BR112019009250B1 - Bateria, e, método para remoção de calor de uma célula eletroquímica - Google Patents

Bateria, e, método para remoção de calor de uma célula eletroquímica Download PDF

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Abstract

A presente descrição refere-se a uma bateria compreendendo um alojamento definindo uma zona eletroquímica, pelo menos um eletrodo que compreende um substrato condutor, em que o substrato compreende uma primeira região na zona eletroquímica e uma segunda região que se projeta da zona eletroquímica, e uma aba de contato que é acoplada à segunda região, em que a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é maior que 1.

Description

FUNDAMENTOS
[01] Esta descrição refere-se a uma bateria. Esta descrição também se refere a um método de remoção de calor de uma bateria.
FUNDAMENTOS
[02] Uma célula eletroquímica típica compreende um anodo, um catodo e um eletrólito dispostos entre o anodo e o catodo. O anodo, o catodo e o eletrólito podem estar contidos dentro de um alojamento, por exemplo, uma bolsa. A célula pode ter conexões elétricas, por exemplo, abas de contato para proporcionar conexão elétrica com o anodo e o catodo da célula.
[03] À medida que a célula carrega ou descarrega, sua temperatura pode subir. Em alguns casos, pode ser desejável assegurar que a célula esteja operando em uma faixa de temperatura ideal. A temperatura da célula pode ser reduzida, por exemplo, permitindo que o ar circule em torno da célula. Como as conexões elétricas que são acopladas ao alojamento da célula estão conectadas com os eletrodos da célula, essas conexões também podem ajudar a conduzir o calor para fora do alojamento da célula. Ao permitir que o ar circule em torno das conexões elétricas, o calor também pode ser removido da célula.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[04] Os aspectos da presente descrição são mostrados esquematicamente, apenas a título de exemplo, nos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 é uma vista plana de um anodo empregado em uma bateria de acordo com um exemplo da presente descrição; a Figura 2 é uma vista plana de um catodo empregado em uma bateria de acordo com um exemplo da presente descrição; a Figura 3 é uma vista isométrica de uma bateria de acordo com um exemplo da presente descrição; e a Figura 4 é uma vista isométrica de uma bateria de acordo com um outro exemplo da presente descrição; as figuras 5 e 6 são gráficos que mostram os resultados do Exemplo 1; e a Figura 7 é um gráfico mostrando os resultados do Exemplo 2.
DESCRIÇÃO
[05] Antes de exemplos particulares da presente invenção serem descritos, deve ser entendido que a presente descrição não se limita à bateria ou ao método particular aqui descrito. É também para ser entendido que a terminologia usada aqui é usada para descrever apenas exemplos particulares e não se destina a ser limitante, como o escopo.
[06] Ao descrever e reivindicar a bateria e o método da presente invenção, a seguinte terminologia será usada: as formas singulares “um”, “uma” e “o” e “a” incluem formas plurais, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Assim, por exemplo, a referência a “um anodo” inclui referência a um ou mais desses elementos.
[07] De acordo com a presente descrição, é proporcionada uma bateria compreendendo um alojamento definindo uma zona eletroquímica; pelo menos um eletrodo que compreende um substrato condutor, em que o substrato compreende uma primeira região na zona eletroquímica e uma segunda região que se projeta da zona eletroquímica, e uma aba de contato que é acoplada na segunda região, em que a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é maior que 1.
[08] Como descrito acima, a bateria compreende um alojamento que define uma zona eletroquímica. Reações eletroquímicas da bateria ocorrem dentro desta zona. Por conseguinte, pelo menos parte dos eletrodos celulares estão presentes dentro da zona eletroquímica. À medida que a bateria carrega e/ou descarrega, o calor pode ser gerado dentro da zona eletroquímica, fazendo com que a temperatura da célula suba. A corrente que escoa através, e a partir, dos eletrodos e as abas de contato também podem causar um aumento de temperatura, por exemplo, por aquecimento por efeito Joule.
[09] A bateria da presente descrição compreende pelo menos um eletrodo que compreende um substrato condutor. Este substrato compreende uma primeira região na zona eletroquímica e uma segunda região que se projeta da zona eletroquímica. Como a segunda região se projeta da zona eletroquímica, é possível conduzir qualquer calor indesejado longe da zona eletroquímica através do substrato condutor. Ao acoplar uma aba de contato à segunda região, é possível conduzir o calor para longe do substrato condutor através da aba de contato. Verificou-se que, controlando a razão entre a largura da segunda região do substrato condutor e a largura da aba de contato, a taxa de remoção de calor da bateria pode ser ainda intensificada. Em particular, garantindo que a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato seja maior que 1, a remoção de calor pode ser melhorada.
[0010] De preferência, a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é maior que 1:1 a 7:1. Mais de preferência, a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é de 2:1 a 5:1.
Substrato Condutor
[0011] O substrato condutor pode assumir a forma de uma folha, malha ou tecido de material condutor. O material condutor pode compreender um metal, carbono e/ou polímero. A primeira região e a segunda região podem fazer parte do mesmo substrato condutor. Por exemplo, quando o substrato condutor é uma folha de metal ou uma folha de malha de fio metálico, a primeira região e a segunda região podem fazer parte da mesma folha de metal ou folha de malha de fio metálico.
[0012] Em uma forma de realização preferida, o substrato condutor compreende metal. Metais adequados incluem metais alcalinos, por exemplo, lítio e sódio. Outros metais adequados incluem alumínio, níquel, magnésio, cobre e aço inoxidável.
[0013] O metal pode assumir a forma de uma malha de fio metálico ou uma folha de metal. De preferência, o substrato condutor compreende uma folha de metal. A folha de metal pode ser uma lâmina de metal. O substrato condutor pode ser formado por uma única folha de metal (por exemplo, lâmina) ou pode ser formado por uma pluralidade de folhas (por exemplo, de lâmina) que são unidas, por exemplo, por soldagem.
[0014] Quando o substrato condutor é formado de metal, o metal pode ser um material eletroativo que é oxidado ou reduzido durante o ciclo eletroquímico da bateria. Em uma forma de realização preferida, o substrato condutor assume a forma de uma folha (por exemplo, lâmina) formada por lítio ou liga de metal de lítio. A folha de metal pode ser um anodo ou catodo de uma bateria, de preferência um anodo de uma bateria, por exemplo, uma bateria de lítio (por exemplo, uma bateria de lítio- enxofre).
[0015] Em vez de ser uma folha de material eletroativo, o substrato condutor pode ser um coletor de corrente passiva que conduz corrente para e de material eletroativo. O material eletroativo pode estar em contato elétrico com o coletor de corrente. Por exemplo, o material eletroativo pode ser depositado no coletor de corrente. Em um exemplo, o substrato condutor compreende coletor de corrente compreendendo uma folha formada de metal, por exemplo, alumínio, níquel ou cobre. Em um exemplo preferido, o coletor de corrente compreende lâmina de alumínio. O coletor de corrente pode ser um coletor de corrente de um anodo ou catodo de uma bateria, de preferência, um catodo da bateria. Por exemplo, em uma forma de realização, o coletor de corrente é revestido com um material de enxofre eletroativo e o compósito resultante é usado como o catodo de uma célula de lítio (por exemplo, uma célula de lítio-enxofre).
[0016] A bateria pode compreender pelo menos um catodo que compreende um substrato condutor e pelo menos um anodo que compreende um substrato condutor. Cada substrato condutor compreende uma primeira região na zona eletroquímica e uma segunda região que se projeta da zona eletroquímica. Uma aba de contato é acoplada a cada uma das segundas regiões, em que a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é maior que 1.
[0017] A bateria pode compreender uma pluralidade de substratos condutores. Por exemplo, a bateria pode compreender um substrato condutor para uso como, ou como parte, do anodo e um substrato condutor para uso como o, ou como parte do, catodo. Cada substrato condutor pode compreender uma folha de metal, por exemplo, uma folha de lâmina metálica. Cada substrato condutor compreende uma primeira região na zona eletroquímica e uma segunda região que se projeta da zona eletroquímica. As segundas regiões de dois ou mais dos substratos condutores podem ser pressionadas ou unidas para formar uma pilha de segundas regiões dos substratos condutores. A união pode ser realizada por qualquer método adequado, incluindo soldagem, brasagem, rebitagem, crimpagem ou engaste. Adesivos ou prendedores, por exemplo, retentores de amarração de parafuso também podem ser empregados.
[0018] Uma vez que as segundas regiões dos substratos condutores são unidas, a aba de contato pode ser acoplada à pilha. A aba de contato pode ser posicionada no topo, no fundo ou em uma posição intermediária na pilha. A razão entre a largura de pelo menos uma das segundas regiões dos substratos na pilha e a largura da aba de contato pode ser maior que 1. Em um exemplo, a razão entre a largura da pilha das segundas regiões e a largura da aba de contato pode ser maior que 1.
[0019] A bateria pode compreender um primeiro anodo e um segundo anodo, pelos quais cada anodo compreende um substrato condutor compreendendo uma primeira região que está contida dentro da câmara eletroquímica e uma segunda região que se projeta além da câmara eletroquímica. A segunda região do primeiro anodo pode ser colocada em contato com a segunda região do segundo anodo. A aba de contato pode ser acoplada a pelo menos uma das segundas regiões dos anodos. Quando a bateria compreende uma pluralidade de anodos, a segunda região dos anodos pode ser pressionada ou acoplada (por exemplo, soldada ou brasada) em conjunto para formar uma pilha. A aba de contato pode ser acoplada ao anodo de topo, de fundo ou intermediário nesta pilha. Como descrito abaixo, a aba de contato pode ser acoplada por soldagem, adesivo ou brasagem.
[0020] A bateria pode compreender um primeiro catodo e um segundo catodo, pelos quais cada catodo compreende um coletor de corrente compreendendo uma primeira região que está contida dentro da câmara eletroquímica e uma segunda região que se projeta para além da câmara eletroquímica. A segunda região do primeiro catodo pode ser colocada em contato com a segunda região do segundo catodo. A aba de contato pode ser acoplada a pelo menos uma das segundas regiões dos catodos. Quando a bateria compreende uma pluralidade de catodos, as segundas regiões dos coletores de corrente de cada um dos catodos podem ser pressionadas ou acopladas (por exemplo, soldadas ou brasadas) em conjunto para formar uma pilha. A aba de contato pode ser acoplada ao coletor de corrente de topo, de fundo ou intermediário nesta pilha. Como descrito abaixo, a aba de contato pode ser acoplada por soldagem, adesivo ou brasagem.
[0021] O substrato condutor pode ser uma folha plana de material. O substrato condutor pode ter uma primeira região planar na zona eletroquímica e uma segunda região planar que se estende para fora da zona eletroquímica. A largura da primeira região pode ser igual ou maior que a largura da segunda região.
[0022] Em um exemplo, a primeira região pode ter uma largura de 3 a 50 cm, de preferência de 3 a 22 cm. A segunda região pode ter uma largura de 0,5 cm a 9 cm, de preferência 1 a 4 cm. O comprimento da primeira região pode ser de 3 a 50 cm, por exemplo, 3,0 a 22 cm. O comprimento da segunda região pode ser de 0,3 a 3 cm, por exemplo, 0,4 a 1 cm. A razão do comprimento da primeira região para o comprimento da segunda região pode ser de 1:1 a 170:1, por exemplo, 9:1 a 35:1. A razão entre a largura da primeira região e a largura da segunda região pode ser de 1:1 a 100:1, por exemplo, de 1:1 a 10:1.
[0023] A espessura da segunda região pode ser de 0,001 a 0,4 mm, por exemplo, 0,005 a 0,2 mm. Quando uma pluralidade de segundas regiões é pressionada ou unida em conjunto para formar uma pilha que é acoplada a uma aba de contato, a pilha pode ter uma espessura de 0,001 a 15 mm, por exemplo, 0,03 a 8 mm.
[0024] A segunda região do substrato condutor pode se projetar da zona eletroquímica, mas ainda pode ser isolada da atmosfera circundante. Isto pode ser importante, por exemplo, quando a segunda região do substrato condutor é formada a partir de um material sensível a ar (e/ou umidade), por exemplo, lítio ou sódio. Por exemplo, a segunda região pode se projetar da zona eletroquímica, mas pode ainda estar contida dentro do alojamento, por exemplo, em uma região vedada ou na vedação do alojamento.
Aba de Contato
[0025] A bateria compreende uma aba de contato que é acoplada à segunda região do substrato condutor. A aba de contato pode ser formada por um material termicamente e eletricamente condutor. Em um exemplo, a aba de contato é formada de metal. Exemplos de metais adequados incluem alumínio, níquel e cobre. Em uma forma de realização preferida, a aba de contato pode ser formada de níquel ou alumínio. Em uma forma de realização, uma aba de contato de níquel pode ser acoplada à segunda região de um substrato condutor formado, por exemplo, lítio. Em outra forma de realização, uma aba de contato de alumínio pode ser acoplada à segunda região de um substrato condutor formado, por exemplo, por um coletor de corrente de alumínio.
[0026] A aba de contato pode ser acoplada à segunda região do substrato condutor, por exemplo, por um adesivo condutor ou brasagem. Outros métodos incluem rebitagem, crimpagem ou engaste. Adesivos ou prendedores, por exemplo, retentores de amarração de parafuso também podem ser empregados. Em alternativa, as ligações elétricas podem ser soldadas (por exemplo, ultrassonicamente ou soldadas a laser) à segunda região do substrato condutor. A união entre a segunda região do substrato condutor e a aba de contato pode estar presente fora da zona eletroquímica, mas ainda dentro de uma região vedada do alojamento. Isto pode ser importante, por exemplo, quando a segunda região do substrato condutor é formada por um material sensível ao ar (e/ou à umidade) (por exemplo, lítio).
[0027] A razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é maior que 1, de preferência maior que 1:1 a 7:1. Mais de preferência, a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é de 2:1 a 5:1.
[0028] A aba de contato pode ter uma largura de 0,5 a 8 cm, de preferência 1 a 4 cm. O comprimento da aba de contato pode ser de 1 a 8 cm, por exemplo, de 2 a 6 cm.
[0029] A espessura da aba de contato pode ser de 0,05 a 1 mm, por exemplo, 0,1 a 0,4 mm. A razão entre a espessura da aba de contato e a espessura da segunda região do(s) substrato(s) condutor(es) à(s) qual(ais) a aba de contato está conectada é de 0,01:1 a 10:1.
[0030] À medida que a corrente escoa para dentro e para fora da célula através da aba de contato, a temperatura da aba de contato pode aumentar através do aquecimento por efeito de Joule.
Alojamento
[0031] A bateria inclui um alojamento que define a zona eletroquímica. Como explicado acima, esta é a zona na qual as reações eletroquímicas da célula ocorrem. O alojamento pode assumir qualquer forma. Por exemplo, o alojamento pode ser uma bolsa ou um alojamento cilíndrico. Em um exemplo, o alojamento pode assumir a forma de uma bolsa flexível. A bolsa flexível pode ser formada por um compósito, por exemplo, de metal e polímero.
[0032] O alojamento pode compreender uma vedação e encerrar a(s) primeira região do(s) substrato(s) condutor(es) para definir uma zona eletroquímica. A segunda região do substrato condutor pode se projetar para dentro ou mesmo além da vedação. Em um exemplo, a segunda região do substrato condutor se projeta para dentro da vedação e se sobrepõe à aba de contato na região da vedação.
Bateria de Lítio-Enxofre
[0033] A bateria pode ser qualquer bateria adequada. A bateria pode compreender uma ou mais células eletroquímicas vedadas em um alojamento. Cada célula eletroquímica pode compreender um anodo e um catodo, e um eletrólito presente entre o anodo e o catodo. Cada um do anodo e do catodo pode compreender uma primeira região contida na zona eletroquímica e uma segunda região que se projeta da zona eletroquímica.
[0034] Onde uma pluralidade de células eletroquímicas está presente na bateria, a segunda região de cada um dos anodos pode ser pressionada ou acoplada em conjunto para formar uma pilha de anodos que é conectada a uma aba de contato. A segunda região de cada um dos catodos da bateria pode ser pressionada ou acoplada para formar uma pilha que é conectada a uma outra aba de contato. A união ou sobreposição entre as abas de contato e suas respectivas pilhas de anodos e catodos podem estar contidas dentro da vedação do alojamento. Isso pode ajudar a evitar que os anodos e catodos entrem em contato com o ar circundante.
[0035] A bateria pode conter qualquer célula eletroquímica adequada. Em alguns exemplos da descrição, as células eletroquímicas são células de lítio. Células de lítio adequadas incluem células de íon lítio, lítio-ar, polímero de lítio e lítio-enxofre.
[0036] Em uma forma de realização preferida, a bateria é uma bateria de lítio-enxofre.
[0037] Onde a bateria é uma célula de lítio (por exemplo, uma célula de lítio-enxofre), o anodo pode compreender um substrato condutor que está na forma de uma folha de metal de lítio ou liga de metal de lítio. Esta folha pode ser acoplada a uma aba de contato formada, por exemplo, de níquel. A aba de contato pode ser acoplada à folha de metal de lítio ou liga metálica de lítio por soldagem, por exemplo, soldagem ultrassônica.
[0038] O catodo pode compreender um coletor de corrente sobre o qual um material eletroativo é depositado. O coletor de corrente pode ser formado por uma folha de metal, por exemplo, folha de alumínio. O material eletroativo pode compreender um material de enxofre eletroativo, que pode ser misturado com um material eletricamente condutor. A mistura resultante pode ser revestida no coletor de corrente como uma matriz eletroativa. Uma aba de contato formada, por exemplo, por alumínio pode ser acoplada ao coletor de corrente. Este acoplamento pode ser realizado por soldagem, por exemplo, soldagem ultrassônica.
[0039] O material de enxofre eletroativo depositado no coletor de corrente pode compreender enxofre elementar, compostos orgânicos à base de enxofre, compostos inorgânicos à base de enxofre e polímeros contendo enxofre. De preferência, um enxofre elementar é usado.
[0040] O material eletricamente condutor pode ser qualquer material eletricamente condutor sólido adequado. De preferência, este material eletrocondutor sólido pode ser formado de carbono. Exemplos incluem o negro de fumo, fibra de carbono, grafeno e nanotubos de carbono. Outros materiais adequados incluem metal (por exemplo, flocos, limalhas e pós) e polímeros condutores. De preferência, o negro de fumo é empregado.
[0041] O material de enxofre eletroativo pode estar presente na matriz depositada no coletor de corrente em uma quantidade de 60 a 90% em peso, de preferência 65 a 85% em peso, mais de preferência 70 a 80% em peso.
[0042] O material eletricamente condutor pode estar presente na matriz depositada no coletor de corrente em uma quantidade de 10 a 45% em peso, de preferência 15 a 35% em peso, mais de preferência 20 a 25% em peso.
[0043] A razão em peso de material de enxofre eletroativo para material eletricamente condutor pode ser de 0,01 - 10:10 - 50, de preferência 0,1 - 5:15 - 45, mais de preferência 1 - 5:20 - 35.
[0044] A bateria pode ainda compreender um eletrólito em contato com o anodo e o catodo. Qualquer eletrólito adequado pode ser usado. O eletrólito pode compreender um solvente orgânico e um sal de lítio. Solventes orgânicos adequados incluem éteres, ésteres, amida, amina, sulfóxidos, sulfamidas, organofosfatos e sulfonas. Os exemplos incluem tetra-hidrofurano, 2- metiltetra-hidrofurano, metilpropilpropionato, etilpropilpropionato, acetato de metila, 1,2-dimetoxietano, 1,3-dioxolano, diglima (2-metoxietil éter), triglima, tetraglima, butirolactona, 1,4-dioxano, 1,3-dioxano, hexametil fosfamida, piridina, dimetil sulfóxido, fosfato de tributila, trimetil fosfato, N,N,N,N-tetraetil sulfamida, e sulfonas e misturas dos mesmos.
[0045] Os sais eletrólitos adequados incluem sais de lítio. Sais de lítio adequados incluem hexafluorofosfato de lítio, hexafluoroarsenato de lítio, nitrato de lítio, perclorato de lítio, trifluorometanossulfonimida de lítio, bis(oxalato)borato de lítio e trifluorometanossulfonato de lítio. De preferência, o sal de lítio é trifluorometanossulfonato de lítio (também conhecido como triftlato de lítio). Combinações de sais podem ser empregadas. Por exemplo, o triftlato de lítio pode ser usado em combinação com nitrato de lítio. O sal de lítio pode estar presente no eletrólito em uma concentração de 0,1 a 5 M, de preferência, 0,5 a 3 M.
[0046] Um separador pode ser colocado entre o anodo e o catodo. Quando um separador está presente, o separador pode compreender qualquer substrato poroso adequado que permita que os íons se movam entre os eletrodos da célula. O separador deve ser posicionado entre os eletrodos para evitar o contato direto entre os eletrodos. A porosidade do substrato deve ser pelo menos 30%, de preferência pelo menos 50%, por exemplo, acima de 60%. Os separadores adequados incluem uma malha formada por um material polimérico. Polímeros adequados incluem polipropileno, náilon e polietileno. O polipropileno não tecido é particularmente preferido. É possível que um separador de múltiplas camadas seja empregado.
[0047] Os aspectos da presente invenção serão agora descritos com referência aos desenhos nos quais:
[0048] a Figura 1 é uma vista plana de um anodo 10 para uma bateria de lítio-enxofre. O anodo assume a forma de uma folha planar de lâmina de lítio. A folha compreende uma primeira região 10a e uma segunda região mais estreita 10b.
[0049] A Figura 2 é uma vista plana de um catodo 12 para uma bateria de lítio-enxofre. O catodo assume a forma de um coletor de corrente 14 formado por uma folha planar de lâmina de alumínio. Em uma primeira região 14a do coletor de corrente é depositada uma matriz eletroativa compreendendo enxofre elementar, carbono e aglutinante. O coletor de corrente 14 também compreende uma segunda região 14b que é mais estreita que a primeira região 14a.
[0050] A Figura 3 é uma vista isométrica de uma bateria de lítio-enxofre 16 compreendendo uma bolsa 18 que define uma zona eletroquímica. A bateria 16 compreende o anodo 10 e o catodo 12. As primeiras regiões 10a, 14a do anodo 10 e do catodo 12 estão contidas na zona eletroquímica, enquanto as segundas regiões 10b, 14b se projetam da zona eletroquímica. As primeiras regiões 10a, 14a do anodo 10 e do catodo 12 são arranjadas de modo a oporem-se umas às outras, com a matriz eletroativa do catodo 12 voltada para o anodo 10. Um separador embebido em eletrólito (não mostrado) está posicionado entre o anodo 10 e catodo 12.
[0051] As segundas regiões (ou “protuberâncias”) 10b, 14b se estendem além da zona eletroquímica, mas estão contidas dentro de uma vedação 20 no alojamento 18, de modo que elas sejam mantidas em contato com a atmosfera circundante.
[0052] As protuberâncias 12b, 14b são acopladas a abas de contato 22. A aba de contato 22a que é acoplada à protuberância 10b do anodo é formada de níquel, enquanto a aba de contato 22b que é acoplada à protuberância 14b do catodo é formada de alumínio. As abas de contato 22a, 22b são soldadas por ultrassons às protuberâncias 10b, 14b.
[0053] Como mostrado na Figura 3, as larguras das protuberâncias 10b, 14b são maiores do que as larguras das abas de contato 22a, 22b.
[0054] Quando uma corrente é desenhada ou introduzida na bateria, a temperatura do anodo 10, do catodo 12 e das abas de contato 22 sobe, por exemplo, por causa do aquecimento por efeito Joule. O calor pode ser conduzido para fora da zona eletroquímica através das protuberâncias 10b, 14b e longe do restante da bateria através das abas de contato 22. Ao controlar a largura das protuberâncias 10b, 14b em relação à largura das abas de contato 22, a taxa de remoção de calor pode ser controlada.
[0055] A Figura 4 representa uma variação da bateria mostrada na Figura 3. Na célula da Figura 4, a razão de aspecto do comprimento da célula para a largura da célula é menor que 1.
[0056] Embora exemplos específicos de baterias sejam mostrados nos desenhos e sejam descritos acima, será apreciado que outros exemplos da invenção sejam previstos. Por exemplo, a bateria pode incluir um amontoado de uma pluralidade de células eletroquímicas, cada célula tendo seu próprio anodo 10 e catodo 12. As segundas regiões dos anodos podem ser pressionadas em conjunto para formar uma protuberância que é acoplada a uma das abas de contato, enquanto as segundas regiões dos catodos podem ser pressionadas em conjunto para uma protuberância que é acoplada à outra aba de contato.
Exemplo 1
[0057] Neste exemplo, uma simulação foi realizada em uma bateria tendo a configuração mostrada na Figura 3 para investigar o efeito da variação das dimensões das protuberâncias 10b, 14b e abas de contato 22a, 22b sobre a temperatura na zona eletroquímica. As simulações foram realizadas com a altura das protuberâncias (h_pro) de regiões 10b e 14b mantidas constantes a 10 mm, 20 mm, 30 mm e 40 mm, respectivamente.
[0058] Na Figura 5, a zona eletroquímica foi assumida como sendo a principal fonte de calor, embora na Figura 6 o aquecimento por efeito Joule também tenha sido assumido nas abas de contato 22a, 22b devido à passagem da corrente. Assumiu-se que a perda de calor ocorra apenas através das protuberâncias 10b, 14b e das abas de contato 22a, 22b. As superfícies das abas de contato 22a, 22b foram assumidas como estando a uma temperatura constante.
[0059] Como pode ser visto nas Figuras 5 e 6, a temperatura máxima da zona eletroquímica é maior quando a razão da largura da protuberância para a largura da aba de contato é menor que 1. À medida que a largura da protrusão aumenta em relação à largura da aba de contato, a temperatura máxima da zona eletroquímica diminui em mais de 3 graus C. Isso demonstra uma melhora na perda de calor. A razão entre a largura da protuberância e a largura da aba de contato melhora à medida que a razão excede 1 e é otimizada em uma razão de 2.
Exemplo 2
[0060] A simulação do Exemplo 1 foi repetida com uma bateria tendo a configuração mostrada na Figura 4. Como pode ser visto a partir da Figura 7, uma tendência semelhante à descrita em relação ao Exemplo 1 é observada. A razão entre a largura da protuberância e a largura da aba de contato melhora à medida que a razão excede 1 e é otimizada em torno de uma razão de 2. À medida que a razão aumenta além de 5, a temperatura parece formar um platô. Na simulação da Figura 7, a zona eletroquímica foi considerada a principal fonte de calor, embora o aquecimento por efeito Joule também fosse assumido nas abas de contato 22a, 22b por causa da passagem da corrente.

Claims (15)

1. Bateria (16) compreendendo: um alojamento (18) definindo uma zona eletroquímica, pelo menos um eletrodo (10,12) que compreende um substrato condutor (10,14), em que o substrato compreende uma primeira região(10a,14a) na zona eletroquímica e uma segunda região (10b,14b) que se projeta da zona eletroquímica, uma aba de contato (22) que é acoplada à segunda região, em que a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é maior que 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão entre a largura da segunda região e a largura da aba de contato é de 2:1 a 5:1.
2. Bateria, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a largura da segunda região (10b,14b) é menor ou igual à largura da primeira região (10a,14a).
3. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o substrato condutor (10,14) é selecionado a partir de uma folha, malha ou tecido; por exemplo, em que o substrato condutor é uma folha de metal que é uma folha de lâmina de metal.
4. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a célula compreende pelo menos um anodo (10) que compreende uma folha de lâmina de lítio.
5. Bateria, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que a aba de contato (22) é formada a partir de lâmina de níquel, e a lâmina de níquel é acoplada à folha da lâmina de lítio por uma solda.
6. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que a célula compreende pelo menos um catodo (12) que compreende um coletor de corrente (14) na forma de uma folha de lâmina de alumínio, pela qual um material ativo de catodo é depositado em pelo menos parte da primeira região (14a) da folha de lâmina de alumínio; por exemplo, em que o material ativo do catodo compreende uma matriz compreendendo um material de enxofre eletroativo e um material eletricamente condutor.
7. Bateria, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que a aba de contato (22) formada por lâmina de alumínio e a lâmina de alumínio da aba de contato é acoplada à lâmina de alumínio do catodo (12) por uma solda.
8. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende um primeiro anodo (10) e um segundo anodo (10), cada anodo compreendendo uma folha de metal compreendendo uma primeira região (10a)_que está contida dentro da câmara eletroquímica e uma segunda região (10b) que se projeta para além da câmara eletroquímica, em que a segunda região (10b) do primeiro anodo (10) é colocada em contato com a segunda região (10b) do segundo anodo (10), e em que a aba de contato (22a) é acoplada a pelo menos uma das segundas regiões (10b) dos anodos (10).
9. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADA por compreender um primeiro catodo (12) e um segundo catodo (12), cada catodo compreendendo um coletor de corrente (14) compreendendo uma primeira região (14a) que está contida na câmara eletroquímica e uma segunda região (14b) que se projeta para além da câmara eletroquímica, em que a segunda região (14b) do primeiro catodo (12) é colocada em contato com a segunda região (14b) do segundo catodo (12), e em que a aba de contato (22b) é acoplada a pelo menos uma das segundas regiões (14b) dos catodos (12).
10. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o alojamento ( 1 8 ) tem uma região vedada, pela qual a segunda região (10b, 14b) do substrato condutor se projeta da zona eletroquímica para a região vedada, e por meio da qual a aba de contato (22) é acoplada a, e se sobrepõe com a segunda região (10b,14b) da folha de metal na região vedada.
11. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o alojamento (18) é uma bolsa flexível.
12. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADA pelo fato de que a bateria (16) é uma bateria de enxofre de lítio.
13. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADA pelo fato de que a aba de contato (22) fornece conexão elétrica com o eletrodo (10,12).
14. Bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADA pelo fato de que a corrente flui para dentro e para fora do eletrodo (10,12) através da aba de contato (22) durante a carga e/ou descarga da bateria, e em que a aba de contato (22) conduz o calor para longe do substrato condutor.
15. Método de remoção de calor de uma célula eletroquímica conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, o referido método CARACTERIZADO por compreender a. proporcionar uma bateria eletroquímica (16) compreendendo um alojamento (18) definindo uma zona eletroquímica, pelo menos um eletrodo (10,12) que compreende um substrato condutor (10,14), em que o substrato condutor compreende uma primeira região (10a,14a) na zona eletroquímica e uma segunda região (10b, 14b) que se projeta da zona eletroquímica, e acoplar uma aba de contato (22) à segunda região (10b, 14b), em que a razão entre a largura da segunda região (10b,14b) e a largura da aba de contato (22) é maior que 1.
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