CZ33343U1 - Bezpečnostní systém lithiového akumulátoru a lithiový akumulátor opatřený tímto systémem - Google Patents
Bezpečnostní systém lithiového akumulátoru a lithiový akumulátor opatřený tímto systémem Download PDFInfo
- Publication number
- CZ33343U1 CZ33343U1 CZ2018-35634U CZ201835634U CZ33343U1 CZ 33343 U1 CZ33343 U1 CZ 33343U1 CZ 201835634 U CZ201835634 U CZ 201835634U CZ 33343 U1 CZ33343 U1 CZ 33343U1
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- lithium battery
- emergency
- safety system
- positive electrode
- housing
- Prior art date
Links
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 title claims description 42
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 36
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 19
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 10
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical group O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N hexafluoropropylene Chemical compound FC(F)=C(F)C(F)(F)F HCDGVLDPFQMKDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 125000005010 perfluoroalkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 claims description 2
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 claims 2
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 claims 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical class [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 4
- 238000006424 Flood reaction Methods 0.000 description 3
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000002480 mineral oil Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 239000010702 perfluoropolyether Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 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
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 150000002642 lithium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 235000010446 mineral oil Nutrition 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 125000006340 pentafluoro ethyl group Chemical group FC(F)(F)C(F)(F)* 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000012858 resilient material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000010421 standard material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method 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
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/61—Types of temperature control
-
- 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
- H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
- H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.
CZ 33343 UI
Bezpečnostní systém lithiového akumulátoru a lithiový akumulátor opatřený tímto systémem
Oblast techniky
Technické řešení se týká bezpečnostního systému lithiového akumulátoru, který obsahuje alespoň jednu nádobu s havarijní kapalinou, která v havarijní situaci zaplaví prostor elektrod havarijní kapalinou. Havarijní kapalinou je inertní vakuový olej. Bezpečnostní systém zajistí bezpečný provoz akumulátoru tím, že ochrání akumulátor před vzplanutím, případně výbuchem. Systémem podle technického řešení lze opatřit v podstatě každý lithiový akumulátor známý ze stavu techniky. Výhodné provedení akumulátoru podle předloženého technického řešení obsahuje kromě uvedeného bezpečnostního systému negativní elektrodu z kovového lithia a pozitivní elektrodu obsahující oxidy vanadu, což poskytuje vysokou kapacitu a měrnou energii. Díky kombinaci těchto výhod a vysoké bezpečnosti najdou tyto akumulátory uplatnění jako zdroj energie zejména pro elektromobily a jiné dopravní či stavební stroje, ale také při stabilizaci rozvodných sítí a při dlouhodobém skladování elektrické energie.
Dosavadní stav techniky
Lithiové akumulátory patří mezi moderní zdroje elektrické energie, zvláště vhodné pro mobilní účely a jako „zásobníky“ elektrické energie získávané například z alternativních zdrojů. Aktuálním a stále nedořešeným problémem lithiových akumulátorů je jejich bezpečnost. Lithium má nejvyšší hustotu energie a specifickou kapacitu ve srovnání s jinými kovy, tedy i nejvyšší energii vztaženou k objemu. Lithiové akumulátory/baterie proto mohou poskytovat velmi vysoké proudy, což je sice často žádoucí (elektromobily), ale doprovázeno problémem přehřívání. V případě zkratu se článek může velmi rychle přehřát a explodovat. Materiály pozitivních elektrod jsou totiž obvykle látky s vysokým podílem chemicky vázaného kyslíku, a tudíž podporující hoření, a současně materiály negativních elektrod jsou látky na vzduchu a ve vlhku samozápalné. K tomu přistupuje elektrolyt tvořený roztokem lithné soli v organické, a tudíž hořlavé kapalině. Výzvou pro výzkumné pracovníky v oboru je tedy kromě snahy o co nejvyšší účinnost a kapacitu především bezpečnost provozu.
Aktivní ochrana baterie spočívá obvykle v používání ochranných elektronických obvodů, které kromě napětí a proudu navíc hlídají i nepřiměřený vzrůst teploty a při jejím překročení článek odpojí.
Evropský patent EP 2619836 představuje jedno možné 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 chladícího media.
Patent č. 306913 popsal řešení, kde lithiový akumulátor sestává z navzájem oddělitelných modulů negativní a pozitivní 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.
Užitný vzor č. 30997 popsal baterii lithiových článků s oddělitelnými moduly negativní a pozitivní elektrody a expanzní nádobou obsahující havarijní kapalinou, která v případě havárie zaplaví elektrody.
Užitný vzor č. 31991 řeší bezpečnost svitkového lithiového akumulátoru speciální konstrukcí akumulátoru, kde je elektrodový pás navinut do svitku kolem centrální skleněné nádoby s havarijní kapalinou. Havarijní kapalinou je přitom minerální olej.
- 1 CZ 33343 UI
Předkládané technické řešení se týká zejména konstrukce bezpečnostního systému lithiového akumulátorového článku, která poskytuje vysokou míru bezpečnosti a ochrany proti výbuchu a je univerzálně využitelná i pro lithiové akumulátory s konvenčními elektrodami známé ze stavu techniky.
Podstata technického řešení
Předložené technické řešení se týká bezpečnostního systému lithiového akumulátoru, který obsahuje alespoň jednu nádobu s havarijní kapalinou a rozbuškou, napojenou na bezpečnostní elektronický modul. Bezpečnostní systém je umístěn společně s elektrodami (elektrodovým modulem) v pouzdru akumulátoru. Havarijní kapalinou je vakuový olej. Pokud nastane havarijní situace a dojde např. ke zvýšení teploty článku nad bezpečnou úroveň, nebo dojde ke zkratu, signál z elektronického bezpečnostního modulu iniciuje rozbušku a ta roztříští nádobu s havarijní kapalinou, která zaplaví elektrody, vytlačí elektrolyt ze separátorů a zastaví tok iontů. Bezpečnostní systém zajistí bezpečný provoz akumulátoru tím, že ochrání akumulátor před vzplanutím, případně výbuchem, ke kterému může dojít mj. v důsledku rozkladu vody kovovým lithiem, případně krystaly lithia ze solí lithia. Toto řešení je použitelné jak pro jednotlivé lithiové akumulátorové články, tak v principu i pro akumulátor obsahující více článků.
Bezpečnostní systém podle předloženého technického řešení je využitelný v podstatě pro jakékoliv (z hlediska materiálu elektrod) lithiové články či akumulátory známé ze stavu techniky, např. i pro články, kde jedna elektroda je ze sloučenin lithia a druhá elektroda obsahuje grafit, popřípadě jiné látky se stejnou funkcí.
Nádoba pro havarijní kapalinu je v podstatě libovolného tvaru, který je uzpůsoben tak, aby mohl být nádoba umístěna do pouzdra akumulátoru v těsném sousedství elektrodového modulu. Ve výhodném provedení může být nádoba tvaru válce nebo eliptického válce, je vyrobena z pevného, ale přitom křehkého materiálu, např. ze skla, keramiky nebo vhodného plastu, výhodně ze skla. Objem nádoby představuje přibližně 2 až 15 % objemu akumulátorového článku, např. výhodně 5 až 12 % a výhodněji přibližně 10 % objemu akumulátorového článku. Nádoba s havarijní kapalinou může kromě havarijní kapaliny obsahovat dále inertní plyn, výhodně argon. Tlak plynu napomůže rychlému proniknutí havarijní kapaliny do prostorů mezi elektrodami.
Úkolem havarijní kapaliny je, aby po uvolnění z nádoby zaplavila elektrody, vytlačila elektrolyt z prostorů mezi elektrodami, tedy ze separátorů, a z povrchu elektrod, a zastavila tok iontů. Tím se zabrání případnému vzplanutí či výbuchu akumulátoru.
Testování různých minerálních olejů a podobných kapalin ukázalo, že nej výhodnější havarijní kapalinou je inertní vakuový olej (olej pro vakuové pumpy) typu perfluoropolyetherového (PFPE) oleje. Tyto oleje mají vhodné vlastnosti z hlediska požadavků na havarijní kapalinu, neboť jde o nehořlavou anevýbušnou kapalinu, zcela postrádající oxidační schopnost, nemísitelnou s vodou a nerozpustnou ve většině organických rozpouštědel, s nízkým povrchovým napětím, která je navíc biologicky inertní a ekologicky nezávadná. Vhodné příklady takových olejů jsou perfluoroalkylpolyether obecného vzorce F-[CF(CF3)-CF2-O]„-CF2CF3 (n=20-30), dostupný např. pod názvem KROTOX od spol. DuPont, nebo oxidovaný polymerizovaný 1,1,2,3,3,3-hexafluoro-l-propen, obecného vzorce CF3-O-[CF(CF3)-CF2-O]x-(CF2-O)y-CF3 (x=10-50, y=10-50), dostupný např. pod názvem FOMBLIN od spol. Solvay. Jako nejvýhodnější se jeví oxidovaný polymerizovaný 1,1,2,3,3,3-hexafluoro-l-propen (FOMBLIN).
Bezpečnostní elektronický modul standardně umožňující elektrické rozpojení akumulátoru a obsahuje alespoň jeden elektronický senzor, jako je teplotní, proudový nebo nárazový/otřesový senzor, přičemž alespoň jeden elektronický senzor je napojen, výhodně prostřednictvím
-2CZ 33343 UI iniciačního čipu, na rozbušku. Bezpečnostní elektronický modul výhodně obsahuje všechny tři výše uvedené senzory. Bezpečnostní elektronický modul je tedy určen k monitorování proudu a teploty uvnitř článku, a také možných nárazů/otřesů, a pro iniciaci rozbušky a elektrické rozpojení akumulátoru v případě havarijní situace. Pokud nastane havarijní situace a dojde např. ke zvýšení teploty článku nad bezpečnou úroveň, nebo dojde ke zkratu, elektronický modul aktivuje rozbušku, která roztříští nádobu s havarijní kapalinou. Standardní bezpečnostní elektronika současně akumulátor elektricky rozpojí.
Jako rozbušku lze použít standardní elektrickou rozbušku, např. rozbušku, jaká se užívá v předepínačích bezpečnostních pásů nebo vinflátorech airbagů, a jaká je odborníkovi známa. Rozbuška je umístěna buďto přímo v nádobě s havarijní tekutinou nebo na jejím povrchu tak, aby při její explozi došlo k roztříštění nádoby s havarijní tekutinou.
Předložené technické řešení se dále týká akumulátorového článku, který kromě výše uvedeného bezpečnostního systému obsahuje elektrodový modul obsahující negativní elektrodu z kovového lithia a pozitivní elektrodu obsahující oxidy vanadu, což poskytuje vysokou kapacitu a měrnou energii článku.
Pouzdro akumulátoru podle předloženého technického řešení je výhodně dvojité, v pevném vnějším pouzdru pro zajištění mechanické ochrany článku je umístěno vnitřní pouzdro z pružného materiálu, který dovolí zvětšení objemu. Pouzdro je dimenzováno tak, aby poskytlo dostatečný objem pro případné zvětšení objemu elektrodového modulu, popřípadě jev něm ještě dodatečný volný prostor. Pouzdro je opatřeno kladným a záporným pólem, na které jsou vyvedeny sběrače příslušné elektrody. Pouzdro může být z důvodu mechanické ochrany ještě uvnitř vyloženo dodatečným pružným materiálem.
Elektrodový modul obsahuje negativní a pozitivní elektrody a separátor, ať již v jakémkoliv uspořádání, např. výhodně jako svitek, svazek nebo sloupec, výhodně sloupec vytvořený na principu harmonikového skládání „cik-cak“ (Z-skládání). Elektrody mohou být vyrobeny ze standardních materiálů používaných pro Li nebo Li-ion články, jaké jsou odborníkům známy. Avšak výhodných vlastností předloženého technického řešení je nejlépe dosaženo, když je negativní elektroda vyrobena z kovového lithia (Li), výhodně ve formě fólie, a současně pozitivní elektroda obsahuje oxidy vanadu, výhodně obsahuje oxid vanadičný (V2O5), a nejvýhodněji je tvořena směsí (kompozitem) V2O5 a grafenu. Ve výhodném uspořádání článku jsou hmotnosti Li a V2O5 použité v elektrodách v poměru přibližně 1:10.
Jednou z výhod akumulátorového článku s výše uvedenými elektrodami je významné zvýšení měrné energie (podíl kapacity a hmotnosti článku). Experimenty ukázaly, že měrná energie akumulátorového článku podle předloženého technického řešení byla zvýšena až 4x proti shodně uspořádanému článku se standardními elektrodami z grafitu a LiNMC.
Ve výhodném provedení je elektrodový modul vytvořen z elektrodového pásu, který se složí harmonikově do sloupku. Elektrodový pás je tvořen alespoň jedním pásem negativní elektrody a alespoň jedním pásem pozitivní elektrody, mezi které je vložen separátor. Výhodně je pás negativní elektrody z obou stran obklopen pásy pozitivní elektrody. Elektrodový pás v jednom výhodném provedení tedy obsahuje jednu negativní a dvě pozitivní elektrody. Vlastní materiál negativní elektrody i materiál pozitivní elektrody je zalisován mezi dvě vrstvy sběrače proudu (z děrovaného kovového pásu ve formě kovové síťoviny, tahokovu, perforované či porézní kovové folie). Na první, tj. vnitřní stranu pásu pozitivní elektrody, která přiléhá k negativní elektrodě, je nalisován pás vnitřního separátoru, a na druhou, tj. vnější stranu, je nalisován vnější separátor. Separátory jsou v průběhu lisování elektrodového pásu syceny elektrolytem.
Elektrolytem pro akumulátor podle vynálezu je některý z běžných elektrolytů typu organické rozpouštědlo s obsahem Li solí, které jsou odborníkovi známy.
-3CZ 33343 UI
Materiál vnitřního separátoru a vnějšího separátoru je s výhodou vybrán ze skupiny polyolefinová porézní folie, porézní pás z netkaných skleněných nebo keramických, vláken založených na ZrO2, AI2O3, nebo korundu, vnější separátor je na vnější straně opatřen vrstvou slabé AI fólie. Pevnost této fólie je výhodně taková, že po explozi rozbušky dojde k jejímu proražení tlakem havarijní kapaliny, takže tato AI fólie nebrání rychlému průniku havarijní kapaliny do celého elektrodového sloupce.
Sběrač proudu negativní elektrody je vytvořen výhodně z mědi (Cu), výhodně ve formě tahokovu. Sběrač proudu pozitivní elektrody je výhodně vytvořen z hliníku (AI), výhodně ve formě tahokovu.
Způsob výroby výše popsaného lithiového akumulátoru není předmětem ochrany předloženého technického řešení, nicméně bude dále alespoň ve stručnosti popsán, neboť napomůže pochopení konstrukčních znaků akumulátoru podle předloženého technického řešení. Výroba je v principu podobná jako výroba popsaná v EP 3096373. V lisovacím a tvářecím zařízení se mezi dva pohybující se paralelní pásy sběrače proudu negativní elektrody nalisuje aktivní materiál negativní elektrody, mezi pohybující se dva paralelní pásy sběrače proudu pozitivní elektrody se nalisuje aktivní materiál pozitivní elektrody, přičemž se na první stranu pásu pozitivní elektrody nalisuje vnitřní separátor a na druhou stranu se nalisuje vnější separátor, přičemž se současně k centrálnímu pásu negativní elektrody lisuje z každé strany jeden pás pozitivní elektrody a takto slisovaný elektrodový pás se pak harmonikově skládá do sloupce. Uvedený způsob výroby je zejména vhodný pro hromadnou výrobu akumulátorových článků válcového typu, kde se uplatní elektrodový svitek, nebo prizmatického typu, kde se uplatní harmonikově složený sloupec.
Objasnění výkresů
Obr. 1 znázorňuje schematicky lithiový akumulátor, kde je elektrodový modul tvořen harmonikově složeným sloupcem, a kde v pouzdru akumulátoru jsou uloženy dvě nádoby s havarijní kapalinou a rozbuškou, přičemž nádoby jsou umístěny na volných, pro kapalinu přístupných stranách harmonikově složeného sloupce, takže havarijní kapalina po uvolnění z nádob může snadno pronikat mezi elektrody.
Obr. 2 znázorňuje řez slisovaným elektrodovým pásem ve výhodném provedení obsahujícím jeden pás negativní elektrody obklopený z každé strany pásem pozitivní elektrody, kde je patrné vzájemné uložení jednotlivých vrstev materiálů elektrod, sběračů proudu a separátorů. Na tomto schématu jde jen o demonstraci kvalitativního složení elektrodového pásu, ve skutečném provedení nejsou tloušťky jednotlivých vrstev shodné.
Obr. 3 je schéma zařízení k výrobě elektrodového pásu.
Příklad uskutečnění technického řešení
Obr. 1 představuje schéma výhodného provedení lithiového akumulátorového článku, který obsahuje elektrodový modul obsahující elektrodový pás 1 složený harmonikovým principem do sloupce. Bezpečnostní systémem obsahující dvě nádoby 2 s havarijní kapalinou a rozbuškou 3 je společně s elektrodovým modulem umístěn v pevném pouzdru 4, které je opatřeno kladným a záporným pólem, a obsahuje ještě vnitřní pružné pouzdro 11 vyrobené z pružného plastu, a dále obsahuje dodatečný expanzní prostor 12. Pouzdro 4 je z vnitřní strany navíc vyloženo pružným materiálem 13. Bezpečnostní systém dále obsahuje bezpečnostní elektronický modul napojený na rozbušku 3 a obsahuje teplotní, proudový a nárazový senzor.
Havarijní kapalinou je oxidovaný polymerizovaný 1,1,2,3,3,3-hexafluoro-l-propen obecného vzorce CF3-O-[CF(CF3)-CF2-O]x-(CF2-O)y-CF3 (x=10-50, y=10-50), dostupný pod označením
-4CZ 33343 UI
FOMBLIN od spol. Solvay.
Na obr. 2 je znázorněn schematický řez slisovaným elektrodovým pásem 1, kde je patrné vzájemné uložení jednotlivých vrstev materiálů (přičemž tloušťky vrstev ve skutečném provedení nejsou shodné). Materiálem 5 negativní elektrody je fólie z kovového lithia (Li), která je zalisována mezi dva sběrače 6 proudu negativní elektrody, kterými je měděný (Cu) tahokov. Materiál 8 pozitivní elektrody, kterým je směs (kompozit) V2O5 a grafenu, je zalisován mezi dva sběrače 9 proudu pozitivní elektrody, kterými je hliníkový (AI) tahokov. Na první, tj. vnitřní stranu pásu pozitivní elektrody, která přiléhá k negativní elektrodě, je nalisován vnitřní separátor 7, a na druhou, tj. vnější stranu, je nalisován vnější separátor 10 opatřený na vnější straně hliníkovou (AI) fólií. Separátory 7, 10 jsou v průběhu lisování elektrodového pásu nasyceny elektrolytem.
Sběrače proudu 6, 9 jsou propojeny s příslušnými póly článku na pouzdru 4.
V případě havarijní situace, indikované např. zvýšením teploty článku nad bezpečnou úroveň, teplotní senzor aktivuje rozbušku 3, která roztříští nádoby 2 s havarijní kapalinou a ta zaplaví elektrody elektrodového pásu 1, vytlačí elektrolyt do vnitřního pouzdra 11, které expanduje, popřípadě do volného prostoru 12. Standardní elektronika současně akumulátor elektricky rozpojí. Tím se zabrání případnému vzplanutí či výbuchu akumulátoru.
Na obr. 3 je schéma zařízení pro výrobu lithiového akumulátoru podle předloženého technického řešení, jehož jedno provedení je znázorněného na obr. 1. Ve znázorněném lisovacím a tvářecím zařízení se mezi dva pohybující se paralelní pásy sběrače 6 proudu negativní elektrody zalisuje aktivní materiál 5 negativní elektrody, mezi pohybující se dva paralelní pásy sběrače 9 proudu pozitivní elektrody se zalisuje aktivní materiál 8 pozitivní elektrody, přičemž se na první stranu pásu pozitivní elektrody nalisuje vnitřní separátor 7 a na druhou stranu se nalisuje vnější separátor 10, přičemž se současně k centrálnímu pásu negativní elektrody lisuje z každé strany jeden pás pozitivní elektrody a takto slisovaný elektrodový pás 1 se navíjí na nádobu 2 s havarijní kapalinou.
Claims (12)
- NÁROKY NA OCHRANU1. Bezpečnostní systém pro lithiový akumulátor, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jednu nádobu (2) pro havarijní kapalinu, která obsahuje havarijní kapalinu a rozbušku (3) pro roztržení nádoby (2) a uvolnění havarijní kapaliny, a dále obsahuje bezpečnostní elektronický modul, obsahující alespoň jeden senzor pro iniciaci rozbušky (3) a rozpojení elektrického obvodu akumulátorového článku v případě havarijní situace, vybraný ze skupiny proudový senzor, teplotní senzor a nárazový senzor, přičemž havarijní kapalinou je inertní vakuový olej perfluoropolyetherového typu.
- 2. Bezpečnostní systém pro lithiový akumulátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že olej je perfluoroalkylpolyether obecného vzorce F-[CF(CF3)-CF2-O]„-CF2CF3 (n=20-30).
- 3. Bezpečnostní systém pro lithiový akumulátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že olej je oxidovaný polymerizovaný 1,1,2,3,3,3-hexafluoro-l-propen obecného vzorce CF3-O-[CF(CF3)-CF2-O]x-(CF2-O)y-CF3 (x=10-50, y=10-50).
- 4. Bezpečnostní systém pro lithiový akumulátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že nádoba (2) s havarijní kapalinou je vyrobena ze skla, keramiky nebo plastu.-5CZ 33343 UI
- 5. Bezpečnostní systém pro lithiový akumulátor podle nároku 4, vyznačující se tím, že nádoba (2) s havarijní kapalinou je vyrobena ze skla.
- 6. Bezpečnostní systém pro lithiový akumulátor podle kteréhokoliv z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že nádoba (2) s havarijní kapalinou obsahuje dále inertní plyn.
- 7. Bezpečnostní systém pro lithiový akumulátor podle nároku 6, vyznačující se tím, že inertním plynem je argon.
- 8. Lithiový akumulátorový článek obsahující v pouzdru (4) článku elektrodový modul obsahující alespoň jednu negativní elektrodu a alespoň jednu pozitivní elektrodu, kde elektrody jsou odděleny separátorem nasyceným elektrolytem, vyznačující se tím, že obsahuje bezpečnostní systém podle kteréhokoliv z předchozích nároků 1 až 7 umístěný v pouzdru (4) článku.
- 9. Lithiový akumulátorový článek podle nároku 8, vyznačující se tím, že materiálem (5) negativní elektrody je kovové Li a materiálem (8) pozitivní elektrody je V2O5 nebo směs V2O5 a grafenu.
- 10. Lithiový akumulátorový článek podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že elektrodový modul je tvořen elektrodovým pásem (1), který obsahuje jeden pás negativní elektrody a dva pásy pozitivní elektrody, které jsou vzájemně slisovány, přičemž materiál (5) negativní elektrody je zalisován mezi dva sběrače (6) proudu negativní elektrody, materiál (8) pozitivní elektrody je zalisován mezi dva sběrače (9) proudu pozitivní elektrody, a na vnitřní stranu pásu pozitivní elektrody, která přiléhá k negativní elektrodě, je nalisován vnitřní separátor (7), a na vnější stranu je nalisován vnější separátor (10), přičemž separátory (7, 10) jsou nasyceny elektrolytem, a sběrače (6, 9) proudu jsou propojeny na příslušné póly na pouzdru (4) článku, přičemž elektrodový pás je harmonikově složen do sloupce.
- 11. Lithiový akumulátorový článek podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že materiálem vnitřního separátoru (7) i vnějšího separátoru (8) je polyolefinová porézní fólie nebo porézní vrstva z netkaných skleněných nebo keramických vláken, přičemž vnější separátor (8) navíc obsahuje na jedné straně vrstvu AI fólie.
- 12. Lithiový akumulátorový článek podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že pouzdro článku obsahuje pevné vnější pouzdro (4), vnitřní pouzdro (11) vyrobené z pružného materiálu a expanzní prostor (12) mezi vnějším pouzdrem (4), a vnitřním pouzdrem (11).2 výkresy-6CZ 33343 UISeznam vztahových značek:1 elektrodový pás2 nádoba s havarijní kapalinou3 rozbuška4 vnější pouzdro5 materiál negativní elektrody6 sběrač proudu negativní elektrody7 vnitřní separátor8 materiál pozitivní elektrody9 sběrač proudu pozitivní elektrody10 vnější separátor11 vnitřní pouzdro12 expanzní prostor13 pružný materiál.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-35634U CZ33343U1 (cs) | 2018-11-20 | 2018-11-20 | Bezpečnostní systém lithiového akumulátoru a lithiový akumulátor opatřený tímto systémem |
| PCT/CZ2019/050028 WO2019233505A1 (en) | 2018-06-07 | 2019-06-06 | Lithium accumulator provided with a safety system |
| DE212019000298.6U DE212019000298U1 (de) | 2018-06-07 | 2019-06-06 | Lithium-Akkumulator mit einem Sicherheitssystem |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2018-35634U CZ33343U1 (cs) | 2018-11-20 | 2018-11-20 | Bezpečnostní systém lithiového akumulátoru a lithiový akumulátor opatřený tímto systémem |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ33343U1 true CZ33343U1 (cs) | 2019-11-05 |
Family
ID=68465444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2018-35634U CZ33343U1 (cs) | 2018-06-07 | 2018-11-20 | Bezpečnostní systém lithiového akumulátoru a lithiový akumulátor opatřený tímto systémem |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ33343U1 (cs) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202021103671U1 (de) | 2021-03-26 | 2021-10-04 | EXIMPO, akciová spolecnost | Lithium-Akkuzelle mit erhöhter Brand- und Umweltsicherheit |
-
2018
- 2018-11-20 CZ CZ2018-35634U patent/CZ33343U1/cs not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202021103671U1 (de) | 2021-03-26 | 2021-10-04 | EXIMPO, akciová spolecnost | Lithium-Akkuzelle mit erhöhter Brand- und Umweltsicherheit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6352870B2 (ja) | 電気化学素子およびその製造方法 | |
| KR101958070B1 (ko) | 비수 전해질 이차 전지 및 그 제조 방법 | |
| US5714277A (en) | Secondary battery | |
| JP5039866B2 (ja) | 電池パック | |
| JP5099938B1 (ja) | 非水電解質二次電池用セパレータ、その製造方法および非水電解質二次電池 | |
| KR101123061B1 (ko) | 향상된 안전성의 이차전지 | |
| EP2677590B1 (en) | Separator, preparation method thereof, and electrochemical device comprising same | |
| KR19980063266A (ko) | 밀폐형 전지의 부재를 회수하는 방법 및 장치 | |
| DE102010038308A1 (de) | Lithium-Zellen und -Batterien mit verbesserter Stabilität und Sicherheit, Verfahren zu ihrer Herstellung und Anwendung in mobilen und stationären elektrischen Energiespeichern | |
| JP5573474B2 (ja) | 電池の製造方法 | |
| KR102673075B1 (ko) | 이차전지 및 이를 포함하는 이차전지 모듈 | |
| JP4367951B2 (ja) | 非水二次電池 | |
| JPH06283206A (ja) | マイクロカプセル含有電池 | |
| KR20080041717A (ko) | 내부 단락시의 안전성이 우수한 대용량 이차 전지 및 그의제조 방법 | |
| JPWO2015136688A1 (ja) | 非水電解液二次電池及び電池パック | |
| WO2012137618A1 (ja) | 溶融塩電池 | |
| KR20210022098A (ko) | 분리막, 분리막을 포함하는 전기화학 디바이스 및 분리막을 제조하는 방법 | |
| KR20150012853A (ko) | 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 플렉서블 이차 전지 | |
| JP2022139497A (ja) | 二次電池の製造方法および二次電池組立体 | |
| CZ33343U1 (cs) | Bezpečnostní systém lithiového akumulátoru a lithiový akumulátor opatřený tímto systémem | |
| KR20230164111A (ko) | 저전압 희생 전극 | |
| KR20170058068A (ko) | 파우치 외장재 및 이를 포함하는 이차전지 | |
| CZ31991U1 (cs) | Svitkový lithiový akumulátorový článek s vysokou bezpečností a vysokou kapacitou | |
| WO2019233505A1 (en) | Lithium accumulator provided with a safety system | |
| KR102712535B1 (ko) | 이차전지 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG1K | Utility model registered |
Effective date: 20191105 |
|
| MK1K | Utility model expired |
Effective date: 20221120 |