[发明专利]包括具有由支撑框架支撑的边缘绝缘装置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。支撑框架包围电池单元堆叠，并且被构造成接收并支撑每个电池单元的边缘绝缘装置的外周边边缘。

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，其中每个电池单元在与电池单元的堆叠方向对齐的堆叠轴线上居中。此外，电池包括包围电池单元的堆叠布置的支撑框架。每个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，使得外周边边缘安置成比基底周边边缘更远离基底的中心。另外，边缘绝缘装置物理地接触并直接固定到该对相邻电池单元中的一个电池单元的第一表面，并且能够相对于该对相邻电池单元中的另一电池单元移动，或者边缘绝缘装置物理地接触并且直接固定到该对相邻电池单元中的另一电池单元的固体电解质层，并且能够相对于该对相邻电池单元中的所述一个电池单元移动。支撑框架包围电池单元的堆叠布置，使得在支撑框架与基底周边边缘之间存在间隙。支撑框架被构造成接收并支撑每个电池单元的边缘绝缘装置的外周边边缘，并维持一个电池单元的边缘绝缘装置的外周边边缘与相邻电池单元的边缘绝缘装置的外周边边缘之间的间隔开的关系。

在一些实施例中，支撑框架被构造成维持相邻电池单元的边缘绝缘装置的外周边边缘之间的间隔开的关系，同时保持每个边缘绝缘装置的驻留在外周边边缘和内周边边缘之间的部分无约束。

在一些实施例中，当在平行于堆叠轴线的横截面中观察电池时，无约束部分是弯曲的。

在一些实施例中，电池的一个电池单元的无约束部分的长度不同于电池的另一电池单元的无约束部分的长度，其中给定电池单元的无约束部分的长度是给定电池单元的基底的周边边缘和支撑框架的内表面之间的距离。

在一些实施例中，支撑框架是不透空气和湿气的，并且围封电池单元堆叠的所有侧面使得电池单元被密封而与电池的环境隔开。