[发明专利]双极电池组件

说明书

一种双极电池，具有：a)电池板的两个或更多个堆叠；b)液体电解质，其设置在电池板之间以形成电化学单元电池；c)多个隔板，其中每个单独的隔板位于每个电化学单元电池中；d)一个或多个双极性电池板，其设置在电池板的两个或更多个堆叠之间，所述双极性电池板包括：(i)位于一个表面上的第一阳极或阴极；(ii)位于相反表面上的第二阳极或阴极；和(iii)在所述第一阳极或阴极与所述第二阳极或阴极之间的一个或多个电流导体；和e)一条或多条电流管路，其将所述一个或多个电流导体直接或间接地与一个或多个电池端子连接。

相关申请的交叉引用

本申请是2017年5月8日提交的系列号为15/589,201的共同未决美国申请的部分继续申请，后者是2016年3月15日提交的系列号为15/070,117的美国申请的继续申请，再后者是2014年3月17日提交的系列号为14/345,321的美国申请的部分继续申请，最后者是2012年4月16日提交的专利合作条约申请PCT/US2012/033744的国家阶段申请，其要求2011年10月24日提交的美国临时申请61/550,657的优先权，所有这些申请全文并入本文。

技术领域

本教导内容通常涉及双极电池组件、涉及制备这类组件的方法以及涉及使用这类组件的方法。

背景技术

双极电池是本领域中已知的，参见以全文引用的方式并入本文的Tatematsu的US2009/0042099。双极电池提供了优于其他电池设计的优点，如可扩展性、相对高的能量密度、高功率密度和设计灵活性。双极电池包括许多双极板和两个单极端板。双极板包括基材，所述基材呈双面薄片的形式，所述双面薄片在一个表面上具有通常被称为正极活性材料(PAM)的阴极材料，并且在相反侧上是通常被称为负极活性材料(NAM)的阳极材料。在基材与阳极材料或阴极材料之间可设置导电薄片。堆叠布置双极板，使得一个板的阳极材料面对下一个板的阴极材料。在大多数组件中，有电池隔板位于相邻的板之间，其允许电解质从阴极材料流向阳极材料。设置在板之间的空间中的是电解质，其是允许电子和离子在阳极材料与阴极材料之间流动的物质。双极板的相邻表面与隔板和设置在板之间的电解质一起形成电化学单元电池，其中电子和离子在阳极材料与阴极材料之间交换。电池的结构被布置成使得由双极板形成的每个单元电池被密封以防止电解质流出单元电池。用于密封每个电化学单元电池的结构与在基材上没有阳极材料或阴极材料的板部分相接触。此外，电池隔板可延伸超出其上设置有阳极材料和阴极材料的基材部分以有助于密封单元电池。每个单元电池具有与单元电池连接的电流导体，以将电子从单元电池传送到一个或多个端子，电子从所述端子被传送到本质上是以电力形式利用电子的另一系统的负载。在一些实施方案中，单元电池中的电流导体是导电薄片，其与将电子传送到电池的端子的另外的电流导体相接触。在堆叠的每一端是在一个面上设置有阳极材料或阴极材料的单极板。选择单极板面上的材料，以与在堆叠的该端的双极板的相反面形成单元电池。特别是如果面对单极板的双极板在板面上具有阴极材料，则单极板在其面上具有阳极材料，反之亦然。在常规设计中，将电池板的堆叠设置在壳体中，所述壳体围绕板的堆叠被密封，并且具有位于电池外部的一对或多对正极端子和负极端子，每对与进一步连接于如本文所述的更多单元电池中的一个的电流导体连接。

尽管双极电池组件具有优点，但双极电池组件的缺点妨碍了它们的商业化。双极电池在工作期间由于阳极材料和阴极材料的膨胀和收缩、电化学过程期间的气体析出及产生的热量的原因而产生显著的内部压力。因为双极电池是可扩展的，所以在单元电池中可能会产生较高的压力。此外，析出的热量可能会加剧产生的压力，并且可能会导致失控反应，这可能会产生损坏电池构造材料的热量水平并使电池发生故障。压力可造成围绕电化学单元电池的密封件破裂，并使单元电池和电池发生故障。Shaffer II等人的共同拥有的标题为BIPOLAR BATTERY ASSEMBLY的专利申请US 2010/0183920(以全文引用的方式并入本文)公开了通过改进的边缘密封组件和双极板设计解决这些问题的方案。