JP5762537B2 - 双極電極を有する角形単電池を有する組電池 - Google Patents

双極電極を有する角形単電池を有する組電池 Download PDF

Info

Publication number
JP5762537B2
JP5762537B2 JP2013520098A JP2013520098A JP5762537B2 JP 5762537 B2 JP5762537 B2 JP 5762537B2 JP 2013520098 A JP2013520098 A JP 2013520098A JP 2013520098 A JP2013520098 A JP 2013520098A JP 5762537 B2 JP5762537 B2 JP 5762537B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active material
cell container
bimetal
unit cell
assembled battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013520098A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2013531355A (ja
Inventor
ピルグラム ペーター
ピルグラム ペーター
ハーン ヘンリク
ハーン ヘンリク
ローベルト バーレンシェー エルンスト
ローベルト バーレンシェー エルンスト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Litarion GmbH
Original Assignee
Evonik Litarion GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Litarion GmbH filed Critical Evonik Litarion GmbH
Publication of JP2013531355A publication Critical patent/JP2013531355A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5762537B2 publication Critical patent/JP5762537B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/661Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H01M10/0418Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes with bipolar electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/665Composites
    • H01M4/667Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/51Connection only in series
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Description

本発明は、本質的に角形の複数の密閉形単電池容器を有し、前記単電池容器のそれぞれで一方の側面が少なくとも部分的に負極としてかつその反対の側面が少なくとも部分的に正極として形成されており、その際に前記単電池容器が、極と極とが互いに密着して、正極端子と負極端子との間に延在しており、かつ前記単電池容器がそれぞれ、機械的に支持する非導電性枠体により囲まれている、組電池に関する。
この種の組電池は国際公開(WO-A1)第2009/103527号から知られている。
本発明の意味でのガルバニ電池は化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置である。イオン伝導性電解質の充てんされた室が重要であり、前記室中にアノード及びカソードが配置されている。前記電解質は室中に保持されているので、イオンは前記室を出ることができない。前記アノード及び前記カソードは複数の部分から作られていてよい。アノードとカソードとの短絡を防止するために、イオン伝導性で電気絶縁性のセパレータが前記電極の間に配置されていてよい。
本明細書で使用される意味での活物質は、イオンを挿入及び脱離することのできる物質である。アノード活物質はアノードを形成し、カソード活物質はカソードを形成する。アノード活物質の対活物質はカソード活物質であり;カソード活物質の対活物質はアノード活物質である。
電気的に互いに接続された少なくとも2個のガルバニ電池は組電池を形成する。
本明細書で使用される単電池容器という概念は、少なくとも1個のガルバニ電池を収容する機械的構造群を呼ぶ。
国際公開(WO-A1)第2009/103527号には、車両用途に適したリチウムイオン高電圧二次組電池の構成が記載されている。その際に各単電池容器はちょうど1個のガルバニ電池を収容し;個々の単電池の容量を上昇させるために、同じ極性の多数の電極はくがその中で集電体ラグ(Stromableiterfahnen)を介して電気的に互いに結合されている。それゆえ前記単電池容器の前記極間の電圧は前記活物質の選択から直接得られる;例えば前記のLiイオンで作る場合に、単電池容器あたり3.6Vの単電池電圧が予想されうる。前記の組電池の内部に30個の単電池容器が直列に接続されていると、その組電池電圧は約108Vである。
この種の組電池は、高容量が人気のある使用目的に好適である(高エネルギー用途)。前記集電体ラグを介した単電池内接続の原理に起因する欠点は、その充電速度及び放電速度を低下させる比較的大きな内部抵抗である。更にまた前記内部抵抗は製造コストを高める。
この技術水準に関して、本発明には、より僅かな内部抵抗を有し、ゆえに急速な充電又は放電を必要とする用途(高性能用途)に適している、冒頭に記載された種類の組電池を示すという課題が基礎となっている。
前記課題は、銅とアルミニウムとから形成され、銅側がアノード活物質で、アルミニウム側がカソード活物質でコーティングされた少なくとも1個の平らなバイメタルにより解決され、前記バイメタルは、前記単電池容器1個の内部で前記単電池容器の極に平行に延在しており、イオンを通さないように前記単電池容器の枠体に結合されており、こうして前記単電池容器が少なくとも2個の直列に接続されたガルバニ電池へ分割するように配置されることができる。
したがって、本発明の対象は、本質的に角形の複数の密閉形単電池容器を有し、前記単電池容器のそれぞれで一方の側面が少なくとも部分的に負極としてかつその反対の側面が少なくとも部分的に正極として形成されており、その際に前記単電池容器が、極と極とが互いに密着して、正極端子と負極端子との間で延在しており、かつ前記単電池容器がそれぞれ、機械的に支持する非導電性枠体により囲まれている、組電池であり、前記単電池容器で、銅とアルミニウムとから形成され、銅側がアノード活物質で、アルミニウム側がカソード活物質でコーティングされた少なくとも1種の平らなバイメタルが、前記単電池容器1個の内部でその極に平行に延在しており、イオンを通さないように前記単電池容器の枠体に結合されており、こうして前記単電池容器が、少なくとも2個の直列に接続されたガルバニ電池へ分割されている。
本発明の基本思想は、前記構造群の内部に、単電池容器に1個のみのガルバニ電池ではなくて、少なくとも2個の直列に接続されたガルバニ電池を設けることにある。前記電気的接続は本発明によれば、同時に集電体としてアノード及びカソードに利用される前記バイメタルを介して行われる。前記バイメタルは本発明によればイオンを通さないように前記枠体に結合される―これは、電解質が前記バイメタルの両側で互いに接触していないことを意味する―ので、前記バイメタルを越えるイオン交換は許されていない。電子のみが前記バイメタルを通り移動し、それゆえその直列接続に必要な電気的接続を生み出す。
この配置の利点は、直列に接続された前記電極間の電流が、前記バイメタルの全面積にわたって流れることができ、それによりその内部抵抗が低下することにある。その充電速度及び放電速度が上昇することにより、廃熱を前記組電池から排出するのがより僅かになる。前記単電池容器内部の集電体ラグも省略され、このことは前記単電池容器の製造を単純化し、かつ好ましくする。
本発明による個々の単電池容器の容量は、同じ体積では確かに技術水準に記載された単電池容器の場合よりも僅かであるが;しかし高性能用途の場合にそれは問題ではない。ここでは、むしろ、同一の活物質の場合の個々の単電池容器の前記極間の電圧が、技術水準の場合よりも少なくとも2倍大きいことが有利である。
全部合わせてみると、本発明は公知の高エネルギー組電池の構造上の利点を高性能組電池に転用する。
有利には、前記単電池容器の負極は、内側がアノード活物質でコーティングされた平面状の銅体により形成されており;前記単電池容器の正極は相応して、内側がカソード活物質でコーティングされた平面状のアルミニウム体により形成されているべきである。このようにして前記単電池容器は特にコンパクトになり、かつその内部抵抗はさらに減少する。
前記極がそれらの内面上で活物質でコーティングされている場合には、前記単電池容器内部で前記バイメタル上に積層された活物質が、極上に積層された対活物質と共にガルバニ電池を形成することが考えられる。このようにして前記単電池容器は特にコンパクトになる。
2個以上のバイメタルを前記枠体の内部に配置し、このようにして前記単電池容器を3個以上のガルバニ電池へ分割することも可能である。このためには、銅とアルミニウムとから形成され、銅側がアノード活物質で、アルミニウム側がカソード活物質でコーティングされた平らな第二バイメタルになり、前記第二バイメタルは、前記単電池容器の内部で第一バイメタルに平行に延在しており、イオンを通さないように前記単電池容器の枠体に結合されており、こうして前記単電池容器は少なくとも3個の直列に接続されたガルバニ電池へ分割され、その際に前記第一バイメタル上に積層された活物質は、前記第二バイメタル上に積層された対活物質と共にガルバニ電池を形成する。
本発明の特別な更なる展開は、前記単電池容器が、前記単電池容器の枠体を包み込む少なくとも1個の締付手段(Spannmittel)を用いて固定してスタックにすることを規定する。その締付力は次いで直接、前記締付手段と前記単電池容器の枠体との間に移転される。このようにして前記単電池容器の極間の良好な接触を有する機械的に極めて安定な組電池が生じる。
好ましくは、リチウムイオンベースの組電池の単電池化学が実施される。このためには、常用の活物質が使用されることができる。これらは前記アノード活物質のためには、黒鉛;無定形炭素;リチウム吸蔵金属及びLi合金、以下のものも含む:ナノ結晶質ケイ素又は無定形ケイ素並びにケイ素−炭素複合体、スズ、アルミニウム、及びアンチモン;及びLi4Ti512又はそれらの混合物である。
本発明の特に洗練された実施態様はチタン酸リチウム含有アノード材料(いわゆるLTO)の使用により達成されることができる:アノード材料としてのチタン酸Li(Li4Ti512)の使用の際に、すなわち前記バイメタルが放棄され、かつその代わりにアルミニウム製の"モノメタル"、すなわち純アルミはくが使用されることができる。前記チタン酸塩は、その高い電位に基づきアノード材料としてアルミはく上でもコーティングされることができる。前記アルミニウムモノメタルは次いでキャリヤ材料として、アノード及びカソードに適しており、ゆえに分離層としても使用されることができる。LTOアノードによって、前記アルミニウムモノメタルは前記単電池を再び単純化させ、材料移動を省略し、その内部抵抗は潜在的に再びより僅かになり、かつ前記単電池はより安価になる。その他の点では、前記組電池は前記バイメタルを用いるのとちょうど同じように構成される。
したがって、本発明の対象は、本質的に角形の複数の密閉形単電池容器を有し、前記単電池容器のそれぞれで一方の側面が少なくとも部分的に負極としてかつその反対の側面が少なくとも部分的に正極として形成されており、その際に前記単電池容器が、極と極とが互いに密着して、正極端子と負極端子との間で延在しており、その際に前記単電池容器がそれぞれ、機械的に支持する非導電性枠体により囲まれており、かつ前記単電池容器では、一方の面がチタン酸リチウム含有アノード活物質で、他方の面がカソード活物質でコーティングされ、アルミニウムから形成された少なくとも1個の平らなモノメタルが、前記単電池容器1個の内部でその極に平行に延在しており、イオンを通さないように前記単電池容器の枠体に結合されており、こうして前記単電池容器が、少なくとも2個の直列に接続されたガルバニ電池へ分割されている、組電池でもある。
前記モノメタル単電池及び前記バイメタル単電池のための前記カソード材料の選択は自由であり、前記モノメタル単電池の場合に、単に前記アノード材料はチタン酸Li上に固定されている。前記カソード活物質については、相応して双方の実施態様において使用されることができる:
タイプLiMx2のリチウム金属酸化物、以下のものも含む:LiCoO2;LiNiO2;LiNi1-xCox2;LiNi0.85Co0.1Al0.052;Li1+x(NiyCo1-2yMny1-x2、0≦x≦0.17、0≦y≦0.5;ドープされた又はドープされていないLiMn24スピネル;及びドープされた又はドープされていないリチウム金属リン酸塩LiMPO4、以下のものも含む:LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiVPO4;並びに変換材料、例えばフッ化鉄(III)(FeF3)又はそれらの混合物。
前記の活物質はそれ自体知られた方法で、場合によっては導電添加剤及び接着促進剤(Haftvermittler)と混合して、前記極体もしくは前記バイメタル上に施与される。
好ましくは、前記バイメタルはアルミニウムはくと銅はくとから、双方のはくが冷間溶接されることによってそれ自体知られた方法で製造される。このためには、前記はくはまず最初に、後の界面上に高い表面品質を備えさせ(研磨され)、次いで特別な熱作用なしに、しかしながら高圧下で互いにプレスされる。前記はくの緊密な接近及びそのより僅かな粗さにより、前記はくを一緒に保持する接着表面力がその界面上で有効になる。Cu/Alバイメタルはくの前記製造はそれ自体が技術水準である。
本発明の対象は本発明による組電池の単電池容器でもある。
本発明は目下、実施例に基づき図面を利用しながら、より詳細に説明される。このために以下に略示的に示す:
凡例 2個のガルバニ電池を有する単電池容器の断面図 3個のガルバニ電池を有する単電池容器の断面図 単電池容器の上面図 組電池の側面図 組電池の上面図
図1は、本発明による組電池0の単電池容器1をその最も単純な形態で示す。単電池容器1はほぼ本質的な角形かつ平面であり;特に図1中の断面図及び図3中の上面図の概要からわかる通りである。前記断面図中で、単電池容器1は誇張して厚く示されており;実地において、単電池容器1はより平らに作られていてよい。
単電池容器1の支持する部分は非伝導性プラスチック製の枠体2である。正面側では枠体2は一方では銅体3によりかつ他方ではアルミニウム体4により密閉されている。双方の金属体3、4は、角形の単電池容器1の反対の側面を形成する平らなはくである。銅体3は前記単電池容器の負極(−)として;アルミニウム体4は正極(+)として利用される。
銅体3は、その内面上でアノード活物質5でコーティングされており;アルミニウム体4はそれに対してカソード活物質6でコーティングされている。金属体3、4はそれゆえ双方の前記電極の集電体としても利用される。金属体3、4間のショートは、その点では絶縁体としても利用される枠体1を介して防止される。
双方の活物質5、6は、リチウムイオン二次単電池用のそれ自体として知られた混合物であり;すなわち黒鉛;無定形炭素;リチウム吸蔵金属及びリチウム合金、以下のものも含む:ナノ結晶質ケイ素又は無定形ケイ素並びにケイ素−炭素複合体、スズ、アルミニウム、及びアンチモン;及びLi4Ti512又は前記アノード用のそれらの混合物もしくはタイプLiMx2のリチウム金属酸化物、以下のものも含む:LiCoO2;LiNiO2;LiNi1-xCox2;LiNi0.85Co0.1Al0.052;Li1+x(NiyCo1-2yMny1-x2、0≦x≦0.17、0≦y≦0.5;ドープされた又はドープされていないLiMn24スピネル;及びドープされた又はドープされていないリチウム金属リン酸塩LiMPO4、以下のものも含む:LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiVPO4;並びに変換材料、例えばフッ化鉄(III)(FeF3)又は前記カソード用のそれらの混合物である。
双方の金属体3、4上の活物質5、6が共にガルバニ電池を形成するのではなく、ほぼ中央で前記単電池容器1中へはめ込まれたバイメタル7上のそれぞれの対活物質6、5と共にガルバニ電池を形成する。
バイメタル7は銅はく7.1とアルミニウムはく7.2とから構成されている。このためには、双方のはく7.1、7.2はそれらの向いた方の側で高い表面品質(研磨等による極めて僅かな粗さ)を備えさせて高圧下で互いにプレスされたので、冷間溶接が起こり、かつはく7.1、7.2は溶接されて事実上分離され得ないバイメタル7になる。
平らなバイメタル7は双方の前記極(+)、(−)に平行にほぼ中央で単電池容器1を通り延在しており、かつこのバイメタルが2個のガルバニ電池へ分割する。前記バイメタルは、双方のガルバニ電池のためにそれぞれ1個の電極として、すなわち前記負極(−)の方を向いた単電池のためにカソードとしてかつ前記正極(+)の方を向いた単電池のためにアノードとして機能する。このためには、バイメタル7の前記負極(−)の方を向いたアルミニウムはく7.2はカソード活物質8でコーティングされており;バイメタル7の前記正極(+)の方を向いた銅はく7.1は、相応してアノード活物質9でコーティングされている。
バイメタル7の両側で、単電池容器1は電解質10で充てんされている。電解質として、それ自体知られた方法で、例えば、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DC)、プロピレンカーボネート(PC)、メチルプロピルカーボネート(PMC)、ブチレンカーボネート(BC)、ジエチルカーボネート(DEC)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、SOCl2及び/又はSO2中のLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiClO4、リチウムビスオキサラトボラート(Libob)及び/又はリチウム−ビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド(BTA、LiN(SO2CF32)の溶液が使用されることができる。前記電解質溶液は通常、支持電解質につき0.1〜5モル/l及び特に好ましくは0.5〜2モル/lを有する。
電解質10はそれぞれ、バイメタル7と金属体3、4との間の空間を満たし、前記空間中でそれぞれ、前記金属体もしくは前記バイメタルのアノード及びカソードが配置されているので、バイメタル7の両側にそれぞれ1個のガルバニ電池が形成される。前記電極はそれぞれ、前記電極間のショートを防止するために、イオン透過性だが、しかし電気絶縁性のセパレータ11により互いに分離されている。バイメタル7は枠体2に取り付けられており、かつ端子領域内でガスケット12でイオンが漏れないので、前記バイメタルを介したイオン橋は生じない。アノード5/カソード8及びアノード9及びカソード6からなる双方のガルバニ電池はそのためにイオンが互いに分離されているが、しかし前記バイメタルを介して電気的接続があるので、単電池容器1の双方の極(+)、(−)の間で2個のガルバニ電池が直列に接続されている。
本発明によれば、前記単電池容器を2個のバイメタルによって3個のガルバニ電池へ分割することも可能である。第二バイメタル7*を有する相応する層は図2に示されている。もちろん、2個よりも多いバイメタルの使用によっても単電池容器あたりの単電池数は更に上昇されることができる。
図4及び図5は、どのように複数の単電池容器1から1個の組電池0にまとめることができるかを示している。このためには、単電池容器1は(示された例においてその数が6個)反対の極と―それぞれ(+)が(−)に―互いに密着して、負極端子13と正極端子14の2個の間にスタッキングされ、かつ締付手段15を用いて固定される。このようにして、個々の単電池容器の直列接続が生じる。前記単電池化学が3.6Vのリチウムイオン技術に基づいており、かつ各単電池容器1が図1に相応して2個のガルバニ電池を有する場合には、端子13、14間の組電池電圧は全部で43.2Vである。その容量を上昇させるために、2個のこの種の組電池0は変わらない電圧で並列に接続されることができる。
組電池0に作用する外力及び内力は、締付手段15及び個々の単電池容器1の枠体2により吸収される。機械的に感受性の前記電極及び前記セパレータはこうして有害な力作用から免れる。
前記組電池及び前記単電池容器は単に略示的に示されたものである。適した構成は、国際公開(WO-A1)第2009/103527号に示されたように行われることができる。本明細書の開示内容にその点では関連づけられる。更に、前記組電池にそれ自体として知られた機能ユニット、例えば冷却装置及び/又は組電池管理システムを備えさせてよい。
0 組電池
1 単電池容器
2 枠体
3 銅体
4 アルミニウム体
5 Cu体上のアノード活物質
6 Al体上のカソード活物質
7 バイメタル
71 前記バイメタルのCuはく
72 前記バイメタルのAlはく
* 第二バイメタル
8 バイメタル上のカソード活物質
9 バイメタル上のアノード活物質
10 電解質
11 セパレータ
12 ガスケット
13 負極端子
14 正極端子
15 締付手段
(−) 負極
(+) 正極

Claims (10)

  1. 本質的に角形の複数の密閉形単電池容器(1)を有し、前記単電池容器のそれぞれで一方の側面が少なくとも部分的に負極(−)としてかつその反対の側面が少なくとも部分的に正極(+)として形成されており、その際に前記単電池容器(1)が、極(−)と極(+)とが互いに密着して、正極端子(14)と負極端子(13)との間で延在しており、かつ前記単電池容器(1)がそれぞれ、機械的に支持する非導電性枠体(2)により囲まれている、組電池(0)であって、
    銅とアルミニウムとから形成され、銅側がアノード活物質(9)で、アルミニウム側がカソード活物質(8)でコーティングされた、少なくとも1個の平らなバイメタル(7)を特徴とし、前記バイメタルが、前記単電池容器(1)1個の内部でその極(+)、(−)に平行に延在しており、イオンを通さないように前記単電池容器(1)の枠体(2)に結合されており、こうして単電池容器(1)が少なくとも2個の直列に接続されたガルバニ電池へ分割されている、組電池(0)。
  2. 前記単電池容器(1)の負極(−)が、内側がアノード活物質(5)でコーティングされた平面状の銅体(3)により形成されている、請求項1記載の組電池。
  3. 前記単電池容器(1)の正極(+)が、内側がカソード活物質(6)でコーティングされた平面状のアルミニウム体(4)により形成されている、請求項1又は2記載の組電池。
  4. 前記単電池容器(1)の内部で、前記バイメタル(7)上に積層された活物質(8)、(9)が、極(+)、(−)上に積層された対活物質(5)、(6)と共にガルバニ電池を形成する、請求項2又は3記載の組電池。
  5. 銅とアルミニウムとから形成され、銅側がアノード活物質(5)で、アルミニウム側がカソード活物質(6)でコーティングされた、少なくとも1個の平らな第二バイメタル(7*)であって、前記第二バイメタルが、前記単電池容器(1)内部で第一バイメタル(7)に平行に延在しており、イオンが通らないように前記単電池容器(1)の枠体(2)に結合されており、こうして前記単電池容器(1)が、少なくとも3個の直列に接続されたガルバニ電池へ分割されており、その際に前記第一バイメタル(7)上に積層された前記活物質が、前記第二バイメタル(7*)上に積層された前記対活物質と共にガルバニ電池を形成する、請求項1から4までのいずれか1項記載の組電池。
  6. 前記単電池容器(1)が、前記枠体(2)を包み込む少なくとも1個の締付手段(15)を用いて固定されてスタックとなる、請求項1から5までのいずれか1項記載の組電池。
  7. 前記アノード活物質(5)、(9)が、黒鉛;無定形炭素;ナノ結晶質ケイ素又は無定形のケイ素並びにケイ素−炭素複合体、スズ、アルミニウム、及びアンチモンを含め、リチウム吸蔵金属及びリチウム合金;及びLi4Ti512又はそれらの混合物を含む群から選択されている、請求項1から6までのいずれか1項記載の組電池。
  8. 前記カソード活物質(6)、(8)が、LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-xCox2、LiNi0.85Co0.1Al0.052を含め、タイプLiMx2のリチウム金属酸化物;Li1+x(NiyCo1-2yMny1-x2、0≦x≦0.17、0≦y≦0.5;ドープされた又はドープされていないLiMn24スピネル;及びドープされた又はドープされていない、LiFePO4、LiMnPO4、LiCoPO4、LiVPO4を含め、リチウム金属リン酸塩LiMPO4;並びにフッ化鉄(III)(FeF3)のような変換材料又はそれらの混合物を含む群から選択されている、請求項1から7までのいずれか1項記載の組電池。
  9. 前記バイメタル(7)が、アルミニウムはく(72)と冷間溶接された銅はく(71)である、請求項1から8までのいずれか1項記載の組電池。
  10. 請求項1からまでのいずれか1項記載の組電池(0)の単電池容器(1)。
JP2013520098A 2010-07-20 2011-07-18 双極電極を有する角形単電池を有する組電池 Expired - Fee Related JP5762537B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010031543.5 2010-07-20
DE102010031543A DE102010031543A1 (de) 2010-07-20 2010-07-20 Batterie, ein Bimetall enthaltend
PCT/EP2011/062208 WO2012010539A1 (de) 2010-07-20 2011-07-18 Batterie mit quaderförmigen zellen welche eine bipolare elektrode enthalten

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013531355A JP2013531355A (ja) 2013-08-01
JP5762537B2 true JP5762537B2 (ja) 2015-08-12

Family

ID=44478160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013520098A Expired - Fee Related JP5762537B2 (ja) 2010-07-20 2011-07-18 双極電極を有する角形単電池を有する組電池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20130101878A1 (ja)
EP (1) EP2596540B1 (ja)
JP (1) JP5762537B2 (ja)
KR (1) KR20130130675A (ja)
CN (1) CN103119764A (ja)
DE (1) DE102010031543A1 (ja)
WO (1) WO2012010539A1 (ja)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010040574A1 (de) * 2010-09-10 2012-03-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Stromleiter für elektrochemische Zellen
WO2015103548A1 (en) 2014-01-03 2015-07-09 Quantumscape Corporation Thermal management system for vehicles with an electric powertrain
CN103151566B (zh) * 2013-03-01 2015-04-01 超威电源有限公司 一种双极型高功率铅蓄电池
US10096806B2 (en) 2013-07-30 2018-10-09 Johnson Controls Technology Company System and method for clamping interconnection of battery cells
WO2015045009A1 (ja) * 2013-09-24 2015-04-02 株式会社 東芝 非水電解質電池及び電池パック
US11011783B2 (en) 2013-10-25 2021-05-18 Quantumscape Battery, Inc. Thermal and electrical management of battery packs
DE102014210803A1 (de) * 2014-06-05 2015-12-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Elektroenergiespeicherelement, Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung
US9834114B2 (en) 2014-08-27 2017-12-05 Quantumscape Corporation Battery thermal management system and methods of use
US20160276113A1 (en) * 2015-03-20 2016-09-22 Cooper Technologies Company Electrochemical energy storage device and methods of fabrication
CN104916864B (zh) * 2015-05-08 2018-01-16 深圳藈花新能源科技有限公司 一种铜铝双金属双极板型过渡性单元锂电池及其串联形成的高压低内阻电池堆和封装方法
US9960458B2 (en) * 2015-06-23 2018-05-01 Quantumscape Corporation Battery systems having multiple independently controlled sets of battery cells
US10511063B2 (en) * 2016-01-19 2019-12-17 Gs Yuasa International Ltd. Negative electrode plate, energy storage device, method for manufacturing negative electrode plate, and method for manufacturing energy storage device
EP3279968B1 (en) * 2016-08-02 2020-05-13 Robert Bosch GmbH Battery module
DE102016214259A1 (de) * 2016-08-02 2018-02-08 Robert Bosch Gmbh Lithium-Akkumulator
US11362338B2 (en) 2017-02-14 2022-06-14 Volkswagen Ag Electric vehicle battery cell with solid state electrolyte
US10797284B2 (en) 2017-02-14 2020-10-06 Volkswagen Ag Electric vehicle battery cell with polymer frame for battery cell components
US11362371B2 (en) 2017-02-14 2022-06-14 Volkswagen Ag Method for manufacturing electric vehicle battery cells with polymer frame support
US11870028B2 (en) 2017-02-14 2024-01-09 Volkswagen Ag Electric vehicle battery cell with internal series connection stacking
KR101944904B1 (ko) * 2017-03-04 2019-02-01 에스에프에너지텍 주식회사 분리체 구비 전기 이중층 커패시터용 전극, 이를 갖는 전기 이중층 커패시터 셀 및 에너지 저장 장치
DE102018207003A1 (de) * 2018-05-07 2019-11-07 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle, Energiespeicherzelle
TWI729548B (zh) * 2019-10-31 2021-06-01 希世比能源科技股份有限公司 電池裝置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5837397A (en) * 1996-11-08 1998-11-17 Gould Electronics Inc. Laminar (flat or paper-type) lithium-ion battery with slurry anodes and slurry cathodes
FR2832859B1 (fr) * 2001-11-28 2004-01-09 Commissariat Energie Atomique Generateur electrochimique au lithium comprenant au moins une electrode bipolaire avec substrats conducteurs en aluminium ou alliage d'aluminium
JP2004134210A (ja) * 2002-10-10 2004-04-30 Nissan Motor Co Ltd 積層型電池、組電池および車両
CN1510778A (zh) * 2002-12-26 2004-07-07 于耀庆 高电压动力型蓄电池
CN2599761Y (zh) * 2003-01-02 2004-01-14 未来科学研究院有限公司 方形电池
CN101076915B (zh) * 2004-12-10 2010-04-21 日产自动车株式会社 双极性电池
SE530190C2 (sv) * 2006-01-17 2008-03-25 Nilar Int Ab Ett batteristapelarrangemang
JP5070703B2 (ja) * 2006-01-19 2012-11-14 日産自動車株式会社 双極型電池
JP5114950B2 (ja) * 2006-02-13 2013-01-09 日産自動車株式会社 電池モジュール、組電池及びそれらの電池を搭載した車両
JP5205713B2 (ja) * 2006-05-01 2013-06-05 日産自動車株式会社 双極型二次電池
DE102008010824A1 (de) * 2008-02-23 2009-08-27 Daimler Ag Batterie mit mehreren Einzelzellen
DE102008010828A1 (de) 2008-02-23 2009-08-27 Daimler Ag Batterie mit mehreren Einzelzellen

Also Published As

Publication number Publication date
US20130101878A1 (en) 2013-04-25
CN103119764A (zh) 2013-05-22
DE102010031543A1 (de) 2012-01-26
EP2596540A1 (de) 2013-05-29
WO2012010539A1 (de) 2012-01-26
EP2596540B1 (de) 2014-10-08
JP2013531355A (ja) 2013-08-01
KR20130130675A (ko) 2013-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5762537B2 (ja) 双極電極を有する角形単電池を有する組電池
JP5087434B2 (ja) 双極リチウムイオン再充電可能電池
US7476463B2 (en) Rechargeable bipolar high power electrochemical device with reduced monitoring requirement
CN113130847A (zh) 包括双极组件的电池组的电极层叠配置
JP2002352863A (ja) リチウム二次単電池およびリチウム二次単電池の接続構造体
US8580440B2 (en) Non-aqueous electrolytic solution containing additive for increasing capacity of lithium-ion cell and lithium-ion cell using same
CN112670601A (zh) 具有均匀热分布的超高功率混合型电池设计
JPH11238528A (ja) リチウム二次電池
US12002963B2 (en) Electrode configuration with a protrusion inhibiting separator
US20140255779A1 (en) Secondary battery
US20130029224A1 (en) Lithium electrochemical generator comprising two types of distinct electrochemical cells
US6489061B1 (en) Secondary non-aquenous electrochemical cell configured to improve overcharge and overdischarge acceptance ability
US20140370379A1 (en) Secondary battery and manufacturing method thereof
CN115702517A (zh) 具有高的比能量密度的锂离子单体电池
JP2004178914A (ja) バイポーラ電極およびその電極を用いたバイポーラ二次電池
KR101905167B1 (ko) 바이폴라 전고체 전지
JP2004055425A (ja) 積層型二次電池および電池要素体
KR101515672B1 (ko) 2 이상의 양극 및 음극을 포함하는 전극 조립체 및 이에 의한 전기 화학 소자
CN111697261A (zh) 锂二次电池
JP2014041732A (ja) 正極活物質及び二次電池
US7166387B2 (en) Thin battery with an electrode having a higher strength base portion than a tip portion
JP2011142040A (ja) 固体電池モジュール
KR20040087936A (ko) 전해액 및 이를 이용한 전지
CA2477065A1 (en) Electrochemical cell with carbonaceous material and molybdenum carbide as anode
JP2018098154A (ja) 蓄電素子、蓄電装置及び蓄電素子の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140612

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20141015

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141104

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150601

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150609

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5762537

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees