CZ2016569A3 - Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností - Google Patents
Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2016569A3 CZ2016569A3 CZ2016-569A CZ2016569A CZ2016569A3 CZ 2016569 A3 CZ2016569 A3 CZ 2016569A3 CZ 2016569 A CZ2016569 A CZ 2016569A CZ 2016569 A3 CZ2016569 A3 CZ 2016569A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- negative electrode
- lithium
- electrolyte
- battery
- modules
- Prior art date
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 8
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 claims description 4
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 11
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 238000006138 lithiation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4214—Arrangements for moving electrodes or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
- H01M50/691—Arrangements or processes for draining liquids from casings; Cleaning battery or cell casings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
- H01M50/73—Electrolyte stirring by the action of gas on or in the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností
Oblast techniky
Vynalez se týká konstrukce lithiového akumulátoru, kde negativní elektrodu tvoří kovové lithium, zejména v dendritické formě. Akumulátor obsahuje separátorem oddělené moduly pozitivní a negativní elektrody, které v případě havarijního stavu mohou být mechanicky oddáleny, přičemž je současně elektrolyt z modulu negativní elektrody vytlačen havarijní kapalinou, čímž je zabráněno nežádoucí chemické reakci a případnému požáru či výbuchu akumulátoru. Inaktivace akumulátoru je plně reverzibilní, po odeznění havarijní situace lze snadno elektrodové moduly vrátit do původní polohy a havarijní kapalinu opět nahradit elektrolytem. Konstrukcí akumulátoru podle vynálezu lze dosáhnout vysoké kapacity při současném zachování vysoké bezpečnosti provozu akumulátoru.
Dosavadní stav techniky
Používání velkokapacitních akumulátorů, respektive akumulátorových komplexů obsahujících lithné soli je spojeno s problémem snižujícího se poměru mezi vzrůstajícím výkonem a tedy i hmotností akumulátoru a plochou, která je k dispozici k odvodu tepla generovaného při chemických reakcích provázejících nabíjení a vybíjení akumulátoru. Udržovaní provozní teploty v rozsahu, který je vymezen bezpečnostními limity vylučujícími přehřátí akumulátoru, jehož následkem může být požár nebo výbuch, nebo provoz při vyšších teplotách, při kterých se výrazně snižuje životnost akumulátoru, vyžaduje přídavné zařízení zajišťující intenzivnější výměnu tepla. Tato potřeba se může projevit i v opačném případě extrémně nízkých teplot, při kterých se výkon akumulátoru výrazně snižuje a je potřeba jeho počáteční provozní teplotu výměnou tepla zvýšit zvláště při nabíjení.
V přihlášce WO 2010031363 je popsán lithiový akumulátor tvořený svazkem nad sebou uspořádaných kovových rámů, kde každý rám obsahuje jeden otvor, ve kterém je umístěna silnostěnná, tzv. 3D elektroda, a elektrody opačné polarity jsou odděleny separátory a rámy opačné polarity navzájem izolovány. I když kovové rámy umožňují dokonalejší odvod tepla z vnitřku svazku akumulátoru, nezaručují bezpečný odvod tepla u velkorozměrných elektrod a tím spíše u velkokapacitních akumulátorů s větším počtem vedle sebe uspořádaných svazků.
—
Jedno z možných řešení chlazení svazků baterií nabízí přihláška WO 2005324563, která popisuje substrát, respektive těleso, ve kterém jsou skupiny baterií uloženy a které činí bateriovou soustavu odolnou proti vibracím, a dále trubky pro teplosměnné medium, kterými je soustava proložena.
Evropský patent EP 2 619 836 představuje další řešení regulace teploty velkokapacitního lithiového akumulátoru, u kterého je popsán modul akumulátoru vhodný pro chladicí systém a zahrnující i variantu s použitím kapalného elektrolytu jako chladicího média.
(f2V českém patentu 305849 je popsán bezpečnostní havarijní systém lithiového akumulátoru s elektrodami náchylnými k přehřátí nebo zkratu. Součástí systému je přídavná nádrž s havarijním médiem, do které jsou moduly vloženy, přičemž v případě bezprostřední hrozby požáru je havarijní médium použito k zaplavení vnitřku akumulátoru pomocí tlakového minerálního oleje a inertního plynu.
Cílem současného vývoje v oboru lithiových článků je zvyšování napětí a kapacity a současné zvýšení bezpečnosti jejich provozu.
Úlohou předloženého vynálezu je vyřešit otázku konstrukce akumulátoru složeného výhodně pouze z článků obsahujících dendrity lithia a oxidy vanadu. Takový akumulátor může dosáhnout násobně vyšší kapacity při současném zmenšení hmotnosti a rozměrů ve srovnání se standardními akumulátory, avšak bezpečná konstrukce takového akumulátoru nebyla dosud popsána. V předloženém vynálezu popsané technické řešení konstrukce lithiového akumulátoru splňuje maximální nároky na bezpečnost i při provozu v extrémních podmínkách i případných haváriích.
Podstata vynálezu
Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností provozu podle předloženého vynálezu obsahuje separátorem oddělené moduly pozitivní a negativní elektrody, které v případě havarijního stavu mohou být mechanicky rozpojeny, přičemž je současně kapalný elektrolyt z modulu negativní elektrody vytlačen a nahrazen havarijní kapalinou, čímž je zabráněno nežádoucí chemické reakci a případnému požáru či výbuchu akumulátoru. Konstrukce akumulátoru podle vynálezu umožňuje použít pro negativní
- 3 elektrodu kovové lithium, zejména lithium v dendritické formě, a v kombinaci s pozitivní elektrodou výhodně z oxidů vanadu dosáhnout vysoké kapacity při současném zvýšení bezpečnosti provozu akumulátoru. Konstrukci akumulátoru podle vynálezu zvyšující bezpečnost provozu lze využít i pro elektrodu tvořenou lithnými sloučeninami, např. solemi známými ze stavu techniky.
Tělo akumulátoru je tvořeno válcovým pláštěm z nevodivého materiálu, který obsahuje modul negativní elektrody a dva moduly pozitivní elektrody, přičemž sestava pláště a modulů je uzavřena v pevném obalu akumulátoru. Obal je opatřen odvzdušňovacími ventily. Moduly mají společný rozvod elektrolytu dvojčinným čerpadlem, které umožňuje proudění elektrolytu v obou směrech pro nabíjení/vybíjení akumulátoru. Proudění elektrolytu lze regulovat.
Modul negativní elektrody je tvořen dutým kovovým válcem, výhodně z hliníku, uvnitř kterého je umístěna vlastní elektroda. Válec je na obou koncích uzavřen víkem tvořeným separátorem. Modul negativní elektrody je pevně uchycen ve válci tvořícím tělo akumulátoru. Uchycení je současně hydraulicky těsné, takže elektrolyt, popřípadě havarijní kapalina, může procházet pouze vrstvami separátoru.
Každý ze 2 modulů pozitivních elektrod je tvořen dutým kovovým válcem, výhodně z mědi, uvnitř kterého je umístěna vlastní elektroda. Válec je na svém vnitřním konci (přivráceném k negativní elektrodě) uzavřen víkem tvořeným vrstvou separátoru a na vnější straně je pevně uzavřen víkem se vstupem, a případně i rozvodnou deskou, pro oběh elektrolytu. Moduly pozitivních elektrod jsou ve válcovém plášti uloženy pohyblivě tak, že se mohou pohybovat ve směru podélné osy válce jako píst oběma směry, avšak jsou přitom hydraulicky utěsněny, takže elektrolyt, popřípadě havarijní kapalina, může procházet pouze separátorem. Při normálním provozu akumulátoru jsou moduly pozitivních elektrod přitlačovány pružinami k modulu negativní elektrody, přičemž tlak pružin může být regulován.
^•1
Vlastní elektrody jsou v principu sestaveny obdobně jako v českém patentu 305849. Negativní i pozitivní elektroda jsou nalisovány oboustranně na sběrač proudu z děrovaného kovového (pro negativní elektrodu výhodně např. Al a pro pozitivní elektrodu výhodně např. Cu) pásu (ve formě tahokovu, síťoviny, perforované či porézní fólie), jednotlivé elektrodové pásy jsou odděleny separátorem. Válcové pláště modulů, ve kterých jsou elektrody umístěny, jsou vzájemně izolovány separátorem.
- 4 —
Vhodným materiálem pro separator je např. polyolefínová porézní folie nebo netkaná skleněná nebo keramická vlákna vyrobená ze ZrO2 A12O3, nebo korundu.
Negativní elektroda je výhodně tvořena kovovým lithiem, výhodněji ve formě dendritů. Použití dendritického lithia významně snižuje hmotnost i rozměry akumulátoru a současně zvyšuje napětí i kapacitu lithiového akumulátoru až k hranici teoretických možností. Vzhledem k uspořádání elektrod a konstrukci akumulátoru ve spojení se zásobníkem havarijní kapaliny je přitom zvýšena bezpečnost provozu takového lithiového akumulátoru.
Materiál pozitivních elektrod může být vybrán z matriálů známých ze stavu techniky, výhodně z oxidu vanadu, výhodněji je to oxid vanadičný.
Separatory, kterými je oboustranně uzavřen modul negativní elektrody a moduly pozitivní elektrody na straně přivrácené k modulu negativní elektrody, umožňují obousměrný průchod elektrolytu. Součástí akumulátoru je dvojčinné čerpadlo, které umožňuje oběh elektrolytu, pncemz průtok je možné regulovat a ovlivňovat tak rychlost nabíjení/vybíjení akumulátoru.
K modulu negativní elektrody je přes bezpečnostní ventil připojena bezpečnostní nádrž naplněná havarijní kapalinou, kterou je výhodně minerální olej, nafta nebo jejich směs, a tlakovým argonem.
V případě havarijního stavu se otevřením bezpečnostního ventilu do modulu negativní elektrody začne působením tlakového plynu napouštět havarijní kapalina, která vytlačuje elektrolyt do prostoru mezi moduly. Tento prostor pro vytlačený elektrolyt se vytváří a zvětšuje po uzavření ventilu pro oběh elektrolytu tlakem havarijní tekutiny a argonu, který překoná sílu přítlačných pružin a oddálí moduly pozitivních elektrod od modulu negativní elektrody. Dojde tak prakticky okamžitě k rozpojení akumulátoru, z modulu negativní elektrody je odstraněn elektrolyt a je nahrazen havarijní kapalinou, která zcela nasytí dendrity lithia, akumulátor ochladí a zabrání tak nežádoucí chemické reakci dendritů lithia. Tím se eliminuje zkrat baterie a příčina následného požáru nebo exploze akumulátoru.
Součástí havarijního systému akumulátoru je teplotní a otřesový monitorovací systém vybavený senzory, které v případě překročení nastavených limitů aktivují havarijní režim a otevrou/uzavřou příslušné ventily. Tato část havarijního systému není v předloženém popisu —
podrobněji popsána, nebot její uspořádání patří k běžným součástem bezpečnostních systémů lithiových akumulátorů.
Výše popsaná havarijní inaktivace akumulátoru je plně reverzibilní. Po odeznění havarijní situace lze snadno elektrodové moduly vrátit do původní provozní polohy, vypustit havarijní kapalinu a ze zásobníku doplnit do akumulátoru opět elektrolyt.
Nová konstrukce akumulátoru umožňuje využití dendritů lithia pro negativní elektrodu v akumulátorech. Teoretické zvýšení kapacity při použití dendritů lithia oproti solím lithia je až dvacetinásobné. Kapacita kovového lithia je 3 865 až 3 888 mAh/g oproti kapacitě solí lithia, která je 175 mAh/g. Na získání kapacity 1 kAh lze použít 0,26 kg dendritů lithia oproti 5,7 kg solí lithia. Použití oxidů vanadu k vytvoření pozitivní elektrody umožní v závislosti na stupni lithiace dosáhnout kapacitu v rozmezí 295 až 442 mAh/g. Zároveň lze popsaným systémem umožnit přiložení pozitivních elektrod z obou stran negativní elektrody.
Nutno zachovat poměr kapacity elektrod a vzájemné výměny iontů, podle použitých kvalit v rozmezí 8:1 až 13:1 (oxidy vanadu : dendrity lithia).
Přehled obrázků
Obr. 1 ukazuje na panelu A schematicky řez akumulátorem, na panelu B pohled shora.
Obr. 2 ukazuje schematicky příčný řez akumulátorem jako na obr. 1A v havarijní situaci po oddálení elektrodových modulů.
Příklady provedení vynálezu
Lithiový akumulátor podle vynálezu je ve výhodném provedení schematicky znázorněn na připojeném výkresu, kde obr. 1A představuje akumulátor v příčném řezu a obr. 1B při pohledu shora.
Tělo lithiového akumulátoru je tvořeno válcovým pláštěm 1 z nevodivého materiálu, který obsahuje modul N negativní elektrody a dva moduly P pozitivní elektrody, přičemž sestava válcového pláště 1 a modulu N negativní elektrody a modulů P pozitivní elektrody je uzavřena v pevném obalu 16 akumulátoru. Obal 16 je opatřen odvzdušňovacími ventily 17.
Modul N negativní elektrody je tvořen dutým válcem 7 z hliníku (AI), uvnitř kterého je umístěna vlastní elektroda 8 tvořená vrstvami dendritů lithia (Li) nalisovanými na tahokovu jakožto sběrači proudu. Válec 7 je na obou koncích uzavřen víkem tvořeným vrstvou separátoru 14. Modul N negativní elektrody je pevně uchycen ve válcovém plášti 1 tvořícím tělo akumulátoru. Uchycení je současně hydraulicky těsné, tzn. že elektrolyt, popřípadě havarijní kapalina, může procházet pouze vrstvami separátoru 14 a nikoliv prostorem mezi vnější stranou válce 7 a vnitřní stranou válcového pláště L Sběrače proudu jsou svedeny do vodiče, který tvoří kladný pól 10 akumulátoru.
t Lb W
Každý ze % modulů P pozitivní elektrody je tvořen dutým válcem 5 z mědi (Cu), uvnitř kterého je umístěna vlastní elektroda 6 tvořená vrstvami oxidu vanadičného (V2O5) nalisovanými na tahokovu jakožto sběrači proudu. Sběrače proudu jsou svedeny do vodiče, který tvoří záporný pól 9 akumulátoru.
Válec 5 je na svém vnitřním konci (přivráceném k modulu N negativní elektrody) uzavřen víkem tvořeným vrstvou separátoru 14 a na vnější straně je pevně uzavřen víkem 18 se vstupem a rozvodnou deskou pro oběh elektrolytu. Moduly P pozitivních elektrod jsou ve válcovém plášti 1 uloženy pohyblivě (mohou se ve válcovém plášti j_ pohybovat jako píst oběma směry v podélné ose válcového pláště X), avšak hydraulicky utěsněny pomocí těsnění j_9, takže elektrolyt, popřípadě havarijní kapalina, může procházet pouze separátorem 14 a nikoliv prostorem mezi vnější stranou válce 5 a vnitřní stranou válcového pláště L). Při normálním provozu jsou moduly P pozitivních elektrod přitlačovány pružinami 11 k modulu N negativní elektrody, přičemž tlak pružin 11 muže být nastaven pomocí regulátorů 12.
Separátory 14, kterými je oboustranně uzavřen modul N negativní elektrody a moduly P pozitivní elektrody na straně přivrácené k modulu N negativní elektrody, umožňují obousměrný průchod elektrolytu. Součástí akumulátoru je dvojčinné čerpadlo 4, které je prostřednictvím ventilu Ba napojeno na modul N negativní elektrody a umožňuje oběh elektrolytu, přičemž průtok je možné regulovat a ovlivňovat tak rychlost nabíjení/vybíjení akumulátoru.
-Ί —
Prostřednictvím ventilu 13b je k modulu N negativní elektrody připojena bezpečnostní nádrž 2 naplněná havarijní kapalinou, kterou je minerální olej, a tlakovým argonem.
V případě havarijního stavu se otevřením ventilu 13b do modulu N negativní elektrody začne působením tlakového plynu napouštět havarijní kapalina, která vytlačuje elektrolyt do prostoru 15 (viz obr. 2) mezi modulem N negativní elektrody a moduly P pozitivní elektrody. Tento prostor Γ5 se vytváří a zvětšuje po uzavření ventilu 13a tlakem havarijní tekutiny a argonu, který překoná sílu přítlačných pružin 11 a oddálí moduly P pozitivní elektrody od modulu N negativní elektrody. Dojde tak prakticky okamžitě k rozpojení akumulátoru, z modulu N negativní elektrody je odstraněn elektrolyt a je nahrazen havarijní kapalinou, která zcela nasytí dendrity lithia a současně modul ochladí a zabrání tak nežádoucí chemické reakci dendritů lithia. Tím se eliminuje zkrat baterie a příčina následného požáru nebo exploze akumulátoru.
Součástí havarijního systému akumulátoru je teplotní a otřesový monitorovací systém vybavený senzory, které v případě překročení nastavených limitů aktivují havarijní režim tevřením ventilu 13b a uzavřením ventilu 13a. Tato část havarijního systému není na obr. 1 a 2 znázorněna, nebot její uspořádání patří k běžným součástem bezpečnostních systémů.
Po odeznění havarijní situace lze snadno elektrodové moduly P pozitivní elektrody vrátit do původní provozní polohy, vypustit havarijní kapalinu a ze zásobníku 3 doplnit do akumulátoru opět elektrolyt, a tak plně obnovit funkci akumulátoru.
Průmyslová využitelnost
Použití tohoto vynálezu umožní využití dendritů lithia v akumulátorech a přiblížit reálné napětí a kapacitu akumulátoru maximálním teoretickým hodnotám. Vynález lze tedy využít pro konstrukci vysokokapacitních akumulátorů s vysokou bezpečností, které najdou uplatnění zejména tam, kde mohou být vystaveny extrémním tepelným podmínkám nebo otřesům, tedy zejména v dopravních prostředcích jako jsou automobily nebo lodě.
Seznam vztahových značek
N - modul negativní elektrody
P - modul pozitivní elektrody
- válcový plášť z nevodivého materiálu
- bezpečnostní nádrž s havarijní kapalinou a tlakovým inertním plynem
- vstup elektrolytu
- dvojčinné čerpadlo
- válec z Cu
- vlastní elektroda tvořená krystaly V2O5 nalisovanými na tahokovu
- válec z AI — vlastní elektroda tvořená dendrity Li nalisovanými na tahokovu
- záporný pól akumulátoru
- kladný pól akumulátoru
- přítlačná pružina
- regulátor přítlačné pružiny
13a - bezpečnostní ventil pro výstup elektrolytu
13b - bezpečnostní ventil pro vstup havarijní kapaliny
- vrstva separátoru
- prostor pro vytlačovaný elektrolyt
- pevný obal baterie
- odvzdušňovací ventil
- pevné víko se vstupem pro elektrolyt
- těsnění
Claims (8)
- PATENTOVÉ NÁROKY1.Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností obsahující pozitivní a negativní elektrodu a kapalný elektrolyt ^vyznačující se tím, že konstrukce akumulátoru obsahuje válcový plášť (1) z nevodivého materiálu, který obsahuje modul (N) negativní elektrody a dva moduly (P) pozitivní elektrody, kde sestava válcového pláště (1), moduly (N) negativní elektrody a modulů (P) pozitivní elektrody je uzavřena v pevném obalu (16), přičemž modul jnegativní elektrody je pevně uchycen ve válcovém plášti (1) a moduly (P) pozitivní elektrody jsou ve válcovém plášti (1) uloženy pohyblivě ve směru podélné osy válcového pláště (1), a hydraulicky utěsněny, a jsou přitlačovány přítlačnými pružinami (11) k modulu (N) negativní elektrody, a modul (N) negativní elektrody je na obou koncích uzavřen separátory (14) pro průchod elektrolytu, moduly (P) pozitivní elektrody jsou na vnitřním konci uzavřeny separátory (14) pro průchod elektrolytu a na vnějším konci jsou uzavřeny víkem (18) se vstupem a rozvodnou deskou pro oběh elektrolytu, přičemž modul (N) negativní elektrody je prostřednictvím ventilu (13a) připojen k oběhovému čerpadlu (4) a prostřednictvím ventilu (13b) k bezpečnostní nádrži (2) naplněné havarijní kapalinou a tlakovým inertním plynem.
- 2. Lithiový akumulátor podle nároku ^vyznačující se tím, že modul (N) negativní elektrody je tvořen dutým válcem (7), výhodně z hliníku, uvnitř kterého je umístěna vlastní elektroda (8) tvořená vrstvami lithných solí nebo kovového lithia, výhodně dendritů lithia, nalisovanými na sběrači proudu, kterým je tahokov, síťovina, perforovaná či porézní fólie, výhodně z hliníku.
- 3. Lithiový akumulátor podle nároku 1 nebo 2fvyznačující se tím, že každý ze 2 modulů (P) pozitivní elektrody je tvořen dutým válcem (5), výhodně z mědi, uvnitř kterého je umístěna vlastní elektroda (6) tvořená vrstvami oxidu vanadu, výhodně oxidu vanadičného, nalisovanými na sběrači proudu, kterým je tahokov, síťovina, perforovaná či porézní fólie, výhodně z mědi.- 10 —
- 4. Lithiový akumulátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3 vyznačující se tím, že sběrače proudu z modulu (N) negativní elektrody a modulu (P) pozitivní elektrody jsou svedeny do pólů (9, 10) akumulátoru.
- 5. Lithiový akumulátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4^ vyznačující se tím, že přítlačné pružiny (11) jsou opatřeny regulátory (12) tlakové síly pružiny.
- 6. Lithiový akumulátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5 (Vyznačující se tím, že havarijní kapalinou v nádrži (2) je minerální olej, nafta nebo jejich směs, a inertním tlakovým plynem je argon.
- 7. Lithiový akumulátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 6 jvyznačující se tím, že čerpadlo (4) je napojeno na zásobní nádrž (3) elektrolytu.
- 8. Lithiový akumulátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 7^ vyznačující se tím, že obal (16) je opatřen odvzdušňovacími ventily (17).
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-569A CZ306913B6 (cs) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností |
| EP16200933.6A EP3297065B1 (en) | 2016-09-15 | 2016-11-28 | High capacity lithium accumulator with enhanced safety |
| PCT/CZ2017/050004 WO2018050133A1 (en) | 2016-09-15 | 2017-02-03 | High capacity lithium accumulator with enhanced safety |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2016-569A CZ306913B6 (cs) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2016569A3 true CZ2016569A3 (cs) | 2017-09-06 |
| CZ306913B6 CZ306913B6 (cs) | 2017-09-06 |
Family
ID=57406169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2016-569A CZ306913B6 (cs) | 2016-09-15 | 2016-09-15 | Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3297065B1 (cs) |
| CZ (1) | CZ306913B6 (cs) |
| WO (1) | WO2018050133A1 (cs) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ2017656A3 (cs) | 2017-10-13 | 2019-04-24 | EXIMPO, akciová společnost | Bezpečný vysokokapacitní lithiový akumulátor a způsob bezpečného provozu lithiového akumulátoru |
| WO2019233505A1 (en) | 2018-06-07 | 2019-12-12 | EXIMPO, akciová společnost | Lithium accumulator provided with a safety system |
| AT523399B1 (de) * | 2020-06-05 | 2021-08-15 | Avl List Gmbh | Batteriemodul |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3551208A (en) * | 1966-12-12 | 1970-12-29 | Yardney International Corp | Cell with displaceable electrode |
| GB1396062A (en) * | 1973-07-12 | 1975-05-29 | Comp Generale Electricite | Rechargeable solid state electro-chemical cell having a lithium anode and a method of manufacturing the same |
| JPS59138070A (ja) * | 1983-01-26 | 1984-08-08 | Japan Storage Battery Co Ltd | リチウム電池 |
| DE19624883C1 (de) * | 1996-06-21 | 1997-07-03 | Pauling Hans Juergen | Batterie |
| US5876872A (en) * | 1996-11-08 | 1999-03-02 | Feezor; Michael D. | Underwater rechargeable battery and method of manufacture |
| JPH11219731A (ja) * | 1997-11-27 | 1999-08-10 | Sony Corp | 有機電解質二次電池 |
| JP3381634B2 (ja) * | 1998-08-10 | 2003-03-04 | 富士通株式会社 | リチウム二次電池とその製造方法 |
| JP2003123736A (ja) * | 2001-10-09 | 2003-04-25 | Japan Storage Battery Co Ltd | 電 池 |
| CZ301387B6 (cs) | 2008-09-19 | 2010-02-10 | He3Da S.R.O. | Lithiový akumulátor s prostorovým typem elektrod a zpusob jeho výroby |
| CZ2010703A3 (cs) | 2010-09-23 | 2012-04-04 | He3Da S.R.O. | Lithiový akumulátor |
| CN201859899U (zh) * | 2010-10-09 | 2011-06-08 | 易世凡 | 锂电池开关组合体电池盒 |
| JP6091783B2 (ja) * | 2012-07-17 | 2017-03-08 | 株式会社東芝 | 電池パック |
| CN204011550U (zh) * | 2014-07-02 | 2014-12-10 | 赵元雷 | 一种便于装卸的圆柱型单体锂电池负极保护罩 |
| CN204375813U (zh) * | 2014-12-26 | 2015-06-03 | 山东精工电子科技有限公司 | 圆柱锂离子电池免点焊电池壳 |
| CZ305849B6 (cs) | 2015-05-20 | 2016-04-06 | Jaroslav PolĂvka | Lithiový akumulátor |
-
2016
- 2016-09-15 CZ CZ2016-569A patent/CZ306913B6/cs not_active IP Right Cessation
- 2016-11-28 EP EP16200933.6A patent/EP3297065B1/en not_active Not-in-force
-
2017
- 2017-02-03 WO PCT/CZ2017/050004 patent/WO2018050133A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018050133A1 (en) | 2018-03-22 |
| CZ306913B6 (cs) | 2017-09-06 |
| EP3297065B1 (en) | 2019-06-19 |
| EP3297065A1 (en) | 2018-03-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114175363B (zh) | 电池及其相关装置、制备方法和制备设备 | |
| KR102686170B1 (ko) | 전지 및 그 관련장치, 제조방법 및 제조설비 | |
| JP4434237B2 (ja) | 車両用の蓄電装置及び車両 | |
| KR101758002B1 (ko) | 비수전해질 이차 전지 | |
| AU2011306433B2 (en) | Lithium accumulator | |
| WO2019107560A1 (ja) | 仕切り部材及び組電池 | |
| JP2023552352A (ja) | 改善されたベント能を有するバッテリーモジュール | |
| JPWO2019107561A1 (ja) | 仕切り部材及び組電池 | |
| CZ2016569A3 (cs) | Lithiový akumulátor s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností | |
| EP3096373A1 (en) | Liquid electrolyte lithium accumulator and a method of making the same | |
| US20220123407A1 (en) | Battery module | |
| WO2021024681A1 (ja) | アルカリ二次電池及びアルカリ二次電池モジュール | |
| CN113488721A (zh) | 电池系统和车辆 | |
| US20250226525A1 (en) | Battery and electrical device | |
| JP7043813B2 (ja) | 仕切り部材及び組電池 | |
| KR20140024600A (ko) | 상변화 물질을 포함하는 리튬이온 이차전지 셀 및 모듈 | |
| US20240204346A1 (en) | Battery module with improved safety | |
| JP2012221689A (ja) | 閉鎖型溶融塩組電池 | |
| US20080137290A1 (en) | Large-Sized Power Supply Device | |
| EP4379936A1 (en) | Battery pack and vehicle comprising same | |
| JP2023530784A (ja) | 電池用筐体、電池、電力消費装置、電池の製造方法及びその装置 | |
| CZ30997U1 (cs) | Vícečlánková lithiová baterie s vysokou kapacitou a zvýšenou bezpečností | |
| JP2024521611A (ja) | バッテリーモジュール、バッテリーパック及びこれを含む自動車 | |
| JP6680544B2 (ja) | 金属電極カートリッジ収容物、金属電極カートリッジの保管方法、及び、金属電極カートリッジの運搬方法 | |
| CZ305849B6 (cs) | Lithiový akumulátor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20220915 |