本发明专利技术提供一种包含被堆叠的多个电池单体的双极性电池。两个以上的所述电池单体包含：正极、负极、所述正极与所述负极之间的质子或氢氧化物离子传导性聚合物隔膜及与所述负极或所述正极相关联的双极性金属板。在部分方案中，所述隔膜包含质子或氢氧化物传导性电解质，或者单独地作为质子或氢氧化物传导性电解质发挥作用。所述电池单体任选包含含有可传导质子或氢氧化物离子的聚合物的电解质。所述隔膜可以为薄膜的形态，且任选既不粘合于所述负极，也不粘合于所述正极；或者也可以为在所述负极、所述正极、或它们的任意组合上的涂层的形态。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电池，具体涉及一种在产生可用于对一个以上的装置供电的电流时，使质子或氢氧化物离子在负极与正极之间循环的二次电池。
技术介绍
1、在储能领域中，普遍要求提高功率密度。随着对尺寸、重量、及必要时供给大量能量的能力的需求不断升高，需要一种新型的电池设计。相较于其他电池设计，双极性电池具有有助于应对上述需求的优点。双极性电池具有经改良的可扩展性、较高的能量密度、高功率密度、及设计自由度。
2、双极性电池的特征在于通常存在双极性板，该双极性板由一侧表面具有正极材料且相反侧具有负极材料的基板形成。为了能够形成能够有效地用于储存或产生能量的各个电池单体，双极性板可以以负极材料与另一双极性板上的正极材料有效结合，并在两者之间存在隔膜(separator)与电解质的方式，配置在电堆(stack)中。电解质与隔膜使得负极材料与正极材料之间的离子流成为可能。在双极性电池中，各个电池单体的电解质彼此绝缘，以防止电池单体发生短路。
3、双极性电池中使质子、氢氧化物离子等离子循环。然而，对于双极性电池的设计而言，以往的碱性电解质难以在邻接的电池单体之间分离电解质，因此需要独自的框体设计。虽然强烈希望将所有要素配置在一个框体中以实现小型的电池设计，但这需要复杂的密封圈结构用来防止电堆内的电池单体间的电解质泄漏、以及随之产生的短路。将电解质分离在各个电池单体中的代替设计，虽然有助于应对潜在的短路问题，但电池单体尺寸会变大，存在偏离本行业所希望的整体为小型的设计的问题。
技术实现思路>
1、本专利技术要解决的技术问题
2、如下所述，本专利技术通过提供一种使用特定的隔膜和/或电解质的配置及材料的新型双击性电池单体设计来应对上述需求，其在将电解质有效地绝缘的同时，无需大体积或复杂的电池单体设计。本专利技术的上述优点及其他优点能够由以下的附图、讨论及说明而体现。
3、以下的概述是为了促进对本专利技术所特有的部分创新特征进行理解而提供的，并不是为了进行完整的说明。通过综合考虑说明书整体、权利要求书、附图及摘要，可以充分理解本专利技术的各种方案。本专利技术所记载的专利技术如权利要求书所示。
4、与锂离子电池相比，质子或氢氧化物离子传导性电池具有高速的离子传导、高能量密度、较低成本及经改良的安全性特征等诸多优点。迄今为止，已知很难找到将上述电池单体类型有效地组合到双极性电池的设计中的方法。本专利技术提供一种用于高效且小型的双极性电池的新型设计及材料。
5、解决技术问题的技术手段
6、对此，本专利技术提供一种电池，其为包含两个以上的电池单体的双极性电池，其中，至少一个所述电池单体包含：正极活性物质、负极活性物质、所述正极活性物质与所述负极活性物质之间的质子或氢氧化物离子传导性聚合物隔膜、及与所述负极活性物质或所述正极活性物质相关联的双极性金属板。所述电池也可以包含含有能够传导质子或氢氧化物离子的固体聚合物的电解质，但并非必须包含该电解质。所述电池单体可以采用一些可能的形态。所述双极性金属板任选与所述正极活性物质及所述负极活性物质相关联。在部分方案中，所述隔膜为薄膜(film)的形态，所述薄膜既不粘合于负极活性物质，也不粘合于正极活性物质。所述隔膜任选为在所述负极活性物质、所述正极活性物质、或其双方上的涂层的形态。在部分方案中，所述正极活性物质贴附于正极基板，或者所述负极活性物质贴附于负极基板，或者所述正极活性物质贴附于正极基板、并且所述负极活性物质贴附于负极基板，以便能够在电池堆中将所述正极、所述负极、或其双方独立地组装，而并非涂布在其他表面或材料上。
7、本专利技术所提供的隔膜传导阳离子或阴离子(例如氢氧化物离子)，任选选择性地传导阳离子或阴离子。能够构成所述隔膜的离子传导性聚合物可以为氢氧化物离子传导性膜，所述氢氧化物传导性膜任选包含与胺进行了键合的支撑聚合物。作为代替方案，隔膜也可以为质子传导性膜，所述质子传导性膜任选包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(pfsa)聚合物。所述隔膜的离子传导性聚合物可以涂布于离子传导性基板上，也可以浸渗在其内部，或者也可以为其他形态，所述离子传导性聚合物任选包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(pfsa)聚合物。在部分方案中，所述离子传导性基板包含pt、pd、lani5、或者氧化物，任选包含zro2或钙钛矿氧化物、或者它们的组合。在本节所说明的任意一种形态中，所述隔膜进一步包含一种以上的离子传导性有机粉末。
8、根据上述任意一种方案得到的电池，任选具有70％以上的库仑效率，显示出本专利技术所提供的电池的高效率性质。
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【技术保护点】
1.一种电池，其为包含被堆叠的多个电池单体的双极性电池，其中，两个以上的所述电池单体包含：
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述双极性金属板与所述正极及所述负极相关联。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜为薄膜的形态，且所述薄膜既不粘合于所述负极，也不粘合于所述正极。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜为在所述负极、所述正极、或所述负极与所述正极上的涂层的形态。
5.根据权利要求1所述的电池，其中，所述正极通过将正极活性物质贴附于正极基板而形成，或者所述负极通过将负极活性物质贴附于负极基板而形成，或者所述正极通过将正极活性物质贴附于正极基板而形成、并且所述负极通过将负极活性物质贴附于负极基板而形成。
6.根据权利要求5所述的电池，其中，所述正极基板、所述负极基板、或所述正极基板与所述负极基板包含Ni箔，任选包含多孔质Ni箔。
7.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阳离子或阴离子。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阴离子。
>9.根据权利要求7所述的电池，其中，所述阴离子为氢氧化物阴离子。10.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含氢氧化物离子传导性膜，所述氢氧化物离子传导性膜任选包含与胺进行了键合的支撑聚合物。
11.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含质子传导性膜。
12.根据权利要求11所述的电池，其中，所述质子传导性膜包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(PFSA)聚合物。
13.根据权利要求1所述的电池，其中，所述固体电解质为膜的形态。
14.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物涂布于固体离子传导性基板上。
15.根据权利要求14所述的电池，其中，所述离子传导性基板包含Pt、Pd、LaNi5、或者氧化物，任选包含ZrO2或钙钛矿氧化物、或者它们的组合。
16.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物被埋入多孔质基板中，任选所述多孔质基板的以空隙相对于总体积的体积规定的孔隙率为40％以上。
17.根据权利要求16所述的电池，其中，在所述多孔质基板的一侧或两侧进一步包含质子或氢氧化物离子传导性聚合物的层。
18.根据权利要求7～17中任一项所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物的所述至少一部分进一步包含离子传导性有机粉末。
19.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其特征在于，库伦效率大于70％，任选大于80％。
20.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其中，所述负极活性物质包含吸氢金属或吸氢金属合金。
21.根据权利要求20所述的电池，其中，所述金属合金包含ABx型的贮氢材料的金属合金，其中，A为氢化物形成元素，B为非氢化物形成元素，x为1～5。
22.根据权利要求20所述的电池，其中，所述金属包含SixM1-x，其中，M包含除Si以外的一种以上的ⅣA族，0＜x≤1。
23.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其中，所述正极活性物质包含：Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Bi、其氢化物、其氧化物、其氢氧化物、或它们的任意组合。
24.根据权利要求23所述的电池，其中，相对于所述正极电化学活性物质中的全部金属，所述正极活性物质包含10at％以上的Ni或Mn，任选包含80at％以上的Ni或Mn，任选包含90at％以上的Ni或Mn。
25.根据权利要求23所述的电池，其中，所述正极电化学活性物质包含Ni、Co、Mn、Zn、Al的氢氧化物、或它们的组合。
26.根据权利要求23所述的电池，其中，所述正极电化学活性物质包含Ni。
27.一种电池，其为包含被堆叠的多个电池单体的双极性电池，其中，两个以上的所述电池单体包含：
28.根据权利要求27所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阴离子。
29.根据权利要求27所述的电池，其中，所述阴离子为氢氧化物阴离子。
30.根据权利要求27所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含质子传导性膜。
31.根据权利要求30所述的电池，其中，所述质子传导性膜包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(PFSA)聚合物。
32.根据权利要求27所述的电池，其中，所述隔...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种电池，其为包含被堆叠的多个电池单体的双极性电池，其中，两个以上的所述电池单体包含：
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述双极性金属板与所述正极及所述负极相关联。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜为薄膜的形态，且所述薄膜既不粘合于所述负极，也不粘合于所述正极。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜为在所述负极、所述正极、或所述负极与所述正极上的涂层的形态。
5.根据权利要求1所述的电池，其中，所述正极通过将正极活性物质贴附于正极基板而形成，或者所述负极通过将负极活性物质贴附于负极基板而形成，或者所述正极通过将正极活性物质贴附于正极基板而形成、并且所述负极通过将负极活性物质贴附于负极基板而形成。
6.根据权利要求5所述的电池，其中，所述正极基板、所述负极基板、或所述正极基板与所述负极基板包含ni箔，任选包含多孔质ni箔。
7.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阳离子或阴离子。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阴离子。
9.根据权利要求7所述的电池，其中，所述阴离子为氢氧化物阴离子。
10.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含氢氧化物离子传导性膜，所述氢氧化物离子传导性膜任选包含与胺进行了键合的支撑聚合物。
11.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含质子传导性膜。
12.根据权利要求11所述的电池，其中，所述质子传导性膜包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(pfsa)聚合物。
13.根据权利要求1所述的电池，其中，所述固体电解质为膜的形态。
14.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物涂布于固体离子传导性基板上。
15.根据权利要求14所述的电池，其中，所述离子传导性基板包含pt、pd、lani5、或者氧化物，任选包含zro2或钙钛矿氧化物、或者它们的组合。
16.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物被埋入多孔质基板中，任选所述多孔质基板的以空隙相对于总体积的体积规定的孔隙率为40％以上。
17.根据权利要求16所述的电池，其中，在所述多孔质基板的一侧或两侧进一步包含质子或氢氧化物离子传导性聚合物的层。
18.根据权利要求7～17中任一项所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物的所述至少一部分进一步包含离子传导性有机粉末。
19.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其特征在于，库伦效率大于70％，任选大于80％。
20.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其中，所述负极活性物质包含吸氢金属或吸氢金属合金。
21.根据权利要求20所述的电池，其中，所述金属合金包含abx型的贮氢材料的金属合金，其中，a为氢化物形成元素，b为非氢化物形成元素，x为1～5。
22.根据权利要求20所述的电池，其中，所述金属包含si...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨国雄，大内泰平，福永浩，
申请(专利权)人：川崎摩托株式会社，
类型：发明
国别省市：
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