[發明專利]用于確定電化學蓄能裝置的狀態或狀態變化的方法和為此所準備的蓄能裝置

有效

• 申請號: 201880054434.6
• 申請日: 2018-07-20
• 公開（公告）號: CN111133602B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: W.施賴貝爾;R.克佩勒;A.胡特
• 申請（專利權）人: 大眾汽車發電廠有限責任公司;瓦爾達微電池有限責任公司
• 主分類號: H01M50/119
• 分類號: H01M50/119;H01M50/126;H01M50/129;G01R31/389;H01M10/48
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孫云漢;劉春元

電化學蓄能裝置（100）包括：由至少一個層狀正極（102）、至少一個層狀負極（103）和至少一個隔膜層（104）構成的復合體（101）；以及由多層復合膜構成的外殼。該外殼包括由多層復合膜構成的第一和第二外殼部分（111；112），所述第一和第二外殼部分彼此連接并且共同包圍出空腔，復合體（101）布置在該空腔中。在此，復合膜包括金屬層（111b；112b）以及兩個塑料層（111a、111c；112a、112c），其中金屬層（111b；112b）布置在這兩個塑料層（111a、111c；112a、112c）之間。這些外殼部分（111；112）分別包括接觸區（111d；112d），用于電導體與相應的金屬層（111b；112b）的電耦合。為了確定該電化學蓄能裝置（100）的狀態或狀態變化，將電壓施加給第一和第二外殼部分（111；112）的金屬層（111b；112b），使得在金屬層（111b；112b）之間形成電場，而且確定由于在金屬層（111b；112b）之間的距離的變化而受影響的電參量。

技術領域

隨后描述的本發明涉及一種用于確定具有由多層復合膜構成的外殼的電化學蓄能裝置的狀態或狀態變化的方法和一種針對該方法所準備的電化學蓄能裝置。

背景技術

電化學蓄能裝置具有至少一個、常常也包括兩個或更多個電化學蓄能單元。如果一個電化學蓄能裝置包括多個蓄能單元，則這些蓄能單元通常彼此并聯和/或串聯。電化學蓄能單元就其而言包括由至少一個正極和至少一個負極以及至少一個布置在它們之間的隔膜構成的裝置，在最簡單的情況下由正好一個正極、正好一個負極和正好一個布置在它們之間的隔膜構成的裝置。

在電化學蓄能單元放電時，發生提供能量的化學反應，該化學反應由兩個彼此電耦合但是空間上彼此分開的子反應組成。在比較低的氧化還原電位下發生的子反應在負極上進行，在比較高的氧化還原電位下發生的子反應在正極上進行。在放電時，在負極上由于氧化過程而釋放電子，造成電子流，大多經由外部耗電器到達正極，該正極吸收相對應的數量的電子。因此，在正極上發生還原過程。同時，在該單元之內出現與電極反應相對應的離子流。該離子流通過傳導離子的電解質來確保。在二次電化學蓄能單元中，該放電反應可逆，因此存在使在放電時發生的化學能到電能的轉換反轉的可能性。如果在該上下文中使用術語陽極和陰極，則通常根據其放電功能來命名這些電極。即，在這種蓄能單元中，負極是陽極，正極是陰極。

在已知的二次電化學蓄能單元中，尤其是基于鋰離子的蓄能單元達到比較高的能量密度。基于鋰離子的蓄能單元的電極大多是層狀。這些電極與至少一個隔膜層共同構成由扁平的電極層和隔膜層構成的復合體。該復合體可以螺旋形纏繞。但是，在很多情況下，這些電極和至少一個隔膜也扁平地彼此堆疊。在蓄能裝置中，尤其也可以有多個基于鋰離子的蓄能單元彼此堆疊。

基于鋰離子的二次電化學蓄能單元的電極通常包括金屬集流器，這些金屬集流器大多以箔、網、網格、泡沫、纖維網或毛氈的形式存在。在正極的情況下，大多使用由鋁、例如由鋁網或由鋁箔構成的網或箔，作為集流器。在負極的一側，大多使用由銅構成的網或箔，作為集流器。

通常，基于鋰離子的蓄能單元以多階段的方法來生產。常見的是：在第一步驟中，制造層狀電極，然后緊接著將這些層狀電極與一個或多個隔膜組合成所提及的電極-隔膜復合體。為了制造蓄能單元，電極和隔膜可以松散地堆疊或纏繞或者也可以在層壓步驟中彼此連接。最后，所制造的單元大多被包裝到液密外殼中并且用電解質來浸泡。

為了制造層狀電極，由大多膏狀成分在集流器上形成薄的電極膜，例如借助于刮板或借助于槽模（slot die）來形成薄的電極膜，所述膏狀成分包括適當的電化學活性材料（簡稱“活性材料”）。適合于基于鋰離子的蓄能單元的電極的活性材料必須能夠吸收并且重新放出鋰離子，這些鋰離子在充電或放電時從負極移動到正極（而且反之亦然）。

作為適合于基于鋰離子的蓄能單元的負極的活性材料，尤其是考慮石墨碳或者能夠嵌入鋰的非石墨碳材料。此外，也可以使用能與鋁構成合金的金屬和半金屬材料。這樣，例如元素錫、銻和硅能夠與鋰形成金屬間相。尤其是，基于碳的活性材料也可以與金屬和/或半金屬材料組合。