本申请要求2014年5月1日提交的美国专利申请No.14/267,648的优先权，后者要求2013年10月11日提交的美国临时专利申请No.61/890,012的权益，两者的公开内容在此通过引用以其整体并入本文。
技术领域
本发明主要涉及可再充电电池，并且更特别地涉及一种被设计成具有超过一个内阻级别的可再充电电池。内阻级别基本随着温度变化。这些电池能够具有改进的性能和安全性，并且包括用于电子装置、车辆和电网蓄能的锂离子电池。
背景技术：
用于电子装置、运输和电网蓄能的能量密集的可再充电电池通常受到低温时的低性能以及高温时的安全性问题的困扰。在低温，尤其是在低于冰点的温度下，可再充电电池，尤其是锂离子电池由于在电池单体中发生的迟缓电化学动力学和传递过程而展现非常低的功率性能和低能量。在高温下，锂离子电池具有经历热失控的强烈趋势，导致相当大的危险性。存在一种对具有低温下的改进的性能和/或改进的高温安全性的可再充电电池的需求。
技术实现要素：
本公开的优点在于一种欧姆调制的可再充电电池，诸如被设计成具有能够基本随着电池温度而变化的两个或者更多内阻级别的锂离子电池。能够通过主动或者被动配置实施欧姆调制机制。有利地，这些电池能够在一个温度范围上以一个内阻级别运行，并且在其它温度或范围上以其它内阻级别运行。各种内阻级别之间的差异能够为2至50或者更高的倍数。在本公开的实施例中，各种内阻级别之间的差异能够为在2至500之间并且包括2至500的倍数，例如在2至100之间并且包括2至100，或者在2至50之间并且包括2至50。不同电阻级别之间的切换能够提高可再充电电池的性能和安全性。例如，当电池温度升高至高于正常运行范围，例如约45℃至55℃或者更高时，则电池的内部欧姆电阻能够剧烈地升高，使得将可能的最大充电/放电电流保持在低水平，这继而充分降低内部发热。低很多的最大可能电流和低很多的内部发热率的组合提高了高温下的电池安全性。
至少部分地通过下列一种可再充电电池满足这些和其它优点，该可再充电电池包括在第一温度(T1)和第二温度(T2)之间的电池的温度范围上的一个级别的内阻(R1)，以及在T1或者T2之外时的第二级别的内阻(R2)，其中R2在低于T1约2℃时的值是R1在T1时的值的至少两倍，或者R2在高于T2约2℃时的值是R1在T2时的值的至少两倍。可再充电电池能够具有另外的电阻级别，例如与第三温度(T3)相关联的或者是在第三温度范围(T3、T4)上的第三电阻级别(R3)等等。有利地，R2在低于T1约2℃时的值是R1在T1时的值的至少二至五倍，并且R2在高于T2约2℃时的值是R1在T2时的值的至少二至五倍。本公开的实施例包括其中当在低于T1约2℃时确定R2的值并且在T1时确定R1的值时，R2/R1的值在2至500之间并且包括2至500，例如R2/R1的值在2至100或者2至50之间并且包括2至100或者2至50。另外的或者可替选实施例包括其中当在高于T2约2℃时确定R2的值并且在T2时确定R1的值时，R2/R1的值在2至500之间并且包括2至500，例如R2/R1的值在2至100或者2至50之间并且包括2至100或者2至50。电池的欧姆调制有利地可逆，即内阻能够在T1和T2之间从R2变回R1。
在本公开的某些方面，可再充电电池包括：用于以R1运行电池的端子，例如用于以R1运行电池的正和负极端子，用于以R2运行电池的至少一个高电阻端子；和在电池的温度在T1或者T2之外时激活R2的开关。高电阻端子能够被电连接至电池的电池单体内或者电池的电池单体之间的至少一个电阻片。这种电池的实施例包括其中该至少一个电阻片被配置成具有两个接片，一个接片电连接至电池中的其它电极接片以形成低电阻端子，并且该至少一个电阻片的其他接片形成该至少一个高电阻端子，或者其中该至少一个电阻片与电池单体中使用的两个金属集流体的任一个或者两者，或者两个金属集流体的一部分相同。
例如，可再充电电池能够包括被嵌入传统电池的电极-隔膜片的堆叠或者卷滚内的一个或多个电阻片，以及用于运行电池的三个端子。端子允许电池以低电阻级别R1或者高电阻级别R2运行。三个端子能够包括一个正和两个负极端子，或者两个正极端子与一个负极端子的任一种。优选前一种配置。两个相同极性的端子还能够由开关连接，开关是热自激活或者由温度控制器驱动的，以便电池在电池温度超过临界值时，在以R1运行电池的端子和以R2运行电池的端子之间切换。
本公开的另一实施例包括具有插入电池单体的接片之间的一个或多个电阻片，或者电池的接片的子组，或者多个电池单体的接片的可再充电电池。这种配置具有下列优点，即电阻器上产生的焦耳热被与电池单体的活性材料和电解质隔离。
本公开的另一实施例包括具有含一种或者更多正温度系数(PTC)材料的一个或多个电极的可再充电电池。PTC材料能够包括与电极浆料混合的导电剂，或者活性电极材料表面上的薄涂层，或者介于电极材料和集流箔之间的界面涂层，或者在连接在一起之前的接片上的涂层。本公开的PTC材料展现高于特定温度，例如高于约80℃时的数量级电阻增大，由此进一步提高电池安全性。PTC材料的非线性表现有利地在高于特定温度时引起内阻充分增大，在电池温度下降时，这能够逆转。
本公开的另一实施例包括具有下列一个或多个电极的可再充电电池，该电极包含作为制作电极时的粘合剂的，或者作为制作用于活性材料和集流箔之间的界面的导电胶时的粘合剂的，或者作为用于多孔电极的孔隙填料的一种或者更多可热膨胀聚合物。这些聚合物在受热时剧烈地膨胀，由此在被用作粘合剂时产生电阻的巨大增大，或者在被用作孔隙填料时产生离子电阻的巨大增大(由于有限空隙体积，以及用于离子传递的更大孔隙弯曲性)。随着电池温度变得足够高，两者都使得电池电阻显著增大。
本发明的另一方面包括具有在超过一个阈值温度下阶跃变化的电池电阻的多级别曲线的可再充电电池。这种曲线能够提供多层防御。
本领域技术人员通过下文详细说明将易于明白本发明的另外优点，其中仅通过预期执行本发明的最佳模式的例示，仅示出和描述了本发明的优选实施例。应明白，本发明能够用于其它和不同实施例，并且其若干细节能够在各种明显方面变型，这些都不偏离本发明。因而，附图和说明应被视为本质上是例示性的而非约束性的。
附图说明
参考附图，其中具有相同参考标记的元件贯穿全文都代表类似的元件，并且其中：
图1示出根据本公开的实施例的欧姆调制的可再充电电池(OMB)的电阻特征，其中电池电阻被调制成在阈值温度T2时具有内阻的剧烈升高，以便最小化热失控的可能性并且提高电池安全性。
图2是根据本公开的实施例的在阈值温度T2时具有电池电阻10倍跳跃的OMB的阶跃机制的示意图。
图3A-3C示出根据本公开的实施例的曲线图，其示出内阻根据欧姆调制的可再充电电池的温度的关系。图3A示出浴缸形的OMB的内阻与温度关系，并且图3B示出作为阶跃函数的OMB的内阻与温度关系。图3C是示出根据本公开的实施例的图表，其示出对于电阻级别和与OMB相关联的温度，内阻在温度变化上的百分比变化
图4示出根据本公开的实施例的OMB的内阻与温度关系，其中电池电阻在第三温度T3附近升高至另一级别R3。
图5是示出根据本公开的实施例的示意图，其示出具有嵌入电极-隔膜组件的堆叠内的若干电阻片/箔、一个高电阻负极端子HiR(-)和一个低电阻负极端子LoR(-)、一个正极端子(+)和连接HiR(-)与LoR(-)端子的热激活开关的OMB的构造。
图6示出根据本公开的实施例的由被嵌入电极-隔膜组件的堆叠中间的一个电阻片组成的另一OMB。
图7A-7F示出根据本公开的实施例的具有两个接片的电阻片的六种设计。一个接片被电连接或者焊接至负电极片的所有接片，以形成LoR(-)端子，并且其它连接至HiR(-)端子。图7A示出位于由中部中的小切口分隔的片的相同一侧上，以控制两个接片之间的电阻路径的两个接片；图7B示出两个接片位于相对侧上；图7C示出两个接片位于相同一侧上朝着外边缘；图7D示出两个接片位于相对侧上朝着外边缘；图7E示出图案化电阻片；图7F示出具有选择性涂层的电阻片。
图8示出根据本公开的实施例的介于电池单体的两个电极的接片之间的电阻片。
图9示出根据本公开的实施例的双电池单体电池模块的构造，其具有位于两个电池单体之间，即在每个电池单体壳体外部，不直接接触电池电解质的一个电阻片/箔。
图10示出根据本公开的实施例的在插入硬壳体或者封装到袋状电池单体内之前夹住一个电阻片/箔的一对卷滚。
图11是根据本公开的实施例的示意图，其示出袋状电池单体内所含的展开的卷滚，其中正电极片具有被焊接在一起的多个紧密间隔的接片以形成正极端子(+)，并且负电极片具有被焊接在一起的一些紧密间隔的接片以形成低电阻端子LoR(-)以及形成高电阻端子HiR(-)的远离的接片。LoR(-)端子通过热激活开关连接HiR(-)端子。
图12示出根据本公开的实施例的展开的卷滚的不同设计，正和负电极片两者的特征都分别在于多个紧密间隔的接片和远离的接片。这种设计具有处于电池单体壳体外部的四个端子，即两个正极端子LoR(+)和HiR(+)，以及两个负极端子LoR(-)和HiR(-)。两侧上的两个开关根据电池温度和切换算法提供超过两个级别的内阻。
图13、14和15示出根据本公开的实施例的具有一个或多个电阻片的扁平卷滚电极组件。
图16A-16B比较根据本公开的实施例构造的OMB的外部短路试验中的电流和电池单体温度响应与传统的锂离子电池(锂电池)。图16A比较OMB的短路电流响应与传统锂电池。图16B比较OMB的电池温度响应与传统锂电池。
具体实施方式
本公开涉及一种能够根据温度调制其内阻的可再充电电池。本文使用的术语可再充电电池的欧姆调制或者欧姆调制的可再充电电池(OMB)涉及一种被设计成具有能够基本随着电池温度变化的超过一个内阻级别的可再充电电池。
优选地，可再充电电池能够包括在第一温度(T1)和第二温度(T2)之间的电池的温度范围上的一个级别的内阻(R1)，以及在T1或者T2之外时的第二级别的内阻(R2)。优选地，在低于约T1和/或高于约T2时，R2的值诸如以阶跃函数突然变化，或者诸如连续地剧烈变化，但是电阻快速变化。例如，R2在低于T1约2℃时的值是R1在T1时的值的至少两倍，或者R2在高于T2约2℃时的值是R1在T2时的值的至少两倍。有利地，R2在低于T1约2℃时的值是R1在T1时的值的至少二至五倍，并且R2在高于T2约2℃时的值是R1在T2时的值的至少二至五倍。本公开的实施例包括其中当在低于T1约2℃时确定R2的值并且在T1时确定R1的值时，R2/R1的值在2至500之间并且包括2至500，例如R2/R1的值在2至100或者2至50之间并且包括2至100或者2至50。另外的或者可替选实施例包括其中当在高于T2约2℃时确定R2的值并且在T2时确定R1的值时，R2/R1的值在2至500之间并且包括2至500，例如R2/R1的值在2至100或者2至50之间并且包括2至100或者2至50。电池的欧姆调制有利地可逆，即内阻能够在T1和T2之间从R2变回R1。
在欧姆调制的可再充电电池的实施例中，内阻在温度变化上的变化率大于每一摄氏度温度10％，例如，大于每一摄氏度温度20％、30％、40％或者50％，但是小于每一摄氏度温度200,000％，例如小于每一摄氏度温度100,000％、50,000％。在本公开的一方面，内阻在温度变化上的变化率在每一摄氏度温度50％但是小于5,000％之间。传统的锂离子电池的内阻变化不超过每一摄氏度百分之几，并且除了导致内阻的变化率可能远高于500,000％的短路或者隔膜关闭(shutdown)之外，基本不能变为另一内阻级别。能够在离散温度下使用标准DC或者AC方法测量电池内阻R，并且然后能够从R与T关系曲线计算导数dR/dT。
本文使用的术语可再充电电池或者电池被用于代表包含一个或多个电化学电池单体的任何可再充电电化学蓄能装置。电池单体的基本元件包括被涂覆在集流体上的阳极电极、隔膜、被涂覆在另一集流体上的阴极电极，以及电解质。
本公开的电池配置能够被应用于多种电池，诸如但是不限于锂离子、锂聚合物、铅酸、镍金属氢化物、镍锰钴、锂硫、锂空气和固态电池。这些电池可用于运输、航空、军事和固定蓄能应用。
在本公开的实施例中，可再充电电池能够具有取决于电池温度的内阻的至少两个级别。本文使用的电池温度能够为电池的内部温度或者外部表面温度。本实施例的可再充电电池能够被配置成当电池的内部温度低于最佳温度，例如低于T1时以较高电阻级别运行，由此对电池加热并且提高电池性能。例如，当电池的内部温度低于正常范围，例如低于正常运行温度，诸如低于约5℃，或者处于低于冰点的环境下(低于约0℃，例如低于约-10或者-20℃的温度)时，则电池的内阻变为比电池在正常温度范围内(例如，处于从约40Ωcm2至约200Ωcm2的范围内)运行时高若干倍。结果，存在导致电池的内部温度快速升高的密集地多的内部加热(由于电池的发热与其内阻成比例)。这继而在低于冰点的环境下运行时快速地提高电池的功率和能量输出。
本公开的可再充电电池也能够被配置成一旦电池的内部温度超过正常运行范围的高端，例如高于T2，就切换至高内阻。超过正常运行范围的温度取决于包括电池类型的若干因素。这些高端温度例如包括高于约45℃，诸如高于约50℃、60℃、70℃，并且高达约130℃。这种更高的内部温度能够在误用或者错误事件期间发生。高内阻在电池单体过充的情况下引起放大很多的电池单体电压过冲，因而极大地促进早期检测，并且在电池单体进入热失控条件之前关闭外部充电系统。在短路情况下，例如，更高内阻将以更慢和受控的速度释放电池能量，由此减慢电池单体温度升高的速度，并且保护电池单体不热失控。在正常温度范围的高端处的这种高内阻特征能够促进电池的固有安全性。
本公开的欧姆调制的电池的优点在于，如图1中所示，当电池温度达到阈值点T2时，电池的内阻能够剧烈地跃升。电阻跃升快速地抑制放电/充电电流，并且然后显著地降低内部发热。能够如图2中所示地示出这种情况。如图所示，通过在阈值温度T2时的电池电阻的10倍跃升(图2A)，使得电流(图2B)和发热(图2C)显著下降，这继而减慢了温度升高的速度(图2D)。T2时的升高的电池电阻降低了电池温度升高的速度，由此在任何误用条件下都最小化或避免了热失控，并且提高了电池安全性。优选地，T2被设置为具有在约45℃至约130℃的范围内，例如在约60℃至约100℃的范围内的值的温度。
欧姆调制的电池不限于为了高温安全性而在阈值温度T2下具有电阻跃升，欧姆调制的电池也能够具有在零度以下的温度或者零度以下温度附近的低温T1下发生的电阻增大，以便在低于冰点的周围温度下运行时产生内部的热并且提供高功率输出。优选地，单个可再充电电池被配置成在低和高温下都具有高内阻，例如，R2在低于T1和高于T2时都变化。然后，这种可再充电电池能够具有低温下的高功率以及高温下的高安全性两者。
在图3A和3B中示意性地示出理想电阻与这种具有两个电阻级别的可再充电电池的温度关系的示例。图3A示出浴缸形的OMB的内阻与温度关系，并且图3B示出作为阶跃函数的OMB的内阻与温度关系。在这些图中，在低于低温T1时，电池的内阻被调制成高级别，以便快速地暖化电池，并且因此在低于运行温度时提供高功率输出，并且在高于高温T2时，电池的内阻被调制成高级别，以提供在高温下的显著改进的安全性。
如图所示，在正常运行温度范围期间，例如T1<T<T2，其中T1约为0℃，并且T2约为50℃，例如，电池展现与传统可再充电电池，诸如锂离子电池中所经历的内阻类似的低内阻(R1)。然而，在这种运行温度范围之外，电池的内阻跃升至较高级别(R2)，其中优选地，当在T1和/或T2的约2℃内确定R2的值时，R2为R1的至少2至5倍，例如为R1的值的至少10、20或者高达50倍。本公开的实施例包括其中当在低于T1约2℃时确定R2的值并且在T1时确定R1的值时，R2/R1的值在2至500之间并且包括2至500，例如R2/R1的值在2至100或者2至50之间并且包括2至100或者2至50。另外的或者可替选实施例包括其中当在高于T2约2℃时确定R2的值并且在T2时确定R1的值时，R2/R1的值在2至500之间并且包括2至500，例如R2/R1的值在2至100或者2至50之间并且包括2至100或者2至50。
图3C是示出根据本公开的实施例的图表，其示出对于与OMB相关联的电阻级别和温度，内阻在温度变化上的百分比变化。在该图中，内阻在温度变化上的百分比变化超过每摄氏度10％和70％。通过在各种离散温度下的标准DC和AC方法测量电池电阻R。之后，通过采取R与T的导数关系而计算dR/dT。
在本公开的另一方面，当电池达到第三温度(T3)时，OMB能够包括第三级别的内阻(R3)。优选地，R3的值在高于T3时突然或者剧烈地变化，例如，R3的值在高于T3约2℃时为R2在T3时的值的至少两倍，例如至少5、10、20倍或者更高。在本公开的一方面，T3为具有处于约80℃至约130℃的范围内的值的温度。
图4示出具有三个电阻级别的可再充电电池。如图所示，可再充电电池具有以不同温度运行的三个内阻级别。在电池温度超过更高阈值点T3之后，电池以电阻R3的第三级别运行。这种电池提供用于电池的双重防御机制，并且提高电池在更高温度下的安全性。
有利地，在特定实施例中，能够易于通过最小变型以传统的可再充电电池部件配置本公开的可再充电电池。通常，传统电池，诸如锂离子电池包括在被封装在袋盖板或者硬壳体内堆叠的或者以卷滚(jellyroll)卷绕的一个或多个阳极电极、隔膜和阴极电极的板。阴极活性材料能够包括氧化锂钴、磷酸锂铁、氧化锂锰、氧化锂镍钴锰、富锂层状氧化物或者它们的混合。阳极活性材料能够包括石墨、硅、硅合金、锂金属、锂合金，诸如锂钛，它们的混合等等。
例如，传统的锂离子电池包括正电极、负电极、隔膜、正电极集流体、负电极集流体、电解质和电池盖板或者罐。涂覆在一个集流箔(例如，铝箔)上的正电极和涂覆在另一集流箔(例如，铜箔)上的负电极被堆叠或者卷绕，其间插入隔膜，并且其中电解质溶解在溶剂中的电解质溶液被浸入隔膜和两个多孔电极中。
如果需要，正和负电极两者都包括上述活性材料、粘合剂和导电剂。通常的粘合剂包括PVDF(聚偏二氟乙烯)和丁苯橡胶(SBR)以及羧甲基纤维素(CMC)的钠盐。导电剂通常是基于碳的，并且与活性材料混合，以提高电极的导电性。
能够单独地或者组合地作为电解质使用锂盐，诸如LiPF6、锂电池F4等等。链式碳酸酯、环状碳酸酯、环状酯、腈化合物等等被用作用于溶解锂盐的溶剂。其特定示例包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯、乙二醇二甲醚等等。另外，凝胶聚合物电解质或者固体电解质也能够被用作电解质。
本公开的可再充电电池能够包括可再充电电池的传统部件，并且另外包括一个或多个部件，以调制电池的内阻。有利地，本公开的可再充电电池不需要升压器以随着温度改变电池的内阻。例如，作为实施例，本公开的可再充电电池不包括变压器或者DC/DC转换器以对电阻器供电，从而随着温度改变电池的内阻。
例如，本公开的欧姆调制的可再充电电池能够包括用于在T1和T2之间以R1，例如以低内阻级别(LoR)运行电池的至少一个负极端子和至少一个正极端子，以及在电池温度在T1或者T2之外时以R2，例如以高内阻级别(HiR)运行电池的至少一个高电阻端子。高电阻端子能够为另外的负极端子(即，HiR(-))或者另外的正极端子(即，HiR(+))。
这种可再充电电池能够包括切换电池的电阻级别的开关。例如，开关能够在电池的温度在T1和T2之间时耦合电池的低电阻端子，例如，LoR(-)和/或LoR(+)，以运行电池，并且能够在电池温度在T1或者T2之外时耦合一个或多个高电阻端子，例如HiR(-)和/或HiR(+)。
例如，本公开的开关能够包括由诸如一旦冷冻就膨胀并且将开关推至开启的乙二醇-水液体胶囊的热敏装置，在T1或者T2时经历相变并且适当地改变体积的相变材料，或者两者，或者双金属开关，或者其体积在温度T1或者T2适当膨胀的固体材料，或者例如两者激活的那些开关。
本公开的开关能够由电子机械继电器和温度控制器，或者具有温度传感器的固态继电器，具有温度传感器的功率MOSFET，或者具有温度传感器的高电流开关组成。可替选地，能够由在电池管理系统中具有电路和电池单体温度传感器的控制器实现连接LoR(-)和HiR(-)的开关。
在本公开的实施例中，可再充电电池包括电连接至高电阻端子的至少一个电阻片。该至少一个电阻片能够位于电池单体内部(暴露于电解质)，或者处于两个电池单体外部或者之间，或者是一些电阻片在电池单体内部并且一些电阻片位于电池单体外部和之间的组合。另外，配有置电池的电池单体的电阻片能够为电池的电池单体的电极的集流体的集成部分。
本文使用的接片是一种相对于电池的电极的未改变的集流箔具有类似或者更低导电性，但是当在电池运行期间被激活时引起电池的内阻显著增大的材料。优选地，电阻片具有以欧姆为单位的，等于被除以以安培小时(Ah)为单位的电池容量的0.1至5之间的，例如，被除以以Ah为单位的电池容量的约0.5至2之间的数值的电阻。例如，优选地，20Ah电池的电阻片在约0.005欧姆(0.1除以20)至约0.25欧姆(5除以20)之间，例如在约0.025欧姆(0.5除以20)至约0.1欧姆(2除以20)之间。
本公开的电阻片能够为当暴露于电池电解质时稳定，以及在电阻片暴露于这种环境时处于可再充电电池的电化学电压窗口内的任何充分导电的材料。例如，这些电阻片能够由石墨、高序热解石墨(HOPG)、不锈钢、镍、铬、镍铬合金、铜、铝、钛或者其组合制成。如果在电池单体外部或者在模块中的两个相邻电池单体之间使用，则电阻片不需要防腐蚀，并且因而可获得用作本公开的电阻片的另外材料。在特定实施例中，优选地，本公开的电阻片为扁平的，具有大表面积，使得其能够具有与相邻电池部件的良好接触。本公开的电阻片能够具有约1微米和约150微米的厚度，优选范围是约5至约60微米。对于本公开的特定实施例，可使用具有大电阻、高导热性和小热容的电阻片。
能够通过对片进行图案化，即从电阻片移除材料而调节电阻片的电阻。图案化允许电阻片具有针对机械强度和可焊性的足够厚度，但是具有较低电阻。具有圆角的图案具有降低图案的角处积聚的温度的优点。能够通过光蚀刻、电火花加工、喷水切割、激光切割、冲压等等制造图案化电阻片。
在一些实施例中，能够涂覆电阻片的表面的大部分涂层，以避免与电解质的不期望的化学反应或者电连接。例如，电阻片可以被选择性地涂覆，它们表面的一部分不被涂覆以电连接至其它接片或者端子，并且其余表面被涂层，并且因而被电和化学地隔离。能够在开始时施加保护性涂层，以完全地覆盖电阻片的整个表面，然后能够选择性地移除特定区域内的涂层，以允许与其它接片或者端子的必要电连接。保护性涂层应在电池单体内导热、电绝缘，并且化学稳定。保护性涂层能够由聚合物、金属氧化物等等制成。保护性涂层的聚合物材料的示例包括：聚乙烯、聚丙烯、氯化聚丙烯、聚酯、聚酰亚胺、PVDF、PTFE、尼龙或者其共聚物。保护性涂层的金属氧化物材料的示例包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn的氧化物及其组合。优选地，保护性涂层具有高介电常数。在一些实施例中，可以在电阻片和保护性涂层之间使用粘合剂。保护性涂层的厚度可以在10nm至100μm之间，优选10nm至50μm之间。涂层应足够薄，以允许良好的热传递，但是不渗透以保护电阻片不接触电池单体内部的电解质。可以通过下列这些方法将保护性涂层施加到电阻片上，诸如压胶、层压、浸涂、旋涂、喷涂、化学气相沉积、原子层沉积、溶液铸膜、电极沉积、自组装单层膜、立体光刻、表面氧化和其它方法。
在本公开的特定实施例中，可再充电电池包括一个或多个高电阻接片或者端子，以及一个或多个低电阻接片或者端子。高电阻端子电连接该一个或多个电阻片，并且低电阻接片或者端子被配置成以低内阻模式运行电池。
图5和6示出本公开的另外实施例。如图5中所示，可再充电电池110具有嵌入电极－隔膜组件的堆叠内的若干电阻片112。电极-隔膜组件包括具有阳极接片114a的阳极电极114、隔膜116以及具有阴极接片118a的阴极电极118。电池110还包括一个低电阻负极端子LoR(-)120和一个高电阻负极端子HiR(-)122、开关124和正极端子(+)126。
在该实施例中，每个电阻片都具有能够通过焊接附接的两个接片(112a、112b)。电阻器接片112a和阳极电极114的阳极接片114a被电连接至低电阻负极端子LoR(-)120，以形成低电阻电路。电阻器接片112b被电连接至高电阻负极端子HiR(-)122，以形成由开关124激活的高电阻级别电路。阴极电极118的阴极接片118a被电连接在一起，并且连接至正极端子126。在该特殊示例中，开关124是能够电连接或者断开LoR(-)端子120和HiR(-)端子122的热激活开关。
阳极-隔膜-阴极-电阻片组件能够被置于适当的封装内，例如袋状电池单体的壳体内，并且充满电解质。在该实施例中，阳极-隔膜-阴极-电阻片组件被容纳在壳体140内。负和正极端子能够被电连接至外部电路128a和128b。
总而言之，图5中所示的可再充电电池的特征在于壳体140外部上的三个端子，即两个负极端子LoR(-)和HiR(-)，以及一个正极端子(+)。两个负极端子LoR(-)和HiR(-)还被温度敏感开关直接连接至电池外部。在运行时，当电池温度处于被定义在第一温度T1和第二温度T2之间的正常运行范围内时，开关闭合，并且电流绕过电阻片，这是因为电流优选地流经低电阻电路。在这种情况下，电池在端子(+)和LoR(-)之间运行，展现低内阻。当电池温度处于正常范围T1和T2之外时，开关开启，使得端子(+)和HiR(-)运行。这迫使电池电流流经电阻片，并且因此展现高内阻。例如，当电池温度高于正常范围，诸如高于约45℃时，电池的内阻由于在电流流动路径中存在电阻片而变得高如果倍。
图6示出已经在电极-隔膜组件的堆叠之间插入至少一个电阻片以提高电池的内阻的可再充电电池的另一配置。在该实施例中，可再充电电池210包括位于两个电极-隔膜组件213a和213b之间的电阻片212。优选地，电阻片位于电极的堆叠的中间，并且能够被隔膜217夹住，隔膜217能够与隔膜216相同或者不同。每个电极-隔膜组件都包括阳极电极214、隔膜216和阴极电极218。电池210还包括一个低电阻负极端子LoR(-)220、一个高电阻负极端子HiR(-)222、开关224和正极端子(+)226。
在该实施例中，电阻片212具有能够通过焊接附接的两个接片(212a、212b)。电阻器接片212a和阳极电极214的阳极接片214a电连接至低电阻负极端子LoR(-)220，以形成低电阻电路。电阻器接片212b电连接至高电阻负极端子HiR(-)222，以形成由开关224激活的高电阻级别电路。阴极电极218的阴极接片218a被电连接在一起，并且连接至正极端子226。在该特殊示例中，开关224是能够电连接或者断开LoR(-)端子220和HiR(-)端子222的热激活开关。
阳极-隔膜-阴极-电阻片组件能够被置于适当的封装内，例如袋状电池单体的壳体内，并且充满电解质。在该实施例中，阳极-隔膜-阴极-电阻片组件被容纳在壳体240内。负和正极端子能够被电连接至外部电路228a和228b。图6的可再充电电池210能够以与图5中所示相同的方式运行。
图7示出能够在本公开的可再充电电池中使用的不同电阻片配置，包括图5和6中所示的配置。每个电阻片310、320、330、340、350、360都具有能够通过焊接附接的两个接片。如图7中所示，各种电阻片上的接片能够被设置于各种配置中。这些配置包括：(a)由切口314分离的处于相同侧(311、312)上的2个接片；(b)处于电阻片的相对侧上并且约处于边缘(321、322)的中部的2个接片；(c)和(e)处于相同侧上，但是在电阻片(331、332)的外边缘上并且被切口334分离的2个接片；以及(d)和(f)处于电阻片的相对侧上但是处于外边缘(341、342)上的2个接片。
在一些实施例中，能够通过图案化调节电阻片的电阻。这种图案化允许电阻片比通过使其更薄而调节片的电阻更厚，更薄的电阻片可能不利地影响机械强度或者电阻片与其它接片的可焊性。当图案化时，与直角相比，优选圆角，以最小化热点。能够通过光蚀刻、电火花加工、喷水切割、激光切割、冲压等等制造图案化电阻片。图7E示出能够在本公开的可再充电电池中使用的图案化电阻片。图7E示出处于相同侧但是在电阻片(331、332)的外边缘上的2个接片，并且还有从具有圆角(354)的片(即，一般图案352)的内部移除的材料。在其它实施例中或者与其它实施例的组合中，电阻片能够被涂覆有在电池单体内导热、电绝缘并且化学稳定的聚合物或者氧化物薄层。图7F示出在片的两个主要侧面上都具有涂层的电阻片。在该特殊实施例中，涂层是完全围绕电阻片(364)但是暴露接片(341、342)的层压件(362)。
在本公开的一个实施例中，能够在图5或者6的配置中使用图7中所示的一个或多个电阻片。例如，对于图7中的任何电阻片，标为接片1的接片都能够连接(例如，焊接)电池内的阳极电极片的所有接片。它们一起形成图5或者图6中的低电阻端子LoR(-)。图7中所示的接片2能够被焊接在一起，以形成图5或者图6中的高电阻端子HiR(-)。
本公开的另一实施例包括具有介于电池单体的接片，或者电池的接片的子组，或者多个电池单体的接片之间的一个或多个电阻片的可再充电电池。能够在任何传统的可再充电电池中使用该实施例中的设计。图8示出具有介于电池单体中的电极的接片之间的电阻片的可再充电电池的实施例。该图示出介于两个电极814和816的接片814a和816a之间的电阻片812。电阻片接片812a电连接至电极814和816，例如电池单体的阳极电极的接片814a和816a以及低电阻负极端子LoR(-)(未示出)，以形成低电阻电路。电阻片812的接片812b电连接至高电阻负极端子HiR(-)(未示出)，以形成高电阻级别电路。该实施例中的可再充电电池也将包括能够电连接或者断开LoR(-)端子和HiR(-)端子的开关，并且具有这种配置的电池能够以与图5所述的相同方式运行。
虽然示出图8中的电池配置具有介于两个电极之间的一个电阻片，但是另外的电阻片能够介于另外的电极之间，以形成电池的高电阻内部级别。使用介于电池单体的接片之间的一个或多个电阻片具有下列益处，即激活电阻片时产生的焦耳热被与电极的活性材料和电池单体的电解质隔离，由此进一步提高电池安全性。在本公开的一个实施例中，能够在图5或者6的配置中使用图8中所示的一个或多个电阻片。
在本公开的其它实施例中，能够通过将一个或多个电阻片置于电池的电池单体外部配置可再充电电池。例如，对于包括多个电池单体的电池模块，该一个或多个电阻片能够被夹在电池模块内的两个相邻电池单体之间。图9示出这种实施例。
如图9中所示，电池模块410包括位于两个电池单体413a和413b之间的电阻片412。优选地，电阻片位于电池模块的电池单体之间，诸如紧密地介于两个电池单体之间。每个电池单体都包括阳极电极414、隔膜416和阴极电极418。电池模块410还包括电连接至模块的每个电池单体的一个低电阻负极端子LoR(-)420，和电连接至电阻片的一个高电阻负极端子HiR(-)422。电池模块也包括开关424和正极端子(+)426a和426b。负和正极端子能够被电连接至外部电路428a和428b。图9的可再充电电池模块410能够以与图5中所述的相同方式运行。
虽然在图9中示出电池模块410为在两个电池单体之间具有一个电阻片的双电池单体电池模块，但是本公开的电池模块能够具有超过两个电池单体和/或位于电池单体模块中间的超过一个电阻片。例如，电池模块能够具有4、5或者6个电池单体，一个或多个电阻片位于电池单体之间，并且在靠近电池单体的其它位置附近。
在本公开的一个实施例中，能够在图9的配置中使用图7和/或图8中所示的一个或多个电阻片。例如，对于图7中的任何电阻片，标为接片1的接片都能够连接至电池单体的负极端子，形成用于电池模块的低电阻端子LoR(-)。图7中所示的任何电阻片的接片2能够被焊接在一起，以形成电池模块的高电阻端子HiR(-)。这种电池模块的激活和运行与上文所述的单个电池单体相同。
在本公开的另一实施例中，一个或多个电阻片能够被夹在可再充电电池的电极-隔膜组件的两个卷滚之间。图10示出这种实施例。如图10中所示，电阻片512被夹在两个卷滚(513a、513b)之间。能够在包含卷滚电极组件的任何传统可再充电电池中使用该实施例中的设计。如图10中进一步所示的，电电阻片512具有能够通过焊接而附接的两个接片(512a、512b)。电阻器接片512a被电连接至卷滚(为了例示方便未示出)的阳极电极的阳极接片514以及低电阻负极端子LoR(-)(未示出)，以形成低电阻电路。电阻器接片512b电连接至高电阻负极端子HiR(-)(未示出)，以形成高电阻级别电路。卷滚的阴极电极的阴极接片518a被电连接在一起，并且连接至正极端子(为了例示方便未示出)。该实施例中的可再充电电池也将包括能够电连接或者断开LoR(-)端子和HiR(-)端子的，电池外部的开关。图10的可再充电电池510能够以与图5中所述的相同方式运行。
虽然在图10中示出的电池配置为两者之间具有一个电阻片的两个卷滚，但是本公开的可再充电电池能够具有超过两个卷滚和/或位于卷滚中间的超过一个电阻片。另外，该一个或多个电阻片能够被涂覆有聚合物或者氧化物的薄层，以将其与电池内的电解质隔离。例如，电池能够具有位于一对卷滚之间和/或在每个或者一些卷滚附近的其它位置周围的一个或多个电阻片的三个或者更多卷滚。
在本公开的一个实施例中，能够在图10的配置中使用图7和/或图8中所示的一个或多个电阻片。例如，对于图7中的任何电阻片，标为接片1的接片都能够被连接至电池单体的负极端子，形成用于电池的低电阻端子LoR(-)。图7中所示的任何电阻片的接片2能够被焊接在一起，以形成电池的高电阻端子HiR(-)。这种电池模块的激活和运行与对图5的电池所述的相同。
在本公开的实施例中，能够构成可再充电电池，而不使用单独的电阻片以产生电池的高电内阻级别。例如，高电阻电路能够被配置为电池的电池单体的电极的集流体的集成部分。在本公开的一个实施例中，可再充电电池包括用于使电池在T1和T2上以R1运行的至少一个负极端子和至少一个正极端子；用于使电池在T1或者T2之外以R2运行的至少一个高电阻端子(例如，另外的负或者正极端子)；和当电池的温度在T1或者T2之外时激活R2的开关，其中该至少一个高电阻端子被电连接至电池的电池单体内的至少一个电阻片，并且其中该至少一个电阻片是电池的电池单体的电极的集流体的集成部分。图11示出这种实施例。
图11示出包括阳极电极614、隔膜616和阴极电极618的组件。该组件适用于多种可再充电电池配置，诸如电池单体壳体内的卷滚设计。在该实施例中，阴极(正)电极618包括电连接(例如，焊接在一起)的许多紧密间隔的接片618a，以形成端子(+)626。另一方面，阳极(负)电极614包括电连接在一起以形成端子LoR(-)620的一些紧密间隔的接片(614a)，以及距离最近的接片614a一定距离的接片614b。接片614b能够被电连接至高电阻端子。在该示例中，接片614b形成高电阻端子HiR(-)。
在这种设计中，接片614b(最远的接片)和最接近的紧密间隔接片(接片614a)之间的一部分负电极箔，即铜箔起大电阻的作用，从而在电池温度低于正常范围，即低于T1时运行。换句话说，接片614a和614b之间的材料(标识为630)起用于这种电池设计的电阻片的作用。在电池单体壳体外部上，端子LoR(-)和HiR(-)能够通过开关624，例如温度敏感开关电连接和断开。能够以与对图5中的电池所述的相同的方式完成具有图11中所示的配置的电池的激活和运行。
630的电阻取决于接片614b和最近的接片614a之间的距离、用于形成集流体的材料，例如箔的组分，以及两个接片之间的箔的任何材料和高电阻端子的期望电阻级别等等。可再充电电池的电极通常通过在集流体上涂覆有一种或者更多电化学活性材(利用或者不利用粘合剂和/或导电稀释剂)而形成。这些材料也能够影响630的电阻。
图12示出包括作为电池的电池单体的电极的集流体的集成部分的电阻片的本公开的可再充电电池的另一实施例。在该实施例中，示出包括阳极电极714、隔膜716和阴极电极718的组件。如对于图10的配置解释的，图12中所示的组件适用于多种可再充电电池配置。在该示例中，阴极和阳极电极两者都具有电连接以形成端子LoR(+)和LoR(-)的许多紧密间隔接片，以及形成HiR(+)和HiR(-)的远离的接片。特别地，阴极(正)电极718包括电连接以形成端子(+)726的一些紧密间隔的接片718a，以及距离最近的接片718a一定距离以形成高电阻端子HiR(+)的接片718b。阳极(负)电极714包括电连接以形成端子LoR(-)720的一些紧密间隔的接片(714a)，以及距离最近的接片714a一定距离以形成高电阻端子HiR(-)的接片714b。
在这种设计中，处于最紧密间隔的接片组和远离的接片之间的部分负电极箔(即，铜)和正电极箔(即，铝)起大电阻的作用，从而在电池温度低于正常范围，即低于T1时运行。换句话说，接片714a和714b之间的材料(标识为730a)和接片718a和718b之间的材料(标识为730b)起用于这种电池设计的电阻片的作用。
在电池单体壳体740外部上，两个独立的开关(724a、724b)能够用于分别连接端子LoR(+)与HiR(+)和LoR(-)与HiR(-)。两个开关能够彼此同时或者独立地，或者根据作为电池温度函数的算法而运行。否则，能够以与对图5中的电池所述的相同的方式完成具有图12中所示的配置的电池的激活和运行。
只要一组接片提供低电阻，并且其他组接片提供高电阻，就可能存在用于可再充电电池的卷滚配置的许多更多接片设计。
在本公开的另一实施例中，能够在可再充电电池的卷绕电极组件中包括一个或多个电阻片。图13、14和15示出具有一个或多个电阻片的卷滚电极组件的实施例。如图13中所示，约在卷滚组件的中心包括电阻片812。在该实施例中，电阻器不直接地接触任何电极，并且应不不利地影响电池单体的容量。能够在装配卷滚后或者在装配卷滚的同时插入电阻片。电阻片也能够有利地起用于卷滚组件的结构支撑的作用。能够在包括卷滚电极组件的任何传统的可再充电电池中使用该实施例中的设计。如图13中进一步所示的，卷滚组件813还包括集流体815，例如铜箔上的阳极电极814，第一隔膜816a，集流体819，例如铝箔上的阴极电极818，和第二隔膜816b。除了约在卷滚组件的中心具有电阻片之外，还能够在卷滚的最外层上包括电阻片。卷滚能够如图13中所示形状为扁平的，或者为圆柱形。
图14示出具有电阻片的卷滚电极组件的另一实施例。在该实施例中，一系列电阻片被围绕一系列卷滚组件加以卷绕。如图14中所示，电阻片912a和912b被围绕卷滚组件913a和913b加以卷绕。图14示出每个都在其外部圆周上具有电阻片的两个卷滚组件。这种配置能够扩展至另外的卷滚组件，其中一些或者全部在其外部圆周上具有电阻片，以形成使一系列电阻片被围绕一系列卷滚组件加以卷绕的卷滚组件。能够通过卷绕卷滚组件，并且然后在其外部圆周上卷绕电阻片，然后在其上利用或者不利用电阻片卷绕另外的卷滚组件而制作这种组件。
每个卷滚组件都包括阳极电极、阴极电极和隔膜。例如，卷滚组件913a和913b包括集流体915，例如铜箔上的阳极电极914，第一隔膜916a，集流体919，例如铝箔上的阴极电极918。能够在集流体919之后包括图中未示出的第二隔膜。除了使电阻片围绕卷滚的最外层卷绕之外，还能够约在最内部卷滚组件的中心包括电阻片。
图15示出具有电阻片的卷滚电极组件的另一实施例。在该实施例中，保持卷滚组件或者多个组件的容器能够起电阻片的作用，即使其形状不是片状的。如图15中所示，电阻片1012围绕两个卷滚组件1013a和1013b。电阻片1012具有接触卷滚组件的最外层的大部分的内表面1012a。电阻片能够为容器保持组件，例如钢罐。在该实施例中，电阻片1012被成形为具有保持两个卷滚组件的两个隔间，但是该实施例不限于这种形状，只要电阻片1012的内表面接触至少一个卷滚组件的大部分，电阻片能够如本公开中所述地起作用。另外，图15的配置能够扩展至另外的卷滚组件，其中一些或者全部被定位在一个或多个隔间中，或者接触电阻片。
每个卷滚组件都包括阳极电极、第一隔膜、阴极电极和第二隔膜。例如，卷滚组件1013a和1013b包括集流体1015，例如铜箔上的阳极电极1014，第一隔膜1016a，集流体1019，例如铝箔上的阴极电极1018。能够在集流体919之后包括图中未示出的第二隔膜。除了电阻片1012之外，在该实施例中，还能够约在一个或者全部卷滚组件的中心包括电阻片。
虽然图13、14和15中示出电池配置为具有不对称形状的卷滚，但是卷滚和电阻片能够是对称的，诸如具有相应的圆柱形电阻片的圆柱形卷滚组件。
除了图13、14和15中所示的元件之外，还包括为了便于例示而包括的另外元件，从而利用图13、14和15的配置形成工作电池。例如，这些元件包括电连接至作为高电阻级别电路的一部分的电阻片的高电阻端子；电连接至电阻片以及一个电极，例如阳极或者阴极电极，以形成低电阻电路的低电阻端子；能够电连接或者断开低电阻和高电阻端子的开关。例如，图13、14和15的可再充电电池810、910和1010能够以与对图5所述的相同的方式运行。
在本公开的另一实施例中，能够在图13、14和15的配置中使用图7或者8中所示的一个或多个电阻片。例如，对于图7中的任何电阻片，标为接片1的接片能够被连接至电池单体的负极端子，形成电池的低电阻端子LoR(-)。图7中所示的任何电阻片的接片2都能够被焊接在一起，以形成电池的高电阻端子HiR(-)。这种电池的激活和运行与对图5的电池所述的相同。
所有上述电池设计都适用于可再充电电池，诸如锂离子电池、镍金属氢化物电池、铅酸电池等等。有利地，本公开的可再充电电池能够针对以下内容加以实施，所有的电池化学作用，诸如可再充电锂离子、镍金属氢化物，或者先进的锂电池，诸如锂硫、锂聚合物，锂空气电池或者所有的固态电池，以及所有的形式因素，袋状、圆柱形、棱柱形或者圆形。上文针对图5-15所述的电池单体设计和部件能够被用于制作具有用于一组端子的低内阻(R1)和用于第二组端子的高内阻(R2)的欧姆调制的可再充电电池。电池单体结构能够适应卷绕电极和堆叠电极设计等等。
本文也公开了用于实施欧姆调制的可再充电电池的另外配置。能够单独地或者与上述配置组合地使用这些另外的配置。例如，欧姆调制的可再充电电池能够单独地或者另外地包括一种或者更多正温度系数(PTC)材料，以在阈值温度下改变电池的内阻。当超过特定温度时，通常在约80-130℃的范围内，PTC材料的特征在于电阻的剧烈增大。同样地，它们适合在欧姆调制的可再充电电池中使用。存在聚合物PTC，诸如环氧-碳复合材料、陶瓷PTC，诸如含钛酸钡的掺杂多晶硅陶瓷等等，以及适合在OMB中使用的其它PTC材料。
在本公开的另一实施例中，OMB配置有电极，阴极和阳极电极，包括一种或者更多PTC材料。有利地，能够在电极中包括该一种或者更多PTC材料，作为当制作电极时与电极浆料混合的导电剂，或者电极的一种或者更多活性材料的表面上的薄涂层，或者介于活性材料与电极的集流箔之间的界面涂层。也能够包括PTC材料作为在装配电极之前的通过在接片上进行涂覆而得到的电极的接片上的涂层，由此在电极的接片中包括PTC的层。
例如，能够通过混合诸如环氧-碳复合材料的一种或者更多PTC材料与进一步包括PCdF粘合剂和NMP溶剂的、用于制作阴极电极的浆料，而制作用于OMB的电极。也能够通过混合PTC材料与SBR/CMC粘合剂而制作包括一种或者更多PTC材料，诸如环氧-碳复合材料或者含钛酸钡的掺杂多晶硅陶瓷的阳极电极。在干燥之后，PTC导电剂在正常的温度运行范围内提供大的电极导电性，但是当电池温度超过T2时电阻跃升达如果倍的量级。优选地，在电极中包括相对于整个电极浆料的重量约0.5-5％的范围的一种或者更多种PTC材料。
本公开的另一方面在于使用PTC材料作为活性材料颗粒表面上的薄涂层，或者作为介于活性材料和集流箔之间的界面涂层。优选地，这种配置中的PTC材料的量为0.5-5wt％。
本公开的又另一方面在于在将接片压在一起之前将PTC材料用作所有接片上或者一些接片上的薄涂层。当发生内部短路时，存在流经接片的大电流，大电流产生密集的热，并且将接片温度升高至高于T2。如图1中所示，这种电池的内阻级别剧烈地跃升至第二、更高内阻。之后，由于有效地抑制流经接片的电流，并且因此最小化热失控的PTC材料特性，接片之间的界面电阻剧烈地增大。
在本公开的另一实施例中，OMB被配置有电极，阴极或者阳极电极，包括一种或者更多可热膨胀的聚合物。这些可热膨胀的聚合物包括聚(乙烯)。这些聚合物在受热时急剧膨胀，由此在被用作粘合剂时产生电阻的巨大增大，或者在被用作孔隙填料时产生离子电阻的巨大增大(由于受限孔隙体积以及用于离子传输的增大的孔隙弯曲性)。两者都导致随着电池温度足够高，电池电阻显著增大。同样地，这些可热膨胀聚合物适合在本公开的OMB中使用。本实施例有意与传统的通过聚合物熔化而关闭的隔膜相反地使电极关闭。在其为能量源的情况下关闭电极更为有效并且因为降低了在误用条件期间的可释放的总能量，所以甚至时的部分关闭电极也有助于提高电池的安全性。相反，由于离子电流能够绕过关闭点并且继续以允许电池在误用条件下释放能量，所以在大表面面积上部分地关闭隔膜效果不足。
本公开的一方面在于将可热膨胀聚合物用作电极制作时的粘合剂或者制作导电胶时的粘合剂，从而涂覆在活性材料和集流箔之间的界面处。
本公开的又另一方面在于使用可热膨胀聚合物作为用于多孔电极的孔隙填料。一旦加热至温度T2，聚合物将充分膨胀，由此显著地限制离子导电路径，并且提高OMB的欧姆电阻。
本公开的另一方面包括在超过一个阈值温度下具有阶跃变化的电池电阻的多级别曲线的可再充电电池。这种曲线能够提供多层防御。能够使用所有上述配置的组合来产生这种曲线。
例如，可再充电电池能够被配置成包括具有被设置在T2的高电流开关的一个或多个电阻片，以实现从低电阻R1至高电阻R2的阶跃增大。在电池中另外包括PTC材料能够使得在更高的阈值温度T3下从R2第二次电阻跃升至更高电阻R3。高于T3的另外电阻级别提供用于电池的双重防御机制，并且提高其在更高温度下的安全性。
具有如图4中所示的曲线的OMB的另一实施例用于内阻器片，以实现电阻跃升ΔR12＝R2-R1，但是使用外部电阻片以实现电阻跃升ΔR23＝R3-R2。此外，外部电阻片被与电池单体热绝缘，以便外部电阻片内产生的热不传递至电池单体。这进一步提高了电池安全性。也可以使用两个独立控制的开关：一个用于激活电阻跃升ΔR12，并且另一个用于激活电阻跃升ΔR23。
本公开的另一实施例为一种电池系统，其中基于利用温度的欧姆调制的原理而实施控制策略，以提高电池安全性。一种控制策略在于，一旦电检测到异常的高电池电阻，则电气系统将完全关闭，并且冷却系统被激活，以抑制进一步的温度升高。在本公开的一方面，当电池的温度在T1和T2之间时，可再充电电池以R1运行，并且当电池的温度在T1或者T2之外时，通过激活用于激活R2的开关而在T1或者T2之外以R2运行。
示例
下文示例有意进一步例示本发明的特定优选实施例，并且本质上不进行限制。本领域技术人员通过使用不超过常规的试验应明白，或者能够确定本文所述的特定主旨和过程的各种等效物。
根据图5所述的配置开发了袋状电池单体形式并且由锂镍锰钴(NMC)阴极和石墨阳极制成的26Ah试制电池。电阻片25cm长、6cm宽并且100μm厚的不锈钢片箔。其电阻约为0.05欧姆，并且其重量为～13克，该重量约为总电池重量的2.3％。通过由被设置为在～45℃开启的温度控制器驱动的电子机械继电器完成在LoR(-)和HiR(-)端子之间的切换。执行通过8mΩ电阻器对全充电OMB的外部短路，并且记录电池电流和温度。也为了比较研究而测试了无OMB特征，但是其余方面相同的基准电池单体。
在图16A和图16B中示出8mΩ外部短路中的OMB(在图16中标为OMB)和基准电池(在图13中标为传统锂电池)的测试结果。在OMB的情况下，能够清楚地看出当电池电阻在～45℃切换至更高值R2时，短路电流从～370A突然地跌落至～60A。这几乎是短路电流降低6.2倍，由此提供大为改进的安全性特性。图16B比较OMB和基准电池的电池温度响应。同样地能够看出，在45℃时的电阻跃升后，OMB的电池温度保持低于传统锂电池。因此，OMB较不倾向于热失控。
虽然对基于先进锂离子电池的锂离子电池、欧姆调制的电池示出上述外部短路结果，但是预期镍金属氢化物(Ni-MH)、铅酸(Pb酸)和其它电池化学作用具有相同优点。
在本公开中仅示出和描述了本发明的优选实施例及其多功能性的示例。应理解，本发明能够在各种其它组合和环境中使用，并且在本文表达发明性概念的范围内，能够为多种变化或者变型。因而，例如，本领域技术人员通过使用不超过常规的试验应明白，或者能够确定本文所述的特定主旨、过程和布置的各种等效物。这些等效物应被视为处于本发明的范围内，或者被所附权利要求涵盖。