[发明专利]包括具有带定位表面特征的基底的双极电池单元的电池

说明书

一种电池包括电化学电池单元的堆叠布置。每个电化学电池单元没有电池单元壳体并且包括双极板，该双极板具有基底、形成在基底的第一表面上的第一活性材料层、以及形成在基底的第二表面上的第二活性材料层。每个电池单元包括封装活性材料层中的至少一个的固体电解质层、以及安置在每一对相邻电池单元的基底的周边边缘之间的边缘绝缘装置。在每个电池单元内，基底包括表面特征，该表面特征与边缘绝缘装置的对应特征接合以便相对于双极板定位边缘绝缘装置。

背景技术

电池为范围从便携式电子设备到可再生能源系统和环境友好车辆的各种技术提供功率。例如，混合动力电动车辆（HEV）结合燃烧发动机使用电池和电动马达以提高燃料效率。电动车辆（EV）完全由电动马达供能，电动马达相应地由一个或多个电池供能。电池可包括若干个电化学电池单元，这些电化学电池单元以二维或三维阵列布置并且串联或并联电连接。在串联连接中，两个或更多个电池单元中的每一个的正极和负极彼此电连接，并且这些电池单元的电压相加以给予具有电池单元的电池更大的电压。例如，如果n个电池单元串联电连接，则电池电压是单个电池单元的电压乘以n，其中n是正整数。

通常，各个电池单元通常围封在不透气的壳体中。常常，壳体可电连接到电池单元的一个极。在电池单元彼此串联电连接（例如，通过在一个电池单元的正极和相邻电池单元的负极之间提供连接）的应用中，电池单元电压是相加的，并且壳体必须彼此绝缘以防止短路。因此，在电池内，用于容纳电池单元壳体和对应的绝缘结构的空间、以及由电池单元壳体和对应的绝缘结构使用的材料降低了电池效率并且增加了制造复杂性和成本。

发明内容

在一些方面中，一种电池包括电化学电池单元的堆叠布置。每个电化学电池单元包括双极板、固体电解质层和边缘绝缘装置。双极板包括基底、安置在基底的第一表面上的第一活性材料层、以及安置在基底的第二表面上的第二活性材料层。第二表面与第一表面相对。第一活性材料层具有第一活性材料层周边边缘，该第一活性材料层周边边缘与基底周边边缘间隔开并且安置成比基底周边边缘更接近基底的中心。第二活性材料层是与第一活性材料层的材料不同的材料。第二活性材料层具有第二活性材料层周边边缘，该第二活性材料层周边边缘与基底周边边缘间隔开。固体电解质层安置在第二表面上以便封装包括第二活性材料层周边边缘的第二活性材料层。边缘绝缘装置包括一片电绝缘材料。边缘绝缘装置包括外周边边缘和内周边边缘。边缘绝缘装置安置在一对相邻电池单元的基底的周边边缘之间，并且其中外周边边缘安置成比基底周边边缘更远离基底的中心。一对相邻电池单元中的一个电池单元的第一表面包括基底表面特征，该基底表面特征与边缘绝缘装置的对应特征接合以便相对于双极板定位边缘绝缘装置，或者该对相邻电池单元中的另一电池单元的第二表面包括基底表面特征，该基底表面特征与边缘绝缘装置的对应特征接合以便相对于双极板定位边缘绝缘装置。

在一些实施例中，边缘绝缘装置的对应特征包括通孔，该通孔安置在与外周边边缘和内周边边缘间隔开的位置处，并且基底表面特征包括突入通孔内的突出部。

在一些实施例中，突出部包括端面和侧壁，侧壁在端面和该对相邻电池单元中的一个电池单元的第一表面或该对相邻电池单元中的另一电池单元的第二表面之间延伸。侧壁是线性的，并且垂直于该对相邻电池单元中的一个电池单元的第一表面或该对相邻电池单元中的另一电池单元的第二表面。通孔在边缘绝缘装置的相对的宽表面之间延伸，并且通孔的内表面垂直于相对的宽表面。

在一些实施例中，通孔和突出部的尺寸适合于使得突出部以公差配合的方式被接收在通孔中。

在一些实施例中，突出部包括端面和侧壁，侧壁在端面和该对相邻电池单元中的一个电池单元的第一表面和该对相邻电池单元中的另一电池单元的第二表面中的一者之间延伸。侧壁具有非线性轮廓。通孔的内表面具有与侧壁的非线性轮廓互补的非线性轮廓，并且突出部经由侧壁和通孔内表面之间的卡扣配合接合与通孔接合。

在一些实施例中，边缘绝缘装置包括面向基底表面特征的装置表面。凹陷部设置在装置表面中，并且基底表面特征包括与凹陷部接合的突出部。