具有串联及并联电耦接的单极和双极型电池的储能器件制造技术

叠层储能器件(ESD)具有至少两个排列成叠层的电池段。每个电池段可以具有包含第一活性材料电极的第一电极单元、包含第二活性材料电极的第二电极单元和位于这两个活性材料电极之间的电解质层。ESD包括至少两个子叠层，其中各个相应子叠层的元件与该子叠层的其他元件串联电耦接。这些子叠层可以放置于单个叠层中，并且可以与其他子叠层并联、串联或串并联电耦接，以形成具有一定电压和电流容量的ESD。整个叠层可以用单对端帽包住。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利的交叉引用本申请要求在2009年4月24日提交的美国临时申请No.61/172,448以及在2009年7月10日提交的美国临时申请No.61/224,725的权益，在此通过引用并入这两个申请的全部内容。
本专利技术一般涉及储能器件(ESD)，并且更具体地，本专利技术涉及具有串联、并联或串并联电耦接的电池的叠层ESD。
技术介绍
ESD的设计标准典型地包括功率、能量和使用寿命，并且还可以包括质量和/或体积的限制。这些设计因素通常互相依赖。例如，提高ESD的功率(例如，通过增加电压和/或电流容量)可以增加器件的质量和/或体积。一种用于增加双极型ESD的电压(并且由此增加瓦特小时)的方法是在更高的叠层中添加额外的双极型电池。但是，该叠层的电流容量与单个电池的容量可能基本上相同。为了增加双极型ESD的电流容量，几个ESD典型地以导线并联连接。这些ESD每个都典型地具有用于在循环期间保持气体压力和电极膨胀的它自己的一对端帽，这些端帽增加了整个系统的重量。但是，这些端帽通常不增加叠层的能量或功率。该额外重量一般称为“寄生”重量，因为随着各个电池叠层的重量增加并没有增添活性材料。由于寄生重量(以及在一些情况下，系统的体积)的实质性增加，上述技术不必要地限制了功率和/或电流容量的提高。因此，希望提供具有改良性能的ESD，该ESD具有串联和并联电耦接的电池。
技术实现思路
鉴于以上所述，本专利技术提供用于具有串联和并联电耦接的电池的叠层ESD的装置和方法。可以组装并联和串联结构的任意组合，以便产生特定的电压和电流容量。例如，可以用导线串联连接至少两个子叠层以增加总叠层的电压。双极型电池的这种结构的寄生重量可能相对小于典型布局(即，并联电耦接的两个或更多个ESD，每个ESD都具有它自己各自的一对端帽)，因为在一些实施例中可以只使用一对端帽。根据一种实施例，本专利技术提供了具有多个电极单元的叠层的ESD。该叠层可以包括多个双极型电极单元的第一子叠层、与第一子叠层共线的多个双极型电极单元的第二子叠层，以及位于第一子叠层和第二子叠层之间的单极型电极单元。第一端帽可以在该电极单元叠层的第一末端，并且第二端帽可以在该电极单元叠层的第二末端。根据本专利技术的一种实施例，本专利技术提供了具有沿着层叠轴的多个电极单元的叠层的ESD。该叠层可以包括在其相反侧面上具有第一和第二表面的单极型电极单元、沿层叠轴设置的与第一表面相对的第一双极型电极单元，以及沿层叠轴设置的与第二表面相对的第二双极型电极单元。第一和第二双极型电极单元经由单极型电极单元并联电耦接。附图说明当结合附图来考虑下面的详细说明时，本专利技术上述和其他的目标和优点将会变得明了，在附图中相似的参考符号指代相似的部件，并且在附图中：图1示出了根据本专利技术的一种实施例的双极型电极单元(BPU)的例示性结构的剖面示意图；图2示出了根据本专利技术的一种实施例的图1的BPU叠层的例示性结构的剖面示意图；图3示出了根据本专利技术的一种实施例的具有图2的BPU叠层的例示性双极型ESD的电路示意图；图4示出了根据本专利技术的一种实施例的BPU叠层的例示性结构的剖面示意图；图5示出了根据本专利技术的一种实施例的图4的例示性双极型ESD的电路示意图；图6示出了根据本专利技术的一种实施例的例示性叠层双极型ESD的透视图；图7示出了根据本专利技术的一种实施例的图6的例示性叠层双极型ESD的局部剖面图；图8示出了根据本专利技术的一种实施例的图6的例示性叠层双极型ESD的分解图；以及图9示出了根据本专利技术的一种实施例的图6的例示性叠层双极型ESD的分解图。具体实施方式本专利技术提供了用于叠层储能器件(ESD)的装置和方法，并且在下面参照图1-9来描述该装置和方法。本专利技术涉及诸如蓄电池、电容器以及任何其他可以存储和/或提供电能或电流的电化学能量或功率存储器件之类的ESD。应当理解，虽然本专利技术针对串联和并联电耦接的叠层双极型ESD来描述，但是所讨论的概念适用于任何电池间的电极结构，包括但不限于平行板、棱柱型、折叠型、卷绕式和/或双极型结构，以及其他合适的结构，或这些结构的任何组合。具有堆叠形式的密封电池的ESD可以包括一系列层叠的双极型电极单元(BPU)。这些BPU每个设置有覆盖在集电器的相反的两面上的正性活性材料电极层和负极活性材料电极层。任何两个BPU都可以彼此层叠，在其中一个BPU的正极活性材料电极层和另一个BPU的负极活性材料电极层之间设置有电解质层，用于电隔离这两个BPU的集电器。任何两个相邻BPU的集电器，连同两个活性材料电极层及其中间的电解质一起，是密封的单电池或电池段。包括此类电池的叠层的ESD在此应称为“叠层双极型”ESD，其中每个电池具有第一BPU的一部分和第二BPU的一部分。ESD可以包括可以串联、并联或串并联电耦接的多个电池。双极型ESD可以消除存在于那些仅将独立电池串联在一起的ESD中的互连载流组件。例如，双极型ESD连接材料的减少(从而减少寄生重量)可以降低电阻和提高功率，并且可以使ESD变得相对更小及更轻。图1示出了根据本专利技术的一种实施例的例示性“平板”双极型电极单元BPU 102。用于叠层电池ESD的平板结构已被详细论述于Ogg等人的美国专利申请No.11/417,489和Ogg等人的美国专利申请No.12/069,793中，在此通过引用并入这两个申请的全部内容。BPU 102可以包括设置于不透性导电衬底或集电器106之上的正极活性材料电极层104，以及可以设置于不透性导电衬底或集电器106的另一面之上的负极活性材料电极层108。应当理解，双极型电极可以具有任何合适的形状或几何形状。例如，在本专利技术的一些实施例中，“平板”BPU可以用“碟形”电极作为替代或补充。碟形电极可以减小在双极型ESD的工作期间所产生的压力。碟形和压力均衡的电极已被详细地论述于West等人的美国专利申请No.12/258,854中，在此通过引用并入该申请的全部内容。例如，如图2所示，多个BPU 202可以基本上垂直地层叠到叠层220中，具有可以设置于两个相邻的BPU 202之间的电解质层210，使得一个BPU 202的正电极层204经由电解质层210与相邻BPU 202的负电极层208相对。每个电解质层210可以包括可以将电解质保持于其内的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.04.24 US 61/172,448;2009.07.10 US 61/224,7251.一种储能器件，包括：
多个电极单元的叠层，所述叠层包括：
多个双极型电极单元的第一子叠层；
多个双极型电极单元的第二子叠层，与所述第一子叠层共线；
以及
单极型电极单元，位于所述第一子叠层和所述第二子叠层之
间；
第一端帽，位于所述电极单元的叠层的第一末端；以及
第二端帽，位于所述电极单元的叠层的第二末端。
2.根据权利要求1所述的储能器件，其中所述单极型电极单元被
配置以使所述第一子叠层与所述第二子叠层并联电耦接。
3.根据权利要求1所述的储能器件，其中所述单极型电极单元的
极性与所述第一和第二端帽的极性相反。
4.根据权利要求1所述的储能器件，其中所述第一子叠层的电极
单元与所述第二子叠层的电极单元具有单独的化学物质。
5.根据权利要求4所述的储能器件，其中所述第一子叠层的电极
单元为锂离子，所述第二子叠层的电极单元为铅酸。
6.根据权利要求1所述的储能器件，其中所述第一子叠层的双极
型电极单元串联电耦接。
7.根据权利要求1所述的储能器件，其中所述第二子叠层的双极
型电极单元串联电耦接。
8.根据权利要求1所述的储能器件，其中所述第一子叠层与所述
第二子叠层串联电耦接。
9.根据权利要求1所述的储能器件，其中每个双极型电极单元包
括：
导电衬底；
正极活性材料电极层，在所述导电衬底的第一表面上；以及
负极活性材料电极层，在所述导电衬底的第二表面上。
10.根据权利要求1所述的储能器件，其中所述单极型电极单元包
括：
不透性衬底；
第一活性材料电极层，在所述不导电衬底的第一表面上；
第二活性材料电极层，在所述不导电衬底的第二表面上，其中所述
第一层与所述第二层具有相同的极性。
11.根据权利要求10所述的储能器件，其中所述不透性衬底是导
电的。
12.根据权利要求10所述的储能器件，其中所述不透...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·K·维斯特，D·J·维斯特，J·雷加拉多，周昕，
申请(专利权)人：G四协同学公司，
类型：发明
国别省市：