具有散热层的电极组件、采用其的电池组电池和电池组制造技术

本发明专利技术涉及具有散热层的电极组件、采用其的电池组电池和电池组。该电极组件(100)以堆叠方式包括第一阳极层(112)、阳极集电器层(114)、第二阳极层(116)、隔板层(118)、第一阴极层(120)、阴极集电器层(122)和第二阴极层(124)。在根据本发明专利技术的电极组件(100)中，阳极集电器层(114)和/或阴极集电器层(122)包括至少两个导电层(122a、122c)，其中相应的散热层(122b)插入在相邻的导电层(122a、122c)对之间。间。间。

【技术实现步骤摘要】
具有散热层的电极组件、采用其的电池组电池和电池组


[0001]本专利技术涉及一种电极组件，其以堆叠方式包括第一阳极层、阳极集电器层、第二阳极层、隔板层、第一阴极层、阴极集电器层和第二阴极层。此外，本专利技术涉及一种包括这样的电极组件的电池组电池，特别是袋型电池组电池，以及包括至少一个这样的电池组电池的电池组。

技术介绍

[0002]过去几十年来，电池组开发一直是研究的焦点，属于现代技术的主要挑战。如今已知大量不同的电池组系统，它们是专门为不同的增长市场设计的，比如便携式电子设备、电动车辆或工业电力存储设备。根据应用，已经开发了不同类型的电池组来满足关于能量密度、工作温度范围、电池组重量和尺寸、寿命或制造成本的不同要求。
[0003]虽然已经开发了不同类型的电池组，其中可以组合低重量和高能量密度，但是已经发现可以相对低的成本和低重量制造袋型电池组。通常，包括阴极、阳极和隔板的锂离子型电极组件容纳在由层压膜制成的柔性袋中。袋的层压膜通常包括夹在两个聚合物层之间的铝层。虽然聚合物层用于机械稳定性和电绝缘，但是铝层形成了防止气体和湿气渗透的屏障。通过使用这样的层压膜，电池的非电化学活性质量可以保持在最小，并且电池的能量密度可以增加。然而，已经发现，在这样的电池组电池的电极组件内，单侧翼片冷却在活性区域产生过大的温度梯度，这可能导致与较低温度区域相比锂离子化增加的区域。据估计，活性区域上仅10至15开尔文(K)的温度梯度就可能导致高达20％的性能降低，同时电池组的耐久性也可能受到负面影响。
[0004]到目前为止，电极组件的活性区域内的这种温度梯度还没有得到适当地解决，因为目前电池冷却系统集中在翼片冷却、表面冷却或浸没冷却上。特别是，现有技术的翼片冷却系统依赖于通过电池翼片散热，这不足以降低活性区域的温度梯度。现有技术的表面冷却策略包括冷却电池组电池，例如袋型电池的较大表面，以从电池中提取尽可能多的热量。最有效但也是最复杂的冷却策略依赖于浸入式冷却，在浸入式冷却中，电池组电池放置在流体浴中，在流体浴中，流体具有比先前描述的两种系统所能实现的更高的对流传热能力。流体浴确保电池的所有表面以相同的方式得到冷却，使得可以最小化电池组电池表面上的温度梯度。
[0005]然而，由于活性区域的热传导性，如果电池架构是单侧的，则突片冷却系统可以在活性区域的平面上引起大的温度梯度，这可能导致电池组性能降低以及相应电池中的不均匀老化性能。此外，表面冷却策略在电池组的各层中施加了大的温度梯度，由于各层处于不同的温度并因此具有不同的电荷转移电阻，类似地导致了降解增加。如上面已经简要提到的，浸入式冷却系统往往很重，并且它们依赖于各自的流体从电池中吸取热量。因此，所述冷却系统必须覆盖整个电池，使得最终的电池组既更加笨重又更加庞大。
[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种用于电池组的改进的电极组件，其中可以减少活性区域中温度梯度的形成，从而提高采用这样的电极组件的电池组电池的性能和寿命。

技术实现思路

[0007]为此目的并且为了解决上述目的，根据本专利技术的电极组件在其阳极集电器层和/或阴极集电器层中包括至少两个导电层，其中在相邻的所述导电层对之间插入了相应的散热层。换句话说，虽然在现有技术的电极组件中使用单层集电器，但是根据本专利技术，这样的集电器层被分裂成其原始厚度的一部分，然后散热层被夹在所得的两个或更多个导电层之间。通过引入所述散热层，由于改善了电极组件上和整个电极组件的热传递，活性区域中的温度梯度减小，这又导致整个组件的温度均匀化。
[0008]为了确保在具有相对较低厚度，特别是与相应集电器层的至少两个导电层的厚度相当的厚度的散热层内的有效热传输，优选散热层具有大于200瓦/米*开尔文(W/(mK))，优选大于1000瓦/米*开尔文的热导率。
[0009]散热层可以由碳材料制成，因为已知碳材料兼具高导热性和低重量。特别地，可以使用热解碳(或热解石墨)，例如热退火的热解石墨(APG或TPG)，这是一种已知的材料，其在室温下具有低重量但非常高的约1700瓦/米*开尔文的面内热导率。热解碳可以通过常规已知的方法生产，例如通过加热烃气体并使用化学气相沉积或浸渍工艺在基底(热塑性箔、PET、胶带等)上生长热解石墨。热解碳然后可以在高温下退火。热解碳层在市场上作为片状或网状材料可获得。
[0010]优选地，散热层的厚度在0.5微米至200微米之间，更优选地在1微米至10微米之间，以便在一方面的导热性和机械强度与另一方面的重量和体积之间实现有利的平衡。
[0011]为了在所得电极组件中的相邻层之间提供良好的互连，至少一个散热层围绕其边缘可以气密方式，优选通过焊接，更优选通过激光焊接连接到其相邻的导电层。
[0012]将根据本专利技术的阳极集电器层和/或阴极集电器层引入到相应的电极组件中不会对所得组件的其余层产生任何影响，使得阳极层可以包括碳材料和/或阴极层可以包括NMC 811材料，如通常已知的和先前在类似的电极组件中使用的。
[0013]类似地，阳极集电器的导电层可以包括铜材料和/或阴极集电器的导电层可以包括铝材料，其中已经看到，由于所得层结构的更好的扩散特性，将散热层引入铝阴极集电器层在实践中可能甚至更容易。
[0014]此外，隔板层可以包括在类似的电池组电池中通常使用的塑料材料。
[0015]根据本专利技术的第二方面，公开了一种包括根据本专利技术的电极组件的电池组电池。所述电池组电池可以是袋型电池组电池的形式，其中电极组件容纳在层压膜内，层压膜优选还包括至少一个散热层。所述层压膜因此可以包括多个层，例如包括第一和第二聚合物层、设置在第一和第二聚合物层之间的金属阻挡层以及由导热材料制成的散热层，其中散热层集成在层压膜内，从而设置在第一聚合物层和第二聚合物层之间。在本文中，与电极组件相比，不同或相同的材料可以用于袋的散热层，特别是具有相似或相同导热性能的热解碳材料。此外，电极组件的至少一个散热层可以连接到层压膜的至少一个散热层，使得袋型电池的散热层可以起到散热器的作用，以将热量从集电器区域带走。
[0016]因此，本专利技术还涉及一种电池组，该电池组包括至少一个以这种方式构造的电池组电池。所述电池组可以进一步包括适于控制至少一个电池组电池的温度的热管理系统，其中所述热管理系统可以包括有源冷却设备和/或无源冷却设备。
[0017]此外，电池组可以适于驱动电动飞行器发动机，特别是电动竖直起飞和着陆飞行
器的发动机，其中发动机可以在悬停位置和巡航位置之间旋转，在悬停位置，发动机的推力方向基本上平行于飞行器的竖直轴线，在巡航位置，发动机的推力方向基本上平行于飞行器的纵向轴线。
附图说明
[0018]当结合附图时，本专利技术的进一步特征和优点将从其实施例的以下描述中变得更加清楚。所述附图特别示出了：
[0019]图1A是现有技术中已知的电极组件的层结构的示意图；
[0020]图1B是根据本专利技术的电极组件的层结构的示意图；
[0021]图2是根据本专利技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.电极组件(100)，以堆叠方式包括：
‑
第一阳极层(112)；
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阳极集电器层(114)；
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第二阳极层(116)；
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隔板层(118)；
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第一阴极层(120)；
‑
阴极集电器层(122)；和
‑
第二阴极层(124)；其特征在于，所述阳极集电器层(114)和/或所述阴极集电器层(122)包括至少两个导电层(122a、122c)，其中在相邻的导电层(122a、122c)对之间插入有相应的散热层(122b)。2.根据权利要求1所述的电极组件(100)，其中至少一个所述散热层(122b)具有大于200瓦/米*开尔文、优选大于1000瓦/米*开尔文的热导率。3.根据权利要求1或权利要求2所述的电极组件(100)，其中至少一个所述散热层(122b)由碳材料制成，特别是热解碳材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件(100)，其中至少一个所述散热层(122b)具有0.5微米至200微米之间的厚度。5.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件(100)，其中至少一个所述散热层(122b)围绕其边缘以气密方式，优选通过焊接，更优选通过激光焊接连接到其相邻的导电层(122a、122c)。6.根据前述权利要求中任一项所述的电极组件(100)，其中所述阳极层(112、116)包括碳材料和/或所述阴极层(120、124)包括NMC 811材料。7.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：百合航空有限公司，
类型：发明
国别省市：