【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开的领域总体上涉及能量储存技术，如电池技术。更具体地，本公开的领域涉及包含电流限制器的电极组合件和具有此类电极组合件的二次电池。
技术介绍
1、如基于锂的二次电池等二次电池由于其相对高的能量密度、功率和保存期限，已经成为期望的能源。锂二次电池的实例包含如锂离子等非水电池和锂聚合物电池。
2、已知的能量储存装置(如电池、燃料电池单元和电化学电容器)通常具有二维层状架构，如平面或螺旋缠绕(即，果冻卷(jellyroll))的层压结构，其中每个层压件的表面积大约等于其几何覆盖区(忽略孔隙率和表面粗糙度)。
3、图1展示了通常以10表示的已知层状类型二次电池的横截面视图。电池10包含与正极20接触的正极集电器15。负极25通过隔膜30与正极20分离。负极25与负极集电器35接触。如图1所示，电池10形成为堆叠。堆叠有时在负极集电器35的上方覆盖有另一隔膜层(未示出)，并且然后卷绕并放入罐(未示出)中以组装电池10。在充电过程期间，载体离子(通常为锂)离开正极20，并且穿过隔膜30进入负极25。取决于所使用的阳极材料，载体离子嵌入合金(例如，位于负极材料的基质中而不形成合金)或与负极材料形成合金。在放电过程期间，载体离子离开负极25，并且返回穿过隔膜30并返回到正极20中。
4、与层状二次电池相比，三维二次电池可以提供增加的容量和寿命。文献中已经提出了三维电池架构(例如，叉指电极阵列)以提供与二维架构(例如，平坦和螺旋形层压件)相比更高的电极表面积、更高的能量和功率密度、改进的电池容量以及改进的活性
5、存在这样的风险：包含二次电池在内的能量储存装置可能由于事故、滥用、暴露于极端条件等而以不期望或不受控的方式释放能量。将安全性特征构建到二次电池中可以降低这种风险并改善滥用容忍度。
6、当前的基于锂的电池的安全性可能受到各种机制的危害，许多机制通过温度升高现象相关。在过充电和高操作温度下，由于电解质分解，可能发生过热和热失控。在如licoo2等高电压阴极材料的情况下，由于析氧也可能发生热失控。在一些情况下，机械滥用还可能导致活性材料一起短路，由此导致热失控。这可能是由于电池过充电、电短路或机械滥用相关的短路而引起的。在涉及电解质或阴极分解的化学反应期间热的快速释放可能增加常规二维电池中热失控的风险。
7、自停止装置(例如，具有电阻正温度系数(ptc)的聚合物或陶瓷材料)已经用于增强常规二维电池的安全性。此类材料有时被称为可恢复保险丝或自调节恒温器。已经提出了其它系统，所述其它系统包含不可复位或牺牲保险丝，所述保险丝熔化以便机械地产生开路，所述开路中断过电流通过电池的流动。例如，对p.g.balakrishnan,r.ramesh和t.prem kumar,“锂离子电池中的安全性机制(safety mechanisms in lithium-ionbatteries)”,《能源杂志(journal of power sources)》,2006,155,401-414的引用可以帮助说明常规锂离子电池中的安全性机制的现有技术的状况，并且因此作为非必要主题通过引用并入本文。
8、在至少一些已知的基于锂的二次电池中，可复位或不可复位保险丝在过电流的流动与保险丝的跳闸之间具有可测量的滞后。发生这种滞后是因为保险丝通常被在过电流流经电池时所产生的热激活。因此，在不可复位保险丝的情况下，过电流将流经电池持续一段时间，直到保险丝经历的温度达到熔化保险丝所需的温度，或者在使用ptc材料的可复位保险丝的情况下，增加电阻至足以限制流经电池的电流。在一些情况下，过电流开始与保险丝跳闸之间的滞后可能导致保险丝发生故障以防止热失控。
9、另外，当保险丝跳闸时，不可复位保险丝永久地断开电池的至少一部分。因此，即使保险丝防止热失控和灾难性故障，电池也将完全不能操作或将仅以有限的容量操作。
10、因此，令人期望的是产生三维电池，所述三维电池包含电流限制器以独立于电池的温度限制可能流经电池的电流，从而解决现有技术中的问题。
技术实现思路
1、在一个实施例中，一种组装电极组合件的方法包含在堆叠方向上在彼此之上堆叠单位电池单元群。所述单位电池单元群中的每个成员包含电极结构、隔膜结构和对电极结构，其中所述电极结构包括电极集电器和电极活性材料层，所述对电极结构包括对电极集电器和对电极活性材料层，所述电极结构和所述对电极结构在垂直于所述堆叠方向的纵向方向上延伸，并且所述电极集电器的端部部分在所述纵向方向上延伸超过所述电极活性材料和所述隔膜结构。所述方法包含使每个电极集电器的所述端部部分在正交于所述电极结构的所述纵向方向的方向上弯曲并且在所述堆叠方向上或在与所述堆叠方向相反的方向上延伸。将电极母线定位成在所述堆叠方向上延伸，其中所述电极母线的表面邻近所述电极集电器的所述端部部分。将热和压力施加到所述电极母线，以通过包括电阻聚合物材料的粘合剂层将所述电极集电器的所述端部部分粘附到所述母线。
2、在另一个实施例中，用于在充电状态与放电状态之间循环的电极组合件包含单位电池单元群、电极母线、对电极母线和电流限制器群。所述单位电池单元群中的每个成员包括电极结构、隔膜结构和对电极结构，其中所述单位电池单元群中的每个成员的所述电极结构具有容量c并包括电极集电器和电极活性材料层，并且所述单位电池单元群中的每个成员的所述对电极结构包括对电极集电器和对电极活性材料层。对于所述单位电池单元群中的每个成员，(a)所述电极结构的所述电极集电器电连接到所述电极母线，(b)所述对电极结构的所述对电极集电器电连接到所述对电极母线，并且(c)所述电流限制器群中的成员电连接在(i)所述电极集电器与所述电极母线之间或(ii)所述对电极集电器与所述对电极母线之间。所述单位电池单元群中的每个成员在所述电极集电器与所述对电极集电器之间具有最大电荷电压(top of charge voltage)vtoc，并且在所述电极集电器与所述对电极集电器之间具有在非零频率下确定的单位电池单元电阻rbl。所述电流限制器群中的每个成员具有电阻rcld，所述电阻将在所述电极组合件放电期间能够从所述电极或所述对电极母线传导至单位电池单元群成员的电流量限制至根据以下等式确定的值i，在所述电极组合件中在所述单位电池单元群中的一个成员的所述电极与所述对电极之间存在电短路：
3、
4、rs是单位电池单元群成员的如使用干式强制内部短路(fisc)测试确定的硬短路电阻，rt是所述电极母线和所述对电极母线的在所述非零频率下确定的组合电阻，并且rcld具有非零值，使得：
5、i本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种组装电极组合件的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电阻聚合物材料包括热塑性材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂层形成在所述电极母线的与所述电极集电器的所述端部部分接触的所述表面上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电阻聚合物材料包括粘合剂聚合物，并且所述粘合剂层包括悬浮于所述粘合剂聚合物中的导电材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述导电材料包括以下中的一种或多种：碳黑、镍、铜、金、银、钛、石墨、钼、铬和铝。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述导电材料包括金属涂覆的碳纤维。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属涂覆的碳纤维包括镍涂覆的碳纤维。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属涂覆的碳纤维具有长度和直径，并且所述金属涂覆的碳纤维的所述长度与所述直径的纵横比介于10:1与10,000:1之间，包含端值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述纵横比介于50:1与5,000:1之间，包含端值。
10
11.根据权利要求4所述的方法，其中导电粘合剂的根据ASTMD 1238在190℃下确定的熔融流动指数介于0.1克(g)/10分钟(min)至1000g/10min之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述熔融流动指数介于0.1g/10min至100g/10min之间。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述熔融流动指数介于0.5g/10min至20g/10min之间。
14.根据权利要求4所述的方法，其中导电粘合剂的熔点介于40℃与300℃之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述导电粘合剂的所述熔点介于60℃与200℃之间。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述导电粘合剂的所述熔点介于70℃与165℃之间。
17.根据权利要求1所述的方法，其中使每个电极集电器的所述端部部分弯曲包括：抵靠每个电极集电器的未弯曲端部部分定位所述电极母线，并且朝向所述电极集电器并在所述堆叠方向上施加压力。
18.根据权利要求1所述的方法，其中每个对电极集电器的端部部分在与所述电极集电器的所述端部部分相反的所述纵向方向上延伸超过所述对电极活性材料和所述隔膜结构，所述方法进一步包括：
19.根据权利要求18所述的方法，其中将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分包括将所述对电极母线胶合到所述对电极集电器的所述端部部分。
20.根据权利要求18所述的方法，其中将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分包括通过焊接或钎焊将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述对电极母线的与所述对电极集电器的所述端部部分接触的所述表面具有安置在所述表面上的电阻聚合物层，并且将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分包括将热和压力施加到所述对电极母线，以通过所述电阻聚合物层将所述对电极集电器的所述端部部分粘附到所述母线。
22.一种用于在充电状态与放电状态之间循环的电极组合件，所述电极组合件包括单位电池单元群、电流限制器群、电极母线和对电极母线，其中
23.根据权利要求22所述的电极组合件，其中以下中的一项或多项成立：
24.根据权利要求22所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包括粘合剂聚合物。
25.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包含单层导电粘合剂，并且所述电流限制器群中的每个成员包括所述单层导电粘合剂的不同部分。
26.根据权利要求25所述的电极组合件，其中所述单层导电粘合剂安置在所述电极母线或所述对电极母线上。
27.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述电流限制器群中的每个成员的所述导电粘合剂与所述电流限制器群中的每个其它成员的所述导电粘合剂物理分离。
28.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂的电阻率大于或等于0.01Ω·cm。
29.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包括功能化聚乙烯和功能化聚丙烯中的一种。
30.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包括其中悬浮有导电材料的粘合剂聚合物。
31.根据权利要求30所述的电极组合件，其中所述导电材料包括以下中的...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种组装电极组合件的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电阻聚合物材料包括热塑性材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂层形成在所述电极母线的与所述电极集电器的所述端部部分接触的所述表面上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述电阻聚合物材料包括粘合剂聚合物，并且所述粘合剂层包括悬浮于所述粘合剂聚合物中的导电材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述导电材料包括以下中的一种或多种：碳黑、镍、铜、金、银、钛、石墨、钼、铬和铝。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述导电材料包括金属涂覆的碳纤维。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属涂覆的碳纤维包括镍涂覆的碳纤维。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述金属涂覆的碳纤维具有长度和直径，并且所述金属涂覆的碳纤维的所述长度与所述直径的纵横比介于10:1与10,000:1之间，包含端值。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述纵横比介于50:1与5,000:1之间，包含端值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述纵横比介于100:1与2,000:1之间，包含端值。
11.根据权利要求4所述的方法，其中导电粘合剂的根据astmd 1238在190℃下确定的熔融流动指数介于0.1克(g)/10分钟(min)至1000g/10min之间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述熔融流动指数介于0.1g/10min至100g/10min之间。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述熔融流动指数介于0.5g/10min至20g/10min之间。
14.根据权利要求4所述的方法，其中导电粘合剂的熔点介于40℃与300℃之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述导电粘合剂的所述熔点介于60℃与200℃之间。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述导电粘合剂的所述熔点介于70℃与165℃之间。
17.根据权利要求1所述的方法，其中使每个电极集电器的所述端部部分弯曲包括：抵靠每个电极集电器的未弯曲端部部分定位所述电极母线，并且朝向所述电极集电器并在所述堆叠方向上施加压力。
18.根据权利要求1所述的方法，其中每个对电极集电器的端部部分在与所述电极集电器的所述端部部分相反的所述纵向方向上延伸超过所述对电极活性材料和所述隔膜结构，所述方法进一步包括：
19.根据权利要求18所述的方法，其中将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分包括将所述对电极母线胶合到所述对电极集电器的所述端部部分。
20.根据权利要求18所述的方法，其中将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分包括通过焊接或钎焊将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分。
21.根据权利要求18所述的方法，其中所述对电极母线的与所述对电极集电器的所述端部部分接触的所述表面具有安置在所述表面上的电阻聚合物层，并且将所述对电极母线附接到所述对电极集电器的所述端部部分包括将热和压力施加到所述对电极母线，以通过所述电阻聚合物层将所述对电极集电器的所述端部部分粘附到所述母线。
22.一种用于在充电状态与放电状态之间循环的电极组合件，所述电极组合件包括单位电池单元群、电流限制器群、电极母线和对电极母线，其中
23.根据权利要求22所述的电极组合件，其中以下中的一项或多项成立：
24.根据权利要求22所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包括粘合剂聚合物。
25.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包含单层导电粘合剂，并且所述电流限制器群中的每个成员包括所述单层导电粘合剂的不同部分。
26.根据权利要求25所述的电极组合件，其中所述单层导电粘合剂安置在所述电极母线或所述对电极母线上。
27.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述电流限制器群中的每个成员的所述导电粘合剂与所述电流限制器群中的每个其它成员的所述导电粘合剂物理分离。
28.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂的电阻率大于或等于0.01ω·cm。
29.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包括功能化聚乙烯和功能化聚丙烯中的一种。
30.根据权利要求24所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂包括其中悬浮有导电材料的粘合剂聚合物。
31.根据权利要求30所述的电极组合件，其中所述导电材料包括以下中的一种或多种：碳黑、镍、铜、金、银、钛、石墨、钼、铬和铝。
32.根据权利要求30所述的电极组合件，其中所述导电材料包括金属涂覆的碳纤维。
33.根据权利要求32所述的电极组合件，其中所述金属涂覆的碳纤维包括镍涂覆的碳纤维。
34.根据权利要求32所述的电极组合件，其中所述金属涂覆的碳纤维具有长度和直径，并且所述金属涂覆的碳纤维的所述长度与所述直径的纵横比介于10:1与10,000:1之间，包含端值。
35.根据权利要求34所述的电极组合件，其中所述纵横比介于50:1与5,000:1之间，包含端值。
36.根据权利要求34所述的电极组合件，其中所述纵横比介于100:1与2,000:1之间，包含端值。
37.根据权利要求30所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂的根据astmd 1238在190℃下确定的熔融流动指数介于0.1克(g)/10分钟(min)至1000g/10min之间。
38.根据权利要求37所述的电极组合件，其中所述熔融流动指数介于0.1g/10min至100g/10min之间。
39.根据权利要求37所述的电极组合件，其中所述熔融流动指数介于0.5g/10min至20g/10min之间。
40.根据权利要求30所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂的熔点介于40℃与300℃之间。
41.根据权利要求40所述的电极组合件，其中所述导电粘合剂的所述熔点介于60℃与200℃之间。
42.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·阿姆斯特朗，D·J·内勒，R·S·布萨卡，B·A·瓦尔德斯，R·K·罗森，M·拉马苏布拉马尼安，A·拉希里，R·M·斯伯特尼茨，
申请(专利权)人：艾诺维克斯公司，
类型：发明
国别省市：
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