[發明專利]具有多級氧氣壓縮的金屬/氧氣電池組

有效

• 申請號: 201480010085.X
• 申請日: 2014-02-20
• 公開（公告）號: CN105593051B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: P·阿爾博塔斯;J·克里斯滕森;T·羅曼;B·科金斯基;N·拉維
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: B60L1/00
• 分類號: B60L1/00;B60L1/08;B60L50/64;B60L58/26;H01M12/08;H01M8/0432;H01M8/04746
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 盧江;胡莉莉

一種車載電池組系統包括：包括至少一個負電極的車載電池組系統堆疊體，所述至少一個負電極包括一種形式的鋰；具有可操作地連接到該車載電池組系統堆疊體的第一出口的氧氣儲存器；具有可操作地連接到該車載電池組系統堆疊體的第一入口和可操作地連接到該氧氣儲存器的第二入口的第二出口的多級壓縮機；以及可操作地連接到該多級壓縮機并被配置用于向該多級壓縮機提供冷卻劑以冷卻該多級壓縮機內的被壓縮流體的冷卻系統。

本申請根據35U.S.C.§119要求2013年2月21日提交的美國臨時專利申請No.61/767,605的優先權，該申請的公開內容在此通過參考整體被并入。

技術領域

本公開內容涉及電池組，并且更特別地涉及基于金屬/氧氣的電池組。

背景技術

與其他電化學儲能裝置相比，可再充電鋰離子電池組由于其高的比能量而是具有吸引力的用于便攜式電子設備和電動及混合電動車輛的儲能系統。正如以下更充分地討論的，典型的鋰離子電池包含負電極、正電極、和在負電極和正電極之間的隔板區域。兩個電極均包含可逆地嵌入鋰或與鋰可逆地反應的活性材料。在某些情況下負電極可包括鋰金屬，其可以以電化學的方式可逆地被溶解和沉積。隔板包含具有鋰陽離子的電解質，并且用作電極之間的物理阻擋層，使得在電池之內電極都不被電子連接。

典型地，在充電期間，在正電極處產生電子，并且在負電極處消耗等量的電子，并且這些電子是通過外部電路傳輸的。在電池的理想充電中，這些電子在正電極處產生，因為存在通過鋰離子的氧化從正電極的活性材料中的提取，并且電子在負電極處被消耗，因為存在鋰離子到負電極的活性材料中的還原。在放電期間，恰好相反的反應發生。

當高比容量負電極、例如金屬被使用在電池組中時，當高容量正電極活性材料也被使用時，相對于傳統系統容量增加的最大好處得以實現。例如，傳統的嵌鋰氧化物(例如，LiCoO₂，LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂，Li_1.1Ni_0.3Co_0.3Mn_0.3O₂)典型地限于～280mAh/g的理論容量(基于鋰化氧化物的質量)，及180到250mAh/g的實際容量，其與鋰金屬的比容量3863mAh/g相比是相當低的。對于Li₂O，針對鋰離子正電極可達到的最高理論容量為1794mAh/g(基于鋰化材料的質量)。其它高容量材料包括BiF₃(303mAh/g，鋰化的)，FeF₃(712mAh/g，鋰化的)，Zn，Al，Si，Mg，Na，Fe，Ca等等。另外，其他負電極材料、例如多種金屬的合金及例如金屬氫化物的材料在與氧氣反應時也具有高比能量。這些對中的許多也具有非常高的能量密度。

不幸地，所有這些材料在比傳統的氧化物正電極更低的電壓下與鋰反應，因此限制理論比能量。盡管如此，相較于具有鋰負電極和傳統氧化物正電極的電池的最大值～500Wh/kg，理論比能量仍然很高(＞800Wh/kg，該最大值可以使電動車輛一次充電能夠接近300英里或更多的行程。

圖1描繪圖表10，其顯示對于使用不同比能量的電池組包(battery pack)的車輛可達到的行程與電池組包的重量。在圖表10中，比能量是針對整個電池的，包括電池包裝重量，假設用于由一組特定的電池形成電池組包的50％重量增加。美國能源部已經確立了位于車輛內的電池組包的200kg的重量限制。因此，只有具有大約600Wh/kg或更大的電池組包能達到300英里的行程。