[发明专利]包括电活性材料的电池组电池和电池组

说明书

本发明涉及一种电池组电池（2），其包括至少一个负电极（21）、至少一个正电极（22）和至少一个电解质（15），其中所述电池组电池（2）还包括至少一个电活性材料（50），所述电活性材料能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。本发明还涉及一种电池组，其包括至少一个电池组电池（2），其中所述电池组还包括至少一个电活性材料（50），所述电活性材料（50）能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。本发明还涉及一种用于平衡根据本发明的电池组电池（2）中以及根据本发明的电池组中的体积和/或形状变化的方法。

技术领域

本发明涉及一种电池组电池和一种电池组，其能够平衡在充电过程或放电过程期间出现的体积和/或形状变化。此外，本发明涉及一种用于平衡电池组电池中和/或电池组中的体积和/或形状变化的方法以及电池组电池和/或电池组的应用。

背景技术

电能的存储在过去十年中越来越重要。电能能够借助电池组来存储。电池组将化学反应能转化为电能。在此区分成一次电池组和二次电池组。一次电池组仅仅是一次性功能能力的，而也称为蓄电池的二次电池组能够重新充电。电池组（也称为电池组模块）在此包括一个或多个电池组电池（电化学电池）。

在蓄电池中经常使用包含锂的电极，其包括锂离子（所谓的锂离子电池组）或金属锂（所谓的锂金属电池组）。这些电池组的特征特别是在于高的比能量、良好的热稳定性和极低的自放电。

包含锂的电池组电池具有正电极和负电极。正电极以及负电极各包括一个集流体，在该集流体上施加有正的或负的活性材料。正的和负的活性材料的特征特别是在于，所述活性材料能够可逆地嵌入并且释放锂离子。

用于这样的电池组电池的负电极的活性材料例如是非晶硅，该非晶硅可以与锂原子构成插层化合物。但是，碳化合物、诸如石墨或金属锂也作为负电极的活性材料来处理。作为正电极的活性材料通常使用含锂的金属氧化物或含锂的金属磷化物。

此外，电池组电池通常包括隔离物以及电解质，该隔离物禁止电极之间的接触，该电解质能够实现载流子在电极之间的传输。

US 2015/0104691 A1公开了包括电解质层的二次电池组，所述电解质层包括非水的电解质溶液和聚合物化合物。聚合物化合物是接枝共聚物，包括由偏二氟乙烯单元和六氟丙烯单元作为主链和不同的均聚物和/或共聚物的侧链构成的嵌段共聚物。

US 2009/0030152 A1公开了不同的包含聚偏二氟乙烯的共聚物作为电容器中的储能材料的应用。

在运行电池组电池时、即在放电过程中，电子在外部电路中从负电极流至正电极。在电池组电池内，锂离子在放电过程中从负电极迁移至正电极。在此，锂离子从负电极的活性材料中可逆地换出，这也称为去锂化。在电池组电池的充电过程中，锂离子从正电极迁移至负电极。在此，锂离子重新可逆地换入到负电极的活性材料中，这也称为锂化。

负电极的锂化或去锂化伴随着体积和/或形状变化。在电池组电池充电时，例如在使用锂金属阳极的情况下发生体积增大，可能伴随着形状变化。完全充电的电池组电池可以因此相对于放完电的电池组电池显示出提高大约15%的体积。所述经常出现的体积和/或形状变化导致例如集流体的局部空间位移，并且导致在充满电池组电池时的改变。就此伴随着在由多个电池组电池构造电池组方面的困难。泡沫或能够拦住体积或形状变化的相似材料的使用可能导致，不同压力作用于电极和隔离物，这视电池组电池是充电还是放电而定。这可以导致电池组电池在运行时间段上的不均匀的功率。充电或放电过程同样具有对正电极的活性材料的体积和/或形状的影响。该影响通常比在负电极中表现得更小。

发明内容

本发明涉及一种电池组电池、特别是锂离子电池组电池或锂金属电池组电池，该电池组电池包括至少一个负电极、至少一个正电极和至少一个电解质，其中该电池组电池还包括至少一个电活性材料，该电活性材料可以通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。