CN101465442B - 具有改进的板间防漏性的多极电池 - Google Patents

具有改进的板间防漏性的多极电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双极电池，该双极电池包括三个沿纵轴(X)堆叠的电化学电池芯，每个电池芯均包括阳极、阴极以及位于阳极和阴极之间的电解质，电流集电板(B、C)电连接电池芯的阳极和相邻电池芯的阴极，电流集电板(A)在位于堆叠的第一纵向端部的电池芯的阳极上，电流集电板(D)在位于堆叠的第二纵向端部的阴极上，防电解质泄露(electrolyte-proof)的侧壁(2.4、4.4、6.4)围绕连续集电板(A、B、C、D)的每对集电板之间的每个电池芯，其中，两个相邻电池芯的侧壁(2.4、4.4、6.4)相对于纵轴(X)彼此横向偏移，通过这种方式使得其彼此不重叠。

Description

具有改进的板间防漏性的多极电池
技术领域
本发明涉及改进了对电解质的防漏特性的多极电池以及涉及生产这种电池的方法。
背景技术
锂离子蓄电池使用成对的锂钴氧化物LiCoO2作为正极(阴极)和石墨作为负极(阳极)。这些蓄电池提供大约3.6V的额定电压，而大部分Ni-Cd、Ni-MH等类型的蓄电池提供大约1.5V的额定电压。另外，这些蓄电池提供大约300Wh.1-1～400Wh.1-1和大约160Wh.kg-1～200Wh.kg-1的极高能量密度、低自放电和大约500次循环或甚至800次循环的高耐久性。
然而，主要由于在负极上使用的石墨，使得已知配置的电流锂离子蓄电池不能提供好的功率特性。
因此，对此提出了一种在单极锂离子电池芯中用钛氧化物(Li4Ti5O12)代替的建议。然而，这种蓄电池只具有大约2.5V的额定电压，并且因此降低了电池的能量密度。
为使电池保持与传统锂离子蓄电池相当的能量密度，提出生产包括串联的多个电池芯的电池，这意味着能够增加整个系统的电压。
每个电池芯均包括阳极、阴极以及电解质。
为此，给出的电池的结构为双极电池的形式，即，电池具有在电池芯的阳极和相邻电池芯的阴极之间提供连接的集流器。相对于包括由外部连接器串联连接的多个单极电池芯组成的电池，该结构意味着能够减小组件的电阻。
这种双极结构也意味着能够减少不必要的质量和体积。
因此，双极电池由沿纵轴堆叠的电池芯形成，集电板交错(interleave)在这些电池芯之间。
每个电池芯均防漏，以限制通常为液体的电解质。通过实现连接两个传导板(conductive plate)并围绕每个电池芯的壁来获得这种防漏性。
这种防漏性非常重要，因为由于泄漏会使电解质在两个电池芯之间流通(circulate)，这导致离子电流或离子桥的出现，从而导致Li+离子的流通，继而导致电池的总体故障。
这种壁是由(例如)粘合剂或热激活聚合物(heat-activatedpolymer)材料来实现的，粘合剂或聚合物是抗电解质的。在例如文件US 5 595 839中描述了这种壁的实现。为激活聚合物，加热装置与堆叠的纵向端部接触。
当涉及所堆叠的电池芯的数量较少例如为两个时，该方法是有效的。然而，当涉及例如大于等于三个(这是获得所需能量密度所必需的数量)的大数量的电池芯时，该方法具有重大缺陷。
实际上，用于形成位于堆叠的纵向端部的两个电池芯之间的中间电池芯的壁的聚合物，通过传导(conduction)被加热。因此，为了保证对中间电池芯的聚合物进行充分加热，需要很长的加热时间。而这个加热时间对于端部电池芯的聚合物来说太长。这就使得在端部电池芯和中间电池芯之间产生不一致，实际上端部电池芯的壁低于中间电池芯的壁，这是因为后者已经被加热了更长时间。因此，端部电池芯的高度小于中间电池芯的高度，从而电池的内部电阻增加了。
例如在文件US 2004/0091771中提出了使用具有不同熔点的多种聚合物，离堆叠的端部越远，使用熔点越低的聚合物。然而，这种密封方法一方面需要实现多种聚合物，这意味着在对不同类型的聚合物的安装实现密封时必须特别注意，并且对温度的控制必须极其精确。然而通常，一些用于在堆叠中心形成壁的聚合物扩散(creep)，从而导致电解质的泄漏。
该文件还提出了使用凝胶类型的电解质，其能够在密封损坏时防止泄漏。然而，一般来说，凝胶形式的电解质没有液体电解质有效。
从文件JP 20053100588中还可以得知一种由电池芯堆叠形成的双极电池。通过加热来使这些电池芯防漏，但是该文件没有提供这种加热的执行方法的说明。此外，每个电池芯的活性材料的表面随集电板表面的变化而变化。所以在加热过程中存在活性材料劣化的风险。
文件JP 2006139994还描述了一种包括电池芯堆叠的双极电池，这些电池芯是这样的：每个板的用于收集来自每个电池芯的电荷的区域与上述的允许到电缆的改进连接的区域分离。当实现电池芯的侧面密封时，也出现了活性材料的劣化问题。
因此，本发明的一个目的在于提出一种双极电池，这种双极电池提供高额定电压和高能量密度，其中，不同电池芯的电解质(优选为液体电解质)被安全地隔离，以避免电池过早发生故障。
本发明的另一目的在于提出一种生产具有高额定电压和高能量密度、并能够确保电解质被限制在不同电池芯中的双极电池的简单方法。
发明内容
通过由电池芯堆叠形成的双极电池来实现前述目的，该电池的结构允许在单个电池芯级别上进行分布式加热，并避免向端部电池芯提供过大热量。
为此，提出减小每个电池芯的至少一个垂直于形成壁的材料的集电板的面积。
应当注意，令人惊讶地是这样一个事实：减小这种面积允许中间壁被有效加热，而不需要端部壁被过度加热。
在一些实施例中，这些空置(free)区域允许加热装置能够与垂直于该材料的每块集电板形成接触，以单独地对每个材料加热。
换言之，在互连板之间插入的接合件(joint)被横向偏移，以使得没有任何两个联结器(coupling)在沿堆叠轴方向上彼此垂直。
集电板的空置区域被布置为允许组装中间堆叠。例如，实现两个电池芯的组件，然后组装这些组件，继而通过将加热装置施加到其中一个组件的其中一个端部集电板的其中一个空置区域，来将电池芯限定在两个组件之间。这种组件的方法不会导致已经固定(secure)到相关集电板上的壁联结器被再次加热。
在一种具体实施方法中，加热装置直接接触每个板的将被加热的区域，并且加热一个接合件而不加热另一个接合件点。从而，每个电池芯被单独地制成防漏，要么在时间上单独，即，通过对所有电池芯使用相同的加热装置，因为加热装置能够与集电板一个接一个地进行接触，要么在装置的实现上单独，即，通过提供每一个都专用于一个电池芯的多个加热装置，然后同时实现全部或部分密封。
因此避免了用于形成端部电池芯的壁的材料的一部分被过度加热。生产方法的简单之处在于不需要实现多种聚合物，另外，还能够使所有电池芯的加热温度保持一致。
因此，本发明的主要主题(subject-matter)是一种用于制造双极电池的方法，该双极电池包括至少三个电池芯，该至少三个电池芯配备有具有不同表面的四块集电板，该方法包括以下步骤：
(a)沿纵轴堆叠一系列具有不同表面的集电板，沿纵轴在每对集电板之间按次序依次放置阳极、电解质、和阴极以及围绕阳极、电解质、和阴极的侧壁(lateral wall)，两个相邻电池芯的侧壁相对于堆叠的纵轴彼此横向偏移，通过这种方式使得壁彼此不重叠，
(b)通过至少将加热装置施加到堆叠的两个端部集电板的空置外围来供热，堆叠的两个端部集电板垂直于堆叠的端部侧壁，从而使每个侧壁固定到其上的并列的集电板上，和/或将加热装置施加到堆叠的中间集电板的空置外围，该中间集电板至少垂直于侧壁，从而使侧壁固定到该集电板和下一块集电板上，通过这种方式使得加热的区域不沿纵轴对准。
本发明的另一主题是通过根据本发明的方法获得的双极电池，该双极电池包括至少三个沿纵轴堆叠的电化学电池芯，每个电池芯均包括阳极、阴极以及位于阳极和阴极之间的电解质，电流集电板(current collector plate)电连接电池芯的阳极和相邻电池芯的阴极，在位于堆叠的第一纵向端部的电池芯的阳极上有电流集电板，在位于堆叠的第二纵向端部的阴极上有电流集电板，防电解质泄露的侧壁围绕连续集电板的每对集电板之间的每个电池芯，每对集电板与侧壁一起形成每个电池芯的防漏隔间(compartment)，两个相邻电池芯的侧壁相对于纵轴彼此横向偏移，通过这种方式使得其彼此不重叠，集电板具有不同尺寸，其中，通过这种方式来堆叠集电板使得它们的尺寸严格增大或严格减小。
本发明的另一主题是通过根据本发明的方法获得的双极电池，该双极电池包括至少三个沿纵轴堆叠的电化学电池芯，每个电池芯均包括阳极、阴极以及位于阳极和阴极之间的电解质，电流集电板电连接电池芯的阳极和相邻电池芯的阴极，在位于堆叠的第一纵向端部的电池芯的阳极上有电流集电板，在位于堆叠的第二纵向端部的阴极上有电流集电板，防电解质泄露的侧壁围绕连续集电板的每对集电板之间的每个电池芯，每对集电板与侧壁一起形成每个电池芯的防漏隔间，两个相邻电池芯的侧壁相对于纵轴彼此横向偏移，通过这种方式使得其彼此不重叠，电池包括：横截面较大的壁和横截面较小的壁，横截面较大的壁和横截面较小的壁彼此交替相随；以及横截面较大的集电板和横截面较小的集电板，横截面较大的集电板和横截面较小的集电板彼此交替相随，通过这种方式，使得在横截面较大的集电板和横截面较小的集电板之间、以及在每一个均包括两个横截面较小的侧壁的两个电池芯之间存在横截面较大的壁，以及在横截面较大的集电板和横截面较小的集电板之间、以及在每一个均包括两个横截面较大的侧壁的两个电池芯之间存在横截面较小的壁。
有益地，壁垂直地位于其连接到的集电板中的一个集电板的外边缘处，这意味着可以避免在板边缘上的接触。
有益地，集电板的端部涂覆有层，该层形成电解质泄漏的附加阻挡(barrier)。
在一个实施例实例中，连续侧壁的截面在给定方向上递增，连续集电板的表面在该给定方向上递增。
在另一实施例实例中，电池包括：截面较大的壁和截面较小的壁，该截面较大的壁和该截面较小的壁彼此交替相随；以及截面较大的集电板和截面较小的集电面，截面较大的集电板和截面较小的集电面彼此交替相随。
壁由例如环氧型热激活聚合物制成、或者由丙烯酸或聚氨酯类型的粘合剂制成。
在互连板的围(periphery)上沉积的层是例如丙烯酸或聚氨酯类型的粘合剂。
有益地，阴极由LiFePO4制成，以及阳极由Li4Ti5O12制成。
在步骤b)中，可以同时对中间板加热以使所有的侧壁固定到相应的集电板上，或者可以相继地对每个侧壁的中间板加热。
有益地，在步骤a)之前，提供步骤a0)，用于生产集电板和阳极的组件、集电板和阴极的组件以及一面具有阳极而另一面具有阴极的集电板组件。
在步骤a0)之后而在步骤a)之前，可以设置将集电板切削为所需表面的步骤。
集电板被切削，以(例如)提供表面递减的多个集电板。
有益地，先在具有较小表面的板上执行步骤b)。
本发明的制造方法也可以包括步骤b)之后的步骤：在每块集电板的空置外围上沉积抗电解质(resistant to electrolyte)的材料层，并与侧壁相接触。
本发明的另一个目的是一种用于实现根据本发明的方法的加热装置，其包括能够同时或相继地被施加到每块集电板的整个外围的加热表面。
该装置可以包括以阶梯形式安排的多个表面，每个表面用于被同时施加到板的外围，或包括尺寸可调的表面，以使该表面能够适用于堆叠中的所有外围。
附图说明
下面的描述和附图将有助于更好地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的双极电池的电池芯堆叠的第一实施例实例的纵向截面图；
图2是根据本发明的双极电池的电池芯堆叠的第二实施例实例的纵向截面图；
图2A和图2B示出了图2中的堆叠的生产过程中的中间步骤；
图3是根据本发明的双极电池的电池芯堆叠的第三实施例实例的纵向截面图；
图4是根据本发明的电池的循环曲线示意图，该图示出了作为时间的函数的电压和强度在三个充电/放电循环中的变化；以及
图5是作为以秒为单位的时间的函数的、以V为单位的电压在根据本发明的由十三个电池芯堆叠组成的双极电池的端子处的变化的示意图。
具体实施方式
在本说明书中，措辞“截面较大的侧壁”和“截面较小的侧壁”用于描述两个连续侧壁的相对尺寸，截面较大的侧壁被定义为其截面的内部中央区域大于由截面较小的侧壁的外面限定的外表面，通过这种方式使得在纵向方向上在两个连续侧壁之间没有重叠。实际上，截面较大的侧壁的内部尺寸大于截面较小的侧壁的外部尺寸，从而连续的侧壁不重叠。
在图1中可以看出根据本发明的双极电池的电池芯堆叠的第一实施例实例。
在本说明书中我们将“电池芯”称为组件，该组件包括以导电材料制成的阳极2.1、以导电材料制成的阴极2.2以及放置在阳极和阴极之间的电解质2.3。
在整个说明书中，我们考虑电池芯堆叠的形状是长方形的情况。该堆叠具有纵轴X。然而，圆形或椭圆形截面或其它任意形状的堆叠均包括在本发明的内容中。
有益地，电解质是液体并包含在介电微孔材料(dielectricmicro-porous material)中，阳极和阴极通过电解质接触。
在图1中能够看到串联电连接的多个电池芯2、4、6的堆叠。在示出的实例中，仅堆叠了三个电池芯。
电池芯2由以导电材料制成的阳极2.1、以导电材料制成的阴极2.2以及安置在阳极和阴极之间的电解质2.3形成。
阳极2.1由电流集电板A携带，从而电流集电板A与阳极2.1电接触，以及阴极2.2由电流集电板B携带，从而电流集电板B与阴极2.2电接触。
电池芯4由以导电材料制成的阳极4.1、以导电材料制成的阴极4.2以及安置在阳极和阴极之间的电解质4.3形成。
阳极4.1由集电板B的、与接受阴极2.2的面相反的面携带。
阴极4.2由集电板C携带，并与集电板C电接触。
电池芯6由以导电材料制成的阳极6.1、以导电材料制成的阴极6.2以及安置在阳极和阴极之间的电解质6.3形成。
阳极6.1由集电板C的、与接受阴极4.2的面相反的面携带。
阴极6.2由集电板D携带。
集电板B和C提供电池芯2、4、6的串联电连接。
阴极由例如LiFePO4制成，阳极由例如Li4Ti5O12制成。
有益地，集电板A、B、C、D由铝制成，这使得电池的质量明显减小，实际上铝的密度小于铜密度的三分之一。但是应当清楚地理解，由铜或其它任意导电材料制成的集电器也包括在本发明的内容中。
每个小单元(cellule)2、4、6均被壁2.4、4.4、6.4围绕，这些壁将电解质2.3、4.3、6.3限制在电池芯中并防止任意电解质在电池芯之间流通。在描述的实例中，每个壁均围绕电池芯，因此具有挖空的长方形(hollowed out rectangle)形状。
例如，这些壁基于环氧型热激活聚合物，或者基于丙烯酸或聚氨酯类型的粘合剂。
根据本发明，这些壁是这样的：两个连续壁沿X轴不重叠。
在图1中所示的实例中，壁通常是中间被挖空的长方形截面。
实际上这些壁形成接合件，其通常形状是围绕电池芯的长方形框(rectangular frame)。
将在由箭头12指示的方向上的下方电池芯(downstream cell)的壁的内部尺寸设置为大于上方壁(upstream wall)的内部尺寸。更具体地，将下方壁的挖空空间的长度和宽度设置为大于上方壁的长度和外部宽度。
因此，当在箭头12的方向上考虑时，壁2.4和壁4.4不重叠。
类似地，壁4.4和壁6.4也不重叠。
另外，在示出的实例中，传导板A、B、C的表面在箭头12的方向上也是递增的。
有益地，每个壁2.4、4.4、6.4的外部尺寸是这样的：壁在两块集电板之间延伸，该壁的外部尺寸与这两块集电板中尺寸较小的集电板的尺寸基本相等。在每个电池芯的表面较大的板的外围上定义侧肩(shoulder)14、16、18。
这种阶梯状(stepped)的实施例防止了板边缘的变形并因此降低了短路的风险。
因此，图1中示出的堆叠基本上是阶梯状金字塔的形状。
图1中，壁4.2、6.2位于侧肩14、16的下面；可以将加热装置施加到每个侧肩14、16以对组成壁的材料进行加热，从而使壁固定到两块集电板上。
因此，在每个电池芯上都执行限制电解质的操作，而不仅是在堆叠的纵向端部执行。
有益地，对所有的电池芯都使用相同尺寸的电极，这样简化了制造，并减少了制造成本。只有集电板的尺寸是不同的。另外，有益地，阳极/电解质/阴极堆叠的表面(也指活性材料)对于整个堆叠是不变的，通过这种方式来实现所有堆叠的相对彼此的严格堆叠(strict stack)。这意味着，每个电池芯的活性材料能够远离为了制作防漏密封而加热的区域。另外，这种严格堆叠意味着，能够获得一种电池，其相对于一个电池芯的活性材料与下一个电池芯的活性材料的尺寸不同的电池，性能改进了。
将电极设置为固定在集电板上，然后将集电板切削成所需尺寸。因此，仅使用集电板的一个初始尺寸和一个电极尺寸。
通过本发明堆叠的结构，当壁2.4、4.4发生泄漏时，侧肩14、16又形成附加的阻挡。实际上，当发生泄漏时，电解质沿侧肩流动，从而进一步降低电解质从一个电池芯流通到另一个电池芯的风险。
有益地，设置将抗电解质的材料的层20、22、24分别涂覆在整个侧肩14、16、18上，例如使用粘合剂类，诸如丙烯酸或聚氨酯。
层20、22、24通过其内围与壁2.4、4.4、6.4的外表面相接触。
当壁2.4、4.4、6.4和下面的集电板B、C、D之间发生泄漏时，层20、22、24形成电解质泄漏的附加障碍。
在示出的实例中，板D的尺寸大于板C的尺寸，并限定侧肩。然而，也可以将板C和D设置为相同尺寸。相反地，该边缘有利于允许粘合剂层的使用，以进一步增加防漏程度。
可以增加堆叠的电池芯的数量以达到所需的电压和能量密度，同时集电板的表面在给定的堆叠方向上递增。
下面将阐述制造这种堆叠的方法。
例如，首先制作由集电板和电极形成的组件，并在集电板的两面组装电极。
从而形成图1中的堆叠：
包括集电板A和阳极2.1的组件26；
包括集电板B、阴极2.2和阳极4.1的组件28；
包括集电板C、阴极4.2和阳极6.1的组件30；
包括集电板D和阴极6.2的组件32。
例如，在生产过程中该阶段的所有板均具有相同表面。
然后，切削集电板A、B、C、D，使得板A、B、C和D的表面以该次序依次增加。
然后，通过在每个电池芯的阳极和阴极之间插入电解质，按次序依次堆叠组件32、30、28、26。
为此，首先放置组件32。
然后，在集电板C上围绕阴极6.2来沉积壁6.4，该壁是在膜中以例如聚合物制成的挖空长方形形状。有益地，这种膜具有与电池芯的厚度基本相等的厚度，即，阳极-电解质-阴极堆叠的厚度，从而避免几何变形。
然后，将电解质置于阴极6.2上，可以设置在放置壁6.4之前放置电解质。
然后，在组件32和壁6.4上沉积组件30。然后，沉积壁4.4和电解质、组件28、壁2.4和电解质，最后沉积组件26。
接下来，在与壁接触的集电板上密封这些壁。
因此，利用本发明的具体配置，通过加热堆叠的端部集电板A和B，在壁2.4、4.4和6.4中获得了均匀的温度分布。具体地，壁4.4被充分加热以使其固定到集电板B和C上，但没有过多的热量施加到2.4和6.4。然后，执行密封，而不变形。
该实施方法适用于超过三个电池芯的堆叠，但对三个电池芯的堆叠的情况尤其有利。
例如由两个元件形成的加热装置用于与至少垂直于壁2.4和6.4的端部集电板A和B形成平面接触。这两个元件具有例如与壁的形状相对应的框形状。有益地，避免对垂直于阳极-电解质-阴极堆叠的电池芯的中心部分进行加热。
将加热装置设置为在垂直于壁的每块集电板的围(periphery)上形成接触，可以实现单独的密封。
为此，设置同时或相继地对端部板和中间集电板施加加热装置。
在这种特定情况下，由加热装置提供的热量通过传导传递到壁2.4、4.4、6.4的材料，该材料融化并当其冷却时固定到集电板上。
在这种情况下，优选地，加热装置的形式确保表面与侧肩相接触并确保与整个侧肩接触。因此，在示出的阶梯状金字塔形状的堆叠的实例中，加热装置包括至少一个由长方形外形形成的表面。
为实现上述的具体方法，加热装置的内部形状可以对应于堆叠的外部形状，换言之，具有对应于堆叠的侧肩的多个阶梯，或其可以包括相继地施加给每个侧肩的一个加热表面(heating surface)，在这种情况下，这个表面是可调的，从而能够适合于多个侧肩的尺寸。
通常在不对堆叠施加任何轴向应力(axial stress)的情况下执行密封。但是可以设置施加这种压力。
因此，通过本发明，每个壁被充分加热以将其密封到该壁所连接的两块集电板上，并且不经受任何不需要的过度加热。
最终，有益地，层20、22、24沉积到集电板的围上，进一步降低了泄漏的风险。
在该实例中，层20、22、24涂覆在集电板的整个外围上，但也可以设置实现仅部分地覆盖板的外围的层。然而，如在图3中所示的实例中所见，全部覆盖意味着能够避免在板之间发生短路的风险。
在上述方法中，所有的板、电解质和壁都在执行密封之前堆叠。然而，也可以在板被堆叠的同时来执行密封。这时，当在前面的步骤中已经密封了时，本发明还允许避免对壁的所有另外加热。
在图2中，能够看到双极电池的电池芯堆叠的第二实施例，其中，重复图样以限制集电板的最大截面。在示出的实例中，堆叠包括十二个电池芯和从顶到底由A～M表示的十三个互连板(interconnecting plate)。
图2中的堆叠包括连续的两个相同图样26。
图样26包括通过集电板A、B、C、D、E、F、G串联连接的六个电池芯的堆叠。连接板A和B、B和C、以及C和D的壁在箭头12的方向上依次具有递增的截面，而连接板D和E、E和F、F和G的壁依次具有递减的截面。从而，从前方看，图样26基本具有正六边形的外形。另外，板A、B、C和D的表面依次递增，而板D、E、F和G的表面依次递减。
在示出的实例中，从箭头12的方向来看，壁106.4和108.4是对准的。然而，这些壁中的每个均与不同的侧肩关联，因此制成这些壁中的每个的材料可以在关联的侧肩上被分别加热。
位于堆叠中部的集电板D的外围D1的两面都涂有层28，以改进防漏性。
通过该配置，对于每个壁，传导板上的能够与由箭头15表示的加热装置形成接触的区域限制了堆叠的横距(transverse space)需求。
对于图1中的电池芯，为所有电池芯优选地选择尺寸相等的活性材料，从而堆叠阳极/电解质/阴极组件以使其彼此对准。
下面将描述实现该堆叠的方法。
如图2A所示，第一个步骤是实现由板F、G和H形成的中央堆叠。这三个板具有相等的表面。
通过在两个集电板之间插入切割膜的壁，以类似于关于在图1中描述的堆叠的方式来实现堆叠。
然后，将由箭头15表示的加热装置施加到板F和G的外围。
如图2B所示，板继续向上堆叠，如同图1中的堆叠一样，通过在集电板A、B、C、E和F的空置围端(free peripheral end)分别加热来执行密封。
当集电板A已经被密封时，翻转部分堆叠，以使板A形成堆叠的低端。堆叠装备有电极的板，然后继续密封。
在图3中，能够看到本发明堆叠的另一实施例实例，其包括具有不同表面的两类集电板。
因此，该堆叠包括具有较小表面的可选板A、以及具有较大表面的板B。
在该实施例实例中，在集电板被堆叠的同时执行密封封，而不象图1中的实例那样在最后执行。
根据本发明，两个连续电池芯的壁不重叠，从而当密封第二个壁时，防止对第一个已密封的壁再次加热。
这些壁由参考标号1002～1006表示。
例如，堆叠集电板A1、B1和壁1002。通过对垂直于壁1002的板A1、B1中的一个板施加加热装置来密封该组件。
然后，堆叠板A2和壁1004，后者不垂直于壁1002。当密封时，将加热装置施加给垂直于壁1004(壁1004不垂直于壁1002)的板A2，从而壁1002不会再次经受加热或仅被稍微加热。
如此继续堆叠板和壁，并密封。
然后，将粘合剂沉积到板的空置外围上以形成第二防漏阻挡。
另外，该层具有在两块集电板之间提供电绝缘的优点。实际上，当密封并给定约20μm～70μm的低厚度的板时，其外围会变形并可能彼此接触从而导致短路。然而，由于有粘合剂层的存在，即使板之间发生接触时，也能够避免这种短路。
如图1中的电池芯，对于所有的电池芯优选地选择相同尺寸的活性材料，从而堆叠阳极/电解质/阴极组件以使其彼此对准。
通过实例，能够给出根据本发明的电池芯堆叠的尺寸的以下值。
壁大约1mm高。电池的容量与电极的表面成比例。因此，集电板的表面可能在几平方厘米到几平方米中变化。
在图4中，可以看到示出以伏特为单位的电压U和以mA为单位的强度i在电池端子处作为以小时为单位的时间的函数的变化的图，如已知的循环曲线，以证明在本发明的电池中不存在离子电流，从而证明壁实现对电解质的防漏。根据本发明，在该情况下使用的电池包括尺寸在22×20cm2～16×14cm2之间递增的六个电池芯。
该曲线代表电池的几个充电和放电循环。
为验证在循环过程中组件里是否产生任何的离子电流，记录一个系统和施加相同的系统的充电和放电时间。如果它们相同，则双极电池正常工作，因此电解质没有从一个电池芯转移到另一个电池芯，所以，隔间的防漏是有效的。
应当注意，三次循环的充-放电时间t1、t2、t3是在同一次循环中测量的两次转变到零强度之间的时间，它们是相等的。因此，根据本发明的用于生产电池的方法允许存在防漏，并因此有效地避免了离子电流的出现。
根据本发明的电池可以包括并联连接或串联连接的多个堆叠，以达到所需的额定电压和能量密度。
在图5中能够看，以伏特为单位的电压U在根据本发明的双极电池的端子处作为以秒为单位的时间t的函数的变化的示意图，该双极电池包括串联连接的十三个电池芯的堆叠，每个电池芯具有1.9V的单位电压。因此，该电池具有24.7V的电压和0.7Ah的容量。
在电池芯端子处的24V的电压能够保证至少60,000秒的周期。
虽然并没有描述堆叠环境，但这是常规的，并且对本领域技术人员来说是已知的。
本发明的电池具体地可以用作电动车辆中的电能源，从而潜在地减少矿物燃料的使用。

Claims (22)

1.一种双极电池的制造方法，所述双极电池包括至少三个电池芯，所述至少三个电池芯配备有具有不同表面的四块集电板，所述方法包括以下步骤：
a)沿纵轴堆叠一系列具有不同表面的集电板，沿纵轴在每对集电板之间按次序依次放置阳极、电解质、和阴极以及围绕所述阳极、所述电解质和所述阴极的侧壁，在两个相邻电池芯的所述侧壁中，其中一个侧壁是横截面较大的侧壁并且另一个侧壁是横截面较小的侧壁，横截面较大的侧壁被定义为其截面的内部中央区域大于由横截面较小的侧壁的外面限定的外表面，通过这种方式使得两个相邻电池芯的所述侧壁彼此不重叠；以及
b)通过将加热装置施加到所述堆叠的两个端部集电板的空置外围来供热，所述两个端部集电板至少垂直于所述堆叠的端部侧壁，从而使每个侧壁固定到所述侧壁的并列的集电板上，或将加热装置施加到所述堆叠的中间集电板的空置外围来供热，所述中间集电板至少垂直于侧壁，从而使所述侧壁固定到所述中间集电板和下一块集电板上，通过这种方式使得加热的区域沿纵轴不对准。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤b)中，同时向所述中间集电板供热，以同时将所有侧壁固定到相应的集电板上。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其中，相对于每个侧壁，相继地向所述中间集电板供热。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其中，在步骤a)之前，设置步骤a0)：进行集电板和阳极的组装、集电板和阴极的组装以及一面具有阳极而另一面具有阴极的集电板的组装。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其中，在步骤a0)之后而在步骤a)之前，设置将所述集电板切削成所需表面的步骤。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其中，切削所述集电板以提供表面递减的多个集电板。
7.根据权利要求3所述的制造方法，其中，先在表面较小的板上执行步骤b)。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其中，随步骤b)之后还包括步骤：在每块集电板的所述空置外围上沉积抗所述电解质的材料层，所述材料层与所述侧壁相接触。
9.通过权利要求1所述的方法获得的双极电池，包括至少三个沿纵轴堆叠的电化学电池芯，每个电池芯均包括阳极、阴极以及位于所述阳极和所述阴极之间的电解质，中间电流集电板电连接电池芯的阳极和相邻电池芯的阴极，顶部电流集电板在位于所述堆叠的第一纵向端部的电池芯的阳极上，底部电流集电板在位于所述堆叠的第二纵向端部的阴极上，防电解质泄露的侧壁围绕连续集电板中的每对集电板之间的每个电池芯，每对集电板与侧壁一起形成每个电池芯的防漏隔间，沿一系列具有不同表面的集电板的纵轴，在每对集电板之间沿纵轴按次序依次放置阳极、电解质、和阴极以及围绕所述阳极、所述电解质和所述阴极的侧壁，在两个相邻电池芯的所述侧壁中，其中一个侧壁是横截面较大的侧壁并且另一个侧壁是横截面较小的侧壁，横截面较大的侧壁被定义为其截面的内部中央区域大于由横截面较小的侧壁的外面限定的外表面，通过这种方式使得两个相邻电池芯的所述侧壁彼此不重叠，所述集电板的尺寸不同，其中，通过这种方式来堆叠所述集电板以使得所述集电板的尺寸严格增大或严格减小。
10.根据权利要求9所述的双极电池至少包括：电池芯的第一子组件，包括尺寸严格增大的多个集电板；以及电池芯的第二子组件，包括尺寸严格减小的多个集电板。
11.根据权利要求10所述的双极电池，包括在纵向上以交替方式彼此相随的多个所述第一和第二子组件。
12.通过权利要求1所述的方法获得的双极电池，包括至少三个沿纵轴堆叠的电化学电池芯，每个电池芯均包括阳极、阴极以及位于所述阳极和所述阴极之间的电解质，中间电流集电板电连接电池芯的阳极和相邻电池芯的阴极，顶部电流集电板在位于所述堆叠的第一纵向端部的电池芯的阳极上，底部电流集电板在位于所述堆叠的第二纵向端部的阴极上，防电解质泄露的侧壁围绕连续集电板中的每对集电板之间的每个电池芯，每对集电板与侧壁一起形成每个电池芯的防漏隔间，两个相邻电池芯的所述侧壁相对于所述纵轴彼此横向偏移，通过这种方式使得所述侧壁之间不存在重叠，所述电池包括：横截面较大的侧壁和横截面较小的侧壁，横截面较大的侧壁被定义为其截面的内部中央区域大于由横截面较小的侧壁的外面限定的外表面，所述横截面较大的侧壁和所述横截面较小的侧壁彼此交替相随；以及横截面较大的集电板和横截面较小的集电板，所述横截面较大的集电板和所述横截面较小的集电板彼此交替相随，通过这种方式，使得在横截面较大的集电板和横截面较小的集电板之间、以及在其每一个均包括两个横截面较小的侧壁的两个电池芯之间存在横截面较大的侧壁，并且在横截面较大的集电板和横截面较小的集电板之间、以及在其每一个均包括两个横截面较大的侧壁的两个电池芯之间存在横截面较小的侧壁。
13.根据权利要求9所述的电池，其中，所述侧壁(2.4、4.4、6.4)垂直地位于所述侧壁连接到的所述集电板(A、B、C)中的一个集电板的外边缘处。
14.根据权利要求9所述的电池，其中，所述集电板(B、C、D)的端部涂覆有层(20、22、24)，所述层(20、22、24)形成对电解质泄漏的附加阻挡。
15.根据权利要求14所述的电池，其中，所述侧壁(2.4、4.4、6.4)是丙烯酸或聚氨酯类型的粘合剂。
16.根据权利要求9所述的双极电池，其中，所述侧壁由环氧类型的热激活聚合物、或者丙烯酸或聚氨酯类型的粘合剂制成。
17.根据权利要求9所述的电池，其中，所述阴极由LiFePO4制成，以及所述阳极由Li4Ti5O12制成。
18.根据权利要求12所述的电池，其中，所述侧壁垂直地位于所述侧壁连接到的所述集电板中的一个集电板的外边缘处。
19.根据权利要求12所述的电池，其中，所述集电板的端部涂覆有层，所述层形成对电解质泄漏的附加阻挡。
20.根据权利要求19所述的双极电池，其中，所述层是丙烯酸或聚氨酯类型的粘合剂。
21.根据权利要求12所述的电池，其中，所述侧壁由环氧类型的热激活聚合物、或者丙烯酸或聚氨酯类型的粘合剂制成。
22.根据权利要求12所述的电池，其中，所述阴极由LiFePO4制成，以及所述阳极由Li4Ti5O12制成。
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