具有补偿电位材料的金属离子电池的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本申请总体上涉及金属离子电池的结构。
【背景技术】
[0002]包括金属离子电池和可再充电金属离子电池的电化学电池包括电极。电极可以是阳极(负电荷端子)或阴极(正电荷端子)。通常，阳极(或阳极组件)包括阳极集流体和阳极活性材料，而阴极(或阴极组件)包括阴极集流体和阴极活性材料。阳极组件和阴极组件可以通过允许离子在阳极组件和阴极组件之间穿过的微孔层来隔开，同时保持阳极活性材料和阴极活性材料隔开。金属离子电池的电极可以浸入在容纳在电池中的电解质中，电解质可以是液体(水性液体、非水性液体)或固体(陶瓷、干的聚合物、凝胶或粉末)。
[0003]电化学电池可以具有包括纽扣电池、圆柱形电池、棱柱形电池或袋状电池的许多构型。电化学电池可以作为牵引电池用在混合动力车辆和纯电动车辆中，以提供推动功率并且还可以提供用于一些配件的功率。
【发明内容】
[0004]一种金属离子电池包括浸入在电解质中的阳极组件。阳极组件包括集流体，集流体具有在第一侧上的阳极材料和在第二侧上的补偿电位材料。阳极材料具有关于电解质的第一静电位。阳极材料可以与集流体的第一侧和隔膜接触并且夹在集流体的第一侧和隔膜之间。补偿电位材料可以具有关于电解质的第二静电位。补偿电位材料可以与集流体的第二侧接触并且具有第二静电位。第二静电位可以降低阳极组件的合成电位以减少集流体的溶解。
[0005]一种可再充电的碱金属离子电池包括层状电极组件。层状电极组件包括:电化学活性材料，具有第一静电位；集流体，相邻地分层的并接触电化学活性材料；以及补偿电位材料，具有第二静电位。补偿电位材料可以是相邻地分层的，并接触集流体。第二静电位可以降低层状电极组件的平均电位。电位的降低可以减少集流体的溶解。电池还包括与层状电极组件离子接触的电解质。电化学活性材料可以是硅、氧化钛、石墨、石墨烯、硬碳或软碳，并且基本不含锂。集流体可以是铜金属、镀铜箔和铜网箔中的一种。碱金属离子电池可以是锂离子电池。补偿电位材料可以是锂、锂合金或锂化合物。补偿电位材料可以是层状相邻的，并且与大于阈值面积的集流体接触。
[0006]一种可再充电的锂离子电池包括浸入在电解质中的阳极。阳极包括具有第一侧和第二侧的铜(Cu)集流体。碳质阳极材料可以与第一侧和隔膜接触并且被夹在第一侧和隔膜之间。锂化材料可以与预定量(例如，至少10%)的第二侧接触。碳质阳极材料可以是石墨、石墨烯、硬碳或软碳，并且基本不含锂。锂材料可以是锂、锂合金或锂化合物。铜集流体可以是镀铜箔或铜网箔。
【附图说明】
[0007]图1是示出典型的动力系和能量储存组件的混合动力车辆的图。
[0008]图2是包括多个电池并且由电池能量控制模块监测和控制的可能的电池组布置的图。
[0009]图3A是示例性电化学电池的图。
[0010]图3B是包括多个电化学电池的示例性电池的图。
[0011]图3C是示例性金属离子电池320的剖视图。
[0012]图4是示例性金属离子电池的剖视图。
[0013]图5是电化学电池的分解透视图。
【具体实施方式】
[0014]在这里描述本公开的实施例。然而，将理解的是，公开的实施例仅是示例并且其他实施例可以采取各种形式和替换形式。附图未必按比例绘出；一些特征可以被放大或最小化以显示具体组件的细节。因此，在这里公开的具体的结构细节和功能细节不解释为限制性的，而是仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一幅附图示出并描述的各种特征可以与在一幅或更多幅其他附图中示出的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和修改可以期望用于具体应用或实施方式。
[0015]图1描述了典型的插入式混合电动车辆(HEV)。典型的插入式混合电动车辆112可以包括结合到混合变速器116的一个或更多个电动机器(或电机器)114。电机器114可以能够操作为马达或发电机。另外，混合变速器116结合到发动机118。混合变速器116还结合到驱动轴120，驱动轴120结合到车轮122。当发动机118被打开或关闭时，电机器114可以提供推进和减速能力。电机器114还可以充当发电机并且可以通过使通常将在摩擦制动系统中作为热失去的能量再生来提供燃料经济优点。电机器114还可以通过允许发动机118在更高效的条件(发动机速度和负荷)下操作并允许混合电动车辆112在特定条件下在发动机118关闭的情况下以电动模式操作来减少车辆排放物。
[0016]牵引电池或电池组124储存可以由电机器114使用的能量。车辆电池组124通常提供高电压DC输出。牵引电池124电连接到一个或更多个功率电子模块。一个或更多个接触器142可以在打开时将牵引电池124与其他组件绝缘，并且可以在关闭时将牵引电池124连接到其他部件。功率电子模块126还电连接到电机器114并且提供在牵引电池124与电机器114之间双向地传递能量的能力。例如，当电机器114可以使用三相AC电流来作用时，典型的牵引电池124可以提供DC电压。功率电子模块126可以将DC电压转换为由电机器114使用的三相AC电流。在再生模式下，功率电子模块126可以将来自用作发电机的电机器114的三相AC电流转换为由牵引电池124使用的DC电压。这里的描述同等适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合变速器116可以是连接到电机器114的齿轮箱并且可以不存在发动机118。
[0017]除了提供推进能量，牵引电池124可以提供用于其他车辆电气系统的能量。车辆可以包括DC/DC转换器模块128，DC/DC转换器模块128可以将牵引电池124的高电压DC输出转换为与其他车辆负载适配的低电压DC供电。诸如压缩机和电加热器的其他高电压电负载146可以在不使用DC/DC转换模块128的的情况下直接连接到高电压。当适合时，电负载146可以具有操作电负载146的相关控制器。低电压系统可以电连接到辅助电池130(例如，12V电池)。
[0018]车辆112可以是电动车辆或插入式混合动力车辆，其中，牵引电池124可以由外部电源136再充电。外部电源136可以是到电源插座的连接件。外部电源136可以电连接到电动车辆供应设备(EVSE) 138。EVSE 138可以提供电路和控制以调节和管理电源136与车辆112之间的能量传递。外部电源136可以向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可以具有用于插入到车辆112的充电端口 134中的充电连接件140。充电端口 134可以是构造成将电力从EVSE 138传递到车辆112的任何类型的端口。充电端口 134可以电连接到充电器或车载功率转换模块132。功率转换模块132可以调节从EVSE 138供应的功率，以向牵引电池124提供合适的电压和电流水平。功率转换模块132可以与EVSE 138通过接口结合以协调到车辆112的电力传递。EVSE连接件140可以具有与充电端口 134的相应凹进匹配的引脚。或者，描述为电连接的各种组件可以使用无线电感耦合来传递功率。
[0019]讨论的各种组件可以具有一个或更多个相关的控制器以控制和监测组件的操作。控制器可以通过串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或通过分立导体进行通信。另外，可以存在系统控制器148，以协调各种组件的操作。牵引电池124可以由各种化学制剂来构造。典型的电池组化学品可以是铅酸、镍金属氢化物(NHffl)或锂离