DE112013002593T5

DE112013002593T5 - Lithium-Ionen-Multizellenbatterien

Info

Publication number: DE112013002593T5
Application number: DE112013002593.0T
Authority: DE
Inventors: c/o A123 Systems LLC Gardner William H.
Original assignee: A123 Systems LLC
Current assignee: A123 Systems LLC
Priority date: 2012-05-21
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2015-02-12
Also published as: JP6297541B2; KR20150047458A; CN104737323B; US20150155596A1; CN104737323A; US10128536B2; JP2015520935A; WO2013177138A1

Abstract

Es werden Lithiumionen-(Li-Ion)-Mehrzellenbatterien bereitgestellt, in denen die Anforderungen für die individuelle Überwachung und Steuerung des Ladens einer jeden Zelle, die Anforderungen für die Überwachung und Steuerung des Ladungsausgleichs und die Einflüsse des wiederholten Ladens und Entladens verbessert werden. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Mehrzellenbatterie ein Konfigurationsmaterial, das im Wesentlichen eine Feuchtigkeitsbarriere bildet.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Multizellenbatterien, und insbesondere Li-Ionen-Multizellenbatterien.
Herkömmliche Lithium-Ionen-(Li-Ion)-Multizellenbatterien benötigen ein Batterie-Managementsystem zur Vermeidung von Überladung, Unterladung und anderen Schwierigkeiten und zum Ausgleichen von Zellen, um Ladezustandsdiskrepanzen zu beseitigen. Da die Spannungsmenge einer Multizelle und die Anzahl der Zellen zunehmen, nimmt auch das Potential für Diskrepanzen in herkömmlichen Multizellenbatterien zu, da in einer Reihenkonfiguration einige der Zellen mit einer höheren Spannung geladen werden können als andere. Es besteht ein Bedarf für die Ausbildung einer Multizellenbatterie, die die Anforderung für die Überwachung und Steuerung des Ausgleichens während des Ladevorgangs und das Laden verbessert.
Durch das Einführen oder das Auswerfen der Lithium-Ionen in die und aus den Einlagerungsräumen während des Ladens und Entladens neigen Elektrodenmaterialien in Lithium-Ionen-Zellen dazu, sich auszudehnen oder zusammenzuziehen. Werden die Zellen wiederholt geladen und entladen, kann die Elektrodenstruktur geschwächt und dadurch die Haftung an dem Stromabnehmer verringert werden. Die Verringerung der Haftung kann die Batterielebensdauer reduzieren. Es besteht auch ein Bedarf für die Ausbildung einer Multizellenbatterie, die die Einflüsse des wiederholten Ladens und Entladens verbessert.
Ein Spritzgießverfahren bildet ein relativ kostengünstiges Herstellungsverfahren. Viele der beim Spritzgießen verwendeten Materialien sind jedoch für Wasserdampf und organische Lösungsmitteldämpfe durchlässig. Die Übertragung von Feuchtigkeit in eine Lithium-Ionen-Batterie und Elektrolytdampf aus einer Lithium-Ionen-Batterie kann die Leistung und die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigen. Es besteht auch ein Bedarf für die Ausbildung einer Multizellenbatterie, die eine im Wesentlichen eine Feuchtigkeitsbarriere enthält.
Aufgrund der chemischen Kompatibilität und Korrosionsprobleme sind die Verbinder, die an den Anode-(–)- oder Kathode-(+)-Elektroden in einer Lithium-Ionen-Batterie befestigt sind, auf wenige Metallarten beschränkt. In einer Multizellenbatterie werden Ausgestaltungen für einen Verbinder zum Verbinden einer positiven Elektrode mit einer negativen Elektrode benötigt.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Es sind Ausführungsformen der Lithium-Ionen-(Li-Ion)-Multizellenbatterien offenbart. In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen werden die Anforderungen für die individuelle Überwachung und Steuerung des Ladens einer jeden Zelle und für die Überwachung und Steuerung des Ladungsausgleichs verbessert. In einer oder mehreren der offenbarten Ausführungsformen werden die Einflüsse des wiederholten Ladens und Entladens verbessert. In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Multizellenbatterie ein Konfigurationsmaterial, das im Wesentlichen eine Feuchtigkeitsbarriere bildet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung einen Behälter mit einer Anzahl von Zellenhohlräumen, eine Anzahl von elektrochemischen Anordnungen, wobei jede elektrochemische Anordnung umhüllt ist, wobei eine der umhüllten elektrochemischen Anordnungen in jedem der Zellenhohlräume angeordnet ist, wobei jede der elektrochemischen Anordnungen eine positive Elektrode und eine negative Elektrode und ein Trennmaterial zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode umfasst. Die Multizellenbatterie dieser Ausführungsform enthält auch ein Elektrolyt in jeder der Zellenhohlräume, wobei das Elektrolyt ein Lithiumsalz und ein Redox-Shuttle umfasst, wobei das Elektrolyt und die Elektroden so gewählt sind, während des Batteriebetriebs jede elektrochemische Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen mit einer vorbestimmter Spannung zu versorgen, wobei das Redox-Shuttle so gewählt ist, im Wesentlichen Shuttle-Operationen durchzuführen, wenn die Spannung an jeder elektrochemischen Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen eine andere vorbestimmte Spannung erreicht, und eine Abdeckung, die an dem Behälter angeordnet ist, wobei die Abdeckung dauerhaft an dem Behälter angebracht ist, um eine im Wesentlichen hermetische Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Behälter zu bilden, wobei die Abdeckung eine Dichtung zwischen jedem Zellenhohlraum bildet.
Andere Ausführungsformen der Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls offenbart.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, zusammen mit anderen und weiteren Aufgaben derselben, wird auf die beigefügten Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung Bezug genommen, und deren Umfang wird in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a, 1b, 1c zeigen schematische graphische Darstellungen von Ausführungsformen einer umhüllten elektrochemischen Anordnung, die in einer oder mehreren Ausführungsformen der Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2a und 2b zeigen schematische graphische Darstellungen einer Ausführungsform eines bimetallischen Verbindungsanschlusses, der in einer oder mehreren Ausführungsformen der Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
3a und 3b zeigen schematische graphische Darstellungen einer Ausführungsform der Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung; und
4a bis 4c stellen Querschnittansichten von Ausführungsformen des Behälters dar, der in einer oder mehreren Ausführungsformen der Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung umfasst die derzeit bevorzugten Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Erfindung. Die Beschreibung soll nicht als Einschränkung angesehen werden, sondern dient lediglich der Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Erfindung, da der Schutzumfang der Erfindung am besten durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Die hierin verwendeten Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der, die, das” umfassen auch die Pluralformen, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Werte, die Mengen von Bestandteilen, Reaktionsbedingungen usw., die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, ausdrücken, in allen Fällen so zu verstehen, wie wenn sie zudem den Begriff „etwa” aufweisen würden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird die folgende Definition gegeben.
Der hierin verwendete Ausdruck ”Redox-Shuttle” betrifft einen elektrochemisch reversiblen Anteil, der beim Laden einer Lithium-Ionen-Zelle an der positiven Elektrode der Zelle oxidieren, zu der negativen Elektrode der Zelle wandern, an der negativen Elektrode zur Umformung der nicht oxidierten (oder weniger oxidierten) Shuttle-Arten reduziert werden und zurück zu der positiven Elektrode wandern kann.
Die Ausführungsformen der Lithium-Ionen-(Li-Ion)-Multizellenbatterien sind hierin nachstehend offenbart. In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen werden die Anforderungen für die individuelle Überwachung und Steuerung des Ladens einer jeden Zelle und für die Überwachung und Steuerung des Ladungsausgleichs verbessert. In einer oder mehreren der der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Einflüsse des wiederholten Ladens und Entladens verbessert. In einer oder mehreren der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst die Multizellenbatterie ein Konfigurationsmaterial, das im Wesentlichen eine Feuchtigkeitsbarriere bildet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Multizellenbatterie der vorliegenden Lehren einen Behälter mit einer Anzahl von Zellenhohlräumen, eine Anzahl von elektrochemischen Anordnungen, wobei jede elektrochemische Anordnung umhüllt ist, wobei eine der umhüllten elektrochemischen Anordnungen in jedem der Zellenhohlräume angeordnet ist, wobei jede der elektrochemischen Anordnungen eine positive Elektrode und eine negative Elektrode und ein Trennmaterial zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode umfasst. Die Multizellenbatterie dieser Ausführungsform enthält auch ein Elektrolyt in jeder der Zellenhohlräume, wobei das Elektrolyt ein Lithiumsalz und ein Redox-Shuttle umfasst, wobei das Elektrolyt und die Elektroden so gewählt sind, während des Batteriebetriebs jede elektrochemische Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen mit einer vorbestimmter Spannung zu versorgen, wobei das Redox-Shuttle so gewählt ist, im Wesentlichen Shuttle-Operationen durchzuführen, wenn die Spannung an jeder elektrochemischen Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen eine andere vorbestimmte Spannung erreicht, und eine Abdeckung, die an dem Behälter angeordnet ist, wobei die Abdeckung dauerhaft an dem Behälter angebracht ist, um eine im Wesentlichen hermetische Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Behälter zu bilden, wobei die Abdeckung eine Dichtung zwischen jedem Zellenhohlraum bildet.
Durch das Einbringen des Redox-Shuttles in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Multizellenbatterie als Multizellenanordnung geladen (gebildet) werden, anstatt jede einzelne Zelle einzeln zu überwachen und zu laden. Das Einbringen eines elektrochemischen Shuttles verringert im Wesentlichen auch die Notwendigkeit, die Erfindung in Form von mehreren elektrischen Durchführungen zur Bereitstellung einer Spannungsüberwachung und in Form von Stromzuführungen zu jeder umhüllten elektrochemischen Anordnung zur Durchführung eines „Ausgleichs” der Ladung zu verkomplizieren.
Beispielhafte Ausführungsformen des Redox-Shuttles, wobei diese Lehren nicht nur auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sind in dem am 12. Oktober 2010 erteilten US Patent Nr. 7,811,710 sowie in dem am 14. Dezember 2010 erteilten US-Patent Nr. 7,851,092 mit dem Titel ”Redox shuttle for overcharge portection of lithium batteries” offenbart, die beide durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit für sämtliche Zwecke aufgenommen sind.
In einem Fall umfasst das Redox-Shuttle eine aromatische Verbindung mit wenigstens einem aromatischen Ring mit vier oder mehr elektronegativen Substituenten, zwei oder mehreren Sauerstoffatomen, die an den aromatischen Ring gebunden sind und keinen Wasserstoffatomen, die an den aromatischen Ring gebunden sind.
In einer oder mehreren Ausführungsformen sind eine Anzahl von Schienenverbindungselementen fest an der jeweils einen positiven Elektrode und der jeweils einen negativen Elektrode in jeder elektrochemischen Anordnung angebracht; wobei wenigstens ein Schienenverbindungselement an jede positive Elektrode angebracht ist und wenigstens eine weiteres Schienenverbindungselement an jede negative Elektrode angebracht ist.
In einer oder mehreren Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, wird das Erfordernis eines Batterie-Managementsystems, das zum Ausgleichen von Zellen in einer Multizellenbatterie verwendet wird, vermieden, indem eine Anzahl von elektrochemischen Anordnungen bereitgestellt wird, wobei jede elektrochemische Anordnung in einem Zellenhohlraum aus einer Anzahl von Zellenhohlräumen angeordnet ist, wobei jede der elektrochemischen Anordnungen eine positive Elektrode und eine negative Elektrode und ein Trennmaterial zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode aufweist, und
indem eine Elektrolyt in jedem der Zellenhohlräume bereitgestellt wird, wobei das Elektrolyt ein Lithiumsalz und ein Redox-Shuttle enthält; wobei das Elektrolyt und die Elektroden so gewählt sind, während des Batteriebetriebs jede elektrochemische Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen mit einer vorbestimmter Zellenspannung zu versorgen. Das Redox-Shuttle ist so gewählt, um im Wesentlichen Shuttle-Operationen durchzuführen, wenn die Spannung an jeder elektrochemischen Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen eine andere vorbestimmte Spannung erreicht. Die Zellen werden durch Aufrechterhalten der Batteriespannung auf einer vorbestimmten Ausgleichsspannung für eine vorbestimmte Zeit ausgeglichen. In einem oder mehreren Fällen werden die Ausführungsformen der hierin zuvor offenbarten Redox-Shuttle in Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst jede elektrochemische Anordnung eine im Wesentlichen spiralförmig gewickelte elektrochemische Anordnung (auch als ”jelly roll” bezeichnet). 1a zeigt eine grafische Darstellung einer Jelly-Roll-Anordnung. Unter Bezugnahme auf 1a weist die Jelly-Roll-Anordnung 15 eine im Wesentlichen spiralförmig gewickelten elektrochemische Anordnung mit einer positiven Elektrode 20, einem oder mehreren Separatoren 25 und einer negativen Elektrode 30 auf.
Es sei angemerkt, dass die in 1a gezeigte Struktur nur zu Illustrationszwecken gezeigt ist und dass die Jelly-Roll-Anordnung eine Abänderung des in 1a gezeigten sein kann, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, eine gewickelte Jelly-Roll-Anordnung mit flacher Hülle. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in 1a gezeigte Struktur und andere Konfigurationen einer elektrochemischen Anordnung, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, eine elektrochemische Prismenanordnung, eine beutelförmige elektrochemische Anordnung, eine Z-gefaltete Stapelkonfiguration oder andere Arten von elektrochemischen Anordnungen, beschränkt sind. In einem Fall kann die Z-gefaltete Ausgestaltung (siehe zum Beispiel die am 3. März 2005 veröffentlichte US-Patentanmeldung 20050048361 sowie die am 27. März 2006 veröffentlichte US-Patentanmeldung 20060088759, die beide durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit für sämtliche Zwecke aufgenommen sind) eine nachgiebige Schicht aufweisen, die sich in Querschnittsdicke verjüngt, um eine sich verjüngende Unteranordnung zu erzeugen, die der Entformungsschräge von einem Gehäuse entspricht (wie beispielsweise ein Kunststoffgehäuse).
In einem Beispiel weist die im Wesentlichen spiralförmig gewickelte elektrochemische Anordnung eine Innenfläche und eine Außenfläche auf, wobei die Innenfläche einen zentralen Raum definiert; und wobei der zentrale Raum im Wesentlichen mit einem nachgiebigen Material gefüllt ist, wobei das nachgiebige Material ein elastisches Verhalten aufweist. Die in 1a gezeigte elektrochemische Anordnung weist eine Außenfläche 35 und eine Innenfläche 40 auf, wobei die Innenfläche 40 einen Innenraum 45 definiert. In einem anderen Fall ist das nachgiebige Material aus einem flexiblen und inerten Polymer gebildet. In einer Ausführungsform, wobei die vorliegende Erfindung nicht nur auf diese Ausführungsform beschränkt ist, ist das nachgiebige Material ein flexibles und inertes Polymer. In einem Fall umfasst das flexible und inerte Polymer Polyisobutylen. Obwohl es nicht gewünscht ist, sich an eine Theorie zu binden, übt gemäß einer Erklärung das nachgiebige Material, nach dem Füllen der Batterie mit einem Elektrolyt und anschließendem elektrischen Zyklisieren je nach Verwendung, wobei beide typischerweise ein Ausdehnen oder ein leichtes sich voneinander Trennen der Elektrodenbeschichtungen bewirken, Kompressionsdruck auf die Jelly-Roll-Anordnung aus. Zur Gewährleistung einer optimalen Lebensdauer des Produkts, ist es wünschenswert, einen gewissen Grad an Kompressionsdruck auf die Elektrodenschichten aufrechtzuerhalten, um diese fest zusammenzuhalten.
In einer anderen Ausführungsform ist die Außenfläche 35 der im Wesentlichen spiralförmig gewickelten elektrochemischen Anordnung mit Bezug auf eine Mittelachse 50 der im Wesentlichen spiralförmig gewickelten elektrochemischen Anordnung geneigt (bei einem Winkel θ 47), wobei die Neigung eine Verjüngung bildet, wobei die Verjüngung so gewählt ist, dass sie im Wesentlichen gleich einer Verjüngung der Wände eines jeden Zellenhohlraums ist.
Die Verjüngung kann gebildet werden, wenn die Jelly-Roll auf einen Dorn mit einer leichten Verjüngung gewickelt wird (etwa 5 Grad in einer beispielhaften Ausführungsform, wobei diese Lehren nur auf diese Ausführungsbeispiel beschränkt sind), wobei sich der breiteste Abschnitt mit der Oberseite der Batterieanordnung überschneidet und sich der schmalste Abschnitt mit dem Boden der Batterieanordnung überschneidet. In einem Fall ist die Verjüngung derart ausgebildet, dass diese im Wesentlichen mit einer in dem Kunststoffgehäuse ausgebildeten Verjüngung übereinstimmt. Typischerweise werden die Spritzgussteile in der Richtung, in der sich die Form öffnet und schließt, um eine schnelle Durchlaufzeit und einfache Entnahme aus der Form zu ermöglichen, abgeschrägt. Eine Verjüngung (auch als „Konizität”, engl. ”draft” bezeichnet) von etwa 5 Grad ist üblich, obwohl anzumerken ist, dass diese Lehren nicht nur auf dieses typische Beispiel beschränkt sind. 1b veranschaulicht die auf einem Dorn 55 gewickelte Jelly-Roll-Anordnung 15. 1c zeigt die Jelly-Roll-Anordnung 15 mit dem nachgiebigen Material 60, das in dem Innenraum 45 angeordnet ist.
In einem Fall umfasst das flexible und inerte Polymer Polyisobutylen. Es sei angemerkt, dass ähnliche flexible und inerte Polymere auch im Umfang dieser Lehren liegen.
In der Ausführungsform der Multizellenbatterie der hierin zuvor offenbarten vorliegenden Erfindung ist eine Anzahl von Schienenverbindungselementen (die auch als Stromschienen bezeichnet werden) fest an der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in wenigstens einigen der elektrochemischen Anordnungen befestigt. Wenigstens ein Schienenverbindungselement ist fest an jeder positiven Elektrode angebracht und wenigstens ein anderes Schienenverbindungselement ist fest an jeder negativen Elektrode angebracht. In einem Fall weist die positive Elektrode (Kathode) eine Aluminiumfolie als Stromabnehmer auf und die negative Elektrode (Anode) weist eine Kupferfolie als Stromabnehmer auf. In diesem Fall, wobei diese Lehren nicht nur auf diese Fälle beschränkt sind, sind die mit der Kupferanodenfolie verbundenen Sammelschienen aufgrund ihrer inhärenter Unfähigkeit, mit Lithium eine Legierung einzugehen, und ihres inhärenten niedrigen spezifischen elektrischen Widerstands vorzugsweise aus Kupfer hergestellt. Die mit der Aluminiumkathodenfolie verbundenen Sammelschienen sind aufgrund ihrer inhärenten Korrosionsbeständigkeit an dem positiven Potential der internen Lithium-Ionen-Batterieumgebung vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. In anderen Fällen sind die Stromschienen, die an den Anode-(–)- bzw. Kathode-(+)-Elektroden in einer Lithium-Ionen-Batterie befestigt sind, auf wenige Metallarten beschränkt, die im Hinblick auf die chemische Kompatibilität und zur Vermeidung von Korrosionsproblemen ausgewählt werden. Die Sammelschienen werden anhand eines von mehreren Schweißverfahren, einschließlich eines Laserschweißverfahrens und eines Ultraschallschweißverfahrens, mit den elektrochemischen Anordnungen verschweißt. Es werden herkömmliche Schienenschweißverfahren beim Verschweißen der Sammelschienen mit der elektrochemischen Anordnung angewendet.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird wenigstens ein Teil der elektrochemischen Anordnungen in Reihe geschaltet, und die Batterie der vorliegenden Erfindung umfasst wenigstens einen bimetallischen Verbindungsanschluss, der die positive Elektrode in einer elektrochemischen Anordnung mit der negativen Elektrode in einer anderen elektrochemischen Anordnung verbindet, um einer elektrochemischen Anordnung mit einer anderen elektrochemischen Anordnung in Reihe zu schalten. Ein Abschnitt des bimetallischen Verbindungsanschlusses umfasst ein Metall, das mit der positiven Elektrode kompatibel ist, und ein Abschnitt des bimetallischen Verbindungsanschlusses umfasst ein anderes Metall, das mit der negativen Elektrode kompatibel ist. Die beiden Abschnitte sind miteinander elektrisch wirkverbunden.
In einem Fall sind außen freiliegende Oberflächen des bimetallischen Verbindungsanschlusses im Wesentlichen mit einem elektrolytbeständigen Material abgedeckt. Ein hierin verwendetes ”elektrolytbeständiges Material” ist ein Material, das im Wesentlichen einen Kontakt mit dem Elektrolyt an einem elektrischen Potential, das entweder Korrosion oder eine chemische Veränderung verursacht, verhindert. In dem Fall, in dem die positive Elektrode (Kathode) eine Aluminiumfolie als Stromabnehmer aufweist und die negative Elektrode (Anode) eine Abdeckung als Stromabnehmer aufweist, wobei diese Lehren nicht nur auf das Beispiel beschränkt sind, verhindert das elektrolytbeständige Material Kontakt mit dem Elektrolyt und dem Potential, das entweder das Kupfer korrodiert oder bewirkt, dass das Aluminium mit dem Lithium eine Legierung eingeht.
In einer Ausführungsform umfasst das elektrolytbeständige Material ein elektrolytbeständiges Polymer.
In einem Fall umfasst das elektrolytbeständige Polymer Polypropylen. In einem anderen Fall umfasst das elektrolytbeständige Material Polyisobutylen.
2a und 2b zeigen Ausführungsformen des bimetallischen Verbindungsanschlusses 75 der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 2a ist in der hierin gezeigten Ausführungsform einen Abschnitt 70 aus einem ersten metallischen Material (das gekennzeichnete Material A) neben einem anderen Abschnitt 80 aus einem zweiten metallischen Material (das gekennzeichnete Material B) angeordnet und mit diesem elektrisch wirkverbunden. Wenigstens ein Teil des bimetallischen Verbindungsanschlusses 75 ist mit einem elektrolytbeständigen Material 85 bedeckt. 2b zeigt eine Querschnittansicht des durch DD' gekennzeichneten Querschnitts in 2a. Der Abschnitt des bimetallischen Verbindungsanschlusses 75, der mit dem elektrolytbeständigen Material 85 bedeckt ist, ist zur Veranschaulichung in den 2a und 2b dargestellt, und weitere Konfigurationen liegen im Umfang dieser Lehren.
Ein Ausführungsbeispiel der Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung ist in den 3a und 3b gezeigt. Bezugnehmend auf 3a umfasst in der darin gezeigten Ausführungsform die Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung einen Behälter 105 mit einer Anzahl von Zellhohlräumen 110. Die Wände eines jeden Zellenhohlraums können in einem Fall strukturell verstärkt werden, um den Spannungen aufgrund der Elektrodenausdehnungen, die durch das Zyklisieren erzeugt werden, zu widerstehen. In einem Fall, wobei diese Lehren nicht nur auf das Beispiel beschränkt sind, ist das Gehäuse aus einem Polymer gebildet. In einem Fall, wobei diese Lehren nicht nur auf diesen Fall beschränkt sind, umfasst das Polymer Polypropylen (andere potentiell brauchbare Polymere umfassen Polyester und Polyethylen). Die in 3a gezeigte Ausführungsform weist auch eine Anzahl von umhüllten elektrochemischen Anordnungen 115 auf, wobei jede umhüllte elektrochemische Anordnung 115 in einem der Hohlräume 110 angeordnet ist. Jede elektrochemische Anordnung weist eine positive Elektrode und eine negative Elektrode und eine oder mehrere Trennmaterialien auf, wobei ein Trennmaterial zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode angeordnet ist (siehe 1a). In einem Fall, wobei diese Lehre nicht nur auf dieses Beispiel beschränkt ist, ist die umhüllte elektrochemische Anordnung eine im Wesentlichen spiralförmig gewickelte elektrochemische Anordnung (auch als ”Jelly Roll”-Anordnung bezeichnet). In einem Fall wird die Jelly-Roll-Anordnung während der Herstellung aufgewickelt, so dass die Außenfläche der Jelly-Roll-Anordnung eine Verjüngung aufweist, wobei die Verjüngung so gewählt ist, dass sie der während der Herstellung an den Wänden eines jeden Hohlraums gebildeten Verjüngung entsprechen (siehe 1b).
Die Sammelschienen 120 sind fest an der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in wenigstens einigen der elektrochemischen Anordnungen (an eine positive Elektrode und eine negative Elektrode in der gezeigten Ausführungsform) befestigt. Die bimetallischen Verbindungsanschlüsse 125 gewährleisten eine Reihenschaltung zwischen den positiven und negativen Elektroden benachbarter elektrochemischer Anordnungen. Die Anschlussstifte 130 sind fest an die Sammelschienen 120 angebracht. Ein Anschlussstift 130 ist an eine positive Elektrode angebracht und ein weiterer Anschlussstift 130 ist an eine andere Sammelschiene 120, der an eine negative Elektrode angebracht ist, befestigt. Der positive Anschlussstift umfasst vorzugsweise einen Aluminiumstift, ist aber nicht darauf beschränkt. Der negative Anschlussstift umfasst vorzugsweise einen Kupfer-, Messing- oder Bronzestift, ist aber nicht darauf beschränkt.
Eine Abdeckung 135 ist über dem Behälter 105 angeordnet. In der in 3a gezeigten Ausführungsform weist die Abdeckung 135 zwei Anschlüsse 150 auf, wobei die Anschlüsse 150 ausgebildet sind, die Stifte 130 aufzunehmen, wobei jeder Anschluss aus einem Material hergestellt ist, das mit dem Material eines der Stifte 130 kompatibel ist. In der in 3a gezeigten Ausführungsform weist die Abdeckung 135 eine Anzahl von Einfüllöffnungen 140 auf, wobei jede Einfüllöffnung 140 so angeordnet ist, um das Einbringen eines Elektrolyts in jeden Zellenhohlraum 110 zu ermöglichen. Es sollte angemerkt werden, dass Ausführungsformen der Abdeckung 135, die keine Einfüllöffnungen 140 aufweisen, auch innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. (Zum Beispiel jene Ausführungsformen, bei denen die elektrochemischen Anordnungen 115, in denen ein ”Beutelzellen”-Aufbau für jede elektrochemische Anordnung verwendet wird, keine Einfüllöffnungen in der Abdeckung 135 benötigen.) In der in 3a gezeigten Ausführungsform weist die Abdeckung 135 eine Anzahl von Stopfen 145 auf. Jeder Stopfen 145 ist so konfiguriert, dass er eine der Einfüllöffnungen 140 ausfüllt und wird presseingepasst, um eine hermetische Abdichtung über der Einfüllöffnung 140 zu bilden. In einer Ausführungsform umfasst der Stopfen 145 eine Anzahl von Schichten aus metalllaminiertem Polymer, in einem Fall ein Polymer-Aluminium-Laminat. In einem Fall wird der Stopfen 145 mittels einer Heizplatte presseingepasst, um eine hermetische Abdichtung über der Einfüllöffnung zu erhalten. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Stopfen 140 ein Polymer-Aluminium-Laminat aus etwa fünf Schichten, ähnlich dem, das in dem Beutelmaterial für die elektrochemischen Anordnungen mit Lithium-Ionen-Beutelzelle verwendet wird. In einem Fall weist die Abdeckung 135 eine innere Metallschicht auf, die im Wesentlichen als Barriere für Feuchtigkeit dient. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Metallschicht eine Aluminiumschicht.
3b zeigt eine zusammengebaute Multizellenbatterie. Die Abdeckung 135 ist dauerhaft an dem Behälter 105 angebracht. In einer Ausführungsform ist die Abdeckung 135 durch ein Schweißverfahren dauerhaft befestigt, bei dem sowohl die Abdeckung als auch der Behälter einer erhitzten Platte (die über dem Schmelzpunkt des Materials in der Abdeckung und dem Behälter erhitzt wird) ausgesetzt und danach zusammengedrückt werden, um eine hermetische Abdichtung zu bilden. In einem Fall ist die Abdeckung ausgebildet, um eine im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen jedem dieser Zellhohlräume zu bilden. In der in 3 gezeigten Ausführungsform werden eine im Wesentlichen hermetische Abdichtung und eine Verbindung mit niedrigem Widerstand zwischen den Anschlüssen 150 und den Stiften 130 gebildet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Schweißverbindung, Hartlöten oder Weichlöten verwendet, um die im Wesentlichen hermetische Abdichtung und eine Verbindung mit geringem Widerstand zu bilden. Laserschweißen, TIG-Schweißen, MIG-Schweißen bilden typische Schweißverfahren, die in dem Ausführungsbeispiel verwendet werden können.
In einer Ausführungsform umfasst der Behälter eine Schicht aus leitendem Material, die im Wesentlichen eine Barriere für Feuchtigkeit und Dämpfe bildet. In einem Beispiel ist die Schicht aus leitendem Material innerhalb der Wände des Behälters eingebettet. (In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Schicht aus leitfähigem Material eine Aluminiumschicht und die Schicht ist mehr als 50 Mikrometer dick.) In einem anderen Fall ist die Schicht aus leitfähigem Material auf den Außenflächen des Behälters ausgebildet. (In diesem Fall kann die Schicht aus leitendem Material auf den Außenflächen ausgebildet werden, eine Folie auf den Außenflächen aufgebracht oder ein Gehäuse an den Außenflächen ausgebildet werden.) In noch einem anderen Fall ist die Schicht aus leitfähigem Material auf Innenflächen des Behälters angeordnet. In einer anderen Ausführungsform wird ein Trockenmittel im Inneren eines jeden Zellenhohlraums angeordnet. In einem Fall wird das Trockenmittel verwendet, um ferner sicherzustellen, dass im Wesentlichen in keinem Zellenhohlraum Feuchtigkeit auftritt.
4a zeigt eine Querschnittansicht des Behälters mit einer Schicht aus leitendem Material 160, die innerhalb der Wände des Behälters 105 eingebettet ist. 4b zeigt eine Querschnittansicht des Behälters 105 mit einer Schicht aus leitfähigem Material 165, die an den Außenflächen des Behälters 105 angeordnet ist. Trockenmittel-Komponenten 170 sind in jedem der Zellenhohlräume 110 dargestellt. 4c zeigt eine Querschnittansicht des Behälters mit einer Schicht aus leitfähigem Material 175, die an den Innenflächen des Behälters 105 angeordnet ist. In der Ausführungsform der Multizellenbatterie, die der Ausführungsform der Schicht aus leitendem Material in 4c entspricht, weist die elektrochemische Anordnung eine äußere Schutzschicht (155, 3a) auf, um einen Kontakt zwischen der äußeren Elektrodenfolie und der leitfähigen Schicht zu verhindern.
In einer oder mehreren Ausführungsformen wird eines oder beide der Elektrodenmaterialien in der elektrochemischen Anordnung ausgewählt, um gewünschte Eigenschaften, wie zum Beispiel, aber nicht darauf beschränkt, eine hohe Ladestromfähigkeit, eine hohe Energie und /oder eine gewünschte Zellspannung zu erhalten. Beispielsweise werden Strukturen undMaterialien mit vorteilhaften Eigenschaften in dem am 25. August 2009 erteilten US-Patent Nr. 7,579,112 , dem am 4. März 2008 erteilten US-Patent mit der Seriennummer 7,338,734 , dem am Mai 10 2011 erteilten US-Patent mit der Seriennummer 7,939,201 und dem am 15. November 2011 erteilten US-Patent Nr. 8,057,936 beschrieben, die alle hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit und für sämtliche Zwecke aufgenommen sind. In einem Fall umfasst die positive Elektrode in jeder umhüllten elektrochemischen Anordnung eine Olivinverbindung mit einer Zusammensetzung Li_xM'_yM''_a (PO₄) und eine vorbestimmte Oberflächenfläche (wenigstens etwa 15 m 2/g in einem Fall), wobei M wenigstens Eisen aufweist, M'' ein Übergangsmetall der ersten Reihe, ausgewählt aus Ti, V, Cr, Mn, Co und Ni ist, x gleich oder größer als 0 ist und a und y größer als 0 sind. In einem anderen Fall umfasst die positive Elektrode in jeder umhüllten elektrochemischen Anordnung ein Lithium-Übergangsmetallphosphatmaterial mit einer vorbestimmten spezifischen Oberflächenfläche (wenigstens etwa 20 m 2/g in einem Fall) und nur einem Übergangsmetall, wobei das Lithium-Übergangsmetallphosphat und die Oberflächenfläche so gewählt sind, um wenigstens zwei koexistierende Olivinphasen während des Zyklisierens der Batterie zu bilden, wobei die beiden koexistierenden Olivinphasen eine lithiumreiche Übergangsmetallphosphatphase und ein lithiumarme Übergangsmetallphosphatphase umfassen, wobei die prozentuale molare Volumendifferenz zwischen den beiden Phasen weniger als etwa 6,4% beträgt.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Ausführungsformen, die Kathoden auf Oxidbasis umfassen, liegen ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung.
Es sollte beachtet werden, dass in einer in den 3a und 3b dargestellten Ausführungsform, durch geeignete Wahl der Elektrodenmaterialien, eine vorbestimmte Spannung für jede Zelle erhalten werden kann. Durch das Schalten der elektrochemischen Anordnungen in jeder angrenzenden Zelle in Reihe und durch Auswählen einer Anzahl von elektrochemischen Anordnungen, kann eine Multizellenbatterie mit einer vorbestimmten Spannung (beispielsweise 12 Volt, jedoch nicht auf die Lehren beschränkt) erhalten werden. Es kann ein Redox-Shuttle ausgewählt werden, das effektiv den Strom mit dem Separator parallel schalten kann, wenn jede Zelle einer vorbestimmten Spannungsdifferenz ausgesetzt wird. Durch eine derartige Wahl des Redox-Shuttle und der Elektrodenmaterialien kann eine Ausführungsform der in Reihe geschalteten Multizellenbatterie der vorliegenden Erfindung, in der die Zellen durch Halten der Batteriespannung auf einer vorbestimmten Ausgleichsspannung für eine längere Zeitdauer ausgeglichen werden können, erhalten werden.
Zum Zwecke der Beschreibung und Definition der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff ”im Wesentlichen” hierin verwendet wird, den inhärenten Grad einer Abweichung, die einem quantitativen Vergleich, Wert, Messung oder einer anderen Darstellung zugeordnet werden kann, darzustellen. Der Begriff ”im Wesentlichen” wird hierin auch dazu verwendet, den Grad, um den eine quantitative Darstellung von einem festgelegten Bezugswert abweichen kann, darzustellen, ohne eine Änderung in der Grundfunktion des betreffenden Gegenstands zu bewirken.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte bedacht werden, dass die vorliegende Erfindung auch eine Vielzahl von weiteren und anderen Ausführungsformen, die innerhalb des Erfindungsgeistes und Umfangs der beigefügten Ansprüche liegen, umfassen kann.

Claims

Batterie, umfassend: einen Behälter mit einer Anzahl von Zellenhohlräumen; eine Anzahl von elektrochemischen Anordnungen, wobei jede elektrochemische Anordnung umhüllt ist, wobei eine der Anzahl von elektrochemischen Anordnungen in jeder der Anzahl von Zellenhohlräumen angeordnet ist; wobei jede der Anzahl von elektrochemischen Anordnungen umfasst: eine positive Elektrode und eine negative Elektrode; und ein Trennmaterial zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode; ein Elektrolyt in jedem Zellenhohlraum der Anzahl von Zellenhohlräumen, wobei das Elektrolyt ein Lithiumsalz und ein Redox-Shuttle umfasst; wobei das Elektrolyt und die Elektroden so gewählt sind, während des Batteriebetriebs jede elektrochemische Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen mit einer vorbestimmter Spannung zu versorgen; wobei das Redox-Shuttle so gewählt ist, im Wesentlichen Shuttle-Operationen durchzuführen, wenn die Spannung an jeder elektrochemischen Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen eine andere vorbestimmte Spannung erreicht; und eine Abdeckung, die an dem Behälter angeordnet ist; wobei die Abdeckung fest an dem Behälter angebracht ist, um eine im Wesentlichen hermetische Abdichtung zwischen dem Deckel und dem Behälter zu bilden; wobei die Abdeckung eine Dichtung zwischen jedem Zellenhohlraum bildet.
Batterie nach Anspruch 1, wobei das Redox-Shuttle eine aromatische Verbindung mit wenigstens einem aromatischen Ring mit vier oder mehr elektronegativen Substituenten, zwei oder mehreren Sauerstoffatomen, die an wenigstens einen aromatischen Ring gebunden sind, und keinen Wasserstoffatomen, die an wenigstens einen aromatischen Ring gebunden sind, aufweist.
Batterie nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anzahl von Schienenverbindungselementen, die fest an der jeweils einen positiven Elektrode und der jeweils einen negativen Elektrode in jeder elektrochemischen Anordnung angebracht ist; wobei wenigstens ein Schienenverbindungselement fest an der jeweils einen positive Elektrode angebracht ist und wenigstens eine weiteres Schienenverbindungselement fest an der jeweils einen negativen Elektrode angebracht ist.
Batterie nach Anspruch 3, wobei jede elektrochemische Anordnung eine im Wesentlichen spiralförmig gewickelte elektrochemische Anordnung umfasst.
Batterie nach Anspruch 4, wobei die im Wesentlichen spiralförmig gewickelte elektrochemischen Anordnung eine Innenfläche und eine Außenfläche aufweist, wobei die Innenfläche einen zentralen Raum definiert; und wobei der zentrale Raum im Wesentlichen mit einem nachgiebigen Material gefüllt ist, wobei das nachgiebige Material eine elastische Eigenschaft aufweist.
Batterie nach Anspruch 5, wobei das nachgiebige Material ein flexibles und inertes Polymer umfasst.
Batterie nach Anspruch 6, wobei das flexible und inerte Polymer Polyisobutylen umfasst.
Batterie nach Anspruch 4, wobei eine Außenfläche der im Wesentlichen spiralförmig gewickelten elektrochemischen Anordnung in Bezug auf eine Mittelachse der im Wesentlichen spiralförmig gewickelten elektrochemischen Anordnung geneigt ist; wobei die Neigung eine Verjüngung bildet, wobei die Verjüngung so gewählt ist, dass sie im Wesentlichen gleich einer Verjüngung der Wände eines jeden Zellenhohlraums aus der Anzahl der Zellenhohlräume ist.
Batterie nach Anspruch 3, wobei zumindest ein Teil der Anzahl der elektrochemischen Anordnungen in Reihe geschaltet ist; und wobei die Batterie wenigstens einen bimetallischen Verbindungsanschluss umfasst, der die positive Elektrode in einer elektrochemischen Anordnung mit der negativen Elektrode in einer anderen der Anzahl von elektrochemischen Anordnungen verbindet, um die eine elektrochemische Anordnung in Reihe mit der anderen der Anzahl von elektrochemischen Anordnungen zu schalten; wobei ein Abschnitt des wenigstens einen bimetallischen Verbindungsanschlusses ein Metall aufweist, das mit der positiven Elektrode kompatibel ist, und ein anderer Abschnitt des bimetallischen Verbindungsanschlusses ein anderes Metall aufweist, das mit der negativen Elektrode kompatibel ist; wobei der eine Abschnitt mit dem anderen Abschnitt elektrisch wirkverbunden ist.
Batterie nach Anspruch 9, wobei außen freiliegende Oberflächen des wenigstens einen bimetallischen Verbindungsanschlusses im Wesentlichen mit einem elektrolytbeständigen Material bedeckt sind.
Batterie nach Anspruch 10, wobei das elektrolytbeständige Material ein elektrolytbeständiges Polymer umfasst.
Batterie nach Anspruch 11, wobei das elektrolytbeständige Polymer Polypropylen umfasst.
Batterie nach Anspruch 1, wobei der Behälter eine Schicht aus leitendem Material umfasst, die im Wesentlichen eine Barriere für Feuchtigkeit und Dampf bildet.
Batterie nach Anspruch 13, wobei die Schicht aus leitfähigem Material innerhalb der Wände des Behälters eingebettet ist.
Batterie nach Anspruch 14, wobei die Schicht aus leitfähigem Material auf Außenflächen des Behälters angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 14, wobei die Schicht aus leitfähigem Material auf Innenflächen des Behälters angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 13, die ferner eine Trockenmittel-Komponente, die innerhalb eines jeden Zellenhohlraums angeordnet ist, umfasst.
Batterie nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung eine Schicht aus leitfähigem Material aufweist, die auf einer Innenfläche der Abdeckung angeordnet ist; wobei die Schicht aus leitendem Material im Wesentlichen eine Feuchtigkeitsbarriere bildet.
Batterie nach Anspruch 3, wobei jede elektrochemische Anordnung eine im Wesentlichen spiralförmig gewickelte elektrochemische Anordnung umfasst; wobei jede im Wesentlichen spiralförmig gewickelte elektrochemische Anordnung ein hohles Zentrum aufweist; und wobei das hohle Zentrum im Wesentlichen mit einem nachgiebigen Material gefüllt ist, wobei das nachgiebige Material ein elastisches Verhalten aufweist; wobei mindestens ein Teil der elektrochemischen Anordnungen der Anzahl der elektrochemischen Anordnungen in Reihe geschaltet ist; und wobei die Batterie wenigstens einen bimetallischen Verbindungsanschluss aufweist, der die positive Elektrode in einer elektrochemischen Anordnung mit der negativen Elektrode in einer anderen elektrochemischen Anordnung verbindet, um die eine elektrochemische Anordnung in Reihe mit der anderen elektrochemischen Anordnung zu schalten; wobei ein Abschnitt des wenigstens einen bimetallischen Verbindungsanschlusses ein Metall umfasst, das mit der positiven Elektrode kompatibel ist, und ein anderer Abschnitt des bimetallischen Verbindungsanschlusses ein anderes Metall umfasst, das mit der negativen Elektrode kompatibel ist; wobei der eine Abschnitt mit dem anderen Abschnitt elektrisch wirkverbunden ist; wobei außen freiliegende Oberflächen des wenigstens einen bimetallischen Verbindungsanschlusses im Wesentlichen mit einem Elektrolytbeständigen Material bedeckt sind; wobei der Behälter mit einer Schicht aus leitendem Material aufweist, die im Wesentlichen eine Barriere für Feuchtigkeit und Dämpfe bildet; und wobei die Abdeckung eine Schicht aus leitendem Material aufweist, die auf einer Innenfläche der Abdeckung angeordnet ist; wobei die Schicht aus leitendem Material im Wesentlichen eine Feuchtigkeitsbarriere bildet.
Batterie nach Anspruch 19, wobei jede elektrochemische Anordnung mit einer anderen der Anzahl von elektrochemischen Anordnungen in Reihe geschaltet ist.
Batterie nach Anspruch 20, wobei die positive Elektrode in jeder elektrochemischen Anordnung eine Olivinverbindung mit einer Zusammensetzung Li_xM'_yM''_a (PO₄) und eine vorbestimmte Oberflächenfläche aufweist, wobei M wenigstens Eisen aufweist, M'' ein Übergangsmetall der ersten Reihe, ausgewählt aus Ti, V, Cr, Mn, Co und Ni ist, x gleich oder größer als 0 ist und a und y größer als 0 sind.
Batterie nach Anspruch 20, wobei die positive Elektrode in jeder elektrochemischen Anordnung ein Lithium-Übergangsmetallphosphatmaterial mit einer vorbestimmten spezifischen Oberflächenfläche und mit nur einem Übergangsmetall umfasst, wobei das Lithium-Übergangsmetallphosphatmaterial und die Oberflächenfläche so gewählt sind, dass sie wenigstens zwei koexistierende Olivinphasen während des Zyklisierens der Batterie bilden, wobei die zwei koexistierenden Olivinphasen eine lithiumreiche Übergangsmetallphosphatphase und eine lithiumarme Übergangsmetallphosphatphase umfassen, wobei die prozentuale molare Volumendifferenz zwischen den zwei Phasen weniger als etwa 6,4% beträgt.
Batterie nach Anspruch 22, wobei die vorbestimmte spezifische Oberflächenfläche wenigstens etwa 20 m²/g beträgt.
Batterie nach Anspruch 1, wobei die positive Elektrode in jeder elektrochemischen Anordnung eine Olivinverbindung mit einer Zusammensetzung Li_xM'_yM'' (PO₄) und eine vorbestimmte Oberflächenfläche aufweist, wobei M' wenigstens Eisen aufweist, M'' ein Übergangsmetall der ersten Reihe, ausgewählt aus Ti, V, Cr, Mn, Co und Ni ist, x gleich oder größer als 0 ist und a und y größer als 0 sind.
Batterie nach Anspruch 1, wobei die positive Elektrode in jeder elektrochemischen Anordnung eines Lithium-Übergangsmetallphosphatmaterial mit einer vorbestimmten spezifischen Oberflächenfläche und mit nur einem Übergangsmetall umfasst, wobei das Lithium-Übergangsmetallphosphatmaterial und die Oberflächenfläche so gewählt sind, dass sie wenigstens zwei koexistierende Olivinphasen während des Zyklisierens der Batterie bilden, wobei die zwei koexistierenden Olivinphasen eine lithiumreiche Übergangsmetallphosphatphase und eine lithiumarme Übergangsmetallphosphatphase umfassen, wobei die prozentuale molare Volumendifferenz zwischen den zwei Phasen weniger als etwa 6,4% beträgt.
Batterie nach Anspruch 25, wobei die vorbestimmte spezifische Oberflächenfläche wenigstens etwa 20 m²/g beträgt.
Verfahren zur Vermeidung der Notwendigkeit eines Batteriemanagementsystems zum Ausgleichen von Zellen in einer mehrzelligen Batterie, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Anzahl von elektrochemischen Anordnungen, wobei jede elektrochemische Anordnung in einem Zellenhohlraum aus einer Anzahl von Zellenhohlräumen angeordnet ist; wobei jede elektrochemische Anordnung aus der Anzahl von elektrochemischen Anordnungen eine positive Elektrode und eine negative Elektrode und ein Trennmaterial zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode umfasst; und Bereitstellen eines Elektrolyts in jedem Zellenhohlraum aus der Anzahl der Zellenhohlräume, wobei das Elektrolyt ein Lithiumsalz und ein Redox-Shuttle umfasst; wobei das Elektrolyt und die Elektroden während des Batteriebetriebs so gewählt sind, jede elektrochemische Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen mit einer vorbestimmter Spannung zu versorgen; wobei das Redox-Shuttle so gewählt ist, um im Wesentlichen Shuttle-Operationen durchzuführen, wenn die Spannung an jeder elektrochemischen Anordnung in jedem Zellehohlraum im Wesentlichen eine andere vorbestimmte Spannung erreicht; wobei Zellen durch die Aufrechterhaltung der Batteriespannung bei einer weiteren vorgegebenen Spannung für eine vorbestimmte Zeit ausgleichbar sind; wobei die eine weitere vorgegebene Spannung mit der anderen vorbestimmten Spannung in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei das Redox-Shuttle eine aromatische Verbindung mit wenigstens einem aromatischen Ring mit vier oder mehr elektronegativen Substituenten, zwei oder mehreren Sauerstoffatomen, die an wenigstens einen aromatischen Ring gebunden sind, und keinen Wasserstoffatomen, die an wenigstens einen aromatischen Ring gebunden sind, aufweist.