CH720374A2 - SOLID-STATE BIPOLAR BATTERY CELLS - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un élément de batterie bipolaire à l'état solide (105) comprenant une pluralité d'unités électrochimiques (3a, 3b, 4), agencées dans un empilement de sorte que les unités électrochimiques adjacentes partagent un conducteur électronique (7, 11), la pluralité d'unités électrochimiques empilées étant agencées en série, et l'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprenant : un collecteur de courant de cathode (2); une première unité électrochimique (3a) comprenant une première couche de cathalyte (5a), un premier électrolyte à l'état solide (6a), et un premier conducteur électronique (7); x deuxièmes unités electrochimiques (4), comprenant individuellement une deuxième couche de catholyte (5b), un deuxième électrolyte à l'état solide (6b) et un deuxième conducteur électronique (11), dans lequel x vaut entre 0 et 8 ; une troisième unité électrochimique (3b) comprenant une troisième couche de catholyte (5c) et un troisième électrolyte à l'état solide (6c); un collecteur de courant d'anode (8); et une couche électriquement isolante (9). L'invention porte en outre sur une batterie bipolaire à l'état solide comprenant un empilement d'au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide (105).A solid state bipolar battery cell (105) includes a plurality of electrochemical units (3a, 3b, 4), arranged in a stack such that adjacent electrochemical units share an electronic conductor (7). , 11), the plurality of stacked electrochemical units being arranged in series, and the solid-state bipolar battery cell comprising: a cathode current collector (2); a first electrochemical unit (3a) comprising a first cathalyte layer (5a), a first solid-state electrolyte (6a), and a first electronic conductor (7); x second electrochemical units (4), individually comprising a second catholyte layer (5b), a second solid-state electrolyte (6b) and a second electronic conductor (11), in which x is between 0 and 8; a third electrochemical unit (3b) comprising a third catholyte layer (5c) and a third solid-state electrolyte (6c); an anode current collector (8); and an electrically insulating layer (9). The invention further relates to a solid-state bipolar battery comprising a stack of at least two solid-state bipolar battery cells (105).
Description
Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention
[0001] La présente invention porte sur des éléments de batterie bipolaire à l'état solide, en particulier des éléments de batterie bipolaire à l'état solide comprenant une pluralité d'unités électrochimiques empilées. La présente invention porte en outre sur des batteries bipolaires à l'état solide comprenant une pluralité d'éléments de batterie bipolaire à l'état solide empilés. [0001] The present invention relates to solid-state bipolar battery elements, in particular solid-state bipolar battery elements comprising a plurality of stacked electrochemical units. The present invention further relates to solid state bipolar batteries comprising a plurality of stacked solid state bipolar battery cells.
Contexte de l'inventionBackground of the invention
[0002] Les batteries secondaires sont déjà connues depuis un certain temps. Dans le cadre de la recherche de batteries secondaires ayant une densité d'énergie élevée et une puissance de sortie élevée, des batteries bipolaires ont été mises au point. En particulier les batteries secondaires au lithium-ion de type bipolaire, en bref les batteries bipolaires au lithium-ion, ont suscité un grand intérêt. [0002] Secondary batteries have already been known for some time. In the search for secondary batteries with high energy density and high output power, bipolar batteries have been developed. Particularly bipolar type lithium ion secondary batteries, in short lithium ion bipolar batteries, have attracted great interest.
[0003] Les éléments de batterie bipolaire comprennent un empilement d'unités électrochimiques, qui sont agencées de façon à être en série. Pour réaliser un tel empilement, des électrodes bipolaires sont utilisées entre une cathode externe et une anode externe, dans lequel un électrolyte est présent entre la cathode et l'électrode bipolaire adjacente, entre les électrodes bipolaires adjacentes respectives, et entre l'anode et son électrode bipolaire adjacente. The bipolar battery elements comprise a stack of electrochemical units, which are arranged so as to be in series. To achieve such a stack, bipolar electrodes are used between an external cathode and an external anode, in which an electrolyte is present between the cathode and the adjacent bipolar electrode, between the respective adjacent bipolar electrodes, and between the anode and its adjacent bipolar electrode.
[0004] L'EP 1487034 divulgue une batterie bipolaire ayant une électrode bipolaire et une couche d'électrolyte. L'électrode bipolaire comporte un collecteur de courant, une couche d'électrode positive formée sur une surface du collecteur de courant, et une couche d'électrode négative formée sur l'autre surface du collecteur de courant. L'électrode bipolaire est stratifiée de manière séquentielle pour fournir une connexion en série par l'intermédiaire de la couche d'électrolyte pour former une structure à empilement. La couche d'électrode positive, la couche d'électrode négative et la couche d'électrolyte sont enrobées d'une partie en résine. [0004] EP 1487034 discloses a bipolar battery having a bipolar electrode and an electrolyte layer. The bipolar electrode has a current collector, a positive electrode layer formed on one surface of the current collector, and a negative electrode layer formed on the other surface of the current collector. The bipolar electrode is sequentially laminated to provide a series connection through the electrolyte layer to form a stack structure. The positive electrode layer, the negative electrode layer and the electrolyte layer are coated with a resin part.
[0005] Un désavantage d'un tel élément de batterie bipolaire comporte une densité de puissance et une densité d'énergie limitées, ce qui nécessite de grands empilements pour obtenir une densité de puissance suffisante. Par conséquent, lors de l'utilisation, une quantité importante de chaleur est générée, notamment à l'intérieur des éléments électrochimiques au milieu de l'empilement. Cette chaleur tend à s'accumuler à l'intérieur de l'élément de batterie, provoquant une détérioration de l'électrolyte, telle que la libération d'oxygène, et conduisant à des risques pour la sécurité et à une durée de vie limitée des éléments de batterie bipolaire. Un désavantage supplémentaire est que la partie en résine qui est utilisée comme matériau d'enrobage est connue pour fournir une protection insuffisante en cas de surtension dans la batterie. Par ailleurs, si des électrolytes liquides sont utilisés, il existe le risque de fuite d'électrolyte, posant également un risque pour la sécurité. [0005] A disadvantage of such a bipolar battery element is a limited power density and energy density, which requires large stacks to obtain sufficient power density. Consequently, during use, a significant amount of heat is generated, particularly inside the electrochemical elements in the middle of the stack. This heat tends to build up inside the battery cell, causing electrolyte deterioration, such as the release of oxygen, and leading to safety hazards and limited battery life. bipolar battery cells. An additional disadvantage is that the resin part which is used as potting material is known to provide insufficient protection in the event of a battery surge. Furthermore, if liquid electrolytes are used, there is the risk of electrolyte leakage, also posing a safety risk.
[0006] L'US2009017371 divulgue un dispositif de stockage de puissance comprenant une pluralité de couches d'électrolyte qui sont empilées avec un élément d'électrode interposé entre elles. Afin de surmonter les difficultés liées à la dissipation thermique, la pluralité de couches d'électrolyte comportent une couche d'électrolyte fournie au niveau d'une première position dans une direction d'empilement et une couche d'électrolyte fournie au niveau d'une deuxième position différente de la première position, de sorte que le rayonnement thermique est inférieur au niveau de la deuxième position qu'au niveau de la première position. La couche d'électrolyte au niveau de la deuxième position a une valeur de résistance qui est supérieure à une valeur de résistance de la couche d'électrolyte au niveau de la première position. L'électrolyte peut être un électrolyte à l'état solide, comprenant des particules, dans lequel la densité de particules au niveau de la deuxième position est inférieure à la densité de particules au niveau de la première position. [0006] US2009017371 discloses a power storage device comprising a plurality of electrolyte layers which are stacked with an electrode element interposed between them. To overcome difficulties related to heat dissipation, the plurality of electrolyte layers include an electrolyte layer provided at a first position in a stacking direction and an electrolyte layer provided at a second position different from the first position, so that the thermal radiation is lower at the level of the second position than at the level of the first position. The electrolyte layer at the second position has a resistance value that is greater than a resistance value of the electrolyte layer at the first position. The electrolyte may be a solid-state electrolyte, comprising particles, in which the particle density at the second position is less than the particle density at the first position.
[0007] Un désavantage d'une telle batterie bipolaire est que la configuration est complexe, les couches d'électrolyte nécessitant différentes compositions. Par ailleurs, la batterie bipolaire reste limitée en termes de densité de puissance et de densité d'énergie, et fournit une sécurité limitée, en particulier pendant l'utilisation de la batterie. [0007] A disadvantage of such a bipolar battery is that the configuration is complex, the electrolyte layers requiring different compositions. Furthermore, the bipolar battery remains limited in terms of power density and energy density, and provides limited safety, especially during battery use.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
[0008] Un objet de la présente invention est de surmonter un ou plusieurs des inconvénients précédents. Un objet de la présente invention est de fournir un élément de batterie bipolaire à l'état solide et une batterie bipolaire à l'état solide ayant une densité de puissance élevée. Un objet supplémentaire de la présente invention est de fournir un élément de batterie bipolaire à l'état solide et une batterie bipolaire à l'état solide ayant une sécurité améliorée comparativement aux éléments de batterie bipolaire à l'état solide et aux batteries bipolaires à l'état solide de l'état de l'art. [0008] An object of the present invention is to overcome one or more of the preceding drawbacks. An object of the present invention is to provide a solid-state bipolar battery cell and a solid-state bipolar battery having a high power density. A further object of the present invention is to provide a solid-state bipolar battery cell and a solid-state bipolar battery having improved safety compared to solid-state bipolar battery cells and solid-state bipolar batteries. solid state of the art.
[0009] Selon un premier aspect de l'invention, est fourni un élément de batterie bipolaire à l'état solide comme mentionné dans les revendications annexées. [0009] According to a first aspect of the invention, a solid-state bipolar battery element is provided as mentioned in the appended claims.
[0010] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend une pluralité d'unités électrochimiques. La pluralité d'unités électrochimiques sont agencées dans un empilement de sorte que les unités électrochimiques adjacentes partagent un conducteur électronique. De manière avantageuse, la pluralité d'unités électrochimiques empilées sont agencées en série. [0010] The solid-state bipolar battery cell comprises a plurality of electrochemical units. The plurality of electrochemical units are arranged in a stack such that adjacent electrochemical units share an electronic conductor. Advantageously, the plurality of stacked electrochemical units are arranged in series.
[0011] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend un collecteur de courant de cathode. Le collecteur de courant de cathode peut être tout collecteur de courant de cathode connu dans l'art. De manière avantageuse, le collecteur de courant de cathode comprend ou est sensiblement constitué d'aluminium. The solid-state bipolar battery cell comprises a cathode current collector. The cathode current collector may be any cathode current collector known in the art. Advantageously, the cathode current collector comprises or is substantially made of aluminum.
[0012] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend en outre une première unité électrochimique. La première unité électrochimique comprend une première couche de catholyte, un premier électrolyte à l'état solide, et un premier conducteur électronique. [0012] The solid-state bipolar battery cell further comprises a first electrochemical unit. The first electrochemical unit includes a first catholyte layer, a first solid-state electrolyte, and a first electronic conductor.
[0013] La première couche de catholyte comprend un premier matériau actif. Le premier matériau actif peut être n'importe quel matériau actif connu dans l'art. [0013] The first catholyte layer comprises a first active material. The first active material may be any active material known in the art.
[0014] De manière avantageuse, la première couche de catholyte comprend en outre un composé électroniquement conducteur et/ou et un composé ioniquement conducteur. La première couche de catholyte peut en outre comprendre un liant. Le composé électroniquement conducteur, le composé ioniquement conducteur et le liant optionnel peuvent être tels que connus dans l'art. [0014] Advantageously, the first catholyte layer further comprises an electronically conductive compound and/or an ionically conductive compound. The first catholyte layer may further comprise a binder. The electronically conductive compound, the ionically conductive compound and the optional binder may be as known in the art.
[0015] De manière avantageuse, le premier électrolyte à l'état solide comprend ou est sensiblement constitué d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux, d'un métal de transition, ou de combinaisons de ceux-ci. Des exemples préférés, sans s'y limiter, du métal alcalin comportent, sans s'y limiter, le lithium et le sodium. Par exemple, le premier électrolyte à l'état solide peut comprendre ou être sensiblement constitué de Li7La3Zr2O12(LLZO). Des exemples préférés, sans s'y limiter, du métal alcalino-terreux comportent, sans s'y limiter, le magnésium. Des exemples préférés, sans s'y limiter, du métal de transition comportent, sans s'y limiter, l'aluminium. [0015] Advantageously, the first electrolyte in the solid state comprises or is substantially constituted by an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, or combinations thereof. Preferred examples of, but not limited to, the alkali metal include, but are not limited to, lithium and sodium. For example, the first solid state electrolyte may comprise or substantially consist of Li7La3Zr2O12(LLZO). Preferred examples of, but not limited to, alkaline earth metal include, but are not limited to, magnesium. Preferred examples of, but not limited to, the transition metal include, but are not limited to, aluminum.
[0016] De manière avantageuse, le premier conducteur électronique comprend ou est sensiblement constitué d'acier, d'un alliage d'acier, de titane, d'un alliage de titane, de carbone analogue à un verre (également connu sous les marques déposées carbone vitreux ou carbone vitrifié), ou de combinaisons de deux ou plus de ceux-ci. Des exemples non limitatifs d'acier comportent l'acier inoxydable, l'acier au carbone et A36. [0016] Advantageously, the first electronic conductor comprises or is substantially made of steel, a steel alloy, titanium, a titanium alloy, carbon similar to glass (also known under the trademarks deposited vitreous carbon or vitrified carbon), or combinations of two or more of these. Non-limiting examples of steel include stainless steel, carbon steel and A36.
[0017] Optionnellement, la première unité électrochimique comprend en outre une première couche d'anode. La première couche d'anode peut être toute couche d'anode connue dans l'art. De manière avantageuse, le cas échéant, la première couche d'anode comprend ou est sensiblement constituée d'un métal alcalin, d'un métal alcalino-terreux, d'un métal de transition, de graphite, de silicium, d'un carbure, ou de combinaisons de deux ou plus de ceux-ci. Optionally, the first electrochemical unit further comprises a first anode layer. The first anode layer may be any anode layer known in the art. Advantageously, where appropriate, the first anode layer comprises or is substantially made up of an alkali metal, an alkaline earth metal, a transition metal, graphite, silicon, a carbide , or combinations of two or more of these.
[0018] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend en outre x deuxièmes unités électrochimiques. De manière avantageuse, x est entre 0 et 20, tel qu'entre 0 et 15, de préférence entre 0 et 10, de manière davantage préférée entre 0 et 8, par exemple entre 0 et 5, ou entre 0 et 1. Comme on le comprendra, lorsque x vaut 0, l'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend deux unités électrochimiques, à savoir les première et troisième unités électrochimiques, tandis que l'élément de batterie bipolaire à l'état solide ne comprend pas de deuxième unité électrochimique. [0018] The solid-state bipolar battery cell further comprises x second electrochemical units. Advantageously, x is between 0 and 20, such as between 0 and 15, preferably between 0 and 10, more preferably between 0 and 8, for example between 0 and 5, or between 0 and 1. As we will understand, when x is 0, the solid-state bipolar battery cell comprises two electrochemical units, namely the first and third electrochemical units, while the solid-state bipolar battery cell does not include second electrochemical unit.
[0019] Chaque deuxième unité électrochimique, le cas échéant (à savoir lorsque x vaut entre 1 et 8), comprend individuellement une deuxième couche de catholyte, un deuxième électrolyte à l'état solide, et un deuxième conducteur électronique. Each second electrochemical unit, if applicable (namely when x is between 1 and 8), individually comprises a second catholyte layer, a second electrolyte in the solid state, and a second electronic conductor.
[0020] La deuxième couche de catholyte comprend un deuxième matériau actif. Le deuxième matériau actif est de manière avantageuse tel que décrit ci-dessus pour le premier matériau actif. De manière avantageuse, la deuxième couche de catholyte comprend en outre un composé électroniquement conducteur et/ou et un composé ioniquement conducteur. La deuxième couche de catholyte peut en outre comprendre un liant. Le composé électroniquement conducteur, le composé ioniquement conducteur et le liant optionnel peuvent être tels que connus dans l'art. The second catholyte layer comprises a second active material. The second active material is advantageously as described above for the first active material. Advantageously, the second catholyte layer further comprises an electronically conductive compound and/or an ionically conductive compound. The second catholyte layer may further comprise a binder. The electronically conductive compound, the ionically conductive compound and the optional binder may be as known in the art.
[0021] Lorsque l'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend au moins deux deuxièmes unités électrochimiques (à savoir x est entre 2 et 8), les deuxièmes unités électrochimiques peuvent avoir une couche de catholyte identique ou différente (deuxième). Il est entendu que la couche de catholyte de chacune des deuxièmes unités électrochimiques peut être identique ou différente de la première couche de catholyte de la première unité électrochimique. [0021] When the solid-state bipolar battery cell comprises at least two second electrochemical units (i.e. x is between 2 and 8), the second electrochemical units may have an identical or different (second) catholyte layer. It is understood that the catholyte layer of each of the second electrochemical units may be identical to or different from the first catholyte layer of the first electrochemical unit.
[0022] De manière avantageuse, le deuxième électrolyte à l'état solide est tel que décrit ci-dessus pour le premier électrolyte à l'état solide. Lorsque l'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend deux deuxièmes unités électrochimiques ou plus (à savoir x est entre 2 et 8), les deuxièmes unités électrochimiques peuvent avoir un électrolyte à l'état solide identique ou différent (deuxième). Il est entendu que l'électrolyte à l'état solide de chacune des deuxièmes unités électrochimiques peut être identique ou différent du premier électrolyte à l'état solide de la première unité électrochimique. Advantageously, the second electrolyte in the solid state is as described above for the first electrolyte in the solid state. When the solid-state bipolar battery cell includes two or more second electrochemical units (i.e., x is between 2 and 8), the second electrochemical units may have the same or different (second) solid-state electrolyte. It is understood that the solid state electrolyte of each of the second electrochemical units may be identical to or different from the first solid state electrolyte of the first electrochemical unit.
[0023] De manière avantageuse, le deuxième conducteur électronique est tel que décrit ci-dessus pour le premier conducteur électronique. Lorsque l'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend deux deuxièmes unités électrochimiques ou plus (à savoir x est entre 2 et 8), les deuxièmes unités électrochimiques peuvent avoir un conducteur électronique identique ou différent (deuxième). Il est entendu que le conducteur électronique de chacune des deuxièmes unités électrochimiques peut être identique ou différent du premier conducteur électronique de la première unité électrochimique. Advantageously, the second electronic conductor is as described above for the first electronic conductor. When the solid-state bipolar battery cell includes two or more second electrochemical units (i.e., x is between 2 and 8), the second electrochemical units may have the same or different (second) electronic conductor. It is understood that the electronic conductor of each of the second electrochemical units may be identical to or different from the first electronic conductor of the first electrochemical unit.
[0024] Optionnellement, le cas échéant (à savoir lorsque x vaut entre 1 et 8), la deuxième unité électrochimique peut en outre comprendre une deuxième couche d'anode. Lorsque l'élément de batterie à l'état solide comprend deux deuxièmes unités électrochimiques ou plus (à savoir x est entre 2 et 8), certaines ou toutes les deuxièmes unités électrochimiques peuvent comprendre une deuxième couche d'anode. De manière avantageuse, le cas échéant, chaque deuxième couche d'anode individuellement est telle que décrite ci-dessus pour la première couche d'anode optionnelle. Optionally, if necessary (namely when x is between 1 and 8), the second electrochemical unit can also comprise a second anode layer. When the solid state battery cell includes two or more second electrochemical units (i.e., x is between 2 and 8), some or all of the second electrochemical units may include a second anode layer. Advantageously, where appropriate, each second anode layer individually is as described above for the optional first anode layer.
[0025] Lorsque l'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend deux deuxièmes unités électrochimiques ou plus (à savoir x est entre 2 et 8), les deuxièmes unités électrochimiques peuvent avoir une deuxième couche d'anode identique ou différente. Il est entendu que le fait qu'une ou plusieurs des deuxièmes unités électrochimiques, lorsque x vaut entre 1 et 8, comprend une deuxième couche d'anode est indépendant du fait que la première unité électrochimique comprend une (première) couche d'anode. Il est également entendu que la couche d'anode de chacune des deuxièmes unités électrochimiques peut être identique ou différente de la première couche d'anode de la première unité électrochimique, le cas échéant. [0025] When the solid-state bipolar battery cell comprises two or more second electrochemical units (i.e. x is between 2 and 8), the second electrochemical units may have an identical or different second anode layer. It is understood that the fact that one or more of the second electrochemical units, when x is between 1 and 8, comprises a second anode layer is independent of the fact that the first electrochemical unit comprises a (first) anode layer. It is also understood that the anode layer of each of the second electrochemical units may be identical to or different from the first anode layer of the first electrochemical unit, where appropriate.
[0026] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend en outre une troisième unité électrochimique. La troisième unité électrochimique comprend une troisième couche de catholyte et un troisième électrolyte à l'état solide. The solid-state bipolar battery cell further comprises a third electrochemical unit. The third electrochemical unit includes a third catholyte layer and a third solid-state electrolyte.
[0027] La troisième couche de catholyte comprend un troisième matériau actif. Le troisième matériau actif est de manière avantageuse tel que décrit ci-dessus pour le premier matériau actif. De manière avantageuse, la troisième couche de catholyte comprend en outre un composé électroniquement conducteur et/ou et un composé ioniquement conducteur. La troisième couche de catholyte peut en outre comprendre un liant. Le composé électroniquement conducteur, le composé ioniquement conducteur et le liant optionnel peuvent être tels que connus dans l'art. The third catholyte layer comprises a third active material. The third active material is advantageously as described above for the first active material. Advantageously, the third catholyte layer further comprises an electronically conductive compound and/or an ionically conductive compound. The third catholyte layer may further comprise a binder. The electronically conductive compound, the ionically conductive compound and the optional binder may be as known in the art.
[0028] De manière avantageuse, le troisième électrolyte à l'état solide est tel que décrit ci-dessus pour le premier électrolyte à l'état solide. Il est entendu que l'électrolyte à l'état solide de la troisième unité électrochimique peut être identique ou différent de l'électrolyte à l'état solide de la première unité électrochimique et/ou, lorsque x vaut entre 1 et 8, de la (des) deuxième(s) unité(s) électrochimique(s). Advantageously, the third electrolyte in the solid state is as described above for the first electrolyte in the solid state. It is understood that the solid state electrolyte of the third electrochemical unit may be identical to or different from the solid state electrolyte of the first electrochemical unit and/or, when x is between 1 and 8, of the second electrochemical unit(s).
[0029] Optionnellement, la troisième unité électrochimique comprend en outre une troisième couche d'anode. De manière avantageuse, le cas échéant, la troisième couche d'anode est de manière avantageuse telle que décrite ci-dessus pour la première couche d'anode optionnelle et/ou la deuxième couche d'anode optionnelle. Il est entendu que la couche d'anode de la troisième unité électrochimique, le cas échéant, peut être identique ou différente de la couche d'anode de la première unité électrochimique, le cas échéant, et/ou, lorsque x vaut entre 1 et 8, de la (des) deuxième(s) unité(s) électrochimique(s), le cas échéant. Optionally, the third electrochemical unit further comprises a third anode layer. Advantageously, where appropriate, the third anode layer is advantageously as described above for the optional first anode layer and/or the optional second anode layer. It is understood that the anode layer of the third electrochemical unit, if applicable, may be identical or different from the anode layer of the first electrochemical unit, if applicable, and/or, when x is between 1 and 8, of the second electrochemical unit(s), if applicable.
[0030] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend en outre un collecteur de courant d'anode. Le collecteur de courant d'anode peut être tout collecteur de courant d'anode connu dans l'art. De manière avantageuse, le collecteur de courant d'anode comprend ou est sensiblement constitué de cuivre. The solid-state bipolar battery cell further comprises an anode current collector. The anode current collector may be any anode current collector known in the art. Advantageously, the anode current collector comprises or is substantially made of copper.
[0031] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide comprend en outre une couche électriquement isolante. De manière avantageuse, la couche électriquement isolante est agencée de façon à résister électriquement à la tension de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide, lors de l'utilisation. The solid-state bipolar battery element further comprises an electrically insulating layer. Advantageously, the electrically insulating layer is arranged to electrically resist the voltage of the solid-state bipolar battery cell during use.
[0032] De manière avantageuse, la couche électriquement isolante est fournie au niveau de la surface extérieure du collecteur de courant de cathode et/ou au niveau de la surface extérieure du collecteur de courant d'anode. De manière avantageuse, la couche électriquement isolante est fournie au niveau de la surface extérieure du collecteur de courant de cathode. De manière avantageuse et en variante, la couche électriquement isolante est fournie au niveau de la surface extérieure du collecteur de courant d'anode. [0032] Advantageously, the electrically insulating layer is provided at the exterior surface of the cathode current collector and/or at the exterior surface of the anode current collector. Advantageously, the electrically insulating layer is provided at the outer surface of the cathode current collector. Advantageously and alternatively, the electrically insulating layer is provided at the outer surface of the anode current collector.
[0033] Par „surface extérieure“ d'une couche de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide, on entend dans la présente divulgation la surface étant face à l'extérieur de l'élément de batterie, à savoir la surface opposée à la surface étant face à l'électrolyte à l'état solide. [0033] By “external surface” of a layer of the bipolar battery element in the solid state, we mean in the present disclosure the surface facing the exterior of the battery element, namely the surface opposite the surface facing the electrolyte in the solid state.
[0034] De manière avantageuse, la couche électriquement isolante comprend ou est sensiblement constituée d'un polymère, d'un matériau céramique, ou d'une combinaison de deux ou plus de ceux-ci. [0034] Advantageously, the electrically insulating layer comprises or is substantially made up of a polymer, a ceramic material, or a combination of two or more of these.
[0035] De manière avantageuse, sans s'y limiter, le polymère est choisi dans le groupe constitué du polyéthylène, du polypropylène, du polystyrène, du polytétrafluoroéthylène, de la cellulose, de la viscose, du caoutchouc naturel et du caoutchouc synthétique. Advantageously, without limitation, the polymer is chosen from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polystyrene, polytetrafluoroethylene, cellulose, viscose, natural rubber and synthetic rubber.
[0036] De manière avantageuse, sans s'y limiter, le matériau céramique est choisi dans le groupe constitué du verre, d'un oxyde de métal, d'un nitrure de métal, de la porcelaine et du mica. Un exemple préféré d'un oxyde de métal est l'alumine. Un exemple préféré d'un nitrure de métal est le nitrure de bore. [0036] Advantageously, without limitation, the ceramic material is chosen from the group consisting of glass, a metal oxide, a metal nitride, porcelain and mica. A preferred example of a metal oxide is alumina. A preferred example of a metal nitride is boron nitride.
[0037] Selon un deuxième aspect de l'invention, est fournie une batterie bipolaire à l'état solide comme mentionnée dans les revendications annexées. [0037] According to a second aspect of the invention, a solid state bipolar battery is provided as mentioned in the appended claims.
[0038] La batterie bipolaire à l'état solide comprend ou est sensiblement constituée d'au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide. Les éléments de batterie bipolaire à l'état solide sont empilés. De manière avantageuse, au moins un, et de préférence tous les au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide sont selon le premier aspect de la présente divulgation. The solid-state bipolar battery comprises or is substantially made up of at least two solid-state bipolar battery elements. Solid-state bipolar battery cells are stacked. Advantageously, at least one, and preferably all of the at least two solid-state bipolar battery cells are according to the first aspect of the present disclosure.
[0039] De manière avantageuse, les collecteurs de courant de cathode d'au moins deux, et de préférence chacun, des au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide sont électroniquement connectés les uns aux autres, en particulier par connexion à une languette de cathode. Ceci permet de manière avantageuse un couplage aisé des collecteurs de courant de cathode au circuit électronique, en particulier au circuit électronique externe (à savoir en dehors ou à l'extérieur de l'élément de batterie). [0039] Advantageously, the cathode current collectors of at least two, and preferably each, of the at least two solid-state bipolar battery elements are electronically connected to each other, in particular by connection to a cathode tab. This advantageously allows easy coupling of the cathode current collectors to the electronic circuit, in particular to the external electronic circuit (i.e. outside or outside the battery cell).
[0040] De même, et de manière avantageuse, les collecteurs de courant d'anode d'au moins deux, et de préférence chacun des au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide sont électroniquement connectés les uns aux autres, en particulier par connexion à une languette d'anode. Ceci permet de manière avantageuse un couplage aisé des collecteurs de courant d'anode au circuit électronique, en particulier au circuit électronique externe (à savoir en dehors ou à l'extérieur de l'élément de batterie). [0040] Likewise, and advantageously, the anode current collectors of at least two, and preferably each of the at least two solid-state bipolar battery elements, are electronically connected to each other, in particularly by connection to an anode tab. This advantageously allows easy coupling of the anode current collectors to the electronic circuit, in particular to the external electronic circuit (i.e. outside or outside the battery cell).
[0041] Les avantages des éléments de batterie bipolaire à l'état solide de la présente divulgation comportent, sans s'y limiter, une fonctionnalité améliorée étant donné qu'une pluralité d'éléments électrochimiques peuvent être empilés, ainsi qu'une sécurité améliorée et un risque réduit, voire réduit au maximum, d'emballement thermique, protégeant ainsi les composants de l'élément de batterie, en particulier le catholyte, l'anode (le cas échéant) et/ou l'électrolyte. La sécurité est en outre améliorée par un risque réduit de fuite de gaz nocifs étant libérés des éléments chimiques des composants de batterie. [0041] The advantages of the solid state bipolar battery cells of the present disclosure include, but are not limited to, improved functionality since a plurality of electrochemical cells can be stacked, as well as improved safety and a reduced or even minimized risk of thermal runaway, thereby protecting the components of the battery cell, in particular the catholyte, the anode (if applicable) and/or the electrolyte. Safety is further improved by a reduced risk of leakage of harmful gases being released from the chemical elements of the battery components.
[0042] Un avantage supplémentaire des éléments de batterie bipolaire à l'état solide de la présente divulgation est la capacité d'empiler une pluralité des éléments de SSB bipolaire, en obtenant ainsi une batterie bipolaire à l'état solide ayant une sécurité accrue comparativement aux SSB existantes. La sécurité accrue est obtenue, sans s'y limiter, en assurant une protection contre l'emballement thermique, en particulier pendant des conditions de surtension ou de surcharge. [0042] An additional advantage of the solid-state bipolar battery cells of the present disclosure is the ability to stack a plurality of the bipolar SSB cells, thereby obtaining a solid-state bipolar battery having comparatively increased safety. to existing SSBs. Increased safety is achieved, but not limited to, by providing protection against thermal runaway, particularly during overvoltage or overload conditions.
Description des dessinsDescription of the designs
[0043] Des aspects de l'invention vont maintenant être décrits plus en détail en se référant aux dessins annexés, dans lesquels des numéros de référence identiques illustrent des éléments identiques et dans lesquels : – Les Figures 1 à 9, individuellement, représentent schématiquement un élément de batterie bipolaire à l'état solide selon la présente divulgation, – La Figure 10 représente schématiquement une batterie à l'état solide bipolaire selon la présente divulgation.[0043] Aspects of the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which identical reference numbers illustrate identical elements and in which: – Figures 1 to 9, individually, schematically represent a solid-state bipolar battery element according to the present disclosure, – Figure 10 schematically represents a bipolar solid-state battery according to the present disclosure.
Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention
[0044] La Figure 1 montre schématiquement un élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 selon la présente divulgation. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 comprend un collecteur de courant de cathode 2, une première unité électrochimique 3a, une troisième unité électrochimique 3b et un collecteur de courant d'anode 8. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 ne comprend pas de deuxième unité électrochimique, à savoir x vaut 0. [0044] Figure 1 schematically shows a solid-state bipolar battery element 1 according to the present disclosure. The solid-state bipolar battery cell 1 comprises a cathode current collector 2, a first electrochemical unit 3a, a third electrochemical unit 3b, and an anode current collector 8. The solid-state bipolar battery cell 1 The solid state 1 does not include a second electrochemical unit, namely x is 0.
[0045] De manière avantageuse, le collecteur de courant d'anode 8 est tel que décrit ci-dessus. De manière avantageuse, le collecteur de courant de cathode 2 est tel que décrit ci-dessus. Advantageously, the anode current collector 8 is as described above. Advantageously, the cathode current collector 2 is as described above.
[0046] De manière avantageuse, et comme cela est connu dans l'art, le collecteur de courant de cathode 2 s'étend à partir de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1. Autrement dit, le collecteur de courant de cathode 2 a de manière avantageuse une partie s'étendant ou faisant saillie à partir de l'empilement comprenant la première unité électrochimique 3a et la troisième unité électrochimique 3b. Ceci peut être réalisé au moyen de méthodes connues dans l'art, par exemple en fournissant un collecteur de courant de cathode 2 ayant une surface active qui est supérieure à la surface active des composants de la première unité électrochimique 3a. Comme cela est connu, une telle extension ou saillie permet une connexion ou un couplage aisé du collecteur de courant de cathode 2 à tout circuit électronique (non montré) auquel le collecteur de courant d'anode 8 est également de manière avantageuse connecté ou couplé. Un tel circuit électronique comprend en particulier tout circuit électronique externe, à savoir circuit électronique en dehors ou à l'extérieur de l'élément de batterie. [0046] Advantageously, and as is known in the art, the cathode current collector 2 extends from the solid state bipolar battery element 1. In other words, the current collector cathode 2 advantageously has a part extending or projecting from the stack comprising the first electrochemical unit 3a and the third electrochemical unit 3b. This can be achieved by means of methods known in the art, for example by providing a cathode current collector 2 having an active surface area which is greater than the active surface area of the components of the first electrochemical unit 3a. As is known, such an extension or projection allows easy connection or coupling of the cathode current collector 2 to any electronic circuit (not shown) to which the anode current collector 8 is also advantageously connected or coupled. Such an electronic circuit includes in particular any external electronic circuit, namely an electronic circuit outside or outside the battery cell.
[0047] De manière avantageuse, et comme cela est connu dans l'art, le collecteur de courant d'anode 8 s'étend à partir de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1. Autrement dit, le collecteur de courant d'anode 8 a de manière avantageuse une partie s'étendant ou faisant saillie à partir de l'empilement comprenant la première unité électrochimique 3a et la troisième unité électrochimique 3b. Ceci peut être réalisé au moyen de méthodes connues dans l'art, par exemple en fournissant un collecteur de courant d'anode 8 ayant une surface active qui est supérieure à la surface active des composants de la troisième unité électrochimique 3b. Comme cela est connu, une telle extension ou saillie permet une connexion ou un couplage aisé du collecteur de courant d'anode 8 à tout circuit électronique (non montré) auquel le collecteur de courant de cathode 2 est de manière avantageuse également connecté ou couplé. Un tel circuit électronique comprend en particulier tout circuit électronique externe, à savoir circuit électronique en dehors ou à l'extérieur de l'élément de batterie. [0047] Advantageously, and as is known in the art, the anode current collector 8 extends from the solid state bipolar battery element 1. In other words, the anode current collector anode current 8 advantageously has a part extending or projecting from the stack comprising the first electrochemical unit 3a and the third electrochemical unit 3b. This can be achieved by methods known in the art, for example by providing an anode current collector 8 having an active surface area which is greater than the active surface area of the components of the third electrochemical unit 3b. As is known, such an extension or projection allows easy connection or coupling of the anode current collector 8 to any electronic circuit (not shown) to which the cathode current collector 2 is advantageously also connected or coupled. Such an electronic circuit includes in particular any external electronic circuit, namely an electronic circuit outside or outside the battery cell.
[0048] Une couche électriquement isolante 9 est fournie au niveau de la surface du collecteur de courant de cathode 2 opposée à la surface étant face à la première unité électrochimique 3a. [0048] An electrically insulating layer 9 is provided at the surface of the cathode current collector 2 opposite the surface facing the first electrochemical unit 3a.
[0049] De manière avantageuse, lors de l'empilement de deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide 1 ou plus, en obtenant ainsi une batterie bipolaire à l'état solide, la couche électriquement isolante 9 est capable d'isoler électriquement les éléments de batterie bipolaire à l'état solide 1 adjacents. Autrement dit, la couche électriquement isolante 9 est fournie de sorte qu'aucun courant ne passe d'un élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 à un élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 adjacent en dessous d'un seuil donné. [0049] Advantageously, when stacking two solid-state bipolar battery elements 1 or more, thus obtaining a solid-state bipolar battery, the electrically insulating layer 9 is capable of electrically insulating the adjacent solid state bipolar battery cells 1. That is, the electrically insulating layer 9 is provided such that no current flows from a solid-state bipolar battery cell 1 to an adjacent solid-state bipolar battery cell 1 below a threshold given.
[0050] De manière avantageuse, le seuil est défini par l'épaisseur de la couche électriquement isolante 9 et sa constante diélectrique. Comme cela est connu, la constante diélectrique est définie par le(s) matériau(x) dont la couche électriquement isolante 9 est composée. Advantageously, the threshold is defined by the thickness of the electrically insulating layer 9 and its dielectric constant. As is known, the dielectric constant is defined by the material(s) of which the electrically insulating layer 9 is composed.
[0051] De manière avantageuse, l'épaisseur de la couche électriquement isolante 9 est sélectionnée selon une valeur spécifique d'une tension définie par les unités électrochimiques (3a, 3b, et 4 (non présentes sur la Figure 1)) de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 et selon une valeur déterminée de la tension définissant des conditions de fonctionnement sûres de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1. [0051] Advantageously, the thickness of the electrically insulating layer 9 is selected according to a specific value of a voltage defined by the electrochemical units (3a, 3b, and 4 (not present in Figure 1)) of the bipolar solid state battery element 1 and according to a determined value of the voltage defining safe operating conditions of the bipolar solid state battery element 1.
[0052] De manière avantageuse, le matériau, la constante diélectrique et/ou l'épaisseur de la couche électriquement isolante 9 sont sélectionnés de sorte que le niveau d'isolation électrique requis par les éléments de batterie bipolaire à l'état solide 1 pour éviter l'endommagement des unités électrochimiques est assuré. Par conséquent, la couche électriquement isolante 9 doit être considérée comme un élément de circuit de rupture diélectrique réglable. De manière avantageuse, la constante diélectrique, le matériau et/ou l'épaisseur sont choisis de sorte que la couche électriquement isolante 9 correspond à la tension de rupture diélectrique souhaitée. [0052] Advantageously, the material, the dielectric constant and/or the thickness of the electrically insulating layer 9 are selected so that the level of electrical insulation required by the solid-state bipolar battery elements 1 for avoiding damage to electrochemical units is ensured. Therefore, the electrically insulating layer 9 should be considered as an adjustable dielectric breakdown circuit element. Advantageously, the dielectric constant, the material and/or the thickness are chosen so that the electrically insulating layer 9 corresponds to the desired dielectric breakdown voltage.
[0053] De manière avantageuse, lorsque la tension de charge totale pour l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 dépasse une certaine valeur, la couche électriquement isolante 9 entre dans un état de rupture diélectrique. De manière avantageuse, dans cet état de rupture diélectrique, la couche électriquement isolante 9 devient électriquement conductrice. Par conséquent, la couche électriquement isolante 9 en état de rupture diélectrique permet au courant de contourner les unités électrochimiques 3a et 3b (et 4 (non présente sur la Figure 1)), évitant ainsi un endommagement des unités électrochimiques 3a, 3b et 4 (non présentes sur la Figure 1). [0053] Advantageously, when the total charging voltage for the solid-state bipolar battery cell 1 exceeds a certain value, the electrically insulating layer 9 enters a dielectric breakdown state. Advantageously, in this state of dielectric breakdown, the electrically insulating layer 9 becomes electrically conductive. Consequently, the electrically insulating layer 9 in a dielectric breakdown state allows the current to bypass the electrochemical units 3a and 3b (and 4 (not present in Figure 1)), thus avoiding damage to the electrochemical units 3a, 3b and 4 ( not present in Figure 1).
[0054] Autrement dit, la couche électriquement isolante 9 peut de manière avantageuse être considérée comme fonctionnant comme une diode Zener. Dans des conditions de fonctionnement normal, la couche électriquement isolante 9 agit comme un isolant. Dans des conditions extrêmes, en particulier lorsqu'une surtension et/ou une surintensité se produit, la couche électriquement isolante 9 devient électriquement conductrice, empêchant ainsi un emballement thermique. De manière avantageuse, l'emballement thermique est prévenu par contournement de l'énergie à travers un court-circuit élaboré comprenant la couche électriquement isolante 9. Par conséquent, l'énergie électrique est de manière avantageuse non absorbée par le catholyte, l'anode (le cas échéant, non montré sur la Figure 1) et/ou l'électrolyte, évitant ainsi l'endommagement de ceux-ci. In other words, the electrically insulating layer 9 can advantageously be considered as functioning as a Zener diode. Under normal operating conditions, the electrically insulating layer 9 acts as an insulator. Under extreme conditions, particularly when overvoltage and/or overcurrent occurs, the electrically insulating layer 9 becomes electrically conductive, thereby preventing thermal runaway. Advantageously, thermal runaway is prevented by bypassing the energy through an elaborate short circuit comprising the electrically insulating layer 9. Consequently, the electrical energy is advantageously not absorbed by the catholyte, the anode (if applicable, not shown in Figure 1) and/or the electrolyte, thus avoiding damage to them.
[0055] De manière avantageuse, la couche électriquement isolante 9 est fournie de sorte que la couche 9 protège les éléments de batterie bipolaire à l'état solide adjacents empilés dans une batterie bipolaire à l'état solide d'une surtension à une valeur supérieure à 1, telle que d'au moins 1,1 fois, au moins 1,2 fois, au moins 1,25 fois, au moins 1,5 fois, au moins 1,75 fois, ou au moins 2 fois, la tension de charge nominale de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide. En particulier, la couche électriquement isolante 9 est fournie de sorte que la batterie bipolaire à l'état solide comprenant un empilement d'au moins 2 éléments de batterie bipolaire à l'état solide est considérée comme sûre selon le test UN38. [0055] Advantageously, the electrically insulating layer 9 is provided such that the layer 9 protects adjacent solid-state bipolar battery cells stacked in a solid-state bipolar battery from overvoltage to a higher value. to 1, such as at least 1.1 times, at least 1.2 times, at least 1.25 times, at least 1.5 times, at least 1.75 times, or at least 2 times, the voltage rated charge of the solid-state bipolar battery cell. In particular, the electrically insulating layer 9 is provided so that the solid-state bipolar battery comprising a stack of at least 2 solid-state bipolar battery cells is considered safe according to the UN38 test.
[0056] La première unité électrochimique 3a comprend une première couche de catholyte 5a, un premier électrolyte à l'état solide 6a, et un premier conducteur électronique 7. The first electrochemical unit 3a comprises a first catholyte layer 5a, a first solid state electrolyte 6a, and a first electronic conductor 7.
[0057] De manière avantageuse, la première couche de catholyte 5a est telle que décrite ci-dessus. De manière avantageuse, la première couche de catholyte 5a comprend entre 50 % et 100 % en poids du premier matériau actif, sur la base du poids total de la première couche de catholyte 5a. Advantageously, the first layer of catholyte 5a is as described above. Advantageously, the first catholyte layer 5a comprises between 50% and 100% by weight of the first active material, based on the total weight of the first catholyte layer 5a.
[0058] De manière avantageuse, le premier électrolyte à l'état solide 6a est tel que décrit ci-dessus. Advantageously, the first solid state electrolyte 6a is as described above.
[0059] De manière avantageuse, le premier conducteur électronique 7 est tel que décrit ci-dessus. De manière avantageuse, le premier conducteur électronique 7 est fourni de façon à limiter, voire à sensiblement bloquer, le transfert d'ions entre la première 3a et la troisième 3b unité électrochimique. Autrement dit, le conducteur électronique fournit de manière avantageuse une résistance ionique tout en assurant une conductivité électronique entre les unités électrochimiques 3a, 3b adjacentes. Par conséquent, étant donné qu'il existe une conductivité électronique entre les unités électrochimiques 3a, 3b adjacentes, la première 3a et la troisième 3b unité électrochimique de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 1 sont considérées comme étant connectées en série. Advantageously, the first electronic conductor 7 is as described above. Advantageously, the first electronic conductor 7 is provided so as to limit, or even substantially block, the transfer of ions between the first 3a and the third 3b electrochemical unit. In other words, the electronic conductor advantageously provides ionic resistance while ensuring electronic conductivity between adjacent electrochemical units 3a, 3b. Therefore, since there is electronic conductivity between the adjacent electrochemical units 3a, 3b, the first 3a and the third 3b electrochemical unit of the solid-state bipolar battery cell 1 are considered to be connected in series .
[0060] La troisième unité électrochimique 3b comprend une troisième couche de catholyte 5c et un troisième électrolyte à l'état solide 6c. De manière avantageuse, la troisième couche de catholyte 5c est telle que décrite ci-dessus. De manière avantageuse, le troisième électrolyte à l'état solide 6c est tel que décrit ci-dessus. The third electrochemical unit 3b comprises a third catholyte layer 5c and a third solid state electrolyte 6c. Advantageously, the third layer of catholyte 5c is as described above. Advantageously, the third solid state electrolyte 6c is as described above.
[0061] De manière avantageuse, la troisième couche de catholyte 5c comprend entre 50 % et 100 % en poids du troisième matériau actif, sur la base du poids total de la troisième couche de catholyte 5c. [0061] Advantageously, the third layer of catholyte 5c comprises between 50% and 100% by weight of the third active material, based on the total weight of the third layer of catholyte 5c.
[0062] La Figure 2 montre un autre élément de batterie bipolaire à l'état solide 100 selon la présente divulgation. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 100 comprend un collecteur de courant de cathode 2, une première unité électrochimique 3a, une troisième unité électrochimique 3b et un collecteur de courant d'anode 8, qui sont tous de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus. [0062] Figure 2 shows another solid state bipolar battery element 100 according to the present disclosure. The solid-state bipolar battery cell 100 comprises a cathode current collector 2, a first electrochemical unit 3a, a third electrochemical unit 3b and an anode current collector 8, all of which are advantageously such that described above.
[0063] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 100 comprend en outre une couche électriquement isolante 9. La couche électriquement isolante 9 est fournie au niveau du côté ou de la surface du collecteur de courant d'anode 8 opposé au côté ou à la surface adjacent à la troisième unité électrochimique 3b. La couche électriquement isolante 9 est de manière avantageuse telle que décrite ci-dessus. [0063] The solid state bipolar battery cell 100 further comprises an electrically insulating layer 9. The electrically insulating layer 9 is provided at the side or surface of the anode current collector 8 opposite the side or at the surface adjacent to the third electrochemical unit 3b. The electrically insulating layer 9 is advantageously as described above.
[0064] La Figure 3 montre encore un autre élément de batterie bipolaire à l'état solide 101 selon la présente divulgation. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 101 comprend un collecteur de courant de cathode 2, une première unité électrochimique 3a, une troisième unité électrochimique 3b et un collecteur de courant d'anode 8, qui sont tous de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus. [0064] Figure 3 shows yet another solid state bipolar battery element 101 according to the present disclosure. The solid-state bipolar battery cell 101 comprises a cathode current collector 2, a first electrochemical unit 3a, a third electrochemical unit 3b and an anode current collector 8, all of which are advantageously such that described above.
[0065] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 101 comprend en outre une première couche électriquement isolante 9 fournie au niveau du côté du collecteur de courant de cathode 2 opposé au côté adjacent à la première unité électrochimique 3a. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 101 comprend en outre une deuxième couche électriquement isolante 9 fournie au niveau du côté du collecteur de courant d'anode 8 opposé au côté adjacent à la troisième unité électrochimique 3b. Les couches électriquement isolantes 9 sont de manière avantageuse telles que décrites ci-dessus. [0065] The solid-state bipolar battery cell 101 further comprises a first electrically insulating layer 9 provided at the side of the cathode current collector 2 opposite the side adjacent to the first electrochemical unit 3a. The solid-state bipolar battery cell 101 further comprises a second electrically insulating layer 9 provided at the side of the anode current collector 8 opposite to the side adjacent to the third electrochemical unit 3b. The electrically insulating layers 9 are advantageously as described above.
[0066] En fournissant une couche électriquement isolante 9 au niveau des deux côtés (opposés) de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 101 (ainsi lors de la fourniture de deux couches électriquement isolantes 9), chaque couche électriquement isolante 9 peut de manière avantageuse être, lors de l'empilement des éléments de batterie bipolaire à l'état solide 101 pour obtenir une batterie bipolaire à l'état solide, plus mince que lorsqu'une seule couche électriquement isolante 9 est fournie, étant donné que chaque couche électriquement isolante 9 contribue à l'isolation électrique des éléments de batterie bipolaire à l'état solide 101 (adjacents) de la batterie bipolaire à l'état solide. [0066] By providing an electrically insulating layer 9 at both (opposite) sides of the solid-state bipolar battery cell 101 (thus when providing two electrically insulating layers 9), each electrically insulating layer 9 can advantageously be, when stacking the solid-state bipolar battery cells 101 to obtain a solid-state bipolar battery, thinner than when a single electrically insulating layer 9 is provided, since each electrically insulating layer 9 contributes to the electrical insulation of the (adjacent) solid-state bipolar battery cells 101 of the solid-state bipolar battery.
[0067] La Figure 4 montre un élément de batterie bipolaire à l'état solide 102 selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. L'élément de batterie bipolaire 102 comprend une couche électriquement isolante 9 fournie au niveau de la surface d'un collecteur de courant de cathode 2 opposée à la surface du collecteur de courant de cathode 2 adjacent à une première unité électrochimique 3a. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 102 comprend en outre une troisième unité électrochimique 3b, et un collecteur de courant d'anode 8. De manière avantageuse, chacun de la couche électriquement isolante 9, du collecteur de courant d'anode 8 et du collecteur de courant de cathode 2 est tel que décrit ci-dessus. [0067] Figure 4 shows a solid state bipolar battery element 102 according to yet another embodiment of the invention. The bipolar battery cell 102 includes an electrically insulating layer 9 provided at the surface of a cathode current collector 2 opposite the surface of the cathode current collector 2 adjacent to a first electrochemical unit 3a. The solid-state bipolar battery cell 102 further comprises a third electrochemical unit 3b, and an anode current collector 8. Advantageously, each of the electrically insulating layer 9, of the anode current collector 8 and the cathode current collector 2 is as described above.
[0068] La première unité électrochimique 3a comprend un premier catholyte 5a, un premier électrolyte à l'état solide 6a, une première couche d'anode 10a, et un premier conducteur électronique 7. La première couche d'anode 10a est de manière avantageuse fournie entre le premier électrolyte à l'état solide 6a et le premier conducteur électronique 7. De manière avantageuse, chacun du premier catholyte 5a, du premier électrolyte à l'état solide 6a, de la première couche d'anode 10a, et du premier conducteur électronique 7 est tel que décrit ci-dessus. [0068] The first electrochemical unit 3a comprises a first catholyte 5a, a first solid state electrolyte 6a, a first anode layer 10a, and a first electronic conductor 7. The first anode layer 10a is advantageously provided between the first solid state electrolyte 6a and the first electronic conductor 7. Advantageously, each of the first catholyte 5a, the first solid state electrolyte 6a, the first anode layer 10a, and the first electronic conductor 7 is as described above.
[0069] La troisième unité électrochimique 3b comprend un troisième catholyte 5c, un troisième électrolyte à l'état solide 6c, et une troisième couche d'anode 10c. La troisième couche d'anode 10c est de manière avantageuse fournie entre le troisième électrolyte à l'état solide 6c et le collecteur de courant d'anode 8. De manière avantageuse, chacun du troisième catholyte 5c, du troisième électrolyte à l'état solide 6c et de la troisième couche d'anode 10c est tel que décrit ci-dessus. The third electrochemical unit 3b comprises a third catholyte 5c, a third solid state electrolyte 6c, and a third anode layer 10c. The third anode layer 10c is advantageously provided between the third solid-state electrolyte 6c and the anode current collector 8. Advantageously, each of the third catholyte 5c, the third solid-state electrolyte 6c and the third anode layer 10c is as described above.
[0070] De manière avantageuse, la première 10a et/ou la troisième 10c couche d'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une couche métallique. Le métal de la couche métallique peut être identique ou différent de l'un des métaux compris dans la cathode, par exemple dans le matériau actif de la cathode. Par exemple, lorsque la cathode comprend du lithium, la couche d'anode est de manière avantageuse une couche métallique comprenant ou sensiblement constituée de lithium. Par exemple, la couche d'anode peut être une feuille mince de lithium, optionnellement dopée, ou substituée, avec de l'aluminium. [0070] Advantageously, the first 10a and/or the third 10c anode layer comprises or substantially consists of a metal layer. The metal of the metallic layer may be identical to or different from one of the metals included in the cathode, for example in the active material of the cathode. For example, when the cathode comprises lithium, the anode layer is advantageously a metallic layer comprising or substantially consisting of lithium. For example, the anode layer may be a thin sheet of lithium, optionally doped, or substituted, with aluminum.
[0071] En variante, et également de manière avantageuse, l'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une anode d'intercalation. Des exemples non limitatifs d'électrodes d'intercalation appropriées comportent le graphite et le Li4Ti5O12, ou des combinaisons de ceux-ci. [0071] Alternatively, and also advantageously, the anode comprises or substantially consists of an intercalation anode. Non-limiting examples of suitable intercalation electrodes include graphite and Li4Ti5O12, or combinations thereof.
[0072] En variante, et également de manière avantageuse, la première 10a et/ou la troisième 10c couche d'anode comprend ou est sensiblement constituée d'une électrode de conversion. De manière avantageuse, l'électrode de conversion comprend ou est sensiblement constituée d'un oxyde, d'un nitrure, d'un sulfure, ou de combinaisons de deux ou plus de ceux-ci. Des exemples non limitatifs d'oxydes comportent le LiVO2et le SnO2. Des exemples non limitatifs de nitrures comportent le nitrure de vanadium (VN) et le nitrure de molybdène (δ-MoN). Des exemples non limitatifs de sulfures comportent le sulfure d'étain (SnSx) et le sulfure de vanadium (VS2et VS4). [0072] Alternatively, and also advantageously, the first 10a and/or the third 10c anode layer comprises or substantially consists of a conversion electrode. Advantageously, the conversion electrode comprises or substantially consists of an oxide, a nitride, a sulfide, or combinations of two or more thereof. Non-limiting examples of oxides include LiVO2 and SnO2. Non-limiting examples of nitrides include vanadium nitride (VN) and molybdenum nitride (δ-MoN). Non-limiting examples of sulfides include tin sulfide (SnSx) and vanadium sulfide (VS2 and VS4).
[0073] De manière avantageuse la première 10a et/ou la troisième 10c couche d'anode peut être fournie par un moyen connu dans l'art, tel que par fourniture d'un film, d'une feuille ou d'une feuille mince, ou par dépôt d'une couche par des méthodes connues, telles qu'une pulvérisation et un dépôt par plasma. [0073] Advantageously the first 10a and/or the third 10c anode layer can be provided by a means known in the art, such as by providing a film, a sheet or a thin sheet , or by deposition of a layer by known methods, such as sputtering and plasma deposition.
[0074] La Figure 5 montre un élément de batterie bipolaire à l'état solide 103 selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. L'élément de batterie bipolaire 103 comprend une couche électriquement isolante 9 fournie au niveau de la surface d'un collecteur de courant d'anode 8 opposée à la surface du collecteur de courant d'anode 8 adjacent à une troisième unité électrochimique 3b. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 103 comprend en outre une première unité électrochimique 3a, et un collecteur de courant de cathode 2. De manière avantageuse, chacun de la couche électriquement isolante 9, du collecteur de courant d'anode 8 et du collecteur de courant de cathode 2 est tel que décrit ci-dessus. [0074] Figure 5 shows a solid state bipolar battery element 103 according to yet another embodiment of the invention. The bipolar battery cell 103 includes an electrically insulating layer 9 provided at the surface of an anode current collector 8 opposite the surface of the anode current collector 8 adjacent to a third electrochemical unit 3b. The solid-state bipolar battery cell 103 further comprises a first electrochemical unit 3a, and a cathode current collector 2. Advantageously, each of the electrically insulating layer 9, of the anode current collector 8 and the cathode current collector 2 is as described above.
[0075] La première 3a et la troisième 3b unités électrochimiques sont de manière avantageuse telles que décrites ci-dessus pour l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 102 de la Figure 4, et comprennent une première 10a et une troisième 10c couche d'anode, respectivement. [0075] The first 3a and the third 3b electrochemical units are advantageously as described above for the solid state bipolar battery element 102 of Figure 4, and comprise a first 10a and a third 10c layer anode, respectively.
[0076] La Figure 6 montre un élément de batterie bipolaire à l'état solide 104 selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. L'élément de batterie bipolaire 104 comprend une couche électriquement isolante 9 fournie au niveau de la surface d'un collecteur de courant de cathode 2 opposée à la surface du collecteur de courant de cathode 2 adjacent à une première unité électrochimique 3a. L'élément de batterie bipolaire 104 comprend en outre une deuxième couche électriquement isolante 9 fournie au niveau de la surface d'un collecteur de courant d'anode 8 opposée à la surface du collecteur de courant d'anode 8 adjacent à une troisième unité électrochimique 3b. [0076] Figure 6 shows a solid state bipolar battery element 104 according to yet another embodiment of the invention. The bipolar battery cell 104 includes an electrically insulating layer 9 provided at the surface of a cathode current collector 2 opposite the surface of the cathode current collector 2 adjacent to a first electrochemical unit 3a. The bipolar battery cell 104 further comprises a second electrically insulating layer 9 provided at the surface of an anode current collector 8 opposite the surface of the anode current collector 8 adjacent to a third electrochemical unit 3b.
[0077] De manière avantageuse, chacun de la couche électriquement isolante 9, du collecteur de courant d'anode 8 et du collecteur de courant de cathode 2 est tel que décrit ci-dessus. De manière avantageuse, la première 3a et la troisième 3b unités électrochimiques sont telles que décrites ci-dessus pour l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 102 de la Figure 4, et comprennent ainsi une première 10a et une troisième 10c couche d'anode, respectivement. Advantageously, each of the electrically insulating layer 9, the anode current collector 8 and the cathode current collector 2 is as described above. Advantageously, the first 3a and the third 3b electrochemical units are as described above for the solid state bipolar battery element 102 of Figure 4, and thus comprise a first 10a and a third 10c layer d anode, respectively.
[0078] La Figure 7 montre un élément de batterie bipolaire à l'état solide 105 selon un mode de réalisation supplémentaire de l'invention. L'élément de batterie bipolaire 105 comprend une couche électriquement isolante 9 fournie au niveau de la surface d'un collecteur de courant de cathode 2 opposée à la surface du collecteur de courant de cathode 2 adjacent à une première unité électrochimique 3a. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 105 comprend en outre une troisième unité électrochimique 3b et un collecteur de courant d'anode 8. [0078] Figure 7 shows a solid state bipolar battery cell 105 according to a further embodiment of the invention. The bipolar battery cell 105 includes an electrically insulating layer 9 provided at the surface of a cathode current collector 2 opposite the surface of the cathode current collector 2 adjacent to a first electrochemical unit 3a. The solid-state bipolar battery cell 105 further comprises a third electrochemical unit 3b and an anode current collector 8.
[0079] La première unité électrochimique 3a comprend de manière avantageuse un premier catholyte 5a, un premier électrolyte 6a et un premier conducteur électronique 7, qui sont de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus. The first electrochemical unit 3a advantageously comprises a first catholyte 5a, a first electrolyte 6a and a first electronic conductor 7, which are advantageously as described above.
[0080] La troisième unité électrochimique 3b comprend de manière avantageuse un troisième catholyte 5c et un troisième électrolyte 6c, qui sont de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus. The third electrochemical unit 3b advantageously comprises a third catholyte 5c and a third electrolyte 6c, which are advantageously as described above.
[0081] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 105 comprend en outre une deuxième unité électrochimique 4, à savoir x vaut 1. La deuxième unité électrochimique 4 comprend un deuxième catholyte 5b, un deuxième électrolyte à l'état solide 6b, et un deuxième conducteur électronique 11. De manière avantageuse, le deuxième catholyte 5b et le deuxième électrolyte à l'état solide 6b sont tels que décrits ci-dessus. De manière avantageuse, le deuxième conducteur électronique 11 est tel que décrit ci-dessus, en particulier tel que décrit ci-dessus pour le premier conducteur électronique 7. The solid-state bipolar battery element 105 further comprises a second electrochemical unit 4, namely x is 1. The second electrochemical unit 4 comprises a second catholyte 5b, a second solid-state electrolyte 6b , and a second electronic conductor 11. Advantageously, the second catholyte 5b and the second solid state electrolyte 6b are as described above. Advantageously, the second electronic conductor 11 is as described above, in particular as described above for the first electronic conductor 7.
[0082] De manière avantageuse, le premier conducteur électronique 7 de la première unité électrochimique 3a est fourni de façon à limiter, voire à sensiblement bloquer, le transfert d'ions entre la première 3a et la deuxième 4 unité électrochimique. Autrement dit, le premier conducteur électronique 7 fournit de manière avantageuse une résistance ionique tout en assurant une conductivité électronique entre les unités électrochimiques 3a et 4 adjacentes. [0082] Advantageously, the first electronic conductor 7 of the first electrochemical unit 3a is provided so as to limit, or even substantially block, the transfer of ions between the first 3a and the second 4 electrochemical unit. In other words, the first electronic conductor 7 advantageously provides ionic resistance while ensuring electronic conductivity between the adjacent electrochemical units 3a and 4.
[0083] De manière avantageuse, le deuxième conducteur électronique 11 de la deuxième unité électrochimique 4 est fourni de façon à limiter, voire à sensiblement bloquer, le transfert d'ions entre la deuxième 4 et la troisième 3b unité électrochimique. Autrement dit, le deuxième conducteur électronique 11 fournit de manière avantageuse une résistance ionique tout en assurant une conductivité électronique entre les unités électrochimiques 4 et 3b adjacentes. [0083] Advantageously, the second electronic conductor 11 of the second electrochemical unit 4 is provided so as to limit, or even substantially block, the transfer of ions between the second 4 and the third electrochemical unit 3b. In other words, the second electronic conductor 11 advantageously provides ionic resistance while ensuring electronic conductivity between the adjacent electrochemical units 4 and 3b.
[0084] La Figure 8 montre un élément de batterie bipolaire à l'état solide 106 selon encore un mode de réalisation supplémentaire de l'invention. L'élément de batterie bipolaire 106 comprend une couche électriquement isolante 9 fournie au niveau de la surface d'un collecteur de courant de cathode 2 opposée à la surface du collecteur de courant de cathode 2 adjacent à une première unité électrochimique 3a. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 106 comprend en outre une troisième unité électrochimique 3b et un collecteur de courant d'anode 8. La première 3a et la troisième 3b unité électrochimique sont de manière avantageuse telles que décrites pour l'élément de batterie bipolaire à l'état solide 105 de la Figure 7. [0084] Figure 8 shows a solid state bipolar battery element 106 according to yet another additional embodiment of the invention. The bipolar battery cell 106 includes an electrically insulating layer 9 provided at the surface of a cathode current collector 2 opposite the surface of the cathode current collector 2 adjacent to a first electrochemical unit 3a. The solid state bipolar battery cell 106 further comprises a third electrochemical unit 3b and an anode current collector 8. The first 3a and the third electrochemical unit 3b are advantageously as described for the cell solid state bipolar battery 105 of Figure 7.
[0085] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 106 comprend en outre deux deuxièmes unités électrochimiques 4, à savoir x vaut 2. Chacune des deuxièmes unités électrochimiques 4 comprend de manière avantageuse un deuxième catholyte 5b, un deuxième électrolyte à l'état solide 6b, et un deuxième conducteur électronique 11. De manière avantageuse, les deuxièmes catholytes 5b, individuellement, les deuxièmes électrolytes à l'état solide 6b, individuellement, et les deuxièmes conducteurs électroniques 11, individuellement, sont tels que décrits ci-dessus. [0085] The solid state bipolar battery element 106 further comprises two second electrochemical units 4, namely x is 2. Each of the second electrochemical units 4 advantageously comprises a second catholyte 5b, a second electrolyte at l solid state 6b, and a second electronic conductor 11. Advantageously, the second catholytes 5b, individually, the second solid state electrolytes 6b, individually, and the second electronic conductors 11, individually, are as described below. above.
[0086] De manière avantageuse, le deuxième conducteur électronique 11 de la première deuxième unité électrochimique 4 est fourni de façon à limiter, voire à sensiblement bloquer, le transfert d'ions entre les deuxièmes unités électrochimiques 4 adjacentes. De manière avantageuse, le deuxième conducteur électronique 11 de la seconde deuxième unité électrochimique 4 est fourni de façon à limiter, voire à sensiblement bloquer, le transfert d'ions entre la deuxième 4 et la troisième 3b unité électrochimique. [0086] Advantageously, the second electronic conductor 11 of the first second electrochemical unit 4 is provided so as to limit, or even substantially block, the transfer of ions between the adjacent second electrochemical units 4. Advantageously, the second electronic conductor 11 of the second second electrochemical unit 4 is provided so as to limit, or even substantially block, the transfer of ions between the second 4 and the third electrochemical unit 3b.
[0087] La Figure 9 montre un élément de batterie bipolaire à l'état solide 107 selon encore un autre mode de réalisation de l'invention. L'élément de batterie bipolaire 107 comprend une couche électriquement isolante 9 fournie au niveau de la surface d'un collecteur de courant d'anode 8 opposée à la surface du collecteur de courant d'anode 8 adjacent à une troisième unité électrochimique 3b. L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 106 comprend en outre une première unité électrochimique 3a et un collecteur de courant de cathode 2. [0087] Figure 9 shows a solid state bipolar battery element 107 according to yet another embodiment of the invention. The bipolar battery cell 107 includes an electrically insulating layer 9 provided at the surface of an anode current collector 8 opposite the surface of the anode current collector 8 adjacent to a third electrochemical unit 3b. The solid-state bipolar battery cell 106 further comprises a first electrochemical unit 3a and a cathode current collector 2.
[0088] La première unité électrochimique 3a comprend de manière avantageuse un premier catholyte 5a, un premier électrolyte 6a, une première couche d'anode 10a et un premier conducteur électronique 7, qui sont de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus. The first electrochemical unit 3a advantageously comprises a first catholyte 5a, a first electrolyte 6a, a first anode layer 10a and a first electronic conductor 7, which are advantageously as described above.
[0089] La troisième unité électrochimique 3b comprend de manière avantageuse un troisième catholyte 5c, un troisième électrolyte 6c et une troisième couche d'anode 10c, qui sont de manière avantageuse tels que décrits ci-dessus. The third electrochemical unit 3b advantageously comprises a third catholyte 5c, a third electrolyte 6c and a third anode layer 10c, which are advantageously as described above.
[0090] L'élément de batterie bipolaire à l'état solide 107 comprend en outre une deuxième unité électrochimique 4, à savoir x vaut 1. La deuxième unité électrochimique 4 comprend un deuxième catholyte 5b, un deuxième électrolyte à l'état solide 6b, une deuxième couche d'anode 10b, et un deuxième conducteur électronique 11. De manière avantageuse, le deuxième catholyte 5b, le deuxième électrolyte à l'état solide 6b, la deuxième couche d'anode 10b, et le deuxième conducteur électronique 11 sont tels que décrits ci-dessus. The solid state bipolar battery element 107 further comprises a second electrochemical unit 4, namely x is 1. The second electrochemical unit 4 comprises a second catholyte 5b, a second solid state electrolyte 6b , a second anode layer 10b, and a second electronic conductor 11. Advantageously, the second catholyte 5b, the second solid state electrolyte 6b, the second anode layer 10b, and the second electronic conductor 11 are as described above.
[0091] La Figure 10 montre une batterie bipolaire à l'état solide 200 selon la présente divulgation. La batterie bipolaire à l'état solide 200 comprend un empilement de deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide 107. La présence de la couche électriquement isolante 9 permet aux éléments de batterie bipolaire à l'état solide 107 individuels de fonctionner en toute sécurité tel que décrit ci-dessus. [0091] Figure 10 shows a solid state bipolar battery 200 according to the present disclosure. The solid-state bipolar battery 200 comprises a stack of two solid-state bipolar battery cells 107. The presence of the electrically insulating layer 9 allows the individual solid-state bipolar battery cells 107 to operate safely. security as described above.
[0092] Les collecteurs de courant de cathode 2 des éléments de batterie bipolaire à l'état solide 107 s'étendent ou font saillie de manière avantageuse à partir de l'empilement comprenant la première 3a, la deuxième 4 et la troisième 3b unité électrochimique. Ceci permet une connexion aisée de ceux-ci les uns aux autres. Tel que montré sur la Figure 10, les collecteurs de courant de cathode 2 des éléments de batterie bipolaire à l'état solide 107 sont électroniquement connectés au moyen d'une languette de cathode 12. The cathode current collectors 2 of the solid state bipolar battery elements 107 extend or protrude advantageously from the stack comprising the first 3a, the second 4 and the third 3b electrochemical unit . This allows easy connection of them to each other. As shown in Figure 10, the cathode current collectors 2 of the solid state bipolar battery cells 107 are electronically connected by means of a cathode tab 12.
[0093] Les collecteurs de courant d'anode 8 des éléments de batterie bipolaire à l'état solide 107 s'étendent ou font saillie de manière avantageuse à partir de l'empilement comprenant la première 3a, la deuxième 4 et la troisième 3b unité électrochimique. Ceci permet une connexion aisée de ceux-ci les uns aux autres. Tel que montré sur la Figure 10, les collecteurs de courant d'anode 8 des éléments de batterie bipolaire à l'état solide 107 sont électroniquement connectés au moyen d'une languette d'anode 13. [0093] The anode current collectors 8 of the solid state bipolar battery elements 107 extend or protrude advantageously from the stack comprising the first 3a, the second 4 and the third 3b unit electrochemical. This allows easy connection of them to each other. As shown in Figure 10, the anode current collectors 8 of the solid state bipolar battery cells 107 are electronically connected by means of an anode tab 13.
[0094] De manière avantageuse, les collecteurs de courant de cathode 2 s'étendent ou font saillie dans une première direction, et les collecteurs de courant d'anode 8 s'étendent ou font saillie dans une deuxième direction différente de la première direction. Ceci permet une connexion aisée des collecteurs de courant de cathode 2 à la languette de cathode 12, et également des collecteurs de courant d'anode 8 à la languette d'anode 13. [0094] Advantageously, the cathode current collectors 2 extend or protrude in a first direction, and the anode current collectors 8 extend or protrude in a second direction different from the first direction. This allows easy connection of the cathode current collectors 2 to the cathode tab 12, and also of the anode current collectors 8 to the anode tab 13.
ExemplesExamples
Exemple 1Example 1
[0095] Un élément de batterie bipolaire à l'état solide 102 selon la représentation schématique de la Figure 4 a été fabriqué (à savoir x vaut 0). [0095] A solid state bipolar battery element 102 according to the schematic representation of Figure 4 has been manufactured (namely x is 0).
[0096] Une feuille d'aluminium a été utilisée pour le collecteur de courant de cathode 2. Une feuille mince de cuivre a été utilisée pour le collecteur de courant d'anode 8. An aluminum foil was used for the cathode current collector 2. A thin copper foil was used for the anode current collector 8.
[0097] Le premier 5a et le troisième 5c catholyte comprenaient du NMC en tant que matériau actif, des nanotubes de carbone (CNT) en tant que composé électroniquement conducteur et du LLZO en tant que composé ioniquement conducteur. [0097] The first 5a and the third 5c catholyte comprised NMC as the active material, carbon nanotubes (CNT) as the electronically conductive compound and LLZO as the ionically conductive compound.
[0098] Le premier 6a et le troisième 6c électrolyte à l'état solide comprenaient du LLZO. Une feuille mince de lithium de 25 µm d'épaisseur a été fournie en tant que première 10a et troisième 10c couche d'anode. Le premier conducteur électronique 7 était une feuille mince d'acier inoxydable de 8 µm d'épaisseur. The first 6a and the third 6c electrolyte in the solid state comprised LLZO. A 25 µm thick lithium thin sheet was provided as the first 10a and third 10c anode layer. The first electronic conductor 7 was a thin sheet of stainless steel 8 µm thick.
[0099] Une feuille mince de polyéthylène ayant une épaisseur entre 600 nm et 800 nm a été fournie en tant que couche électriquement isolante 9 au niveau du côté du collecteur de courant de cathode 2 en aluminium opposé au côté de celui-ci adjacent au premier catholyte 5a. [0099] A thin sheet of polyethylene having a thickness between 600 nm and 800 nm was provided as an electrically insulating layer 9 at the side of the aluminum cathode current collector 2 opposite the side thereof adjacent to the first catholyte 5a.
[0100] Toutes les couches ont été fournies au-dessus les unes des autres dans une atmosphère d'argon pour éviter toute contamination, et l'élément de batterie bipolaire à l'état solide a été scellé avec une presse pneumatique. [0100] All layers were provided on top of each other in an argon atmosphere to avoid contamination, and the solid state bipolar battery cell was sealed with a pneumatic press.
[0101] La tension a été mesurée, et a été déterminée comme étant entre 8,4 V et 8,8 V, ou entre 4,2 V et 4,4 V sur le collecteur de courant de cathode 2 et le conducteur électronique 7 de la première unité électrochimique 3a, et entre 4,2 V et 4,4 V sur le conducteur électronique 7 et le collecteur de courant d'anode 8 par l'intermédiaire de la troisième unité électrochimique 3b. [0101] The voltage was measured, and was determined to be between 8.4 V and 8.8 V, or between 4.2 V and 4.4 V on the cathode current collector 2 and the electronic conductor 7 of the first electrochemical unit 3a, and between 4.2 V and 4.4 V on the electronic conductor 7 and the anode current collector 8 via the third electrochemical unit 3b.
NomenclatureNomenclature
[0102] 1 cellule de batterie bipolaire à l'état solide 2 collecteur de courant de cathode 3a première unité électrochimique 3b troisième unité électrochimique 4 deuxième unité électrochimique 5a première couche de catholyte 5b deuxième couche de catholyte 5c troisième couche de catholyte 6a premier électrolyte à l'état solide 6b deuxième électrolyte à l'état solide 6b troisième électrolyte à l'état solide 7 premier conducteur électronique 8 collecteur de courant d'anode 9 couche électriquement isolante 10a première couche d'anode 10b deuxième couche d'anode 10c troisième couche d'anode 11 deuxième conducteur électronique 12 languette de cathode pour connexion externe 13 languette d'anode pour connexion externe 100 élément de batterie bipolaire à l'état solide 101 élément de batterie bipolaire à l'état solide 102 élément de batterie bipolaire à l'état solide 103 élément de batterie bipolaire à l'état solide 104 élément de batterie bipolaire à l'état solide 105 élément de batterie bipolaire à l'état solide 106 élément de batterie bipolaire à l'état solide 107 élément de batterie bipolaire à l'état solide 200 batterie bipolaire à l'état solide [0102] 1 solid state bipolar battery cell 2 cathode current collector 3a first electrochemical unit 3b third electrochemical unit 4 second electrochemical unit 5a first catholyte layer 5b second catholyte layer 5c third catholyte layer 6a first electrolyte solid state 6b second solid state electrolyte 6b third solid state electrolyte 7 first electronic conductor 8 anode current collector 9 electrically insulating layer 10a first anode layer 10b second anode layer 10c third layer anode 11 second electronic conductor 12 cathode tab for external connection 13 anode tab for external connection 100 bipolar solid-state battery cell 101 bipolar solid-state battery cell 102 bipolar battery cell solid state 103 solid state bipolar battery cell 104 solid state bipolar battery cell 105 solid state bipolar battery cell 106 solid state bipolar battery cell 107 solid state bipolar battery cell solid state 200 solid state bipolar battery
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH001552/2022A CH720374A2 (en) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | SOLID-STATE BIPOLAR BATTERY CELLS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH001552/2022A CH720374A2 (en) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | SOLID-STATE BIPOLAR BATTERY CELLS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH720374A2 true CH720374A2 (en) | 2024-06-28 |
Family
ID=91852406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH001552/2022A CH720374A2 (en) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | SOLID-STATE BIPOLAR BATTERY CELLS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CH (1) | CH720374A2 (en) |
-
2022
- 2022-12-22 CH CH001552/2022A patent/CH720374A2/en unknown
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