ES3040094T3 - Battery case having gas adsorption layer - Google Patents

Battery case having gas adsorption layer

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ES3040094T3 ES18899250T ES18899250T ES3040094T3 ES 3040094 T3 ES3040094 T3 ES 3040094T3 ES 18899250 T ES18899250 T ES 18899250T ES 18899250 T ES18899250 T ES 18899250T ES 3040094 T3 ES3040094 T3 ES 3040094T3
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Eun Ju Lee
Hyun Min Kim
Jong Hwan Choi
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Abstract

La presente invención se refiere a una caja de batería en la que se recibe un conjunto de electrodos junto con un electrolito, teniendo el conjunto de electrodos una estructura que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre ellos, en donde una capa de adsorción de gas está formada en la superficie interior de la caja de batería, y la capa de adsorción de gas comprende una capa de material de adsorción de gas para adsorber gas generado dentro de una batería, y una capa de barrera formada en la superficie exterior de la capa de material de adsorción de gas para evitar que la capa de material de adsorción de gas quede expuesta al exterior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Caja de batería que tiene capa de adsorción de gas
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a una caja de batería que incluye una capa de adsorción de gas y a una batería que incluye la misma y, más en particular, a una caja de batería que incluye una capa de adsorción de gas formada en la superficie interior de la misma, que es opuesta a un conjunto de electrodos, en donde la capa de adsorción de gas incluye una capa de material de adsorción de gas para adsorber gas que se genera en una batería y una capa bloqueante formada en la superficie exterior de la capa de material de adsorción de gas para evitar que la capa de material de adsorción de gas se exponga al exterior hasta que se satisfagan condiciones predeterminadas.
Antecedentes de la invención
Las baterías secundarias, que pueden cargarse y descargarse repetidamente, han llamado considerable atención como fuentes de alimentación para medios de transporte que requieren alta salida y gran capacidad, incluidos un vehículo eléctrico (EV, por sus siglas en inglés), un vehículo eléctrico híbrido (HEV, por sus siglas en inglés) y un vehículo eléctrico híbrido enchufable (HEV enchufable), que se han propuesto como alternativas a los vehículos de gasolina y diésel existentes.
Las baterías secundarias pueden clasificarse en una batería cilíndrica, una batería prismática y una batería en forma de bolsa en base a su forma. Entre dichas baterías, la batería en forma de bolsa, que puede apilarse con alta integración, tiene alta densidad energética por unidad de peso, no es costosa, y puede modificarse fácilmente, ha llamado considerable atención. En particular, en los últimos años, ha habido mucho interés en una batería en forma de bolsa que usa una hoja laminada de aluminio como un miembro de revestimiento debido al peso ligero, bajo coste de fabricación, fácil modificación de su forma, etc.
Sin embargo, cuando la batería en forma de bolsa está en un estado anormal como, por ejemplo, un cortocircuito en la batería, la sobrecarga de la batería con más que una corriente o tensión permitida, o la exposición de la batería a altas temperaturas, después de que la batería se selle finalmente, una solución electrolítica se disuelve en la batería, por lo cual puede generarse gas de alta presión en la batería. El gas de alta presión generado puede deformar una caja de batería en forma de bolsa de la batería, puede reducir la vida útil de la batería, y puede incluso hacer que la batería se prenda fuego o explote.
Por ejemplo, la batería sobrecalentada puede generar gas, y el gas presurizado en la caja de batería en forma de bolsa puede además acelerar la descomposición de los componentes que constituyen la batería, lo cual puede provocar el sobrecalentamiento continuo de la batería y la generación de gas en la batería. Si la temperatura de la batería alcanza la temperatura crítica de la misma, la batería puede prenderse fuego o explotar. Además, en el caso en el cual múltiples unidades de batería se agregan densamente en un espacio limitado, como en un módulo de batería, puede ocurrir un accidente grave.
De manera convencional, un elemento de coeficiente de temperatura positivo (PTC, por sus siglas en inglés), un fusible, o un circuito de protección de descompresión se usa con el fin de mejorar la seguridad de la batería, o un aditivo para mejorar la seguridad de la batería se añade a una solución electrolítica o a un electrodo. Incluso en el caso en el cual se proveen dichos medios, sin embargo, se genera gas en la batería debido a una reacción anormal en la batería cuando la batería está en un estado anormal, o el rendimiento de la batería se reduce debido a la adición de dicho material.
En los últimos años, la demanda de mayor densidad energética ha aumentado, por lo cual las porciones que funcionan como bolsillos de gas convencionales se han retirado gradualmente de la batería. Por este motivo, existe la necesidad de un nuevo método que sea capaz de retirar de manera eficiente gas que se genera en el espacio limitado definido en la batería con el fin de evitar que la batería se prenda fuego o explote sin reducir el rendimiento general de la batería.
El Documento de Patente 1 describe una hoja laminada que incluye una capa de polímero de adsorción de gas que tiene contenido en la misma un polímero de adsorción de gas. Sin embargo, no se provee ninguna construcción para proteger la capa de polímero de adsorción de gas. Como resultado, el gas en el aire puede adsorberse en la capa de polímero de adsorción de gas durante el montaje de una batería, por lo cual se reduce rápidamente el efecto de intentar adsorber gas que se genera solo en la batería.
El Documento de Patente 2 describe una batería secundaria configurada para tener una estructura en la cual una capa de adsorción de gas se interpone entre una capa metálica y una capa sellante de una hoja laminada, en donde, cuando la capa sellante se retira debido a impactos externos que se aplican a la batería o debido al calor o presión que se genera en la batería, la capa de adsorción de gas se expone con el fin de adsorber gas que se genera en la batería. Sin embargo, la adsorción de gas en la batería secundaria se lleva a cabo solo cuando la batería está en un estado muy anormal y, por lo tanto, no es posible controlar, de manera efectiva, la batería que ya se ha sobrecalentado.
El Documento de Patente 3 describe una hoja laminada que incluye una capa de polímero de adsorción de gas para adsorber gas que se genera en una batería. Sin embargo, no se provee ninguna construcción para proteger la capa de polímero de adsorción de gas. Como resultado, el gas en el aire se adsorbe en la capa de polímero de adsorción de gas mientras se monta la batería, por lo cual se puede reducir el efecto de adsorción de gas que se genera en la batería.
Documentos de la técnica relacionada
Documento de Patente 1 Publicación de Solicitud de Patente Coreana n.° 2017-0082328
Documento de Patente 2 Publicación de Solicitud de Patente Coreana n.° 2016-0037473
Documento de Patente 3 Publicación de Solicitud de Patente Coreana n.° 2017-0064796
La caja de batería también se describe en los documentos KR 2016 0037473 A, WO 2014/027388 A1, y US 7776 465 B1.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente invención se ha llevado a cabo teniendo en cuenta los problemas anteriores y otros problemas técnicos que aún no se han resuelto, y es un objeto de la presente invención proveer una caja de batería que incluye una capa de adsorción de gas, que incluye una capa de material de adsorción de gas y una capa bloqueante, formada sobre la superficie interior de la caja de batería para exponerse al aire externo mientras se monta la batería con el fin de adsorber efectivamente solo el gas que se genera en la batería.
Solución técnica
Según un aspecto de la presente invención, los objetos de más arriba y otros pueden lograrse por la provisión de una caja de batería como se define en el conjunto de reivindicaciones anexas. En la caja de batería en la cual un conjunto de electrodos que incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, se recibe junto con una solución electrolítica, en donde una capa de adsorción de gas se forma en la superficie interior de la caja de batería, y la capa de adsorción de gas incluye una capa de material de adsorción de gas para adsorber gas que se genera en una batería y una capa bloqueante formada en la superficie exterior de la capa de material de adsorción de gas para evitar que la capa de material de adsorción de gas se exponga al exterior.
La capa de adsorción de gas puede formarse en al menos una porción o la totalidad de la superficie interior de una unidad de recepción formada en la caja de batería, que la solución electrolítica contacta.
La capa bloqueante está hecha de un material que se disuelve o dispersa por la solución electrolítica. La capa bloqueante se disuelve o dispersa por la solución electrolítica, que se inyecta en la caja de batería, de modo tal que la capa de material de adsorción de gas se expone a la superficie interior de la caja de batería.
El material de la capa bloqueante no está en particular limitado, siempre que la capa bloqueante esté hecha de un material que no transmita gas y que pueda disolverse o dispersarse por la solución electrolítica. De manera específica, la capa bloqueante está hecha de una película polimérica.
En un ejemplo concreto, la película bloqueante está hecha de película, al menos una porción de la cual se funde como resultado del contacto con la solución electrolítica. La película puede ser una película que no transmite aire y al menos una porción de la cual se funde como resultado de un disolvente basado en carbonato en la solución electrolítica que penetra espacios definidos entre moléculas de la película cuando la película contacta con la solución electrolítica. Además, la película es una película polimérica seleccionada de entre poliestireno (PS), poliacrilonitrilo, alcohol polivinílico, policarbonato, polietileno vinil acetato, y OPS.
Además, la capa bloqueante puede estar hecha de un electrolito tipo sólido o tipo gel. En este caso, la solución electrolítica que se consume cuando se genera gas en la batería puede reabastecerse, por lo cual es posible aumentar la vida útil de la batería.
La capa de material de adsorción de gas puede incluir al menos un material de adsorción de gas seleccionado del grupo que consiste en compuestos orgánicos o inorgánicos o metales que exhiben alta capacidad de adsorción de gas.
El tipo de material de adsorción de gas no está particularmente restringido, siempre que el material de adsorción de gas sea capaz de adsorber fácilmente gas que se genera en la batería a alta velocidad, exhibiendo de este modo efectos deseados. De manera específica, el material de adsorción de gas puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un tamiz molecular y un componente metálico que exhibe alta capacidad de adsorción de gas. El tamiz molecular que exhibe alta capacidad de adsorción de gas puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en gel de sílice, fibra de carbono, un material carbonáceo poroso, óxido metálico poroso, y gel poroso. Aquí, el material carbonáceo poroso puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un tamiz molecular de carbono y carbón activo, y el óxido metálico poroso puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en zeolita, gel de sílice y alúmina.
Además, el componente metálico puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en níquel (Ni), platino (Pt), paladio (Pd), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba), talio (TI), circonio (Zr), hafnio (Hf), vanadio (V), niobio (Nb), tántalo (Ta), cromo (Cr), molibdeno (Mo), y tungsteno (W).
Además, pueden usarse hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de calcio (Ca(OH)<2>), o hidróxido de potasio (KOH). Además, un material de adsorción de gas específico que sea capaz de adsorber una gran cantidad de gas que se genera puede incluirse con el fin de retirar selectivamente gas teniendo en cuenta el tipo de material activo del electrodo y una solución electrolítica que se usa.
La caja de batería está hecha de una bolsa laminada, que incluye una capa de recubrimiento exterior, una capa metálica y una capa de resina interior, o un metal en forma de lata.
La capa de recubrimiento exterior define la superficie exterior de la caja de batería en forma de bolsa. Por consiguiente, es necesario que la capa de recubrimiento exterior exhiba alta resistencia a la tracción y alta resistencia a la intemperie con el fin de proteger, de manera estable, el conjunto de electrodos del entorno externo. Una capa de recubrimiento exterior hecha de tereftalato de polietileno (PET) o nailon orientado (ONy) puede satisfacer los requisitos descritos más arriba. La caja de batería en forma de lata no requiere una resistencia equivalente a la resistencia de la hoja laminada.
La capa metálica es una capa para bloquear el aire que contiene gas, humedad, etc. La capa metálica puede estar hecha de un material que exhiba alta conformabilidad y resistencia predeterminada y que sea capaz de bloquear humedad o aire. La capa metálica puede estar hecha de aluminio, una aleación de aluminio, cobre, acero inoxidable, o una aleación de hierro.
En un ejemplo concreto, la capa de resina interior puede tener un material de adsorción de gas incluido en la misma. En el caso en el cual el material de adsorción de gas se incluye en la capa de resina interior, es posible reducir el espesor de la batería. Además, es posible reducir el tamaño de un espacio inútil en la batería, por lo cual es posible aumentar la densidad energética de la batería.
El material de adsorción de gas puede incluirse de modo tal que el material de adsorción de gas representa el 40 % en peso al 90 % en peso en base al peso total de la capa de resina interior. De manera específica, el material de adsorción de gas puede incluirse de modo tal que el material de adsorción de gas representa el 50 % en peso al 90 % en peso en base al peso total de la capa de resina interior. De manera más específica, el material de adsorción de gas puede incluirse de modo tal que el material de adsorción de gas representa el 50 % en peso al 80 % en peso en base al peso total de la capa de resina interior.
En el caso en el cual el material de adsorción de gas se incluye de modo tal que el material de adsorción de gas representa menos del 40 % en peso en base al peso total de la capa de resina interior, la cantidad de gas que se adsorbe mientras la batería se usa normalmente se reduce, por lo cual puede ocurrir un fenómeno de hinchamiento dentro de un tiempo corto, lo cual no es deseable. En el caso en el cual el material de adsorción de gas se incluye de modo tal que el material de adsorción de gas representa más del 90 % en peso en base al peso total de la capa de resina interior, la fuerza de sellado de la capa de resina interior se reduce, lo cual tampoco es deseable.
Además, el material de adsorción de gas puede formarse como una capa separada en lugar de incluirse en la capa de resina interior de la hoja laminada. En este caso, sin embargo, es necesario proveer la capa que incluye el material de adsorción de gas con un material separado que sea capaz de proveer fuerza adhesiva.
Según otro aspecto de la presente invención, se provee una celda de batería que incluye la caja de batería.
La batería puede ser una batería primaria o una batería secundaria.
En base a la forma de una caja de batería, la batería secundaria puede ser una batería cilindrica que tiene un conjunto de electrodos montado en una lata metálica cilíndrica, una batería prismática que tiene un conjunto de electrodos montado en una lata metálica prismática, o una batería en forma de bolsa que tiene un conjunto de electrodos montado en una caja en forma de bolsa hecha de una hoja laminada de aluminio.
La batería secundaria puede ser una batería secundaria de litio configurada para tener una estructura en la cual un conjunto de electrodos, en el cual un separador se interpone entre un electrodo positivo y un electrodo negativo, se impregna con una solución electrolítica no acuosa que contiene sal de litio.
El electrodo positivo se fabrica, por ejemplo, aplicando una mezcla de electrodo positivo que incluye un material activo de electrodo positivo a un colector de corriente de electrodo positivo y secando la mezcla de electrodo positivo. La mezcla de electrodo positivo puede además incluir, de manera selectiva, un aglutinante, un agente conductor y un relleno, según sea necesario.
En general, el colector de corriente de electrodo positivo se fabrica para tener un espesor de 3 ym a 500 ym. El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente restringido, siempre que el colector de corriente de electrodo positivo exhiba alta conductividad mientras el colector de corriente de electrodo positivo no induzca un cambio químico en una batería a la cual se aplica el colector de corriente de electrodo positivo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo positivo puede estar hecho de acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio o carbono plástico. De manera alternativa, el colector de corriente de electrodo positivo puede estar hecho de aluminio o acero inoxidable, cuya superficie se trata con carbono, níquel, titanio o plata. Además, el colector de corriente de electrodo positivo puede tener un patrón no uniforme a microescala formado en la superficie del mismo para aumentar la fuerza de adhesión del material activo de electrodo positivo. El colector de corriente de electrodo positivo puede configurarse de varias formas como, por ejemplo, las de una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma, y un cuerpo de tela no tejida.
El material activo de electrodo positivo es un material que es capaz de inducir una reacción electroquímica. El material activo de electrodo positivo puede ser un óxido de metal de transición de litio que incluye dos o más metales de transición. Por ejemplo, el material activo de electrodo positivo puede ser, pero no se limita a, un componente en capas como, por ejemplo, óxido de litio y cobalto (LiCoO<2>) o un óxido de litio y níquel (LiNiO<2>) sustituido con uno o más metales de transición; un óxido de litio y manganeso sustituido con uno o más metales de transición; un óxido a base de litio y níquel representado por la fórmula química LiNi<1-y>M<y>O<2>(donde M= Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn, o Ga, al menos uno de los cuales se incluye, y 0,0l<y<0,7); un óxido compuesto de litio-níquel-cobalto-manganeso representado por la fórmula química Lh<+z>Ni<b>Mn<c>Co<1>-<(b+c+d)>M<d>O<(2-e)>A<e>(donde -0,5<z<0,5, 0,1<b<0,8, 0,1<c<0,8, 0<d<0,2, 0<e<0,2, b+c+d<1, M= Al, Mg, Cr, Ti, Si, o Y, y A= F, P o Cl), como, por ejemplo, Lh<+z>Nh</3>Co<1/3>Mn<1/3>O<2>o Li<1+z>-Ni<0,4>Mn<0,4>Co<0,2>O<2>; o fosfato metálico de litio basado en olivino representado por la fórmula química Li<1+x>M<1-y>M'<y>PO<4-z>X<z>(donde M= un metal de transición, preferiblemente Fe, Mn, Co, o Ni, M'= Al, Mg, o Ti, X= F, S, o N, -0,5<x<0,5, 0<y<0,5, y 0<z<0,1).
El agente conductor se añade generalmente de modo tal que el agente conductor representa 1 % en peso a 30 % en peso en base al peso total del compuesto que incluye el material activo de electrodo positivo. El agente conductor no está particularmente restringido, siempre que el agente conductor exhiba alta conductividad sin inducir un cambio químico en una batería a la cual se aplica el agente conductor. Por ejemplo, grafito como, por ejemplo, grafito natural o grafito artificial; negro de humo como, por ejemplo, negro de humo, negro de acetileno, negro de Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de carbón, o negro térmico; fibras conductoras como, por ejemplo, fibras de carbono o fibras metálicas; polvos metálicos como, por ejemplo, polvo de fluoruro de carbono, polvo de aluminio, o polvo de níquel; filamentos conductores como, por ejemplo, óxido de zinc o titanato de potasio; óxidos metálicos conductores como, por ejemplo, óxido de titanio; o materiales conductores como, por ejemplo, derivados de polifenileno, pueden usarse como el agente conductor.
El aglutinante es un componente que ayuda en la unión entre el material activo y el agente conductor y en la unión con el colector de corriente. El aglutinante se añade generalmente en una cantidad de 1 % en peso a 30 % en peso en base al peso total del compuesto que incluye el material activo de electrodo positivo. Como ejemplos del aglutinante, pueden usarse fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, monómero de etileno-propileno-dieno (EPDM, por sus siglas en inglés), EPDM sulfonado, caucho estireno-butadieno (SBR, por sus siglas en inglés), caucho fluorado, y varios copolímeros.
El relleno es un componente opcional usado para inhibir la expansión del electrodo. No hay límite particular al relleno, siempre que el relleno esté hecho de un material fibroso mientras que el relleno no provoque cambios químicos en una batería a la cual se aplica el relleno. Como ejemplos del relleno, pueden usarse polímeros basados en olefina como, por ejemplo, polietileno y polipropileno; y materiales fibrosos como, por ejemplo, fibra de vidrio y fibra de carbono.
El electrodo negativo puede fabricarse, por ejemplo, aplicando una mezcla de electrodo negativo que incluye un material activo de electrodo negativo a un colector de corriente de electrodo negativo y secando la mezcla de electrodo negativo. La mezcla de electrodo negativo puede incluir los componentes descritos más arriba como, por ejemplo, un agente conductor, un aglutinante y un relleno, según sea necesario.
En general, el colector de corriente de electrodo negativo se fabrica para tener un espesor de 3 ym a 500 ym. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que el colector de corriente de electrodo negativo exhiba conductividad mientras el colector de corriente de electrodo negativo no induzca un cambio químico en una batería a la cual se aplica el colector de corriente de electrodo negativo. Por ejemplo, el colector de corriente de electrodo negativo puede estar hecho de cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio o carbono plástico. De manera alternativa, el colector de corriente de electrodo negativo puede estar hecho de cobre o acero inoxidable, cuya superficie se trata con carbono, níquel, titanio o plata, o una aleación de aluminio-cadmio. Además, el colector de corriente de electrodo negativo puede tener un patrón no uniforme a microescala formado en la superficie del mismo para aumentar la fuerza de adhesión del material activo de electrodo negativo, en la misma manera que el colector de corriente de electrodo positivo. El colector de corriente de electrodo negativo puede configurarse en varias formas como, por ejemplo, las de una película, una hoja, una lámina, una red, un cuerpo poroso, un cuerpo de espuma, y un cuerpo de tela no tejida.
El material activo de electrodo negativo incluye el compuesto basado en silicona descrito más arriba. Como el material activo de electrodo negativo, por ejemplo, puede usarse carbono como, por ejemplo, carbono no grafitizante o un carbono basado en grafito; un óxido compuesto metálico como, por ejemplo, Li<x>Fe<2>O<3>(0<x<1), Li<x>WO<2>(0<x<1), o SnxMe1-xMe'<y>O<z>(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, elementos del grupo 1, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); un metal de litio; una aleación de litio; una aleación basada en silicona; una aleación basada en estaño; un óxido metálico como, por ejemplo, SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb<2>O<3>, Pb<3>O<4>, Sb<2>O<3>, Sb<2>O<4>, Sb<2>O<5>, GeO, GeO<2>, Bi<2>O<3>, Bi<2>O<4>, o Bi<2>O<5>; un polímero conductor como, por ejemplo, poliacetileno; o un material basado en Li-Co-Ni.
El aglutinante, el agente conductor y componentes del relleno pueden aplicarse para que sean idénticos a los descritos en relación con el electrodo positivo.
Además, un componente de otros componentes como, por ejemplo, un agente de control de viscosidad y un promotor de adhesión, pueden incluirse de forma selectiva, o puede además incluirse una combinación de dos o más componentes.
El agente de control de viscosidad es un componente para controlar la viscosidad de la mezcla de electrodo para facilitar la mezcla de la mezcla de electrodo y su recubrimiento en el colector de corriente. El agente de control de viscosidad puede añadirse en una cantidad de hasta 30 % en peso en base al peso total de la mezcla de electrodo negativo. Ejemplos del agente de control de viscosidad incluyen, sin limitarse a, carboximetilcelulosa y fluoruro de polivinilideno. Sin embargo, la presente invención no se encuentra limitada a ello. Dependiendo de las circunstancias, el disolvente descrito más arriba puede también funcionar como el agente de control de viscosidad.
El promotor de adhesión es un componente auxiliar que se añade para mejorar la adhesión entre el material activo de electrodo y el colector de corriente de electrodo. El promotor de adhesión puede añadirse en una cantidad de 10 % en peso o menos en base a la cantidad del aglutinante. Ejemplos del promotor de adhesión incluyen, sin limitarse a, ácido oxálico, ácido adípico, ácido fórmico, derivados del ácido acrílico, y derivados del ácido itacónico.
La solución electrolítica no acuosa que contiene sal de litio está compuesta de una solución electrolítica y sal de litio. Un disolvente orgánico no acuoso, un electrolito sólido orgánico, o un electrolito sólido inorgánico pueden usarse como la solución electrolítica.
Como ejemplos del disolvente orgánico no acuoso, puede hacerse referencia disolventes orgánicos apróticos como, por ejemplo, N-metil-2-pirrolidona, carbonato de propileno, carbonato de etileno, carbonato de butileno, carbonato de dimetilo, carbonato de dietilo, gamma-butirolactona, 1,2-dimetoxi etano, tetrahidroxi Franc, 2-metil tetrahidrofurano, dimetilsulfóxido, 1,3-dioxolano, formamida, dimetilformamida, dioxolano, aceto-nitrilo, nitrometano, formato de metilo, acetato de metilo, triéster de ácido fosfórico, trimetoxi metano, derivados de dioxolano, sulfolano, sulfolano de metilo, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, derivados de carbonato de propileno, derivados de tetra-hidrofurano, éter, propionato de metilo, y propionato de etilo.
Como ejemplos del electrolito sólido orgánico, puede hacerse referencia a derivados de polietileno, derivados de óxido de polietileno, derivados de óxido de polipropileno, polímeros de éster de ácido fosfórico, poli-L-lisina, sulfuro de poliéster, alcoholes de polivinilo, fluoruro de polivinilideno, y polímeros que contienen grupos de disociación iónica.
Como ejemplos del electrolito sólido inorgánico, puede hacerse referencia a nitruros, haluros, y sulfatos de litio (Li), como, por ejemplo, Li<3>N, LiI, Li<s>N<L>, Li<3>N-LiI-LiOH, LiSiO<4>, LiSiO<4>LiI-LiOH, Li<2>SiS<3>, Li<4>SiO<4>, Li<4>SiO<4>-LiI-LiOH, y Li<3>PO<4>-Li<2>S-SiS<2>.
La sal de litio es un material que es fácilmente soluble en el electrolito no acuoso descrito más arriba y puede incluir, por ejemplo, LiCl, LiBr, Lil, LÍCIO<4>, LÍBF<4>, LÍB<10>CI<10>, LiPF<6>, LÍCF<3>SO<3>, LÍCF<3>CO<2>, LiAsF<6>, LiSbF<6>, LÍAICI<4>, CH<3>SO<3>LÍ, (CF<3>SO<2>)<2>NLi, litio de cloroborano, litio de ácido carboxílico alifático inferior, tetrafenil borato de litio, e imida.
Además, con el fin de mejorar las características de carga y descarga y la retardancia de la llama, por ejemplo, piridina, fosfito de trietilo, trietanolamina, éter cíclico, etilenediamina, n-glima, triamida hexafosfórica, derivados de nitrobenceno, azufre, tintes de quinona imina, oxazolidinona N-sustituida, imidazolidina N,N-sustituida, etilenglicol dialquil éter, sales de amonio, pirrol, 2-metoxi etanol, tricloruro de aluminio, o similares pueden añadirse a la solución electrolítica no acuosa. Dependiendo de las circunstancias, con el fin de impartir incombustibilidad a la misma, la solución electrolítica no acuosa puede además incluir disolventes que contienen halógeno como, por ejemplo, tetracloruro de carbono y trifluoruro de etileno. Además, con el fin de mejorar las características de retención de alta temperatura de la misma, la solución electrolítica no acuosa puede además incluir gas de dióxido de carbono. Además, pueden incluirse carbonato de fluoroetileno (FEC) y propanosultona (PRS).
En un ejemplo preferido, sal de litio como, por ejemplo, LiPF<6>, LiClO<4>, LiBF<4>, o LiN(SO<2>CF<3>)<2>, puede añadirse a un disolvente mezclado de carbonato cíclico como, por ejemplo, EC o PC, que es un disolvente dieléctrico alto, y carbonato lineal como, por ejemplo, DEC, DMC, o EMC, que es un disolvente de baja viscosidad, con el fin de fabricar un electrolito no acuoso que contiene sal de litio.
Según un aspecto adicional de la presente invención, se provee un paquete de baterías que incluye la batería. De manera específica, el paquete de baterías puede usarse como una fuente de alimentación para un dispositivo que requiere la capacidad de soportar altas temperaturas, un ciclo largo, características de alta velocidad, etc. Ejemplos específicos del dispositivo pueden incluir un dispositivo electrónico móvil, un dispositivo electrónico ponible, una herramienta motorizada accionada por un motor accionado por batería, un automóvil eléctrico como, por ejemplo, un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido (HEV), o un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV, por sus siglas en inglés), un vehículo eléctrico de dos ruedas como, por ejemplo, una bicicleta eléctrica (E-bicicleta) o un escúter eléctrico (E-escúter), un carrito de golf eléctrico, y un sistema de almacenamiento de energía. Sin embargo, la presente invención no se encuentra limitada a ello.
La estructura y el método de fabricación del dispositivo son conocidos en la técnica a la cual pertenece la presente invención, y se omitirá una descripción detallada de los mismos.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en corte vertical que muestra una caja de batería en forma de bolsa según una realización de la presente invención.
La FIG. 2 es una vista en corte vertical que muestra una caja de batería en forma de bolsa según otra realización de la presente invención.
La FIG. 3 es una vista en corte vertical que muestra una caja de batería en forma de lata según una realización de la presente invención.
La FIG. 4 es una vista en corte vertical parcial que muestra una batería secundaria en forma de bolsa configurada para tener una estructura en la cual un conjunto de electrodos se recibe en la caja de batería de la FIG. 1 junto con una solución electrolítica.
Realización preferente de la invención
Ahora, realizaciones preferidas de la presente invención se describirán en detalle con referencia a los dibujos anexos de modo que las realizaciones preferidas de la presente invención se puedan implementar fácilmente por una persona con experiencia ordinaria en la técnica a la cual pertenece la presente invención. En la descripción del principio de funcionamiento de las realizaciones preferidas de la presente invención en detalle, sin embargo, una descripción detallada de las funciones y configuraciones conocidas incorporadas en la presente memoria se omitirá cuando la misma pueda oscurecer el objeto de la presente invención.
Cuando sea posible, los mismos números de referencia se usarán a lo largo de los dibujos para hacer referencia a partes que llevan a cabo funciones u operaciones similares. Mientras tanto, en el caso en el cual se indica que una parte se 'conecta' a otra parte en la siguiente descripción de la presente invención, no solo la parte puede conectarse directamente a la otra parte, sino también la parte puede conectarse indirectamente a la otra parte mediante una parte adicional. Además, que cierto elemento se 'incluya' no significa que otros elementos se excluyan, sino que significa que dichos elementos pueden incluirse además a menos que se establezca lo contrario.
Ahora se hará referencia en detalle a las realizaciones preferidas de la presente invención, ejemplos de la cual se ilustran en los dibujos anexos.
La FIG. 1 es una vista en corte vertical que muestra una caja 100 de batería en forma de bolsa según una realización de la presente invención.
La caja 100 de batería en forma de bolsa de la FIG 1 se configura para tener una estructura en la cual una capa 120 de adsorción de gas se fija a una superficie interior de una hoja 110 laminada, que incluye una capa 111 de recubrimiento exterior, una capa 112 metálica y una capa 113 de resina interior, que se apilan secuencialmente desde el exterior.
La capa 120 de adsorción de gas incluye una capa 121 de material de adsorción de gas para adsorber gas generado en una batería y una capa 122 bloqueante formada en la superficie exterior de la capa 121 de material de adsorción de gas para evitar que la capa 121 de material de adsorción de gas se exponga al exterior.
La FIG 2 es una vista en corte vertical que muestra una caja 200 de batería en forma de bolsa según otra realización de la presente invención.
Con referencia a la FIG. 2, la caja 200 de batería en forma de bolsa se configura para tener una estructura en la cual una capa 222 bloqueante se fija a una superficie interior de una hoja 210 laminada, que incluye una capa 211 de recubrimiento exterior, una capa 212 metálica y una capa 213 de resina interior, que se apilan secuencialmente desde el exterior.
La caja 200 de batería en forma de bolsa no incluye una capa de material de adsorción de gas separada. En cambio, un material 223 de adsorción de gas se incluye en la capa 213 de resina interior.
La FIG. 3 es una vista en corte vertical que muestra una caja 300 de batería en forma de lata según una realización de la presente invención.
Con referencia a la FIG 3, una capa 320 de adsorción de gas, que incluye una capa 321 de material de adsorción de gas y una capa 322 bloqueante, se forma en la caja 300 de batería en forma de lata.
Con referencia a las FIGS. 1 y 4, en particular la FIG. 4 es una vista en corte vertical parcial que muestra una batería secundaria en forma de bolsa configurada para tener una estructura en la cual un conjunto 140 de electrodos se recibe en la caja 100 de batería en forma de bolsa junto con una solución 130 electrolítica.
El conjunto 140 de electrodos se coloca en la caja 100 de batería en forma de bolsa, la solución 130 electrolítica se inyecta en la caja 100 de batería en forma de bolsa, y se lleva a cabo un proceso de sellado final. Como resultado, la capa bloqueante se disuelve o dispersa por la solución 130 electrolítica, por lo cual la capa 121 de material de adsorción de gas se expone a la superficie interior de la caja 100 de batería en forma de bolsa.
La capa 121 de material de adsorción de gas expuesta a la superficie interior de la caja de batería en forma de bolsa adsorbe gas generado en la batería. Aunque solo la capa 120 de adsorción de gas se muestra en la FIG. 4, la capa 121 de material de adsorción de gas se disuelve o dispersa por la solución electrolítica.
En la estructura de más arriba, el gas que se genera inevitablemente cuando la batería se usa normalmente, así como el gas que se genera cuando la batería se usa anormalmente, reacciona directamente con un material de adsorción de gas que constituye la capa de material de adsorción de gas, por lo cual los gases se retiran de manera más rápida. Como resultado, se reduce un fenómeno de hinchamiento. Por consiguiente, es posible evitar al máximo que la batería explote o se prenda fuego, por lo cual es posible mejorar la seguridad de la batería. En particular, la batería secundaria en forma de bolsa según la presente invención se caracteriza por que la batería secundaria en forma de bolsa se configura para tener una estructura que es capaz de evitar la adsorción de gas no ideal que puede ocurrir cuando la batería se monta y que es capaz de permitir la adsorción de gas solo cuando la batería se usa en realidad, lo cual no se ha descrito o sugerido aún en la técnica convencional. Por consiguiente, la presente invención provee fuertes efectos a través de la estructura muy simple descrita más arriba.
Las personas con experiencia en la técnica a la cual pertenece la presente invención apreciarán que varias aplicaciones y modificaciones son posibles según la descripción de más arriba, sin apartarse del alcance de la presente invención.
Descripción de numerales de referencia
100, 200: cajas de batería en forma de bolsa
300: caja de batería en forma de lata
110, 210: hojas laminadas
111, 211: capas de recubrimiento exteriores
112, 212: capas metálicas
113, 213: capas de resina interiores
120, 320: capas de adsorción de gas
121, 321: capas de material de adsorción de gas
122, 222, 322: capas bloqueantes
223: material de adsorción de gas
130: solución electrolítica
140: conjunto de electrodos
Aplicabilidad industrial
Como es aparente a partir de la descripción de más arriba, una caja de batería según la presente invención se configura para tener una estructura en la cual una capa bloqueante se forma en la superficie exterior de una capa de material de adsorción de gas. Como resultado, el gas en el aire no se adsorbe cuando se monta la batería. Después de que la batería se haya sellado finalmente, la capa bloqueante se disuelve por una solución electrolítica, por lo cual solo el gas que se genera en la batería se adsorbe efectivamente. Por consiguiente, es posible evitar que el espesor o la presión interna de la batería aumenten debido al gas generado en la batería, por lo cual es posible mejorar ampliamente la seguridad de la batería.
Además, se reduce el tamaño de un espacio inútil en la batería, por lo cual es posible mejorar la densidad energética de la batería.
Además, la solución electrolítica que se consume cuando la batería se carga y descarga se reabastece, dado que la capa bloqueante puede estar hecha de un electrolito tipo sólido o tipo gel, por lo cual es posible aumentar la vida útil de la batería.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Una caja de batería adecuada para recibir una solución electrolítica que comprende un disolvente basado en carbonato y un conjunto de electrodos en la misma, el conjunto de electrodos comprendiendo un electrodo positivo, un electrodo negativo, y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo,
la caja de batería comprendiendo una capa (120) de adsorción de gas formada en una superficie interior de la misma, la capa (120) de adsorción de gas comprende:
una capa (121) de material de adsorción de gas para adsorber gas que se genera en una batería; y
una capa (122) bloqueante formada en la capa (121) de material de adsorción de gas para evitar que la capa (121) de material de adsorción de gas se exponga al aire durante el montaje de la batería;
la capa (122) bloqueante está hecha de una película polimérica seleccionada de entre poliestireno (PS), poliacrilonitrilo, alcohol polivinílico, policarbonato, polietileno vinil acetato, y OPS, que pueden disolverse o dispersarse por el disolvente basado en carbonato,
en donde la caja de batería es una bolsa laminada, que comprende una capa (111) de recubrimiento exterior, una capa (112) metálica, y una capa (113) de resina interior, o una caja metálica en forma de lata.
2. La caja de batería según la reivindicación 1, en donde la capa (120) de adsorción de gas se forma en al menos una porción de una superficie interior de una unidad de recepción formada en la caja de batería, con la cual contacta la solución electrolítica.
3. La caja de batería según la reivindicación 1, en donde la capa (121) de material de adsorción de gas comprende al menos un material de adsorción de gas seleccionado de un grupo que consiste en compuestos orgánicos o metales que exhiben alta capacidad de adsorción de gas.
4. La caja de batería según la reivindicación 1, en donde la capa (113) de resina interior tiene un material de adsorción de gas contenido en la misma.
5. Un método de fabricación de una batería, en donde la batería comprende una solución electrolítica que comprende un disolvente basado en carbonato y un conjunto de electrodos, el conjunto de electrodos comprendiendo un electrodo positivo, un electrodo negativo, y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, el método comprendiendo:
formar una capa (121) de material de adsorción de gas en una superficie interior de una caja de batería de la batería para adsorber gas que se generará en la batería; y
formar una capa (122) bloqueante en la capa (121) de material de adsorción de gas para evitar que la capa (121) de material de adsorción de gas se exponga al aire durante el montaje de la batería en donde la capa (122) bloqueante está hecha de una película polimérica seleccionada de entre poliestireno (PS), poliacrilonitrilo, alcohol polivinílico, policarbonato, polietileno vinil acetato, y OPS, que se disuelve o dispersa por el disolvente basado en carbonato después de que dicho disolvente basado en carbonato se inyecte en la caja de batería, y la caja de batería es una bolsa laminada, que comprende una capa (111) de recubrimiento exterior, una capa (112) metálica, y una capa (113) de resina interior, o una caja metálica en forma de lata.
6. El método de fabricación de la batería de la reivindicación 5, en donde la capa (121) de material de adsorción de gas comprende al menos un material de adsorción de gas seleccionado de un grupo que consiste en compuestos orgánicos o metales que exhiben alta capacidad de adsorción de gas.
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