[发明专利]固态双极性电池

说明书

本发明涉及这样一种双极性电池，其具有固体离子传导性聚合物材料作为其电解质从而能够实现高电压放电。

技术领域

本发明的一个或多个实施方案涉及含固体离子传导性(ionically conductive)聚合物材料的双极性电极、其制备方法和包含其的双极性电池。

背景技术

美国专利627,009描述了一种铅酸电池，其构造方式为“末端电极和中间电极以电串联的方式连接……从而使得[集电器]在各个中间电极的相对侧之间形成唯一的导电连接”。双极性电池一直在努力克服隔离液体电解质的挑战，以防止电池单元(cell)间的连通和短路。

典型的双极性电池聚焦于使用昂贵而复杂的内部密封机械装置(mechanism)来将液体电解质容纳到其单个电池单元中。为了避免使用密封机械装置，已经在双极性设计中尝试了低电导率固体电解质和具有密封的液体凝胶电解质。然而，低离子电导率和高内阻抗限制了这种设计的性能。

本发明的实施方案克服了上述问题并提供了额外的优点。

发明内容

根据一个方面，提供了一种双极性电池，其包括：至少一个双极性电极，其各自具有在导电片的一侧上包含第一电化学活性材料的正极和在所述片的另一侧上包含第二电化学活性材料的负极；多个电解质层，其各自包含固体离子传导性聚合物材料；作为所述电池的外层包围所述双极性电池的终端负极和终端正极，其中所述终端负极与位于第一相邻的双极性电极上的正极相对布置，其间插有电解质层；其中所述终端正极与第二双极性电极上的负极层相对布置，其间插有电解质层；其中所述固体离子传导性聚合物材料在室温下具有玻璃态，并且包含至少一种阳离子扩散离子和至少一种阴离子扩散离子(both atleast one cationic and anionic diffusing ion)，其中至少一种扩散离子在所述玻璃态下是可迁移的。

在双极性电池的方面中，各个正极和相邻的阳极构成子叠层(sub-stack)，所述子叠层也包括插入的电解质层，其中各个子叠层通过导电片与相邻的子叠层隔开，其中各个子叠层具有电压。

电池的其它方面可以包括以下特征中的一个或多个：

该双极性电池，其中各个子叠层的电压等于或小于3伏。

该双极性电池，其中所述第一电化学活性材料包括锌、铝、锂或嵌入(intercalation)材料。

该双极性电池，其中所述第二电化学活性材料包括二氧化锰、硫或嵌入材料。

该双极性电池进一步包括第二子叠层，所述第二子叠层包含位于第二阳极层和第二阴极层之间的含固体离子传导性聚合物电解质的第二隔膜层(separator layer)，其中所述第二子叠层与所述第一子叠层相邻布置且与所述第一子叠层电连通且离子连通；并且所述双极性电池进一步包括第三集电器层，所述第三集电器层与所述第二子叠层相邻布置且与所述第一集电器层相对布置。

该双极性电池，其中各个正极包含所述固体离子传导性聚合物材料。

该双极性电池，其中各个负极包含所述固体离子传导性聚合物材料。

该双极性电池，其中所述电池的电压大于8伏，且所述终端正极与所述终端负极之间的距离小于6毫米。

该双极性电池，其中所述电解质层是挤出的。

该双极性电池，其中所述正极是挤出的。

在该方面中，在该电池中，所述固体离子传导性聚合物电解质进一步包括：大于30％的结晶度；熔化温度；玻璃态；并且其中至少一种扩散离子在所述玻璃态下是可迁移的。

该电池，其中所述固体离子传导性聚合物材料还包含多个(a plurality of)电荷转移络合物。