ES3059508T3 - Pouch-shaped battery cell configured such that replenishment of electrolytic solution is possible - Google Patents

Pouch-shaped battery cell configured such that replenishment of electrolytic solution is possible

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ES3059508T3
ES3059508T3 ES21828865T ES21828865T ES3059508T3 ES 3059508 T3 ES3059508 T3 ES 3059508T3 ES 21828865 T ES21828865 T ES 21828865T ES 21828865 T ES21828865 T ES 21828865T ES 3059508 T3 ES3059508 T3 ES 3059508T3
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Abstract

La presente invención se refiere a una celda de batería tipo bolsa que puede mejorar la vida útil de dicha celda mediante la reposición de un electrolito que se agota durante el proceso de carga o descarga. La celda de batería tipo bolsa comprende: una carcasa formada por una lámina laminada; un conjunto de electrodos alojado en la carcasa; una bolsa interior ubicada en la superficie exterior del conjunto de electrodos, que contiene un electrolito suplementario; y un elemento de penetración que se extiende a través de la bolsa interior para descargar el electrolito suplementario, el cual se deforma para descargar el electrolito suplementario contenido en la bolsa interior cuando aumenta la presión interna de la carcasa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Celda de batería en forma de petaca configurada de tal manera que es posible reponer la solución electrolíticaSector de la técnica
[0003] La presente solicitud reivindica los derechos de prioridad con respecto a la solicitud de patente coreana n.º 2020-0077564, presentada el 25 de junio de 2020.
[0004] La presente invención se refiere a una celda de batería en forma de petaca configurada de tal manera que es posible reponer una solución electrolítica, en donde una petaca interior que presenta una solución electrolítica para la reposición alojada en su interior está dispuesta en una carcasa de batería, y la solución electrolítica se suministra a un conjunto de electrodos cuando es necesario reponer la solución electrolítica.
[0005] Antecedentes de la invención
[0006] Una batería secundaria de litio, que es capaz de cargarse y descargarse, se utiliza apropiadamente como una celda de batería integrada, ya que no es necesario reemplazar la celda de batería, y se ha aplicado a diversos tipos de dispositivos con una rápida mejora en la estabilidad y un rápido aumento de la capacidad de la misma.
[0007] Por ejemplo, la batería secundaria de litio se ha utilizado de manera extensa como fuente de energía para dispositivos móviles inalámbricos, que son productos multifuncionales pequeños, o dispositivos ponibles, que se llevan puestos en el cuerpo, y también se ha utilizado como una fuente de energía para vehículos eléctricos y vehículos eléctricos híbridos que se presentan como alternativas a los vehículos de gasolina y diésel existentes, los cuales contaminan el aire.
[0008] La batería secundaria de litio está configurada para presentar una estructura en la que un conjunto de electrodos, que incluye un electrodo positivo a base de litio, un electrodo negativo en el que se lleva a cabo la oclusión y la descarga de los iones de litio de manera reversible, un separador configurado para asegurar el aislamiento del electrodo positivo y del electrodo negativo, y una solución electrolítica configurada para proporcionar una ruta de transmisión de los iones de litio, se alojan en una carcasa de batería.
[0009] Durante la carga y descarga repetidas de la batería secundaria de litio, se produce una reacción secundaria entre la superficie del electrodo y la solución electrolítica, mediante la cual la estructura cristalina de cada uno del electrodo positivo y el electrodo negativo colapsa, y la solución electrolítica se agota. Como resultado, se reduce la vida útil de la batería secundaria de litio.
[0010] En particular, se reduce la movilidad de los iones de litio debido al agotamiento de la solución electrolítica, con lo que aumenta la resistencia de la celda de batería y, por lo tanto, el rendimiento de la batería secundaria de litio se reduce de manera abrupta.
[0011] Para resolver este problema, se puede considerar un método para inyectar de manera adicional la solución electrolítica durante el uso de la batería secundaria de litio. Sin embargo, en el caso de que la celda de batería se desmonte para añadir la solución electrolítica, existe una alta posibilidad de que el electrodo quede expuesto al aire y existe un problema, en tanto en cuanto es difícil volver a sellar la celda de batería desmontada.
[0012] El Documento de patente 1 divulga otro método, en el que un dispositivo eléctrico incluye una parte de soporte de solución electrolítica excedente dispuesto en la periferia de un elemento de generación de potencia formado mediante el apilamiento de una capa de electrodo y una capa de electrodo para resolver el exceso y la deficiencia de una solución electrolítica en una superficie del electrodo debido a la expansión y la contracción de una capa de electrodo durante la carga y descarga y un módulo para dispositivos eléctricos que tienen un medio de transmisión de presión en un espacio entre la superficie del dispositivo eléctrico y una carcasa.
[0013] En el Documento de patente 1, cuando la capa de electrodo se expande, la presión se transmite al medio de transmisión de presión y, cuando la presión transmitida al medio de transmisión de presión se transmite a la parte de soporte de solución electrolítica excedente, se descarga una solución electrolítica alojada en la parte de soporte de solución electrolítica excedente.
[0014] En el Documento de patente 1, como se ha descrito anteriormente, el medio de transmisión de presión, a modo de medio configurado para descargar la solución electrolítica, está dispuesto entre las capas de electrodo, lo que reduce la capacidad de una batería.
[0015] En otro ejemplo, el Documento de patente 2 se refiere a una batería secundaria en forma de petaca que tiene una tapa de aire, como elemento de reposición de solución electrolítica, dispuesta en una pared interior de la batería secundaria en forma de petaca, en donde, cuando la tapa de aire formada en el interior de una carcasa de batería se rompe, se descarga la solución electrolítica alojada en la tapa de aire.
[0016] En el Documento de patente 2, se requiere un proceso independiente para proporcionar la tapa de aire que tiene la solución electrolítica alojada en su interior en el interior de la carcasa de la batería, lo que complica el proceso de fabricación. Además, la tapa de aire está configurada para romperse con facilidad, con lo que la tapa de aire puede romperse por un impacto externo incluso antes de que la solución electrolítica se haya agotado y, con ello, la solución electrolítica alojada en la tapa de aire puede descargarse. Por consiguiente, es difícil ajustar el momento para la reposición de la solución electrolítica.
[0017] Por lo tanto, existe una urgente necesidad de una tecnología capaz de evitar la pérdida de capacidad de una celda de batería al tiempo que aumenta la vida útil de la celda de batería mediante la provisión de una estructura capaz de reponer una solución electrolítica que se ha agotado durante el uso de una batería secundaria de litio y capaz de simplificar un proceso de fabricación.
[0018] Documentación de la técnica anterior
[0019] (Documento de patente 1) Publicación de solicitud de patente japonesa n.º 2013-134878 (08/07/2013).
[0020] (Documento de patente 2) Publicación de solicitud de patente coreana n.º 2013-0106796 (30/09/2013). El documento JP 2012 243672 A divulga una celda de batería en forma de petaca que comprende un contenedor secundario ubicado en una superficie exterior del conjunto de electrodos y que contiene una solución electrolítica para la reposición, en donde la solución se libera a través de un orificio pasante en respuesta a una deformación de un elemento piezoeléctrico adyacente en base al voltaje.
[0021] El documento KR 101 936 074 B1 divulga una celda de batería en forma de petaca que incluye un elemento contenedor de electrolito ubicado en una superficie exterior del conjunto de electrodos, que descarga el electrolito en la carcasa de la batería tras romperse debido al aumento de presión en la carcasa de la batería.
[0022] Explicación de la invención
[0023] Problema técnico
[0024] La presente invención se ha elaborado en vista de los problemas enunciados anteriormente y un objetivo de la presente invención es proporcionar una celda de batería en forma de petaca configurada de tal manera que sea posible reponer una solución electrolítica para evitar la reducción de la vida útil de la celda de batería en forma de petaca a causa del agotamiento de la solución electrolítica durante la carga y descarga repetidas de la celda de batería en forma de petaca.
[0025] Solución técnica
[0026] Una celda de batería en forma de petaca según la presente invención para cumplir el objetivo anterior incluye una carcasa de batería hecha de una chapa laminada, un conjunto de electrodos alojados en la carcasa de la batería, una petaca interior ubicada en la superficie exterior del conjunto de electrodos, presentando la petaca interior una solución electrolítica para la reposición alojada en su interior, y un elemento de penetración configurado para penetrar en la petaca interior para descargar la solución electrolítica para la reposición, en donde el elemento de penetración está configurado para deformarse para descargar la solución electrolítica para la reposición alojada en la petaca interior cuando aumenta una presión en la carcasa de la batería.
[0027] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, la solución electrolítica para la reposición puede incluir aditivos para impedir la formación de película.
[0028] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, la petaca interior puede estar ubicada en al menos una de la superficie superior o superficie inferior del conjunto de electrodos, siendo la superficie superior y la superficie inferior superficies exteriores del conjunto de electrodos paralelas a una placa de electrodo del conjunto de electrodos.
[0029] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, la petaca interior incluye una primera superficie que está orientada hacia el conjunto de electrodos, una segunda superficie que está orientada hacia el elemento de penetración, siendo la segunda superficie una superficie exterior de la petaca interior opuesta a la primera superficie, y excluyendo una superficie lateral la primera superficie y la segunda superficie.
[0030] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, el elemento de penetración incluye un elemento piezoeléctrico configurado para generar un voltaje en función de la presión en la carcasa de la batería, y un pin de polímero electroactivo (EAP) configurado para deformarse con el voltaje generado por el elemento piezoeléctrico.
[0031] Además, el pin de EAP puede ser plano en un estado normal, y el pin de EAP puede doblarse y deformarse en una dirección hacia la petaca interior cuando aumenta la presión en la carcasa de la batería.
[0032] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, el elemento piezoeléctrico puede tener una forma de placa plana, y el pin de EAP puede incluir una parte de acoplamiento acoplada al elemento piezoeléctrico y una parte de deformación configurada para deformarse cuando aumenta el voltaje.
[0033] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, la parte de deformación puede estar configurada para doblarse en perpendicular a la parte de acoplamiento y puede estar configurada para penetrar en la petaca interior.
[0034] Alternativamente, en la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, la parte de deformación puede doblarse en perpendicular a la superficie lateral de la petaca interior y puede penetrar en la petaca interior. En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, el elemento de penetración puede incluir un primer pin de EAP y un segundo pin de EAP conectados a un único elemento piezoeléctrico.
[0035] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, la petaca interior puede incluir una primera parte de alojamiento y una segunda parte de alojamiento separadas entre sí, y un voltaje de deformación del primer pin de EAP configurado para penetrar en la primera parte de alojamiento y un voltaje de deformación del segundo pin de EAP configurado para penetrar en la segunda parte de alojamiento pueden diferir entre sí.
[0036] Además, la presente invención proporciona un conjunto de baterías que incluye una pila de celdas de batería configurada para alojar la celda de batería en forma de petaca en plural, en donde cada una de las celdas de batería en forma de petaca está dispuesta en estrecho contacto con otra adyacente de las celdas de batería en forma de petaca en la pila de celdas de batería.
[0037] Efectos ventajosos
[0038] Como queda patente a partir de la descripción anterior, una celda de batería en forma de petaca según la presente invención está configurada para presentar una estructura en la que la reposición de una solución electrolítica solo es posible cuando aumenta la presión en una carcasa de la batería y, por lo tanto, una solución electrolítica para la reposición puede desplazarse a un conjunto de electrodos cuando una solución electrolítica inyectada inicialmente en la celda de batería en forma de petaca se agota y es necesario reponer la solución electrolítica.
[0039] Además, solo se añade un elemento piezoeléctrico que tiene un polímero electroactivo adherido al mismo junto con una petaca interior que tiene una solución electrolítica para la reposición alojada en su interior, con lo que es posible minimizar un incremento en el grosor general de la celda de batería en forma de petaca.
[0040] Además, dado que las celdas de batería en forma de petaca están dispuestas en estrecho contacto entre sí para constituir un módulo de batería o un conjunto de baterías, el elemento piezoeléctrico puede generar voltaje incluso debido a un incremento en la presión en la celda de batería en forma de petaca y, por lo tanto, el polímero electroactivo se puede deformar y puede penetrar en la petaca interior.
[0041] Dado que se añade la solución electrolítica para la reposición, como se ha descrito anteriormente, es posible evitar un incremento en la resistencia de la celda de batería en forma de petaca debido al agotamiento de la solución electrolítica, con lo que es posible proporcionar una celda de batería en forma de petaca que tiene unas características cíclicas mejoradas.
[0042] Breve descripción de los dibujos
[0043] La FIG. 1 es una vista en perspectiva despiezada de una celda de batería en forma de petaca según la presente invención.
[0044] La FIG. 2 es una vista en perspectiva de una petaca interior y un elemento de penetración según una primera realización.
[0045] La FIG. 3 es una vista en perspectiva de una petaca interior y un elemento de penetración según una segunda realización.
[0046] La FIG. 4 es una vista en perspectiva de una petaca interior y un elemento de penetración según una tercera realización.
[0047] Realización preferente de la invención
[0048] A continuación, se describirán realizaciones preferidas de la presente invención en detalle con referencia a los dibujos adjuntos, de tal manera que las realizaciones preferidas de la presente invención se puedan implementar de manera sencilla por parte de una persona experta en la materia a la que pertenece la presente invención. Sin embargo, a la hora de describir el principio de funcionamiento de las realizaciones preferidas de la presente invención en detalle, se omitirá una descripción detallada de las funciones y configuraciones conocidas incorporadas en la misma cuando esta pueda comprometer la materia objeto de la presente invención.
[0049] Además, se utilizarán los mismos signos de referencia a lo largo de los dibujos para hacer referencia a piezas que desempeñen funciones u operaciones similares. En el caso de que, a lo largo de la especificación, una pieza deba estar conectada a otra pieza, no solo puede la una pieza estar conectada directamente a la otra pieza, sino que también la una pieza puede estar conectada a la otra pieza de manera indirecta a través de otra pieza. El hecho de que se incluya un determinado elemento no significa que se excluyan otros elementos, sino que significa que dichos elementos pueden incluirse adicionalmente, salvo que se exprese lo contrario.
[0050] Además, salvo que se restrinja de forma específica, se puede aplicar a todas las invenciones una descripción para realizar elementos mediante limitación o adición y no limitará una invención específica.
[0051] Asimismo, salvo que se indique lo contrario, en la descripción de la invención y las reivindicaciones de la presente solicitud, las formas en singular pretenden incluir las formas en plural.
[0052] Asimismo, salvo que se indique lo contrario, en la descripción de la invención y las reivindicaciones de la presente solicitud, "o" incluye "y". Por lo tanto, "que incluye A o B" se refiere a tres casos, en concreto, el caso que incluye A, el caso que incluye B y el caso que incluye A y B.
[0053] Además, todos los intervalos numéricos incluyen el valor más bajo, el valor más alto y todos los valores intermedios, salvo que el contexto indique expresamente lo contrario.
[0054] A continuación, se describen en detalle realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. La FIG. 1 es una vista en perspectiva despiezada de una celda de batería en forma de petaca según la presente invención.
[0055] Con referencia a la FIG. 1, la celda 100 de batería en forma de petaca está configurada de tal manera que un conjunto 120 de electrodos, una petaca 130 interior y un elemento 140 de penetración están alojados en una carcasa 110 de batería.
[0056] La carcasa 110 de batería mostrada en la FIG. 1 está configurada para tener una estructura en la que una carcasa superior y una carcasa inferior están separadas entre sí. Alternativamente, se puede utilizar una carcasa de batería integrada configurada para tener una estructura en la que el perímetro exterior de un lado de una carcasa superior y el perímetro exterior de un lado de una carcasa inferior están conectados entre sí.
[0057] La chapa laminada puede estar configurada para tener una estructura en la que una capa de resina exterior, una capa metálica que bloquea el aire y la humedad y una capa de resina interior termofusible están apiladas.
[0058] Es necesario que la capa de resina exterior ofrezca tolerancia a un entorno externo y, por lo tanto, se requieren una fuerza tensil y una resistencia a la intemperie superiores a las predeterminadas. A este respecto, una resina polimérica que constituye la capa de revestimiento exterior puede incluir naftalato de polietileno (PEN), tereftalato de polietileno (PET) o nailon orientado, que ofrece una fuerza tensil y una resistencia a la intemperie excelentes.
[0059] La capa metálica puede estar hecha de aluminio (Al) o una aleación de aluminio para ofrecer una capacidad para mejorar la fuerza de la carcasa de la batería, así como una capacidad para prevenir la entrada de elementos extraños, como gas y humedad, o fugas de una solución electrolítica. Ejemplos de la aleación de aluminio pueden ser las aleaciones número 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104 y 3105. Estos materiales pueden utilizarse solos o en la forma de una combinación de dos o más de los mismos.
[0060] Para la capa de resina interior se puede utilizar una resina polimérica que ofrezca fusibilidad térmica (adhesividad térmica), presente una baja higroscopicidad a la solución electrolítica para evitar la permeación de la solución electrolítica y no se expanda ni erosione con la solución electrolítica. Más preferiblemente, la capa de resina interior está hecha de polipropileno fundido (CPP).
[0061] El conjunto 120 de electrodos mostrado en la FIG. 1 es un conjunto de electrodos apilados configurado para tener una estructura en la que una placa de electrodo positivo y una placa de electrodo negativo están apiladas en el estado en el que se interpone un separador entre ellas. Sin embargo, la estructura del conjunto de electrodos según la presente invención no se limita a esto. El conjunto de electrodos puede ser un conjunto de electrodos de tipo apilado y doblado, configurado para tener una estructura en la que una pluralidad biceldas y/o monoceldas están enrolladas en un estado en el que están dispuestas en una película de separación, un conjunto de electrodos de tipo laminado y apilado, configurado para tener una estructura en la que una pluralidad de biceldas y/o monoceldas está apilada en el estado en el que un separador está interpuesto entre ellas, o un conjunto de electrodos de tipo enrollado, configurado para tener una estructura en la que una lámina de electrodo positivo y una lámina de electrodo negativo están enrolladas en el estado en el que entre ellas se interpone una lámina separadora.
[0062] Una bicelda es una celda de batería configurada para tener una estructura en la que dos electrodos positivos y un electrodo negativo están apilados en el estado en el que entre ellos se interponen separadores, o una celda de batería configurada para tener una estructura en la que dos electrodos negativos y un electrodo positivo están apilados en el estado en el que entre ellos se interponen separadores. Una monocelda es una celda de batería configurada para tener una estructura en la que un electrodo positivo y un electrodo negativo están apilados en el estado en el que se interpone un separador entre ellos.
[0063] En la celda de batería en forma de petaca según la presente invención, el elemento 140 de penetración está doblado y deformado para descargar una solución electrolítica para la reposición alojada en la petaca 130 interior cuando aumenta la presión en la carcasa de la batería. En otras palabras, es preferible que la petaca 130 interior y el elemento 140 de penetración estén dispuestos en estrecho contacto entre sí y que la petaca 130 interior y el conjunto 120 de electrodos estén dispuestos en estrecho contacto entre sí, de tal manera que el elemento 140 de penetración penetre en la petaca 130 interior para desplazar la solución electrolítica para la reposición en una dirección hacia el conjunto de electrodos.
[0064] Como se muestra en la FIG.1, por lo tanto, la petaca 130 interior puede estar dispuesta en la superficie 121 superior del conjunto 120 de electrodos, que es una superficie exterior paralela a los electrodos del conjunto de electrodos. Además, a diferencia de lo que se muestra en la FIG. 1, la petaca interior puede estar dispuesta en cada una de la superficie superior y la superficie inferior del conjunto de electrodos, y el elemento de penetración puede estar dispuesto en la superficie exterior de la petaca interior, teniendo en cuenta la cantidad de solución electrolítica para la reposición.
[0065] El material de la petaca interior está hecho de un material que no reacciona químicamente con la solución electrolítica y que se rompe fácilmente con el elemento de penetración.
[0066] En el caso de que se utilice un material elástico para la petaca interior, la solución electrolítica para la reposición alojada en la petaca interior puede descargarse fácilmente al exterior, dado que la petaca interior se encoge debido a la fuerza elástica de la misma. Además, cuando la petaca interior se encoge después de que se haya descargado la solución electrolítica para la reposición, aumenta el espacio vacío en la carcasa de la batería, con lo que se puede reducir la presión en la celda de batería y, por lo tanto, se puede mejorar la seguridad de la celda de batería.
[0067] Por ejemplo, se puede emplear polipropileno (PP), polietileno (PE) o politetrafluoroetileno (PTFE) como material para la petaca interior.
[0068] La FIG. 2 es una vista en perspectiva de una petaca interior y un elemento de penetración según una primera realización, que son la petaca interior y el elemento de penetración mostrados en la FIG.1.
[0069] Con referencia a la FIG.2 junto con la FIG. 1, la petaca 130 interior está configurada para tener una estructura que incluye una primera superficie 131 que está orientada hacia el conjunto 120 de electrodos, una segunda superficie 132 que está orientada hacia el elemento 140 de penetración, siendo la segunda superficie la superficie exterior opuesta a la primera superficie 131, y excluyendo una superficie 133 lateral la primera superficie 131 y la segunda superficie 132, es decir, una estructura paralelepípeda rectangular.
[0070] Alternativamente, a diferencia de lo que se muestra en la FIG.1, cada una de la primera superficie 131 y la segunda superficie 132 puede incluir un perímetro exterior curvado. Sin embargo, es preferible que cada una de la primera superficie 131 y la segunda superficie 132 tenga unas dimensiones tales que el perímetro exterior de cada una de la primera superficie 131 y la segunda superficie 132 no sobresalga más allá de una de la superficie 121 superior y la superficie inferior correspondiente del conjunto de electrodos.
[0071] El elemento 140 de penetración incluye un elemento 141 piezoeléctrico y un pin 142 de polímero electroactivo (EAP).
[0072] Se puede utilizar al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en cristal, turmalina y sal de Rochelle como ejemplo del elemento 141 piezoeléctrico. Cuando se aplica presión al elemento piezoeléctrico, la energía mecánica puede convertirse en energía eléctrica, con lo que se puede generar voltaje.
[0073] El pin de EAP es un pin hecho de un polímero electroactivo (EAP), que tiene la propiedad de encogerse cuando la electricidad fluye por él. El pin de EAP se deforma con el voltaje generado por el elemento piezoeléctrico.
[0074] En un ejemplo concreto, la carcasa de la batería puede expandirse debido a un fenómeno de generación de calor y un fenómeno de generación de gas que ocurre cuando se utiliza la celda de batería en forma de petaca, con lo que puede aumentar la presión en la carcasa de la batería. Cuando el elemento piezoeléctrico es presionado por la presión aumentada en la carcasa de la batería, el elemento piezoeléctrico puede generar voltaje. Dado que el elemento piezoeléctrico está conectado eléctricamente (no se muestra) al pin de EAP, el pin de EAP se deforma. Concretamente, con referencia a la FIG. 2, el elemento 141 piezoeléctrico tiene forma de placa plana y está dispuesto de tal manera que toda la parte del elemento piezoeléctrico que está orientada a la segunda superficie 132 de la petaca 130 interior está en contacto estrecho con la segunda superficie 132. Por consiguiente, no solo la presión del gas generado como resultado de la reacción secundaria entre el electrodo y la solución electrolítica, sino también la presión aplicada por el conjunto de electrodos hinchado se transmiten al elemento 141 piezoeléctrico a través de la petaca 130 interior y actúan como fuerzas externas que empujan el elemento 141 piezoeléctrico.
[0075] En un ejemplo concreto, es posible fabricar un conjunto de baterías que incluye una pila de celdas de batería configurada para alojar en su interior una pluralidad de celdas de batería en forma de petaca según la presente invención y que permite que la pluralidad de celdas de batería en forma de petaca estén dispuestas en estrecho contacto con las celdas de batería en forma de petaca adyacentes a las mismas.
[0076] En general, en el caso de que se agote una solución electrolítica inicial en una celda de batería en forma de petaca y que sea necesario reponer la solución electrolítica, la presión en la celda de batería en forma de petaca es varias o más veces la presión inicial en la celda de batería.
[0077] Dado que las celdas de batería en forma de petaca están dispuestas en estrecho contacto entre sí en la pila de celdas de batería, se limita el hinchado de la carcasa de la batería, con lo que la presión en la carcasa de la batería aumentada por el gas generado en su interior actúa como una fuerza que presiona el elemento piezoeléctrico. Por consiguiente, se puede aplicar presión suficiente al elemento piezoeléctrico para que el elemento piezoeléctrico genere voltaje y el pin de EAP se deforme con el voltaje generado por el elemento piezoeléctrico, con lo que se forma un orificio pasante en la petaca interior.
[0078] El orificio pasante se forma como resultado de la deformación del pin de EAP y la penetración en la petaca interior. La solución electrolítica alojada en la petaca interior se desplaza al conjunto de electrodos a través del orificio pasante, con lo que se logra la reposición de la solución electrolítica.
[0079] En un estado normal, el pin 142 de EAP es plano. Cuando aumenta la presión de la carcasa de la batería, el pin de EAP puede doblarse y deformarse en una dirección hacia la petaca 130 interior. El pin 142 de EAP incluye una parte 142a de acoplamiento acoplada al elemento 141 piezoeléctrico y una parte 142b de deformación configurada para deformarse en el momento de la generación del voltaje.
[0080] Cuando la parte 142b de deformación se dobla en perpendicular a la parte 142a de acoplamiento, la parte 142b de deformación penetra en la segunda superficie 132 de la petaca 130 interior, con lo que se forma un orificio pasante en la segunda superficie 132. Por consiguiente, la solución electrolítica para la reposición alojada en la petaca 130 interior puede descargarse en la dirección hacia el conjunto de electrodos a través del orificio pasante.
[0081] Sin embargo, para evitar daños en el conjunto de electrodos debido a la deformación de la parte 142b de deformación, es preferible que la longitud de la parte de deformación sea tal que sea inferior al grosor de la petaca interior.
[0082] La FIG. 2 muestra la estructura en la que dos pines de EAP están dispuestos en extremos laterales opuestos del elemento 141 piezoeléctrico. Alternativamente, se puede acoplar un único pin de EAP al elemento piezoeléctrico, o se pueden acoplar tres o más pines de EAP al elemento piezoeléctrico para facilitar una descarga rápida de la solución electrolítica para la reposición. Sin embargo, es preferible disponer una pluralidad de pines de EAP en diferentes perímetros exteriores del elemento piezoeléctrico de tal manera que estén separados entre sí, a fin de suministrar rápidamente la solución electrolítica para la reposición a la totalidad del conjunto de electrodos.
[0083] La FIG. 3 es una vista en perspectiva de una petaca interior y un elemento de penetración según una segunda realización.
[0084] Con referencia a la FIG.3, un elemento 241 piezoeléctrico tiene forma de placa plana y está dispuesto de tal manera que toda la parte del elemento piezoeléctrico que está orientada a una segunda superficie 232 de la petaca 230 interior está en contacto estrecho con la segunda superficie 232.
[0085] Un pin 242 de EAP incluye una parte 242a de acoplamiento acoplada al elemento 241 piezoeléctrico y una parte 242b de deformación configurada para deformarse en el momento de la generación del voltaje.
[0086] Para los pines 242 de EAP de la FIG. 3, en un estado normal, la parte 242a de acoplamiento está ubicada en la superficie superior del elemento 241 piezoeléctrico en forma de placa plana, y la parte 242b de deformación está ubicada en la superficie lateral del elemento 241 piezoeléctrico y la superficie 233 lateral de la petaca 230 interior. Cuando se aplica presión al elemento piezoeléctrico y se genera voltaje, la parte 242b de deformación se dobla en perpendicular a la superficie 233 lateral de la petaca 230 interior y penetra en la tercera superficie 233. Por consiguiente, la parte de deformación se deforma de tal manera que se forma un orificio pasante en la tercera superficie 233. El estado en el que la parte de deformación se deforma se indica por medio de una línea de puntos. En el caso de que se utilice el pin 242 de EAP configurado de tal manera que la parte 242b de deformación esté dispuesta para penetrar en la superficie 233 lateral de la petaca 230 interior, se da la ventaja de que el conjunto de electrodos no sufre daños por el pin 242 de EAP doblado y deformado, incluso aunque el pin 242 de EAP esté tan afilado y sea tan largo como para penetrar totalmente en la petaca interior.
[0087] Es decir, en el caso de que se utilice el pin 242 de EAP mostrado en la FIG. 3, la parte de deformación puede ser más larga que la parte de deformación del pin 142 de EAP de la FIG.2, en donde se puede ejecutar rápidamente un proceso de formación del orificio pasante en la petaca interior y se puede ejecutar un proceso de inyección de la solución electrolítica para la reposición con una seguridad mejorada, dado que se penetra en la superficie lateral de la petaca interior.
[0088] La FIG. 4 es una vista en perspectiva de una petaca interior y un elemento de penetración según una tercera realización.
[0089] Con referencia a la FIG. 4, la petaca 330 interior incluye una primera parte 351 de alojamiento y una segunda parte 352 de alojamiento separadas entre sí. Por consiguiente, incluso en el caso de que se forme un orificio pasante en la primera parte 351 de alojamiento por medio de un primer pin 361 de EAP y se descargue una solución electrolítica para la reposición desde la primera parte 351 de alojamiento, la segunda parte 352 de alojamiento puede mantenerse en un estado en el que una solución electrolítica para la reposición no se descargue de la misma. Por otro lado, incluso en el caso de que se forme un orificio pasante en la segunda parte 352 de alojamiento por medio de un segundo pin 362 de EAP y se descargue una solución electrolítica para la reposición desde la segunda parte 352 de alojamiento, la primera parte 351 de alojamiento puede mantenerse en un estado en el que la solución electrolítica para la reposición no se descargue de la misma. Es decir, las fugas de la solución electrolítica de cualquiera de la primera parte 351 de alojamiento y la segunda parte 352 de alojamiento no afecta a la otra parte de alojamiento.
[0090] Es decir, el primer pin 361 de EAP y el segundo pin 362 de EAP pueden configurarse para presentar diferentes voltajes de deformación, de modo que la solución electrolítica se descargue secuencialmente de la primera parte de alojamiento y la segunda parte de alojamiento.
[0091] Por ejemplo, el primer pin de EAP y el segundo pin de EAP pueden fabricarse con materiales que tienen diferentes voltajes de deformación. Alternativamente, un elemento piezoeléctrico al que está acoplado el primer pin de EAP y un elemento piezoeléctrico al que está acoplado el segundo pin de EAP pueden configurarse para estar separados uno de otro.
[0092] Dado que la reposición de la solución electrolítica se lleva a cabo dos veces por separado, como se ha descrito anteriormente, es posible mejorar aún más las características de vida útil de la celda de batería en forma de petaca. En un ejemplo concreto, la celda de batería en forma de petaca según la presente invención está configurada de tal manera que una solución electrolítica que se inyecta inicialmente incluye un aditivo para la formación de película y, por lo tanto, se forma una película en la superficie del electrodo positivo. Sin embargo, en el caso de que una solución electrolítica para la reposición que se añada incluya un aditivo para la formación de película, se formará una película adicional, con lo que puede aumentar la resistencia de la celda de batería en forma de petaca. Por consiguiente, es preferible que la solución electrolítica para la reposición incluya un aditivo para impedir la formación de película.
[0093] Descripción de los signos de referencia
[0094] 100: Celda de batería en forma de petaca
[0095] 110: Carcasa de batería
[0096] 120: Conjunto de electrodos
[0097] 121: Superficie superior del conjunto de electrodos
[0098] 130, 230, 330: Petacas interiores
[0099] 131: Primera superficie
[0100] 132, 232: Segundas superficies
[0101] 133, 233: Superficies laterales
[0102] 140: Elemento de penetración
[0103] 141, 241: Elementos piezoeléctricos
[0104] 142, 242: Pines de polímero electroactivo (EAP)
[0105] 142a, 242a: Partes de acoplamiento
[0106] 142b, 242b: Partes de deformación
[0107] 351: Primera parte de alojamiento
[0108] 352: Segunda parte de alojamiento
[0109] 361: Primer pin de EAP
[0110] 362: Segundo pin de EAP
[0111] Aplicabilidad industrial
[0112] Como queda patente a partir de la descripción anterior, una celda de batería en forma de petaca según la presente invención está configurada para presentar una estructura en la que la reposición de una solución electrolítica solo es posible cuando aumenta la presión en una carcasa de la batería y, por lo tanto, una solución electrolítica para la reposición puede desplazarse a un conjunto de electrodos cuando una solución electrolítica inyectada inicialmente en la celda de batería en forma de petaca se agota y es necesario reponer la solución electrolítica.
[0113] Además, solo se añade un elemento piezoeléctrico que tiene un polímero electroactivo adherido al mismo junto con una petaca interior que tiene una solución electrolítica para la reposición alojada en su interior, con lo que es posible minimizar un incremento en el grosor general de la celda de batería en forma de petaca.
[0114] Además, dado que las celdas de batería en forma de petaca están dispuestas en estrecho contacto entre sí para constituir un módulo de batería o un conjunto de baterías, el elemento piezoeléctrico puede generar voltaje incluso debido a un incremento en la presión en la celda de batería en forma de petaca y, por lo tanto, el polímero electroactivo se puede deformar y puede penetrar en la petaca interior.
[0115] Por consiguiente, es posible evitar un incremento en la resistencia de la celda de batería en forma de petaca debido a la adición de la solución electrolítica para la reposición, con lo que es posible proporcionar una celda de batería en forma de petaca que tiene unas características cíclicas mejoradas.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES
1. Una celda (100) de batería en forma de petaca que comprende:
una carcasa (110) de batería hecha de una tapa laminada;
un conjunto (120) de electrodos alojado en la carcasa de la batería;
una petaca (130, 230, 330) interior ubicada en una superficie exterior del conjunto (120) de electrodos, presentando la petaca (130, 230, 330) interior una solución electrolítica para la reposición alojada en su interior; y
un elemento (140) de penetración configurado para penetrar en la petaca (130, 230, 330) interior para descargar la solución electrolítica para la reposición,
en donde el elemento (140) de penetración está configurado para deformarse para descargar la solución electrolítica para la reposición alojada en la petaca (130, 230, 330) interior cuando aumenta una presión en la carcasa de la batería,
en donde la petaca interior está hecha de un material que no reacciona químicamente con la solución electrolítica y que se rompe fácilmente con el elemento de penetración,
en donde la petaca interior comprende:
una primera superficie (131) que está orientada hacia el conjunto (120) de electrodos;
una segunda superficie (132) que está orientada hacia el elemento (140) de penetración, siendo la segunda superficie (132) una superficie exterior de la petaca interior opuesta a la primera superficie; y
excluyendo una superficie (133) lateral la primera superficie (131) y la segunda superficie (132),
en donde el elemento (140) de penetración comprende:
un elemento (141, 241) piezoeléctrico configurado para generar un voltaje dependiendo de la presión en la carcasa de la batería; y
un pin (142, 242) de polímetro electroactivo (EAP) configurado para deformarse con el voltaje generado por el elemento (141, 241) piezoeléctrico.
2. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 1, en donde la solución electrolítica para la reposición puede está libre de aditivos para la formación de película.
3. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 1, en donde la petaca (130, 230, 330) interior está ubicada en al menos una de una superficie superior o una superficie inferior del conjunto (120) de electrodos, siendo la superficie superior y la superficie inferior superficies exteriores del conjunto (120) de electrodos paralelas a una placa de electrodo del conjunto (120) de electrodos.
4. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 1, en donde el pin de EAP es plano en un estado normal, y el pin de EAP se dobla y deforma en una dirección hacia la petaca interior cuando aumenta la presión en la carcasa de la batería.
5. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 1, en donde el elemento piezoeléctrico tiene una forma de placa plana y el pin de EAP comprende una parte de acoplamiento acoplada al elemento piezoeléctrico y una parte de deformación configurada para deformarse cuando aumenta el voltaje.
6. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 5, en donde la parte de deformación está configurada para doblarse en perpendicular a la parte de acoplamiento y está configurada para penetrar en la petaca interior.
7. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 5, en donde la parte de deformación está configurada para doblarse en perpendicular a la superficie lateral de la petaca interior y está configurada para penetrar en la petaca interior.
8. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 1, en donde el elemento de penetración comprende un primer pin de EAP y un segundo pin de EAP conectados a un único elemento piezoeléctrico.
9. La celda de batería en forma de petaca según la reivindicación 8, en donde
la petaca interior comprende una primera parte de alojamiento y una segunda parte de alojamiento separadas entre sí,
y un voltaje de deformación del primer pin de EAP configurado para penetrar en la primera parte de alojamiento y un voltaje de deformación del segundo pin de EAP configurado para penetrar en la segunda parte de alojamiento difieren entre sí.
10. Un conjunto de baterías que comprende una pila de celdas de batería configurada para alojar la celda de batería en forma de petaca según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en plural, en donde cada una de las celdas de batería en forma de petaca está dispuesta en estrecho contacto con una de las celdas de batería en forma de petaca adyacentes en la pila de celdas de batería.
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