專利名稱：具有改進的外殼的雙極電化學電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及鋰電化學發電機的領域，所述鋰電化學發電機根據在至少一個電極中鋰的嵌入(insertion)或脫嵌(deinsertion)的原理，或換言之鋰的嵌入-脫嵌(intercalation-deintercalation)原理而運行。更具體地，涉及包括至少一個具有雙極性功能的集電體(集電器，currentcollector)的鋰電化學電池，也被稱為雙極電池:在這樣的雙極電池中，雙極集電體(也被稱為雙極電極)在它的相反面上支撐具有異號的電極材料中的每一種，即具有通過該面中的一個支撐的陰極(正極)和通過該相反面中的另一個支撐的陽極(負極)。本發明的目的是生產一種新的電化學電池外殼,更具體地,一種雙極電池的外殼，以及來代替已知的柔性或剛性類型的外殼。
背景技術：
常規鋰離子電池的構造是一種可以適于用作單極的構造，因為它具有包括一個陽極、一個陰極和電解質的單獨的電化學單電池(電化學電池，electrochemical cell)。單極構造幾何形狀的幾種類型是已知的:-圓柱幾何形狀，如在專利申請US2006/0121348中所公開的，-棱形幾何形狀，如在專利US7348098、US 7338733中所公開的，-基于堆疊的幾何形狀，如在專利申請US2008/060189、US 2008/0057392、和專利US 7335448中所公開的。單極構造是通過卷繞體(卷繞，winding)得到的。卷繞體由在其上連續沉積正極(陽極)材料的集電體、夾入負極(陽極)材料(該材料自身沉積在另一個集電體上)之內的由聚合物或陶瓷材料制成的隔膜組成。這種單極構造的主要優點是它具有較大的材料的活性區域，但是電位差限于所使用的兩種電極材料之間的電位差的單位值，這也是具有基于堆疊的幾何形狀的情況。為了增加單極Li離子電池的平均電位，同時保持可比的能量密度，已知的是生產具有串聯的多個電化學單電池的電池。從而，電池的構造適于作為雙極，因為它包括一個單電池的陰極和相鄰單電池的陽極，其通過以極板(plate)的形式的同一個集電體來支持，該集電體本身適于作為雙極電極。從而雙極電池的構造是幾個單極電池通過雙極電極或集電體的串聯連接，然而優點是，與通過外部連接器串聯連接的單極性電池相比它具有較低的電阻。在這一點上，可以引用許多涉及這類雙極電池的專利申請或專利，如US 7279248、US 7220516、US 7320846、US 7163765、WO 03/047021、WO 2006/061696、US 7097937 和 US2007/00115047。雙極電池其次的優點是它們具有較低的質量、較低的電阻，而且它們不包括多余的體積。在設計雙極電池方面的主要困難是隔室(compartment)的生產，隔室完全被通常處于液體形式的電解質彼此密封。實際上，不良的密封引起雙極電池的故障。
此外，這通過與雙極Li離子電池的領域相關的專利文獻中的大部分涉及密封溶液以防止電解質從一個隔室泄漏至另一個(離子短路)的事實證實。在如上所述的這些專利申請或專利中，可以提及專利US 7220516，它描述了在隔室之間具有密封并具有粘合至雙極集電體外周上的柔性粘性膜的方案。還可以提及專利US 7320846，它描述了包括在樹脂中包住集電體和電解質的方案。還可以提及專利U S 716 3 76 5，它描述了具有設置在雙極性集電體之間的、由聚酰胺/ P P制成的混合支柱(strut)的密封溶液，其中將聚酰胺以距離單電池一定的間隔直接粘結至集電體的外周上。對于這部分，專利US 7097937提出了雙重密封方案(double sealing solution)，因為將由氟聚合物制成的內部屏障安裝在雙極集電體的外周上，并將由柔性體制成的外部框架安裝在該屏障的外部，在雙極性集電體上及其周圍，可能具有安裝在該集電體上的由柔性體制成的另外的環。最近，可以提及以申請人的名義的專利申請EP 2073300，其提出了一種解決方案，其中極板的尺寸相對于鄰近于它們的極板是增加的，并且在互連的極板之間插入的密封裝置橫向偏移，以便在單電池的堆疊軸上，兩個密封的位置彼此不成一直線。從而，可以將用以改進阻擋Li離子雙極電池中液體電解質的隔室的相互密封的預先構想的方案總結如下:-以極板形式的雙極電極的系統生產，該雙極電極的任一側涂以不同極性的材料；-在極板的外周上使用各種結合劑(bond)或樹脂，用以隔室之間的密封，通過電池的整體密封(稱為外殼)可以將其制成更大；-增加雙極集電體極板形式，以產生對電解質的另外的屏障。在某些雙極電池中，可以用離子型導體(傳導性凝膠或聚合物)來取代廣泛使用的液體電解質和隔膜，所述離子型導體稱為“全固體”導體。然后可以除去隔室之間的密封，并且僅保留雙極元件的整體密封(外殼)。在下面并且在本發明的背景下使用術語“雙極元件”，用來指代由雙極電極的組件形成的堆疊、具有該堆疊任一側的它們的單極電極的電化學單電池、以及生產雙極電池結構。取決于所尋找的應用的類型，目的是制造柔性的雙極鋰離子元件、或剛性的雙極元件:于是外殼是柔性的、或剛性的，并且以某些方式構成外殼。目前柔性外殼是由多層材料制造的，其典型地由被聚合物覆蓋的鋁層的堆疊組成。在大多數情況下，覆蓋鋁的聚合物選自聚乙烯(PE)、丙烯或聚酰胺(PA)，或者，可以是以由聚酯-聚氨基甲酸酯組成的粘合層的形式。Showa Denko公司出售這類復合材料，用作電池的外殼。這類柔性外殼由Showa Denko公司提供的鋁層的堆疊制造，例如，參考N。ADR-0N25/AL40/CPP40或N。ADR-0N25/AL40/CPP80。柔性外殼也可以由樹脂組成，其將元件裝入它的外周或在它的全部外表面上，以改進隔室彼此之間的密封，如在專利申請JP2000030746中所描述的。但是在這種情況下，所引用的任何柔性外殼的類型不能允許向雙極元件施加壓力。并且在雙極元件的任一側表面上施加的壓力，必然是為了令人滿意的操作，更具體地，當它包括超過兩個電化學隔室時。從該觀點來看，剛性外殼是令人滿意的，因為它們允許在雙極元件的任一側表面上保持足夠的壓力，以便確保在這些隔室的每一個中的電極和隔膜之間令人滿意的接觸。然后所提及的是這類剛性外殼的基部功能，最終，僅向雙極元件施加壓力，因為事先將隔室中的每一個預先密封以防止空氣和使用上述方案的液體電解質。這類剛性外殼的實例在專利US5，595，839中描述:該方案包括在由兩個擰在一起的半殼(half-shell)形成的外殼中設置雙極元件，以保持在該雙極元件的活性部分中的每一個之間的最佳接觸。該外殼是實驗性的外殼，它不能用作工業化外殼，因為該外殼較重，對于電池而言，這意味著所得的較低的比能量。在專利US5，618，641中給出了另一個實例，其中，用于向Li離子雙極元件施加壓力的系統構成了裝有彈簧的較重的剛性外殼。因此，目前使用的剛性外殼可能是較重的，并且由此生成的Li離子電池也具有較低的比能量。然后，本發明的目的是提出一種用于雙極電化學電池(如Li離子雙極電池)的新的外殼，以便構成沒有現有技術的外殼的缺點的雙極電池。
發明內容
為了實現這一點，本發明的目的是包括至少一個雙極元件、和封裝該雙極元件的外殼的雙極鋰電化學電池，其特征在于，該外殼由包含基質和至少一種多孔增強物的復合材料組成，其中，所述基質包含至少一種浸潰一種或多種多孔增強物的硬化聚合物，其中一種或多種多孔增強物和一種或多種硬化的聚合物包住雙極元件，并向后者的每一側施加確定的壓力，以便維持它的構成之間的確定的接觸。從而，根據本發明，定義了雙功能外殼，其包括至少兩部分，SP:.至少一種多孔增強物，需要該多孔增強物以維持Li離子雙極元件的部件之間的最佳接觸，并且，當一種或多種聚合物經受壓力時，該多孔增強物防止它/它們朝著外部蠕動，因此完成維持雙極元件的構成的壓力的功能，.至少一種浸潰多孔增強物的硬化聚合物，如單組分或雙組分樹脂，無論用加強元件填充與否，該硬化的聚合物提供密封。當基質(一種或多種硬化聚合物)和一種或多種多孔增強物完全包住Li離子雙極元件時，壓力將施加于其表面的每一側上。然后一種或多種聚合物滲透增強物的裂縫。當樹脂硬化時，壓力施加于Li離子雙極元件上，典型地，該Li離子雙極元件通過壓力機而得至IJ，通過所形成的復合物保持，并且可以將所嵌入的雙極元件從壓力機中除去。Li離子雙極構造使得可以構想另一種類型外殼。實際上，在雙極元件的隔室的每一個中已經將液體電解質捕獲，并與外部隔離(將隔室密封，以阻隔氣體并阻隔電解質)。于是對于雙極元件而言，外殼的功能僅是維持Li離子雙極元件的部件(電極、隔膜)之間的最佳接觸壓力。然而，如果必須加強密封，則可以在雙極元件的整個外表面內加入雙重套管(double sleeve)(樹脂)。 根據本發明的增強物可以是織物，如塔夫綢(taffeta)、嗶嘰(serge)、緞(satin)等，或具有不同織物的另一種類型。它也可以是非織物(墊子(mat))。根據本發明的增強物可以由長纖維或短纖維組成。根據本發明的增強材料可以由金屬氧化物和水合物或有機填料(用作熱固性樹脂的填料的纖維素類填料)、礦物填料(碳酸鹽白堊、硅酸鹽、滑石(其起熱絕緣和水電阻的作用)、硅灰石(主要與聚酰胺類一起使用)、粘土和硅鋁酸鹽組成。
根據本發明的增強物可以包括玻璃纖維(切斷的纖維、粉末、中空球、微球)、碳纖維(炭黑、碳納米管、切斷的碳纖維)、纖維素纖維、二氧化硅(或石英)纖維、芳香族聚酰胺纖維、硼纖維、高模量聚乙烯、或天然纖維(谷物、香蕉樹、椰子樹等)。根據本發明的增強物可以屬于上述各族中的每一個，或者由上述各族的混合物組成。根據本發明的增強物優選是纖維基材料、或由織物組成，其能夠容易設定復合物的厚度，即基質和增強物的總厚度。根據本發明的增強物可以是非傳導性的(在上文給出的清單之中)并且全部包住雙極元件。根據本發明的增強物還可以是非傳導性的(在上文給出的清單之中)但是用金屬瓷漆涂層覆蓋。有利地，根據本發明的增強物是至少部分傳導性的。然后應當注意的是，僅部分覆蓋雙極元件的上面和下面，以便防止在兩個面之間的任何電短路。然后將非傳導性的外周框架(例如由用樹脂浸潰的非導電織物組成的)設置在雙極元件的外周上。根據本發明增強物可以是相對較細網格的集電體柵格(Al或Cu)(優選〈1mm)，以便雙極元件的表面不會由于網格而經受“波”現象。作為適合于本發明背景的一種或多種浸潰聚合物，可以構想以下各項:-熱固性樹脂(飽和或不飽和聚酯類、乙烯基酯類、環氧樹脂、聚氨基甲酸酯類和聚脲類、聚酰亞胺類、雙馬來酰亞胺類等)；然后，由于由交聯而提供的熱穩定性、化學穩定性和尺寸恒定性，可以構想具有長纖維的增強物，-熱塑性基質，包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰胺-酰亞胺、聚醚-酰亞胺基質；在使用除長纖維(無論是否是織物)之外的熱塑性基質的情況下，為了改進的熱性質和機械性質，以及令人滿意的尺寸穩定性，則可以構想使用短纖維的另外的增強物。可以優選使用具有高玻璃轉變溫度Tg并且因此它們在環境溫度下是剛性的環氧樹脂、聚氨基甲酸酯、聚酰亞胺、丙烯酸或苯乙烯樹脂。這些樹脂具有抵抗可能發生在它們所圍住的雙極元件中的任何電解質泄漏的優點。也可以有利地使用單組分或雙組分樹脂或可以在UV輻照下進行光聚合的樹脂，以便在環境溫度下使它們發生硬化，從而不存在對于施加熱的要求。可以使用未填充或填充的樹脂。優選樹脂是非傳導性的，盡管導電樹脂可以用于僅覆蓋元件的活性表面(或活性表面的一部分)。優選一種或多種多孔增強物由至少兩部分組成，其中的一部分在雙極元件的每一個面上。根據一個變體，形成電池的充電端子的極柱(電極，極點，poles)由極耳(片，tab)組成，該極耳從電池內部朝著外部延伸，從一種或多種硬化聚合物中伸出。根據另一個變體，形成電池的充電端子的極柱由至少兩個接觸點組成，其中的一個安裝在電池的一面上，并且其中相反極性的另一個安裝在電池的另一面上。根據該變體，極柱由至少四個接觸點組成，其中電池的每個面包括至少兩個極柱，一個負的和一個正的，在每個角具有極柱，并且一個面的兩個極柱面對另一個面的兩個極柱中的每一個，并且其中在給出的角的兩個極柱的極性相同。
優選實施方式由具有一種或多種由碳纖維制成的多孔增強物的復合材料、和作為硬化聚合物的環氧樹脂組成。本發明的另一個目的是一種用于生產包括雙極元件的鋰雙極電化學電池外殼的方法，根據該方法完成以下步驟:a/在模具中，在由至少一種聚合物或一種或者多種單體浸潰的至少一種多孔增強物的兩部分之間安裝包括雙極元件的子組件，b/在模具中，向該子組件的兩個浸潰過的增強部分的每一側施加確定的壓力，直至一種或多種聚合物硬化。對于步驟a/，在將它們安裝暴露于所述雙極元件周圍之后，可以構想兩個多孔增強部分的浸潰。可替換地，可以構想由至少一種聚合物或一種或多種單體進行預浸潰的多孔增強部分(也通過術語“預浸料(Pr印reg)”指代)。為了完成根據本發明的方法的步驟b/，為了在雙極元件的組件之間的最佳接觸，使用壓力機施加必要的壓力。在具有不同數目隔室的雙極元件上進行的內電阻測量已經揭示了待施加的壓力取決于堆疊的隔室的數目。例如，在包括數目在I至13之間的堆疊隔室的、具有700mAh容量的雙極元件的情況下，可以得知待施加的壓力從0.05MPa至0.5MPa變化。步驟b/優選在環境溫度下完成。根據本發明的增強物當經受可以高達0.5MPa的壓力時，優選能維持充分的多孔性，典型地約40%，以便在施加壓力期間能夠由樹脂令人滿意地浸潰增強物。最后，本發明涉及組件(裝配，assembly)，通常由術語“電池組”指代，由根據本發明的多個雙極電池制成。組件可以在于，通過上文限定的電池的堆疊(疊層，堆疊體)，而進行具有平坦的接觸端子的電子串聯電池的連接，其中，兩個相鄰電池之間的相反極性的接觸點相接觸。另一個組件可以在于，通過上文限定的電池的行，而進行具有平坦的接觸端子的電并聯電池的連接，其中，相同極性的接觸點通過電連接片彼此連接。另一個組件可以在于，通過上文限定的電池的堆疊，而進行具有平坦的接觸端子的電池的電并聯電池的連接，其中，兩個相鄰電池之間的相同極性的接觸點相接觸。有利地，所給出的組件的所有電池具有相同的單位功率，典型地為15Wh的數量級。
通過閱讀作為圖解而給出的詳細說明可以推論本發明的其他優點和特征，并且不是限制性地，參考分別表示如下的下列圖:-圖1是根據現有技術沒有其外殼的鋰雙極電池的示意性的縱向剖視圖，-圖2A是示出了根據本發明的沒有其外殼的雙極元件的正視圖，-圖2B是示出了根據現有技術的包括具有柔性外殼的鋰離子雙極電池的正視圖，-圖2C是示出了根據現有技術的包括具有剛性外殼的雙極元件的鋰離子雙極電池的正視圖，
-圖3A至圖3D是示出了制造根據本發明的具有其外殼的鋰離子雙極電池的不同步驟的示意性分解透視圖，-圖3E是根據步驟3A至步驟3D的方法得到的根據本發明的具有外殼的鋰離子雙極電池的透視圖，-圖4A和圖4B分別是根據本發明的變體的具有外殼和極柱的鋰離子雙極電池的完成透視圖和分解透視圖；-圖5A和圖5B分別是根據本發明的另一個變體的具有外殼和極柱的鋰離子雙極電池的完成的透視圖和分解透視圖；-圖6A和圖6B分別是根據圖5A和圖5B的多個電池的串聯組件的完成透視圖和分解透視圖；-圖7是根據圖5A和圖5B的多個電池的并聯組件的分解透視圖；-圖8是根據本發明的變體的具有外殼和極柱的鋰離子雙極電池的完成透視圖；-圖9A和圖9B分別是根據圖8的多個電池的并聯組件的完成透視圖和分解透視具體實施例方式為了清楚，術語“傳導性的(導電的)”和“非傳導性的(非導電的)”根據導電性來使用。根據現有技術的Li離子雙極電池已經在圖1中示出，如在專利申請W003/047021中所示出的，它沒有外殼。該電池在其上部包括傳導性的鋁襯底13 (正端子集電體)和由正的鋰插入材料(如Li1.04Mhl96O4)制成的活性層14，并且在其下部包括傳導性的鋁襯底21 (負端子集電體)和由負的鋰嵌入材料(如Li4Ti5O12)制成的活性層20。在該電池內部，在以極板形式的傳導性鋁襯底17的任一側具有雙極電極10的雙極元件I (也被稱為雙極集電體)包括正活性層18和負活性層16。底部電極20和上部電極14通過兩個隔膜15、19與雙極電極I隔開,其中電解質以液體或凝膠形式存在。對在兩個相鄰設置的電化學單電池14、15、16和18、19、20之間的電池的電解質的密封是通過密封件22提供的，密封件22是通過在所有的電極和極板17的外周沉積樹脂或粘合劑而生產的。根據本發明，具有至少兩個隔室的雙極元件1，是嵌入的，因此由具有密封件22的元件14、15、16、17、18、19、20組成，如在圖2A中較好示出的。在圖2B中示出了根據現有技術的具有柔性外殼2的鋰離子電池。在這里極柱3+、3-由在外殼2外部橫平面中延伸的片組成。在圖2C中示出了根據現有技術的具有剛性外殼2的鋰離子電池。在這里極柱3+、3-由在外殼2的前面和背面上的金屬接觸點組成。當它們已經被密封或焊接時，根據現有技術的柔性或剛性Li離子雙極電池的外殼，首先使得液體電解質分離，并防止環境空氣與所有氣體的交換，其次，使得完成雙極元件的各部件之間的最佳接觸(圖2C)。然而，剛性外殼可能較重。
在圖3E中，示出了根據本發明的具有提供24V電壓的雙極元件I的雙極電池，該雙極電池由數量為13個的單位隔室組成，陰極和陽極材料分別是LiFeP04/Li4Ti5012。雙極元件I封裝在由包含環氧樹脂5和碳纖維織物4的復合材料組成的剛性外殼中。為了生產具有剛性外殼的該電池I，執行以下步驟:步驟1:雙極元件I的厚度單獨是3mm。所使用的碳纖維織物4的每個部分4a、4b的厚度的數量級為1mm，典型地小于5mm。雙向碳纖維織物4的兩個部分4a、4b設置在雙極元件I的整個表面上，雙極元件I已經將其外周預先密封在樹脂22內:從而多孔增強物4的兩個部分4a、4b延伸超出極性元件I的表面至少等于2mm的外周寬度(圖3A)。步驟2:將模具M (對其尺寸進行選擇以使它們為所期望得到的組件的最終尺寸的數量級)設置在壓力機的板上(圖3B)。然后將雙極元件I (用碳纖維織物4將其覆蓋)放置在模具中(圖3C)。在模具的底部，沉積樹脂5。將相同的樹脂5沉積在織物4的頂部(部分4a)上。樹脂5優選是環氧樹脂。雙極元件還可以包在預浸樹脂纖維的單獨織物4中，其作用是，于是不需要在上述模具中在暴露的織物的部分4a之上沉積樹脂。步驟3:向該子組件施加數量級為0.5MPa的壓力。維持壓力直至樹脂5硬化(圖3D)。最后，當樹脂5已經硬化時，將具有由復合材料4、5制成的剛性外殼(雙極元件I封裝在其中)的雙極元件I從壓力機中移除。以此方式1、4、5得到的Li離子雙極電池的樹脂的外部厚度等于碳纖維織物4的厚度(圖3E)。在圖3E中示出的根據本發明的電池沒有正極或負極，即末端集電體。下面詳細描述具有其極柱的電池的不同變體實施方式。根據一個變體，首先可以生產根據本發明的電池，具有從內部沿著同一側延伸的以兩個極耳(tab) 3+,3-的形式的極柱。首先生產具有極耳3+、3_的雙極元件1，極耳3+、3-從雙極元件的內部朝著外部的方向沿著同一側延伸。然后如上所述參考步驟I至3完成根據本發明的具有外殼的電池的生產，具有以非導電織物或墊子的框架的形式的兩個增強部分4a、4b，并將樹脂5傾注到后者上(圖4B)。對金屬極耳3+、3_的長度進行自然選擇，使得它們從電池的側面的硬化樹脂5中伸出(圖4A)。根據另一個變體，可以生產根據本發明的電池，具有以兩個接觸點3+、3_形式的極柱，每一個在外殼的一個面上(圖5A)。然后如上所述參考步驟I至3完成具有外殼的電池的生產，具有以導電織物或墊子的框架的形式的兩個增強部分4a、4b，以非導電織物或墊子的框架的形式的兩個另外的增強部分6a、6b，并將樹脂5傾注到這些織物或墊子上(圖4B)。傳導性的增強框架4a、4b大致具有雙極元件I的功能部分的表面尺寸，即在其外周沒有執行密封件22的部分。另外的增強框架6a、6b (其是非傳導性的)對于它們的部分而言，適于框架4a、4b的外周。從而剛性連接至傳導性的增強框架4a、4b的金屬板7+、7_的部分形成接觸點3+、3_。可以構想，在傾注樹脂5之前，或之后，當其硬化時，將金屬板的這些部分剛性連接至框架4a、4b。在后一種情況下，應當注意當傾注樹脂5時留出框架部分4a、4b。如在圖6A中所示出的，根據圖5A，高電壓的組件8 (通常通過術語“電池組”指代)可以在沒有任何另外電連接的情況下，通過將幾個電池串聯連接而生產。為了完成這一點，如在圖6B中所示出的，將根據圖5A的多個電池堆疊，以使得兩個相鄰電池之間的相反極性的接觸點3+、3_相接觸。為了清楚，因為該圖6B是分解透視圖，對于所有電池而言，只能看到具有相同極性的接觸點3_。從而，通過堆疊十個具有單位功率等于15Wh的同樣的雙極元件的電池，可以得到能夠供給240V電壓的組件或電池組8。如在圖7中所示出的，通過將根據圖5A的幾個電池并聯設置，可以生產具有最少的另外電連接的高能組件或電池組8’。為了完成這一點，根據圖5A將多個電池并排地放置，首先使兩個相鄰電池的正接觸點相接觸，其次使負接觸點相接觸。電連接的數目是最小的，因為只在該電池行的兩側加入兩個連接片9+、9_，從而，其中這些連接片9+、9_形成電池組8的末端集電體。從而，通過形成十個具有單位功率等于15Wh的同樣的雙極元件的電池的行，組件或電池組8可以得到150Wh的總電力。從而，本發明的發明人認為根據圖7的這種組件8完全適于安裝在稱為微型混合動力車(micro-hybrid)的電動車中。在圖8中，已經示出了具有四個極柱的電池，其中的兩個是負的，3_，并且其中的兩個是正的，3+，其中所有都是以連接到雙極元件I上的金屬極耳的形式，并向電池的各面折疊。更精確地，在一個角上，每個極耳3向電池的一個面折疊。在一個給定的角中，相同極性的兩個極耳分別向一個面上折回。換言之，電池的每個面包括四個極柱，它們中的兩個是負的，3_，并且它們中的兩個是正的，3+，在每個角具有極柱，并且一個面上的四個極柱與另一個面上的四個極柱中的每一個是相反的，其中給定角的兩個極柱的極性相同。如在圖9A中所示出的，在沒有任何另外電連接的情況下，通過將根據圖8的幾個電池并聯設置，可以生產高能組件或電池組8’’。為了完成這一點，使根據圖8的多個電池堆疊，以使得兩個相鄰電池之間的所有相反極性的接觸點3+、3_相接觸，如在圖9B中所示出的。從而，通過形成十個具有單位功率等于15Wh的同樣的雙極元件的電池的疊層，可以得到具有150Wh總功率的組件或電池組8。從而，根據圖9B的組件8，’是根據圖7的組件8’的替代圖，以組成150Wh的電池組。與圖7的組件相比，圖9A和圖9B的組件的主要優點是它的緊湊性。應當指出，對于每個面具有少至兩個接觸點是可能的，但是如在圖9B中示出的，通過在雙極電池的各角中的每一個設置一個，可以改進所得到的組件的導電性或電壓縮。
權利要求
1.一種雙極鋰電化學電池(A)，包括至少一個雙極元件(I)、和封裝所述雙極元件的外殼(4、5)，其特征在于，所述外殼由包含基質和至少一種多孔增強物的復合材料組成，其中，所述基質包括至少一種浸潰所述一種或多種多孔增強物的硬化聚合物(5)，其中所述一種或多種多孔增強物(4)和所述一種或多種硬化聚合物(5)包住所述雙極元件，并向所述雙極元件的任一側施加確定的壓力，以便維持它的組成之間確定的接觸。
2.根據權利要求1所述的鋰雙極電化學電池(A)，其中，所述一種或多種多孔增強物是一種或多種織物和/或一種或多種墊子。
3.根據權利要求1或2所述的鋰雙極電化學電池(A)，其中，所述一種或多種多孔增強物(4)由至少兩個部分(4a、4b)組成，一個部分在所述雙極元件(I)的每個面上。
4.根據前述權利要求中的一項所述的鋰雙極電化學電池(A)，其中，形成所述電池的充電端子的極柱(3+、3_)由極耳構成，所述極耳從所述電池的內部朝向外部延伸，從所述一種或多種硬化聚合物中伸出。
5.根據權利要求1至3中的一項所述的鋰雙極電化學電池(A)，其中，形成所述電池的充電端子的極柱(3+、3_)由至少兩個接觸點構成，一個接觸點安裝在所述電池的一個面上，并且相反極性的另一個接觸點安裝在所述電池的另一個面上。
6.根據權利要求5所述的鋰雙極電化學電池(A)，其中，所述極柱由至少四個接觸點構成，其中所述電池的每個面包括至少兩個極柱，一個負的(3-)和一個正的(3+)，在每個角具有極柱，并且一個面的兩個極柱面對另一個面的兩個極柱中的每一個，并且其中給定角的兩個極柱的極性相同。
7.根據權利要求2至6中的一項所述的鋰雙極電化學電池(A)，其中，所述一種或多種多孔增強物由碳纖維制成，并且所述硬化聚合物是環氧樹脂。
8.一種用于生產包括雙極兀件的鋰雙極電化學電池(A)的外殼的方法,根據所述方法完成以下步驟: a/在模具M中，在由至少一種聚合物(5)或者一種或多種單體浸潰的至少一種多孔增強物的兩個部分(4a、4b)之間安裝包括雙極元件(I)的子組件， b/在所述模具中，向所述子組件的兩個浸潰過的增強物部分的任一側施加確定的壓力P，直至所述一種或多種聚合物硬化。
9.根據權利要求8所述的方法，據此，在將兩個多孔增強部分(4a、4b)安裝暴露于所述雙極元件周圍之后通過對它們進行浸潰來完成步驟a/。
10.根據權利要求8所述的方法，據此，通過多孔增強部分來完成步驟a/，所述多孔增強部分已經通過至少一種聚合物或者一種或多種單體預浸潰。
11.根據權利要求8至10中的一項所述的方法，據此，在環境溫度下完成步驟b/。
12.根據權利要求8至11中的一項所述的方法，據此，通過在0.05MPa至0.5MPa之間的壓力P來完成步驟b/。
13.一種包括根據權利要求5所述的電池的堆疊的組件(8)，其中，在兩個相鄰電池之間的相反極性的接觸點(3+、3_)相接觸。
14.一種包括根據權利要求5所述的電池的行的組件(8’)，其中，相同極性的接觸點(3+,3-)通過電連接片(9+ 、9_)彼此連接。
15.一種包括根據權利要求6所述的電池的堆疊的組件(8’’)，其中，在兩個相鄰電池之間的相同極性的接觸點(3+、3_)相接觸。
16.根據權利要求13 至15中的一項所述的組件，其中，所有所述電池具有相同的單位功率。
全文摘要
本發明涉及一種用于包括雙極元件的鋰雙極電化學電池(A)的新型外殼。根據本發明，該外殼由包含基質和至少一種多孔增強物的復合材料組成，其中，該基質包括至少一種浸漬有一種或多種多孔增強物的硬化聚合物。所述一種或多種多孔增強物(4)和一種或多種硬化聚合物(5)包住雙極元件(1)，并在雙極元件的任一側上保持預定的壓力，以便維持它的組成之間預定的接觸。
文檔編號H01M2/30GK103081160SQ201180041219
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月23日 優先權日2010年8月24日
發明者瑪麗安娜·沙米, 利昂內爾·皮卡爾 申請人:法國原子能及替代能源委員會