CN107851747B - 双极蓄电池设计 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双极蓄电池，所述双极蓄电池包括第一电化学电池单元和第二电化学电池单元。

Description

双极蓄电池设计

优先权

本专利申请要求提交于2015年7月7日的美国临时专利申请62/189,545的权益，该申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

所述实施方案通常涉及蓄电池。更具体地，该实施方案涉及双极蓄电池单元。

背景技术

双极蓄电池采用其中多个单独的电化学电池单元与串联连接该电化学电池单元的双极板共同堆叠的设计。典型地，每个双极板在双极板的第一侧上具有正极材料，并且在双极板的第二侧上具有负极材料。如此，当双极板分隔两个相邻的电化学电池单元时，同时用作一个电化学电池单元的负极集流板和第二电化学电池的正极集流板。双极板允许电流在充电和放电期间在相邻的电化学电池单元之间流动，并且还提供电化学电池单元之间的电化学隔离，使得在相邻的电化学电池单元之间不产生通过双极板的离子流。与传统的单极蓄电池的电池单元(其中金属突片用于连接串联连接的蓄电池电池单元的集流板)相比，电子在双极板上行进非常短的距离而不经由金属突片在电池单元外部行进。这可产生电流密度更均匀且功率更高的设计。

发明内容

根据本公开的实施方案，提供了一种用于双极蓄电池的密封设计，其区分以下功能1)将电化学电池单元与叠堆中的其它电化学电池单元电化学隔离，以及2)适应蓄电池在垂直于集热板的z方向上的膨胀。在各种实施方案中，双极蓄电池包括具有双极板(也称为双极箔片)的电化学电池单元，该双极板在密封件所被制作的电极叠堆的周边处被分成两层。

在一些实施方案中，双极蓄电池包括第一电化学电池单元，第二电化学电池单元以及将第一电化学电池单元连接到第二电化学电池单元的双极板。该双极板具有第一金属层和第二金属层。该双极板具有连接区域和间隙区域，其中该第一金属层和该第二金属层之间的分隔距离在该间隙区域中比在该连接区域中大。该电化学电池单元包括阴极和阳极，阴极和阳极通过设置于其间的分隔件隔开。每个电化学电池单元还可通过具有气密密封该电化学电池单元的密封件而被电化学隔离。

在其他实施方案中，双极蓄电池包括多个电化学电池单元，多个双极板以及多个密封件。每个电化学电池单元具有阴极、分隔件和阳极。该双极板形成相邻电化学电池单元之间的边界。每个双极板具有形成第一电化学电池单元的侧的第一金属层和形成第二电化学电池单元的侧的第二金属层。第一金属层的外围端部和第二金属层的外围端部间隔开，从而在第一金属层和第二金属层之间形成间隙区域。蓄电池中的每个电化学电池单元包括密封件。每个密封件被设置在一个电化学电池单元的第一双极板的第二金属层的外围端部和第二电化学电池单元的相邻的第二双极板的第一金属层的外围端部之间。

在其他实施方案中，双极蓄电池被配置为包括多个电化学密封件和多个柔性密封件。该双极蓄电池可包括多个电化学电池单元，每个电池单元具有阴极、分隔件和阳极；多个双极板；多个电化学密封件；和多个弹性体密封件。每个双极板被设置在相邻的电化学电池单元之间，以形成邻近的电化学电池单元之间的边界。每个双极板具有形成第一电化学电池单元的侧的第一金属层和形成第二电化学电池单元的侧的第二金属层。第一金属层的外围端部和第二金属层的外围端部间隔开，从而在第一金属层和第二金属层之间形成间隙区域。每个电化学密封件被设置在第一双极板的第二金属层的外围端部和相邻的第二双极板的第一金属层的外围端部之间。每个柔性密封件被设置在第一金属层的外围端部和第二金属层的外围端部之间的间隙区域中。

在各个方面，该第一金属层或第二金属层可以可操作地连接至平衡电路。在各个方面，参比电极可以可操作地连接至第一电池单元的阴极。

在另一个实施方案中，双极蓄电池可以包括由端板分开的第一电池单元叠堆和第二电池电池单元叠堆。第一电池单元叠堆包括第一电池单元和第二电池单元。第一电池单元叠堆设置在第一导电板和第二导电板之间。第二电池单元叠堆包括第三电池单元和第四电池单元。第二电池单元叠堆设置在第二导电板和第三导电板之间。在各种实施方案中，一个或多个板可包括流体导电孔。这些孔可用于例如冷却流体，该流体可以热冷却该板并由此冷却双极蓄电池。

在各个方面，双极蓄电池可包括一个或多个热敏层，该热敏层达到一定温度或温度范围时增加双极蓄电池的电阻并且抑制、减少或阻止离子流和电力产生。在一个变型中，可在双极蓄电池的第一金属层或第二金属层上设置热敏层。导热层可设置在每一层的任一侧上。在进一步的变型中，可在第一金属层或第二金属层中的任一者或两者的导热层上设置陶瓷。

在各个方面，双极蓄电池可包括设置在电池单元的金属层和电极之间的一个或多个多孔层。多孔层可允许电解液流向电极。

在附加的变型中，可在双极板的间隙区域的末端处设置阻挡层。在一些变型中，第一金属板和第二金属板可以直接连接到分隔件。例如，第一金属层和第二金属层可在间隙区域中粘结到分隔件。另选地，第一金属层和第二金属层可在间隙区域中粘结到阻挡层。

附图说明

通过以下结合附图的具体实施方式，本公开将易于理解，其中类似的附图标号指示类似的结构元件，并且其中：

图1示出了根据本公开的实施方案的双极蓄电池的示意性纵向截面图。

图2A示出了根据本公开实施方案的具有第一金属层和第二金属层的双极板的纵向截面图。

图2B示出了根据本公开实施方案的具有第一金属层和第二金属层的另一个双极板的纵向截面图。

图3A示出了根据本公开的实施方案的阴极、阳极和分隔件组件，该分隔件组件可形成以创建双极蓄电池的电化学电池单元。

图3B示出了根据本公开的实施方案的与图3A的阴极、阳极和分隔件组件组合的第一金属层和第二金属层。

图3C示出了根据本公开的实施方案的双极蓄电池的单个密封的电化学电池单元。

图4A示出了根据本公开的实施方案的与分隔件结合的具有阳极的第一金属层和具有阴极的第二金属层。

图4B示出了根据本公开的实施方案的与分隔件组装了的图4A中的具有阳极的第一金属层和具有阴极的第二金属层。

图4C示出了根据本公开的实施方案的被密封以形成电化学电池单元的图4B中的具有阳极的第一金属层、具有阴极的第二金属层和分隔件组件。

图5A示出了根据本公开的实施方案的具有与阳极接触的密封件的电化学电池单元。

图5B示出了处于拆卸状态的图5A中的电化学电池单元，示出了根据本公开的实施方案的第一金属层、阴极、分隔件、阳极、第二金属层和密封材料。

图5C示出了根据本公开的实施方案的双极蓄电池的示意性纵向截面图，该双极蓄电池包括如图5A所示的电化学电池单元叠堆。

图6示出了根据本公开的实施方案的另一个双极蓄电池的示意性纵向截面图。

图7示出了根据本公开的实施方案的另一个双极蓄电池的示意性纵向截面图，该双极蓄电池具有电化学密封件和柔性密封件。

图8示出了根据本公开的实施方案的双极蓄电池的侧视图，该图示出了双极蓄电池的侧端上的第一金属层和第二金属层的位置。

图9示出了根据本公开的实施方案的与多个蓄电池单元叠堆接触的冷却板的侧视图。

图10示出了根据本公开的实施方案的示出了多个端板的双极蓄电池的另一个实施方案的示意性纵向截面图。

图11示出了根据本公开的实施方案的包括参比电极的蓄电池电池单元的纵向截面图。

图12示出了根据本公开的实施方案的设置在第一金属层和第二金属层上的热敏层。

图13示出了根据本公开的实施方案的设置在分隔件的每个表面上的热敏层和设置在热敏层的每个表面上的双峰陶瓷。

图14示出了根据本公开的实施方案的设置在分隔件的一个表面上的热敏层、设置在热敏层的表面上的双峰陶瓷，以及设置在分隔件的相反的表面上的阳极氧化铝氧化物层。

图15示出了根据本公开的实施方案的双极蓄电池的示意性纵向截面图，其中第一金属层和第二金属层密封到每个电池单元的分隔件上。

图16A示出了根据本公开的实施方案的通过将第一金属层和第二金属层密封到阻挡层上来进行密封的电池单元。

图16B示出了根据本公开的实施方案的通过将第一金属层和第二金属层密封到分隔件上来进行密封的电池单元。

图17示出了根据本公开的实施方案的包括多孔层的双极蓄电池，该多孔层在第一金属层和第二金属层与电极之间。

具体实施方式

现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述并非旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的替代形式、修改形式和等同形式。

以下公开内容涉及双极蓄电池。如本文中所讨论的，双极蓄电池单元可包括多个堆叠的电化学电池单元。堆叠的电化学电池单元使用一个或多个双极板串联连接。该双极蓄电池电池单元可包括在堆叠部的第一端处的第一导电板和在该堆叠的第二端部处的第二导电板，该导电板可以分别用作双极蓄电池单元的第一集流板和第二集流板，并且在该集流板之间电流可流动以对多个电化学电池单元充电或放电。每个双极板可使电流在相邻的电化学电池单元之间流动，使得双极板充当一个电化学电池单元的负极集流板和相邻的电化学电池单元的正极板。因此，在双极蓄电池的充电期间，电流可以在第一方向上流过双极板，并且在双极蓄电池的放电期间，电流可以在双极板的相反方向上流动。

在各个方面，本公开涉及双极蓄电池中的电化学电池单元的双极板和密封件。根据本公开的实施方案提供了用于双极蓄电池的双极板和电池单元密封设计，使蓄电池可适应在垂直于双极板的z方向上的膨胀(例如，沿各个电化学电池单元堆叠的方向上的膨胀)。在各种实施方案中，双极蓄电池包括在密封件所在的电极叠堆的周边处被分成两层的双极板。可在该周边处制造一个或多个密封件(例如，在双极板的层之间或者在双极板和相邻的双极板之间)。

在一些实施方案中，双极蓄电池包括第一电化学电池单元，第二电化学电池单元以及将第一电化学电池单元连接到第二电化学电池单元的双极板。双极板具有第一金属层(例如，第一箔片)和第二金属层(例如，第二箔片)。该双极板具有连接区域和间隙区域，其中该第一金属层和该第二金属层之间的分隔距离在该间隙区域中比在该连接区域中大。该电化学电池单元包括阴极和阳极，阴极和阳极通过设置于它们之间的分隔件隔开。每个电化学电池单元还可通过具有气密密封该电化学电池单元的密封件而被电化学隔离。具有此类单电池单元叠堆(MCS)设计的双极蓄电池可允许数个电池单元串联堆叠。

在其他实施方案中，双极蓄电池包括多个电化学电池单元，多个双极板以及多个密封件。每个电化学电池单元包括阴极、分隔件和阳极。该双极板形成相邻的电化学电池单元之间的边界。每个双极板具有形成第一电化学电池单元的侧的第一金属层和形成第二电化学电池单元的侧的第二金属层。第一金属层的外围端部和第二金属层的外围端部间隔开，从而在第一金属层和第二金属层之间形成间隙区域。蓄电池中的每个电化学电池单元可包括密封件，该密封件可以密封电化学电池单元。密封件可将电化学电池单元的第一板和第二板连接并包围位于第一板和第二板之间的电化学电池单元的阳极、阴极和分隔件。密封件可被设置在例如第一双极板的第二金属层的外围端部和相邻的第二双极板的第一金属层的外围端部之间。

在其他实施方案中，双极蓄电池被配置有电化学密封件和柔性密封件。双极蓄电池可包括多个电化学电池、多个双极板、多个电化学密封件和多个弹性体密封件。每个电化学电池单元包括阴极、分隔件和阳极。每个双极板被设置在相邻的电化学电池单元之间，以形成位于邻近的电化学电池单元之间的边界。每个双极板具有形成第一电化学电池单元的侧的第一金属层和形成第二电化学电池单元的侧的第二金属层。第一金属层的外围端部和第二金属层的外围端部间隔开，从而在第一金属层和第二金属层之间形成间隙区域。每个电化学密封件被设置在第一双极板的第二金属层的外围端部和相邻的第二双极板的第一金属层的外围端部之间。每个柔性密封件被设置在第一金属层的外围端部和第二金属层的外围端部之间的间隙区域中。

双极蓄电池的一个挑战是使邻近的电化学电池单元中的每一对阳极电极和阴极电极电隔离。这意味着电化学电池单元的密封件应提供气密密封以防止电解质从电化学电池中泄漏。密封件可以为电解质提供屏障，使得邻近的电化学电池单元不会短路。密封件也可防止水分进入电化学电池单元，这可能影响电化学电池单元的性能。

另外，在传统的双极蓄电池设计中，密封件应能够适应在垂直于双极板的z方向上的电极溶胀和膨胀。例如，在电解质填充和循环或使用之后，电极叠堆溶胀，从而在z方向上产生膨胀。这种膨胀产生可由密封件和封装件来适应的应变。当双极设计中的阴极-阳极对彼此堆叠时，z方向上的体积变化随着随后的每个阴极-阳极对而增加。当若干对叠加起来时，因为双极板可在挠曲以处理z方向上高达10％的电化学电池单元膨胀时保持与封装件的密封，所以在z方向(例如，各个电化学电池单元堆叠所沿的方向)上所产生的应变可能难以适应。

对于锂离子化学物质，密封件可允许馈通件(feedthrough)或集电器突片延伸到电化学电池单元之外以用于电池单元平衡。

密封件的不同功能可以相互竞争。因此，本文所述的实施方案将密封件的功能分开：1)通过防止电解质和水分渗透蓄电池而保持电化学隔离，同时2)适应由于溶胀而产生的z方向上的膨胀。

在各种实施方案中，双极蓄电池包括具有双极板的电化学电池单元，该双极板在密封件所在的电极叠堆的周边处被分成两层。在一些实施方案中，双极板可包括具有不同材料(诸如但不限于铝和铜)的两个金属层。在其他实施方案中，双极板的金属层可以是相同的金属。在电极叠堆的周边内，该两个金属层可以连接(例如，焊接或使用一些导电粘合剂连接)以形成连接区域。在连接区域内，电流可以在金属层之间流动，以允许电流在邻接的电化学电池单元之间流动。在叠堆中的密封的电化学电池单元之外，可以将两层隔开以在层之间提供空间以形成间隙区域。在间隙区域内，随着电化学电池单元在使用期间膨胀，两层可移动远离彼此。因此，每个阴极-阳极对可以被电化学密封并与邻近的电化学电池单元隔离，而间隙区域提供适应z方向上的膨胀的灵活性。在一些实施方案中，可以使用多密封件设计。多密封件设计包括使电化学电池单元电化学隔离的密封件和设置在间隙区域中以进一步适应z方向上的膨胀(例如，各个电化学电池单元堆叠所沿的方向上的膨胀)的柔性密封件。

以下参考图1至图17来论述这些和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

图1示出了根据本公开的实施方案的双极蓄电池的示意性纵向截面图。如图所示，双极蓄电池10包括位于端板102和104之间的电化学电池单元C1、C2、C3和C4的叠堆。端板102和104可以是兼具电力和机械功能的金属集流板。在一些实施方案中，端板102和104可以是形成双极蓄电池的外壳的一部分的支撑板。在一些实施方案中，端板102和104可以在双极蓄电池的外壳内提供机械支撑。在一些实施方案中，支撑板中的一些或全部可以是导电的(例如，在支撑板内可存在电连接到端板的端子)。在一些实施方案中，端板102和104可以充当蓄电池的正极端子和负极端子。

根据为蓄电池10的选择的电压以及每个单独的电化学电池单元的单独电压，电化学电池单元的叠堆可以包括任何数量的电化学电池单元。电池单元叠堆可根据需要布置有串联的尽可能多或尽可能少的电化学电池单元。例如，包括阴极-阳极对的许多电化学电池单元可被串联放置以形成蓄电池单元，该蓄电池单元具有针对蓄电池单元的预期用途而选择的电压输出。

每个电化学电池单元C可以包括阴极110和阳极120，其中阴极110和阳极120被阴极和阳极之间的分隔件130隔开。在电池单元C1的阳极120和相邻的电池单元C2的阴极之间是双极板150。作为举例说明，在一些实施方案中，第一电池单元C1和第二电池单元C2通过C1和C2之间的双极板150连接。双极板150形成C1和C2的一部分。在一侧，双极板150可以连接到C1的密封件140，并且在相反侧上连接到C2的密封件140。

在一些实施方案中，如图1所示，双极板150可以包括第一金属层152和第二金属层154。如图2A所示，在一些实施方案中，第一金属层152和第二金属层154可以是不同的材料。在一些实施方案中，第一金属层152的材料基于阳极120的电势来选择，诸如铜或任何其他合适的金属。第二金属层的材料基于阴极110的电势来选择，诸如铝或其他合适的金属。换句话讲，第一金属层和第二金属层的材料可以基于选择用于阳极和阴极的材料来选择。

第一金属层和第二金属层可以由本领域已知的任何材料制成。例如，可以使用铜、铝(例如，7000系列铝)或不锈钢。在其中一个或多个金属层具有比其他导电金属更高的阻抗的情况下，第一金属层和第二金属层中所使用的金属可以相同或不同。同样，金属层可以是实心层或者可以是金属网格。第一金属层和第二金属层通过使用较少的导电金属(例如，钢而不是铜)，受热点部位影响的金属层的面积可较小。此外，可降低导热率，从而可降低电池单元之间热失控的可能性。

选择用于阳极和阴极的材料可以是任何合适的蓄电池材料。作为举例说明而不旨在进行限制，阳极材料可以是硅、石墨、碳、锡合金、含锂材料(诸如锂钛氧化物(LTO))，或者可形成双极蓄电池的电池单元中的阳极的其他合适材料。作为举例说明而不旨在进行限制，阴极材料可以是含锂材料。在一些实施方案中，含锂材料可以是锂金属氧化物诸如锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍锰钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、钛酸锂，而在其他实施方案中，含锂材料可以是磷酸铁锂、锂金属聚合物或本领域技术人员已知的用于双极蓄电池的电池单元的其他合适的阴极材料。

第一金属层和第二金属层可以具有任何合适的厚度，以允许形成气密密封件并且提供合适的机械稳定性以防止在双极蓄电池的预期使用期间发生故障(即，层破损)。另外，金属层的厚度可足够薄以允许在分隔区域中弯曲和挠曲以适应在双极蓄电池循环期间的预期膨胀(例如，在z方向上多至10％的膨胀)。

在一些实施方案中，金属层的厚度为至少5μm。在其他实施方案中，金属层的厚度为至少10μm。在其他实施方案中，金属层的厚度为至少20μm。在其他实施方案中，金属层的厚度小于50μm。在其他实施方案中，金属层的厚度小于30μm。在一些实施方案中，双极板的第一金属层和第二金属层的厚度可以相同，而在其他实施方案中，第一金属层第二金属层的厚度可以不同。

如图1和图2A所示，双极板150具有第一金属层152和第二金属层154连接的连接区域153以及在集电器150的外围端部处的间隙区域155。在连接区域153中，第一金属层和第二金属层被接合以能够导电。在一些实施方案中，第一金属层和第二金属层可以直接连接，而在其他实施方案中，第一金属层和第二金属层可以通过导电材料间接连接。为了形成连接区域153，在一些实施方案中，第一金属层152和第二金属层154可以层压在一起。在其他实施方案中，连接区域153可以通过将第一金属层152和第二金属层154焊接在一起来形成。在其他实施方案中，连接区域153可以通过在第一金属层152和第二金属层154之间使用导电粘合剂来形成。在其他实施方案中，连接区域153可以通过第一金属层152和第二金属层154的材料之间可能发生的润湿来形成。

在间隙区域155中，第一层152的外围端部和第二层154的外围端部间隔开并且相对于彼此可移动。如此，第一金属层和第二金属层之间存在分隔距离，随着电化学电池单元的膨胀，该分隔距离可能增大。第一金属层和第二金属层之间的分隔距离在间隙区域155中比在连接区域153中大。在一些实施方案中，有时候间隙区域155中的间隔与连接区域153中的间隔相同。例如，蓄电池10最初可形成为第一层152的外围端部和第二层154的外围端部彼此接触但相对于彼此可移动。如此，当电化学电池单元初始溶胀时，第一层152的外围端部和第二层154的外围端部可以移动并且间隙区域中的间隔可以增大。

在一些实施方案中，第一金属层152和第二金属层154的间隔开的外围端部的长度足以适应蓄电池循环期间双极蓄电池的各个电化学电池单元的预期膨胀。换句话讲，外围端部152a和154a具有长度L，如图2A所示。在一些实施方案中，长度L足够长使得可以适应z方向上高达10％的膨胀。在其他实施方案中，长度L足够长使得可以适应z方向上至少20％的膨胀。在其他实施方案中，长度L足够长使得可以适应z方向上至少30％的膨胀。长度L可被选择以在阴极和阳极的端部之间提供空间，并且选择密封件以为可由电解质的脱气而产生的气体提供间隔。在其他实施方案中，如图2B所示，双极板可以具有包括相同金属的第一金属层和第二金属层。

如图1所示，每个电池单元C1、C2、C3和C4还包括密封件140以使电化学电池单元彼此电化学隔离。因此，每个阴极阳极对都被电化学密封并且与邻近的电化学电池单元隔离。因为金属层152和154在外围端部处隔开，所以单独的密封件140可以形成在双极板150的相反侧(即，顶部和底部)上。

密封材料能够与双极板的第一金属层和第二金属层粘结以防止电解质泄漏。电解质可以是固体、凝胶或液体。密封件可以通过气密密封电池单元使每个电化学电池单元电化学隔离，从而防止电解质中的离子逃逸到邻近的电化学电池单元中。密封材料可以是与金属层良好粘结的任何材料(例如聚合物或环氧树脂)，从而可以在预定的时间段或蓄电池使用期间保持气密密封。例如，在一些实施方案中，密封件的气密性可以保持至少10年。在其他实施方案中，密封件的气密性可以保持至少15年。

分隔件可以用电解质(诸如流体电解质或凝胶电解质)浸透，以将电解质结合到双极蓄电池中。或者，凝胶电解质可以涂覆分隔件。在又一另选方案中，凝胶电解质可在组合之前涂覆第一金属层和/或第二金属层。在又一另选方案中，电解质可与构成阴极的阴极活性材料的颗粒混合。在各种实施方案中，将电解质结合到双极蓄电池的部件中可减少双极蓄电池中的脱气。在包括柔性密封件的变型中，双极蓄电池可以容纳由脱气产生的气体。而且，双极蓄电池的制造不需要单独的电解质填充步骤。

密封材料可以是聚合物、环氧树脂或可以与第一金属层和第二金属层粘结以形成气密密封件的其他合适的材料。在一些实施方案中，聚合物可以是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚酰亚胺(PI)或可与第一金属层和第二金属层的双极板粘接以形成气密密封并且还可以提供水分阻抗耐受性的任何其他合适的聚合物。

如图1所示，密封件140可形成在双极板150的相反侧(即，顶部和底部)上。作为解释，对于电池单元C2，密封件140设置在与阴极110接触的第二金属层154和与阳极120接触的第一金属层152之间。

单独的电化学电池单元可以以任何合适的方式形成。在一些实施方案中，可以预先组装阴极110、阳极120和分隔件130。然后，可将第一金属层152连接到阳极，将第二金属层154连接到阴极以形成电池单元。然后可将密封材料设置在第一金属层152和第二金属层154之间以形成密封件140。

在另选实施方案中，金属层可以用密封材料预先涂覆。作为举例说明，单独的电池单元的组装在图3A至图3C中示出。如图3A至图3C所示，金属层上的预先涂覆的密封材料可以被施加到金属层的外围端部。如图3A所示，预成形阴极310和预成形阳极320可以与分隔件330层压在一起。如图3B所示，第一金属层和第二金属层352和354可以用密封材料140a预先涂覆。预涂覆的金属层352和354可以与阴极-分隔件-阳极组件连接，使得第一金属层352上的密封材料140a与第二金属层354上的密封材料140a对准以形成开口电池单元组件。然后，在图3C中，第一层和第二层352和354上的密封材料140a可被层压以形成具有密封件340的密封的单电池单元300。在一些实施方案中，预涂覆的密封材料可在金属层的整个长度上延伸，使得当电池单元被组装时该材料与分隔件130的周边端部接触，而在密封件340与阴极和阳极的端部之间存在空间。

在其他实施方案中，如图4A至图4C所示，金属层可以与阴极(或阳极)和密封材料预先层压。同样作为举例说明，图4A和4B中示出了单独的电池单元的组装。如图4A所示，阳极420连同密封材料140a可被层压到第一金属层452上。同样在图4A中示出了层压到第二金属层454上的阴极410和密封材料140a。如图4B所示，与阳极420(或阴极410)和密封材料140a预先层压的金属层452和454可以与分隔件430结合以形成开口电池单元组件。同样，第一金属层452上的密封材料140a与第二金属层454上的密封材料140a对准以形成开口电池单元组件。然后，在图4C中，第一层452和第二层454上的密封材料140a可被层压以形成密封的电池单元400。

在一些实施方案中，密封材料可以沿一个或两个金属层的长度延伸，以便具有与阳极或阴极接触的边缘。作为对单独电池单元的举例说明，图5A示出了电池单元500。在电池单元500中，密封件540沿第一金属层554的长度进一步延伸，使得密封件的边缘540a与阳极520的边缘520a接触。这种配置可进一步增强密封件的气密性。

图5B示出了处于分解状态的电池单元500。如图所示，密封材料在第一金属层554上延伸的长度比在第二金属层552上的长度更短，使得密封件540与阳极接触。在另选实施方案中，这可以被修改。密封材料在第二金属层上延伸的长度可以比在第一金属层上的长度更短，使得密封件与阴极接触。在其他实施方案中，第一金属层和第二金属层上的密封材料可以延伸到以与阳极和阴极两者接触。图5C示出了包括一系列单独的电化学电池单元C1、C2、C3、C4、C5和C6的堆叠的电池单元组件50。

在一些实施方案中，密封的电化学电池单元的外围端部可以被进一步粘接以构成电池单元。如图5C所示，单独的电化学电池单元C1、C2、C3、C4、C5和C6可包括分别围绕金属层和密封件的外周边设置的胶带570a、570b、570c、570d、570e和570f。胶带可以用陶瓷或聚合物材料代替。这样做的原因有很多，诸如防止短路、提供更好的电化学或化学稳定性以及提供机械强度。

进一步参考图5C，密封的电化学电池单元还可以包括平衡电路580a、580b、580c、580d、580e和580f。每个电池单元末端处暴露的第一金属层和第二金属层可以用作端子。平衡电路580a、580b、580c、580d、580e和580f分别可操作地连接到电池单元C1、C2、C3、C4、C5和C6的第二金属层585a、585b、585c、585d、585e和585f。平衡电路580a、580b、580c、580d、580e和580f被配置为测量和调整电池单元C1、C2、C3、C4、C5和C6中每一者的电压。由此，电池单元C1、C2、C3、C4、C5和C6可以在相同的电压下工作，或者在给定的电压范围内工作。

通过平衡每个电池单元，每个电池单元控制在给定能量产生量下或能量产生范围内的锂传输量，从而降低一个或多个电池单元损坏的可能性。

而且，在一些实施方案中，如图6所示，分隔件的长度比阳极和阴极的长度更长，以使分隔件的周边端部与密封件接触，而不是密封件延伸到与阳极和/或阴极接触。

在一些实施方案中，延伸越过密封区域的双极板(有时也称为双极箔片)可用于电池单元平衡、热管理或潜在的其他功能。小的导电区域或路径就已足够，从而不需要电池单元的整个周边。这通常被描述为“馈通件”或突片。在一些情况下，电池单元对于每个阴极-阳极对可以具有单个导电馈通件。这些馈通件可以在物理上间隔开足够的距离以防止它们之间的短路或起弧。当从顶部观察电池单元叠堆时，这可通过沿电池单元的周边使馈通突片隔开来实现。例如，如果从顶部观察电池单元，则馈通突片可能对应于时钟上的小时刻度，其中一个突片出现在12:00位置，另一个出现在2:00位置，等等。为了最小化叠堆中体积的浪费，馈通突片可被定位在电池单元叠堆的一侧上。

在其他实施方案中，双极蓄电池可以包括多密封件配置，其中一个密封件提供电化学电池单元之间的电化学隔离，第二密封件为提供柔性以适应z方向(例如，单独的电化学电池单元堆叠所沿的方向)上的膨胀的弹性体。具有多密封件配置的双极蓄电池可包括多个电化学电池单元，每个电池单元具有阴极、分隔件和阳极。在各种实施方案中，板可以被设置在相邻的电化学电池单元之间。双极板包括第一金属层和第二金属层。为了使蓄电池的堆叠的电化学电池单元电化学隔离，可以采用多个气密密封件，其中每个气密密封件被设置在第一双极板的第二金属层的外围端部和相邻的第二双极板的第一金属层的外围端部之间。蓄电池还包括多个柔性密封件以进一步增加蓄电池的灵活性以适应z方向上的膨胀。每个柔性密封件被设置在第一金属层的外围端部和第二金属层的外围端部之间的间隙中。

图7中示出了具有多密封件配置的示例性双极蓄电池700。如图所示，双极蓄电池700包括端板702和704之间的电化学电池单元C1、C2、C3和C4的叠堆。类似于其他实施方案中所示的蓄电池，端板702和704可以是兼具电力和机械功能的金属集流板。在一些实施方案中，端板702和704可以是形成双极电池单元的外壳的一部分的支撑板。在一些实施方案中，端板702和704可以在双极蓄电池的壳体内提供机械支撑。在一些实施方案中，支撑板中的一些或全部可以是导电的(例如，在支撑板内可存在电连接到端板的端子)。在一些实施方案中，端板702和704可以充当蓄电池的正极端子和负极端子。

同样，双极蓄电池700中的电化学电池单元的叠堆可包括任何数量的电化学电池单元，这取决于蓄电池700的所选择的电压输出。电池单元叠堆可根据需要布置有串联的尽可能多或尽可能少的电化学电池单元。

每个电池单元C可以包括阴极710和阳极720，其中阴极710和阳极720被位于阴极和阳极之间的分隔件730隔开。C1的阳极720和相邻的电池单元C2的阴极之间是双极板750。作为举例说明，在一些实施方案中，第一电池单元C1和第二电池单元C2通过C1和C2之间的双极板750连接。

双极板750包括第一金属层752和第二金属层754。第一金属层752和第二金属层754可以是前述实施方案中所述的任何金属层。

同样，如图7所示，双极板750具有第一金属层752与第二金属层154连接的连接区域以及双极板750的外围端部处的间隙区域。连接区域和间隙区域在图2A中有所描述。在连接区域中，第一金属层和第二金属层被接合以能够导电。在一些实施方案中，第一金属层和第二金属层可以直接连接，而在其他实施方案中，第一金属层和第二金属层可以通过导电材料间接连接。为了形成连接区域，如先前的实施方案所述，第一金属层752和第二金属层754可被层压在一起、焊接、用导电粘合剂粘贴、润湿或者通过堆叠物理粘结。

类似于上述实施方案，在双极板750的第一金属层752和第二金属层754之间存在间隙区域755。在间隙区域755中，第一金属层752的外围端部和第二层754的外围端部间隔开并且相对于彼此可移动。如此，第一金属层和第二金属层之间存在分隔距离，随着电化学电池单元的膨胀，该分隔距离可能增大。如此，第一金属层和第二金属层之间的分隔距离超过长度L，该分隔距离可以产生柔性密封件760可位于其中的间隙或空间。柔性密封件760可以可移动地连接第一金属层752的外围端部和第二层754的外围端部，使得随着电化学电池单元在循环期间膨胀分隔距离可以增大。同样，长度L可被选择以适应蓄电池在循环过程中因溶胀而产生的z方向上的膨胀。第一金属层与第二金属层之间的分隔距离在间隙区域755中比在连接区域中大。

如图7所示，每个电池单元C1、C2、C3和C4还包括使电化学电池单元彼此电化学隔离的电化学密封件740。因此，每个阴极-阳极对被电化学密封并且与邻近的电化学电池单元隔离。因为金属层752和754在外围端部处隔开，所以密封件740可以形成在双极板750的相反侧(即，顶部和底部)上。

电化学密封件740与上述实施方案中所述的密封件相似。在各种实施方案中，电化学密封材料可以与双极板的第一金属层和第二金属层粘结以防止电解质泄漏。电解质可以是固体、凝胶或液体。电池单元的电解质中的离子可以逸出并传递到邻近的电池单元。密封件可通过气密密封电池单元使每个电池单元电化学隔离。密封材料可以是与金属层良好粘结的任何材料(例如，聚合物或环氧树脂)，从而可以在蓄电池的寿命期间保持气密密封。例如，在一些实施方案中，密封件的气密性可以保持至少10年。在其他实施方案中，密封件的气密性可以保持至少15年。

双极蓄电池700还包括柔性密封件760。如图7所示，柔性密封件760被定位在双极板750的第一金属层752的外围端部和第二金属层754的外围端部之间的间隙区域755中。柔性密封件760可包括弹性体材料。柔性密封件的弹性体提供机械强度同时具有可适应电池单元的z方向上的膨胀的弹性。柔性密封件可包括任何合适的弹性体材料。在一些实施方案中，弹性体可以是基于硅的材料、橡胶(诸如聚乙烯、乙烯丙烯二烯单体(EPDM))或与电解质相容(即在所选择的电压下稳定)、在150℃或更低温度稳定并且具有良好的介电性能(即电阻小于10¹²欧姆/厘米)的其他弹性体材料。

同样，蓄电池700的电池单元叠堆可根据需要布置有串联的尽可能多或尽可能少的电化学电池单元，这取决于用于预期目的的蓄电池的所选能量容量。

在各个方面中，第一金属层和第二金属层可沿Z方向位移。图8示出了双极蓄电池800的侧视图，该图示出了双极蓄电池的侧端上的第一金属层和第二金属层的位置。与阴极相关联的第一金属层802a、802b、802c、802d和802e通过柔性密封件806a、806b、806c、806d和806e与跟阳极相关联的第二金属层804a、804b、804c、804d和804e隔开。阴极金属层802a、802b、802c、802d和802e以及阳极金属层804a、804b、804c、804d和804e用作双极蓄电池的电接触部。如侧视图所示，阴极和阳极形成彼此移位的阴极-阳极对。通过移位阴极和阳极对，蓄电池外部的电子部件更易于接近双极蓄电池中的每个阴极和阳极。

在各个方面，双极蓄电池可包括冷却双极蓄电池的板。图9示出了具有板902、904和906的双极蓄电池900。板902和904与蓄电池单元叠堆914接界。板904和906与蓄电池单元叠堆916接界。板902、904和906中的每一者分别具有多个流体导电孔908、910和912。可以使用流体导电孔908、910和912来引导可热冷却板902、904和906的冷却流体(无论是液体还是气体)，由此从双极电池单元中移除热量并且冷却双极电池单元。

在各个方面，双极电池单元的端板可同时导电和导热。合适的材料包括但不限于铝、铝合金、铁合金等。

从双极电池单元导电的电引线可设置在每个端板上的任何位置处。再次参考图9，正极引线930和负极引线940相对于电极叠堆的Z方向被定位在不同位置处。

双极电池单元端板的间隙区域(即，端部区域)可以是电绝缘的，使得它们不在x轴或y轴上横向地产生电连接。再次参考图9，板902、904和906的终端可用电绝缘材料电绝缘。板902的终端用电绝缘材料920a和920b绝缘。板904的终端用电绝缘材料922a和922b绝缘。板906的终端用电绝缘材料924a和924b绝缘。该材料可以是任何电绝缘材料，包括但不限于绝缘胶带、胶水、聚合物及其组合。

图10示出了显示多个端板的双极蓄电池的另一个实施方案的示意性纵向截面图。双极蓄电池1000包括位于端板1002和1004之间的电化学电池单元C1、C2和C3的叠堆以及位于端板1004和1006之间的电化学电池单元C4、C5和C6的叠堆。类似于在其他实施方案中所示的蓄电池，端板1002、1004和1006可以是兼具电力和机械功能的金属集流板。端板可例如层压到相邻的电池单元上。

以与其他实施方案中所示的蓄电池类似的方式，端板1002、1004和1006可以是形成双极蓄电池的外壳的一部分的支撑板。在一些实施方案中，端板1002、1004和1006可在双极蓄电池的外壳内提供机械支撑。在一些实施方案中，支撑板中的一些或全部可以是导电的(例如，在支撑板内可存在电连接到端板的端子)。在一些实施方案中，端板1002、1004和1006可充当蓄电池的正极端子和负极端子。同样地，端板1002、1004和1006具有冷却剂可流过其中的一系列孔。

电化学电池单元C1、C2和C3在双极端板1002和1004之间形成叠堆。同样地，电化学电池单元C4、C5和C6在双极端板1004和1006之间形成叠堆。尽管在双极端板1002和1004之间以及在端板1004和1006之间各自示出了三个电池单元叠堆，但是电池单元叠堆可根据需要包括尽可能多或尽可能少的串联电化学电池单元。如本文其他方面所述，端板可由导电和导热的任何材料构成。

如示例性电池单元C2所示，每个电池单元C可包括被分隔件1030分开的阴极1010和阳极1020。C1的阳极1020和相邻的电池单元C2的阴极之间是双极板1050。双极板1050包括第一金属层1052和第二金属层1054。第一金属层1052和第二金属层1054可以是本文各种实施方案中所述的任何金属。

作为举例说明，在一些实施方案中，第一电池单元C1和第二电池单元C2通过C1和C2之间的双极板1050连接。应当注意，双极板可用本文提及的其他结构代替。

在各个方面，每个端板1002、1004和1006都是导热的。此外，每个端板1002、1004和1006包括流体诸如液态冷却剂或气态冷却剂可流过其中的孔1012、1014和1016。应当理解，并非所有端板都需要有这种孔。在各种实施方案中，一个或多个端板可具有输送流体的孔。在其他实施方案中，没有一个板具有这种孔。

像本文其他实施方案一样，从双极电池单元导电的电引线可设置在每个端板上的任何位置处。再次参考图10，正极引线1032和负极引线1034相对于电极叠堆的Z方向被定位在不同位置处。正极引线1032和负极引线1034可沿着端板被定位在任何位置处。如针对电池单元C2所示，电化学密封件1040a和1040b可类似于在各种实施方案中所述的密封件。双极板1050包括第一金属层1052和第二金属层1054。第一金属层1052和第二金属层1054可以是本文各种实施方案中所述的任何金属。同样，蓄电池1000的电池单元叠堆可根据需要布置有串联的尽可能多或尽可能少的电化学电池单元，这取决于用于预期目的的蓄电池的所选能量容量。可监视或控制单个电池单元的电压。电池单元还可包括可被配置用于平衡电池单元的参比电极。图11示出了包括参比电极1108的蓄电池的电池单元1100的纵向截面图。末端包括被密封件1106分开的第一金属层1102和第二金属层1104。参比电极1108设置在阴极1112和分隔件1114之间，并且从蓄电池的电池单元1100的末端突出。在各种实施方案中，参比电极1108可与平衡电路一起使用以平衡电池单元的电压。应当理解，并非每个电池单元都必须有参比电极；一个或多个电池单元可包括参比电极。

如本文所述的双极电池单元允许热量在垂直于Z方向的侧向方向上沿着第一金属层和第二金属层侧向散热。因此散热垂直于锂离子和电子传输的方向。通过在整个电极内更均匀地加热，改善了向周围结构导热的能力。由于远离离子流方向具有较高热导率，双极电池单元具有增加的可靠性。

在各个方面，蓄电池单元可包括当被活化时能够抑制、减少或防止沿着Z方向进行热传递的热敏层。图12示出了第一金属层1210和第二金属层1220。热敏层1230设置在第二金属层1220的相反侧上的第一金属层1210上。热敏层1240设置在第一金属层1210和第二金属层1220之间。热敏层1250设置在第一金属层1210的相反侧上的第二金属层1220上。应当理解，只有热敏层1230、1240和1250中的一个需要设置在样本上。

在阈值温度以下，热敏层1230、1240和1250对于锂离子而言是多孔的。当在阈值温度下被活化时，热敏层对于锂离子而言不再是多孔的，从而抑制、减少和/或防止在第一金属层1210和第二金属层1220之间进行离子传导。

热敏层1230、1240和1250可由能够在蓄电池操作期间通过其进行离子传输的一种或多种多孔材料形成。热敏层1230、1240和1250可通过本领域已知的任何方法，包括层压法、沉积法等，设置在表面上。

蓄电池的电池单元内的化学反应可产生热量。此外，电化学电池单元的充电和放电期间的离子传输速率可影响蓄电池内的热量产生速率。当热敏层1230、1240和1250达到或超过阈值温度诸如临界操作温度时，这些热敏层不再是多孔的。当被活化时，热敏层1230、1240和1250的材料可对离子传输表现出高阻抗，从而在蓄电池的温度上升到阈值温度以上时抑制、减少和/或防止蓄电池操作。

在各种实施方案中，热敏层是其中阻抗随温度增加的正热系数(PTC)材料。热敏层在诸如介于100℃和120℃之间的温度活化。在PTC材料中，阻抗随温度增加。由此抑制热量流入相邻的电池单元，使得局部温度不会引起热失控。由此PTC层的阻抗阻止蓄电池中的电流量。

表1示出了热敏层材料的几个示例。应当理解，在使用多个热敏层的实施方案中，热敏层可在任何位置处相同或不同。

表1

不希望受到任何作用机制或模式的限制，热敏层可由在特定温度下熔化的任何材料制成。在热敏层熔化后，热敏层中的孔不再存在。如此，对于给定材料，锂离子传输在温度“关闭范围”内的温度下停止。

热敏层1230、1240和1250可由允许在某一温度进行离子和电子传输然后熔化的任何材料制成。在熔化之后，该材料不再允许在“关机”范围内进行锂离子传输。

双极蓄电池中的蓄电池的电池单元可包括设置在蓄电池的电池单元的其他部分上的离子路径关闭部件。参考图13，热敏层1304设置在分隔件1300上。陶瓷层1302设置在热敏层1304上。同样地，热敏层1308设置在与热敏层1304相对的分隔件1300上。陶瓷层1306设置在热敏层1308上。

应当理解，在各种实施方案中，陶瓷层1302可在不具有热敏层1304的情况下设置在分隔件上，并且热敏层1304可在不具有陶瓷层1302的情况下设置在分隔件1300上。此外，陶瓷层1302可设置在分隔件1300上，并且热敏层1304可设置在陶瓷层1302上。同样地，在各种实施方案中，陶瓷层1306可在不具有热敏层1308的情况下设置在分隔件上，并且热敏层1308可在不具有陶瓷层1306的情况下设置在分隔件1300上。另外，陶瓷层1306可设置在分隔件1300上，并且热敏层1304可设置在陶瓷层1302上。

热敏层1304可具有与图12中所述的热敏层1230、1240和1250相同的组成和性质。在各种实施方案中，热敏层1304可以是其中阻抗随温度增加的正热系数(PTC)材料。在各种实施方案中，热敏层1304可具有表1中所述的化合物组成。

再次回到图13，陶瓷层1302由具有至少两种不同颗粒尺寸的陶瓷形成。该颗粒尺寸允许更大的分隔件覆盖度，其中更大尺寸的陶瓷颗粒提供刚性，更小尺寸的陶瓷颗粒配合在其间。陶瓷层可由本领域已知的任何陶瓷形成。在操作期间，从蓄电池中产生的热量可使蓄电池的电池单元的温度升高并使分隔件1300熔化。在这种情况下，阴极和阳极(未示出)可物理连接。

在某些变型中，应当理解，陶瓷层1302可由具有相同尺寸或不同尺寸的颗粒制成。如图13所示，陶瓷是包括两种不同尺寸的陶瓷颗粒的双峰陶瓷。分隔件的表面积更为浓缩。

在一个方面，陶瓷层1302可改善分隔件1300的抗收缩性，使其在Z方向上更加刚性和/或更加稳定。在各个方面，分隔件1300和陶瓷层1302的机械强度的增加可有助于维持分隔件1300的侧面沿着Z方向的机械强度。在各个方面，在分隔件熔化或以其他方式允许阴极和阳极之间进行接触的情况下，可在较高温度下增加和/或维持机械刚性。机械刚性有助于减小电短路以及热失控的可能性。

应当理解，在各种实施方案中，陶瓷层1302可与分隔件单独包括在一起或者与热敏层1304组合包括在一起。分隔件上的陶瓷层和热敏层1304的组合提供了附加的防热失控保护。在局部加热的情况下，陶瓷1302有助于维持分隔件1300的结构完整性。另外，热敏层1304在被活化时可抑制或防止热失控。

另选地，阳极化氧化铝可放置在分隔件的表面上。参考图14，阳极化氧化铝层1402放置在热敏层1404上。热敏层1408设置在分隔件1400的相反侧上。陶瓷层1406设置在热敏层1408上。

陶瓷层1402和热敏层1404可具有图13中所述的变型和组成。再次转到图14，当温度升高时，阳极化氧化铝层1402可提供另一种方式来关闭离子流。在加热时，阳极化氧化铝层1402可抑制、减少或防止离子从分隔件传递。此外，阳极化氧化铝层1402可通过维持结构刚性和减少合金的收缩来提供与陶瓷层1406相同的益处。另外，阳极化氧化铝层1402的存在可抑制由分隔件1400形成树枝状物。在某些变型中，阳极化氧化铝层可设置在分隔件的一侧或两侧上。

图15示出了双极蓄电池的示意性纵向截面图。如图所示，双极蓄电池1500包括位于端板1520和1530之间的电化学电池单元C1、C2和C3的叠堆。端板如本文另外描述的那样。如本文所述，电化学电池单元的叠堆可包括任何数量的电化学电池单元，这取决于蓄电池1500的所选电压。电池单元叠堆可布置有串联的尽可能多或尽可能少的电化学电池单元。

电化学电池单元C1可包括被分隔件1506a分开的阴极1502a和阳极1504a，该分隔件设置在阴极1502a和阳极1504a之间。电化学电池单元C2可包括被分隔件1506b分开的阴极1502b和阳极1504b。同样地，电化学电池单元C3可包括被分隔件1506c分开的阴极1502c和阳极1504c。

在图15所示的变型中，第一金属层1508a电连接到第一阴极层，并且第二金属层1508a电连接到阳极1504a。第一金属层1508a和第二金属层1510a的末端被密封到分隔件1506a。同样地，第一金属层1508b和第二金属层1510b的末端被密封到分隔件1506b。第一金属层1508c和第二金属层1510c的末端接触并被密封到分隔件1506c。如此，第一金属层和第二金属层可被密封到分隔件，由此减少双极蓄电池中的部件。

双极电池单元可使用与阻挡层组合的密封件来密封。在第一变型中，图16A示出了蓄电池的电池单元1600的纵向截面图。阴极1606和阳极1608被分隔件1610分开。金属层1602邻接阴极1606，并且金属层1604邻接阳极1608。金属层1602和1604各自为单独的双极板的一部分。在电池单元的末端，金属层1602和金属层1604分别经由密封件1614a和1614b粘结到阻挡层1612a和1612b。第一密封件1614a将金属层1604粘结到阻挡层1612a。同样地，第二密封件1614b将金属层1602粘结到阻挡层1612b。

在第二变型中，图16B示出了蓄电池的电池单元1600的纵向截面图。同样，阴极1606和阳极1608被分隔件1610分开。金属层1602邻接与分隔件相反的阴极1606，并且金属层1604邻接与分隔件1610相反的阳极1608。在电池单元的末端，第一密封件1614a将第二金属层1604粘结到阻挡层1612a。同样地，第二密封件1614b将第一金属层1602粘结到阻挡层1612b。

应当理解，阻挡层1612a和阻挡层1612b可以是被配置为在蓄电池单元1600的有源部件和周围环境之间形成阻挡件的任何层。阻挡层可用作蓄电池的电池单元和环境之间的防潮层。在各个方面，阻挡层可以是胶带。阻挡层也可以是陶瓷。

应当理解，第一密封件1614a和第二密封件1614b可以是能够提供防电层和防潮层的任何密封化合物。在各个方面，密封件可以是任何粘合剂，包括但不限于任何类型或配方的聚合物、环氧树脂、聚丙烯、胶水或其他类似化合物。在各种实施方案中，密封件可以是甲基化层或陶瓷涂层。第一密封件和第二密封件可在导电部件之间提供电绝缘以防止或减小电短路的可能性。密封件还可提供机械刚性，并且在蓄电池的电池单元和环境之间提供额外的防潮层。在各个方面，第一密封件和第二密封件可被热活化以将阻挡材料热密封到第一阻挡层和第二阻挡层。

在其他方面，双极蓄电池可包括位于金属层和阴极以及/或者金属层和阳极之间的一个或多个多孔层，这些多孔层用作添加电解质的路径。图17示出了包括位于端板1702和1704之间的电化学电池C1和C2的叠堆的双极蓄电池1700。端板1702和1704可以是兼具电力和机械功能的金属集流板。电池单元C1包括被分隔件1730a分开的阴极1710a和阳极1720a。同样地，电池单元C2包括被分隔件1730b分开的阴极1710b和阳极1720b。双极板1750设置在C1的阳极1720a和相邻电池单元C2的阴极1710b之间。双极板1750包括电连接到第二金属层1754b的第一金属层1752a。

多孔层设置在每个金属层和其相应的电极(即阴极或阳极)之间。具体地讲，多孔层1740a设置在第二金属层1754a和阴极1710a之间。多孔层1740b设置在第一金属层1752a和阳极1720a之间。多孔层1740c设置在第二金属层1754b和阴极1710b之间。多孔层1740d设置在第一金属层1752b和阳极1720b之间。

多孔层1740a、1740b、1740c和1740d在Z方向上是导电的，而在垂直于Z方向上是导流的。多孔层1740a、1740b、1740c和1740d的导电性允许由双极蓄电池产生的电在Z方向上传输。此外，多孔层1740a、1740b、1740c和1740d的导流性允许电解质流向双极蓄电池1700中的电极(即阴极和/或阳极)。在各种实施方案中，多孔层不必与每个电极或者阴极和阳极两者相关联。

多孔层1740a、1740b、1740c和1740d可包括多孔和导电的一种或多种材料。此类材料的非限制性示例包括烧结金属、穿孔金属和泡沫金属。在各种另外的另选方案中，材料可以是网状材料。在各种实施方案中，多孔层1740a、1740b、1740c和1740d也可被配置为将气体输送出双极蓄电池。材料可被配置为基于毛细管作用诸如用芯子被动地传输附加的液体(例如，电解质)。或者，可将附加的液体主动地添加到多孔层中。

为了进行解释，前述描述使用了特定命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，实践所述实施方案不需要这些具体细节。因此，出于举例说明和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非意在穷举或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。

Claims (20)

1.一种蓄电池，包括：

第一电池单元和第二电池单元，所述第一电池单元和所述第二电池单元以堆叠取向设置；和

双极板，所述双极板连接所述第一电池单元与所述第二电池单元，其中所述双极板包括第一金属层和第二金属层，

其中所述双极板具有连接区域和间隙区域，其中所述第一金属层和所述第二金属层在所述间隙区域中远离彼此延伸，以在所述第一金属层和所述第二金属层之间提供分隔，并且所述分隔随着所述第一电池单元和所述第二电池单元中的至少一者膨胀而增大，其中所述间隙区域被配置为适应所述堆叠取向的方向上高达10％的增大，并且

其中所述第一电池单元在所述连接区域中接触所述第一金属层，并且

其中所述第二电池单元在所述连接区域中接触所述第二金属层。

2.根据权利要求1所述的蓄电池，其中当所述蓄电池连接到电流源时，电流通过所述双极板在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间流动。

3.根据权利要求1所述的蓄电池，其中所述第一电池单元和所述第二电池单元各自包括阴极、阳极、分隔件和电解质。

4.根据权利要求3所述的蓄电池，其中所述第一电池单元的所述电解质和所述第二电池单元的所述电解质被密封在相应的所述电池单元中。

5.根据权利要求1所述的蓄电池，其中所述双极板是第一双极板，所述蓄电池进一步包括：

第二双极板，所述第二双极板具有第一金属层和第二金属层，其中所述第二双极板的所述第一金属层接触所述第二电池单元；和

密封件，所述密封件设置在所述第一双极板的所述第二金属层和所述第二双极板的所述第一金属层上。

6.根据权利要求5所述的蓄电池，还包括设置在所述间隙区域中的柔性密封件。

7.根据权利要求6所述的蓄电池，其中所述柔性密封件在保持密封的同时在所述堆叠取向的方向上适应所述间隙区域的分隔中的多至10％的增大。

8.根据权利要求3所述的蓄电池，其中所述分隔件涂覆有陶瓷材料。

9.根据权利要求1所述的蓄电池，其中所述双极板允许电流在所述第一电池单元和所述第二电池单元之间流动，并且其中所述第一电池单元和所述第二电池单元中的每一者包括电压平衡电路，所述电压平衡电路允许电流流入或流出相应的所述电池单元以改变相应的所述电池单元的电压输出。

10.根据权利要求1所述的蓄电池，还包括一个或多个多孔层，被设置在所述第一金属层和所述第二金属层与所述第一电池单元和所述第二电池单元的相应电极之间。

11.根据权利要求10所述的蓄电池，

其中所述第一电池单元和所述第二电池单元设置在第一导电板和第二导电板之间，并且所述蓄电池进一步包括：

第三电池单元和第四电池单元，所述第三电池单元和第四电池单元形成第二电池单元叠堆，所述第二电池单元叠堆设置在所述第二导电板和第三导电板之间。

12.根据权利要求11所述的蓄电池，其中所述第一导电板、所述第二导电板和所述第三导电板各自具有流体导电孔。

13.根据权利要求1所述的蓄电池，还包括设置在位于所述第一电池单元和所述第二电池单元之间的所述连接区域中的热敏层，其中所述热敏层在温度阈值以下导电并且在所述温度阈值以上电绝缘。

14.一种蓄电池，包括：

多个电化学电池单元，每个电化学电池单元具有阴极、分隔件、阳极和电解质，其中所述电化学电池单元以堆叠取向布置；

多个双极板，每个双极板设置在相邻的电化学电池单元之间，每个双极板具有第一金属层和第二金属层，其中所述第一金属层的外围端部和所述第二金属层的外围端部在间隙区域中隔开以形成分隔距离并且所述分隔距离随着所述相邻的电化学电池单元中的至少一者膨胀而增大，其中所述间隙区域被配置为适应所述堆叠取向的方向上高达10％的增大；和

多个电化学密封件，其中每个电化学密封件设置在第一双极板的第二金属层的外围端部和相邻的第二双极板的第一金属层的外围端部之间。

15.根据权利要求14所述的蓄电池，还包括设置在所述间隙区域中的柔性密封件，以在保持密封的同时在所述电化学电池单元沿着而堆叠的方向上适应多至10％的增大。

16.根据权利要求15所述的蓄电池，还包括设置在所述第一双极板的所述第一金属层和所述第二金属层之间的柔性密封件，其中当所述分隔距离增大时，所述柔性密封件与所述第一金属层和所述第二金属层保持接触。

17.根据权利要求15或16所述的蓄电池，其中所述柔性密封件在所述间隙区域中连接到第一电池单元和第二电池单元。

18.根据权利要求14所述的蓄电池，还包括一个或多个多孔层，被设置在所述第一金属层和所述第二金属层与所述多个电化学电池单元的相应电极之间。

19.根据权利要求14所述的蓄电池，其中所述双极板具有连接区域，所述蓄电池进一步包括设置在位于所述多个电化学电池单元中的第一电池单元和第二电池单元之间的所述连接区域中的热敏层，其中所述热敏层在温度阈值以下导电并且在所述温度阈值以上电绝缘。

20.根据权利要求14所述的蓄电池，其中所述分隔件涂覆有陶瓷材料。

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