受压锂金属聚合物电池组制造技术

一种锂金属聚合物电池组，包括刚性外壳和至少一个电化学电池；该电池组没有装配主动机械压力系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】受压锂金属聚合物电池组
本专利技术涉及一种在各温度下工作的锂金属聚合物电池组，并且更具体地，涉及一种锂金属聚合物电池组，该电池组没有用来将电池组的电化学电池保持在压力下的机械系统。
技术介绍
锂金属聚合物电池组通常被制成20千瓦时及以上的大容量电池组，以使用在电动汽车中；在固定应用中，其用于提供后备以确保无法承受电网停电、例如电信站点，数据中心等的应用的持续性；或者在工业或居民住宅中为调峰目的而提供备用电源。锂金属聚合物电池组由包括薄层的一个或更多个基本电化学电池迭层片构成，每一个迭层片包含由锂或锂合金金属薄片层制成的负电极或阳极，由扩散到金属集流片中的聚合物盐粘合剂中的电活性活性材料制成的正电极或阴极薄膜层，以及固体电解质，该固体电解质包括将正电极和负电极分开并在电极之间提供离子导电性的锂盐混合物和聚合物的薄层。更具体地，正电极由电化学活性材料粒子、导电添加剂和固体聚合物电解质组成，固体聚合物电解质充当粘合剂，并且在电化学活性粒子和相邻的固体电解质隔离物之间提供所需的离子路径。众所周知，通过保持电化学电池迭层片的各层在压缩状态下，锂金属聚合物电池组的性能和使用寿命显著提高。在压缩状态下，不同界面处的离子迁移得到改进并且锂金属板的表面上的潜在枝晶生长显著降低。当相邻电池之间的强制接触被保持时，电化学电池堆叠的热传导特性也显著改进。通过用机械压力系统保持迭层片上的压力，改进的性能和使用寿命得以实现，该机械压力系统包括一系列弹簧型元件，弹簧型元件在整个电池组循环(充电-放电)中对迭层片的相对表面上施加压缩力。在锂金属聚合物电池组的设计中包括机械压力系统的必要性将此类电池组的结构限于方形布局，该方形布局由一个堆叠在另一个上面的多个迭层片组成以形成方形电化学电池，多个方形电化学电池一个堆叠在另一个上面以形成大规格电池组。或者，锂金属聚合物电池组可以由单一的迭层片制成，该迭层片被螺旋卷绕以形成圆柱形电池组，或者扁平卷绕以形成扁平缠绕的方形电池组，但机械压力系统会更加复杂并且难以装配在圆柱形或半圆柱形的容器或外壳内。机械压力系统需要弹簧型机构，因为周期性的体积变化发生在锂金属聚合物电化学电池的充电和放电循环中。由于锂离子在锂金属阳极与阴极材料的晶格结构之间的迁移，电化学电池的体积在充电和放电循环中分别扩大或缩小。在充电循环期间，锂离子从阴极材料的晶格结构中迁移出，并被电镀在阳极的锂金属板的表面上，从而增加了阳极的厚度，因此其体积增加多达8％。在放电循环中，阳极的锂金属板的表面上电镀的锂离子迁移回到阴极并插入回到阴极材料的晶格结构中，从而减小了阳极的厚度且其体积减少同样的8％。锂金属聚合物电池组使用固体聚合物电解质，固体聚合物电解质使得这项技术极其安全。然而，为了获得最优的离子导电性并因此获得最优性能，电化学电池必须被加热至60℃到80℃的温度。因此，锂金属聚合物电池组包括加热系统以将电池组保持在约40℃的标称温度并在工作中快速提高电化学电池的温度至60℃和80℃之间。电化学电池的温度的升高也导致电池的体积热膨胀额外的3％。在包括处于层叠结构中的一些薄膜电化学电池的模块或电池组中，由离子迁移和热膨胀导致的体积变化是复合的，使得整体的体积变化是显著的且必须得到适应。为了适应由一组电化学电池的充电和放电循环导致的电化学电池体积的这些复合变化，包括与容器或外壳的壁相邻的弹簧型元件的主动机械压力系统通常被用于吸收这些大的体积变化，同时在充电/放电循环期间的整个体积扩大或体积缩小过程中对电化学电池叠层保持均匀分布的压力。对于大型电池组应用，主动机械压力系统通常包括对金属板施加压力的多个金属弹簧，该金属板在整个体积扩大或缩小过程中能产生必要的压缩力，并且也可包括位于电池堆叠内的相邻电化学电池之间的弹簧插件以增强电池堆叠内的压缩力的分布。如上所述的主动机械压力系统体积庞大并且代表重量代价，该重量代价默认降低锂金属聚合物电池组的能量密度(W/Kg)。而且，如上所述，机械压力系统将锂金属聚合物电池组的结构限制为方形布局，否则锂金属聚合物电池组可以有圆柱形结构或扁平缠绕的方形结构。因此，需要一种锂金属聚合物电池组，其没有设计和装配有用来将电池组中的电化学电池保持在压力下的机械压力系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是改善现有技术中存在的至少一些不便之处。一方面，本专利技术提供了一种包括刚性外壳和至少一个电化学电池的锂金属聚合物电池组；该电池组没有装配主动机械压力系统。本专利技术的实施方式均具有至少一个上述的目标和/或方面，但不一定具有它们全部。应该理解的是，由于试图实现上述目标而导致的本专利技术的某些方面可能不满足这些目标和/或可能满足此处未提及的其它目标。根据以下描述、附图和所附权利要求书会明白本专利技术的实施方式的另外的和/或可供选择的其它特点、方面以及优点。附图说明为了更好地理解本专利技术以及本专利技术的其它方面和进一步的特点，参照以下结合附图使用的说明：图1为一个在另一个上面堆叠的两个基本双面锂金属聚合物迭层片的横截面示意图；图2为具有多个方形电化学电池的电池组的一个实施方式的横截面示意图；图3为具有螺旋卷绕圆柱形电化学电池的圆柱形电池组的一个实施方式的俯视示意图；图3a为图3中所示的圆柱形电池组的横截面示意图；图4为具有多个扁平缠绕的方形电化学电池的电池组的一个实施方式的横截面示意图。具体实施方式图1示意性地示出了一个在另一个上面堆叠的两个基本双面锂金属聚合物迭层片10和10a。每个基本迭层片10包括中心金属集流片18、由扩散至中心金属集流片18的两个表面上的聚合物盐粘合剂中的电化学活性材料组成的阴极或正电极层16、在每个阴极层16上的固体聚合物电解质薄层14以及由布置在两个固体聚合物电解质层14之一上的锂或锂合金金属板组成的阳极或负电极12。基本双面锂金属聚合物迭层片10和10a被堆叠成使得第一迭层片10的锂金属阳极12与第二迭层片10a的固体聚合物电解质层14相接触，使得在离子过程中锂金属阳极12的两个表面是活性的。固体聚合物电解质14的每个层将阴极层16与锂金属阳极12分离并且在负电极12和正电极16之间提供离子导电性。多个基本双面锂金属聚合物迭层片10和10a一个在另一个上面堆叠以形成电化学电池22。在过去，锂金属聚合物电池组的阴极16的电化学活性物质由氧化钒(V2O5或V3O8)组成。当迭层片、电化学电池和电池组被制造和装配时，这些电化学活性物质初始被耗尽锂离子并且锂离子源是锂金属阳极。因此，当第一次装配时，基本双面锂金属聚合物迭层片10被初始完全充电并因在如此前描述的那样处于其最大体积。包括氧化钒作为阴极电化学活性材料的电化学电池和电池组因此在其最大体积的状态被装配和安装在刚性外壳中，并且在放电循环中随着锂离子从锂金属板表面迁移入阴极材料的晶格结构中，电化学电池的体积缩小至其最小体积。因此，机械压力系统是保持电化学电池在压力下并同时补偿电化学电池在锂金属电池组的初始放电循环中的体积减少的关键。然而，通常包含在锂离子电池组中的其它阴极电化学活性材料可以与锂金属阳极结合以形成锂金属聚合物电池组，例如具有诸如LiMPO4(M:Co,Fe,Ni,Mn及混合物)的橄榄石晶格结构、诸如LiMn2O4及其变体(LMO)的尖晶石结构和分层结构LiC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂金属聚合物电池组，包括刚性外壳和至少一个电化学电池；所述电池组没有装配主动机械压力系统。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.19 US 62/324,735...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳德·卡里戈南，乔纳森·莫尔特勒，伊万·罗伊，盖伊·吉尔伯特，阿兰·瓦利，
申请(专利权)人：加拿大蓝色解决方案有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA