[发明专利]自动加热蓄电池

说明书

基于锂的和基于钠的蓄电池和电容器，使用用活性电极材料颗粒的多孔层涂层的金属箔集电器，用于产生电流，可以被调整以在单元需要在低大气温度期间定期操作时产生热量，以增加输出。自动加热单元可以与暂时在冷环境中的工作单元热传递接触放置。或者，加热单元的阳极集电器和阴极集电器中的一个或两者可以形成有未用电极材料涂层的成形延长部分，单元电流能够通过所述延长部分，用于电阻加热延长集电器区域。这些延长集电器区域可以用于加热包含其的单元的工作区域或者接触并加热相邻工作单元。

技术领域

一些基于锂的和基于纳的蓄电池和电容器定期地暴露于冷环境，在所述冷环境中，如果它们可以被有效地和便宜地加热，那么可以改进其电化学单元的能量和功率输出。本公开涉及类似的或补充的电化学单元，其中一个具有自动加热性能且可以用于在暴露于低温大气环境时定期地加热相邻工作单元。本公开还涉及具有工作部分和加热部分的单元，所述加热部分被管理和控制以在其操作环境中被冷却时定期地起用，以加热所述工作部分。

背景技术

相对轻质的基于锂的蓄电池和电容器以及基于纳的蓄电池和电容器是能量有效的，且日益增加地在许多消费者应用中使用。在一些应用中，例如机动车辆中，蓄电池或电容器可能定期地暴露于低大气温度，这损坏所述单元的性能。仍需要找到在需要在低温环境中工作时的情况期间这种蓄电池和电容器的单元的机载加热的有效方法。

发明内容

当前基于锂的蓄电池通常包括一个或更多个电化学单元的组件，每个单元包括阳极和阴极，所述阳极和阴极能够从合适的电解质锂盐的非水电解质溶液嵌入和脱嵌锂。所述阳极和阴极通过多孔分离器被物理分离，而不直接电接触。阳极通常由活性阳极材料的颗粒形成，例如石墨或钛酸锂，其在具有低电阻的薄金属（通常是铜）集电器箔的每一侧上以一致厚度的多孔层被树脂粘合。集电器箔可以例如具有在大约5微米至15微米的范围内的一致厚度，且在每个相对表面上支承颗粒电极材料的多孔粘合涂层，取决于所述单元的能量和功率需求，所述涂层的厚度可以在从大约5微米至大约100微米的范围内。

阴极类似地由活性阴极材料的颗粒形成，例如磷酸锂铁（LiFePO₄）、锂锰氧化物（LMO，LiMn₂O₄，或锰酸锂）和锂镍锰钴氧化物（LiNiMnCoO₂）。所选择的活性阴极材料类似地在薄金属（通常是铝）集电器箔的每一侧上以一致厚度的多孔层被树脂粘合。取决于使用阴极材料的电化学单元的电需求，多孔阴极层的厚度通常与对应的阳极材料层的厚度相当。阳极和阴极材料颗粒中的每个可以与一定量的导电碳颗粒混合。

在许多这样的蓄电池中，薄集电器箔中的每个形状是矩形，边尺寸一直到大约150微米（在堆叠单元设置中），且具有未涂层突片，所述未涂层突片从一侧延伸，用于与单元组件中的另一个电极电连接。在当前通常实践中，薄金属集电器的相对主表面使用电极材料的多孔层基本上完全覆盖，且金属集电器在每个锂蓄电池单元的操作（充电和放电）期间提供进出其粘合电极材料涂层的电子流的低电阻路径。流入和流出所述单元的所有DC电流均流动通过相应的阳极和阴极集电器。薄金属集电器成分被选择以具有相对低的电阻，从而所述单元的电阻加热不大。然而，如该说明书中下文详细描述的，当前集电器形状和成分可以在未用电极材料涂层的延长金属箔部分的情况下使用，其可以成形和修改，以在单元操作期间提供附加的有用电阻加热。该附加的加热可以由集电器的延长箔部分的定位或放置引导，且用于加热整体形成的本工作单元或者相邻的正常工作单元。

在一些单元组件中，类似形状的阳极和阴极层结构以矩形堆叠体的形式与夹置的薄多孔聚合物分离器一起组装，所述分离器物理上将相对的电极材料的多孔层分离，但是允许电解质溶液的适当渗透以及锂离子在电极材料的多孔层之间输送。在其它单元结构中，长的矩形阳极层和类似形状的长的矩形阴极层，带有夹置的类似形状的多孔分离器层，可以形成为卷绕或卷起的基于锂的单元结构。