专利名称：具有介入的隔离体的模块化电池用电池单元模块的制作方法
具有介入的隔离体的模块化电池用电池单元模块
背景技术：
模块化电池是包括两个以上的电池单元或单电池模块或单电池的电池。使用模块化电池的装置的常见例子是可以使用例如两个C型单电池的手持式手电筒。近来，模块化电池在包括混合电动车辆(“HEV”)、插入式混合电动车辆(“PHEV”)和其它应用在内的许多应用中变得重要。模块化电池在用于HEV、PHEV和其它应用时，除了需要耐用、安全和节省成本以外，还需要输送大量电力。像手持式手电筒这样的模块化电池的应用需要使用多个以串联方式连接的电池单元。然而，例如，HEV和PHEV用的模块化电池可能不同于常见的手电筒中使用的模块化C型单电池。美国专利公布No. 2009-0239130A1公开了一种具有电池单元模块的模块化电池， 通过引用而将该美国专利包含于此。
发明内容
本发明提供一种模块化电池用单电池模块，其包括多个正电极板，其具有从所述正电极板延伸的正连接部，并且具有第一端部和相反的第二端部；多个负电极板，其具有从所述负电极板延伸的负连接部，并且具有第三端部和相反的第四端部，所述正电极板和所述负电极板交替堆叠，使得所述第一端部和所述第三端部在所述单电池模块的同一侧并且所述第二端部和所述第四端部在相反侧；以及隔离体，其位于所述正电极板和所述负电极板之间并且覆盖所述第二端部和所述第三端部。还提供一种具有多个单电池模块的模块化电池。本发明还提供一种用于形成模块化电池用单电池模块的方法，其包括将单片隔离体置于多个正电极板和多个负电极板之间以消除正电极板和负电极板之间的直接的电接触。
将参照优选实施方式来说明本发明，其中图I以截面图示意性地示出根据本发明的一个实施方式的模块化单电池；图2以截面图示意性地示出本发明的可替代的实施方式。这些附图本质上是示意性的，并且不是按比例绘制的。为了清楚和便于理解，放大了一些元件的大小。
具体实施例方式为了足够为HEV、PHEV和其它应用供电，期望使用包含表面体积比高的单电池的模块化电池，例如为电池的各单电池使用平面化设计。例如，这些单电池可以约为大书本(large book)的大小，其中，书本的“正面”包含例如正端子(也称为电极)，书本的“背面”包含例如负端子。与在单电池的一端处使用凸起的凹座(raised dimple)从而与相接的筒状单电池进行电接触的筒状电池(例如，C型单元电池(ce11 battery ))不同，大致为平面的单电池不需要具有这种凸起的凹座。对于包括HEV和PHEV在内的需要高电力的许多应用来说，期望电池以高电压输送电力以降低供应电力所需的电流，这也益于降低使用该电力的装置使用高电流承载材料的需要。电力是电压和电流的倍数，并且将电力高电压输送至例如电机等装置使该装置仅需要较薄的或者较少的导电性的电流承载体(例如铜线)，这样可以降低成本。例如电动车可能需要电池以300伏特至600伏特的电压提供电力。这种高电压典型地通过将多个低压电池模块电串联地外部连接到一起来实现。这在某种程度上是出于对电池模块内的典型“袋状”(pouch)单电池的串联连接的“堆”(stack)进行组装和操作的安全性考虑，因为较高电压时、尤其是大约60伏特以上时，产生电弧放电的风险很大，并且由于诸如典型的“袋状”单电池的“平坦”单电池的边缘外围(edge periphery)的单电池端子是暴露的，因此存在严重的振动危险。为了安全起见，这些单电池端子在低电压、例如低于60伏特电压的电池模块内以串联的方式电连接。 本发明的目的是提供单电池模块中的正电极板和负电极板之间的改善的耐短路性(short circuit resistance)。本发明的另一替代的或附加的目的是改善模块化电池单元模块的制造或拆卸的简易性和/或降低其成本和/或复杂性。本发明的另一替代的或附加的目的是改善制造的易扩缩性(ease of scalability of manufacturing)。可以使用本发明的单电池模块来代替通过引用而包含的美国专利公布No. 2009-0239130A1中公开的单电池模块，并且本发明的单电池模块可以具有与美国专利公布No. 2009-0239130A1中公开的单电池模块相同的壳体和触点。如图I所示，正端电极板14具有位于两侧的两个片6a、6b (示出为正)，而负端电极板15具有两个片8a、8b (示出为负)。在端电极板14、15之间，正电极板9与负电极板10交替。端板14、15分别具有位于一侧的活性材料涂层5、7(以放大的形式示出)，而板9、10分别具有位于两侧的活性材料涂层1、3。板9具有第一端部9b和第二端部9a，而板10具有第三端部IOa和第四端部10b。正端电极板14的一个片6a优选地通过焊接连接到正电极板9的片2，以形成构成单电池模块23的正端子的端片12。以类似的方式，负端电极板15的一个片8a优选地通过焊接连接到负电极板10的片4，以形成构成单电池模块23的负端子的端片13。在图I中，示出端电极板14和端电极板15仅一侧被涂布，而它们的另一侧未被涂布，并且分别通过端片12和13，端电极板14和端电极板15的另一侧例如使用通过引用而包含的美国专利公布No. 2009-0239130A1中所公开的互连器、而分别呈现为随后的高电压电池组件的外部正、负单电池终端表面。在实践中，改变并选择电极数量和隔离体长度，以实现所需的电化学能量存储容量和所需的电力。因而也可以缩放表面积。除了增大电化学能量存储以外，对于相同数量的能量，电极的数量越多，允许的充放电速率越高。本发明的具有多个电极的较大的表面面积降低了单电池模块内每单位电极面积的比电化学电流密度，也就是说，对于较大数量的电极，电极的每平方厘米的安培数减小，使得电极可以在输送电压的损耗较少的情况下以较低的电流密度输送更多的总电流。在电池中，由于众所周知的电极极化或电压损耗的电化学原理，高的电极电流密度使电池电压降低。实践中，可以利用诸如超声波金属焊接机等焊接机(welder)将多于30个的多个电极对分别典型地结合成正电极的焊接端片12和负电极的焊接端片13。优选地，电极片沿着其整个长度连接于电极单电池模块的两侧，如单电池模块的正极侧的端片12和负极侧的端片13所示。单电池模块的外侧上表面呈现为正端电极14的裸露的箔表面，而外侧下表面呈现为负端电极15的裸露的金属表面。安装到各个片或电极片的电压传感器和温度传感器提供与安全性有关的早期信息，这是由于它们接近电极活性材料。根据本发明，如图I所示，隔离体41的连续层介于正电极板9和负电极板10之间。由于由电绝缘材料制成的隔离体，能够减少内部的正电极9的第二端部9a和内部的负电极10的第三端部IOa处的可能的短路。正电极的第一端部和负电极的第四端部分别是电极片2和电极片4的端部，在图I中分别被示出为9b和10b。具有足够长度的单片隔离体41如图I以截面图所示出地以蜿蜒的形式包裹电极端部，随后按照通过引用而包含的美 国专利公布No. 2009-0239130A1由密封剂密封并装入壳体。隔离体41可以由例如微孔聚烯烃制成并且为片形式。隔离体可以作为辊上的连续长度来应用。可以将电极排列成使得电极的全宽度片的轴线与辊的轴线平行。隔离体的宽度比电极的宽度宽(典型地，每侧宽5mm)，以在电极的边缘(垂直于电极的端部)之间提供绝缘性。电极交替地堆叠阴极和阳极，正电极片(第一端部)位于堆的一侧、而所有负电极片(第四端部)位于堆的另一侧。如图I和图2所示，每放置一个新的电极之后，隔离体的辊包裹堆中的新的电极的相反的非片端部并且在电极上方朝向新的片端部的方向移动。作为示例，在放置新的负电极之后，隔离体的辊包裹堆中的新的负电极的非片第三端部并且在新的负电极上方朝向新的负电极的新的第四片端部的方向移动，随后在放置新的正电极之后，隔离体的辊包裹堆中的新的正电极的非片第二端部并且在新的正电极上方朝向新的正电极的新的第一片端部的方向移动，如此重复，直到多个正电极和负电极之间介入有隔离体、从而形成其中每个电极的非片端部均被隔离体包裹的电极的堆为止。隔离体的这些层在电极的第二端部和第三端部的区域提供机械上稳定的和连续的绝缘层，在依靠隔离体的自由边缘的重叠和对齐的传统的堆叠电极装配体中，该区域可能容易短路。本发明中的隔离体的包裹在冲击和振动过程中保持机械稳定性，而传统的堆叠电极装配体中的隔离体的自由边缘会移动，该移动能够导致相邻的正电极和负电极之间的短路。隔离体41的位于电极板的外侧且垂直于片12和片13的整个长度的突出边缘可以通过例如超声波塑料焊接等结合在一起同时也允许电解质进入，以在将突出边缘密封到壳体的塑料框架之前机械地稳固隔离体来防止侧向移动，上述的框架的功能和配置在美国专利公布No. 2009-0239130A1中公开并且通过引用而包含于此。图I中示出的配置也可以更易于大规模制造中的自动化装配。可以设置绝缘体17以将片6b、片8a分别与片4、片2绝缘。如图2所示，也可以使隔离体41延伸超过图I中示出的终端位置，因为隔离体41是电绝缘的，由此消除对绝缘体17的需要。图2示出的配置在大规模制造中可能是有利的。在图2中，隔离体41分别包裹正片6b和负片Sb的端部。
在正电极板和负电极板如这里说明地以隔离体位于电极之间的方式堆叠之后,可以将电解质添加至堆。为了提供给正电极板和负电极板均匀充放电必需的电解质，电解质均匀地扩散于包含隔离体的电极之间的整个空间。隔离体是微孔的且是电绝缘的，并且在填充电解质后在它的孔内也包含电解质。为了使电解质电阻降到最小，可以将电极之间的距离降到最小，并且用电解质如此均匀地填充电池单元的电极之间的空间可以是电解质在电极之间的空间和隔离体的孔缓慢渗透的过程，而电解质渗透的非均匀性可能导致电解质覆盖电极表面的不均匀性，进而导致不均匀的电极充放电行为。在本发明中，在将微孔隔离体置于正电极板和负电极板之间之前使用电解质对该微孔隔离体预湿，可以比在构建堆之后添加电解质提供更快、更均匀的电解质在电极表面的覆盖。作为优选的实施方式，本发明中的隔离体介于电极之间的蜿蜒的隔离体形式包括通过在将隔离体置于电极之间之前将隔离体浸入电解质中、例如通过使隔离体从浸入包含电解质的容器的辊下方通过而在将隔离体置于电极之间之前将电解质添加至隔离体。可替代地，可以在将隔离体置于电极之间之前通过用电解质喷涂隔离体或通过其他手段来实现电解质的施加。一旦被密封并装入壳体而形成单电池模块，可以堆叠并且使用通过引用而包含的 美国专利公布No. 2009-0239130A1中说明的互连器来连接单电池模块。本领域的普通技术人员将意识到，可以在不背离本发明的广义发明性概念的情况下，对上述说明书所说明的示例和实施方式进行明显变型和改变。因此，要理解为，本公开不限于所公开的特定示例和实施方式，而是期望覆盖由所附的权利要求书限定的本公开的范围和精神内的所有明显修改。
权利要求
1.一种模块化电池用单电池模块，其包括 多个正电极板，其具有从所述正电极板延伸的正连接部，并且具有第一端部和相反的第二端部； 多个负电极板，其具有从所述负电极板延伸的负连接部，并且具有第三端部和相反的第四端部，所述正电极板和所述负电极板交替堆叠，使得所述第一端部和所述第三端部在所述单电池模块的同一侧并且所述第二端部和所述第四端部在相反侧；以及 隔离体，其位于所述正电极板和所述负电极板之间并且覆盖所述第二端部和所述第三端部。
2.根据权利要求I所述的单电池模块，其特征在于， 所述隔离体为聚合材料的片材。
3.根据权利要求2所述的单电池模块，其特征在于， 所述片材包括聚烯烃。
4.根据权利要求I所述的单电池模块，其特征在于， 正片从所述第一端部延伸，负片从所述第四端部延伸，所述正片被连接而形成正端子，所述负片被连接而形成负端子。
5.根据权利要求I所述的单电池模块，其特征在于， 所述单电池模块还包括正电极端板和负电极端板，所述隔离体在所述正电极端板和一个负电极板之间延伸，并且所述隔离体在所述负电极端板和一个正电极板之间延伸。
6.根据权利要求5所述的单电池模块，其特征在于， 所述单电池模块还包括位于所述正电极端板的片和一个负电极板的片之间的绝缘体。
7.根据权利要求5所述的单电池模块，其特征在于， 所述隔离体延伸超过所述正电极端板的一个端部和一个负电极板，并且绕所述正电极端板的所述一个端部弯曲。
8.一种模块化电池，其包括多个根据权利要求I所述的单电池模块。
9.根据权利要求9所述的模块化电池，其特征在于， 所述模块化电池还包括位于所述多个单电池模块之间的互连器。
10.一种用于形成模块化电池用单电池模块的方法，其包括 将单片隔离体放置于多个正电极板和多个负电极板之间。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于， 所述方法还包括将电解质添加到所述隔离体。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于， 在所述放置所述隔离体的过程中添加所述电解质。
全文摘要
一种模块化电池用单电池模块，其包括多个正电极板，其具有从所述正电极板延伸的正连接部，并且具有第一端部和相反的第二端部；多个负电极板，其具有从所述负电极板延伸的负连接部，并且具有第三端部和相反的第四端部，所述正电极板和所述负电极板交替堆叠，使得所述第一端部和所述第三端部在所述单电池模块的同一侧并且所述第二端部和所述第四端部在相反侧；以及隔离体，其位于所述正电极板和所述负电极板之间并且覆盖所述第二端部和所述第三端部。还提供一种模块化电池和一种方法。
文档编号H01M2/24GK102714293SQ201180006428
公开日2012年10月3日 申请日期2011年1月14日 优先权日2010年1月19日
发明者克里斯托弗·K·戴尔, 迈克尔·L·爱普斯顿, 邓肯·科尔沃 申请人:照明能源有限公司