硅占主导的阳极锂离子电池的压强调节系统技术方案

本文的公开内容涉及用于硅占主导的阳极锂离子电池的压强调节系统。所述压强调节系统调节所述锂离子电池上的使用寿命压强，以便校正由于电池工作期间的膨胀而引起的容量损失和机械失效。所述压强调节系统与所述壳体一起在所述能量存储装置的循环和工作寿命期间维持所述锂离子电池上的一定压强范围。持所述锂离子电池上的一定压强范围。持所述锂离子电池上的一定压强范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅占主导的阳极锂离子电池的压强调节系统


[0001]本申请总体涉及与锂离子电池一起使用的压强调节系统。具体地，本申请涉及与壳体结合使用的弹性层来控制施加在具有硅占主导的阳极的锂离子电池上的压强。

技术介绍

[0002]锂离子电池通常包括在阳极与阴极之间的隔板和/或电解质。在一类电池中，隔板、阴极和阳极的材料分别形成为片或膜。将阴极、隔板和阳极的片依次堆叠或轧制，使隔板将阴极与阳极(例如，电极)分隔，以形成电池。典型的电极包括在导电金属(例如，铝或铜)上的电化学活性材料层。可以将膜切割成部件，然后将其层叠为堆叠体。堆叠体具有交替的电化学活性材料以及在它们之间的隔板。
[0003]硅已经被用作负极的活性材料以增加锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度。然而，在循环期间，阳极活性材料中的硅颗粒在充电时膨胀。如果电池被限制在特定体积内而具有很小的膨胀能力或没有膨胀能力，这种膨胀可以使用作集流器的金属箔变形或者损坏两个电极之间的隔板。在这种情况下，由于电池堆叠体的层被限制在狭小的区域中，膨胀可能导致金属箔的翘曲或变形，从而减小电池堆叠体中的层之间的接触面积。膨胀可以压缩隔板，从而使电池短路，或者当隔板中的孔被压缩时，不利地影响离子在电极之间自由移动的能力。因此，可能严重影响电池接收和释放电荷的能力。因此，防止电极和隔板变形可以用于降低不可逆的容量损失并且改善循环寿命。

技术实现思路

[0004]提供了能量存储装置，其包括具有多个锂离子电池的电池堆叠体。每个锂离子电池包括Si占主导的阳极。储能装置进一步包括围绕所述电池堆叠体的壳体，包括在所述多个锂离子电池中的两个锂离子电池之间的弹性层的压强调节系统，以及其中所述压强调节系统与所述壳体组合地在所述电池堆叠体上施加约kPa至约170kPa的初始压强。
[0005]在一些实施方案中，所述弹性层包含硅酮泡沫、低密度聚乙烯(LDPE)泡沫、高密度聚乙烯(HDPE)泡沫、交联聚乙烯(PE)泡沫、聚丙烯(PP)泡沫、天然橡胶泡沫、聚酯泡沫、聚氨酯泡沫或胶乳泡沫。
[0006]还公开了锂离子电池组。所述锂离子电池组包括两个或更多个以上描述的能量存储装置和围绕所述一个或更多个能量存储装置的外部包装材料。
[0007]车辆，所述车辆包括如以上描述的锂离子电池组和电连接至所述锂离子电池组的电气组件。
附图说明
[0008]图1例示出根据一个示例性实施方式的包括具有任选的散热层的压强调节装置的电池模块。
[0009]图2例示出根据一个示例性实施方式的包括压强调节装置的电池模块。
[0010]图3描述了随着电池堆叠体在循环期间膨胀，作为弹性层位移的函数的施加在电池堆叠体上的压强的变化。
[0011]图4是示出在室温下循环，将电池堆叠体保持在不同压强下时，Si占主导的阳极锂离子电池的容量退化(循环寿命)的图。
[0012]图5是示出在45℃下循环，将电池堆叠体保持在不同压强下时，Si占主导的阳极锂离子电池的容量退化(循环寿命)的图。
[0013]图6A和图6B示出了具有相同类型的弹性层但具有两种不同厚度的Si占主导的阳极锂离子电池的循环性能。图6A绘出了放电容量(Ah)，而图6B绘出了放电容量％。
[0014]图7A和图7B示出了在1C和4C倍率下具有一个实施方案的弹性层的Si占主导的阳极锂离子电池的循环性能。图7A绘出了放电容量(Ah)，而图7B绘出了放电容量％。
[0015]图8A和图8B示出了在1C和4C倍率下具有另一个实施方案的弹性层的Si占主导的阳极锂离子电池的循环性能。图8A绘出了放电容量(Ah)，而图8B绘出了放电容量％。
[0016]图9A和图9B示出了在1C和4C倍率下具有又一个实施方案的弹性层的Si占主导的阳极锂离子电池的循环性能。图9A绘出了放电容量(Ah)，而图9B绘出了放电容量％。
[0017]图10A和图10B示出了在电池堆叠体中包含不同数量的电池，而弹性层保持相同的Si占主导的阳极锂离子电池的循环性能，图10B是图10A的归一化图。
[0018]图11示出了两种弹性层材料的压缩永久变形测试的结果。
具体实施方式
[0019]本文公开了与锂离子电池一起使用的压强调节系统的实施方案。一类具有前景的锂离子电池包括硅电极(例如，阳极和/或阴极)，其包含用于电池应用(例如，锂离子电池应用)的硅或含硅复合材料。在现今的大多数情况下，将少量(<50％)的硅添加到石墨中，与石墨组合用作混合活性材料。在其中活性材料包含约50％或更多的硅的硅占主导的系统中，控制电极的膨胀和电池上的压强是非常重要的。硅被认为是用于锂离子锂电池应用的潜在的每单位体积高能量的主体材料。与具有石墨阳极的电池相比，具有硅阳极的电池在循环时表现出更快的容量损失。在充电和放电期间硅颗粒的反复膨胀和收缩可以导致在电池的寿命期间阳极的机械失效。在锂离子电池上施加压强以控制膨胀量可以有助于减轻由于基于循环的反复膨胀和收缩而引起的容量损失和机械失效。
[0020]本公开内容的实施方案涉及包括电池堆叠体的能量存储装置。电池堆叠体包括多个锂离子电池。电池堆叠体包括但不限于第一锂离子电池和第二锂离子电池。电池堆叠体还可以包括第三锂离子电池。电池堆叠体被壳体包围并容纳在壳体内。能量存储装置还包括压强调节系统，所述压强调节系统与壳体组合地设计成允许电池在正常循环期间膨胀和收缩，同时将施加在电池上的压强保持在可接受的范围内。压强调节系统包括位于两个相邻电池之间的弹性构件(例如，弹性层)。因此，具有多个电池的能量存储装置可以包含一个或多个弹性构件，每个弹性构件位于相邻电池之间。弹性构件也可以定位在壳体壁和与壳体壁相邻的电池之间。锂离子电池可以是矩形棱柱或具有立方体形状。优选地，锂离子电池是袋式电池。
[0021]图1例示出能量存储装置100的实例。能量存储装置100包括电池堆叠体，所述电池堆叠体包括封装在壳体101中的多个锂离子电池102。能量存储装置100还包括压强调节系
统，所述压强调节系统包括设置在相邻锂离子电池102之间的一个或多个弹性层105。在每个相邻的电池之间可以设置一个弹性构件。锂离子电池包括集流器103上的硅(Si)阳极或Si占主导的阳极。能量存储装置可以是模块或锂离子电池的集合。
[0022]或者，一些锂离子电池102可以彼此直接接触，并且因此，在一个或多个电池102之间可以不存在弹性层105。此外，在两个相邻的电池102之间可以有两个或更多个弹性层105。与电池接触的弹性构件的表面优选具有与接触弹簧构件的电池表面基本上相似的面积。更优选地，弹性构件和电池的接触表面具有基本上相同的尺寸。
[0023]任选地，能量存储装置还可以包括在一些相邻电池之间的一个或多个散热层或吸热层。能量存储装置可以具有位于几个相邻电池中的每一个之间的弹性层105，并且还具有位于其它相邻电池中的每一个之间的散热层104。弹性构件105或散热层104可以位于壳体壁与相邻电池之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.能量存储装置，包括：包括多个锂离子电池的电池堆叠体，其中每个锂离子电池包括Si占主导的阳极；围绕所述电池堆叠体的壳体；包括在所述多个锂离子电池中的两个锂离子电池之间的弹性层的压强调节系统；以及其中所述压强调节系统与所述壳体组合地在所述电池堆叠体上施加约25kPa至约170kPa的初始压强。2.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述多个锂离子电池中的每一个锂离子电池都是矩形棱柱或立方体形状。3.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述弹性层包含硅酮泡沫、低密度聚乙烯(LDPE)泡沫、高密度聚乙烯(HDPE)泡沫、交联聚乙烯(PE)泡沫、聚丙烯(PP)泡沫、天然橡胶泡沫、聚酯泡沫、聚氨酯泡沫或胶乳泡沫。4.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述压强调节系统与所述壳体组合地在所述能量存储装置的工作寿命期间在所述电池堆叠体上施加不大于约300kPa的压强。5.如权利要求4所述的能量存储装置，其中所述压强调节系统与所述壳体组合地在所述能量存储装置的工作寿命期间在所述电池堆叠体上施加不小于约30kPa的压强。6.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述压强调节系统包括多个弹性层，其中所述多个弹性层中的一个弹性层位于所述壳体与所述多个锂离子电池中与所述壳体相邻的一个锂离子电池之间。7.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述压强调节系统包括多个弹性层，其中一个弹性层位于所述多个锂离子电池中的每一个锂离子电池之间。8.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述压强调节系统包括多个弹性层和多个散热层，其中所述多个弹性层位于所述多个锂离子电池中...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明，
申请(专利权)人：新强能电池公司，
类型：发明
国别省市：