CN117691283A - 无极耳的双极型固态电池组 - Google Patents

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李喆
吴美远
刘海晶
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Abstract

一种双极型固态电池组包括N个固态电池组电池。所述N个固态电池组电池中的每一个包括M个固态芯，每个芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中N和M是大于1的整数。所述M个固态芯通过将所述N个固态电池组电池中的每一个中的M个固态芯的第一集流体连接在一起和通过将所述N个固态电池组电池中的每一个中的M个固态芯的第二集流体连接在一起而并联连接。N‑1个复合板，其包括由第一材料制成的第一侧面和由第二材料制成的第二侧面。将所述N‑1个复合板被布置在所述N个固态电池组电池中的相邻电池之间，并且所述N个固态电池组电池通过所述N‑1个复合板串联连接。

Description

无极耳的双极型固态电池组
技术领域
本公开涉及车用电池组系统，且更特别涉及无极耳的固态电池组和电池组外壳。
背景技术
本部分中提供的信息旨在一般性地介绍本公开的背景。达到本部分中所描述程度的当前命名为发明人的工作，以及说明书中在申请时可能没有另外确定为现有技术的方面，均不被明示或暗示地承认为针对本公开的现有技术。
本公开涉及车用电池组系统，且更特别涉及无极耳的固态电池组和电池组外壳。
低电压汽车电池组系统，如12V电池组系统可用于启动车辆、支持启/停功能和/或为车辆附件负载（vehicle accessory loads）或其它车辆系统供电。低电压汽车电池组系统还可用于支持电动车辆（EV），如纯电动汽车（battery electric vehicles）、混合动力汽车和/或燃料电池汽车中的车辆附件负载。
在冷启动或启/停事件的过程中，电池组系统向启动装置供应电流以启动发动机。当车辆冷启动时，电池组需要供应足够的起动功率（cranking power）。在一些应用中，电池组系统可在发动机启动后继续为车辆的各种电气系统供电。交流发电机或再生装置（regeneration）为电池组系统再充电。
发明内容
一种双极型固态电池组包括N个固态电池组电池，其中N是大于1的整数。所述N个固态电池组电池中的每一个包括M个固态芯，每个芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中M是大于1的整数。所述M个固态芯通过将所述N个固态电池组电池中的每一个中的M个固态芯的第一集流体连接在一起和通过将所述N个固态电池组电池中的每一个中的M个固态芯的第二集流体连接在一起而并联连接。N-1个复合板，其包括由第一材料制成的第一侧面和由第二材料制成的第二侧面。所述N-1个复合板被布置在所述N个固态电池组电池中的相邻电池之间，并且所述N个固态电池组电池通过所述N-1个复合板串联连接。
在其它特征中，第一集流体包含铝，且第二集流体包含铜。所述N-1个复合板的第一材料包含铜，且所述N-1个复合板的第二材料包含铝。所述N个固态电池组电池和所述N-1个复合板被布置在电池组外壳中。
在其它特征中，第一端子与所述N个固态电池组电池中的第一个的第一集流体接触并穿过电池组外壳的一个侧面。第二端子与所述N个固态电池组电池中的最后一个的第二集流体接触并穿过电池组外壳的相反侧面。
在其它特征中，所述双极型固态电池组包括电解质。电解质包含聚合物电解质和引发剂。电池组外壳包封所述N个固态电池组电池。聚合物电解质在电池组外壳中原位聚合。
在其它特征中，聚合物电解质选自环氧乙烷（EO）、偏二氟乙烯（VDF）、偏二氟乙烯-六氟丙烯（VDF-HFP）、环氧丙烷（PO）、丙烯腈（AN）、甲基丙烯腈（PMAN）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它们相应的低聚物和共聚物。引发剂选自过氧化物、偶氮化合物以及过氧化物和还原剂。电池组外壳包括底部和盖。盖包括布置在所述N-1个复合板之间、所述N-1个复合板中的第一个与电池组外壳的一个侧面之间以及所述N-1个复合板中的最后一个与电池组外壳的相反侧面之间的N个通气孔。将N个紧固件布置在所述N个通气孔中。
在其它特征中，密封聚合物将所述N个紧固件密封在所述N个通气孔中。电解质包含液体电解质。液体电解质选自溶剂化离子液体和非质子离子液体。
在其它特征中，阴极活性材料包括选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤1且0 ≤ y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、Li1+xMO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合的一种或多种正电活性材料。
在其它特征中，阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属及其组合。隔离件包含涂覆有磷酸钛铝锂（LATP）的聚合物层，并且其中所述聚合物层选自聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。
在其它特征中，电解质包含选自掺杂或未掺杂石榴石电解质、钙钛矿电解质、NASICON电解质、LISICON电解质、金属掺杂氧化物固体电解质和异价取代（aliovalent-substituted）的氧化物固体电解质的氧化物基固体电解质。
电池组外壳包括下部，其包括底面、第一和第二侧壁、第一和第二端壁和开口，其中所述下部具有大致矩形截面。盖被配置为包封下部的开口。所述电池组外壳包括N个复合板，其中N是大于1的整数。第一和第二侧壁和盖的内表面包括N个通道，其被配置为分别接收所述N个复合板的边缘。第一端子被布置在第一端壁中。第二端子被布置在第二端壁中。
在其它特征中，所述N个通道将所述N个复合板以间隔布置保持在第一和第二端壁之间。所述N个复合板平行布置在第一和第二端壁之间。第一端子和第二端子进一步包括限定内腔的环形主体和包括圆柱形主体的端盖，所述内腔包括第一螺纹部和从中径向向外延伸的第一法兰，所述圆柱形主体包括第二螺纹部和从圆柱形主体的一端径向向外延伸的第二法兰，其中第一螺纹部被配置为螺纹啮合第二螺纹部。
在其它特征中，第一法兰的外径大于第一端壁和第二端壁中的至少一个中的开孔的直径。第二法兰的直径大于所述环形主体的内腔的直径。第一端子和第二端子进一步包括圆柱形主体，所述圆柱形主体包括从中径向向外延伸的法兰。第一法兰的直径大于第一端壁和第二端壁中的至少一个中的开孔的直径。
在其它特征中，第一端子和第二端子中的第一个对应于正极端子并由选自不锈钢、铝、镍、铁、钛、锡及其合金的材料制成。第一端子和第二端子中的第二个对应于负极端子并由选自不锈钢、铜、镍、铁、钛、锡及其合金的材料制成。
在其它特征中，下部和盖围绕第一端子和第二端子注射成型。盖包括N+1个穿过盖的通气孔。N+1个紧固件被布置在所述N+1个通气孔中。密封聚合物分别围绕N+1个通气孔中的N+1个紧固件提供密封。
在其它特征中，盖包括第一阶梯状表面。第一和第二侧壁以及第一和第二端壁的边缘限定开口中的第二阶梯状表面。第一阶梯状表面被配置为与第二阶梯状表面配合。所述N个复合板包括包含铜的第一层和包含铝的第二层。
在其它特征中，电池组外壳由选自聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、氯化聚氯乙烯（CPVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚丁烯（PB）及其组合的材料制成。
一种无极耳电池组，其包括电池组外壳和被布置在第一端子与所述N个复合板中的第一个之间、所述N个复合板中的相邻复合板之间以及所述N个复合板中的最后一个与第二端子之间的N+1个电池组电池。
在其它特征中，所述N+1个电池组电池包括固态电池组电池。所述N+1个电池组电池中的每一个包括M个固态芯，每个芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中M是大于1的整数。所述M个固态芯通过将所述N+1个电池组电池中的每一个中的M个固态芯的第一集流体连接在一起和通过将所述N+1个电池组电池中的每一个中的M个固态芯的第二集流体连接在一起而并联连接。所述N+1个电池组电池通过N个复合板串联连接。
在其它特征中，聚合物电解质被布置在电池组外壳中。聚合物电解质选自环氧乙烷（EO）、偏二氟乙烯（VDF）、偏二氟乙烯-六氟丙烯（VDF-HFP）、环氧丙烷（PO）、丙烯腈（AN）、甲基丙烯腈（PMAN）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它们相应的低聚物和共聚物。
在其它特征中，聚合物电解质在电池组外壳中原位聚合。
在其它特征中，液体电解质被布置在电池组外壳中。液体电解质选自溶剂化离子液体和非质子离子液体。
在其它特征中，阴极活性材料包括选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤1且0 ≤ y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、Li1+xMO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合的一种或多种正电活性材料。在一些实例中，阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属及其组合。
在其它特征中，阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属（例如锡、铝、铟、镁）及其组合。隔离件包括涂覆有磷酸钛铝锂（LATP）的聚合物层，并且其中所述聚合物层选自聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。
在其它特征中，电解质被布置在电池组外壳中并选自掺杂石榴石电解质、未掺杂石榴石电解质、钙钛矿电解质、NASICON电解质、LISICON电解质、金属掺杂氧化物固体电解质和异价取代的氧化物固体电解质。
本发明公开了以下方案：
方案1. 一种双极型固态电池组，其包括：
N个固态电池组电池，其中N是大于1的整数，
其中所述N个固态电池组电池中的每一个电池包括：
M个固态芯，每个芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中M是大于1的整数，
其中所述M个固态芯通过将所述N个固态电池组电池中的每一个电池中的M个固态芯的第一集流体连接在一起和通过将所述N个固态电池组电池中的每一个电池中的M个固态芯的第二集流体连接在一起而并联连接；和
N-1个复合板，其包括由第一材料制成的第一侧面和由第二材料制成的第二侧面，
其中所述N-1个复合板被布置在所述N个固态电池组电池中的相邻电池之间，并且所述N个固态电池组电池通过所述N-1个复合板串联连接。
方案2. 根据方案1所述的双极型固态电池组，其中第一集流体包含铝，且第二集流体包含铜。
方案3. 根据方案1所述的双极型固态电池组，其中所述N-1个复合板的第一材料包含铜，且所述N-1个复合板的第二材料包含铝。
方案4. 根据方案1所述的双极型固态电池组，其进一步包括：
电池组外壳，其中所述N个固态电池组电池和所述N-1个复合板被布置在所述电池组外壳中。
方案5. 根据方案4所述的双极型固态电池组，其进一步包括：
第一端子，其与所述N个固态电池组电池中的第一个电池的第一集流体接触并穿过所述电池组外壳的一个侧面；和
第二端子，其与所述N个固态电池组电池中的最后一个电池的第二集流体接触并穿过所述电池组外壳的相反侧面。
方案6. 根据方案4所述的双极型固态电池组，其进一步包括电解质。
方案7. 根据方案6所述的双极型固态电池组，其中所述电解质包含聚合物电解质和引发剂。
方案8. 根据方案7所述的双极型固态电池组，其进一步包括用于所述N个固态电池组电池的电池组外壳，其中所述聚合物电解质在所述电池组外壳中原位聚合。
方案9. 根据方案7所述的双极型固态电池组，其中所述聚合物电解质选自环氧乙烷（EO）、偏二氟乙烯（VDF）、偏二氟乙烯-六氟丙烯（VDF-HFP）、环氧丙烷（PO）、丙烯腈（AN）、甲基丙烯腈（PMAN）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它们相应的低聚物和共聚物。
方案10. 根据方案7所述的双极型固态电池组，其中所述引发剂选自过氧化物、偶氮化合物以及过氧化物和还原剂。
方案11. 根据方案4所述的双极型固态电池组，其中所述电池组外壳包括底部和盖。
方案12. 根据方案11所述的双极型固态电池组，其中所述盖包括布置在所述N-1个复合板之间、所述N-1个复合板中的第一个复合板与所述电池组外壳的一个侧面之间以及所述N-1个复合板中的最后一个复合板与所述电池组外壳的相反侧面之间的N个通气孔。
方案13. 根据方案12所述的双极型固态电池组，其进一步包括被布置在所述N个通气孔中的N个紧固件。
方案14. 根据方案13所述的双极型固态电池组，其进一步包括将所述N个紧固件密封在所述N个通气孔中的密封聚合物。
方案15. 根据方案6所述的双极型固态电池组，其中所述电解质包括液体电解质。
方案16. 根据方案15所述的双极型固态电池组，其中所述液体电解质选自溶剂化离子液体和非质子离子液体。
方案17. 根据方案1所述的双极型固态电池组，其中所述阴极活性材料包括选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤ 1且0 ≤ y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤ x ≤1）、Li1+xMO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合的一种或多种正电活性材料。
方案18. 根据方案1所述的双极型固态电池组，其中所述阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属及其组合。
方案19. 根据方案1所述的双极型固态电池组，其中所述隔离件包括涂覆有磷酸钛铝锂（LATP）的聚合物层，并且其中所述聚合物层选自聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）。
方案20. 根据方案6所述的双极型固态电池组，其中所述电解质包括选自掺杂或未掺杂石榴石电解质、钙钛矿电解质、NASICON电解质、LISICON电解质、金属掺杂氧化物固体电解质和异价取代的氧化物固体电解质的氧化物基固体电解质。
从具体实施方式、权利要求和附图中，本公开的进一步适用领域将变得显而易见。具体实施方式和具体实例仅意在说明并不意在限制本公开的范围。
附图说明
本公开将从具体实施方式和附图中得到更充分地理解，其中：
图1是双极型电池组的侧截面视图；
图2是根据本公开的双极型固态电池组的一个实例的侧截面视图；
图3是根据本公开的双极型固态电池组电池和电池组外壳的一个实例的侧截面视图；
图4A至图4D是根据本公开的在焊接外端子之前和之后的双极型电池组电池的一个实例的顶部和底部透视图；
图5是根据本公开的电池组外壳的一个实例的侧截面视图；
图6是根据本公开的电池组外壳的盖的一个实例的顶部透视图；
图7是根据本公开的电池组外壳的盖的一个实例的底部透视图；
图8是根据本公开的盖的一个实例的局部侧截面视图；
图9A是根据本公开的电池组外壳的另一实例的局部侧截面视图；
图9B是根据本公开的正极端子的一个实例的侧截面视图；
图9C是根据本公开的正极端子的另一实例的侧截面视图；
图10是根据本公开的制造电池组系统的方法的一个实例的流程图；和
图11是根据本公开的制造电池组系统的方法的另一实例的流程图。
在附图中，附图标记可重复使用以指定相似和/或相同的元件。
具体实施方式
尽管下面以车辆为背景描述根据本公开的电池组和电池组外壳，但根据本公开的电池组和电池组外壳可用于其它应用。
根据本公开的双极型固态电池组包括被布置为电池组电池芯的并联连接的阳极和阴极。然后，多个电池组电池芯被串联连接在复合板之间。电池组外壳包括用于接收和定位复合板的通道。在一些实例中，电池组的端子被模制到电池组外壳的端壁中。
阳极电极和阴极电极可使用传统锂离子电池组（LIB）制造法制造以确保电池的一致性。复合板支持电池组电池的串联连接和更高的输出电压。复合板通过短电子通路提供快速电子传输。该电池组外壳重量轻且气密密封以防止湿气和氧气流动以及电解质泄漏。该电池组无极耳，这将提高可靠性。
根据本公开的双极型固态电池组通过减少预期安培小时(Ah)容量所需的连接极耳、电池组包（battery packages）和/或冷却系统的数量来改进能量密度。可通过增加串联连接的电池组电池的数量来提高双极型固态电池组的电压输出。但是，在电化学性能和制造工艺方面，非常难以制造用于12V启/停应用的Ah级电池/模块。
理论上，可以通过使用更大的双极型电极或并联连接双极型电池来实现双极型固态电池组的容量(Ah)增加。这一策略面临诸如控制电池组电池一致性之类的壁垒。因此，需要可靠的电池组设计及其制造工艺。
在一些实例中，根据本公开的无极耳的双极型固态电池组包括使用复合板串联连接的多个固态电池。这些固态电池组电池集成到无极耳的轻量化电池组外壳中。
现在参考图1，显示双极型电池组10的一个实例并包括串联连接的多个双极型电池组电池11。双极型电池组电池11包括集流体18、阳极电极12、隔离件14、阴极电极16和集流体18。封堵器（Blockers）22可被布置在集流体18的相反末端之间。附加的双极型电池组电池11串联连接并被布置在双极型电池组10的正极端子和负极端子（对应于最外侧集流体18）之间。
图1中的双极型电池组10具有几个缺点。该双极型电池组10的电池容量有限，通常小于1 Ah。该双极型电池组10的制造复杂。该双极型电池组10的制造中的不一致性可导致过度充电和/或短路。
现在参考图2，显示双极型固态电池组100的一个实例，其包括双极型电池组电池110-1、110-2、110-3、...和110-N。在这一实例中，双极型电池组电池110-1、110-2、110-3、...和110-N中的每一个包括集流体118-1、在集流体118-1与隔离件114-1之间的阴极电极112-1。阳极电极116-1被布置为与隔离件114-1相邻。集流体118-2被布置为与阳极电极116-1相邻。
阳极电极116-2被布置为与集流体118-2相邻。隔离件114-2被布置为与阳极电极116-2相邻。阴极电极112-2被布置为与隔离件114-2相邻。集流体118-3被布置为与阴极电极112-2相邻。阴极电极112-3被布置在集流体118-3与隔离件114-3之间。阳极电极116-3被布置为与隔离件114-3相邻。集流体118-4被布置为与阳极电极116-3相邻。
集流体118-2和118-4连接在一起或短接。集流体118-1和118-3连接在一起或短接。在一些实例中，如下文将进一步描述的，将集流体的外端子连接在一起。尽管双极型电池组电池110中的每一个被显示为包括三对阳极电极和阴极电极，但可使用额外的对（pairs）并以类似方式连接（大致如图3的实例中所示）。
双极型电池组电池110-2、110-3、...和110-N具有类似布置。双极型电池组电池110-2、110-3、...和110-N串联连接在正极端子和负极端子之间。在一些实例中，N=4，但可使用额外的或更少的双极型电池组电池。
现在参考图3，显示被布置在电池组外壳200中的双极型固态电池组100。电池组外壳200包括下部204和盖206。在一些实例中，电池组外壳200的下部具有矩形截面。下部204包括底表面、第一和第二侧壁以及第一和第二端壁。复合板210-1、210-2和210-3被布置在第一和第二侧壁之间（相邻双极型电池组电池）。相邻双极型电池组电池的最外侧电池分别布置在正极端子214与复合板中的一个之间和在负极端子216与复合板中的一个之间。
在一些实例中，复合板210-1、210-2和210-3被接收在通道213中，通道213形成于电池组外壳200的下部204和盖206的一个或多个内表面上。在这一实例中，双极型电池组电池110-1被布置在正极端子214和复合板210-1之间。双极型电池组电池110-2被布置在复合板210-1和复合板210-2之间。双极型电池组电池110-3被布置在复合板210-2和复合板210-3之间。双极型电池组电池110-4被布置在复合板210-3和负极端子216之间。
现在参考图4A至图4D，显示在焊接外端子之前和之后的双极型电池组电池110。在图4A和图4C中，外端子214连接到阴极集流体。外端子216连接到阳极集流体。在图4B和图4D中，外端子214短接。外端子216短接。在一些实例中，外端子被焊接在一起。在一些实例中，最外侧阴极集流体118-X是单层以使电流能够快速流向复合板和/或端子。
现在参考图5，显示包括下部231和盖232的电池组外壳230的一个实例。在一些实例中，盖232的主体235在平面视图中具有矩形截面和“C”形侧截面。一个或多个第一法兰233从盖232的主体235延伸。在一些实例中，所述一个或多个第一法兰233沿盖232的底表面围绕其边缘定位。盖232的底表面进一步包括通道234-1、234-2和234-3，其被配置为分别接收和定位复合板210-1、210-2和210-3。
下部231包括从底表面238向上延伸的侧壁和端壁237和239。在一些实例中，底表面238进一步包括通道254-1、254-2和254-3。在一些实例中，通道234-1、234-2和234-3以及通道254-1、254-2和254-3相对于彼此布置以使复合板210-1、210-2和210-3平行于彼此、平行于第一和第二端壁（例如237和239）以及横切于第一和第二侧壁（未显示在图5中；如下所示）布置。
端板262沿侧壁237布置并与端子214和电池组电池中的一个接触。端板264沿侧壁239布置并与负极端子216和电池组电池中的一个接触。
在一些实例中，通道234-1、234-2和234-3以及通道254-1、254-2和254-3固定复合板的位置。在一些实例中，通道234-1、234-2和234-3以及通道254-1、254-2和254-3的宽度大于或等于复合板的厚度并具有0.2mm至5mm的深度。
在一些实例中，复合板210-1、210-2和210-3包括具有0.2mm至5mm的厚度的铝/铜(Al/Cu)复合板。在一些实例中，复合板210-1、210-2和210-3的厚度为0.8 mm至1.2 mm（例如1mm）。
现在参考图6和图7，分别显示电池组外壳200的盖232的顶表面和底表面。盖232包括通气孔270-1、270-2、270-3和270-4，其对应于双极型电池组电池110-1、110-2、110-3和110-4中的每一个。在一些实例中，在用聚合物电解质或液体电解质填充电池组外壳之后，将紧固件272-1、272-2、272-3和272-4布置在通气孔270-1、270-2、270-3和270-4中。密封聚合物可用于将紧固件272密封和固定就位。
在图7和图8中，盖232包括第一阶梯状表面，其包括第一阶梯290和第二阶梯292。下部204的上缘包括第二阶梯状表面（显示在图9A中），其与第一阶梯状表面配合。在一些实例中，盖232的主体向第一和第二阶梯内侧的厚度t3为0.5mm至10mm。在一些实例中，第一阶梯290的厚度t2为0.5mm至3mm。在一些实例中，第二阶梯292的厚度t1为0.5mm至3mm。在一些实例中，第一阶梯290和第二阶梯292的组合厚度为0.5mm至10mm。在一些实例中，t = t1 +t2 + t3。
在一些实例中，通气孔270-1、270-2、270-3和270-4被配置为在制造过程中接收和分配聚合物或凝胶电解质并在聚合过程中允许气体逸出。在聚合之后，通过紧固件和密封聚合物将通气孔270-1、270-2、270-3和270-4密封。
在一些实例中，电池组外壳的盖和下部的边缘以紧密配合的公差进行机加工。在一些实例中，电池组外壳的盖和下部由选自聚氯乙烯（PVC）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚四氟乙烯（PTFE）、氯化聚氯乙烯（CPVC）、氯化聚乙烯（CPE）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚丁烯（PB）及其组合的材料制成。
现在参考图9A和图9B，分别显示电池组外壳430和端子440的一个实例的局部侧截面视图。开孔438被设置在端壁439中并配置为接收端子440。在一些实例中，电池组外壳430围绕端子440注射成型。在一些实例中，端子440包括平坦圆柱形主体441和从中径向向外延伸的法兰442。法兰442有助于在模制后将端子440保持在开孔438中。端子444同样地被布置在相反端壁上的开孔438中。在一些实例中，端子444包括平坦圆柱形主体和从中径向向外延伸的法兰446。
在一些实例中，正极端子（例如端子440或444）由选自不锈钢、铝、镍、铁、钛、锡及其合金的材料制成。在一些实例中，负极端子（例如端子444或440）由选自不锈钢、铜、镍、铁、钛、锡及其合金的材料制成。
现在参考图9C，端子468包括限定内腔466的环形主体460。在一些实例中，内腔466带有螺纹。环形主体460包括从中径向向外延伸的法兰464。在一些实例中，端子468的厚度约等于电池组外壳430的第一和第二端壁的壁厚。如本文所用的“约”是指在+/- 5%的范围内。
端盖470包括圆柱形主体474和在其一侧从圆柱形主体474径向向外延伸的法兰471。在一些实例中，圆柱形主体474的外表面带有螺纹。法兰471偏压在环形主体460上以在将端盖470完全拧到环形主体460上时提供止动。在一些实例中，法兰470具有外六角形外缘以允许与内六角形工具啮合。
在一些实例中，电池组外壳430（图9A）围绕环形主体460注射成型。在注射成型之前或在注射成型之后将端盖470拧到环形主体460上。可以认识到，端盖470可在组装后拧入，并在组装后加入电解质和/或聚合以将电池组外壳430加压。
现在参考图10，显示一种制造电池组系统的方法550。在554处，制造阳极电极、隔离件和阴极电极。
在一些实例中，使用湿涂覆法制造阴极电极和阳极电极。例如，分配器将阴极电极活性材料分配到阴极集流体（例如铝箔）的相反侧面上。进行干燥和压延，然后将阴极电极冲压一次或多次以分离出阴极电极和/或限定外部阴极端子。例如，分配器将阳极活性材料分配到阳极集流体（例如铜箔）的相反侧面上。进行干燥和压延，然后将阳极电极冲压一次或多次以分离出阳极电极和/或限定外部阳极端子。
在558处，将阳极电极、隔离件和阴极电极堆叠成电池组电池。在562处，将阳极电极的集流体的外端子焊接在一起并将阴极电极的集流体的外端子焊接在一起以在电池组电池内提供并联连接。在564处，将复合板布置在电池组外壳的下部中的通道中。
在566处，将电池组电池在正极端子与相邻复合板之间、在负极端子与相邻复合板之间和/或在电池组外壳的相邻复合板之间插入电池组外壳的下部中。
在568处，将盖布置在电池组外壳的下部上方，且将通道与复合板对准。
在572处，将聚合物电解质前体经由盖中的通气孔注入并注入到电池组外壳中。在574处，将电池组外壳和电池组电池加热到预定温度持续预定时间段以进行原位聚合。例如，将电池组外壳和电池组电池加热到80℃持续2小时的时间段。在578处，将紧固件插入通气孔中。在一些实例中，密封聚合物可用于围绕紧固件提供密封。在一些实例中，可进行加热以制造凝胶。
现在参考图11，显示一种制造电池组系统的方法600。如上所述进行步骤554至568。在590处，将液体电解质经由通气孔注入。在578处，将紧固件插入通气孔中。在一些实例中，密封聚合物可用于围绕紧固件提供密封。
在一些实例中，阴极活性材料选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2（其中0 ≤ x ≤ 1且0≤ y ≤ 1）、LiNixMn1-xO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、Li1+xMO2（其中0 ≤ x ≤ 1）、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合。在一些实例中，正电活性材料是涂覆的（例如被LiNbO3和/或Al2O3涂覆）和/或正电活性材料是掺杂的（例如被铝和/或镁掺杂）。
在一些实例中，阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属（例如锡、铝、铟、镁）及其组合。
在一些实例中，密封聚合物具有2 µm至200µm的厚度。在一些实例中，密封聚合物选自热熔胶粘剂（例如聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂）、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、含有无定形聚丙烯树脂作为主要组分并通过乙烯、丙烯和/或丁烯的共聚获得的树脂、硅酮、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、橡胶（三元乙丙橡胶（ethylene propylenedienerubber）（EPDM））、异氰酸酯胶粘剂、丙烯酸树脂胶粘剂、氰基丙烯酸酯胶粘剂或其组合。
在一些实例中，聚合物电解质前体包括聚合物和引发剂。在一些实例中，聚合物选自环氧乙烷（EO）、偏二氟乙烯（VDF）、偏二氟乙烯-六氟丙烯（VDF-HFP）、环氧丙烷（PO）、丙烯腈（AN）、甲基丙烯腈（PMAN）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它们相应的低聚物和共聚物。
在一些实例中，引发剂选自过氧化物、偶氮化合物以及过氧化物和还原剂。过氧化物的实例包括二(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯和过氧化苯甲酰（BPO）。偶氮化合物的实例包括偶氮双氰胺（AIBN）。还原剂的实例包括低价金属盐，如S2O4 2- + Fe2+、Cr3+、Cu+。
在一些实例中，聚合物前体溶液包含0至5重量%引发剂、0至20重量%聚合物和80至99重量%液体电解质。在其它实例中，聚合物前体溶液包含小于0.5重量%引发剂、小于5重量%聚合物和> 90重量%液体电解质。
在其它实例中，液体电解质选自传统电解质和离子液体。在一些实例中，传统电解质包含碳酸酯溶剂和锂盐。在一些实例中，碳酸酯溶剂选自碳酸亚乙酯（EC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸亚丙酯（PC）等。在一些实例中，锂盐具有> 0.8摩尔/升（mol/L）的浓度。
在一些实例中，锂盐包括选自双(三氟甲磺酰)亚胺锂（LiTFSI）、双(氟磺酰)亚胺锂（LIFSI）、双(五氟乙磺酰)亚胺锂（LiBETI）、六氟磷酸锂（LiPF6）、双(草酸根合)硼酸锂（LiBOB）、二氟(草酸根合)硼酸锂（LiDFOB）、四氟硼酸锂（LiBF4）、六氟砷酸锂（LiAsF6）、高氯酸锂（LiClO4）和三氟甲磺酸锂（LiTfO）的至少一种锂盐。在一些实例中，传统电解质可进一步包含选自碳酸亚乙烯酯（VC）、碳酸亚丁酯（BC）、氟代碳酸亚乙酯（FEC）及其组合的添加剂。
在一些实例中，离子液体包含溶剂化离子液体和锂盐。溶剂化离子液体的实例包括四乙二醇二甲基醚（G4）和三乙二醇二甲基醚（G3）。锂盐的实例包括LiTFSI、LIFSI、LiBETI、LiPF6、LiBOB、LiDFOB、LiBF4、LiAsF6、LiClO4和LiTfO。
在其它实例中，非质子离子液体包括阳离子、阴离子和锂离子。在一些实例中，阳离子选自N-甲基-N-丙基哌啶鎓（PP13+）；N-甲基-N-丁基哌啶鎓（PP14+）；N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓（Py13+）；1-乙基-3-甲基咪唑鎓（EMI+）及其组合。在一些实例中，阴离子选自双(氟磺酰)亚胺（FSI-）；双(三氟甲磺酰)亚胺（TFSI-）；双(五氟乙磺酰)亚胺（BETI-）；六氟磷酸根（PF6-）；四氟硼酸根（BF4-）；三氟甲磺酸根（TfO-）；二氟硼酸根（DFOB-）及其组合。离子液体可进一步包含选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）；氟代碳酸亚乙酯（FEC）；TTE及其组合的稀释剂添加剂。
在一些实例中，隔离件包含涂覆有磷酸钛铝锂（LATP）的聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）层。
在一些实例中，电解质包括选自掺杂或未掺杂石榴石电解质、钙钛矿电解质、NASICON电解质、LISICON电解质和金属掺杂或异价取代的氧化物固体电解质的氧化物基固体电解质。石榴石类型的实例包括Li7La3Zr2O12。钙钛矿类型的实例包括Li3xLa2/3-xTiO3。NASICON类型的实例包括Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3和Li1+x AlxGe2−x(PO4)3。LISICON类型的实例包括Li2+2xZn1−xGeO4)。金属掺杂或异价取代的氧化物固体电解质的实例包括Al（或Nb）掺杂的Li7La3Zr2O12、Sb掺杂的Li7La3Zr2O12、Ga取代的Li7La3Zr2O12、Cr和V取代的LiSn2P3O12、Al取代的钙钛矿、Li1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12。
在一些实例中，液体电解质、前体溶液和引发剂的混合物响应于在80℃下的加热而原位形成凝胶电解质。
前述描述本质上仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或者用途。本公开的宽泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本公开包括特定实例，但本公开的真实范围不应如此限制，因为其它修改在研究附图、说明书和所附权利要求之后将变得显而易见。应当理解的是，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序（或同时）执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施方案中实施和/或与任何其它实施方案中的特征组合，即使没有明确描述所述组合。换言之，所描述的实施方案并不互相排斥，并且一个或多个实施方案彼此的排列组合存在于本公开的范围内。
要素之间（例如，模块、电路元件、半导体层等之间）的空间关系和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧接”、“在上面”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确描述为“直接”，否则在上述公开中描述第一要素和第二要素之间的关系时，该关系可以是直接关系，其中第一要素和第二要素之间不存在其它居间要素，但也可以是间接关系，其中在第一要素和第二要素之间（空间上或功能上）存在一个或多个居间要素。如本文所用，短语A、B和C中的至少一个应解释为意指使用非排他逻辑OR的逻辑（A OR BOR C），而不应该解释为意指“至少一个A、至少一个B、和至少一个C”。
在附图中，如由箭头指示的箭头方向，通常显示图示所关注的信息（如数据或指令）流。例如，当要素A和要素B交换各种信息时，而从要素A发送到要素B的信息与图示相关，箭头可从要素A指向要素B。这种单向箭头并不意味着没有其它信息从要素B发送到要素A。此外，对于从要素A发送到要素B的信息，要素B可以向要素A发送对信息的请求或信息的接收确认。

Claims (10)

1.一种双极型固态电池组，其包括：
N个固态电池组电池，其中N是大于1的整数，
其中所述N个固态电池组电池中的每一个电池包括：
M个固态芯，每个芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中M是大于1的整数，
其中所述M个固态芯通过将所述N个固态电池组电池中的每一个电池中的M个固态芯的第一集流体连接在一起和通过将所述N个固态电池组电池中的每一个电池中的M个固态芯的第二集流体连接在一起而并联连接；和
N-1个复合板，其包括由第一材料制成的第一侧面和由第二材料制成的第二侧面，
其中所述N-1个复合板被布置在所述N个固态电池组电池中的相邻电池之间，并且所述N个固态电池组电池通过所述N-1个复合板串联连接。
2.根据权利要求1所述的双极型固态电池组，其中第一集流体包含铝，且第二集流体包含铜。
3.根据权利要求1所述的双极型固态电池组，其中所述N-1个复合板的第一材料包含铜，且所述N-1个复合板的第二材料包含铝。
4.根据权利要求1所述的双极型固态电池组，其进一步包括：
电池组外壳，其中所述N个固态电池组电池和所述N-1个复合板被布置在所述电池组外壳中。
5.根据权利要求4所述的双极型固态电池组，其进一步包括：
第一端子，其与所述N个固态电池组电池中的第一个电池的第一集流体接触并穿过所述电池组外壳的一个侧面；和
第二端子，其与所述N个固态电池组电池中的最后一个电池的第二集流体接触并穿过所述电池组外壳的相反侧面。
6.根据权利要求4所述的双极型固态电池组，其进一步包括电解质。
7.根据权利要求6所述的双极型固态电池组，其中所述电解质包含聚合物电解质和引发剂。
8.根据权利要求7所述的双极型固态电池组，其进一步包括用于所述N个固态电池组电池的电池组外壳，其中所述聚合物电解质在所述电池组外壳中原位聚合。
9.根据权利要求7所述的双极型固态电池组，其中所述聚合物电解质选自环氧乙烷（EO）、偏二氟乙烯（VDF）、偏二氟乙烯-六氟丙烯（VDF-HFP）、环氧丙烷（PO）、丙烯腈（AN）、甲基丙烯腈（PMAN）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和它们相应的低聚物和共聚物。
10.根据权利要求7所述的双极型固态电池组，其中所述引发剂选自过氧化物、偶氮化合物以及过氧化物和还原剂。
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