包括用于过充电保护的导电部分的电化学能量存储装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电化学能量存储装置(1)，其包括：阳极(11)，电连接到阳极空间(21)，在阳极空间中设置具有第一填充水平(EF)的阳极材料(31)；以及阴极(12)，电连接到阴极空间(22)，在阴极空间中设置具有第二填充水平(ZF)的阴极材料(32)；以及离子导电分离器(13)，将阳极空间(21)与阴极空间(22)分离，其中在电化学能量存储装置(1)的正确使用的情形下，离子导电分离器(13)具有顶部区域(5)和基部区域(6)，其中在离子导电分离器(13)的顶部区域(5)中提供了至少一个导电部分(15)，该导电部分在电化学能量存储装置(1)的正确操作期间具有比基部区域(6)中的电绝缘的绝缘部分(16)更高的导电率，其中存在电化学能量存储装置(1)的如下至少一个充电状态，其中阳极材料(31)在阳极空间(21)中与导电部分(15)接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电化学能量存储装置，其具有：阳极，电连接到阳极空间，在该阳极空间中设置具有第一填充水平的阳极材料；以及阴极，电连接到阴极空间，在该阴极空间中设置具有第二填充水平的阴极材料；以及离子导电分离器，其将阳极空间与阴极空间分离。本专利技术还涉及电化学存储模块，其包括至少两个这种电化学能量存储装置。本专利技术还包括用于产生这一类型的电化学能量存储装置的方法。
技术实现思路
在本专利技术的含义内的电化学能量存储装置可以在所需要的任何服务温度范围下操作。然而，100摄氏度到500摄氏度的服务温度范围是特别优选的。这一服务温度范围包含基于钠镍氯化物电池和钠硫电池技术操作的电化学能量存储装置。钠镍氯化物电池还可以被配置为使得电池中的镍的至少一部分被铁替代或者补充。分别在其阳极空间和阴极空间中，这一类型的能量存储装置被提供有对应的阳极材料或者阴极材料，该阳极材料或者阴极材料在其服务温度下基本上处于液态。因此，在钠镍氯化物电池的情形下，阳极材料是液体钠。在钠镍氯化物电池中，阴极材料也存在于阴极空间中，阴极材料至少部分地处于液态，并且包括镍盐混合物、氯化钠、以及其它添加剂。给定液体存货存在于设备中，阳极材料或者阴极材料的填充水平受制于地球重力场，并且因此格外容易确定。填充水平或者充满水平对应于在能量存储装置的正常使用期间相应的空间(阳极空间、阴极空间)中的材料(阳极材料、阴极材料)的平均充满水平。结合能量存储装置的正常使用，填充水平或者充满水平随着服务寿命的推进而改变。在相关材料仅旨在于部分地以液相存在的情况下，对充满水平的限定将指代所述材料的相应液相。为了从包括多个这一类型的电连接的电化学能量存储装置的存储装置存储系统获得技术相关的电压值，多个单独的能量存储装置按惯例串联连接并且被组合成串。电化学存储模块包括这一类型的串。因此，在本专利技术的上下文中，串和存储模块的概念在下文中被认为是等同的概念。在这一类型的电化学存储模块中，在一些情形下，单独的能量存储装置的容量的分散带整体上对于系统的设计和功能性质而言是非常重要的因素。特别地，单独的能量存储装置的最小容量决定整个能量存储装置串的最大有用容量。可比拟的意见可以适用于这一类型的串中的单独的能量存储装置的不同充电状态。因此，这一类型的串中具有最高充电状态的能量存储装置的充电状态决定整个系统被完全充电的时间，而具有最低充电状态的能量存储装置决定整个系统被放电的时间。例如如果充电电压在完全充电之后继续被应用于单独的能量存储装置，则其它不想要的转换反应可以在能量存储装置的活性内部空间中进行，这有时可能贡献于对能量存储装置的干扰、损害、或者甚至损毁。因此，如果一个能量存储装置已经实现了其完全充电状态，则串的进一步充电将被避免。同样地，可能的是，已经被完全放电的能量存储装置的放电可以引起这一类型的损伤。因此，如果一个单独的能量存储装置已经被完全放电，则串的放电也将被避免。因此，技术上必要的是，电化学存储模块中的能量存储装置应该在考虑这些限定条件的情况下被充电或者放电。如已经在上面描述那样，这一类型的存储模块中的电化学能量存储装置将一致地示出就其容量或者充电状态而言的分散带。在第一实例中，这一分散带可归因于制造因素，因为不是能量存储装置内部上的活性材料(阳极材料、阴极材料)的整个称重的量都对可用的容量有贡献。还已知与活性材料的粒子尺寸关联的对容量的影响。此外，在能量存储装置的操作期间，与距离相关的电子导电路径可形成在活性材料中的单独的岛之间(渗入)，从而导致结构改变，并且因此导致能量存储装置的电参数的改变。因此，电化学反应仅可以在阳极或者阴极的如下那些区域中进行，这些区域被提供有贯穿整个转换时间的充足的电连接以充当用于能量存储装置的电流收集器。电隔离区域对转换反应没有贡献或者基本上没有贡献。能量存储装置的单独的部件中的与服务相关的改变还可以贡献于电化学存储模块中的单独的能量存储装置的充电状态或者容量的分散带。已知，例如，在操作期间出现热应力，这可以导致离子导电分离器中的微断裂的传播。在基于钠镍氯化物电池的原理的能量存储装置的情形下，这一分离器是陶瓷分离器，其包括Na-β-Al2O3或者Na-β”-Al2O3。在这一陶瓷分离器中出现微断裂时，例如在服务温度下，来自阳极空间的元素钠可以与阴极空间中的阴极材料(液体电解质)直接反应以形成元素铝和氯化钠。由于这一反应，离子导电分离器的电子电阻可以被减少，从而造成能量存储装置的连续自放电。如果例如这一类型的离子导电分离器通常示出若干MΩ的电子电阻，则在2.5V的电池电压下，与损害相关的电子电阻减少(例如下降到10kΩ)可以导致0.25mA的连续自放电电流的流动。因此，存在单独的电化学能量存储装置的电串联电路时，具有最小容量或者最低充电状态的能量存储装置将最先达到完全放电时间。在这时，如果能量存储装置继续接收在相同方向上流动的放电电流，则这可以在已经放电的能量存储装置中引起极性逆转，从而通常造成不可逆转的损害，以至于所述能量存储装置发生与该损害相关的故障。相反地，如果具有串联连接的电化学能量存储装置的电化学存储模块在第一能量存储装置已经实现完全充电状态的时间点之后继续被充电，则已经被充电的能量存储装置中的充电电压通常将上升到不可接受的高值，因此不可逆转的化学反应可以再次损伤能量存储装置的功能部件，或者损害能量存储装置到其发生故障的程度。为了防止在充电和放电两者期间对这一类型的电化学存储模块中的单独的能量存储装置的潜在损害，在尝试中通常实施简单的手段以防止过充电或者穷尽性放电。例如，在电化学存储模块最初构成时，可以通过对单独的能量存储装置的针对性筛选实现有利的预选择，存储装置其容量未位于窄的容忍范围内。同样地，在电化学存储模块中的能量存储装置的操作中，可以使用实际可用的容量的仅一部分。例如，可以利用完全可用容量的仅80％，然而因此整体上减少系统的灵活性和效率两者。在某种程度上，在存储模块中的单独的电化学能量存储装置的常规操作中，采取针对性服务措施以便保护免受与过充电或者过度放电关联的损害。例如，各种能量存储装置的单独的充电状态的相等化可以通过对单独的能量存储装置进行针对性的充电或者替换来存储装置实现。然而，在给定的维护间隔内，这种措施不能防止单独的电化学能量存储装置的充电状态的增加的分散，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学能量存储装置(1)，具有：阳极(11)，其电连接到阳极空间(21)，在所述阳极空间中设置具有第一填充水平(EF)的阳极材料(31)；以及阴极(12)，其电连接到阴极空间(22)，在所述阴极空间中设置具有第二填充水平(ZF)的阴极材料(32)；以及离子导电分离器(13)，其将所述阳极空间(21)与所述阴极空间(22)分离，其中在所述电化学能量存储装置(1)的正常操作中，所述离子导电分离器(13)被提供有顶部区域(5)和基部区域(6)，其特征在于，在所述离子导电分离器(13)的所述顶部区域(5)中，提供了导电部分(15)，在所述电化学能量存储装置(1)的正常操作中，所述导电部分具有比所述基部区域(6)中的电子绝缘的绝缘部分(16)更高的电子导电率，其中存在所述电化学能量存储装置(1)的至少一个充电状态，在所述至少一个充电状态中所述阳极空间(21)中的所述阳极材料(31)与所述导电部分(15)结合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.14 EP 13188495.91.一种电化学能量存储装置(1)，具有：阳极(11)，其电连
接到阳极空间(21)，在所述阳极空间中设置具有第一填充水平(EF)
的阳极材料(31)；以及阴极(12)，其电连接到阴极空间(22)，
在所述阴极空间中设置具有第二填充水平(ZF)的阴极材料(32)；
以及离子导电分离器(13)，其将所述阳极空间(21)与所述阴极空
间(22)分离，其中在所述电化学能量存储装置(1)的正常操作中，
所述离子导电分离器(13)被提供有顶部区域(5)和基部区域(6)，
其特征在于，
在所述离子导电分离器(13)的所述顶部区域(5)中，提供了
导电部分(15)，在所述电化学能量存储装置(1)的正常操作中，
所述导电部分具有比所述基部区域(6)中的电子绝缘的绝缘部分(16)
更高的电子导电率，其中存在所述电化学能量存储装置(1)的至少
一个充电状态，在所述至少一个充电状态中所述阳极空间(21)中的
所述阳极材料(31)与所述导电部分(15)结合。
2.根据权利要求1所述的电化学能量存储装置，其特征在于，
所述离子导电分离器(13)被提供有邻接彼此的确切限定的导电
部分(15)和绝缘部分(16)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的电化学能量存储装置，其
特征在于，
所述导电部分(15)被设置为使得在所述能量存储装置(1)的
正常操作期间，在均匀填充水平(FZW)下，所述导电部分(15)邻
接所述绝缘部分(16)。
4.根据权利要求3所述的电化学能量存储装置，其特征在于，
所述均匀填充水平(FZW)对应于所述电化学存储装置(1)的
不超过最大充电的100％、并且不超过所述最大充电的特别优选的
95％的充电状态。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电化学能量存储装置，其

\t特征在于，
所述导电部分(15)和所述绝缘部分(16)包括相同的基材料(20)，
优选地包括陶瓷，其中所述导电部分(15)被掺杂有至少一种元素，
所述至少一种元素递送比所述基材料(20)更高的电子导电率。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电化学能量存储装置，其

【专利技术属性】
技术研发人员：M·库内，T·佐勒，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE