具有保护层的电池组合件及其制造方法与流程

本公开的领域总体上涉及能量储存技术，如电池技术。更具体地，本公开的领域涉及用于电池组件的保护层、系统和方法，如电化学电池的组件，例如，基于锂的二次电池。

背景技术：

1、基于锂的二次电池由于其相对高的能量密度、功率和保存期限，已经成为期望的能源。锂二次电池的实例包含如锂离子等非水电池和锂聚合物电池。

2、已知的能量储存装置(如电池、燃料电池单元和电化学电容器)通常具有二维层状架构，如平面或螺旋缠绕(即，果冻卷(jellyroll))的层压结构，其中每个层压件的表面积大约等于其几何覆盖区(忽略孔隙率和表面粗糙度)。

3、与层状二次电池相比，三维二次电池可以提供增加的容量和寿命。然而，此类三维二次电池的生产存在制造和成本挑战。

4、在二次电池的制造过程期间，锋利的边缘、拐角或其它特征可能产生易于损坏的区域，这可能会损害电池的功能性、安全性或输出。因此，令人期望的是在解决已知技术中的问题的同时生产三维电池。

技术实现思路

1、在一个实施例中，一种二次电池组合件包括电极组合件，所述电极组合件具有分别对应于三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴；约束件，所述约束件安置在所述电极组合件的外表面上；所述电极组合件或所述约束件中的至少一者包括在由所述x轴和所述y轴限定的x-y平面中延伸的突出部，所述突出部在所述x-y平面中具有第一曲率半径；电池外壳，所述电池外壳围封所述电极组合件和所述约束件；以及外壳保护层，所述外壳保护层安置在所述突出部的至少一部分之上并且安置在所述突出部与所述电池外壳之间，所述外壳保护层限定在所述x-y平面中上覆于所述第一曲率半径的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径，由此减小所述突出部对所述电池外壳造成损坏的可能性。

2、在又另一个实施例中，一种二次电池包括电极组合件，所述电极组合件具有分别对应于三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴；限定体积的约束件，所述电极组合件容纳在所述体积内；所述电极组合件或所述约束件中的至少一者限定在由所述x轴和所述y轴限定的x-y平面中延伸的至少一个突出部，所述突出部在所述x-y平面中具有第一曲率半径；外壳保护层，所述外壳保护层安置在所述突出部的至少一部分之上并且安置在所述突出部与电池外壳之间，所述外壳保护层限定在所述x-y平面中上覆于所述第一曲率半径上的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径，由此减小所述突出部对所述电池外壳造成损坏的可能性；并且其中所述电池外壳围封所述电极组合件、所述约束件和所述外壳保护层，并且所述电池外壳的至少一部分与所述外壳保护层直接接触。

3、在又另一个实施例中，一种制备与二次电池一起使用的电池组合件的方法包括：制备电极组合件，所述电极组合件具有分别对应于三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴；将所述电极组合件放置在由约束件限定的体积内，使得所述约束件安置在所述电极组合件的外表面之上；其中所述电极组合件或所述约束件中的至少一者限定在由所述x轴和所述y轴限定的x-y平面中延伸的至少一个突出部，所述突出部在所述x-y平面中具有第一曲率半径；将外壳保护层粘附在所述突出部的至少一部分之上，所述外壳保护层限定在所述x-y平面中上覆于所述第一曲率半径的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径，由此减小所述突出部对电池外壳造成损坏的可能性；以及将所述电极组合件、所述约束件和所述外壳保护层围封在所述电池外壳内，使得所述外壳保护层安置在所述约束件与所述电池外壳之间。

4、在仍另一个实施例中，一种制造二次电池的方法包括：制备电极组合件，所述电极组合件具有分别对应于三维笛卡尔坐标系的x轴、y轴和z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴；将所述电极组合件放置在由约束件限定的体积内，使得所述约束件安置在所述电极组合件的外表面之上；其中所述电极组合件或所述约束件中的至少一者限定在由所述x轴和所述y轴限定的x-y平面中延伸的至少一个突出部，所述突出部在所述x-y平面中具有第一曲率半径；将外壳保护层粘附在所述至少一个突出部的至少一部分之上，所述外壳保护层限定在所述x-y平面中上覆于所述第一曲率半径的第二曲率半径，所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径，由此减小所述突出部对电池外壳造成损坏的可能性；将所述电极组合件、所述约束件和所述外壳保护层围封在所述电池外壳内，使得所述外壳保护层安置在所述约束件与所述电池外壳之间；以及对所述电池外壳进行真空密封。

技术特征：

1.一种二次电池组合件，其包括：

2.根据权利要求1所述的二次电池组合件，其中所述电极组合件包括具有六个矩形面的矩形棱柱形状，其中所述突出部位于所述矩形面中的一个矩形面上。

3.根据权利要求1所述的二次电池组合件，其中所述电极组合件围封在由所述约束件限定的体积内，并且所述约束件包括第一主生长约束件，所述第一主生长约束件与所述电极组合件的电极或对电极的至少一个表面接触，并且所述第一主生长约束件限定所述突出部。

4.根据权利要求3所述的二次电池组合件，所述约束件进一步包括第二主生长约束件，所述第二主生长约束件与所述第一主生长约束件间隔开，所述第二主生长约束件与所述电极组合件的所述电极或所述对电极的不同表面接触。

5.根据权利要求3所述的二次电池组合件，所述约束件进一步包括第一次生长约束件，所述第一次生长约束件与所述电极组合件的所述电极或所述对电极的第二表面接触。

6.根据权利要求5所述的二次电池组合件，所述约束件进一步包括第二次生长约束件，所述第二次生长约束件与所述第一次生长约束件间隔开并且与所述电极组合件的所述电极或所述对电极的第三表面接触。

7.根据权利要求1所述的二次电池组合件，其进一步包括第一母线和第二母线，并且其中所述第一母线或所述第二母线的一部分限定所述突出部。

8.根据权利要求7所述的二次电池组合件，其中所述外壳保护层安置在所述第一母线和所述第二母线中的至少一者之上。

9.根据权利要求1所述的二次电池组合件，其中所述外壳保护层包括聚合物。

10.根据权利要求9所述的二次电池组合件，其中所述聚合物包括以下中的至少一种：聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚乙烯(pe)、乙烯丙烯酸(eaa)、乙烯甲基丙烯酸(emaa)或其功能衍生物或共聚物。

11.根据权利要求1所述的二次电池组合件，其中：

12.根据权利要求11所述的二次电池组合件，其中所述第一盖包括延伸穿过所述第一盖的整个高度尺寸的一群通孔，并且其中所述通孔的至少一部分限定所述突出部。

13.根据权利要求12所述的二次电池组合件，其中所述第二盖包括延伸穿过所述第二盖的整个高度尺寸的一群通孔，并且其中所述第二盖的所述通孔的至少一部分限定所述突出部。

14.根据权利要求11所述的二次电池组合件，其中所述外壳保护层基本上覆盖所述矩形面中的至少两个矩形面。

15.一种二次电池，其包括：

16.根据权利要求15所述的二次电池，其中所述外壳保护层被热熔至所述电极组合件或所述约束件中的至少一者。

17.根据权利要求15所述的二次电池，其中所述外壳保护层包括以下中的至少一种：聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚乙烯(pe)、乙烯丙烯酸(eaa)、乙烯甲基丙烯酸(emaa)或其功能衍生物或共聚物。

18.根据权利要求15所述的二次电池，其中所述电池外壳包括铝。

19.根据权利要求15所述的二次电池，其中所述电极组合件是具有至少六个矩形面的矩形棱柱形状，并且所述外壳保护层安置在所述矩形面中的至少四个矩形面之上。

20.根据权利要求15所述的二次电池，其中所述外壳保护层的厚度为25μm至500μm。

21.根据权利要求15所述的二次电池，其中在所述外壳保护层的z轴方向上测量的高度基本上等于在所述电极组合件的z轴方向上测量的高度。

22.根据权利要求15所述的二次电池，其中所述外壳保护层沿着在所述外壳保护层的x轴方向上测量的长度的至少80％被热熔。

23.根据权利要求22所述的二次电池，其中所述外壳保护层沿着在所述外壳保护层的x轴方向上测量的长度的至少95％被热熔。

24.根据权利要求15所述的二次电池，其中所述电极组合件包括选自由以下组成的组的阳极活性材料：(a)硅(si)、锗(ge)、锡(sn)、铅(pb)、锑(sb)、铋(bi)、锌(zn)、铝(al)、钛(ti)、镍(ni)、钴(co)和镉(cd)；(b)si、ge、sn、pb、sb、bi、zn、al、ti、ni、co或cd与其它元素的合金或金属间化合物；(c)si、ge、sn、pb、sb、bi、zn、al、ti、fe、ni、co、v或cd的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物和碲化物以及其混合物、复合物或含锂复合物；(d)sn的盐和氢氧化物；(e)钛酸锂、锰酸锂、铝酸锂、含锂氧化钛、锂过渡金属氧化物、znco2o4；(f)石墨和碳的颗粒；(g)锂金属；以及(h)其组合。

25.一种制备与二次电池一起使用的电池组合件的方法，所述方法包括：

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述粘附包括将热施加到所述外壳保护层。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述将所述外壳保护层粘附在所述至少一个突出部之上包括在所述突出部的至少一个可能穿刺点之上增加半径。

28.根据权利要求25所述的方法，其中所述将所述外壳保护层粘附在所述至少一个突出部之上包括在所述电极组合件的至少四个面之上伸展所述外壳保护层。

29.一种制造二次电池的方法，所述方法包括：

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述外壳保护层包括以下中的至少一种：聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚乙烯(pe)、乙烯丙烯酸(eaa)、乙烯甲基丙烯酸(emaa)或其功能衍生物或共聚物，并且所述粘附包括将热施加到所述外壳保护层。

31.根据权利要求29所述的方法，其中所述粘附包括沿着在所述外壳保护层的x轴方向上测量的长度的至少80％将所述外壳保护层热熔。

32.根据权利要求29所述的方法，其中所述粘附包括将热和压力施加到所述外壳保护层。

技术总结
一种二次电池组合件包含电极组合件，所述电极组合件具有分别对应于X轴、Y轴和Z轴的相互垂直的横轴、纵轴和竖轴。约束件安置在所述电极组合件的外表面上。所述电极组合件或所述约束件中的至少一者具有在由所述X轴和所述Y轴限定的X‑Y平面中延伸并且在所述X‑Y平面中具有第一曲率半径的突出部。电池外壳围封所述电极组合件和所述约束件。外壳保护层安置在所述突出部的至少一部分之上并且安置在所述突出部与所述电池外壳之间。所述外壳保护层限定在所述X‑Y平面中上覆于所述第一曲率半径的第二曲率半径。所述第二曲率半径大于所述第一曲率半径，由此减小所述突出部对所述电池外壳造成损坏的可能性。

技术研发人员：R·S·布萨卡,A·曼达拉姆,R·K·罗森,B·A·瓦尔德斯,R·F·金辰
受保护的技术使用者：艾诺维克斯公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1