单袋电池单元以及制造方法技术

本文所述的装置、系统和方法涉及单袋电池单元的制造和使用。在一些实施例中，电化学单元包括：第一集流器，耦合到袋的第一部分，第一集流器具有部署在其上的第一电极材料；第二集流器，耦合到袋的第二部分，第二集流器具有部署在其上的第二电极材料；以及分隔件，部署在第一电极材料和第二电极材料之间。袋的第一部分耦合到袋的第二部分，以封住电化学单元。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单袋电池单元以及制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2015年6月18日提交的标题为“SinglePouchBatteryCellsandMethodsofManufacture”的序列号为No.62/181,385的美国临时专利申请的优先权和权益，该美国临时专利申请的公开内容特此通过引用全部并入。
技术介绍
本文所述的实施例一般而言涉及电池单元的制备，并且更具体而言涉及制备和使用电池模块中的单袋电池单元的系统和方法。锂离子电化学(电池)单元通常包括通过分隔件被隔开的交替的阳极和阴极层。由一个分隔件隔开的一个阳极和一个阴极的组合可以被称为一个堆叠。多个堆叠通常并联连接并且被插入袋中以形成电池单元。电池单元(以及相应的袋)内的堆叠的数量通常相对大(例如>20)，以便增加容量。袋还包括通常在仔细控制的环境中引入的电解质(例如，有机溶剂和溶解的锂盐)，以提供用于锂离子运输的介质。袋内的电解质的量可以与袋内的堆叠的数量成正比，即，越多堆叠越多电解质。在制造中，可以通过堆叠交替的电极层(对于高比率容量的棱柱形单元是典型的)或通过将长条电极缠绕成“凝胶卷(jellyroll)”构造(对于圆柱形单元是典型的)来构造电池单元。电极堆叠或卷可以被插入用垫圈密封的硬壳中(大多数商业的圆柱形单元)、可以被插入激光焊接的硬壳中，或者可以利用热密封接缝被封在箔袋中(通常被称为锂离子聚合物单元)。锂离子电池单元的一个有前途的应用是在汽车电池组中，汽车电池组通常包括大量的电池单元，有时几百个，甚至数千个，以满足期望的功率和容量需求。每个电池单元还可以包含多个堆叠(即，阳极、阴极和分隔件)以及电极引线(即，接线片)。若干单元通常通过电池接线片和汇流条(busbar)(即，互连单元)接合在一起，以形成模块。典型的电池组可以包括数十个这样的模块。作为结果，通常需要相当大量的接合(诸如焊接)以在电池组中输送期望的量的功率和容量。
技术实现思路
本文所述的装置、系统和方法涉及单袋电池单元的制造和使用。在一些实施例中，电化学单元包括：第一集流器，耦合到袋的第一部分，第一集流器具有部署在其上的第一电极材料；第二集流器，耦合到袋的第二部分，第二集流器具有部署在其上的第二电极材料；以及分隔件，部署在第一电极材料和第二电极材料之间。袋的第一部分耦合到袋的第二部分，以封住电化学单元。附图说明图1A是根据实施例的电池单元的示意图。图1B是根据一些实施例的另一种类型的电池单元的示意图。图1C是图1B中所示的电池单元的俯视图。图1D是根据一些实施例的另一个电池单元的俯视图。图1E是根据一些实施例的使用自熔融概念生产的一种类型的电池单元的示意图。图1F是图1E中所示的电池单元的边缘的照片。图2是根据一些实施例的包括多个单袋电池单元的电池模块的示意图。图3是根据一些实施例的包括多个图2中所示的电池模块的电池组的示意图。图4A是根据一些实施例的单袋电池单元中的每个部件的相对尺寸的示意图。图4B示出了图4A中所示的单袋电池单元的拐角的放大视图。图5是根据一些实施例的包括封在金属壳中的单袋电池单元的电池模块的示意图。图6A是根据一些实施例的包括封在金属壳中的单袋电池单元的电池模块(在其盖子打开的情况下)的侧视图。图6B是盖子关闭后的图6A中所示的电池模块的另一个侧视图。图7A是根据一些实施例的包括封在塑料框架中的多个单袋电池单元的电池模块的俯视图。图7B是图7A中所示的电池模块的侧视图，示出了顶盖和底盖。图8A示出了根据一些实施例的在包括多个单袋电池单元的电池模块中采用的接线片设计。图8B示出了接线片设计的间隔件，包括图8A中所示的电池模块中的接线片连接区域。图8C示出了图8A中所示的电池模块的连接件部分。图9是根据一些实施例的用于制造单袋电池单元和模块的方法流程图。图10A示出了根据一些实施例的包括部署在袋膜上的多个阳极的阳极组件的布局。图10B示出了图10A中所示的阳极组件的截面视图。图11A示出了根据一些实施例的包括部署在袋膜上的多个阴极的阴极组件的布局。图11B示出了图11A中所示的阴极组件的截面视图。图12示出了根据一些实施例的包括阴极组件和阳极组件的电极组件布局的俯视图。图13A示出了根据一些实施例的包括多个单位单元的单位单元组件的布局。图13B示出了图13A中所示的单位单元组件的截面视图。图14例示了根据一些实施例的制备在各个袋中的单位单元的方法。图15A-15B例示了根据一些实施例的制备单位单元堆叠的方法。图16A-16B示出了通过图15A-15B中所例示的方法制备的单位单元堆叠的俯视图和截面视图。图17A-17B示出了根据一些实施例的、具有用于在制造单袋电池单元期间脱气、重新密封和去除的额外部分的袋单元。图18示出了根据一些实施例的用于单袋电池单元的示例性接线片构造。图19A-19B示出了根据一些实施例的用于制备单袋电池单元的示例性制造方法。图19C-19D示出了根据一些实施例的用于制备圆柱形构造的电池单元的示例性制造方法。图19E-19G示出了根据一些实施例的用于制备棱柱形构造的电池单元的示例性制造方法。图20是根据一些实施例的单袋电池单元的例示。图21示出了使用上述方法制造的电池单元的容量保留曲线。图22是根据一些实施例的包括单袋电池单元的阵列的电池模块的示意图。图23A-23B是根据一些实施例的包括封在金属壳中的多个单袋电池模块的电池模块的分解视图和折叠视图。图24A-24B是根据一些实施例的包括封在塑料壳中的多个单袋电池模块的电池模块的分解视图和折叠视图。图25示出了根据一些实施例的包括电池模块的二维阵列的电池组。图26示出了根据一些实施例的包括电池模块的一维阵列的电池组。图27A-27C示出了例示根据一些实施例的电池模块的堆叠和互锁特征的电池组的示意图。图28A-28B是根据一些实施例的包括部署在支架构造中的多个单袋电池模块的电池支架的折叠视图和分解视图。具体实施方式本文所述的实施例一般而言涉及单袋电池单元，并且具体涉及制造和使用电池模块或电池组中的单袋电池单元的系统和方法。在一些实施例中，单袋电池单元包括阳极、阴极、部署在阳极和阴极之间的分隔件，以及用于包含阳极、阴极和分隔件的袋，以便形成单袋电池单元。在一些实施例中，阳极和/或阴极包括半固体电极材料。对于给定的电池单元，减少电池单元中的非电化学活性材料的量能够提供能量密度的增加。集流器的厚度通常是为了便于处理和/或提供对电极的机械支撑而选择的，而不是为了电流密度考虑。换句话说，集流器一般比它们需要以容纳由电池中的电化学反应产生的高电流密度的厚度更厚，但是更薄的集流器(即，针对电流密度进行优化的集流器)会非常脆弱并且会容易地在制造处理期间撕裂。例如，目前在一些常规电池中使用的20μm厚的集流器能够容易地处理常规电池中产生的电流量，其中仅需要几μm的集流器来使电子穿梭(shuttle)。如本文所述，单袋单元可以使得能够使用较薄的集流器，同时改进电池单元体系架构的其它方面。例如，集流器能够耦合到袋，并且袋能够提供集流器的物理支撑并改进处理，因此能够将与袋的使用结合的较薄的集流器用于导电。这种做法的一些附加的益处包括但不限于：(i)减轻或消除从一个电池单元到(一个或多个)相邻电池单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电化学单元，包括：第一集流器，耦合到袋的第一部分，第一集流器具有部署在其上的第一电极材料；第二集流器，耦合到所述袋的第二部分，第二集流器具有部署在其上的第二电极材料；以及分隔件，部署在第一电极材料和第二电极材料之间，所述袋的第一部分耦合到所述袋的第二部分，以封住所述电化学单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.18 US 62/181,3851.一种电化学单元，包括：第一集流器，耦合到袋的第一部分，第一集流器具有部署在其上的第一电极材料；第二集流器，耦合到所述袋的第二部分，第二集流器具有部署在其上的第二电极材料；以及分隔件，部署在第一电极材料和第二电极材料之间，所述袋的第一部分耦合到所述袋的第二部分，以封住所述电化学单元。2.根据权利要求1所述的电化学单元，其中所述袋沿着在所述袋的第一部分和第二部分之间的折叠线折叠，使得所述分隔件部署在第一电极材料和第二电极材料之间。3.根据权利要求1所述的电化学单元，其中所述分隔件大于第一电极材料和第二电极材料中的至少一个。4.根据权利要求3所述的电化学单元，其中所述分隔件被密封在所述袋的第一部分和所述袋的第二部分之间。5.根据权利要求1所述的电化学单元，其中第一集流器和第二集流器中的至少一个被层压到所述袋。6.根据权利要求1所述的电化学单元，其中第一集流器和第二集流器中的至少一个被沉积在袋上。7.根据权利要求6所述的电化学单元，其中第一集流器和第二集流器中的至少一个使用物理气相沉积、化学气相沉积、镀敷、电镀和电沉积中的至少一种来沉积。8.根据权利要求1所述的电化学单元，其中第一电极材料和第二电极材料中的至少一个具有在大约250μm至大约2000μm的范围内的厚度。9.根据权利要求8所述的电化学单元，其中第一电极材料和第二电极材料中的至少一个具有在大约250μm至大约500μm的范围内的厚度。10.根据权利要求1所述的电化学单元，其中第一集流器和第二集流器中的至少一个具有小于大约20μm的厚度。11.根据权利要求11所述的电化学单元，其中第一集流器和第二集流器中的至少一个具有小于大约12μm的厚度。12.根据权利要求12所述的电化学单元，其中第一集流器和第二集流器中的至少一个具有小于大约5μm的厚度。13.根据权利要求1所述的电化学单元，其中第一电极材料与第一集流器之比至少大于12:1。14.根据权利要求14所述的电化学单元，其中第一电极材料与第一集流器之比至少大于20:1。15.根据权利要求1所述的电化学单元，其中第二电极材料与第二集流器之比至少大于12:1。16.根据权利要求16所述的电化学单元，其中第二电极材料与第二集流器之比至少大于20:1。17.根据权利要求1所述的电化学单元，其中能量容量为大约0.1Ah至大约40Ah。18.一种电化学单元，包括：第一电极，耦合到袋的第一部分；第二电极，耦合到所述袋的第二部分；以及分隔件，部署在第一电极和第二电极之间，所述分隔件基本上大于第一电极和第二电极中的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：福岛孝明，太田直树，R·巴扎雷拉，T·谭，
申请(专利权)人：二四M技术公司，福岛孝明，
类型：发明
国别省市：美国,US