包括电活性材料的电池组电池和电池组制造技术

本发明专利技术涉及一种电池组电池（2），其包括至少一个负电极（21）、至少一个正电极（22）和至少一个电解质（15），其中所述电池组电池（2）还包括至少一个电活性材料（50），所述电活性材料能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。本发明专利技术还涉及一种电池组，其包括至少一个电池组电池（2），其中所述电池组还包括至少一个电活性材料（50），所述电活性材料（50）能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。本发明专利技术还涉及一种用于平衡根据本发明专利技术的电池组电池（2）中以及根据本发明专利技术的电池组中的体积和/或形状变化的方法。

Battery pack and battery pack including electroactive materials

The invention relates to a battery battery battery (2), which includes at least one negative electrode (21), at least one positive electrode (22) and at least one electrolyte (15), in which the battery pack battery (2) also includes at least one electroactive material (50), and the electroactive material can be stimulated to volume by applying a voltage. And / or shape change. The invention also relates to a battery group, which includes at least one battery battery battery (2), in which the battery pack also includes at least one electroactive material (50), which can be stimulated to volume and / or shape change by applying a voltage. The invention also relates to a method for balancing the volume and / or shape of the battery group (2) according to the present invention and in accordance with the volume and / or shape of the battery group of the present invention.

【技术实现步骤摘要】
包括电活性材料的电池组电池和电池组
本专利技术涉及一种电池组电池和一种电池组，其能够平衡在充电过程或放电过程期间出现的体积和/或形状变化。此外，本专利技术涉及一种用于平衡电池组电池中和/或电池组中的体积和/或形状变化的方法以及电池组电池和/或电池组的应用。
技术介绍
电能的存储在过去十年中越来越重要。电能能够借助电池组来存储。电池组将化学反应能转化为电能。在此区分成一次电池组和二次电池组。一次电池组仅仅是一次性功能能力的，而也称为蓄电池的二次电池组能够重新充电。电池组（也称为电池组模块）在此包括一个或多个电池组电池（电化学电池）。在蓄电池中经常使用包含锂的电极，其包括锂离子（所谓的锂离子电池组）或金属锂（所谓的锂金属电池组）。这些电池组的特征特别是在于高的比能量、良好的热稳定性和极低的自放电。包含锂的电池组电池具有正电极和负电极。正电极以及负电极各包括一个集流体，在该集流体上施加有正的或负的活性材料。正的和负的活性材料的特征特别是在于，所述活性材料能够可逆地嵌入并且释放锂离子。用于这样的电池组电池的负电极的活性材料例如是非晶硅，该非晶硅可以与锂原子构成插层化合物。但是，碳化合物、诸如石墨或金属锂也作为负电极的活性材料来处理。作为正电极的活性材料通常使用含锂的金属氧化物或含锂的金属磷化物。此外，电池组电池通常包括隔离物以及电解质，该隔离物禁止电极之间的接触，该电解质能够实现载流子在电极之间的传输。US2015/0104691A1公开了包括电解质层的二次电池组，所述电解质层包括非水的电解质溶液和聚合物化合物。聚合物化合物是接枝共聚物，包括由偏二氟乙烯单元和六氟丙烯单元作为主链和不同的均聚物和/或共聚物的侧链构成的嵌段共聚物。US2009/0030152A1公开了不同的包含聚偏二氟乙烯的共聚物作为电容器中的储能材料的应用。在运行电池组电池时、即在放电过程中，电子在外部电路中从负电极流至正电极。在电池组电池内，锂离子在放电过程中从负电极迁移至正电极。在此，锂离子从负电极的活性材料中可逆地换出，这也称为去锂化。在电池组电池的充电过程中，锂离子从正电极迁移至负电极。在此，锂离子重新可逆地换入到负电极的活性材料中，这也称为锂化。负电极的锂化或去锂化伴随着体积和/或形状变化。在电池组电池充电时，例如在使用锂金属阳极的情况下发生体积增大，可能伴随着形状变化。完全充电的电池组电池可以因此相对于放完电的电池组电池显示出提高大约15%的体积。所述经常出现的体积和/或形状变化导致例如集流体的局部空间位移，并且导致在充满电池组电池时的改变。就此伴随着在由多个电池组电池构造电池组方面的困难。泡沫或能够拦住体积或形状变化的相似材料的使用可能导致，不同压力作用于电极和隔离物，这视电池组电池是充电还是放电而定。这可以导致电池组电池在运行时间段上的不均匀的功率。充电或放电过程同样具有对正电极的活性材料的体积和/或形状的影响。该影响通常比在负电极中表现得更小。
技术实现思路
本专利技术涉及一种电池组电池、特别是锂离子电池组电池或锂金属电池组电池，该电池组电池包括至少一个负电极、至少一个正电极和至少一个电解质，其中该电池组电池还包括至少一个电活性材料，该电活性材料可以通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。在本专利技术意义上的电活性材料是可以通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化的材料。此外，电活性材料优选地相对于所使用的活性材料和/或电解质在化学上是惰性的。通常被用于构造正电极和/或负电极并且在运行电池组电池期间发生电化学反应（氧化还原反应）的活性材料不应该理解成本专利技术意义上的电活性材料的概念，即使所述活性材料可能具有体积和/或形状变化。至少一个正电极包括至少一个集流体。集流体是导电的并且优选地由金属、例如铝、铜、镍或这些金属的合金制成。在一种实施方式中，集流体例如扁平地设计。在集流体的至少一个表面上施加有由活性材料成分构成的层。该活性材料成分包括至少一种正活性材料（其优选地包括含锂的金属氧化物、含锂的金属硫化物或含锂的金属磷化物）以及必要时包括粘合剂和/或导电添加物。在一种实施方式中，正活性材料可以包括混合的氧化物，该氧化物包含至少一种金属，所述至少一种金属选自由钴、镁、镍以及锂构成的组。本专利技术的一种实施方式例如包含阴极活性材料，该阴极活性材料包括分子式LiMO2的化合物，其中M选自Co、Ni、Mn或这些的混合物以及这些与Al的混合物。特别是应该列举LiCoO2。在一种优选的实施方式中，阴极活性材料是包括镍的材料、即LiNi1-xM'xO2,其中M'选自元素Co、Mn和Al中的一个或多个并且0≤x<1。例如包括锂镍钴铝氧化物阴极（例如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2；NCA）和锂镍锰钴氧化物阴极（例如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC（811））、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2（NMC（111））、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2（NMC（622））、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2（NMC（532））或LiNi0.4Mn0.3Co0.3O2（NMC（433）））。此外，作为优选的正活性材料可以列举专业人员已知的过锂化的氧化物。对此例如是通用分子式n（Li2MnO3）：1-n（LiMO2）（其中M=Co、Ni、Mn、Cr并且0≤n≤1）的层氧化物和通用分子式n（Li2MnO3）：1-n（LiM2O4）（其中M=Co、Ni、Mn、Cr并且0≤n≤1）的尖晶石。此外，特别是分子式LiMxMn2-xO4（其中M=Ni、Co、Cu、Cr、Fe）的尖晶石化合物（例如LiMn2O4，LiNi0.5Mn1.5O4）、分子式LiMPO4（其中M=Mn、Ni、Co、Cu、Cr、Fe）的橄榄石化合物（例如LiFePO4，LiMnPO4）、分子式Li2MSiO4（其中M=Ni、Co、Cu、Cr、Fe、Mn）的硅酸盐化合物（例如Li2FeSiO4）、羟磷锂铁石化合物（例如LiVPO4F）、Li2MnO3、Li1.17Ni0.17Co0.1Mn0.56O2和Li3V2（PO4）3可以作为合适的正活性材料来强调。作为合适的粘合剂例如可以提及苯乙烯-丁二烯共聚物（SBR）、聚偏氟乙稀（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氧化乙烯（PEO）、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸（PAA）、聚乙烯醇（PVA）和三元乙丙橡胶（EPDM）。例如提高导电能力的石墨或导电炭黑可以用作导电添加物。此外，为了提高离子传导能力可以添加锂盐。所述至少一个负电极同样包括至少一个集流体。集流体是导电的并且优选地由金属、例如铝、铜、镍或这些金属的合金制成。集流体具有至少一个表面。集流体例如可以扁平地设计。特别是在Li金属电极的情况下，扁平的设计不是强制必需的，只要保证电极活性材料（即金属锂）和集流体之间的充分的电接触。在集流体的至少一个表面上施加有由活性材料成分构成的层。该活性材料成分包括至少一种负活性材料（其包括硅、石墨）或金属锂以及必要时包括粘合剂和/或导电添加物。作为合适的粘合剂例如可以提及苯乙烯-丁二烯共聚物（SBR）、聚偏氟乙稀（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚氧化乙烯（PEO）、羧甲基纤维素(CMC)、聚丙烯酸（PAA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池组电池（2），其包括至少一个负电极（21）、至少一个正电极（22）和至少一个电解质（15），其中所述电池组电池（2）还包括至少一个电活性材料（50），所述电活性材料能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。

【技术特征摘要】
2016.11.02 DE 102016221475.61.一种电池组电池（2），其包括至少一个负电极（21）、至少一个正电极（22）和至少一个电解质（15），其中所述电池组电池（2）还包括至少一个电活性材料（50），所述电活性材料能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化。2.根据权利要求1所述的电池组电池（2），其中所述电活性材料（50）是电活性聚合物。3.根据权利要求2所述的电池组电池（2），其中所述电活性聚合物是均聚物或共聚物，所述均聚物或共聚物由至少包括偏二氟乙烯作为一种单体单元的单体单元构造。4.根据权利要求2或3所述的电池组电池（2），其中所述电活性聚合物是均聚物或共聚物，所述均聚物或共聚物包括选自偏二氟乙烯（VDF）、三氟乙烯（TrFE）、1,1-氯氟乙烯（CFE）和三氟氯乙烯（CTFE）的单体单元，附有：所述单体单元中的至少一个是偏二氟乙烯。5.根据上述权利要求之一所述的电池组电池（2），其中能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化的电活性材料（50）至少添加到所述负电极（21）和/或所述正电极（22）的活性材料成分（41、42）中。6.根据权利要求1至5之一所述的电池组电池（2），其中能够通过施加电压而被激励至体积和/或形状变化的电活性材料（50）以电活性材料层、特别是电活性材料薄膜的形式嵌入到电池组电池（2）中。7.一种电池组（1），...

【专利技术属性】
技术研发人员：A布赫克雷默，F施密德，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE