阴极 集流体由膨胀石墨颗粒制成，没有使用任何粘合材料。所述柔性石墨板能够由天然石墨、 片状漂浮石墨或合成石墨制成，所述石墨板被大幅地膨胀，以使其具有的d。。2大小是原始的d。。2大小的至少80倍，并且优选200倍。膨胀的石墨颗粒具有优异的机械连结或粘合性质， 使其不用任何粘合剂就能够被压缩成整体的柔性板。通常以小软片或粉末的形式发现或获 得天然石墨。漂浮石墨为在熔炼铁的过程中结晶出的过量的碳。在一个实施方案中，所述 集流体为柔性自立式膨胀石墨。在其它的实施方案中，所述集流体为柔性自立式膨胀天然石墨。粘合剂是任选的，然而本领域优选使用粘合剂，特别是聚合物粘合剂，也是实施本 发明优选的粘合剂。本领域技术人员会意识到许多下述的适合作为粘合剂使用的聚合材料 也可用于形成适用于本发明的锂或锂离子蓄电池的离子渗透隔板。合适的粘合剂包括，但不限于，聚合物粘合剂，特别是凝胶型聚合物电解质，其包 括聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(氯乙烯)和聚偏二氟乙烯及其共聚物。还包括固 体聚合物电解质，例如聚醚-盐基电解质，其包括聚(环氧乙烷)(PEO)及其衍生物、聚(环 氧丙烷)(PPO)及其衍生物、以及带有亚乙氧基或其它侧基的聚(有机磷腈)。其它的合适 的粘合剂包括氟代离聚物，其包括部分或全部氟化的聚合物主链并具有如下侧基，所述侧 基包括氟化的磺酸盐、亚胺锂盐或甲基锂盐。优选的粘合剂包括聚偏二氟乙烯及其与六氟 丙烯、四氟乙烯、氟代乙烯基醚的共聚物，所述氟代乙烯基醚例如全氟甲基、全氟乙基或全 氟丙基乙烯基醚；以及离聚物，其包括聚偏二氟乙烯的单体单元和包含侧基的单体单元，所 述侧基包括氟化的羧酸盐、磺酸盐、亚胺锂盐或甲基锂盐。凝胶型聚合物电解质由聚合物粘合剂与相容的合适的疏质子极性溶剂以及适当 的电解质盐组合形成。PEO和PPO基聚合物粘合剂能够在没有溶剂的情况下使用。没有溶 剂时，它们变为固体聚合物电解质，其可以在某些情况下提供安全和循环寿命方面的优势。 其它合适的粘合剂包括所谓的“聚合物掺盐型”组合物，其包含大于一种或多种盐的重量 的50%的聚合物。例如参见MJorsyth等人，Solid State Ionics (固态离子学)，113，pp 161-163(1998)。粘合剂还包括玻璃状固体聚合物电解质，其与“聚合物掺盐型”组合物相似，除了 所述聚合物在使用时以低于其玻璃软化温度存在并且盐浓度以重量计为约30 %。在一个实 施方案中，优选的粘合剂在最终电极中的体积分数为4%至40%。离子导电介质通常包括电解质溶液，其包括溶于溶剂中的通式(I)的锂盐R1-X- (Li+)R2(R3)m(I)所述离子导电介质优选为电绝缘的。每一取代基R1、R2和R3为吸电子基，其独立 地选自-CN、-SO2Ra, -SO2-La-SO2NXi+SO2Ra, -P (0) (ORa)2, -P (0) (Ra)2, -CO2Ra, -C (0) Ra 和-H。 每一 Ra独立地选自CV8烷基、C1^8卤代烷基、C1^8全氟代烷基、芳基、全氟代芳基，任选地取 代的巴比妥酸和任选地取代的硫代巴比妥酸，其中烷基或全氟代烷基的至少一个碳-碳键 被选自-0-或-S-的一个取代基任选地取代以形成醚或硫醚键，并且所述芳基被1-5个取 代基任选地取代，所述取代基选自卤素、Ch卤代烷基、C1^4全氟代烷基、-CN、-SO2Rb, -P (0) (ORb)2, -P (0) (Rb)2, -CO2Rb 和-C (0) Rb，其中 Rb 为 C1^ 烷基或 C1^ 全氟代烷基，并且 La 为 C^4 全氟亚烷基。在一个实施方案中，R1S-SO2R^在某些实施例中，R1为-SO2 ((V8全氟代烷 基)。例如，R1为-S02CF3、-S02CF2CF3等。在某些其它的实施例中，当m为0时，R1为-SO2 (C1^8 全氟代烷基)并且R2为-SA (C1^8全氟代烷基)或-SA (-Ra-SO2Li+) SO2-Ra，其中Ra为任选地被1-4个-0-取代的CV8全氟代烷基。例如，每一 Ra独立地选自-CF3、-CF2CF3、-CF2-SCF3、-CF2-0CF3、C1^8氟代烷基、全氟苯基、三氟苯基和二 -三氟苯基。在具有通式I的化合物的一个实施方案中，R1为-SO2 (C"氟代烷基)。CV8氟代烷 基包括具有最多17个氟原子的烷基并且还指包括各种部分氟代的烷基，例如-CH2CF3、-CH2-OCF3、-CF2CH3、-CHFCHF2、-CHFCF3、-CF2CH2CF3 等。在通式I的化合物中，La为CV4全氟亚烷基，例如-CF2-, -CF2CF2-, -CF2CF2CF2-, -CF 2cf2cf2cf2-及其异构体。当m为0时，符号X为N。当m为1时，X为C。在某些实施方案中，化合物具有通式=(RaSO2) N_Li+(SO2Ra),其中每一 Rli立地为 (V8全氟代烷基或全氟代芳基，如全氟苯基。在某些实施方案中，通式I的化合物选自CF3S02N_(Li+) SO2CF3、CF3CF2SO2N^(Li+) S02CF3、CF3CF2SO2N- (Li+) SO2CF2CF3^ CF3SO2N-(Li+)SO2CF2OCF3^ CF3OCF2SO2N- (Li+) SO2CF2OCF3^ C6F5SO2N- (Li+) SO2CF3> C6F5SO2N- (Li+) SO2C6F5 和 CF3S&(Li+) S02PhCF3。在一个实施方案中，通式I的化合物具有子通式Ia ((V8 氟代烷基)SO2-X- (Li+) R2 (R3) mIa其中取代基如上面所规定的。在其它的实施方案中，通式I的化合物具有子通式Ia-I ((V8 氟代烷基)SO2-C- (Li+) R2R3Ia-I其中取代基如上面所规定的。在其它的实施方案中，通式I的化合物具有子通式Ia-2 ((V8 氟代烷基)SO2-N- (Li+) R2Ia-2其中取代基如上面所规定的。电解质溶剂能够为疏质子液体或聚合物。所述电解质溶剂包括有机碳酸酯和内 酯。有机碳酸酯包括具有通式=R4OC( = 0)0R5的化合物，其中每一 R4和R5独立地选自CV4 烷基和C3_6环烷基，或者与其连接的原子一起形成4元至8元环，其中所述环的碳被选自卤 素、CV4烷基和Cy卤代烷基的1-2个取代基任选地取代。在一个实施方案中，有机碳酸酯包 括碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯及其混合物以及许多相 关物质。所述内酯选自β-丙内酯、Y-丁内酯、S-戊内酯、ε-己内酯、环己烷-6-内酯 及其混合物，每一所述内酯被选自卤素、C1^4烷基和CV4卤代烷基的1-4个取代基任选地取 代。还包括固体聚合物电解质，例如聚醚和聚(有机磷腈)。还包括例如本领域已知的含锂 盐的离子液体混合物，包括离子液体例如咪唑阳离子基于酰亚胺、甲基化物、PF6-或BF4-与 反离子的有机衍生物。例如MacFarlane等人，Nature (大自然)，402，792 (1999)。合适的 电解质溶剂的混合物，包括液体和聚合物电解质溶剂的混合物也是合适的。适用于实施本发明的电解质溶液通过将通式I的化合物的亚胺锂盐或甲基锂盐 与辅盐以及非水电解质溶剂混合，通过适于具体材料的溶解、搅拌成泥浆状或者熔融混合 形成，所述辅盐任选地选自LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiB(C204) 2、(双(草酸)硼酸锂)或LiC104。当亚胺盐或甲基化物盐的浓度在0. 2摩尔到3摩尔，但优选0. 5摩尔至2摩尔，最优选0. 8 摩尔至1. 2摩尔时，本发明是可实施的。根据电池的制造方法，所述电解质溶液可以在卷绕 或层压之后加入到电池中以形成电池结构，或者其可以在最终的电池组装前加入到电极或 隔板组合物中。所述电化学电池任选地含有离子导电层。所述适用于本发明的锂或锂离子蓄电 池的离子导电层为任何可离子渗透的形状的物体，优选为薄膜、隔板或薄板的形式。这样 的离子导电层可以为离子导电性隔板或微孔膜，例如微孔聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯及其 层状结构。合适的离子导电层还包括膨胀的聚合物，例如聚偏二氟乙烯及其共聚物。其它 的合适的离子导电层包括本领域已知的那些凝胶型聚合物电解质，例如聚(甲基丙烯酸甲 酯)和聚(氯乙烯)。合适的离子导电层还有聚醚，例如聚(环氧乙烷)和聚(环氧丙烷)。 优选的为微孔聚烯烃隔板，所述隔板包括偏二氟乙烯与六氟丙烯、全氟甲基乙烯醚、全氟乙 基乙烯醚或全氟丙基乙烯醚、包括其组合在内的共聚物，或者氟化的离聚物，所述离聚物如 Doyle等人在美国专利第6，025，092号中所描述的那些。在其它方面，本发明提供了在电化学电池中将连接片连接到电极上的方法。所述 方法包括(a)提供包含电极活性材料和碳集流体的电极，所述碳集流体与电极电子导电接 触；(b)提供具有用于连接到电极上的第一连接端的连接片；以及(c)通过下述方法将连 接片的第一连接端连接到碳集流体上，所述方法选自铆接、导电粘合层压、铆合、热压、超声 压、机械压、卷边、夹紧及其组合。在一个实施方案中，所述电化学电池为锂离子电化学电 池。在一个实施方案中，所述方法包括将碳集流体与连接片对准并对碳集流体进行铆 接、铆合、导电粘合层压、热压、超声压、机械压、卷边、夹紧及其组合。所述连接片能够具有 各种形状，例如U-型、V-型、L-型、长方形或倒T-型。在一个实施例中，所述碳集流体和连 接片能够对准任何期望连接的位置。所述碳集流体能够对准连接片的任何合适的部分。例 如，将所述碳集流体对准连接片的中部、侧面或预定位置。所述连接片和集流体通过铆接或 铆合结合在一起。在其它的实施方案中，通过导电粘合层将所述连接片连接到碳集流体上。在某些 实施例中，所述导电层沉积在连接片上。在一个实施例中，所述导电层为包含导电填料和 粘合剂的胶粘层。所述导电填料选自炭黑、导电聚合物、碳纳米管和碳复合材料。所述导 电层能够具有的厚度为约Inm至约1000微米。例如，所述导电层的厚度为约lnm、10nm、 20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、lOOnm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、 700nm、800nm、900nm或IOOOnm0所述导电层还能够具有的厚度为约1 μ m、10 μ m、20 μ m、 30 μ m、40 μ m、50 μ m、60 μ m>70 μ m>80 μ m、90 μ m、100 μ m、200 μ m、300 μ m、400 μ m、500 μ m、 600 μ m、700 μ m、800 μ m、900 μ m 或 1000 μ m。在其它方面，本发明提供了蓄电池。所述蓄电池包括外壳、正极连接器、负极连接 器、位于外壳中的电化学电池，其中正极和负极连接器安装在外壳上。在一个实施方案中， 所述外壳为密封箱。在另外的实施方案中，所述连接片通过导电粘合层连接到碳集流体，然 后进行铆接、热压、超声压、机械压、铆合、卷边或夹紧。在一个实施方案中，所述正极连接器和负极连接器都具有位于外壳中的内端和突 出于外壳以外的外端。将所述正极连接片与正极连接器的内端焊接并将负极连接片与负极连接器的内端焊接以提供具有连接外部设备的正外端和负外端的蓄电池。例如，所述蓄电 池能够具有多个与正极连接器或负极连接器焊接的连接片。所述蓄电池能够通过首先将连 接片连接至锂离子电化学电池的电极上来制备。然后将所述电极和隔板层胶状卷绕或堆积 起来并放置在蓄电池箱中。将所述正极的连接片与外壳的正极连接器的内端焊接，并且将 所述负极的连接片与外壳的负极连接器的内端焊接。所述外壳为密封的并且没有暴露连接 片。在一个实施方案中，所述外壳为容器。在其它的实施方案中，所述蓄电池的连接片的第二连接端突出于外壳以外，用来 连接外部设备。例如，所述蓄电池能够通过将所述连接片首先连接到锂离子电化学电池的 电极上来制备。然后将所述电极和隔板胶状卷绕或堆积起来并放置在外壳中，接着进行密 封，仅连接片突出于外壳。在一个实施方案中，所述外壳为容器。在其它的实施方案中，正极的碳集流体和/或负极的碳集流体突出于外壳。在一 个实施例中，所述外壳为箔-聚合物层压包装。碳集流体中的孔被树脂或其它材料封闭或 密封以便当碳集流体被热封在两层箔层压体间时提供尽可能接近真空密封。所述树脂能够 为导电或绝缘树脂。这样的设计的优势在于金属连接片能够连接到电池外部的碳集流体上并且不与 腐蚀性电解质溶液接触。这允许使用多数金属、金属合金或组合。能够根据本领域已知的任何方法组装所述锂离子电池(参见美国专利第 5，246，796,5, 837，015,5, 688，293,5, 456，000,5, 540，741 和 6，287，722 号，其以引用的方 式并入本文中)。在第一个方法中，将电极溶剂浇铸到集流体上，将集流体/电极带连同微 孔聚烯烃隔板一起螺旋状卷绕以制成圆柱形卷绕体，将所述卷绕体放入金属电池箱中，并 将非水电解质溶液灌注到卷绕好的电池中。在第二个方法中，将电极溶剂浇铸到集流体上 并干燥，将电解质和聚合物凝胶剂涂布在隔板和/或电极上，将隔板与集流体/电极层叠在 一起或使其与集流体/电极带接触以制成电池组件，然后将所述电池组件切割并堆积或折 叠或卷绕，然后将其放入箔层压包装中，最后热处理以使电解质凝胶化。在第三个方法中， 将电极和隔板溶剂浇铸同时还加入增塑剂；将电极、网状集流体、电极和隔板层叠在一起以 制成电池组件，使用挥发溶剂萃取增塑剂，干燥所述组件，然后通过所述组件与电解质的接 触，用电解质填充由增塑剂萃取留下的空隙空间以产生活性电池，所述一个或多个组件任 选地被堆积、折叠或卷绕，最后将所述电池包裹在箔层压包装中。在第四个方法中，首先干 燥电极和隔板材料，然后将其与盐和电解质溶剂混合以制成活性组分；通过熔化处理使电 极和隔板组分形成膜，将所述膜层叠以产生电池组件，将一个或多个所述组件堆积、折叠或 卷绕然后包装在箔层压容器中。在第五个方法中，将电极和隔板螺旋状卷绕或堆积;将聚合 物粘合剂(例如聚偏二氟乙烯(PVDF)或相当的粘合剂)放在隔板或电极上，在卷绕或堆积 后，加热层压体以熔化所述粘合剂并使各层粘附在一起，然后用电解质填充。在一个实施方案中，能够通过将所有的聚合成分溶解在常用溶剂中，并与炭黑颗 粒和电极活性颗粒混合在一起方便地制成电极。例如，能够通过将聚偏二氟乙烯(PVDF)溶 解在1-甲基-2-吡咯烷酮或将聚(PVDF-co-六氟丙烯(HFP))共聚物溶解在丙酮溶剂中， 然后加入电极活性材料和炭黑或碳纳米管的颗粒，然后将膜沉积在基板上并干燥来制造锂 蓄电池电极。所得电极将包括电极活性材料、导电性炭黑或碳纳米管以及聚合物。然后能 够将这样的电极从溶液浇铸到合适的诸如玻璃板或集流体的支撑物上，并用本领域熟知的技术使其形成膜。以尽可能小的接触电阻使正极与石墨集流体电子导电接触。这可以通过将粘合促 进剂的薄层沉积在石墨板上有利地完成，所述粘合促进剂例如丙烯酸-乙烯共聚物和炭黑 的混合物。合适的接触可以通过实施高温和/或压力来提供集流体和电极的紧密接触来达 到。用于实施本发明的诸如碳纳米管或石墨板的柔性碳板在实现低接触电阻方面提 供了特别的优势。由于它的高延展性、一致性和韧性，能够将其制成特别紧密，并因此在 与电极结构接触时具有低电阻，所述电极结构有意或无意地提供了不平坦的接触表面。在 任何情况下，在本发明的实施中，本发明的正极和石墨集流体间的接触电阻优选不超过 50ohm-cm2，在一个实施例中，不超过10ohm-cm2，并在其它的实施例中，不超过2ohm-cm2。接 触电阻能够通过本领域普通技术人员已知的任何方便的方法测定。用欧姆表的简单测定是 可以的。使负极与负极集流体电子导电接触。所述负极集流体能够为金属箔、网状物或碳 板。在一个实施方案中，所述集流体为铜箔或网状物。在优选的实施方案中，所述负极集流 体为选自石墨板、碳纤维板或碳纳米管板的碳板。与正极的情况相同，能够任选地使用粘合 促进剂来将负极固定到集流体上。在一个实施方案中，然后将由此产生的电极膜通过层压结合。为了确保层压或结 合的组分可以优异的离子导电率相互接触，将所述组分与电解质溶液结合，所述电解质溶 液包含疏质子溶剂，优选如本文上述的有机碳酸酯，和通式I所示的亚胺锂盐或甲基锂盐。虽然已经以实施例的方式和从具体的实施方案的方面描述了本发明，应该理解本 文所述的实施例和实施方案只是为了示例性说明的目的并且本发明不限于所公开的实施 方案。意图覆盖本领域的那些技术人员显而易见的各种改变和相似的设置。因此，应该对 附加的权利要求的范围进行最宽的说明，以便包括所有的这些改变和相似的设置。本文为 了所有目的引用的所有的出版物、专利和专利申请都以引用的方式整体并入本文中。
权利要求
1.电化学电池，所述电化学电池包括正极，其包含正极材料和正极集流体，其中所述正极材料与所述正极集流体电子导电 接触；负极，其包含负极材料和负极集流体，其中所述负极材料与所述负极集流体电子导电 接触；电绝缘和离子导电介质，其与所述正极和所述负极离子导电接触，其中所述离子导电 介质包含离子导电层和电解质溶液；至少一个正极连接片，其具有第一连接端和第二连接端，其中所述至少一个正极连接 片的所述第一连接端连接到所述正极集流体上；至少一个负极连接片，其具有第一连接端和第二连接端，其中所述至少一个负极连接 片的所述第一连接端连接到所述负极集流体上； 其中所述正极集流体包含导电性非金属基板。
2.如权利要求1所述的电池，其中所述正极集流体为导电性碳板，其选自石墨板、碳纤 维板、泡沫碳、碳纳米管膜及其混合物，它们中的每一个都具有至少lOOOS/cm的平面电子 电导率；并且其中每一所述连接片都是由导电材料制成。
3.如权利要求1所述的电池，其中所述导电性碳板的所述平面电子电导率为至少 2000S/cm。
4.如权利要求1所述的电池，其中所述导电性碳板的所述平面电子电导率为至少 3000S/cm。
5.如权利要求1所述的电池，其中所述正极和所述正极连接片形成界面，其中所述界 面的电阻小于约25m0hm-cm2。
6.如权利要求1所述的电池，其中所述界面的所述电阻小于约2.5m0hm-cm2。
7.如权利要求1所述的电池，其中所述至少一个正极连接片为连接到所述正极集流体 上的多个金属连接片。
8.如权利要求2所述的电池，其中所述正极集流体、所述负极集流体或二者包含石墨板。
9.如权利要求2所述的电池，其中所述正极集流体、所述负极集流体或二者用树脂处理。
10.如权利要求2所述的电池，其中所述导电性材料为金属，其选自铜、镍、铬、铝、铜、 钛、不锈钢、金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、锡、铍和钼及其合金。
11.如权利要求1所述的电池，其中所述正极材料为过渡金属氧化物、磷酸盐和 硫酸盐，或嵌锂的过渡金属氧化物，所述嵌锂的过渡金属氧化物的通式选自LixM02、 Li1+X, M' 2_y04、LiV205、LiV6013、Lix" M〃 父04和 Yx" , M〃 ‘ 2 (XO4)3,其中M为过渡金属，其选自Mn、Fe、Co、Ni、Ti、V及其组合并且下标χ为约0.01至约1的实数；M'为过渡金属，其选自胞丄0、附、11、￥及其组合，下标1'为约-0. 11至0.33并且下 标y为约0至0. 33的实数；M"为过渡金属，其选自Fe、Mn、C0、Ni及其组合，X选自P、V、S、Si及其组合并且下标χ"为约0至2的实数；Y为Li、Na或其组合，M"‘为过渡金属，其选自Fe、V、Nb、Ti、Co、Ni及其组合，X选自 P、S、Si及其组合，并且下标χ" ’为0至3的实数；并且其中所述正极材料被任选地掺入金属阳离子，所述金属阳离子选自狗2+、Ti2+、Zn2\ Ni2+、Co2\ Cu2+、Mg2+、Cr3\ Fe3\ Al3+、Ni3+、Co3+ 或 Mn3+。
12.如权利要求1所述的电池，其中所述正极材料为正极活性材料，所述正极活性材料 包括磷酸盐、硫酸盐、嵌锂的过渡金属氧化物，所述嵌锂的过渡金属氧化物选自LiCoO2、尖 晶石 LiMn2O4、掺铬尖晶石锂锰氧化物、XLi2MnO3 (l-χ) LiMO2、LiNiyMrvyO2、LiMO2、LiNixCo1^xO2 以及氧化钒或LiM' PO4或Lii^eTi (SO4) 3 ；其中M选自Ni、Co或Mn ； M'选自Fe、Ni、Mn和V ；并且 χ和y均独立地为O至1的实数。
13.如权利要求2所述的电池，其中所述碳板具有约10μ m至约1000 μ m的厚度。
14.如权利要求2所述的电池，其中所述碳板任选地包括小于5%的导电性添加剂，所 述导电性添加剂选自炭黑、碳纤维和碳纳米管。
15.如权利要求2所述的电池，其中所述碳板具有至少95%的纯度。
16.如权利要求1所述的电池，其中所述负极材料为负极活性材料，所述负极活性材料 选自石墨微球、天然石墨、碳纤维、石墨片、碳纳米管、Li金属、Si、Sn、Sb和Al。
17.如权利要求16所述的电池，其中所述负极集流体选自金属箔和碳板，所述碳板选 自石墨板、碳纤维板、泡沫碳、碳纳米管膜或其混合物。
18.如权利要求17所述的电池，其中所述金属箔为铜箔。
19.如权利要求17所述的电池，其中所述金属箔的厚度为约5μ m至300 μ m。
20.如权利要求17所述的电池，其中所述负极集流体为厚度约10μ π!至1000 μ m的碳板。
21.如权利要求1所述的电池，其中每一所述第二连接端任选地与用于连接外部电路 的导电性元件连接。
22.如权利要求1所述的电池，其中所述离子导电层为离子导电膜或微孔层。
23.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质溶液包括盐，所述盐选自LiPF6、LiBF4, LiClO4以及具有通式(RaSO2) NXi+ (SO2Ra)的化合物，其中每一 Ra独立地为Cp8全氟代烷基或全氟代芳基。
24.如权利要求23所述的电池，其中所述电解质溶液包括盐，所述盐选自CF3SO2N-(Li+) S02CF3、CF3CF2SO2N-(Li+)SO2CF3^ CF3CF2SO2N^ (Li+) SO2CF2CF3^ CF3SO2N-(Li+)SO2CF2OCF3^ CF3OCF2SO2N- (Li+) SO2CF2OCF3^ C6F5SO2N-(Li+)SO2CF3^ C6F5SO2N-(Li+) SO2C6F5 或 CF3SO2N-(Li+) SAPhCF3。
25.如权利要求M所述的电池，其中所述电解质溶液包括CF3SO2N-(Li+)SO2CF315
26.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质溶液包括溶剂，所述溶剂选自内酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、二乙基甲基碳酸酯及其混合物。
27.如权利要求1至沈中任一权利要求所述的电池，其中所述连接片的至少一个第一 连接端具有光滑表面。
28.如权利要求1至沈中任一权利要求所述的电池，其中所述正极连接片、所述负极连 接片或两种电极连接片的至少一个第一连接端包括一系列预制的微凹痕，其中每一凹痕的 深度为约1 μ m至100 μ m并且尺寸为约1 μ m至500 μ m。
29.如权利要求28所述的电池，其中所述的一系列凹痕被均勻地分隔。
30.如权利要求观所述的电池，其中每一连接片的所述第一连接端的形状独立地选自 圆形、椭圆形、三角形、正方形、菱形、长方形、梯形、U-型、V-型、L-型以及不规则形状。
31.如权利要求观所述的电池，其中每一连接片的所述第一连接端的尺寸为宽度至少 500 μ m以及长度至少5mm。
32.如权利要求1至沈中任一权利要求所述的电池，其中所述正极连接片、所述负极连 接片或两种电极连接片的至少一个第一连接端与所述正极集流体直接接触 。
33.如权利要求1至沈中任一权利要求所述的电池，其中所述正极连接片、所述负极连 接片或两种电极连接片的至少一个第一连接端通过导电层与所述正极集流体接触。
34.如权利要求33所述的电池，其中所述导电层与所述至少一个正极连接片、负极连 接片或两种连接片的表面接触。
35.如权利要求33所述的电池，其中所述导电层具有约Inm至约IOOym的厚度。
36.如权利要求33所述的电池，其中所述导电层包含导电填料和粘合剂。
37.如权利要求36所述的电池，其中所述导电填料选自炭黑、导电聚合物、碳纳米管和 碳复合材料。
38.如权利要求36所述的电池，其中所述粘合剂选自聚合物、共聚物及其组合。
39.如权利要求1至沈中任一权利要求所述的电池，其中每一所述第一连接端包括 一系列具有多个突边的预制的微缺口，其中所述的一系列预制微缺口均具有约Iym至 1000 μ m的尺寸。
40.如权利要求39所述的电池，其中所述的一系列缺口被均勻地分隔。
41.如权利要求39所述的电池，其中所述的一系列缺口的形状选自圆形、椭圆形、三角 形、正方形、菱形、长方形、梯形、斜方形、多边形和不规则形状。
42.如权利要求1至沈中任一权利要求所述的电池，其中所述正极连接片、所述负极连 接片或两种电极连接片与保护涂层接触，所述保护涂层选自阳极氧化和氧化物涂层、导电 碳、环氧树脂和胶、以及油漆或金属层，所述金属选自铜、镍、铬、铝、钛、不锈钢、金、钽、铌、 铪、锆、钒、铟、钴、钨、锡、铍、钼或铬。
43.如权利要求1至沈中任一权利要求所述的电池，其中所述正极连接片、所述负极连 接片或两种电极连接片与金属层接触，所述金属选自镍、银、金、钯、钼或铑。
44.在电化学电池中将连接片与电极连接的方法，所述方法包括(a)提供包括电极活性材料和碳集流体的电极，其中所述电极活性材料与所述碳集流 体电子导电接触；(b)提供具有用于连接电极的第一连接端的连接片；以及(c)通过如下方法将所述连接片的所述第一连接端连接到所述碳集流体上，所述方法 选自铆接、铆合、导电粘合层压、热压、超声压、机械压、卷边、夹紧及其组合。
45.如权利要求44所述的方法，其还包括对所述连接片沉积保护涂层，所述涂层选自 阳极氧化和氧化物涂层、导电碳、环氧树脂和胶、以及油漆或金属层，所述金属选自铜、镍、 铬、铝、钛、不锈钢、金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、锡、铍、钼或铬。
46.如权利要求44所述的方法，其还包括为提高所述连接片的电导率沉积金属层，所 述金属选自镍、银、金、钯、钼或铑。
47.如权利要求44所述的方法，其中步骤(c)包括将所述碳集流体与所述连接片对准； 以及对所述碳集流体进行铆接、铆合、导电粘合层压、热压、超声压、机械压、卷边、夹紧及其 组合。
48.如权利要求47所述的方法，其中所述连接片的形状选自圆形、椭圆形、三角形、正 方形、菱形、长方形、梯形、U-型、V-型、L-型以及不规则形状。
49.如权利要求48所述的方法，其中将所述碳集流体与所述连接片的预定点对准。
50.如权利要求44所述的方法，其中通过铆合将所述连接片直接连接到所述集流体上。
51.如权利要求44所述的方法，其中步骤(b)包括刺穿所述连接片的所述连接端以产 生一系列缺口，沿着所述缺口其具有用于连接集流体的多个突边。
52.如权利要求44所述的方法，其中通过导电粘合层将所述连接片连接到所述碳集流 体上。
53.如权利要求52所述的方法，其中所述导电粘合层具有约Inm至约IOOym的厚度。
54.如权利要求52所述的方法，其中所述导电层包含导电填料和粘合剂。
55.如权利要求M所述的方法，其中所述导电填料选自炭黑、导电聚合物、碳纳米管和 碳复合材料。
56.如权利要求52所述的方法，其中所述粘合剂选自聚合物、共聚物及其组合。
57.如权利要求52所述的方法，其中所述导电层为导电粘合层。
58.如权利要求44所述的方法，其中所述连接片的所述连接端具有一系列预制的微凹 痕，其中每一凹痕的深度为约1 μ m至100 μ m并且尺寸为约1 μ m至500 μ m。
59.如权利要求44所述的方法，其中所述的一系列凹痕被均勻地分隔。
60.如权利要求44所述的方法，其中所述连接片由金属制成，所述金属选自铜、镍、铝 和奥氏体镍基超耐热合金(INC0NEL )、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、铍以及钼。
61.如权利要求44所述的方法，其中所述连接片由金属制成，所述金属选自铜、镍、铬、 金、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、铍和钼及其合金。
62.如权利要求44所述的方法，其中所述连接端具有至少0.25mm2的面积。
63.如权利要求44所述的方法，其中所述碳板选自石墨板、碳纤维板和碳纳米管板或 其混合物。
64.如权利要求63所述的方法，其中所述碳板为石墨板。
65.如权利要求63所述的方法，其中所述碳板具有约10μ m至约300 μ m的厚度。
66.如权利要求44至65中任一权利要求所述的方法，其中所述电极为正极或负极。
67.蓄电池，其包括外壳；正极连接器；负极连接器；位于所述外壳中的权利要求1的电化学电池；并且 其中所述正极连接器和所述负极连接器安装在所述外壳上。
68.如权利要求67所述的蓄电池，其中所述正极连接器具有位于所述外壳中的内端和突出于所述外壳的外端； 所述负极连接器具有位于所述外壳中的内端和突出于所述外壳的外端；并且 其中将所述至少一个正极连接片与所述正极连接器的所述内端焊接并且将所述至少 一个负极连接片与所述负极连接器的所述内端焊接。
69.如权利要求67所述的蓄电池，其中所述正极连接器为所述至少一个正极连接片并 且所述负极连接器为所述至少一个负极连接片，其中所述至少一个正极连接片的所述第二 连接端和所述至少一个负极连接片的所述第二连接端突出于所述外壳。
全文摘要
本发明提供了具有一个或多个导电性连接片和碳板集流体的电化学电池和蓄电池，其中将所述连接片连接到碳板集流体上；以及将所述连接片连接到碳基集流体上的方法。在一个实施方案中，所述导电性连接片为金属连接片。
文档编号H01M10/36GK102047488SQ200980116242
公开日2011年5月4日 申请日期2009年3月6日 优先权日2008年3月7日
发明者哈什马特·海达瑞, 康斯坦丁·迪科诺夫, 戴宏力, 托马斯·纳吉, 柳俊, 迈克尔·艾瑞克森, 阿卡尔·帕特尔, 马克·洙兹科 申请人:莱登能源公司