用于起动电力设备的电池模块制造技术

本文提供一种用于起动户外电力设备(例如汽车、轮船、卡车和拖拉机)的发动机的电池模块。本文所公开的电池模块在低温下具有高的性能，且在约5秒的脉冲放电时段期间，在‑30℃测量的最大脉冲放电电流不小于在25℃测量的最大脉冲放电电流的15％。此外，本文所公开的电池模块在室温和高温下均具有低的自放电速率。在7个月的室温储存之后，电池模块的容量保持率不小于其初始容量的85％。

【技术实现步骤摘要】
用于起动电力设备的电池模块
本专利技术涉及一种电池模块，更具体地，涉及用于起动汽车、卡车、轮船的发动机，和其他应用(例如发电机和工业的和农业的机械(例如工业发动机和拖拉机发动机))的锂离子电池模块。
技术介绍
在过去的二十年中，锂离子电池(LIB)在便携式电子设备(例如移动电话和笔记本电脑)的广泛应用中已经引起了广泛关注。由于电动车辆(EV)和电网储能的快速的市场发展，高性能、低成本的LIB当前对大规模且高功率储能设备提供了最有前景的选择之一。通常，锂离子电池包括隔膜、阴极和阳极。当前，通过将活性电池电极材料、导电剂和粘结剂材料的精细粉末分散在合适的溶剂中，制备电极。可以将该分散液涂覆在诸如铜金属箔或者铝金属箔的集流器上，然后在高温下干燥以去除溶剂。阴极板和阳极板随后与隔开阴极和阳极的隔膜堆叠或卷在一起以形成电池。根据户外电力设备的内燃机的功率，所需的峰值电流可以为几百安培直到大约1000A。铅酸电池广泛用于起动车辆、卡车、公共汽车等的内燃机。然而，这种铅酸电池具有不希望的高的自放电速率。当长时间不使用起动电池时，电池耗尽，从而不能够起动发动机。当铅酸电池在高温下储存时，该问题甚至是更加严重的，这是因为自放电的速率随着温度升高而增加。铅酸电池存在另一个经常出现的问题。电池在低温下不能够传送足够的电力。如果出现起动发动机(例如用于起动紧急车辆或起动除雪机的发动机)是关键的紧急情况，则会存在额外的担忧。此外，铅酸电池具有重量大和电解液从电池中泄漏的风险的缺点。因此，正寻求替代的起动电池。美国专利申请第20160233694A1号描述了用于起动内燃机的锂离子电池组。该电池组包括外壳、封装在外壳中的多个电池单元、以及封装在外壳中且连接至多个电池单元的充电电路，其中多个电池单元可以是NMC(镍镁钴)电池和/或磷酸铁锂电池。然而，该电池组不包括任何使得电池组在满足各种温度环境(例如极其寒冷的环境)中的电力需求的特征。中国专利申请第105161768A号描述了包含由磷酸铁锂(LiFePO4)制成的阴极的车辆起动电池。该起动电池包括至少四个并联或串联的LiFePO4电池单元。然而，该起动电池在寒冷的天气条件下不能很好地工作，这是由于LiFePO4在低温(例如低于约-10℃)下的放电性能劣化。中国专利申请第103427110A号描述了包含由磷酸钒锂制成的阴极的车辆起动电池。该起动电池可被用在寒冷的环境(例如-40℃)下。然而，除了在低温条件下之外，没有提到起动电池的电化学性能。性能数据的缺乏限制我们全面了解这种电池。此外，用于大规模生产磷酸钒锂的技术未被很好地验证，因此对于商业生产带来了相当大的困难。而且，与诸如LiMn2O4和LiFePO4的较为廉价的材料相比，阴极材料磷酸钒锂具有相对高的成本的缺点。鉴于上文，一直需要开发更加可靠的设备以立即提供用于起动户外电力设备(例如汽车、船、卡车和拖拉机)的发动机的电力。
技术实现思路
通过本文所公开的各个方面和实施方式满足了前述需要。在一个方面中，本文提供了一种电池模块，包括：外壳；封装在所述外壳中的多个互连的电池单元；以及连接至每个电池单元的用于调节每个电池单元的充电电压和/或放电电压的电压调节装置，其中在约5秒的脉冲放电时段期间，所述电池模块在-30℃测量的最大脉冲放电电流不小于在25℃测量的最大脉冲放电电流的15％。在另一个方面中，本文提供了一种电池模块，包括：外壳；封装在所述外壳中的多个互连的电池单元；以及连接至每个电池单元的用于调节每个电池单元的充电电压和/或放电电压的电压调节装置，其中在55℃下储存7天后，该电池模块的容量保持率不小于其初始容量的50％。在一些实施方式中，电池单元为包括至少一个阳极、至少一个阴极和插入在该至少一个阳极与该至少一个阴极之间的至少一个隔膜的锂离子电池单元，且其中该至少一个阳极包括阳极集流器，和包括阳极材料、粘结剂材料和导电剂的阳极电极层，以及该至少一个阴极包括阴极集流器，和包括阴极材料、粘结剂材料和导电剂的阴极电极层。在某些实施方式中，阴极材料选自由LiCO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、其复合物及其组合构成的群组，其中各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。在一些实施方式中，阳极材料选自由天然石墨颗粒、合成石墨颗粒、硬碳、软碳、中间相碳微球(MCMB)、Sn颗粒、SnO2、SnO、Li4Ti5O12颗粒、Si颗粒、Si-C复合颗粒及其组合构成的群组。在某些实施方式中，阴极电极层和阳极电极层中的各导电剂独立地选自由碳、炭黑、石墨、膨胀石墨、石墨烯、石墨烯纳米片、碳纤维、碳纳米纤维、石墨化碳片、碳管、碳纳米管、活性碳、介孔碳及其组合构成的群组。在一些实施方式中，阴极电极层和阳极电极层中的各粘结剂材料独立地选自由丁苯橡胶、丙烯酸化丁苯橡胶、丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯橡胶、丁腈橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酰基橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、聚氧化乙烯、氯磺化聚乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基吡啶、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乳胶、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素、醋酸丙酸纤维素、氰基乙基纤维素、氰基乙基蔗糖、聚酯、聚酰胺、聚醚、聚酰亚胺、聚羧酸酯、聚羧酸、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚氨酯、氟化聚合物、氯化聚合物、海藻酸盐、聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯)-六氟丙烯及其组合构成的群组。在进一步的实施方式中，海藻酸盐包括选自Na、Li、K、Ca、NH4、Mg、Al或其组合中的阳离子。在某些实施方式中，至少一种隔膜为聚合物纤维制成的无纺布，该聚合物纤维选自由聚烯烃、聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物、聚丁烯、聚戊烯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚甲醛、聚乙烯吡咯烷酮、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯及其组合构成的群组。在一些实施方式中，阴极材料为Li/Mn比率等于或大于0.5的锂锰氧化物。在某些实施方式中，电池模块的额定操作电压为约12V、约24V、约36V或约48V。在一些实施方式中，电池模块在25℃下的最大充电速率大于2C、大于3C、大于4C或大于5C。在某些实施方式中，电池模块能够在25℃下以大于5C、大于7.5C、大于10C或大于15C的速率连续放电。在一些实施方式中，电池模块在25℃下的体积功率密度大于或等于250W/L、大于或等于350W/L、大于或等于480W/L或大于或等于950W/L。在某些实施方式中，对于约5秒的脉冲放电时段，电池模块在25℃下的最大放电速率大于或等于10C、大于或等于15C、大于或等于30C或大于或等于45C。在一些实施方式中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池模块，包括：外壳；封装在所述外壳中的多个互连的电池单元；以及连接至每个电池单元的用于调节每个电池单元的充电电压和/或放电电压的电压调节装置，其中在约5秒的脉冲放电时段期间，所述电池模块在‑30℃测量的最大脉冲放电电流不小于在25℃测量的最大脉冲放电电流的15％。

【技术特征摘要】
2016.10.31 US 15/3384561.一种电池模块，包括：外壳；封装在所述外壳中的多个互连的电池单元；以及连接至每个电池单元的用于调节每个电池单元的充电电压和/或放电电压的电压调节装置，其中在约5秒的脉冲放电时段期间，所述电池模块在-30℃测量的最大脉冲放电电流不小于在25℃测量的最大脉冲放电电流的15％。2.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池单元为包括至少一个阳极、至少一个阴极和插入在所述至少一个阳极与所述至少一个阴极之间的至少一个隔膜的锂离子电池单元，并且其中所述至少一个阳极包括阳极集流器，和包括阳极材料、粘结剂材料和导电剂的阳极电极层，以及所述至少一个阴极包括阴极集流器，和包括阴极材料、粘结剂材料和导电剂的阴极电极层。3.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述阴极材料选自由LiCO2、LiNiO2、LiNixMnyO2、Li1+zNixMnyCo1-x-yO2、LiNixCoyAlzO2、LiV2O5、LiTiS2、LiMoS2、LiMnO2、LiCrO2、LiMn2O4、其复合物及其组合构成的群组，其中各个x独立地是0.3至0.8；各个y独立地是0至0.45；以及各个z独立地是0至0.2。4.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述阴极材料为Li/Mn比率等于或大于0.5的锂锰氧化物。5.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块的额定操作电压为约12V、约24V、约36V或约48V，并且所述电池模块在25℃下的最大充电速率大于2C、大于3C、大于4C或大于5C。6.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块能够在25℃下以大于5C、大于7.5C、大于10C或大于15C的速率连续放电，并且所述电池模块在25℃下的体积功率密度大于或等于250W/L、大于或等于350W/L、大于或等于480W/L或大于或等于950W/L。7.根据权利要求1所述的电池模块，其中对于约5秒的脉冲放电时段，所述电池模块在25℃下的最大放电速率大于或等于10C、大于或等于15C、大于或等于30C或大于或等于45C，并且其中在7个月的室温储存之后，所述电池模块的容量保持率不小于其初始容量的80％、不小于其初始容量的85％或不小于其初始容量的90％。8.根据权利要求2所述的电池模块，其中所述多个互连的电池单元包括负极电端子和正极电端子，所述负极电端子包括与所述多个互连的电池单元的所述至少一个阳极电接触的第一部分以及延伸超出所述外壳的外围的第二部分，且所述正极电端子包括与所述多个互连的电池单元的所述至少一个阴极电接触的第一部分以及延伸超出所述外壳的外围的第二部分，其中所述负极电端子和所述正极电端子中的每一者独立地具有大于或等于1cm2的最小横截面面积。9.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池模块包括安全模块，所述安全模块包括连接至每个电池单元的温度传感器。10.根据权利要求1所述的电池模块，其中所述电池单元为软包电池单...

【专利技术属性】
技术研发人员：何锦镖，王然石，申培华，
申请(专利权)人：皓智环球有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81