[发明专利]用于电池组电池的内在过充电保护

说明书

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的电池组电池，根据权利要求16的前序部分所述的电池组。本发明还涉及根据权利要求18所述的电池组电池的制造方法。

背景技术

以下背景介绍是本发明的背景介绍，因此不必构成现有技术。

如今在许多设备例如车辆、船舶和各种电子设备例如计算机、移动电话和玩具中都使用电池组。通常在大多数电子设备中都有电池组，它们至少部分被设计成可在不连接电源的情况下使用。在这种应用中，主要在车辆的应用中描述电池组。不过，当然它们也可用于其它船舶的应用中以及各种其它包括电池组的电子设备中。

电池组包括一个或多个电池组电池，所述电池组电池可具有多个不同的设计，并且包括多种不同的物质和/或化学化合物。

本领域技术人员知道电池组在使用的时候会消耗，和/或在不使用的时候会跑电。当电池组在消耗时，在电池组内发生化学化合物的基本可逆的转化。例如，电池组中包括的电极材料可从一种化学化合物转化成另一种。

可通过外接电压电源例如车辆或船舶中的发电器，或者通过与电池电极连接的一些类型的电池充电器对电池组再充电。通过对电池组电极施加外部电压，电极的化学组成被复原，电池组被再充电。

发明内容

包括有机电解质例如包含锌离子、钠离子和/或锂离子的电解质的电池组对于高温和高电池电压很敏感，这加速电池组的老化。另外，电解质非常易燃。例如，超过约55℃的温度和/或超过约4.2V的电压可加速锂离子电池的老化。在较高的电池电压下有产生气体、电池组电池劣化和/或电池组电池中着火的风险。

现有技术试图通过在电池组中加入固相的电解质例如溶解在聚环氧乙烷中的锂盐和/或通过使用一种或多种外部支持功能例如在充电时对电池电压进行电压监控来解决这些问题。虽然固相电解质通常不是特别易燃的，但是仍然有电池组电池过热的风险，因为它们缺少内在的过充电保护。因此，在现有技术的方案中在充电时需要强固的支持功能。

为了避免电池组的加速老化和/或破坏在以前需要使用支持功能例如在电池组充电时进行电子监控，这导致增加了使用电池组的设备例如车辆的复杂性和制造成本。

现有技术尝试通过在电池组的正极和负极之间使用电化学活性材料来解决为了过充电保护而增加了复杂性的问题。然而，这些电化学活性材料在启动过充电保护时吸收和/或释放离子，这导致材料发生变化，使得其功能随着时间劣化。现有技术中使用这些电化学材料的过充电保护在发挥作用一段时间之后就变得缓慢。因此，随着时间由于过充电导致电池组受到损坏的风险增加。

现有技术还尝试通过在电池组电池中使用离散颗粒和/或单独的部件用作过充电保护来解决过充电的问题。但是，使用这些离散颗粒和/或单独部件意味着在这些离散颗粒和/或单独部件处集中能流。在各个颗粒的位置或在单独的过充电部件与电池组电池的连接处的这种能流的集中导致在这些集中处产生热。

因此本发明的目的是提供电池组电池、电池组以及制造电池组电池的方法，它们至少部分解决了这些问题。

该目的通过根据权利要求1的特征部分的上述电池组电池和上述根据权利要求16的特征部分的上述电池组来实现。该目的还通过根据权利要求18的特征部分的上述制造电池组电池的方法来实现。

根据本发明的电池组电池包括正极和负极，所述正极和负极由至少一层导电性聚合物膜、P型掺杂的半导电性和离子导电性膜、和N型掺杂的半导电性和离子导电性膜隔开，所述聚合物膜具有分布在其内的离子导电性电解质。

更具体而言，所述电池组电池具有产生内部过充电保护的以下顺序的以下层：

-正极；

-至少一层聚合物膜；

-N型掺杂的半导电性和离子导电性膜；

-P型掺杂的半导电性和离子导电性膜；

-负极。

根据本发明，通过电池组电池的设计，对电池组电池提供内在/化学过充电保护，这防止向电池组电池施加太大的充电电压。

所述内在/化学过充电保护向电池组电池提供了内部自动保护，而不需要外部电压监控装置。这意味着在不增加使用电池的设备例如车辆的复杂性和/或制造成本的情况下消除了电池组电池容量的退化。另外，电池组电池的功能通过启动的过充电保护而不被劣化，因为过充电保护是电活性的，而不是电化学活性的。

通过在电池组的生产阶段在一个或多个电池组电池中加入过充电保护，可实现减少电池充电器中的监控电子设备和/或例如在至少部分充电设备例如电动车辆或混合动力车辆中的其它电池监控系统的复杂性。这伴随着电池系统的总体成本的降低。