[發明專利]雙極電池總成

有效

• 申請號: 201410772503.0
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN104538568B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: E·O·謝弗二世;D·霍布迪
• 申請（專利權）人: 高級電池概念有限責任公司
• 主分類號: H01M2/10
• 分類號: H01M2/10;H01M2/12;H01M6/48;H01M10/04;H01M10/14;H01M10/18;H01M10/28;H01M8/24
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 馮劍明

本申請要求于2011年10月24日提交的，美國臨時申請號61/550，657的權益，其內容通過引用合并至本文中以用于所有目的。

技術領域

本發明總體上涉及一種雙極電池總成、制備該總成的方法以及使用該總成的方法。

背景技術

雙極性電池是本領域已知的，參見發明人Tatematsu的美國專利US2009/0042099，其通過引用整體合并入本文。雙極性電池優于其他電池設計，例如可擴展性、相對較高的能量密度、高功率密度和設計的靈活性。雙極性電池包括多個雙極板和兩個單極端板。雙極板包括雙面薄片形式的襯底，其在一面上具有陰極材料，通常被稱為正極活性物質(PAM)，而在相對的面上為陽極材料，通常被稱為負極活性物質(NAM)。在襯底和陽極材料或陰極材料之間可設置有一導電片。雙極板設置成堆疊，使得一個極板的陽極材料朝向下一個極板的陰極材料。在大多數總成中，相鄰的極板之間設有一電池分隔器，其允許電解質從陰極材料流至陽極材料。電解質設置在極板之間的空間，其為允許電子和離子在陽極和陰極材料之間流動的材料。帶有分隔器的雙極板的相鄰表面與設置在極板之間的電解質形成一電化學電池，其中電子和離子在陽極材料和陰極材料之間交換。該電池的結構被布置成使得由雙極板所形成的每個單元是密封的，以防止電解質流出所述單元。在許多設計中，這是通過延伸襯底超出在所有面上陰極材料和陽極材料沉積的部分來實現的。用于密封每個電化學電池單元的結構，與極板的在其襯底上不具有陽極或陰極材料的部分接觸。此外，電池分隔器可延伸超出襯底的設置有陰極材料和陽極材料的部分，以幫助密封電池單元。每個單元都有一個連接該單元的電流導體，以從該單元傳輸電子至一個或多個端子，電子從該端子傳輸至負載，該負載為本質上以電的形式利用該電子的另一系統。在一些實施例中，電池單元中的電流導體是導電薄片，其與附加的電流導體相接觸，該附加的電流導體將電子傳輸至電池的端子上。在堆疊的每一端部為一單極板，所述單極板的一個面上設置有陽極材料或陰極材料。選擇單極板表面的材料，使其與堆疊端部的雙極板的相對表面形成電池單元。特別地，如果面向單極板的雙極板的表面上具有陰極材料，則單極板的表面具有陽極材料，反之亦然。在常規設計中，電池極板的堆疊設置在一外殼中，該外殼圍繞極板的堆疊密封，并具有一個或多個位于電池外的正極端子和負極端子對，每一對連接至電流導體，該電流導體進一步連接至一個或多個如本文描述的電池單元。

盡管雙極電池總成具有優點，但雙極電池總成的缺陷阻礙了其商業化。雙極電池在操作期間，由于陽極和陰極材料的膨脹和收縮產生顯著的內壓，在電化過程期間發生氣體析出和產生熱。因為雙極電池可擴展，電池單元中可能產生更高的壓力。另外，析出的熱量會加劇所產生的壓力，并可能導致失控的反應，其會產生損壞電池結構的材料的熱量水平和導致電池失效。壓力會引起圍繞電化學電池單元的密封破裂并導致電池單元和電池失效。由ShafferII等人共同擁有的標題為雙極電池總成的美國專利申請US2010/0183920，其全文通過引用并入本文，其通過改進的邊緣密封總成和雙極板設計，公開了這些問題的解決方案。

在雙極電池可商業化，以及該技術的所有潛力得以實現之前，仍有問題需要解決。特別是，需要這樣的雙極型電池設計，其以改進的方式處理在操作中產生的熱量和壓力。當前的和未來的電池用戶通常僅有有限的可用于電池的封裝空間，而可適配于可用封裝空間的電池是需要的。大多數使用電池的系統還需要較輕重量的電池，而展現為更輕重量的雙極電池是所期望的。需要減少部件和減小復雜性的雙極電池設計，比如用于電池單元和隔離的外殼的密封的特殊部件。需要用于電池總成的更簡單的、使用已知制造技術的以及能實現上述目標的方法。需要尺寸定制為適合用戶需要的電池。

發明內容