BR112017010966B1 - Bateria recarregável de alta densidade de energia com limitador de corrente interna e interruptor e método para interromper a corrente dentro de uma bateria - Google Patents

Bateria recarregável de alta densidade de energia com limitador de corrente interna e interruptor e método para interromper a corrente dentro de uma bateria Download PDF

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Abstract

Uma bateria recarregável de alta densidade de energia (HEDR) emprega um limitador de corrente/interruptor de corrente combinado para evitar a fuga térmica no caso de descarga interna ou outra interrupção do separador. O limitador de corrente/interruptor de corrente combinado é inferior à bateria.

Description

Referência Cruzada a Pedidos Relacionados
[001] Esse pedido reivindica prioridade dos cinco pedidos provi sórios a seguir: pedido provisório U.S. No. 62/084.454, depositado em 25 de novembro de 2014, intitulado "Battery Safety Device;" pedido provisório U.S. No. 62/114.001, depositado em 9 de fevereiro de 2015, intitulado "Rechargeable Battery with Resistive Layer for Enhanced Safety;" pedido provisório U.S. No. 62/114.006, depositado em 9 de fevereiro de 2015, intitulado "Rechargeable Battery with Temperature Activated Current Interrupter;" pedido provisório U.S. No. 62/114.007, depositado em 9 de fevereiro de 2015, intitulado "Rechargeable Battery with Voltage Current Interrupter;" e pedido provisório U.S. No. 62/114.508, depositado em 10 de fevereiro de 2015, intitulado "Rechargeable Battery with Internal Current Limiter and Interrupter," além do pedido de patente U.S. No. 14/714.160 depositado em 15 de maio de 2016, intitulado "Rechargeable Battery with Internal Current Limiter and Interrupter," as descrições dos quais são todas incorporadas aqui por referência, cada uma em sua totalidade.
Antecedentes Campo Técnico
[002] Essa descrição refere-se a um limitador de corrente interna ou interruptor de corrente utilizado para proteger uma bateria no caso de um curto-circuito interno ou sobrecarga resultar em fuga térmica. Em particular, se refere a uma bateria recarregável de alta densidade de energia (HEDR) com segurança aperfeiçoada.
Antecedentes
[003] Existe a necessidade de se ter sistemas de bateria recarre gáveis com segurança melhorada que apresentem uma alta densidade de energia e, dessa forma, sejam capazes de armazenar e distribuir grandes quantidades de energia elétrica por volume unitário e/ou peso. Tais sistemas de bateria de alta energia, estáveis, possuem utilidade significativa em várias aplicações incluindo equipamento militar, equipamento de comunicações, e robótica.
[004] Um exemplo de uma bateria recarregável de alta densidade de energia (HEDR) comumente em uso é a bateria de íon de lítio.
[005] Uma bateria de íon de lítio é uma bateria recarregável onde íons de lítio movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta quando está carregando. As baterias de íon de lítio podem ser perigosas sob algumas condições e podem representar um risco à segurança. O teor de energia de fogo (elétrica + química) das células de óxido de cobalto e lítio é de cerca de 100 a 150 kJ por A-h, a maior parte, química. Se sobrecarregadas ou superaquecidas, as baterias podem sofrer de fuga térmica e ruptura de célula. Em casos extremos, isso pode resultar em combustão. Além disso, o curto-circuito da bateria, seja externo ou interno, fará com que a bateria superaqueça e, possivelmente, incendeie.
Sobrecarga
[006] Em uma bateria de íon de lítio, o trabalho útil é realizado quando os elétrons fluem através de um circuito externo fechado. No entanto, a fim de se manter a neutralidade da carga, para cada elétron que flui através do circuito externo, deve haver um íon de lítio correspondente que é transportado de um eletrodo para o outro. O potencial elétrico que aciona esse transporte é alcançado pela oxidação de um metal de transição. Por exemplo, cobalto (Co), de CO3+ a Co4+ durante a carga e reduzido de Co4+ para Co3+ durante a descarga. De forma convencional, Lii-zCoO2 pode ser empregado, onde o coeficiente x re- presenta a fração molar de ambos o íon de Li e o estado oxidativo de CoO2, como, Co3+ ou Co4+. Empregando-se essas convenções, a meia-reação do eletrodo positivo com a bateria de lítio e cobalto é representada como segue:
Figure img0001
[007] A meia-reação do eletrodo negativo é representada como segue:
Figure img0002
[008] A reação do eletrodo de cobalto é reversível limitada a x < 0,5, limitando a profundidade da descarga permitida devido às considerações com a vida de ciclo e a estabilidade de LiCoO2. A sobrecarga resulta na síntese de óxido de cobalto (IV), como segue:
Figure img0003
[009] LiCoO2 decomporá em CoO2 e liberará uma grande quanti dade de calor e oxigênio. O oxigênio liberado oxidará, então, o eletróli- to, que resultará em fuga térmica. Esse processo é irreversível. Portanto, o que se precisa é de algum dispositivo ou projeto que possa decompor abaixo ou antes da decomposição positiva. Esse dispositivo protegerá a célula de fuga térmica.
Fuga térmica
[0010] Se o calor fornecido por uma bateria de íon de lítio exceder sua capacidade de dissipação de calor, a bateria pode se tornar suscetível a fuga térmica, resultando no superaquecimento e, sob algumas circunstâncias, em resultados destrutivos tal como incêndio ou explosão violenta. A fuga térmica é um circuito de retorno positivo onde um aumento na temperatura muda o sistema de modo a causar aumentos adicionais na temperatura. O calor excessivo pode resultar do gerenciamento defeituoso da bateria, defeito da bateria, acidente ou outras causas. No entanto, o excesso de fornecimento de calor resulta frequentemente de um aquecimento joule aumentado decorrente de excessiva corrente interna ou de reações exotérmicas entre os eletrodos positivo e negativo. A corrente interna excessiva pode resultar de uma variedade de causas, mas uma redução da resistência interna devido ao curto-circuito do separador causado por fatores tal como partículas condutoras sendo lançadas através do separador é uma possível causa. O calor resultante do curto-circuito do separador causar uma brecha adicional dentro do separador, resultando em uma mistura de reagentes de eletrodos negativos e positivos e o fornecimento de calor adicional devido à reação exotérmica resultante.
Curto-circuito Interno
[0011] Baterias de íon de lítio empregam um separador entre os eletrodos negativo e positivo para separar eletricamente os dois eletrodos um do outro enquanto permite que os íons de lítio atravessem. Quando a bateria realiza o trabalho passando os elétrons através de um circuito externo, a permeabilidade do separador a íons de lítio permite que a bateria feche o circuito. O curto-circuito do separador por fornecimento de um percurso condutor através do mesmo permite que a bateria descarregue rapidamente. Um curto-circuito através do separador pode resultar de carga e descarga inadequadas ou defeitos de fabricação da célula tal como impurezas de metal e formação de fragmentos metálicos durante a produção do eletrodo. Mais particularmente, o carregamento inadequado pode resultar em deposição de dendritos de lítio metálico na superfície do eletrodo negativo e esses dendritos crescem para penetrar no separador através de nano poros de modo a fornecer um percurso condutor para os elétrons de um eletrodo para o outro. Adicionalmente, a descarga inadequada em ou abaixo de 1,5V causará a dissolução do cobre que, por fim, pode resultar na formação de dendritos de cobre metálico na superfície do eletrodo negativo que também podem crescer para penetrar o separador através do nano poro. A menor resistência desses percursos conduto- res permite a descarga rápida e o fornecimento de calor joule significativo. O superaquecimento e a fuga térmica podem resultar.
[0012] O que se precisa é de uma combinação de limitador de cor rente interna e interruptor de corrente que possa, primeiramente, limitar a taxa de descarga interna resultante de um curto-circuito interno de modo a reduzir o fornecimento de calor Joule, se a taxa de descarga interna for insuficientemente limitada, também pode interromper o curto-circuito interno para reduzir ainda mais a taxa de descarga interna, independentemente do aumento de temperatura, de modo a evitar fogo e/ou explosão.
Sumário
[0013] Em um primeiro aspecto, é fornecida, em algumas imple mentações, uma bateria recarregável de alta densidade de energia (HEDR), aperfeiçoada, de um tipo que inclui dois eletrodos de polaridades opostas, cada eletrodo caracterizado por sua resistividade; por sua faixa de temperatura operacional segura e sua tensão de carga segura; e um separador para separar os dois eletrodos e evitar a descarga interna entre os mesmos. A bateria HEDR inclui pelo menos um eletrodo empregando um coletor de corrente para transferir elétrons, com o separador sendo submetido a um risco de formação de um curto-circuito, o curto-circuito permitindo potencialmente uma descarga interna rápida entre os dois eletrodos, a rápida descarga interna entre os dois eletrodos permitindo potencialmente uma produção rápida de calor joule, a rápida produção de calor joule permitindo, potencialmente, uma fuga térmica. Na bateria HEDR, os dois eletrodos podem ser submetidos a um risco de sobrecarga acima da tensão de carga segura e a formação de curto-circuito consequentemente e os dois eletrodos podem estar sujeitos a um risco de fuga térmica acima da faixa de temperatura operacional segura. A bateria HEDR pode incluir um aperfeiçoamento para reduzir a taxa de descarga interna resultante do cur- to-circuito, para reduzir a produção de calor joule, e para reduzir o risco de fuga térmica, o aperfeiçoamento inclui: um limitador de corrente formando um acoplamento elétrico entre um dos eletrodos e seu coletor de corrente correspondente, o limitador de corrente possuindo uma resistividade para impedir de forma resistiva a corrente através do mesmo e, no caso de o separador formar o curto-circuito, para desviar a corrente do coletor de corrente de eletrodo ao qual é acoplado, e para reduzir a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos; e um interruptor de corrente possuindo uma configuração engatada, uma configuração desengatada e um componente de fornecimento de gás para transitar o interruptor de corrente da configuração engatada para a configuração desengatada. O componente de fornecimento de gás pode ter um acionador para gerar um gás, o acionador sendo selecionado a partir do grupo que consiste em acionadores de temperatura e acionadores de tensão, e os acionadores de temperatura podem ser ativáveis acima da faixa de temperatura operacional segura. Os acio- nadores de tensão podem ser ativáveis acima da tensão de carregamento segura na configuração engatada, o interruptor de corrente acoplando eletricamente um dos eletrodos e seu coletor de corrente correspondente com uma conexão laminada, e na configuração desengatada, a conexão laminada sendo delaminada e o interruptor de corrente formando um espaço não condutor para interromper o acoplamento elétrico entre o eletrodo e seu coletor de corrente correspon-dente. O interruptor de corrente transita da configuração engatada para a configuração desengatada pelo acionamento de componente de fornecimento de gás em resposta ao acionador, o gás fornecido dela- minando a conexão laminada para interromper o acoplamento elétrico entre o eletrodo e seu coletor de corrente correspondente. O limitador de corrente e o interruptor de corrente, em combinação, diminuem o risco de fuga térmica resultando do curto-circuito do separador, sobre- carga de eletrodo e superaquecimento de eletrodo.
[0014] As características a seguir podem estar presentes na bate ria recarregável de alta densidade de energia, aperfeiçoada (HEDR) em qualquer combinação adequada. O limitador de corrente e o interruptor de corrente podem ser incorporados simultaneamente em uma camada protetora intercalada pela laminação entre o mesmo eletrodo e coletor de corrente. A bateria HEDR pode incluir dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o primeiro eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a segunda parte do primeiro eletrodo intercalada entre a primeira parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado pelo fato de: o limitador de corrente ser colocado em camadas entre a primeira parte do primeiro eletrodo e a segunda parte do primeiro eletrodo; e o interruptor de corrente sendo colocado em camadas entre a segunda parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente. O limitador de corrente pode ser colocado em camadas entre a segunda parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, e o interruptor de corrente pode ser colocado em camadas entre a primeira parte do primeiro eletrodo e a segunda parte do primeiro eletrodo. A bateria HEDR pode ter dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente e os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o limitador de corrente podem ser colocados em camada entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, e o interruptor de corrente pode ser colocado em camadas entre o segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente. Na bateria HEDR, cada eletrodo pode ter uma faixa de tem-peratura para operação segura e uma resistividade interna, e o limitador de corrente pode ter uma resistividade maior do que a resistividade interna do eletrodo com o qual o limitador de corrente é colocado em camadas dentro da faixa de temperatura para operação segura. O limitador de corrente pode não ter um comutador de transição de resistivi- dade em temperaturas dentro da faixa de temperatura para operação segura. A bateria HEDR pode ser tal que cada eletrodo tenha uma faixa de temperatura para a operação padrão e o limitador de corrente possa ter uma transição de resistividade com uma resistividade inferior à resistividade interna do eletrodo dentro da faixa de temperatura para operação padrão e uma resistividade maior do que a resistividade interna do eletrodo acima da faixa de temperatura para operação padrão. A bateria HEDR pode ser tal que cada eletrodo tenha uma faixa de temperatura para operação padrão e o interruptor de corrente possa ser ativado pela temperatura acima da faixa de temperatura para a operação padrão. Em algumas implementações, a bateria HEDR pode ser de um tipo no qual cada eletrodo possui uma faixa de temperatura para a operação padrão e uma faixa de temperatura para operação segura, e onde o interruptor de corrente pode ser ativado pela temperatura acima da faixa de temperatura para a operação padrão e dentro da faixa de temperatura para a operação segura. Em algumas implementações, a bateria HEDR pode ser tal que cada eletrodo tenha uma resistividade interna dentro da faixa de temperatura para a operação segura, onde o limitador de corrente pode ter uma resistividade maior do que a resistividade interna do eletrodo com o qual o limitador de corrente é colocado em camadas dentro da faixa de temperatura para a operação segura. O limitador de corrente e o interruptor de corrente podem ser simultaneamente incorporados a uma camada protetora intercalada pela laminação entre o mesmo eletrodo e o coletor de corrente. A bateria HEDR pode ser de um tipo no qual cada eletrodo possua uma faixa de tensão para a operação padrão, e onde o interruptor de corrente seja ativado pela tensão acima da faixa de tensão, para a operação padrão. A bateria HEDR pode ser de um tipo no qual cada eletrodo possui uma faixa de tensão para a operação padrão e uma faixa de tensão para a operação segura, e onde o interruptor de corrente é ativado por tensão acima da faixa de tensão para operação padrão e dentro da faixa de tensão para operação segura. O limitador de corrente e o interruptor de corrente podem ser incorporados simultaneamente a uma camada protetora intercalada pela laminação entre o mesmo eletrodo e o coletor de corrente.
[0015] Em um aspecto relacionado, é fornecida uma bateria aper feiçoada recarregável, de alta densidade de energia de um tipo incluindo dois eletrodos de polaridade oposta, um separador separando os dois eletrodos, e pelo menos um coletor de corrente acoplado eletricamente a um dos eletrodos, o separador impedindo a descarga interna entre os dois eletrodos, falha do separador causando potencialmente uma descarga interna entre os dois eletrodos, a descarga interna causando um fornecimento de calor joule de perigo potencial, que inclui um interruptor de corrente termicamente ativável e um interruptor de corrente ativável por tensão. O interruptor de corrente termicamente ativável pode ser colocado em camadas pela laminação entre um dos coletores de corrente e um dos eletrodos, o interruptor de corrente termicamente ativável, quando não ativado, acoplando eletricamente o coletor de corrente ao eletrodo com o qual é colocado em camadas, o interruptor de corrente, quando ativado, delaminando do coletor de corrente para formar um espaço não condutor para o desacoplamento elétrico do coletor de corrente do eletrodo com o qual foi colocado em camadas, o desacoplamento elétrico reduzindo a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos no caso de falha de separador. O interruptor de corrente ativável por tensão pode ser colocado em camadas pela laminação entre um dos coletores de corrente e um dos eletrodos, o interruptor de corrente ativável por tensão, quando desativado, aco- plando eletricamente o coletor de corrente ao eletrodo com o qual é colocado em camadas, o interruptor de corrente, quando ativado, de- laminando do coletor de corrente para formar um espaço não condutor para o desacoplamento elétrico do coletor de corrente do eletrodo com o qual foi colocado em camadas, o desacoplamento elétrico reduzindo a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos no caso de falha de separador. Na bateria HEDR, a ativação do interruptor de corrente termicamente ativado ou interruptor de corrente ativado por tensão no caso de falha de separador, pode reduzir o fornecimento de calor joule para diminuir o perigo em potencial.
[0016] Em um aspecto relacionado adicional, é fornecido em al gumas implementações aqui um processo para se evitar a fuga térmica dentro de uma bateria recarregável de alta densidade de energia sofrendo a descarga interna devido à falha de separador, que inclui a delaminação de um eletrodo dentro da bateria a partir de seu coletor de corrente pelo fornecimento de um gás de um material de fornecimento de gás sensível ao calor dentro de uma camada de interrupção intercalada entre o eletrodo e o coletor de corrente, a delaminação elétrica desacoplando o eletrodo de seu coletor de corrente para reduzir a taxa de descarga interna.
[0017] Em um primeiro aspecto, é fornecida aqui uma bateria re- carregável de alta densidade de energia (HEDR) que inclui uma camada de energia anodo, uma camada de energia catodo, um separador entre a camada de energia de anodo e a camada de energia de catodo para evitar a descarga interna, pelo menos um coletor de corrente para transferir elétrons para e de qualquer camada de energia de anodo ou catodo, as camadas de energia de anodo e catodo possuindo, cada uma, uma resistividade interna, a bateria HEDR possuindo uma faixa de temperatura preferida para descarregar corrente elétrica e um limite de segurança de temperatura superior; e uma camada re- sistiva intercalada entre o separador e um dos coletores de corrente, a camada resistiva configurada para limitar a taxa de descarga interna através do separador no caso de falha do separador e o fornecimento de calor joule resultante, a camada resistiva possuindo uma resistivi- dade fixa em temperaturas entre a faixa de temperatura preferida e o limite de segurança de temperatura superior, a resistividade fixa da camada resistiva sendo maior do que a resistividade interna da camada de energia, a camada resistiva para evitar temperaturas acima do limite máximo de segurança de temperatura no caso de falha de separador.
[0018] As características a seguir podem ser incluídas na bateria HEDR em qualquer combinação adequada. Em algumas implementações, a camada resistiva da bateria HEDR pode ser porosa e incluir um pó cerâmico definindo um espaço intersticial, um aglutinante para o preenchimento parcial do espaço intersticial para aglutinar o pó de cerâmica; e um componente condutor distribuído dentro do aglutinando para imprimir resistividade à camada resistiva, o espaço intersticial permanecendo parcialmente não preenchido para imprimir porosidade e permeabilidade à camada resistiva. A camada resistiva pode ser comprimida para reduzir o espaço intersticial não preenchido e aumentar a união do pó de cerâmica pelo aglutinante. A camada resistiva pode incluir mais de 30% de pó de cerâmica por peso. A camada resisti- va pode incluir mais de 50% de pó de cerâmica por peso. A camada resistiva pode incluir mais de 70% de pó de cerâmica por peso. A camada resistiva pode incluir mais de 75% de pó de cerâmica por peso. A camada resistiva pode incluir mais de 80% de pó de cerâmica por peso. A camada resistiva da bateria HEDR pode ser permeável para transportar os portadores de carga iônica. A camada resistiva pode ser não porosa e possuir uma composição que inclui um enchimento não condutor, um aglutinante para unir o enchimento não condutor, e um componente condutor distribuído dentro do aglutinante para imprimir resistividade à camada resistiva. A camada resistiva pode ser impermeável ao transporte de portadores de carga iônica. A resistividade fixa da camada resistiva da bateria HEDR pode ser pelo menos o dobro da resistividade interna de qualquer camada de energia. A resisti- vidade fixa da camada resistiva pode ser pelo menos cinco vezes maior que a resistividade interna da camada de energia. A primeira resisti- vidade da camada resistiva pode ser pelo menos dez vezes a resistivi- dade interna de qualquer camada de energia. A camada resistiva pode não ter uma transformação da fase sólida para a fase não sólida para transformar a resistividade da camada resistiva de baixa resistividade para alta resistividade em temperaturas entre a temperatura operacional máxima e o limite de segurança de temperatura superior. A camada resistiva pode ser não sacrifical em temperaturas abaixo do limite de segurança de temperatura superior. A camada resistiva pode ser sacrifical em temperaturas acima do limite de segurança de temperatura superior. A camada resistiva pode incluir um pó de cerâmica que decompõe quimicamente acima do limite de segurança de temperatura superior para evoluir um gás de retardo de chama. A camada resistiva pode incluir um pó de cerâmica que decomponha quimicamente acima do limite de segurança de temperatura superior para evoluir um gás para delaminação do coletor de corrente da camada resistiva. O coletor de corrente pode incluir um coletor de corrente de anodo para transferir elétrons para e da camada de energia de anodo, onde a camada resistiva é intercalada entre o separador e o coletor de corrente de anodo. A camada resistiva pode ser intercalada entre o coletor de corrente de anodo e a camada de energia de anodo. A camada resisti- va pode ser intercalada entre a camada de energia de anodo e o separador. Em algumas implementações, a camada de energia de anodo da bateria HEDR pode incluir uma primeira camada de energia de anodo, e uma segunda camada de energia de anodo intercalada entre a primeira energia de anodo e o separador, onde a camada resistiva é intercalada entre a primeira camada de energia de anodo e a segunda camada de energia de anodo. O coletor de corrente pode incluir um coletor de corrente de catodo para transferir elétrons para e da camada de energia de catodo, onde a camada resistiva é intercalada entre o separador e o coletor de corrente de catodo. A camada resistiva pode ser intercalada entre o coletor de corrente de catodo e a camada de energia de catodo. A camada resistiva pode ser intercalada entre a camada de energia de catodo e o separador. A camada de energia de catodo pode incluir uma primeira camada de energia de catodo, e uma segunda camada de energia de catodo intercalada entre a primeira energia de catodo e o separador, onde a camada resistiva é intercalada entre a primeira camada de energia de catodo e a segunda camada de energia de catodo. Em algumas implementações, a bateria HEDR pode incluir dois coletores de corrente que incluem um coletor de corrente de anodo para transferência de elétrons para e da camada de energia de anodo, e um coletor de corrente de catodo para transferir elétrons para e da camada de energia de catodo onde a camada resis- tiva compreende uma camada resistiva de anodo e uma camada resis- tiva de catodo, a camada resistiva de anodo intercalada entre o separador e o coletor de corrente de anodo, a camada resistiva de catodo intercalada entre o separador e o coletor de corrente de catodo.
[0019] Em um aspecto relacionado, é fornecido aqui um método para limitar a taxa de uma descarga interna das camadas de energia resultante de uma falha de separador dentro de uma bateria recarre- gável de alta densidade de energia (HEDR), o método que inclui resistir à descarga interna com uma camada resistiva, a camada resistiva sendo intercalada entre um separador e um coletor de corrente dentro da bateria HEDR, a camada resistiva possuindo uma resistividade fixa em temperaturas entre uma faixa de temperatura preferida para descarregar as camadas de energia e um limite de segurança de temperatura superior,a resistividade fixa da camada resistiva sendo maior do que a resistividade interna das camadas de energia.
[0020] É fornecida aqui em algumas modalidades uma bateria de íon de lítio recarregável, de alta densidade de energia (HEDR) que inclui uma camada de energia de anodo, uma camada de energia de catodo, um separador para separar a camada de energia de anodo da camada de energia de catodo, pelo menos um coletor de corrente para transferir os elétrons para e de qualquer camada de energia de anodo ou catodo, a bateria de íon de metal recarregável de alta densidade de energia possuindo um limite de segurança de temperatura superior para evitar a fuga térmica, e uma camada de interrupção ativável para interromper a corrente dentro da bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia mediante exposição à temperatura em ou acima do limite de segurança superior de temperatura, a camada de interrupção intercalada entre o separador e um dos coletores de corrente, a camada de interrupção, quando desativada, sendo laminada entre o separador e um dos coletores de corrente para conduzir corrente através da mesma, a camada de interrupção, quando ativada, sendo delaminada para interromper acorrente através da bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia, a camada de interrupção incluindo um componente passível de decomposição sensível à temperatura para decompor mediante exposição à temperatura em ou acima do limite de segurança de temperatura superior, o componente passível de decomposição sensível à temperatura para evoluir um gás mediante decomposição, o gás evoluído delaminando a camada de interrupção para interromper a corrente através da bateria de íon de metal de alta densidade de energia, onde a bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia evita a fuga térmica pela ativação da camada de interrupção mediante exposição a temperaturas em ou acima do limite de segurança de temperatura superior para interromper a corrente na bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia.
[0021] As características a seguir podem estar presentes na bate ria de íon de lítio HEDR em qualquer combinação adequada. A camada de interrupção pode ser porosa. O componente passível de decomposição, sensível à temperatura, pode incluir um pó de cerâmica. A camada de interrupção pode ter uma composição compreendendo o pó de cerâmica, um aglutinante, e um componente condutor. O pó de cerâmica pode definir um espaço intersticial. O aglutinante pode preencher parcialmente o espaço intersticial para aglutinar o pó de cerâmica. O componente condutor pode ser distribuído dentro do aglutinante para imprimir condutividade à camada de interrupção. O espaço intersticial pode permanecer parcialmente não preenchido para imprimir porosidade e permeabilidade à camada de interrupção. A camada de interrupção pode incluir mais de 30% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 50% de pós de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 70% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 75% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 80% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode ser permeável ao transporte de portadores de carga iônica. A camada de interrupção pode ser não porosa e possuir uma composição que inclui um enchimento não condutor, um aglutinante para aglutinar o enchimento não condutor, e um componente condutor distribuidor dentro do aglutinante para imprimir condutividade à camada de interrupção. A camada de interrupção pode ser impermeável ao transporte de portadores de carga iônica. A camada de interrupção pode ser sacrifical em temperaturas acima do limite superior de segurança de temperatura. A camada de interrupção pode incluir um pó de cerâmica que se decompõe quimicamente acima do limite superior de segurança de temperatura para evoluir um gás de retardo de chama. O coletor de corrente pode incluir um coletor de corrente de anodo para transferir elétrons para e da camada de energia de anodo, onde a camada de interrupção é intercalada entre o separador e o coletor de corrente de anodo. A camada de interrupção pode ser intercalada entre o coletor de corrente de anodo e a camada de energia de anodo. A camada de interrupção pode ser intercalada entre a camada de energia de anodo e o separador. A camada de energia de anodo da bateria HEDR pode incluir uma primeira camada de energia de anodo; e uma segunda camada de energia de anodo intercalada entre a primeira energia de anodo e o separador, onde a camada de interrupção é intercalada entre a primeira camada de energia de anodo e a segunda camada de energia de anodo. O coletor de corrente pode incluir um coletor de corrente de catodo para transferir elétrons para e da camada de energia de catodo, onde a camada de interrupção é intercalada entre o separador e o coletor de corrente de catodo. A camada de interrupção pode ser intercalada entre o coletor de corrente de anodo e a camada de energia de anodo. A camada de interrupção pode ser intercalada entre a camada de energia de catodo e o separador. A camada de energia de catodo pode incluir uma primeira camada de energia de anodo e uma segunda camada de energia de catodo intercalada entre a primeira energia de catodo e o separador, onde a camada de interrupção é intercalada entre a primeira camada de energia de catodo e a segunda camada de energia de catodo. A bateria HEDR pode incluir adicionalmente dois coletores de corrente que incluem um coletor de corrente de anodo para transferir elétrons para e da camada de energia de anodo e um coletor de corrente de catodo para transferir elétrons para e da camada de energia de catodo, onde a camada de interrupção inclui uma camada de interrupção de anodo e uma camada de interrupção de anodo, a camada de interrupção de catodo intercalada entre o separador e o coletor de corrente de catodo.
[0022] Em um aspecto relacionado, um método é apresentado pa ra interromper a corrente dentro de uma bateria de íon de metal, recar- regável, de alta densidade de energia, mediante exposição à temperatura em ou acima de um limite superior de segurança de temperatura para evitar a fuga térmica, que inclui: a elevação da temperatura da bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia acima do limite superior de segurança de temperatura, e ativando a camada de interrupção para interromper a corrente através da bateria de íon de metal de alta densidade de energia. A bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia pode incluir: uma camada de energia de anodo; uma camada de energia de catodo; um separador separando a camada de energia de anodo da camada de energia de catodo; um coletor de corrente para transferir os elétrons para e da camada de energia de anodo ou catodo; e uma camada de interrupção, a camada de interrupção intercalada entre o separador e um dos coletores de corrente, a camada de interrupção, quando desativada, sendo laminada entre o separador e um dos coletores de corrente para conduzir a corrente através do mesmo, a camada de interrupção, quando ativada, sendo delaminada para interromper a corrente através da bateria de íon de lítio, a camada de interrupção compreendendo um componente passível de decomposição, sensível à temperatura, para decompor mediante exposição à temperatura em ou acima do limite superior de segurança de temperatura, o componente passível de decomposição, sensível à temperatura evoluindo um gás mediante a decomposição, o gás evoluído para delaminação da camada de interrupção para interromper a corrente através da bateria de íon de metal de alta densidade de energia; onde fuga térmica pela ba- teria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia e evitada pela interrupção da corrente.
[0023] É fornecida em algumas implementações apresentadas aqui uma bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia (HEDR) que inclui uma camada de energia de anodo, uma camada de energia de catodo, um separador para separar a camada de energia de anodo da camada de energia de catodo, um coletor de corrente de anodo para transferir elétrons para e da camada de energia de anodo, a bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia sendo recarregável e caracterizada por uma tensão máxima segura para evitar sobrecarga; e uma camada de interrupção ati- vável para interromper a corrente dentro da bateria recarregável de alta densidade de energia mediante exposição à tensão em excesso da tensão máxima segura, a camada de interrupção intercalada entre a camada de energia de catodo e o coletor de corrente de catodo, a camada de interrupção, quando desativada, sendo laminada para o coletor de corrente de anodo para conduzir uma corrente através do mesmo, a camada de interrupção, quando ativada, sendo delaminada do coletor de corrente de anodo para interromper a corrente através do mesmo, a camada de interrupção incluindo um componente passível de decomposição sensível à tensão para decompor mediante exposição à tensão acima da tensão máxima segura, o componente passível de decomposição sensível à tensão para evoluir um gás mediante decomposição, o gás evoluído para delaminação da camada de interrupção do coletor de corrente de anodo para interromper a corrente, onde a bateria de íon de metal recarregável e de alta densidade de energia evita a sobrecarga pela ativação da camada de interrupção mediante exposição à tensão acima da tensão máxima segura para interromper a corrente.
[0024] As características a seguir podem estar presentes na bate- ria de íon de metal recarregável de alta densidade de energia em qualquer combinação adequada. A camada de interrupção da bateria HEDR pode ser porosa e possuir uma composição que inclua um pó de cerâmica definindo um espaço intersticial; um aglutinante para preencher parcialmente o espaço intersticial para aglutinar o pó de cerâmica; e um componente condutor disperso dentro do aglutinante para imprimir condutividade à camada de interrupção, o espaço intersticial permanecendo parcialmente não preenchido para imprimir porosidade e permeabilidade à camada de interrupção. A camada de interrupção pode ser compactada para reduzir o espaço intersticial não preenchido e aumentar a aglutinação do pó de cerâmica pelo aglutinante. A camada de interrupção pode incluir mais de 30% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 50% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 70% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 75% de pó de cerâmica por peso. A camada de interrupção pode incluir mais de 80% de pó de cerâmica por peso A camada de interrupção pode ser permeável para transportar portadores de carga iônicos. A camada de interrupção da bateria HEDR pode ser não porosa e possuir uma composição que inclui um enchimento não condutor; um aglutinante para unir o enchimento não condutor; e um componente condutor disperso dentro do aglutinante para imprimir condutividade à camada de interrupção. A camada de interrupção pode ser
[0025] impermeável ao transporte de portadores de caga iônica. A camada de interrupção pode ser sacrifical em voltagens acima da tensão máxima segura para recarga. A camada de interrupção pode incluir um pó cerâmico que decompõe quimicamente acima da tensão máxima segura para evoluir o gás. O gás pode ser de retardo de chama.
[0026] Em um aspecto relacionado, é fornecido aqui um método para interromper um processo de recarga para uma bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia mediante exposição à tensão em ou acima de uma tensão máxima segura para evitar sobrecarga, a bateria de íon de metal, recarregável, de alta densidade de energia compreendendo uma camada de energia de anodo, uma camada de energia de catodo, um separador entre a camada de energia de anodo e a camada de energia de catodo, e um coletor de corrente de anodo para transferir elétrons para e da camada de energia de anodo. O modo inclui a sobrecarga da bateria de íon de metal recarre- gável e de alta densidade de energia para aumentar a tensão acima da tensão máxima segura para recarga; e interrupção da sobrecarga pela evolução de um gás pela decomposição de um componente passível de decomposição sensível a tensão dentro de uma camada de interrupção laminada no coletor de corrente de anodo, o gás evoluído delaminando a camada de interrupção do coletor de corrente de ano- do, onde a sobrecarga da bateria de íon de metal,recarregável, de alta densidade de energia é interrompida pela evolução do gás dentro da camada de interrupção para delaminar a camada de interrupção do coletor de corrente de anodo.
[0027] Um primeiro aspecto da descrição é direcionado a uma ba teria recarregável de alta densidade de energia (HEDR) de um tipo incluindo dois eletrodos de polaridade oposta 12 e 14. Cada eletrodo é caracterizado por sua resistividade, por sua faixa de temperatura operacional segura, e sua tensão de carga segura. HEDR é adicionalmente de um tipo possuindo um separador 2 para separar os dois eletrodos 12 e 14 e impedir a descarga interna entre os mesmos e pelo menos um eletrodo 12 ou 14 empregando um coletor de corrente 4 para transferência de elétrons. O separador 2 está sujeito a um risco de formação de curto-circuito. O curto-circuito pode permitir potencialmente uma rápida descarga interna entre os dois eletrodos 12 e 14, permitindo, potencialmente, uma rápida produção de calor joule, a rápida produção de calor joule permitindo, potencialmente, uma fuga térmica. Os dois eletrodos 12 e 14 estão sujeitos a um risco de sobrecarga acima da tensão de carga segura e a formação de curto-circuito. Os dois eletrodos 12 e 14 estão sujeitos a um risco de fuga térmica acima da faixa de temperatura operacional segura.
[0028] O aperfeiçoamento para esse primeiro aspecto da descri ção é empregável para mostrar a taxa de descarga interna resultante do curto-circuito, para reduzir a produção de calor joule e para reduzir o risco de fuga térmica.
[0029] O aperfeiçoamento compreende a adição à bateria HEDR de um limitador de corrente 6 combinado com um interruptor de corrente 8.
[0030] O limitador de corrente 6 forma um acoplamento elétrico entre um dos eletrodos 12 ou 14 e seu coletor de corrente correspondente 4. O limitador de corrente 6 possui uma resistividade para impedir de forma resistiva a corrente através do mesmo e, no caso de o separador 2 formar o curto-circuito, para desviar a corrente do coletor de corrente de eletrodo 4 ao qual está acoplado, e para reduzir a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos 12 e 14.
[0031] O interruptor de corrente 8 possui uma configuração enga tada, uma configuração desengatada e um componente de fornecimento de gás para transitar o interruptor de corrente 8 da configuração engatada para a configuração desengatada. O componente de fornecimento de gás também possui um acionador para gerar um gás. O acionador é selecionado a partir do grupo que consiste em acionado- res de temperatura e acionadores de tensão.
[0032] Os acionadores de temperatura são ativáveis acima da fai xa de temperatura operacional segura.
[0033] Os acionadores de tensão são ativáveis acima da tensão de carga segura.
[0034] Em sua configuração engatada, o interruptor de corrente 8 acopla eletricamente um dos eletrodos 12 ou 14 e seu coletor de corrente correspondente 4 com uma conexão laminada.
[0035] Na configuração desengatada, a conexão laminada se tor na delaminada e o interruptor de corrente 8 forma um espaço não condutor para interromper o acoplamento elétrico entre o eletrodo 12 ou 14 e seu coletor de corrente correspondente 4.
[0036] O interruptor de corrente 8 transita de sua configuração en gatada para sua configuração desengatada pelo acionamento do componente de fornecimento de gás em resposta ao acionador. O gás fornecido resultante delamina a conexão laminada para interromper o acoplamento elétrico entre o eletrodo 12 ou 14 e seu coletor de corrente correspondente 4.
[0037] Nesse primeiro aspecto da descrição, o limitador de corren te 6 e o interruptor de corrente 8, em combinação, diminuem o risco de fuga térmica resultando do curto-circuito de separador, sobrecarga de eletrodo, e superaquecimento de eletrodo.
[0038] Em uma modalidade desse primeiro aspecto da descrição, o limitador de corrente 6 e o interruptor de corrente 8 são incorporados simultaneamente em uma camada protetora intercalada pela lamina- ção entre o mesmo eletrodo 12 ou 14 e o coletor de corrente 4.
[0039] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo possuindo dois coletores de corrente 4, incluindo um primeiro coletor de corrente 4 e um segundo coletor de corrente 4. Os dois eletrodos 12 e 14 incluem um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo. O primeiro eletrodo inclui uma primeira parte e uma segunda parte. A segunda parte do primeiro eletrodo é intercalada entre a primeira parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente 4. O aperfeiçoamento dessa modalidade da descrição é adicionalmente caracterizado pelo limitador de corrente 6 sendo colocado em camadas entre a primeira parte do primeiro eletrodo e a segunda parte do primeiro eletrodo; e o interruptor de corrente 8 sendo colocado em camadas entre a segunda parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente 4. Em uma submodalidade desse primeiro aspecto da descrição, o limitador de corrente 6 é colocado em camadas entre a segunda parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente 4, e o interruptor de corrente 8 é colocado em camadas entre a primeira parte do primeiro eletrodo e a segunda parte do primeiro eletrodo.
[0040] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo possuindo dois coletores de corrente 4, incluindo um primeiro coletor de corrente 4 e um segundo coletor de corrente 4 e dois eletrodos 12 e 14 incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, o aperfeiçoamento sendo caracterizado adicionalmente aqui. Nessa modalidade, o limitador de corrente 6 é colocado em camadas entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente 4; e o interruptor de corrente 8 sendo colocado em camadas entre o segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente 4.
[0041] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo onde cada eletrodo 12 ou 14 possui uma faixa de temperatura para operação segura e uma resistividade interna. Nessa modalidade, o limitador de corrente 6 possui uma resistividade maior do que a resistividade interna do eletrodo 12 ou 14 com o qual o limitador de corrente 6 é colocado em camadas dentro da faixa de temperatura para operação segura.
[0042] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, o aperfeiçoamento é adicionalmente caracterizado pelo limitador de corrente 6 não possuir um comutador de transição de resistividade em temperaturas dentro da faixa de temperatura para operação segura.
[0043] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo no qual cada eletrodo 12 e 14 possui uma faixa de temperatura para operação padrão. Nessa modalidade, o limitador de corrente 6 possui uma transição de resistividade com uma resistivi- dade inferior à resistividade interna do eletrodo (12 e/ou 14) dentro da faixa de temperatura para a operação padrão e uma resistividade superior à resistividade interna do eletrodo (12 e/ou 14) acima da faixa de temperatura para operação padrão.
[0044] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo no qual cada eletrodo 12 e 14 possui uma faixa de temperatura para operação padrão. Nessa modalidade, o interruptor de corrente 8 é ativado pela temperatura acima da faixa de temperatura para operação padrão.
[0045] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo no qual cada eletrodo 12 e 14 possui uma faixa de temperatura para operação padrão e uma faixa de temperatura para operação segura. Nessa modalidade, o interruptor de corrente 8 é ativado pela temperatura acima da faixa de temperatura para a operação padrão e dentro da faixa de temperatura para a operação segura.
[0046] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo no qual cada eletrodo 12 e 14 possui uma resis- tividade interna dentro da faixa de temperatura para operação segura. Nessa modalidade, o limitador de corrente 6 possui uma resistividade maior do que a resistividade interna do eletrodo 12 ou 14 com o qual o limitador de corrente 6 é colocado em camadas dentro da faixa de temperatura para operação segura. Em uma alternativa a essa modalidade, o limitador de corrente 6 e o interruptor de corrente 8 são simultaneamente incorporados a uma camada protetora intercalada pela laminação entre o mesmo eletrodo 12 ou 14 e o coletor de corrente 4.
[0047] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo no qual cada eletrodo 12 e 14 possui uma faixa de tensão para a operação padrão. Nessa modalidade, o interruptor de corrente 8 é ativado pela tensão acima da faixa de tensão para a operação padrão.
[0048] Em outra modalidade desse primeiro aspecto da descrição, a bateria é de um tipo no qual cada eletrodo 12 e 14 possui uma faixa de tensão para a operação padrão e uma faixa de tensão para a operação segura. Nessa modalidade, o interruptor de corrente 8 é ativado pela tensão acima da faixa de temperatura para a operação padrão e dentro da faixa de tensão para a operação segura. Em uma alternativa dessa modalidade, o limitador de corrente 6 e o interruptor de corrente 8 são simultaneamente incorporados a uma camada protetora intercalada pela laminação entre o mesmo eletrodo 12 ou 14 e o coletor de corrente 4.
[0049] Um segundo aspecto da descrição é direcionado a outra bateria recarregável, de alta densidade de energia, aperfeiçoada de um tipo incluindo dois eletrodos 12 e 14 de polaridade oposta, um separador 2 separando os dois eletrodos 12 e 14, e pelo menos um coletor de corrente 4 acoplado eletricamente a um dos eletrodos 12 ou 14. O separador 2 impede a descarga interna entre os dois eletrodos 12 e 14. A falha do separador 2 causa em potencial uma descarga interna entre os dois eletrodos 12 e 14 A descarga interna causa o fornecimento de calor joule de perigo em potencial.
[0050] O aperfeiçoamento para esse segundo aspecto da descri ção compreende um interruptor de corrente termicamente ativável 8 e um interruptor de corrente ativável por tensão 8.
[0051] O interruptor de corrente termicamente ativável 8 é coloca do em camadas por laminação entre um dos coletores de corrente 4 e um dos eletrodos 12 ou 14. O interruptor de corrente termicamente ati- vável 8, quando desativado, acopla eletricamente o coletor de corrente 4 ao eletrodo 12 ou 14 com o qual é colocado em camadas. Quando ativado, o interruptor de corrente termicamente ativável 8 delamina do coletor de corrente 4 para formar um espaço não condutor para desa- coplar eletricamente o coletor de corrente 4 do eletrodo 12 ou 14 com o qual foi colocado em camada. O desacoplamento elétrico serve para reduzir a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos 12 e 14 no caso de falha de separador.
[0052] O interruptor de corrente ativável por tensão 8 é colocado em camadas pela laminação entre um dos coletores de corrente 4 e um dos eletrodos 12 ou 14. O interruptor de corrente ativável por tensão 8, quando desativado, acopla eletricamente o coletor de corrente 4 ao eletrodo 12 ou 14 com o qual está colocado em camadas. O interruptor de corrente 8, quando ativado, delamina do coletor de corrente 4 pela formação de um espaço não condutor para desacoplar eletricamente o coletor de corrente 4 do eletrodo 12 ou 14 com o qual foi colocado em camadas. O desacoplamento elétrico resultante serve para reduzir a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos 12 e 14 no caso de falha de separador. Nesse segundo aspecto da descrição, a ativação do interruptor de corrente termicamente ativado 8 ou interruptor de corrente ativado por tensão 8 no caso de falha de separador, reduz o fornecimento de calor joule para diminuir o perigo em potencial.
[0053] Um segundo aspecto da descrição é direcionado a um pro cesso para evitar a fuga térmica dentro de uma bateria recarregável de alta densidade de energia sofrendo a descarga interna devido à falha do separador. O processo compreende a etapa de delaminação de um eletrodo 12 ou 14 dentro da bateria de seu coletor de corrente 4 pela fornecimento de um gás de um material de fornecimento de gás sensível ao calor dentro de uma camada de interrupção intercalada entre o eletrodo 12 ou 14 e o coletor de corrente 4. A delaminação desacopla eletricamente o eletrodo 12 ou 14 de seu coletor de corrente 4 para reduzir a taxa de descarga interna.
[0054] Um terceiro aspecto da descrição é direcionado a um pro cesso para evitar a fuga térmica dentro de uma bateria recarregável de alta densidade de energia em risco de sofrer falha de separador devido à sobrecarga de tensão. O processo compreende a etapa de dela- minar um eletrodo 12 ou 14 dentro da bateria de seu coletor de corrente 4 pelo fornecimento de um gás de um material de fornecimento de gás sensível à tensão dentro de uma camada de interrupção intercalada entre o eletrodo 12 ou 14 e o coletor de corrente 4. A delaminação desacopla eletricamente o eletrodo 12 ou 14 de seu coletor de corrente 4 para interromper a sobrecarga de tensão.
[0055] Um quarto aspecto da descrição é direcionado a um pro cesso para evitar a fuga térmica dentro de uma bateria recarregável de alta densidade de energia em risco de sofrer da falha de separador devido à sobrecarga de tensão. O processo compreende a etapa de delaminar um eletrodo 12 ou 14 dentro da bateria de seu coletor de corrente 4 pelo fornecimento de um gás de um material sensível à tensão ou temperatura que formará o gás indiretamente através de seu composto em decomposição (em alta tensão) que reagirá com os componentes da bateria tal como eletrólito e eletrodos 12 e 14. Esse material sensível à tensão ou temperatura ainda será chamado de fornecedor de gás, e pode estar dentro de uma camada de interrupção intercalada entre o eletrodo 12 ou 14 e o coletor de corrente 4. A de- laminação desacopla eletricamente o eletrodo 12 ou 14 de seu coletor de corrente 4 para interromper a sobrecarga de tensão.
Breve Descrição dos Desenhos
[0056] A presente descrição é descrita mais completamente aqui com referência aos desenhos em anexo, nos quais algumas modalidades ilustrativas da presente descrição são ilustradas. Como os versados na técnica perceberão, as modalidades descritas podem ser modificadas de várias formas diferentes, todas sem se distanciar do espírito ou escopo da presente descrição. De acordo, os desenhos e a descrição devem ser considerados ilustrativos por natureza e não restritivos. Nos desenhos, as espessuras das camadas e regiões podem ser exageradas por motivos de clareza.
[0057] As figuras 1A a 1G ilustram representações esquemáticas de configurações ilustrativas de baterias de íon de lítio tipo filme possuindo uma ou mais camadas resistivas servindo como limitadores de corrente 6, para proteger a bateria contra superaquecimento no caso de um curto-circuito interno, combinado com interruptores de corrente 8 que são termicamente ativáveis por um aumento na temperatura, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria ter superaquecido ou alcançar uma temperatura insegura.
[0058] As figuras 2A e 2B ilustram representações esquemáticas de configurações ilustrativas das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo uma ou mais camadas servindo como limitadores de corrente combinados 6 e interruptores de corrente 8, para proteger a bateria contra o superaquecimento no caso de um curto-circuito interno, combinado com interruptores de corrente 8 que são ativáveis de forma voltaica por um aumento na tensão, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria se tornar sobrecarregadas.
[0059] As figuras 3A e 3B ilustram representações esquemáticas de configurações ilustrativas de baterias de íon de lítio tipo filme possuindo uma ou mais camadas resistivas servindo como limitadores de corrente 6 para proteger a bateria contra superaquecimento no caso de um curto-circuito interno, combinado com interruptores de corrente 8 que são termicamente ativáveis por um aumento na temperatura, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria superaquecer ou alcançar uma temperatu- ra insegura, e combinado adicionalmente com interruptores de corrente 8 que podem ser ativados por um aumento na tensão, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria se tornar sobrecarregada.
[0060] As figuras 4A a 4D ilustram vistas transversais de baterias de íon de lítio tipo filme da técnica anterior (figuras 4A e B) e de baterias de íon tipo filme da presente descrição (figuras 4C e D).
[0061] As figuras 5A a 5D ilustram vistas transversais das baterias de íon de lítio tipo filme (figuras 5A e B) e de baterias de íon de lítio tipo filme da presente descrição (figuras 5C e D).
[0062] As figuras 6A a 6D ilustram vistas transversais das baterias de íon de lítio tipo filme da técnica anterior (figuras 6A e B) e de baterias de íon de lítio tipo filme da presente descrição (figuras 6C e D).
[0063] As figuras 7A a 7D ilustram vistas transversais das baterias de íon de lítio tipo filme (figuras 7A e B) e de baterias de íon de lítio tipo filme da presente descrição (figuras 7C e D).
[0064] As figuras 8A a 8D ilustram vistas transversais das baterias de íon de lítio tipo filme da técnica anterior (figuras 8A e B) e de baterias de íon de lítio tipo filme da presente descrição (figuras 8C e D).
[0065] As figuras 9A a 9D ilustram vistas transversais das baterias de íon de lítio tipo filme da técnica anterior (figuras 9A e B) e das baterias de íon de lítio tipo filme da presente descrição (figuras 9C e D).
[0066] As figuras 10A a 10D ilustram vistas transversais das bate rias de íon de lítio tipo filme da técnica anterior (figuras 10A e B) e das baterias de íon de lítio tipo filme da presente descrição (figuras 10C e D).
[0067] As figuras 11A a 11D ilustram vistas transversais das bate rias de íon de lítio tipo filme da técnica anterior (figuras 11A e B) e das baterias de íon de lítio tipo filme da presente descrição (figuras 11C e D).
[0068] As figuras 12A a 12C ilustram estruturas ilustrativas para o limitador de corrente 6 e interruptor de corrente 8 combinados.
[0069] As figuras 13A e 13B ilustram composições de Célula exemplificadas.
[0070] A figura 14 ilustra as várias formulações de eletrodo positi vo 14 utilizadas nas medições de tensão de decomposição química.
[0071] A figura 15 ilustra a resistência da Célula de linha de base No. 2 em 3,6V X grafite com relação ao aumento de temperatura. A resistência diminui cerca de 10 vezes com o aumento da temperatura.
[0072] A figura 16 ilustra a resistência da Célula No. 3 (eletrodo positivo 14 com a camada de cerâmica CaCO3) em 0, 3,646 e 4,11, respectivamente, tensão X grafite com relação ao aumento de temperatura. A resistência aumenta ligeiramente para a tensão zero, e drasticamente para 3,646 e 4,11 V.
[0073] A figura 17 ilustra a resistência da Célula No. 4 (eletrodo positivo 14 com camada de cerâmica de Al2O3 e CaCO3) em 0V e 3,655V, respectivamente, tensão X grafite com relação ao aumento de temperatura. A resistência diminui ligeiramente para tensão zero, e drasticamente para 3,655 V.
[0074] A figura 18 ilustra a capacidade de descarga da Célula de linha de base No. 1 (nenhuma camada resistiva) X tensão de célula em 1A, 3A, 6A e 10A.
[0075] A figura 19 ilustra a capacidade de descarga da Célula No. 3 (camada resistiva 6 baseada em 85,2% de CaCO3) X tensão de célula em 1A, 3A, 6A e 10A. A capacidade de descarga de célula reduz de forma significativa com o aumento na corrente de descarga de célula com essa camada resistiva em particular 6.
[0076] A figura 20 resume as capacidades de impedância e des carga de célula em 1A, 3A, 6A e 10A e suas razoes correspondentes da capacidade em 3A, 6A ou 10A através das em 1A para a Célula No. 1 (linha de base), No. 3, No. 4, No. 5 e No. 6. A impedância de célula em 1 KHz sobe com a camada resistiva e de fornecimento de gás. A camada resistiva 6 tem causado o aumento na impedância de célula visto que todas as células com camada resistiva 6 obtêm maior impe- dância enquanto a capacidade de descarga de célula depende de casos individuais.
[0077] A figura 21 ilustra o Teste de Impacto.
[0078] A figura 22 ilustra os perfis de temperatura de célula duran te o teste de impacto para a Célula No. 1 (linha de base), No. 3, No. 5 e No. 6. A tensão de todas as células testadas caiu para zero tão logo a haste de aço impacta a célula. Todas as células com a camada re- sistiva e de fornecimento de gás passaram no teste enquanto a célula sem qualquer camada resistiva 6 falhou no teste (pegou fogo). A temperatura máxima de célula durante o teste de impacto é resumida na figura 23.
[0079] A figura 23 resume a temperatura máxima de célula no tes te de impacto para a Célula No. 1 (linha de base), No. 3, No. 4, No. 5 e No. 6.
[0080] A figura 24 ilustra a tensão e temperatura de célula X o tempo de teste de impacto para a Célula No. 6. O tempo inicial de impacto é configurado para 2 minutos. A tensão da célula cai para zero tão logo da célula é impactada. A temperatura da célula é ilustrada aumentando rapidamente.
[0081] A figura 25 ilustra a tensão e temperatura de célula X o tempo de sobrecarga para a Célula No. 1 (nenhuma camada de proteção). A tensão de célula aumentou gradualmente para 40 minutos e então reduziu ligeiramente e pulou para a tensão de carga máxima rapidamente a cerca de 56 minutos enquanto, ao mesmo tempo, a temperatura de célula aumentou drasticamente para acima de 600 oC. A tensão e temperatura da célula, então, caíram para um valor muito baixo devido à perda de conexão quando a célula incendiou. A corrente sobrecarregada foi 2A até que a célula incendiou e então caiu para cerca de 0,2 A por um ou dois minutos e então voltou para 2A visto que a célula sofreu um curto. A célula queimou.
[0082] A figura 26 ilustra a tensão e temperatura da célula X o tempo de sobrecarga para a célula com a Célula No. 3 (camada Ca- CO3). A tensão de célula aumentou gradualmente até 40 minutos e então aumentou rapidamente para uma tensão máxima de carga de 12V em cerca de 55 minutos. A temperatura da célula aumentou rapidamente para acima de 80 oC começando em cerca de 40 minutos e então caiu rapidamente. A corrente sobrecarregada reduziu de forma significativa a 55 oC e manteve 0,2A pelo resto do tempo de teste. A célula inchou significativamente depois do teste.
[0083] A figura 27 ilustra a tensão e temperatura de célula X o tempo de sobrecarga para a Célula No. 5 (camada Na2O7Si3 + Al2O3). A tensão de célula aumentou gradualmente até 40 minutos e então aumentou rapidamente para uma tensão de carga máxima de 12V em cerca de 75 minutos. Os perfis de tensão de sobrecarga de célula são muito diferentes da camada resistiva com base em CaCO3 6, o que indica a diferença na decomposição de Na2O7Si3 em comparação com a de CaCO3. A temperatura da célula aumentou significativamente em cerca de 40 minutos para mais de 75 oC e então caiu gradualmente. A corrente sobrecarregada diminuiu significativamente em 75 minutos e manteve 1A pelo resto do tempo de teste. A célula inchou significativamente depois do teste.
[0084] A figura 28 resume a temperatura máxima da célula no tes te de sobrecarga (2A/12V) para a Célula No. 1 (linha de base), No. 3, No. 4, No. 5 e No. 6.
[0085] A figura 29 ilustra a vida de ciclo da Célula No. 3 (camada resistiva CaCO3 6). A perda de célula em torno de 1,8% depois de 100 ciclos que é inferior à das células sem qualquer camada resistiva (~2,5% em média, não ilustrado).
[0086] A figura 30 ilustra a vida de ciclo da Célula No. 4 (camada resistiva 6 CaCO3 e Al2O3). A perda de célula de cerca de 1,3% depois de 100 ciclos que está acima da das células sem qualquer camada resistiva (~2,5% por média, não ilustrado).
[0087] A figura 31 ilustra os perfis atuais X a tensão em temperatu ra ambiente para compostos (fornecedores de gás) contendo diferentes ânions para uso em potencial em baterias recarregáveis com diferentes voltagens operacionais. A corrente e as voltagens de pico são listadas na figura 32. A corrente de pico para Cu(NO3)2 foi a mais alta enquanto a corrente de pico para CaCO3 foi a menor. A tensão de pico para Cu(NO3)2 foi a mais baixa enquanto a corrente de pico para Ca- CO3 foi mais baixa. A tensão de pico para Cu(NO3)2 foi a mais baixa enquanto a tensão de pico de CaCO3 foi a mais alta. Portanto, Cu(NO3)2 pode ser útil em baterias de íon de lítio com uma tensão operacional relativamente baixa tal coo célula de íon de lítio utilizando eletrodo positivo de fosfato de ferro e lítio (3,7V como a tensão de car-regamento máxima típica). CaCO3 pode ser útil em baterias de íon de lítio com uma tensão de alta operação como a célula de íon de lítio utilizando o positivo de alta tensão tal como o óxido de cobalto e lítio (4,2V como a tensão de carregamento máximo típico) ou óxidos de lítio, níquel, cobalto, manganês (4,3 ou 4,4V como alta tensão de carregamento).
[0088] A figura 32 resume a corrente e tensão de pico para com postos contendo diferentes ânions.
[0089] A figura 33 ilustra os perfis de corrente X a tensão para po límeros (fornecedores de gás orgânicos) com ou sem ânions diferentes para uso potencial em baterias recarregáveis com diferentes voltagens de operação. PVDF é incluído como referência. A corrente e as volta- gens de pico são listadas na figura 34. A corrente de pico para Carbopol, AI-50 e PVDF foram muito similares enquanto CMC foi o mais baixo. A tensão de pico de Carbopol foi a mais baixa enquanto a tensão de pico CMC foi a mais alta. Portanto, Carbopol contendo ânion CO32- pode ser útil em baterias de íon de lítio com uma tensão de operação relativamente baixa tal como a célula de íon de lítio utilizando eletrodo positivo de fosfato de ferro e lítio (3,7V como a tensão de carga máxima típica). CMC pode ser útil em baterias de íon de lítio, com uma tensão operacional alta com a célula de íon de lítio utilizando positivo de alta tensão tal como óxido de cobalto e lítio (4,2V como a tensão de carregamento máximo típica) ou óxidos de lítio, níquel, cobalto, manganês (4,3 ou 4,4V como alta tensão de carregamento típica). A água é um dentre os compostos de decomposição de CMC e reagirá com o eletrólito e lítio intercalados no eletrodo de grafite negativo para gerar os gases tal como fluoreto de hidrogênio (HF) e oxigênio (O2) além de vapor e gás acima de 100 oC.
[0090] A figura 34 resume a corrente de pico e tensão para polí meros com ou sem ânions diferentes.
[0091] A figura 35 ilustra a temperatura da célula e perfis de ten são de sobrecarga durante o teste de sobrecarga de 2A/12V em temperatura ambiente.
[0092] A figura 36 ilustra a impedância e capacidades da célula em correntes diferentes para as células 1, 3, 4, 5 e 6 descritas nos exemplos 0 a 12 abaixo.
[0093] A figura 37 ilustra a resistência da célula 2 (linha de base, nenhuma camada resistiva) em 3,6V X grafite com relação ao aumento de temperatura. A resistência reduziu cerca de 10 vezes com o aumento na temperatura.
[0094] A figura 38 ilustra a resistência da Célula 3 em 4,09V X gra fite com relação ao aumento de temperatura. A resistência diminuiu ligeiramente e aumentou cerca de 3 vezes e então diminuiu por cerca de 3 vezes com o aumento da temperatura.
[0095] A figura 39 ilustra a capacidade de descarga da Célula 4 X a tensão de célula em 1A, 3A, 6A e 10A. A capacidade de descarga de célula reduz drasticamente com o aumento na corrente de descarga de célula com essa camada resistiva em particular.
[0096] A figura 40 ilustra os perfis de temperatura de Célula duran te o teste de impacto para as Células 1, 3, 4, 5 e 6, como descrito nos exemplos de 9 a 12. Todas as células com a camada resistiva passaram o teste enquanto a célula sem qualquer camada resistiva falhou no teste (incendiou). A temperatura máxima de célula durante o teste de impacto é resumida na figura 41.
[0097] A figura 41 ilustra a temperatura máxima obtida pelas célu las 1, 3, 4, 5 e 6 durante o teste de impacto, como descrito nos exemplos de 9 a 12.
[0098] A figura 42 ilustra a vida de ciclo da Célula 3. A perda de célula de cerca de 2% depois de 100 ciclos que é similar ao das células sem qualquer camada resistiva (~2,5% em média, não ilustrado). Descrição Detalhada
[0099] A operação segura e duradoura das baterias recarregáveis de alta densidade de energia incluindo baterias de íon de lítio,é um objetivo dos fabricantes de bateria. Um aspecto da operação segura de bateria é controlar o calor fornecido pelas baterias recarregáveis. Como descrito acima, muitos fatores podem fazer com que o calor fornecido por uma bateria recarregável para exceder sua capacidade de dissipação de calor, tal como um defeito de bateria, acidente ou corrente interna excessiva. Quando o calor fornecido por uma bateria excede sua capacidade de dissipar calor, uma bateria recarregável se torna suscetível à fuga térmica, superaquecimento, e possivelmente até mesmo incêndio ou explosão violenta. Descritos abaixo são o apa- relho e métodos associados com um interruptor de corrente interna termicamente ativado que pode interromper o circuito interno de uma bateria recarregável, evitando a fuga térmica.
[00100] Outro aspecto da operação segura da bateria é o controle das reações nos eletrodos dessas baterias recarregáveis durante ambas a carga e a descarga de bateria. Como descrito acima, a corrente elétrica flui fora da bateria, através de um circuito externo durante o uso, enquanto os íons movem de um eletrodo para outro dentro da bateria. Em alguns casos, a sobrecarga ocorre e pode levar à fuga térmica dentro da bateria. Descritos abaixo estão o aparelho e os métodos associados com um limitador de corrente interna que limita a taxa de descarga interna em uma bateria recarregável quando existe um curto- circuito interno. [
[00101] Um aspecto adicional da operação segura da bateria é o controle da descarga dessas baterias recarregáveis. Como descrito acima, um separador, ou camada protetora, é utilizado para separar os eletrodos negativos e positivos em baterias recarregáveis onde íons podem mover através da bateria, mas a corrente elétrica é forçada a fluir fora da bateria, através de um circuito externo. Muitos fatores podem fazer com que o separador sofra vazamento, e pode causar um curto-circuito dentro de uma bateria recarregável. Um curto-circuito resulta em uma descarga rápida e possivelmente superaquecimento e fuga térmica. Descritos abaixo são o aparelho e os métodos associados com um limitador de corrente interna que limita a taxa de descarga interna em uma bateria recarregável quando existe um curto-circuito interno.
[00102] A terminologia utilizada aqui é para fins de descrição de algumas modalidades ilustrativas apenas e não deve ser limitadora da descrição. Como utilizado aqui, as formas no singular devem incluir as formas no plural também, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Será adicionalmente compreendido que os termos "compreende" e/ou "compreendendo", quando utilizados nessa especificação, especificam a presença das características mencionadas, inteiros, etapas, operações, elementos e/ou componentes, mas não impedem a presença ou adição de uma ou mais outras características, inteiros, etapas, operações, elementos, componentes e/ou grupos. \
[00103] Será compreendido que, apesar de os termos "primeiro", "segundo", etc., poderem ser utilizados aqui para descrever vários elementos, regiões, camadas e/ou partes, esses elementos, regiões, camadas e/ou partes não devem ser limitados por esses termos. Esses termos podem ser utilizados meramente para distinguir um elemento, região, camada e/ou parte de outro elemento, região, camada e/ou parte. Dessa forma, por exemplo, um primeiro elemento, região, camada e/ou parte discutido abaixo pode ser chamado de segundo elemento, região, camada e/ou parte sem se distanciar dos ensina-mentos da presente descrição.
[00104] As figuras 1A a 1G ilustram as representações esquemáticas das configurações ilustrativas das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo uma ou mais camadas resistivas servindo como limitadores de corrente (6 nas figuras 4A a 4D), para proteger a bateria contra o superaquecimento no caso de um curto-circuito interno, combinado com interruptores de corrente 8 que são termicamente ativáveis por um aumento na temperatura, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria superaquecer ou alcançar uma temperatura insegura. As figuras 1A e 1C ilustram configurações para as baterias com um coletor de corrente de catodo 101, uma camada de energia de catodo 102, um separador 103, uma camada de energia de anodo 104, uma camada de limitador resistivo e interruptor térmico 105, e um coletor de corrente de anodo 106. A configuração ilustrada na figura 1B possui um coletor de corrente de cato- do 101, uma camada de energia de catodo 102, um separador 103, uma primeira camada de energia de anodo 108, uma camada de limitador resistivo e interruptor térmico 105, uma segunda camada de energia de anodo 108, e um coletor de corrente de anodo 106. A figura 1D ilustra uma configuração de um coletor de corrente de catodo 101, uma primeira camada de energia de catodo 109, um separador 103, uma segunda camada de energia de catodo 110, uma camada de limitador resistivo e interruptor térmico 105, uma camada de energia de anodo 104 e um coletor de corrente de anodo 106. As figuras 1E a 1G ilustram as configurações para baterias com um coletor de corrente de catodo 101, uma camada de energia de catodo 102, um separador 103, uma camada de energia de anodo 104, uma primeira camada de limitador resistivo e interruptor térmico 111, uma segunda camada de limitador resistivo e interruptor térmico 112, uma camada de energia de anodo 104, e um coletor de corrente de anodo 106.
[00105] As figuras 2A e 2B ilustram representações esquemáticas de configurações ilustrativas das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo uma ou mais camadas servindo como limitadores de corrente combinados 6 e interruptores de corrente 8, para proteger a bateria contra o superaquecimento no caso de um curto-circuito interno, combinado com interruptores de corrente 8 que são ativáveis de forma voltaica por um aumento na tensão, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria se tornar sobrecarregada. A figura 2A ilustra uma configuração para uma bateira com um coletor de corrente de anodo 201, uma camada de energia de anodo 202, um separador 203, uma camada de energia de catodo 204, uma camada de limitador resistivo e interruptor térmico 205, e um coletor de corrente de catodo 206. A configuração ilustrada na figura 2B possui um coletor de corrente de anodo 201, uma camada de energia de anodo 202, um separador 203, uma primeira camada de energia de catodo 207, uma camada de limitador resistivo e interruptor térmico 205, uma segunda camada de energia de catodo 208 e um coletor de corrente de catodo 206.
[00106] As figuras 3A e 3B ilustram representações esquemáticas de configurações ilustrativas de baterias de íon de lítio tipo filme possuindo uma ou mais camadas resistivas servindo como limitadores de corrente 6 para proteger a bateria contra superaquecimento no caso de um curto-circuito interno, combinado com interruptores de corrente 8 que são termicamente ativáveis por um aumento na temperatura, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria superaquecer ou alcançar uma temperatura insegura, e combinado adicionalmente com os interruptores de corrente 8 que podem ser ativados por um aumento na tensão, para interromper de forma irreversível o processo de descarga automática no caso de a bateria se tornar sobrecarregada. A figura 3A ilustra uma configuração para uma bateria com um coletor de corrente de anodo 301, uma camada de energia de anodo 302, um separador 303, uma camada de energia de catodo 304, uma camada de limitador resistivo, interrupção térmica, e de interrupção voltaica 305, e um coletor de corrente de catodo 306. A configuração ilustrada na figura 3B possui um coletor de corrente de anodo 301, uma camada de energia de anodo 302, um separador 303, uma primeira camada de energia de catodo 308, uma camada de limitador resistivo, interrupção térmica, e de interrupção voltaica a, uma segunda camada de energia de catodo 308, e um coletor de corrente de catodo 306.
[00107] As figuras 4C e D ilustram as baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A. Mais particularmente, as figuras 4A a 4D ilustram o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme sofrendo descarga para energizar uma carga (L). As figuras 4A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). As figuras 4B e D ilustram o fluxo de corrente de baterias de íon de lítio tipo filme possuindo a camada resistiva servindo como um limitador de corrente 6, onde o separador 2 sofreu um curto-circuito por um dendrito condutor 10 penetrando o mesmo. Nas figuras 4B e D, as células estão sofrendo a descarga interna devido a um dendrito 10 penetrando o separador 2. Note-se que os dispositivos com separadores sem curto-circuito 2 (figuras 4A e C) e o dispositivo da técnica anterior com o separador em curto 2 (figura 4B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para o outro. No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e camada re- sistiva 6 (figura 4D), o fluxo de corrente é desviado do coletor de corrente 4 e é muito reduzido. Na figura 4D, o interruptor 8 não foi acio-nado.
[00108] As figuras 5C e D ilustram as baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A. Mais particularmente, as figuras 5A a 5D ilustram o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme enquanto está sendo carregada por um suprimento de energia inteligente (PS) que parará de carregar quando detectar qualquer tensão de carga anormal. As figuras 5A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). As figuras 5B e D ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador 2 em curto por um dendrito condutor 10. Note-se que os dis-positivos com separadores sem curto 2 (figuras 5A e C) e o dispositivo da técnica anterior com o separador em curto 2 (figura 5B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para o outro. No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e a camada resistiva 6 (figura 5D), o fluxo de corrente é desviado do coletor de corrente 4 é muito reduzido. Na figura 5D, o interruptor 8 não foi acionado.
[00109] As figuras 6C e D ilustram as baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A, depois que o interruptor 8 foi acionado pela temperatura ou tensão excessivas. Mais particularmente, as figuras 6A a 6D ilustram o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme sofrendo descarga para energizar uma carga (L). As figuras 6A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). AS figuras 6B e D ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon lítio tipo filme possuindo um curto-circuito causado por um dendrito condutor 10 penetrando o separador 2. Note-se que os dispositivos com separadores em curto 2 (figuras 6A e C) e o dispositivo da técnica anterior com o separador em curto 2 (figura 6B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para outro. No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e ambos uma camada resistiva (limitador de corrente 6) e um interruptor de corrente 8 (figura 6D), o fluxo de corrente é desviado do coletor de corrente 4 e é muito reduzido. Na figura 6D, o interruptor 8 foi acionado.
[00110] As figuras 7C e D ilustram as baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A, depois de o interruptor 8 ter sido acionado pela temperatura ou tensão excessivas. Mais particularmente, a figura 7 ilustra o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme enquanto está sendo carregado por um suprimento de energia inteligente (PS) que parará o carregamento quando detectar qualquer tensão de carregamento. As figuras 7A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). As figuras 7B e D ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um curto-circuito causado por um separador 2 em curto por um dendrito 10. Note-se que os dispositivos com separadores em curto 2 (figuras 7A e C) e o dispositivo da técnica anterior com o separador em curto 2 (figura 7B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para outro. No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e camada resistiva 6 (limitador de corrente 6) (figura 7D), o fluxo de corrente é desviado do coletor de corrente 4 e é muito reduzido. Na figura 7D, o interruptor 8 foi acionado.
[00111] As figuras 8C e D ilustram baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A. Mais particularmente, as figuras 8A a 8D ilustram o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme sofrendo descarga para energizar uma carga (L). As figuras 8A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). As figuras 8B e D ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo camada resistiva servindo como um limitador de corrente 6, onde o separador 2 sofreu curto-circuito por uma interrupção 16. Nas figuras 8B e D, as células estão sofrendo descarga interna devido a uma brecha 16 penetrando o separador 2. Note-se que os dispositivos com separadores sem curto 2 (figuras 8A e C) e o disposi-tivo da técnica anterior com o separador em curto 2 (figura 8B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para outro. No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e a camada resistiva 6 (figura 8D), o fluxo de corrente é desviado do coletor de corrente 4 e é muito reduzido. Na figura 8D, o interruptor 8 não foi acionado.
[00112] As figuras 9C e D ilustram as baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A. Mais particularmente, as figuras 9A a 9D ilustram o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme enquanto está sendo carregado por um suprimento de energia inteligente (PS) que parará o carregamento quando detectar qualquer tensão de carga anormal. As figuras 9A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). As figuras 9B e D ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador 2 em curto por uma interrupção 16. Note-se que os dispositivos com separadores sem curto 2 (figuras 9A e C) e o dispositivo da técnica anterior com o separador em curto 2 (figura 9B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para outro No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e camada resistiva 6 (figura 9D), o fluxo de corrente e desviado do coletor de corrente 4 e é muito reduzido. Na figura 9D, o interruptor 8 não foi acionado.
[00113] As figuras 10C e D ilustram as baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A, depois do interruptor 8 ter sido acionado pela temperatura ou tensão excessiva. Mais particularmente, as figuras 10A a 10D ilustram o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme sofrendo a descarga para energização de uma carga (L). As figuras 10A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). As figuras 10B e D ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um curto-circuito causado por uma interrupção 16. Note-se que os dispositivos com separadores em curto 2 (figuras 10A e C) e o dispositivo da técnica ante-rior com o separador em curto 2 (figura 10B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para outro. No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e ambas uma camada resistiva (limitador de corrente 6) e um interruptor de corrente 8 (figura 6D), o fluxo de corrente é desviado do coletor de corrente 4 e é muito reduzido. Na figura 10D, o interruptor 8 foi acionado.
[00114] As figuras 11C e D ilustram as baterias de íon de lítio tipo filme das figuras 1A, 2A ou 3A, depois de o interruptor 8 ter sido acionado pela temperatura ou tensão excessiva. Mais particularmente, as figuras 11A a 11D ilustram o fluxo de corrente através das baterias de íon de lítio tipo filme enquanto está sendo carregado por um suprimento de energia inteligente (PS) que parará o carregamento quando detectar qualquer tensão de carga anormal. As figuras 11A e C ilustram o fluxo de corrente das baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um separador intacto totalmente operacional 2 (sem curto). As figuras 11B e D ilustram o fluxo de corrente de baterias de íon de lítio tipo filme possuindo um curto-circuito causado por um separador 2 em curto por uma interrupção 16. Note-se que os dispositivos com separadores sem curto 2 (figuras 11A e C) e o dispositivo da técnica anterior com o separador em curto 2 (figura 11B), a corrente flui de um coletor de corrente 4 para o outro. No entanto, no dispositivo ilustrativo da presente descrição possuindo um separador em curto 2 e camada resistiva 6 (limitador de corrente 6) (figura 11D), o fluxo de corrente é desviado do coletor de corrente 4 e é muito reduzido. Na figura 11D, o interruptor 8 foi acionado.
[00115] A figura 12A ilustra a camada resistiva 6 possuindo uma alta proporção de partículas de cerâmica revestidas com aglutinante. Espaços intersticiais entre as partículas de cerâmica revestidas tornam a camada resistiva 6 porosa. A figura 12B ilustra a camada resistiva 6 possuindo uma alta proporção de partículas cerâmicas unidas por partículas de aglutinante. Espaços intersticiais entre as partículas cerâmicas revestidas tornam a camada resistiva 6 porosa. A figura 12C ilustra a camada resistiva 6 possuindo uma proporção intermediária de partículas cerâmicas (menos de 80%) mantidas unidas com o aglutinante. A camada resistiva 6 não possui espaços intersticiais entre as partículas cerâmicas revestidas e não é porosa.
Limitador de Corrente
[00116] Um primeiro aspecto da descrição é direcionado a uma bateria HEDR aperfeiçoada de um tipo incluindo uma camada de energia de anodo 12, uma camada de energia de catodo 14, um separador 2 entre a camada de energia de anodo 12 e a camada de energia de ca- todo 14 para evitar a descarga interna da mesma, e pelo menos um coletor de corrente 4 para transferir os elétrons para e da camada de energia de anodo ou catodo. As camadas de energia de anodo e cato- do possuem, cada uma, uma resistividade interna. A bateria HEDR possui uma faixa de temperatura preferida para descarregar a corrente elétrica e um limite superior de segurança de temperatura. O aperfei-çoamento é empregável, no caso de falha de separador, para limitar a taxa de descarga interna através do separador com falha e o fornecimento de calor joule resultante. Mais particularmente, o aperfeiçoamento compreende uma camada resistiva 6 intercalada entre o separador e um dos coletores de corrente 4 para limitar a taxa de descarga interna através do separador com falha no caso de falha do separador. A camada resistiva 6 possui uma resistividade fixa em temperaturas entre a faixa de temperatura preferida e o limite superior de segurança de temperatura. A resistividade fixa da camada resistiva 6 é maior do que a resistividade interna de qualquer camada de energia. A camada resistiva 6 ajuda a bateria a evitar temperaturas que excedam o limite superior de segurança de temperatura no caso de falha do separador.
[00117] Algumas modalidades da presente descrição incluem uma ateria recarregável de alta densidade de energia aperfeiçoada de um tipo incluindo:
[00118] 1. dois eletrodos 12 e 14 de polaridade oposta, cada eletro do caracterizado por sua resistividade, por sua faixa de temperatura operacional segura, e sua tensão de carregamento segura; os dois eletrodos sendo submetidos a um risco de sobrecarga acima da tensão de carregamento seguro e formação de curto-circuito; os dois ele- trodos estando sujeitos a risco de fuga térmica acima da faixa de temperatura operacional segura.
[00119] 2. um separador 2 para separar os dois eletrodos e evitar a descarga interna entre os mesmos; o separador estando sujeito a um risco de formar um curto-circuito, o curto-circuito permitindo potencialmente uma rápida descarga interna entre os dois eletrodos, a rápida descarga interna entre os dois eletrodos permitindo potencialmente uma produção rápida de calor joule, a rápida produção de calor joule permitindo potencialmente uma fuga térmica.
[00120] 3. pelo menos um eletrodo empregando um coletor de cor rente 4 para transferência de elétrons.
[00121] 4. um limitador de corrente 6 formando um acoplamento elétrico entre um dos eletrodos e seu coletor de corrente correspondente, o limitador de corrente possuindo uma resistividade para impedir de forma resistiva acorrente através do mesmo e, no caso de o separador formar o curto-circuito, para desviar a corrente do coletor de corrente de eletrodo ao qual está acoplado, e para reduzir a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos.
[00122] 5. um interruptor de corrente 8 possuindo uma configuração engatada, uma configuração desengatada e um componente de fornecimento de gás para transitar o interruptor de corrente da configuração engatada para a configuração desengatada, o componente de fornecimento de gás possuindo um acionador para gerar um gás, o aciona- dor sendo selecionado a partir do grupo que consiste em acionadores de temperatura e acionadores de tensão, os acionadores de temperatura sendo ativáveis acima da faixa de temperatura operacional segura; os acionadores de tensão sendo ativáveis acima da tensão de carregamento de segura; na configuração engatada, o interruptor de corrente acoplando eletricamente um dos eletrodos e seu coletor de corrente correspondente com uma conexão laminada, na configuração desengatada, a conexão laminada se tornando delaminada e o interruptor de corrente formando um espaço não condutor para interromper o acoplamento elétrico entre o eletrodo e seu coletor de corrente correspondente, a transição de interruptor de corrente da configuração engatada para a configuração desengatada pelo acionamento do componente de fornecimento de gás em resposta ao acionador, o gás fornecido delaminando a conexão laminada para interromper o acoplamento elétrico entre o eletrodo e seu coletor de corrente correspondente, onde o limitador de corrente e o interruptor de corrente, em combinação, diminuindo o risco de fuga térmica resultante do curto- circuito de separador, sobrecarga de eletrodo, e superaquecimento de eletrodo.
[00123] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente é acionado pela temperatura.
[00124] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente inclui uma camada contendo um componente de fornecimento de gás singular acionado pela temperatura.
[00125] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente é acionado pela tensão.
[00126] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente inclui uma camada contendo um componente de fornecimento de gás singular acionado pela tensão.
[00127] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente é acionado pela temperatura e tensão.
[00128] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente inclui uma camada contendo um componente de fornecimento de gás singular acionado pela temperatura e tensão.
[00129] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente inclui uma camada contendo dois componentes de fornecimento de gás, um acionado pela temperatura e o outro acionado pela tensão.
[00130] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente pode incluir uma camada contendo um ou mais compostos de fornecimento de gás inorgânico que geram gás em uma temperatura ou tensão específica.
[00131] Em algumas modalidades, os compostos de fornecimento de gás inorgânico são selecionados a partir do grupo consistindo de CaCO3, La2(Co3)3, Na2SO3, ZnCO3Zn(OH)2, CuCO3Cu(OH)2 e Cu(NO3)2 como descrito na figura 32.
[00132] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente pode incluir uma camada contendo um ou mais compostos de fornecimento de gás orgânico que geram gás em uma temperatura ou tensão específica.
[00133] Em algumas modalidades, os compostos de fornecimento de gás orgânico são selecionados a partir do grupo que consiste em Carbopol, Torlon® AI-50, CMC e PVDF como descrito na figura 34.
[00134] Em algumas modalidades, o interruptor de corrente pode incluir uma camada contendo uma combinação de compostos de fornecimento de gás inorgânico e orgânico que geram gás em uma temperatura ou tensão específica.
[00135] Em algumas modalidades da bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia , o limitador de corrente e o interruptor de corrente são incorporados simultaneamente em uma camada protetora intercalada pela laminação entre o mesmo eletrodo e o coletor de corrente, como descrito nas figuras 1A, 1C e 2A.
[00136] Em algumas modalidades da bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia , o limitador de corrente e o interruptor de corrente acionados por temperatura e tensão são simultaneamente incorporados em uma camada protetora intercalada pela lami- nação entre o mesmo eletrodo e coletor de corrente, como descrito na figura 3A.
[00137] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, o aperfeiçoamento caracterizado adicionalmente onde:
[00138] o limitador de corrente e o interruptor de corrente são incorporados simultaneamente incorporados a uma primeira camada protetora intercalada por laminação entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente; e
[00139] o limitador de corrente e o interruptor de corrente são incorporados simultaneamente em uma segunda camada protetora intercalada por laminação entre o segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente;
[00140] como descrito na figura 1E.
[00141] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado onde:
[00142] o limitador de corrente e o interruptor de corrente são simul-taneamente incorporados a uma primeira camada protetora intercalada por laminação entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente; e
[00143] o limitador de corrente e o interruptor de corrente são incorporados simultaneamente a uma segunda camada protetora intercalada por laminação entre o segundo eletrodo e o separador,
[00144] como descrito na figura 1F.
[00145] Em algumas modalidades, a bateria recarregável de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, o aperfeiçoamento caracterizado adicionalmente onde:
[00146] o limitador de corrente e o interruptor de corrente são incorporados simultaneamente a uma primeira camada protetora intercalada por laminação entre o primeiro eletrodo e o separador; e
[00147] o limitador de corrente e o interruptor de corrente são incorporados simultaneamente a uma segunda camada protetora intercalada pela laminação entre o segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente,
[00148] como descrito na figura 1G.
[00149] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o primeiro eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a segunda parte do primeiro eletrodo intercalada entre a primeira parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo caracterizado adicionalmente onde:
[00150] 1. o limitador de corrente sendo colocado em camadas en tre a primeira parte do primeiro eletrodo e a segunda parte do primeiro eletrodo; e
[00151] 2. o interruptor de corrente sendo colocado em camadas entre a segunda parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente.
[00152] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um se gundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o primeiro eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a segunda parte do primeiro eletrodo intercalada entre a primeira parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado, no qual o limitador de corrente e o interruptor de corrente são simultaneamente incorporados em uma camada protetora intercalada pela laminação entre a primeira parte e a segunda parte do primeiro eletrodo, como descrito nas figuras 1B e 2B.
[00153] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o primeiro eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a segunda parte do primeiro eletrodo intercalada entre a primeira parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado, onde o limitador de corrente e o interruptor de corrente acionados por temperatura e tensão são simultaneamente incorporados a uma camada protetora intercalada por laminação entre a primeira parte e a segunda parte do primeiro eletrodo, como descrito na figura 3B.
[00154] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o segundo eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a primeira parte do segundo eletrodo intercalada entre a segunda parte do segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo caracterizado adicionalmente, onde:
[00155] 1. o limitador de corrente sendo colocado em camadas en tre a primeira parte do segundo eletrodo e a segunda parte do segundo eletrodo; e
[00156] 2. o interruptor de corrente sendo colocado em camadas entre a segunda parte do segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente.
[00157] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o segundo eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a primeira parte do segundo eletrodo intercalado entre a segunda parte do segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo caracterizado adicionalmente, onde:
[00158] 1. o interruptor de corrente sendo colocado em camadas entre a primeira parte do segundo eletrodo e a segunda parte do segundo eletrodo; e
[00159] 2. o limitador de corrente sendo colocado em camadas en tre a segunda parte do segundo eletrodo e do segundo coletor de corrente.
[00160] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o primeiro eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a primeira parte do segundo eletrodo intercalada entre a segunda parte do segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo caracterizado, onde o limitador de corrente e o interruptor de corrente são incorporados si- multaneamente a uma camada protetora intercalada por laminação entre a primeira parte e a segunda parte do segundo eletrodo, como descrito na figura 1D.
[00161] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente, os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, e o primeiro eletrodo incluindo uma primeira parte e uma segunda parte, a segunda parte do primeiro eletrodo intercalada entre a primeira parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, o aperfeiçoamento sendo caracterizado, onde:
[00162] 1. o limitador de corrente sendo colocado em camadas en tre a segunda parte do primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente; e
[00163] 2. o interruptor de corrente sendo colocado em camadas entre a primeira parte do primeiro eletrodo e a segunda parte do primeiro eletrodo.
[00164] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo possuindo dois coletores de corrente, incluindo um primeiro coletor de corrente e um segundo coletor de corrente e os dois eletrodos incluindo um primeiro eletrodo e um segundo eletrodo, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado, onde:
[00165] 1. o limitador de corrente sendo colocado em camadas en tre o segundo eletrodo e o primeiro coletor de corrente; e
[00166] 2. o interruptor de corrente sendo colocado em camadas entre o segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente.
[00167] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo, onde cada eletrodo possui uma faixa de temperatura para a operação segura e uma resis- tividade interna, o aperfeiçoamento sendo caracterizado adicionalmente onde o limitador de corrente possuindo uma resistividade maior do que a resistividade interna do eletrodo com o qual o limitador de corrente é colocado em camadas dentro da faixa de temperatura para operação segura.
[00168] Em algumas modalidades da bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia , o aperfeiçoamento sendo caracterizado adicionalmente, onde o limitador de corrente não possui um comutador de transição de resistividade em temperaturas dentro da faixa de temperatura para a operação segura.
[00169] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo, onde cada eletrodo possui uma faixa de temperatura para a operação padrão, o aperfeiçoamento sendo caracterizado adicionalmente, onde o limitador de corrente possuindo uma transição de resistividade com uma resistividade menor do que a resistividade interna do eletrodo dentro da faixa de temperatura para operação padrão e uma resistividade maior do que a resistividade interna do eletrodo acima da faixa de temperatura para a operação padrão.
[00170] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo, onde cada eletrodo possui uma faixa de temperatura para a operação padrão, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado, onde o interruptor de corrente é ativado pela temperatura acima da faixa de temperatura para a operação padrão.
[00171] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo, onde cada eletrodo possui uma faixa de temperatura para operação padrão e uma faixa de temperatura para operação segura, o aperfeiçoamento sendo caracterizado, onde o interruptor de corrente é ativado pela temperatura aci- ma da faixa de temperatura para operação padrão e dentro da faixa de temperatura para a operação segura.
[00172] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo onde cada eletrodo possui uma resistividade interna dentro da faixa de temperatura para operação segura, o aperfeiçoamento é adicionalmente caracterizado, onde o limitador de corrente possuindo uma resistividade superior à resistividade interna do eletrodo com o qual o limitador de corrente é colocado em camadas dentro da faixa de temperatura para operação segura.
[00173] Em algumas modalidades da bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia , o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado, onde o limitador de corrente e o interruptor de corrente são simultaneamente incorporados a uma camada protetora intercalada por laminação entre o mesmo eletrodo e o coletor de corrente.
[00174] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo, onde cada eletrodo possui uma faixa de tensão para a operação padrão, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado, onde o interruptor de corrente é ativado pela tensão acima da faixa de tensão para a operação padrão.
[00175] Em algumas modalidades, a bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia é de um tipo, onde cada eletrodo possui uma faixa de tensão para a operação padrão e uma faixa de tensão para a operação segura, o aperfeiçoamento sendo adicionalmente caracterizado, onde o interruptor de corrente é ativado pela tensão acima da faixa de temperatura para a operação padrão e dentro da faixa de tensão para a operação segura.
[00176] Em algumas modalidades da bateria aperfeiçoada recarre- gável,de alta densidade de energia , o aperfeiçoamento é adicionalmente caracterizado, onde o limitador de corrente e o interruptor de corrente são simultaneamente incorporados a uma camada protetora intercalada por laminação entre o mesmo eletrodo e o coletor de corrente.
[00177] Outras modalidades da presente descrição incluem uma bateria aperfeiçoada recarregável,de alta densidade de energia de um tipo incluindo dois eletrodos de polaridade oposta, um separador separando os dois eletrodos, e pelo menos um coletor de corrente eletricamente acoplado a um dos eletrodos, o separador impedindo a descarga interna entre os dois eletrodos, falha do separador causando potencialmente uma descarga interna entre os dois eletrodos (como ilustrado nas figuras 6A e B e figuras 7A e B), a descarga interna causando um fornecimento de calor joule de perigo em potencial, o aperfeiçoamento compreendendo:
[00178] 1. um interruptor de corrente termicamente ativável e um interruptor de corrente ativável por tensão, onde o interruptor de corrente termicamente ativável colocado em camadas por laminação entre um dos coletores de corrente e um dos eletrodos, o interruptor de corrente termicamente ativável, quando desativado, acoplando eletricamente o coletor de corrente ao eletrodo com o qual está colocado em camadas, o interruptor de corrente, quando ativado, delaminando do coletor de corrente para formar um espaço não condutor para o de- sacoplamento elétrico do coletor de corrente para formar um espaço não condutor para o desacoplamento elétrico do coletor de corrente do eletrodo com o qual foi colocado em camadas (como ilustrado nas figuras 6C e D e figuras 7C e D), o desacoplamento elétrico reduzindo a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos no evento de falha do separador;
[00179] 2. o interruptor de corrente ativável por tensão colocado em camadas por laminação entre um dos coletores de corrente e um dos eletrodos, o interruptor de corrente ativável por tensão, quando desativado, acoplando eletricamente o coletor de corrente ao eletrodo com o qual é colocado em camadas, o interruptor de corrente, quando ativado, delaminando do coletor de corrente para formar um espaço não condutor para o desacoplamento elétrico do coletor de corrente do eletrodo com o qual foi colocado em camadas, o desacoplamento elétrico reduzindo a taxa de descarga interna entre os dois eletrodos no caso de falha de separador (como ilustrado nas figuras 6C e D e figuras 7C e D), onde, a ativação de qualquer um entre o interruptor de corrente termicamente ativado ou o interruptor de corrente ativado por tensão no caso de falha do separador, reduz o fornecimento de calor joule para reduzir o perigo em potencial.
[00180] Algumas modalidades da presente descrição incluem um processo para evitar a fuga térmica dentro de uma bateria recarregável de alta densidade de energia sendo submetida à descarga interna devido à falha do separador, o processo compreendendo a delaminação de um eletrodo dentro da bateria de seu coletor de corrente pelo fornecimento de um gás a partir de um material de fornecimento de gás sensível ao calor dentro de uma camada de interrupção intercalada entre o eletrodo e o coletor de corrente, a delaminação desacoplando eletricamente o eletrodo de seu coletor de corrente para reduzir a taxa de descarga interna.
[00181] Algumas modalidades da presente descrição incluem um processo para se evitar a fuga térmica dentro de uma bateria recarre- gável de alta densidade de energia em risco de sofrer uma falha de separador devido a uma sobrecarga de tensão (como ilustrado nas figuras 7A e B), o processo compreendendo a delaminação de um eletrodo dentro da bateria de seu coletor de corrente pelo fornecimento de um gás a partir de um material de fornecimento de gás sensível ao calor dentro de uma camada de interrupção intercalada entre o eletrodo e o coletor de corrente, a delaminação desacoplando eletricamente o eletrodo de seu coletor de corrente para interromper a sobrecarga de tensão (como ilustrado nas figuras 7C e D).
[00182] As abreviações a seguir possuem os significados indicados: Carbopol® - 934 = polímero poliacrilato reticulado suprido por Lubrizol Advanced Materials, Inc. CMC = celulose de carboximetil CMC-DN-800H = CMC cujo sal de sódio do grupo de car- boximetil foi substituído por amônio (suprido por Daicel FineChem Ltd). MCMB = microcontas de mesocarbono NMC = Níquel, Manganês e Cobalto NMP = N-metilpirrolidona PTC = coeficiente de temperatura positivo PVDF = fluoreto de polivinilideno SBR = borracha de estireno-butadieno Super P® = negro de fumo condutor suprido por Timcal Torlon® AI-50 = análogo solúvel em água de Torlon® 4000TF Torlon® 4000TF = pó fino de poliamidimidas (PAI) de resina pura
[00183] A preparação da camada de resistência e camada ativa de eletrodo é descrita abaixo, juntamente com a montagem da célula de bateria.
[00184] A seguir encontra-se um procedimento generalizado para o preparo de uma camada de resistência (primeira camada): i. Dissolver o aglutinante em um solvente adequado. ii. Adicionar o aditivo condutor e o pó de cerâmica à solução de aglutinante para formar uma pasta. iii. Revestir a pasta feita na Etapa ii na superfície de uma fo- lha metálica, e, então, deixar secar para formar uma camada de resistência na superfície da folha.
[00185] A seguir encontra-se um procedimento generalizado para a preparação de eletrodo (em cima da primeira camada): i. Dissolver o aglutinante em um solvente adequado. ii. Adicionar o aditivo condutor e o pó de cerâmica à solução de aglutinante para formar uma pasta. iii. Colocar o material de catodo ou anodo na pasta feita na Etapa v e misturar o mesmo para formar a pasta para o revestimento do eletrodo. iv. Revestir a pasta de eletrodo feita na Etapa vi na superfície da camada da etapa iii. v. Comprimir o eletrodo dentro da espessura do projeto.
[00186] A seguir encontra-se um procedimento generalizado para a montagem de Célula: i. Secar o eletrodo positivo a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas. ii. Perfurar os eletrodos dentro das peças com a parte de eletrodo. iii. Laminar os eletrodos positivo e negativo com o separador como a camada intermediária. iv. Colocar o “jelly-roll” plano feito na etapa xi no saco de composto de alumínio.
[00187] Abaixo estão etapas generalizadas para condução de um teste de impacto, como ilustrado na figura 21, para uma célula de bateria como descrito aqui. i. Carregar a célula a 2A e 4,2V por 3 horas. ii. Colocar a célula em uma superfície plana dura tal como concreto. iii. Fixar um acoplador térmico à superfície da célula com fi- ta para altas temperaturas e conectar as partes positiva e negativa do voltímetro. iv. Colocar uma haste de aço (15,8 mm +/- -0,1 mm de diâmetro X cerca de 70 mm de comprimento) em seu lado através do centro da célula. v. Suspender um bloco de aço de 9,1 +/- 0,46 kg (75 mm de diâmetro X 290 mm de altura) a uma altura de 610 +/- 25 mm acima da célula. vi. Utilizar um tubo de contenção (8 cm de diâmetro interno) para orientar o bloco de aço, liberar o bloco de aço através do tubo e permitir que o mesmo caia livremente na barra de aço que se encontra na superfície da célula fazendo com que o separador sofra uma brecha enquanto grava a temperatura. vii. Finalizar teste.
[00188] Abaixo se encontram as etapas generalizadas para a realização de um teste de sobrecarga. i. Carregar a célula a 2A e 4,2V por 3 horas. ii. Colocar a célula carregada em um forno em temperatura ambiente. iii. Conectar a célula a um suprimento de energia (fabricado por Hewlett-Packard). iv. Configurar a tensão e corrente no suprimento de energia para 12V e 2A. v. Ligar o suprimento de energia para iniciar o teste de sobrecarga enquanto grava a temperatura e tensão. vi. O teste termina quando a temperatura da célula diminui e estabiliza perto da temperatura ambiente.
[00189] Abaixo encontram-se as etapas generalizadas para a realização do Teste de Medição de Resistencia. i. Colocar uma folha de cobre quadrada (4,2 x 2,8 cm) com a lingueta em uma placa metálica (~12X ~8 cm). Então, cortar um pedaço de fita térmica e cobrir com cuidado a folha de cobre quadrada. ii. Cortar uma parte do eletrodo que é ligeiramente maior do que o papel de cobre. Colocar o eletrodo na folha de cobre. iii. Colocar outra folha de cobre (4,2 x 2,8 cm) com lingueta na superfície do eletrodo, repetir as etapas i - ii com a mesma. iv. Nesse momento, colocar cuidadosamente os mesmos juntos e cobrir os mesmos utilizando fita de alta temperatura e remover quaisquer bolhas de ar. v. Cortar um pedaço de metal em formato de "V" a partir de ambas as linguetas. vi. Fixar a tira completada ao prendedor metálico e apertar os parafusos. Certificar-se de que os parafusos estejam realmente apertados. vii. Fixar as linguetas aos conectores do Battery HiTester (produzido por Hioki USA Corp.) para medir a resistência para se certificar de que uma boa amostra foi criada para medição. viii. Colocar o prendedor metálico dentro do forno, conectar as linguetas em formato de "V" aos conectores e então apertar os parafusos. Fixar com fita o acoplamento térmico ao prendedor metálico. ix. Ficar o Battery HiTester aos fios do forno. Não confundir os fios positivo e negativo. x. Fechar o forno e configurar a temperatura para 200 oC a 4 C por minuto, e iniciar o teste. Registrar os dados a cada 15 segundos. xi. Interromper a gravação de dados quando o prendedor metálico e o forno atingem uma temperatura um pouco acima de 200 oC. xii. Desligar o forno e o Battery HiTester. xiii. Encerrar teste.
[00190] Abaixo encontram-se as etapas generalizadas para realização do procedimento de Vida de Ciclo. i. Esperar por 5 minutos. ii. Descarregar para 2,8V a 1A. iii. Esperar por 20 minutos. iv. Carregar para 4.2V a 0,7A por 270 minutos. v. Esperar por 10 minutos. vi. Descarregar para 2,8V a 0,7A. vii. Esperar por 10 minutos. viii. Repetir as etapas iii a vii 100 vezes. ix. Encerrar teste.
[00191] Abaixo encontram-se as etapas generalizadas para teste de uma célula de bateria com uma camada de resistência para descarga em 1A, 3A, 6A e 10A. Em cada teste, a célula de bateria é testada em uma câmara com temperatura controlada e constante, por exemplo 50 oC. i. Esperar por 5 minutos. ii. Descarregar para 2,8V a 1A. iii. Descansar por 20 minutos. iv. Carregar para 4,2V a 0,7A por 270 minutos. v. Descansar por 10 minutos. vi. Descarregar para 2,8V a 1A. vii. Descansar por 10 minutos. viii. Carregar para 4,2V a 0,7A por 270 minutos. ix. Esperar por 10 minutos. x. Descarregar para 2,8V a 3A. xi. Carregar para 4,2V a 0,7A por 270 minutos. xii. Esperar por 10 minutos. xiii. Descarregar para 2,8V a 6A. xiv. Carregar para 4,2V a 0,7A por 270 minutos. xv. Esperar por 10 minutos. xvi. Descarregar para 2,8V a 10A. xvii. Esperar por 10 minutos. xviii. Encerrar teste.
Definições
[00192] A menos que definido o contrário, todos os termos técnicos e científicos utilizados aqui possuem o mesmo significado que os co- mumente compreendidos pelos versados na técnica à qual essa descrição pertence. No caso de existir uma pluralidade de definições para um termo, os dessa seção prevalecem a menos que mencionado o contrário.
[00193] Como utilizado aqui, "bateria recarregável de alta densidade de energia (HEDR)" significa uma bateria capaz de armazenar quantidades relativamente grandes de energia elétrica por peso unitário da ordem de cerca de 50 W-hr/kg ou mais e é projetada para reutilização, podendo ser recarregada depois de utilizações repetidas. Exemplos não limitadores de baterias HEDR incluem baterias de íon de metal e baterias metálicas.
[00194] Como utilizado aqui, "baterias de íon de metal" significa qualquer tipo de bateria recarregável na qual os íons de metal movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores das baterias de íon de metal incluem íon de lítio, íon de alumínio, íon de potássio, íon de sódio, íon de magnésio, e outros.
[00195] Como utilizado aqui, "baterias metálicas" significa qualquer tipo de bateria recarregável no qual o anodo é um metal ou liga metálica. O anodo pode ser solido ou liquido. Íons de metal movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores de baterias metálicas incluem M-S, M-NiCl2, M-V2O5, M-Ag2VP2O8, M-TiS2, M-TiO2, M-MnO2, M-Mo3S4, M-MoS6Se2, M-MoS2, M-MgCoSiO4, M-Mg1.03Mn0.97SiO4, e outros, onde M = Li, Na, K, Mg, Al ou Zn.
[00196] Como utilizado aqui, "bateria de íon de lítio" significa qualquer tipo de bateria recarregável no qual os íons de lítio se movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores de baterias de íon de lítio incluem óxido de lítio e cobalto (LiCoO2), fosfato de lítio e ferro (Li- FePO4), fosfato de lítio e cobalto (LiCoPO4), óxidos com excesso de camadas de lítio tal como (LiMnO3)x(LiMO2) (M=Ni, Co, Mn), olivinas, LiMSiO4 (M = ferro, cobalto, níquel e vanádio); óxido de lítio e manganês (LiMN2O4), óxido de lítio e níquel (LiNiO2), óxido de lítio, níquel, manganês e cobalto (LiNiMnCoO2) dióxido de lítio e titânio, lí- tio/grafeno, enxofre revestido com óxido de lítio/grafeno, lítio-enxofre, lítio-purpurina e outros. Baterias de íon de lítio também podem vir com uma variedade de anodos incluindo anodos de nano composição de silício-carbono e outros. As baterias de íon de lítio podem estar em vários formatos incluindo cilíndricos pequenos (corpo solido sem terminais), cilíndricos grandes (corpo solido com grandes terminais enroscados), prismáticos (envoltório plástico semirrígido com grandes terminais enroscados), e de bolsa (corpo plano macio). As baterias de polímero deli tio podem estar em um pacote macio ou bolsa. Os eletrólitos nessas baterias podem ser um eletrólito líquido (tal como com base em carbonato ou iônico), um eletrólito sólido, um eletrólito à base de polímero ou uma mistura desses eletrólitos.
[00197] Como utilizado aqui, "bateria de íon de alumínio" significa qualquer tipo de bateria recarregável na qual os íons de alumínio movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores de baterias de íon de alumínio incluem AlnM2(XO4)3, onde X = Si, P, S, Mo, As e outros; e M = Fe, Ca, Mg, V, Cr e outros; óxidos de metal de transição de alumínio (AlxMO2 onde M = Fe, Mn, Ni, Mo, Co, Cr, Ti, V e outros) tal como Alx (V4O8), AlxNiS2, AlxFeS2, AlxVS2 e AlxWS2 e outros.
[00198] Como utilizado aqui, "bateria de íon de potássio" significa qualquer tipo de bateria recarregável na qual os íons de potássio movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores de baterias de íon de potássio incluem KnM2(XO4)3, onde X = Si, P, S, Mo, As e outros; e M = Fe, Ca, Mg, V, Cr e outros; óxidos de metal de transição de potássio (KMO2, onde M = Fe, Mn, Ni, Mo, Co, Cr, Ti, V e outros) e outros.
[00199] Como utilizado aqui, "bateria de íon de sódio" significa qualquer tipo de bateria recarregável na qual os íons de sódio se movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores de baterias de íon de sódio incluem NanM2(XO4)3, onde X = Si, P, S, Mo, As e outros; e M = Fe, Ca, Mg, V, Cr e outros; NaV1-xCrxPO4F, NaVPO4F, Na4Fe3(PO4)2(P2O7), Na2FePO4F, Na2FeP2O7, Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2, Na(Ni1/3Fe1/3Mn1/3)O2, NaTiS2, NaFeF3; Óxidos de Metal de Transição de Sódio (NaMO2 onde M = Fe, Mn, Ni, Mo, Co, Cr, Ti, V e outros) tal como Na2/3[Fe1/2Mn1/2]O2, Na(Ni1/3Fe1/3Mn1/3)O2, NaxMo2O4, NaFeO2, Na0.7CoO2, NaCrO2, NaMnO2, Na0.44MnO2, Na0.7MnO2, Na0,7MnO2,25, Na2/3Mn2/3Ni1/3O2, Na0,61Ti0,48Mn0,52O2; Óxidos de Vanádio tal como Na1+xV3O8, NaxV2O5 e NaxVO2 (x = 0,7, 1); e outros.
[00200] Como utilizado aqui, "bateria de íon de magnésio" significa qualquer tipo de bateria recarregável na qual os íons de magnésio movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores das baterias de íon de magnésio incluem MgnM2(XO4)3, onde X = Si, P, S, Mo, As e outros; e M = Fe, Ca, Mg, V, Cr e outros; Óxidos de Metal de Transição de magnésio (MgMO2 onde M = Fe, Mn, Ni, Mo, Co, Cr, Ti, V e outros) e outros.
[00201] Como utilizado aqui, "bateria de íon de silício" significa qualquer tipo de bateria recarregável no qual os íons de silício movem do eletrodo negativo para o eletrodo positivo durante a descarga e de volta durante a carga. Exemplos não limitadores de baterias de íon de silício incluem SinM2(XO4)3, onde X = Si, P, S, Mo, As e outros; e M = Fe, Ca, Mg, V, Cr e outros; Óxidos de Metal de Transição de Silício (SiMO2 onde M = Fe, Mn, Ni, Mo, Co, Cr, Ti, V e outros), e outros.
[00202] Como utilizado aqui, "aglutinante" significa qualquer material que forneça aderência mecânica e ductilidade com tolerância não exaurível de mudança de grande volume. Exemplos não limitadores de aglutinantes incluem aglutinantes com base em borracha de estireno butadieno (SBR), aglutinantes com base em fluoreto de polivinilideno (PVDF), aglutinantes com base em celulose de carboximetil (CMC), aglutinantes com base em ácido poliacrílico (PAA), aglutinantes com base em ácidos de polivinil (PVA), aglutinantes com base em polivinil- pirrolidona (PVP), e outros.
[00203] Como utilizado aqui, "aditivo condutor" significa qualquer substancia que aumente a condutividade do material. Exemplos não limitadores de aditivos condutores incluem aditivos de negro de fumo, suspensões de carbono ultrafino não aquoso em grafite (UFC), aditivos compostos de nanotubo de carbono (CNT) (parede única e múltiplas paredes), aditivos “nano-onion” de carbono (CNO), aditivos com base em grafeno, óxido de grafeno reduzido (rGO), negro de acetileno condutor (AB), poli(3-metiltiofeno) condutor (PMT), aditivos de pó de níquel filamentares, pó de alumínio, óxidos eletroquimicamente ativos, tal como óxido de lítio, níquel, manganês, cobalto e outros.
[00204] Como utilizado aqui, "folha de metal" significa qualquer folha metálica que sob alta tensão permanece estável. Exemplos não limitadores de folhas metálicas incluem folha de alumínio, folha de co bre, folha de titânio, folha de aço, papel de nano carbono, papel de grafeno, folha de fibra de carbono, e outros.
[00205] Como utilizado aqui, "pó de cerâmica" significa qualquer isolante elétrico ou condutor elétrico que não tenha sido disparado. Exemplos não limitadores de materiais de pó de cerâmica incluem tita- nato de bário (BaTiO3), titanato de zircônio e bário, titanato de estrôncio (SrTiO3), titanato de cálcio (CaTiO3), titanato de magnésio (MgTiO3), titanato de cálcio e magnésio, titanato de zinco (ZnTiO3), titanato de lântano (LaTiO3), e titanato de neodímio (Nd2Ti2O7), zirco- nato de bário (BaZrO3), zirconato de cálcio (CaZrO3), niobato de chumbo e magnésio, niobato de chumbo e zinco, niobato de lítio (LiN- bO3), estanato de bário (BaSnO3), estanato de cálcio (CaSnO3), silica- to de magnésio e alumínio, silicato de sódio (NaSiO3), silicato de magnésio (MgSiO3), tantalato de bário (BaTa2O6), óxido de nióbio, titanato de zircônio e estanho, dióxido de silício (SiO2), óxido de alumínio (Al2O3), dióxido de titânio (TiO2) e outros.
[00206] Como utilizado aqui, "material fornecedor de gás" significa qualquer material que se decomponha em alta temperatura ou alta tensão para produzir um gás direcionando a partir do material fornecedor de gás ou indiretamente a partir da reação dos produtos em decomposição produzidos a partir do material fornecedor de gás com outros materiais contidos dentro da bateria (por exemplo, eletrólito e eletrodos). Exemplos não limitadores de materiais fornecedores de gás incluem carbonatos inorgânicos tal como Mn(CO3)m, Mn(SO3)m, Mn(NO3)m, 1Mn2Mn(CO3)m, NaSiO3*H2O, CuCO3CU(OH)2 e outros e carbonatos orgânicos tal como polimetacrílico [-CH2-C(CH3)(COOM)-]p e sais poliacrilatos [-CH2-CH(COOM)-]p, e outros onde M, 1M, 2M são selecionados independentemente do grupo que consiste em Ba, Ca, Cd, Co, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Sr e Zn; n é 1-3 e m é 1-4. Em algumas modalidades, M é selecionado independentemente a par- tir do grupo que consiste em um íon de amônio, íon de piridina e um íon de amônio quaternário. Em algumas modalidades, o material fornecedor de gás pode decompor para produzir um liquido (por exemplo, água). O liquido pode reagir com outros materiais contidos dentro da bateria para formar um gás e esse gás delaminará o eletrodo (por exemplo, água reagindo com o eletrólito [LiFP6] para formar HF gasoso e lítio no negativo para formar gás de hidrogênio (H2)). Se a temperatura da célula exceder a temperatura de vaporização do liquido, o liquido pode sofrer uma transição de fase para formar um gás e esse gás também delaminará o eletrodo.
[00207] As camadas foram revestidas em folhas metálicas por uma máquina de revestimento automática (revestidor compacto, número de modelo 3R250W-2D) produzido por Thank-Metal Co., Ltd. Camadas são então comprimidas na espessura desejada utilizando-se uma máquina de calandragem (número de modelo X15-300-1-DZ) produzida por Beijing Sevenstar Huachuang Electronics Co., Ltd.
Exemplos
[00208] A descrição será descrita em maiores detalhes abaixo utilizando exemplos, mas a descrição não está limitada aos exemplos ilustrados abaixo.
Exemplo 1
[00209] A preparação dos eletrodos de linha de base, eletrodos positivos e negativos, e a célula completada No. 1 para avaliação na medição de resistência, testes de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto e teste de vida de ciclo são descritos abaixo.
A) Preparação de POS1A como um exemplo da preparação de eletrodo positivo.
[00210] i) PVDF (21,6 g) foi dissolvido em NMP (250 g); ii) negro de fumo (18 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; ii) LiNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC) (560,4 g) foi adicionado à pasta a partir da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) parte de NMP foi adicionada para ajuste de viscosidade; v) essa pasta foi revestida em uma folha de alumínio 15 pm utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 80 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC para evaporar o NMP. A carga sólida seca final tem cerca de 15,55 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 117 μm. O eletrodo criado aqui foi considerado como possuindo tensão igual a zero de acordo com um eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para medição de impedância a 0 V com relação à temperatura, e deixado secar para a montagem da célula.
B) Preparação de NEG2A como um exemplo de preparação de eletrodo negativo.
[00211] i) CMC (5,2 g) foi dissolvido em água deionizada (~300 g); ii) negro de fumo (8,4 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (378,4 g no total) foi adicionado à pasta a partir da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor solido 50% suspenso em água) (16,8 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a 6500 rpm por 5 min; v) a viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) essa pasta foi revestida em uma folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para 70 oC e a segunda zona de calor para cerca de 100 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 9,14 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 117 μm. O negativo criado foi utilizado para secar o conjunto de célula.
C) Preparação da célula para avaliação
[00212] i) Os eletrodos foram perfurados nas peças com uma lin- gueta de eletrodo; ii) o eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária, iv) o “jelly-roll” criado na etapa iii foi colocado de forma plana em um saco de composto de alumínio; v) o saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo a 70 oC; vi) o saco da etapa v foi preenchido com eletrólito a base de carbonato orgânico contendo LiPF6; vii) o saco da etapa vi foi vedado; ix) esperar por 16 horas; ix) a célula carregou em 4,2V a uma taxa de C/20 por 5 horas e então a 4,2V a uma taxa de 0,5 C por 2 horas, então, descansou por 20 minutos, então descarregou para 2,8V em uma taxa de 0,5 C. Sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00213] A figura 15 representa a resistência com relação ao aumento de temperatura para o eletrodo positivo coletado a partir da autópsia de uma célula com 3,6V. A resistência diminui cerca de dez vezes. A figura 18 ilustra a capacidade de descarga nas correntes de descarga 1, 3, 6, 10A. A figura 20 lista a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade nas correntes 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3, 6, 10A sobre a da 1A. A figura 22 ilustra o perfil de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 23 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto. A célula incendiou durante o teste de impacto. A figura 25 ilustra os perfis de tensão e temperatura das células durante 12V/2A através do teste de carga. A célula incendiou durante o teste de sobrecarga (figura 28).
Exemplo 2
[00214] A preparação de eletrodos positivos e negativos do forne- cedor de gás à base de CaCO3 e camada resistiva, e a célula completada No. 3 para avaliação na medição de resistência, testes de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, sobrecarga e teste de vida de ciclo são descritos abaixo.
A) POS3B positivo como um exemplo de preparação de um fornecedor de gás e camada resistiva (primeira camada).
[00215] i) Torlon®4000TF (0,8 g) foi dissolvido em NMP (10 g); ii) PVDF (4,8 g) foi dissolvido em NMP (~70 g); iii) as soluções preparadas na etapa i e ii são misturadas, e então negro de fumo (0,32 g) foi adicionado e misturado por 10 minutos a 6500 rpm; iv) nano pó de CaCO3 (34,08 g) foi adicionado à solução a partir da etapa iii e misturado por 20 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; v) essa pasta foi revestida em uma folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 135 oC e a segunda zona de calor para cerca de 165 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 1 mg/cm2.
B) Preparação de POS3A como um exemplo de preparação de eletrodo positivo (segunda camada).
[00216] i) PVDF (21,6 g) foi dissolvido em NMP (250 g); ii) negro de fumo (18 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; ii) LiNi1/2Co1/3Mn1/3O2 (NMC) (560,4 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) A pasta foi revestida em POS3B (exemplo 2A) utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 85 oC e a segunda zona de calor para cerca de 135 oC para evaporar NMP. O carregamento sólido seco final foi de cerca de 19,4 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida a uma espessura de cerca de 153 μm. O eletrodo feito aqui foi considerado como a tensão zero contra um eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para a medição de impedância a 0V com relação à temperatura.
C) Preparação de NEG3A como um exemplo de preparação de eletrodo negativo
[00217] i) CMC (13 g) foi dissolvido em água deionizada (~1000 g); ii) negro de fumo (20 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos na taxa de cerca 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon MicroBead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (945,92 g no total) foram adicionados à pasta a partir da etapa ii e misturados por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólidos 50% suspensos em água) (42g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a 6500 rpm por 5 min.; v) a viscosidade foi ajustada para obter um revestimento suave; vi) essa pasta foi revestida em uma folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento auto-mática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 100 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 11,8 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 159 μm. O negativo criado foi utilizado para secar o conjunto de célula.
D) Preparação da Célula para Avaliação
[00218] i) os eletrodos foram perfurados em partes com uma lingue- ta de eletrodo; ii) o eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) o “jelly-roll” criado na etapa iii foi colocado de forma plana em um saco de composto de alumínio; v) o saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo a 70 oC; vi) o saco da etapa v foi preenchido com eletrólito à base de carbonato orgânico contendo LiPF6; vii) o saco da etapa vi foi vedado; viii) descansou por 16 horas; ix) a célula foi carregada para 4,2V a uma taxa de C/50 por 8 horas e então para 4,2V a uma taxa de 0,5 C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então descarregou para 2,8V a uma taxa de 0,5 C; x) sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 C, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00219] A figura 16 apresenta a resistência com relação ao aumento de temperatura para o eletrodo positivo coletado a partir da autópsia das células com 0, 3,6 e 4,09V. A resistência aumenta com o aumento na temperatura, especialmente para eletrodos positivos obtidos a partir da célula possuindo voltagens 3,66 e 4 V. A figura 19 ilustra a capacidade de descarga com corrente 1, 3 e 6A e a 50 oC. A capacidade de célula reduz de forma significativa como aumento da corrente, indicando o efeito forte da camada resistiva. A figura 20 lista a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade em correntes 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3, 6, 10A acima da 1A. A figura 26 apresenta os perfis de sobrecarga durante o teste de sobrecarga. A figura 28 resume a temperatura máxima de célula durante o teste de sobrecarga e corrente residual no final do teste de sobrecarga. A figura 29 ilustra a capacidade de descarga X o número de ciclo. A perda de célula de cerca de 1% da capacidade que é cerca de 100% melhor do que de (2,5%) da célula de linha de base. A figura 22 ilustra os perfis de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 23 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto.
Exemplo 3
[00220] A preparação de eletrodos positivo e negativo do fornecedor de gás com base em 50% de Al2O3 e 50% de CaCO3 e camada resistiva, e a célula completada No. 4 para avaliação na medição de resistência, testes de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, testes de sobrecarga e vida de ciclo são descritos abaixo.
A) POS4B positivo como um exemplo de preparação de um fornecedor de gás e camada resistiva (primeira camada).
[00221] i) Torlon®4000T (0,8 g) foi dissolvido em NMP (10 g); ii) PVDF (4,8 g) foi dissolvido em NMP (~70 g); iii) As soluções preparadas na Etapa i e ii foram misturadas, e então o negro de fumo (0,32 g) foi adicionado e misturado para 10 minutos a 6500 rpm; iv) nanopó de CaCO3 (17,04 g) e pó de Al2O3 (17,04 g) foram adicionados à solução da etapa iii e misturados por 20 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; v) Essa pasta foi revestida em uma folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automático com a primeira zona de calor configurada para cerca de 135 oC e a segunda zona de calor de cerca de 165 oC para evaporar NMP. O carregamento solido seco final foi de cerca de 1 mg/cm2.
B) Preparação de POS4A como um exemplo de preparação de eletrodo positivo (segunda camada).
[00222] i) PVDF (21,6 g) foi dissolvido em NMP (250 g); ii) Negro de fumo (18 g) foi adicionado e misturado para 15 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm; iii) LiNi1/3CO1/3Mn1/3O2 (NMC) (560,4 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi revestida em POS4B (Exemplo 3A) utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 85 oC e a segunda zona de calor para cerca de 135 oC para evaporar NMP. O car-regamento sólido seco final foi de cerca de 19,4 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida a uma espessura de cerca de 153 μm. O eletrodo criado foi considerado como tensão zero contra um eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para a medição de impedância a 0 V com relação à temperatura.
C) Preparação de NEG4A como um exemplo de preparação de eletrodo negativo
[00223] i) CMC (13 g) foi dissolvido em água deionizada (~1000 g); ii) negro de fumo (20 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (945,92 g no total) foram adicionados à pasta da etapa ii e misturados por 20 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólido 50% suspenso em água) (42 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a cerca de 6500 rpm por 5 minutos; v) A viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) A pasta foi revestida em uma folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 100 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC para evaporar a água. O carregamento sólido seco final foi de cerca de 11,8 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 159 μm. O eletrodo pode ser utilizado para a parte seca da montagem de célula.
D) Preparação da célula para avaliação
[00224] i) Os eletrodos foram perfurados em partes com uma lin- gueta de eletrodo; ii) o eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) Os eletrodos positivos e negativos foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” feito na etapa iii foi colocado de forma plana em um saco de composto de alumínio; v) O saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo a 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com LiPF6 contendo eletrólito à base de carbonato orgânico; vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) Descanso por 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V a uma taxa C/50 por 8 horas e então para 4,2V a uma taxa de 0,5C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então foi descarregada para 2,8V a uma taxa de 0,5C; x) sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como o teste de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00225] A figura 20 ilustra a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade em correntes 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3A, 6A e 10A sobre o de 1A. A figura 22 ilustra os perfis de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 23 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto. A figura 26 ilustra os perfis de tensão da tensão de célula e temperatura durante o teste de sobrecarga de 12V/2A. A figura 28 resume as temperaturas máximas de célula da célula no teste de sobrecarga.
Exemplo 4
[00226] A preparação de eletrodos positivos e negativos do fornecedor de gás à base de Al2O3 e trissilicato de sódio (NaSiO3) misturados e camada resistiva, e da célula completada No. 5 para a avaliação na medição de resistência, testes de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, testes de sobrecarga e vida de ciclo são descritos abaixo.
A) POS5B positivo como um exemplo de preparação de um fornecedor de gás e camada resistiva (primeira camada).
[00227] i) Torlon®4000TF (0,8 g) foi dissolvido em NMP (~10 g); ii) PVDF (4,8 g) foi dissolvido em NMP (60 g); iii) As soluções preparadas na etapa i e ii foram misturadas, e então o negro de fumo (0,32 g) foi adicionado e misturado por 10 minutos a 6500 rpm; iv) Nanopó de Al2O3 (17,04 g) e NaSiO3 (17,04 g) foram adicionados à solução da etapa iii e misturados por 20 minutos a 6500 rpm para formar uma pas- ta fluida; v) Essa pasta foi revestida em uma folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 135 oC e a segunda zona de calor para cerca de 165 oC para evaporar NMP. O carregamento sólido seco final foi de cerca de 0,7 mg/cm2.
B) Preparação de POS5A como um exemplo da preparação de eletrodo positivo (segunda camada).
[00228] i) PVDF (21,6 g) foi dissolvido em NMP (270 g); ii) negro de fumo (18 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm; iii) LiNi1/3Co1/3MN11/3O2 (NMC) (560,4 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi revestida em POS5B (exemplo 4A) utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 85 oC e a segunda zona de calor para cerca de 135 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 19,4 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 153 μm. O eletrodo criado aqui foi considerado de tensão zero com relação a um eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para a medição de impedância a 0 V com relação à temperatura.
C) Preparação de NEG5A como um exemplo de preparação de eletrodo negativo
[00229] i) CMC (13 g) foi dissolvido em água deionizada (~1000 g); ii) negro de fumo (20 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (945,92 g no total) foram adicionados à pasta a partir da etapa ii e misturados por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólido de 50% suspenso em água) (42 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a 6500 rpm por 5 minutos; v) A viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestida na folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 100 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC a fim de evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 11,8 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 159 μm. O negativo é pronto para a parte seca da montagem da célula.
D) Preparação da célula para avaliação
[00230] i) Os eletrodos foram perfurados em partes com uma lingue- ta de eletrodo; ii) O eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) Os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” feito na etapa iii foi colocado de forma plana em um saco de composto de alumínio; v) o saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo a 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com LiPF6 contendo eletrólito à base de carbonato orgânico; vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) Descanso de 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V a uma taxa de C/50 por 8 horas e então para 4,2 V a uma taxa de 0,5C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então foi descarregada para 2,8 V a uma taxa de 0,5C; x) sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para teste de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00231] A figura 18 lista a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade em correntes 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3, 6 e 10A sobre a de 1A. A figura 22 ilustra os perfis de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 23 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto. A figura 28 resume a temperatura máxima de célula no teste de sobrecarga de 12V/2A.
Exemplo 5
[00232] A preparação dos eletrodos positivos e negativos da camada resistiva e fornecedor de gás com base em 52% de CaCO3 e 48% de PVDF, e a célula completada No. 6 para avaliação na medição de resistência, testes de capacidade de descarga em 50 oC, teste de impacto, testes de sobrecarga e vida de ciclo é discutida abaixo.
A) POS6B positivo como um exemplo de uma preparação de fornecedor de gás e camada resistiva (primeira camada).
[00233] i) PVDF (23,25 g) foi dissolvido em NMP (~250 g); ii) A solução preparada na Etapa 1 foi misturada, e então negro de fumo (1,85 g) foi adicionado e misturado por 10 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm; iv) Nanopó de CaCO3 (24,9 g) foi adicionado à solução da etapa iii e misturado por 20 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; v) Essa pasta foi revestida na folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 135 C e a segunda zona de calor para cerca de 165 oC para evaporar o NMP. O carregamento sólido seco final foi de cerca de 1mg/cm2.
B) Preparação de POS6A como um exemplo da preparação de eletrodo positivo (segunda camada).
[00234] i) PVDF (24 g) foi dissolvido em NMP (300 g); ii) negro de fumo (12 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos em 6500 rpm; iii) LiNi0,4Co0,3Mn0,4Co0,3O2 (NMC) (558 g) foi adicionado à pasta da etapa 22 e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) Parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi revestida em POS6B (Exemplo 5A) utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 85 oC e a segunda zona de calor para cerca de 135 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 22 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 167 μm. O eletrodo criado aqui foi considerado de tensão zero com relação a um eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para medição de impedância em 0 V com relação à temperatura.
C) Preparação de NEG6A como um exemplo de preparação de eletrodo negativo.
[00235] i) CMC (9 g) foi dissolvido em água deionizada (~530 g); ii) negro de fumo (12 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) (564 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólidos de 50% suspenso em água) (30 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a cerca de 6500 rpm por 5 minutos; v) parte da água foi adicionada para ajustar a viscosidade para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestido na folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 95 oC e a segunda zona de calor para cerca de 125 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 12 mg/cm2. A camada de eletrodo negativa foi então comprimida para uma espessura de cerca de 170 μm. O negativo criado foi utilizado para a parte seca da montagem da célula.
D) Preparação de célula para avaliação
[00236] i) Os eletrodos f oram perfurados em partes com uma lin- gueta de eletrodo; ii) O eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; ii) Os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” formado na etapa iii foi colocado de forma plana em um saco composto de alumínio; v) O saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo de 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com LiPF6 contendo eletrólito à base de carbonato orgânico; vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) Descanso por 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V a uma taxa de C/50 por 8 horas e então para 4,2 V em uma taxa de 0,5 C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então foi descarregada para 2,8 V em uma taxa de 0,5 C; x) Sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quais gases e então foi vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00237] A figura 20 ilustra a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade em correntes de 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3, 6, 10A sobre a de 1A. A figura 22 ilustra os perfis de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 23 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto. A figura 28 resume as temperaturas máximas de célula da célula no teste de sobrecarga.
Exemplo 6
[00238] A preparação dos eletrodos positivos para medições de tensão de decomposição química é descrita abaixo.
[00239] POS7B foi preparado como segue: (i) água deionizada (~300 g) foi misturada em Carbopol® -934 (19,64 g); (ii) Super-P® (160 mg) e LiOH (200 mg) foram adicionados à pasta criada na etapa (i) e misturados por 30 minutos a 5000 rpm; (iii) Uma quantidade adequada de água deionizada foi adicionada para ajustar a pasta para formar uma pasta revestível. (iv) A pasta foi revestida em uma folha de alumínio de 15 μm com a máquina de revestimento automática com as temperaturas de secagem configuradas para 135 oC para a zona 1 e 165 oC para a zona 2. A carga sólida seca final foi de cerca de 0,7 mg/cm2.
[00240] POS8B foi preparado como segue: (i) água deionizada (100 g) foi misturada a AI-50 (19,85 g); (ii) Super-P® (160 mg) foi adicionado à pasta feita na etapa (i) e misturado por 30 minutos a 5000 rpm; (iii) Uma quantidade adequada de água deionizada foi adicionada para ajustar a pasta para formar uma pasta revestível. (iv) A pasta foi revestida em uma folha de alumínio de 15 μm com a máquina de revestimento automática com as temperaturas de secagem configuradas para 135 para a zona 1 e 165 oC para a zona 2. A carga sólida seca final foi de cerca de 0,7 mg/cm2.
[00241] POS9B foi preparado como segue: (i) água deionizada (~322 g) foi misturado em 19,85 g de CMC-DN-800H; (ii) Super-P® (160 mg) foi adicionado à pasta feita na etapa (i) e misturada por 30 minutos a 5000 rpm; (iii) Uma quantidade adequada de água deioniza- da foi adicionada para ajustar a pasta para formar uma pasta revestí- vel. (iv) A pasta foi revestida na folha de alumínio de 15 μm com a máquina de revestimento automática com as temperaturas de secagem configuradas para 135 para a zona 1 e 165 oC para a zona 2. A carga sólida seca final foi de cerca de 0,7 mg/cm2.
[00242] POS13B foi preparado como segue: (i) Torlon®4000TF (400 mg) foi dissolvido em NMP (4 g). (ii) PVDF-A (2,4 g) foi dissolvido em NMP (30 g). (iii) As duas soluções foram misturadas e Super-P® (160 g) foi adicionado), então misturado por 30 minutos a 5000 rpm. (iv) La2(CP3)3 (17,04 g) ou os sais listados na figura 8 foram adicionados à pasta acima e misturados a 5000 rpm por 30 minutos. (v) A pasta foi revestida na folha de alumínio de 15 μm com a máquina de revestimento automática na primeira zona de aquecimento para 13 C e a segunda zona de aquecimento para 16 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 0,7 mg/cm2.
Exemplo 7
[00243] O teste eletroquímico para eletrodos positivos revestidos com camadas de fornecedor de gás é descrito abaixo.
[00244] As voltagens de decomposição de todas as camadas resis- tivas foram medidas com uma configuração de três eletrodos (camada resistiva como o eletrodo de trabalho, e metal de lítio como ambos o eletrodo de referência e o eletrodo de contagem) pela tecnologia Linear Sweep Voltammetry utilizando um instrumento de potenciostato de múltiplos canais VMP2 em temperatura ambiente. Uma peça de 0,3 cm x 2,0 cm de camada resistiva foi o eletrodo de trabalho; e uma peça de metal de lítio de 0,3 cm x 2,0 cm foi ambos o eletrodo de referência e o eletrodo contrário. Esses eletrodos foram colocados em um vidro contendo eletrólito com base em carbonato de etileno LiPF6 (5 b). A taxa de digitalização é de 5 mV/segundo na faixa de tensão de 0 a 6V. A figura 31 e 33 ilustra os perfis de tensão de decomposição desses compostos. A figura 32 e a figura 34 resumem a corrente de pico e a tensão de pico para cada um dos compostos testados.
Exemplo 8
[00245] A preparação de eletrodos positivos e negativos da camada de fornecedor de gás à base de CaCO3, e da célula (No. 7) para a avaliação no teste de sobrecarga é descrita abaixo. Essa camada de fornecedor de gás pode se tornar uma camada resistiva se o teor de aditivo condutor estiver em determinada faixa de modo que a resistivida- de da camada do fornecedor de gás seja mais resistiva (50% mais pelo menos) do que a camada de energia ou a camada que fornece a maior parte (> 50%) da energia de descarga de bateria. O teor de fornecedor de gás pode ser de 2% a 99%.
A) POS071A como um exemplo da preparação da camada de fornecedor de gás (primeira camada).
[00246] i) Torlon®4000TF (0,9 g) foi dissolvido em NMP (10 g); ii) PVDF (5,25 g) foi dissolvido em NMP (~68 g); iii) As soluções preparadas na etapa i e ii foram misturadas, e então negro de fumo (1,8 g) foi adicionado e misturado pro 10 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm; iv) nano pó de CaCO3 (7,11 g) e 134,94 g de LiNi0,33Alo,33Co0,33O2 foram adicionados à solução da etapa iii e misturados por 20 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm para formar uma pasta fluida; v) Essa pasta foi revestida na folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 90 oC e a segunda zona de calor para cerca de 140 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 4 mg/cm2.
B) Preparação de POS071B como um exemplo de preparação de eletrodo positivo (segunda camada).
[00247] i) PVDF (25,2 g) foi dissolvido em NMP (327 g); ii) negro de fumo (21 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm; iii) LiNi0,82Al0,03Co0,15O2 (NCA) (649 g) foram adicionados à pasta da etapa ii e misturados por 30 minutos na taxa de cerca de 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) Parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi revestida sobre POS071A utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 85 C e a segunda zona de calor para cerca de 135 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final é de cerca de 20,4 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 155 μm.
C) Preparação de NEG015B como um exemplo da preparação de eletrodo negativo.
[00248] i) CMC (15 g) foi dissolvido em água deionizada (~951 g); ii) negro de fumo (15 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a uma taxa de cerca de 6500 rpm; iii) o grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) (945 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos em uma taxa de cerca de 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólidos de 50% suspenso em água) (50 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturada a cerca de 6500 rpm por 5 minutos; v) A viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestida sobre a folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 100 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 11 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 155 μm. O negativo criado está pronto para a parte seca da montagem da célula. D) Preparação da célula para avaliação.
[00249] i) Os eletrodos foram perfurados em partes com uma lingue- ta de eletrodo; ii) O eletrodo positivo foi secado a ~125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a ~140 oC por 10 horas; iii) Os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” feito na etapa iii foi colocado de forma plana em um saco de composto de alumínio; v) O saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo de 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com eletrólito à base de carbonato; vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) descanso por 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V em uma taxa de C/50 por 8 horas e então para 4,2 V a uma taxa de 0,5C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então foi descarregada para 2,8 V a uma taxa de 0,5C. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como testes de sobrecarga.
[00250] A figura 35 apresenta a tensão de sobrecarga, temperatura de célula e temperatura de câmara de forno durante o teste de sobrecarga (2A e 12V). A célula passou bem pelo teste de sobrecarga visto que a temperatura máxima de célula é de cerca de 83 oC durante o teste de sobrecarga. As implementações da presente matéria podem incluir, mas não estão limitadas a artigos de fabricação (por exemplo, aparelhos, sistemas, etc.), métodos de criação ou utilização, composições de matéria ou similares consistentes com as descrições fornecidas aqui.
Exemplo 9
[00251] A preparação de eletrodos positivos e negativos da camada resistiva com base em Al2O3 e a célula completada No. 3 para a avaliação na medição de resistência, testes de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto e teste de vida de ciclo são descritos abaixo.
A) POS3B positivo como um exemplo de uma preparação de camada de resistência (primeira camada).
[00252] i) Dissolver Torlon®4000TF (1 g) em NMP (10 g); ii) dissolver PVDF (6 g) em NMP (70 g); iii) misturar a solução preparada na etapa i e ii, e então adicionar negro de fumo (0,4 g) e misturar por 10 minutos a 6500 rpm; iv) adicionar nano pó de Al2O3 (42 g) à solução da etapa iii e misturar por 20 minutos na taxa de 6500 rpm para formar uma pasta fluida; v) revestir essa pasta na folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 130 oC e a segunda zona de calor para cerca de 160 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final e de cerca de 1 mg/cm2.
B) Preparação de POS3A como um exemplo de preparação de eletrodo positivo (segunda camada).
[00253] i) PVDF (21,6 g) foi dissolvido em NMP (250 g); negro de fumo (18 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; Li- Ni1/3Co1/3Mn1/3O2 (NMC) (560,4 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi revestida em POS3B utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 85 oC e a segunda zona de calor para cerca de 135 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 19,4 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 153 μm. O eletrodo criado aqui é chamado como tensão zero contra um eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para a medição de im- pedância a 0 V com relação à temperatura.
C) Preparação de NEG3A como um exemplo de preparação de eletrodo negativo
[00254] i) CMC (13 g) foi dissolvido na água deionizada (~1000 g); ii) negro de fumo (20 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (945.92 g no total) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólidos 50% suspensos em água) (42 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a 6500 rpm por 5 minutos; v) a viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestida em uma folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 100 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 11,8 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 159 μm. O negativo criado foi utilizado para a parte seca para a montagem de célula.
D) Preparação de célula para avaliação
[00255] i) Os eletrodos foram perfurados em partes com a lingueta de eletrodo; ii) O eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) Os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” plano criado na etapa iii foi colocado de forma plana em um saco de composto de alumínio; v) O saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo a 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com LiPF6 contendo eletrólito à base de carbonato orgânico; vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) descansou por 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V a uma taxa de C/50 por 8 horas e então a 4,2 V em uma taxa de 0,5C por 2 horas, então o descansou por 20 minutos, então descarregou para 2,8 V em uma taxa de 0,5 C. Sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00256] A figura 38 apresenta a resistência com relação ao aumento de temperatura para o eletrodo positivo coletado a partir da autópsia de uma célula com 4,09 V. A resistência muda muito pouco em comparação com a da célula de linha de base (figura 37). A figura 42 ilustra a capacidade de descarga x número de ciclo. A célula perdeu cerca de 2% da capacidade que é similar à de (2,5%) da célula de linha de base. A figura 36 lista a impedância de célula em 1 kHz e a capacidade nas correntes 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3A, 6A, 10A sobre a de 1A. A figura 40 ilustra os perfis de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 41 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto.
Exemplo 10
[00257] A preparação de eletrodos positivos e negativos de uma camada resistiva com base em 50% de látex poliacrílico e 50% de Ta- tanato de bário (BaTiO2), e a célula completada 4 para avaliação nos testes de medição de resistência, capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, e teste de vida de ciclo é descrita abaixo.
A) POS4B positivo como um exemplo de uma preparação de camada de resistência (primeira camada).
[00258] i) CMC (0,375 g) foi dissolvido em água deionizada (~30 g); ii) A solução preparada na etapa i foi misturada, e então negro de fumo (1,75 g) foi adicionado e misturado por vários minutos; iii) nano pó de BaTiO2 (25 g) foi adicionado à solução da etapa ii e misturado por 20 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; v) Essa pasta foi revestida em uma folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 90 oC e a segunda zona de calor para cerca de 140 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 0,5 mg/cm2.
B) Preparação de POS4A como um exemplo da preparação de eletrodo positivo (segunda camada)
[00259] i) PVDF (14,4 g) foi dissolvido em NMP (~160 g); ii) negro de fumo (12 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) LiNi0,5Mn0,3Co0,2O2 (NMC) (373,6 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) Parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi revestida em POS4B (Exemplo 2A) utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 80 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 15,2 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 113 μm. O eletrodo criado aqui foi chamado de tensão zero com relação a um eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para medição de impedância em 0 V com relação à temperatura.
C) Preparação de NEG3A como um exemplo da preparação de eletrodo negativo
[00260] i) CMC (7,8 g) foi dissolvido em água deionizada (~800 g); ii) negro de fumo (12 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (568,6 no total) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólidos de 50% suspenso em água) (25,2 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a 6500 rpm por 5 minutos; v) A viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestida em uma folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 70 oC e a segunda zona de calor para cerca de 100 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 8,99 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 123 μm. O negativo criado foi utilizado para a parte seca da montagem da célula.
D) Preparação de célula para avaliação
[00261] i) Os eletrodos foram perfurados em partes com uma lin- gueta de eletrodo; ii) O eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) Os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” plano criado na etapa iii foi colocado de forma plana no saco de composto de alumínio; v) O saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo de 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com LiPF6 contendo eletrólito à base de carbonato orgânico; vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) descansou por 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V na taxa de C/50 por 8 horas e então para 4,2 V em uma taxa de 0,5C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então foi descarregada para 2,8V a uma taxa de 0,5C. Sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 C, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00262] A figura 39 ilustra a capacidade de descarga na corrente 1A, 3A, 6A e a 50 oC. A capacidade de célula diminui muito rapidamente com o aumento da corrente, indicando um efeito forte da camada resistiva. A figura 36 lista a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade nas correntes 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3A, 6A, 10A sobre a de 1A. A figura 40 ilustra os perfis de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 41 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto.
Exemplo 11
[00263] A preparação da camada resistiva em eletrodos negativos, eletrodos positivos e negativos e célula completada 5 para avaliação nos testes de medição de resistência, capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto e teste de vida de ciclo é descrita abaixo.
A) Preparação de POS5A como um exemplo da preparação de eletrodo positivo.
[00264] i) PVDF (31,5 g) foi dissolvido em NMP (~340 g); ii) negro de fumo (13,5 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) LiNi0,33Mn0,33Co0,33O2 (NMC) (855 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) Parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi adicionada à folha de alumínio de 15 μm utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 80 oC e a segunda zona de calor para cerca de 130 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 14,8 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 113 μm. O eletrodo criado aqui foi designado como tensão zero com relação a um eletrodo de grafite pa-drão e foi utilizado para a medição de impedância em 0 V com relação à temperatura, e a parte seca para a montagem de célula.
B) Preparação de NEG5B como um exemplo da preparação de eletrodo negativo (primeira camada).
[00265] CMC (0,375 g) foi dissolvido em água deionizada (~90 g); ii) negro de fumo (1,75 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos; Ba- TiO2 (25 g no total) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a cerca de 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (conteúdo sólido de 50% suspenso em água) (45,6 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a cerca de 6500 rpm por 5 minutos; v) A viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestida em uma folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando-se uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 90 oC e a segunda zona de calor para cerca de 140 oC para evaporar a água.
C) Preparação de NEG5A como um exemplo da preparação de eletrodo negativo (segunda camada).
[00266] i) CMC (3,9 g) foi dissolvido em água deionizada (~350 g); ii) negro de fumo (6 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphitized Mesophase Carbon MicroBead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (283,8 g no total) foram adicionados à pasta da etapa ii e misturados por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólidos de 50% suspenso em água) (25,2 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a 6500 rpm por 5 minutos; v) a viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestida em NEG5B (exemplo 4B) utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 70 oC e a segunda zona de calor para cerca de 100 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 9,8 mg/cm2. A camada de eletrodo negativo foi então comprimida para uma espessura de cerca de 114 μm. O negativo foi criado e utilizado para a parte seca da montagem da célula.
D) Preparação da célula para avaliação
[00267] i) Os eletrodos foram perfurados em partes com a lingueta do eletrodo; ii) O eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) Os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” plano criado na etapa iii foi colocado de forma plana no saco de composto de alumínio; v) O saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo a 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com LiPF6 contendo eletrólito com base em carbonato orgânico; ;vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) descansou por 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V em uma taxa de C/20 por 5 horas e então para 4,2 V na taxa de 0,5C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então descarregada para 2,8 V na taxa de 0,5C. Sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula feita aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por diante.
[00268] A figura 36 ilustra a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade nas correntes de 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3A, 6A, 10A sobre a de 1A. A figura 40 ilustra o perfil de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 41 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto.
Exemplo 12
[00269] A preparação de camada resistiva com base em Al2O3 e trissilicato de sódio (NaSiO3) misturados, eletrodos positivos e negativos e a célula completada 6 para avaliação em testes de medição de resistência, capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, e teste de vida de ciclo é descrita abaixo.
A) POS6B positivo como um exemplo de uma preparação de camada de resistência (primeira camada).
[00270] i) Torlon®4000TF (0,8 g) foi dissolvido em NMP (~10 g); ii) PVDF (4,8 g) foi dissolvido em NMP (60 g); iii) As soluções preparadas na etapa i e ii foram misturadas, e então negro de fumo (0,32 g) foi adicionado e misturado por 10 minutos a 6500 rpm; iv) nanopó de Al2O3 (17,04 g) e NaSiO3 (17,04 g) foram adicionados à solução da etapa iii e misturados por 20 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; v) Essa pasta foi revestida na folha de alumínio de 15 μm de espessura utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 135 oC e a segunda zona de calor para cerca de 165 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 0,7 mg/cm2.
B) Preparação de POS6A como um exemplo de preparação de eletrodo positivo (segunda camada).
[00271] i) PVDF (21,6 g) foi dissolvido em NMP (270 g); ii) negro de fumo (18 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 (NMC) (560,4 g) foi adicionado à pasta da etapa ii e misturado por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) Parte de NMP foi adicionada para realizar o ajuste de viscosidade; v) Essa pasta foi revestida em POS6B (exemplo 1A) utilizando uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 85 oC e a segunda zona de calor para cerca de 135 oC para evaporar NMP. A carga sólida seca final foi de cerca de 19,4 mg/cm2. A camada positiva foi então comprimida para uma espessura de cerca de 153 μm. O eletrodo criado aqui foi chamado de tensão zero com relação ao eletrodo de grafite padrão e foi utilizado para a medição de impedância em 0 V com relação à temperatura.
C) Preparação de NEG6A como um exemplo da preparação de eletrodo negativo.
[00272] i) CMC (13 g) foi dissolvido em água deionizada (~1000 g); ii) negro de fumo (20 g) foi adicionado e misturado por 15 minutos a 6500 rpm; iii) grafite ativo negativo (JFE Chemical Corporation; Graphi- tized Mesophase Carbon Micro Bead (MCMB) and Synthetic Graphite (TIMCAL) (945,92 g no total) foram adicionados à pasta da etapa ii e misturados por 30 minutos a 6500 rpm para formar uma pasta fluida; iv) SBR (teor de sólidos de 50% suspenso em água) (42 g) foi adicionado à pasta formada na etapa iii e misturado a 6500 rpm por 5 minutos; v) A viscosidade foi ajustada para um revestimento suave; vi) Essa pasta foi revestida na folha de cobre de 9 μm de espessura utilizando- se uma máquina de revestimento automática com a primeira zona de calor configurada para cerca de 100 oC e a segunda zona de calor a cerca de 130 oC para evaporar a água. A carga sólida seca final foi de cerca de 11,8 mg/cm2. A camada de eletrodo negativa foi então comprimida para uma espessura de cerca de 159 μm. O negativo criado está pronto para a parte seca da montagem de célula.
D) Preparação da célula para avaliação
[00273] i) Os eletrodos foram perfurados em partes com uma lin- gueta de eletrodo; ii) O eletrodo positivo foi secado a 125 oC por 10 horas e o eletrodo negativo a 140 oC por 10 horas; iii) Os eletrodos positivo e negativo foram laminados com o separador como a camada intermediária; iv) O “jelly-roll” plano criado na etapa iii foi colocado de forma plana dentro de um saco de composto de alumínio; v) O saco da etapa iv foi secado em um forno a vácuo a 70 oC; vi) O saco da etapa v foi preenchido com LiPF6 contendo eletrólito à base de carbonato orgânico; vii) O saco da etapa vi foi vedado; viii) descansou por 16 horas; ix) A célula foi carregada para 4,2 V a uma taxa de C/50 por 8 horas e então para 4,2 V a uma taxa de 0,5C por 2 horas, então descansou por 20 minutos, então foi descarregada para 2,8 V na taxa de 0,5C. Sob vácuo, a célula foi perfurada para liberar quaisquer gases e então vedada novamente. A célula criada aqui foi utilizada para testes de classificação e outros testes tal como teste de capacidade de descarga a 50 oC, teste de impacto, teste de vida de ciclo e assim por dis- tante.
[00274] A figura 36 ilustra a impedância de célula a 1 kHz e a capacidade nas correntes 1A, 3A, 6A e 10A e a razão da capacidade em 3A, 6A, 10A sobre a de 1A. A figura 40 ilustra os perfis de temperatura de célula durante o teste de impacto. A figura 41 resume a temperatura máxima de célula no teste de impacto.
[00275] Nas descrições acima e nas reivindicações, frases tal como "pelo menos um dentre" ou "um ou mais dentre" podem ocorrer seguidas por uma lista conjuntiva de elementos ou características. O termo "e/ou" também pode ocorrer em uma lista de dois ou mais elementos ou características. A menos que seja implicitamente ou explicitamente contradito de outra forma pelo contexto no qual é utilizada, tal frase deve significar qualquer um dos elementos ou características listados individualmente ou qualquer um dos elementos mencionados ou características em combinação com qualquer um dos outros elementos ou características mencionados. Por exemplo, as frases "pelo menos um dentre A e B", "um ou mais de A e B;" e "A e/ou B" são, cada uma, destinadas a significar "A apenas, B apenas ou A e B juntos." Uma in-terpretação similar também é destinada às listas incluindo três ou mais itens. Por exemplo, as frases "pelo menos um entre A, B e C;" "um ou mais dentre A, B e C;" e "A, B e/ou C" são, cada uma, destinadas a significar "A apenas, B apenas, C apenas, A e B juntos, A e C juntos, B e C juntos, ou A e B e C juntos." O uso do termo "com base em" acima e nas reivindicações deve significar "com base pelo menos em parte em", de modo que uma característica ou elemento não mencionado também seja permissível.
[00276] A presente matéria descrita aqui pode ser consubstanciada em sistemas, aparelhos, métodos e/ou artigos dependendo da configuração desejada. As implementações apresentadas na descrição acima não representam todas as implementações consistentes com a pre sente matéria descrita aqui. Em vez disso, são meramente alguns exemplos consistentes com aspectos relacionados com a presente matéria descrita. Apesar de algumas variações poderem ser descritas em detalhes acima, outras modificações ou adições são possíveis. Em particular, características e/ou variações adicionais podem ser fornecidas em adição às apresentadas aqui. Por exemplo, as implementações descritas acima podem ser direcionadas a várias combinações e subcombinações das características descritas e/ou combinações e subcombinações de várias características adicionais descritas acima. Adicionalmente, os fluxos de lógica apresentados nas figuras em anexo e/ou descritos aqui não exigem necessariamente a ordem particular ilustrada, ou ordem sequencial, para alcançar resultados desejáveis. Outras implementações podem estar dentro do escopo das reivindicações a seguir.

Claims (16)

1. Bateria recarregável de alta densidade de energia, caracterizada pelo fato de compreender: um primeiro eletrodo; um primeiro coletor de corrente para transferência de elé-trons; um interruptor de corrente intercalado entre o primeiro ele-trodo e o primeiro coletor de corrente, onde o interruptor de corrente compreende um material sensível ao calor configurado para fazer com que, mediante ativação de pelo menos um acionador de temperatura, uma formação de um espaço não condutor entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente, onde a formação do espaço não condutor desacopla eletricamente o primeiro eletrodo do primeiro coletor de corrente e desvia o fluxo de corrente do primeiro coletor de corrente, onde o material sensível ao calor é configurado para transitar o inter-ruptor de corrente de uma configuração engatada para uma configuração não engatada mediante ativação de pelo menos o acionador de temperatura, onde o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente são eletricamente acoplados quando o interruptor de corrente está na configuração engatada, onde o espaço não condutor é formado entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente quando o interruptor de corrente está na configuração não engatada; em que o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente são eletricamente acoplados através de uma conexão laminada fornecida pelo interruptor de corrente quando o interruptor de corrente está em uma configuração engatada, e em que a formação do espaço não condutor delamina a conexão laminada entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente; um segundo eletrodo possuindo uma polaridade oposta à do primeiro eletrodo; e um separador intercalado entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo.
2. Bateria, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de compreender ainda um limitador de corrente.
3. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de compreender ainda um segundo coletor de corrente.
4. Bateria, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o limitador de corrente ser intercalado entre o segundo eletrodo e o segundo coletor de corrente.
5. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizada pelo fato de o limitador de corrente ser intercalado entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente.
6. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de o limitador de corrente e o interruptor de corrente serem incorporados simultaneamente a uma camada protetora única intercalada pela laminação entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente.
7. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizada pelo fato de uma resistividade do limitador de corrente ser maior do que a resistividade interna do primeiro eletrodo em temperaturas acima de uma faixa de temperatura para a operação padrão.
8. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizada pelo fato de a resistividade do limitador de corrente não transitar em temperaturas dentro da faixa de temperatura para a operação padrão.
9. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizada pelo fato de a resistividade do limitador de corrente ser inferior à resistividade interna do primeiro eletrodo em tempera- turas dentro de uma faixa de temperatura para a operação padrão.
10. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de o acionador de temperatura ser ativado quando a temperatura exceder uma faixa de temperatura para a operação padrão.
11. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de o material sensível ao calor ser ainda configurado para causar a formação do espaço não condutor mediante ativação de um acionador de tensão, e onde o acionador de tensão é ativado quando a tensão excede uma faixa de tensão para a operação padrão.
12. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de o material sensível ao calor formar o espaço não condutor pelo menos pelo fornecimento, mediante ativação de pelo menos o acionador de temperatura, de um gás.
13. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato o material sensível ao calor formar o espaço não condutor pelo menos pela fornecimento, mediante ativação de pelo menos o acionador de temperatura, de um líquido.
14. Bateria, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de o líquido fornecer um gás através da evaporação.
15. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 ou 15, caracterizada pelo fato de o líquido fornecer um gás pela reação com o primeiro eletrodo, o primeiro coletor de corrente, o separador, e/ou um eletrólito compreendendo a bateria.
16. Método, caracterizado pelo fato de compreender: a formação de um espaço não condutor entre um eletrodo dentro de uma bateria e um coletor de corrente, onde a formação do espaço não condutor é causada por um material sensível ao calor em resposta a uma ativação de pelo menos um acionador de temperatura, onde o material sensível ao calor compreende um interruptor de corrente intercalado entre o eletrodo e o coletor de corrente, onde a formação do espaço não condutor desacopla eletricamente o eletrodo do coletor de corrente e desvia o fluxo de corrente do coletor de corrente, onde o material sensível ao calor é configurado para transitar o interruptor de corrente de uma configuração engatada para uma configuração desengatada mediante ativação de pelo menos o acionador de temperatura, onde o eletrodo e o coletor de corrente são eletricamente acoplados quando o interruptor de corrente está na configuração engatada, e onde o espaço não condutor é formado entre o eletrodo e o coletor de corrente quando o interruptor de corrente está na configuração desengatada , em que o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente são eletricamente acoplados através de uma conexão laminada fornecida pelo interruptor de corrente quando o interruptor de corrente está em uma configuração engatada, e em que a formação do espaço não condutor delamina a conexão laminada entre o primeiro eletrodo e o primeiro coletor de corrente.
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