CH720374A2 - Éléments de batterie bipolaire à l'état solide - 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).
Description
Domaine technique de l'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.
Contexte de l'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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
Résumé de l'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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[0037] Selon un deuxième aspect de l'invention, est fournie une batterie bipolaire à l'état solide comme mentionnée dans les revendications annexées.
[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.
[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).
[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).
[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.
[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.
Description des dessins
[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.
Description détaillée de l'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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[0058] De manière avantageuse, le premier électrolyte à l'état solide 6a est tel que décrit ci-dessus.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
Exemples
Exemple 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).
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
Nomenclature
[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
Claims (15)
1. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) 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), l'élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) comprenant :
– un collecteur de courant de cathode (2) ;
– une première unité électrochimique (3a) comprenant une première couche de catholyte (5a) comprenant un premier matériau actif, un premier électrolyte à l'état solide (6a), et un premier conducteur électronique (7) ;
– x deuxièmes unités électrochimiques (4), dans lequel chaque deuxième unité électrochimique (4) comprend individuellement une deuxième couche de catholyte (5b) comprenant un deuxième matériau actif, un deuxième électrolyte à l'état solide (6b), et un deuxième conducteur électronique (11) ;
– une troisième unité électrochimique (3b) comprenant une troisième couche de catholyte (5c) comprenant un troisième matériau actif, et un troisième électrolyte à l'état solide (6c) ; et
– un collecteur de courant d'anode(8) ;
dans lequel la pluralité d'unités électrochimiques (3a, 3b, 4) empilées sont agencées en série, dans lequel le nombre x de deuxièmes unités électrochimiques (4) est entre 0 et 8,
caractérisé en ce que l'élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) comprend en outre une couche électriquement isolante (9).
2. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon la revendication 1, dans lequel la couche électriquement isolante (9) est fournie au niveau de la surface extérieure du collecteur de courant de cathode (2) et/ou au niveau de la surface extérieure du collecteur de courant d'anode (8).
3. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche électriquement isolante (9) est agencée de façon à résister électriquement à la tension de l'élément de batterie bipolaire à l'état solide, lors de l'utilisation.
4. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche électriquement isolante (9) comprend un polymère, un matériau céramique, ou des combinaisons de ceux-ci.
5. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon la revendication 4, dans lequel 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.
6. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon la revendication 4, dans lequel 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.
7. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier conducteur électronique (7) et le(s) deuxième(s) conducteur(s) électronique(s) (11), individuellement, comprennent de l'acier, un alliage d'acier, du titane, un alliage de titane, du carbone analogue à un verre, ou des combinaisons de deux ou plus de ceux-ci.
8. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (102, 103, 104, 107) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première unité électrochimique (3a) comprend en outre une première couche d'anode (10a), et/ou la troisième unité électrochimique (3c) comprend en outre une troisième couche d'anode (10c).
9. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (107) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel x vaut entre 1 et 8, et dans lequel les deuxièmes unités électrochimiques (4), individuellement, comprennent en outre une deuxième couche d'anode (10b).
10. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (102, 103, 104, 107) selon l'une quelconque des revendications 8 à 9, dans lequel la couche d'anode (10a, 10b, 10c) comprend un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un métal de transition, du graphite, du silicium, un carbure, ou des combinaisons de deux ou plus de ceux-ci.
11. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier électrolyte à l'état solide (6a), le deuxième électrolyte à l'état solide (6b), le cas échéant, et le troisième électrolyte à l'état solide (6c), individuellement, comprennent un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, un métal de transition, ou des combinaisons de ceux-ci, de préférence du lithium, du sodium, du magnésium ou de l'aluminium, de manière davantage préférée du Li7La3Zr2O12(LLZO).
12. Élément de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la première couche de catholyte (5a), la deuxième couche de catholyte (5b), le cas échéant, et la troisième couche de catholyte (5c), individuellement, comprennent en outre un ou plusieurs d'un composé électroniquement conducteur, et d'un composé ioniquement conducteur.
13. Batterie bipolaire à l'état solide (200) comprenant un empilement d'au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
14. Batterie bipolaire à l'état solide (200) selon la revendication 14, dans laquelle les collecteurs de courant de cathode (2) de chacun des au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) est électroniquement connecté à une languette de cathode (12).
15. Batterie bipolaire à l'état solide (200) selon l'une quelconque des revendications 14 à 15, dans lequel les collecteurs de courant d'anode (8) de chacun des au moins deux éléments de batterie bipolaire à l'état solide (1, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) sont électroniquement connectés à une languette d'anode (13).
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| CH001552/2022A CH720374A2 (fr) | 2022-12-22 | 2022-12-22 | Éléments de batterie bipolaire à l'état solide |
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2022
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