KR101973360B1 - 바이폴라 고체 상태 배터리 절연 패키지 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따라, 바이폴라 고체 상태 배터리는 제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택, 제 1 애노드 바로 아래에 위치된 제 1 기저부를 포함하는 제 1 기저층, 제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택, 제 2 애노드 바로 아래에 위치된 제 2 기저부를 포함하는 제 2 기저층, 및 제 1 셀 스택과 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단열성 매체를 포함한다.

Description

바이폴라 고체 상태 배터리 절연 패키지{BIPOLAR SOLID STATE BATTERY INSULATING PACKAGE}
본 출원은, 전체 내용들이 참조로서 여기에 통합된, 2013년 8월 28일에 출원된 미국 가출원 제 61/870,836 호의 이익을 주장한다.
본 개시는 배터리들에 관한 것이고, 특히 고체 상태 배터리들에 관한 것이다.
재충전 가능한 리튬-이온 배터리들은 다른 전기 화학 에너지 저장 디바이스들에 비해 그들의 높은 비에너지 때문에 휴대용 전자기기들 및 전기 및 하이브리드-전기 차량들에 대해 매력적인 에너지 저장 시스템들이다. 일반적인 Li-이온 셀은 음극, 양극, 및 음극과 양극 사이에 격리판 영역을 포함한다. 두 전극들은 리튬을 삽입하거나 또는 그와 가역적으로 반응하는 활성 재료들을 포함한다. 몇몇 경우들에서, 음극은 전기 화학적으로 용해될 수 있고 가역적으로 침착될 수 있는 리튬 금속을 포함할 수 있다. 격리판은 리튬 양이온을 갖는 전해질을 포함하고, 전극들 사이에 물리적 장벽의 역할을 해서, 전극들 중 어느 것도 셀 내에 전자적으로 접속되지 않는다.
일반적으로, 충전 동안, 양극에서 전자들의 생성, 및 음극에서 동등한 양의 전자들의 소비가 존재하고, 이들 전자들은 외부 회로를 통해 수송된다. 셀의 이상적인 충전에서, 양극의 활성 재료로부터 리튬 이온들의 산화를 통해 추출이 존재하기 때문에, 이들 전자들은 양극에서 생성되고, 음극의 활성 재료로의 리튬 이온들의 환원이 존재하기 때문에, 전자들은 음극에서 소비된다. 방전 동안, 정확한 반대 반응들이 발생한다.
리튬 금속 음극을 갖는 배터리들은 종래의 탄소계 음극들을 갖는 배터리들에 비해 특별히 높은 비에너지(Wh/㎏) 및 에너지 밀도(Wh/L)를 제공한다. 그러나, 이러한 시스템들의 주기 수명은 오히려: (a) Li 금속이 박리되고 도금되는 모든 주기 동안 셀 샌드위치에서 상당한 체적 변경들, (b) 격리판을 관통하고 셀을 단락시키고 및/또는 음극의 단편화 및 용량 손실을 초래할 수 있는, 재충전 동안 덴드라이트들(dendrites)의 형성; (c) 셀에서 큰 전체 체적 변경을 초래하는, 연장된 주기에 대해 금속에서 형태 변경들; 및 (d) 몇몇 금속을 분리시키고 및/또는 시간에 걸쳐 셀의 저항을 증가시킬 수 있는, 특정한 전해질들에 노출될 때 금속의 표면에 형성하는 패시베이팅 층의 구조 및 조성의 변경들에 의해 제한된다.
높은 비용량 음극들, 예컨대 금속이 배터리에 사용될 때, 종래 시스템들에 대해 용량 증가의 최대 이익은 고용량 양극 활성 재료가 또한 사용될 때 실현된다. 예를 들면, 종래의 리튬-삽입 산화물들(예를 들면, LiCoO2, LiNi0 .8Co0 .15Al0 .05O2, Li1.1Ni0.3Co0.3Mn0.3O2)은 일반적으로 ~280 mAh/g(리튬 산화물의 질량에 기초하여)의 이론적인 용량 및 리튬 금속의 비용량, 3863 mAh/g에 비해 매우 낮은 180 내지 250 mAh/g의 실제 용량에 제한된다. 몇몇 실제 주기가 리튬 이온 양극에 대해 달성된 가장 높은 이론적인 용량은 1168 mAh/g(리튬화 재료의 질량에 기초하여)이고, 이는 Li2S 및 Li2O2에 의해 공유된다. 다른 고용량 재료들은 BiF3(303 mAh/g, 리튬화된), FeF3(712 mAh/g, 리튬화된), LiOH·H2O(639 mAh/g), 및 다른 것들을 포함한다. 불행히도, 모든 이들 재료들은 종래의 산화물 양극들에 비하여 더 낮은 전압에서 리튬과 반응하고, 따라서 이론적인 비에너지를 제한한다; 그러나, 이론적인 비에너지들은 여전히 매우 높다(>800Wh/㎏, 리튬 음극 및 종래의 산화물 양극들을 갖는 셀에 대해 최대 ~ 500 Wh/㎏에 비하여).
도 1은 상이한 비에너지들의 배터리 팩들을 사용하는 차량에 대해 달성 가능한 운행 범위 대 배터리 팩의 중량을 도시하는 차트(2)를 도시한다. 차트(10)에서, 비에너지들은, 셀들의 특정 세트로부터 배터리 팩을 형성하기 위해 50% 중량 증가를 가정하여 셀 패키징 중량을 포함하는 전체 셀에 대한 것이다. 미국 에너지국은 차량 내 위치된 배터리 팩에 대하여 200 ㎏의 중량 제한을 확립했다. 따라서, 단지 약 600 Wh/㎏ 이상을 갖는 배터리 팩만이 300 마일의 운행 범위를 달성할 수 있다.
리튬-기반 배터리들은 상당히 높은 비에너지(Wh/㎏) 및 에너지 밀도(Wh/L)를 갖고, 그들이 지금 전기 동력 차량들에서 사용되고 있다. 그러나, 수백 마일들의 운행 범위를 갖는 완전한 전기 차량에 전력을 공급하기 위해, 종래 기술보다 큰 비에너지를 갖는 배터리(그래파이트 애노드 및 전이 금속 산화물 캐소드를 갖는 삽입 시스템)가 필요하다.
현재 이용되는 배터리들에 비교할 때 더 높은 비에너지를 제공하는 몇몇 옵션들이 가능하다. 예를 들면, 도 2는 다양한 리튬 기반 화학물들의 비에너지 및 에너지 밀도를 식별하는 차트(4)를 도시한다. 차트(4)에서, 단지 배터리 셀들의 활성 재료들, 집전 장치들, 바인더들, 격리판들, 및 다른 불활성 재료의 중량만이 포함된다. 패키징 중량, 예컨대 탭들, 셀 캔, 등은 포함되지 않는다. 차트(4)로부터 분명한 바와 같이, 리튬 황화물을 형성하기 위해 황을 환원시키는 리튬 금속 음극 및 양극을 사용하는 리튬-황 배터리는 종래 기술보다 상당히 더 높은 비에너지를 갖는다.
상업적으로 실행가능하게 되기 위해 리튬-황 시스템에 대해 처리되어야 하는 상당한 도전 과제들이 존재한다. 중요한 도전 과제들은 주기 수명을 증가시키는 것(종래 기술은 100 내지 수백 주기들이고; 목표는 >500이고, 바람직하게는 >2000이다), 황의 활용을 증가시키는 것(전자적으로 절연되어 있는 Li2S 또는 Li2S2에 의한 양극의 패시베이션에 의해 일반적인 이용은 75% 이하이다), 양극에서 황의 질량 분율을 증가시키는 것(일반적으로 질량 분율은 50% 이하이다), 및 셀의 레이트 성능을 증가시키는 것(타깃 방전 레이트는 1C 이상이다)을 포함한다. 문헌에 기술된 몇몇 Li/S 셀들은 주기 수명, 비에너지, 및 비전력에 대한 목표들의 일부를 충족하지만, 이들 셀들 중 어느 것도 상업적 셀을 실현하기에 요구될 수 있는 문제들 모두를 적절히 처리하지 않는다.
따라서, 상기 식별된 문제들 중 하나 이상을 처리하는 고체 상태 전기 화학 셀이 필요하다.
일 실시예에 따라, 바이폴라 고체 상태 배터리는 제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택, 제 1 애노드 바로 아래에 위치된 제 1 기저부를 포함하는 제 1 기저층, 제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택, 제 2 애노드 바로 아래에 위치된 제 2 기저부를 포함하는 제 2 기저층, 및 제 1 셀 스택과 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단열성 매체를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 단열성 매체는 폴리머를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 단열성 매체는 열 전도성 및 전기 절연성 고체를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 단열성 매체는 유체를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 단열성 유체는 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택과 유체 접촉한다.
하나 이상의 실시예들에서, 배터리는 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 내부 패키징 층, 및 내부 패키징 층으로부터 떨어져서 이격되고 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 외부 패키징 층을 포함하고, 단열성 유체는 내부 패키징층과 외부 패키징 층 사이에 포함된다.
하나 이상의 실시예들에서, 단열성 유체는 열 전도성 및 전기 절연성 고체를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 단열성 유체는 불연성 오일을 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 배터리는 외부 패키징 층과 열적으로 연결되는 냉각판을 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 냉각판은 냉각 코일 내에 열적으로 제어된 유체를 포함한다.
일 실시예에서, 바이폴라 고체 상태 배터리를 형성하는 방법은 제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택을 제공하는 단계, 제 1 애노드 바로 아래에 제 1 기처증의 제 1 기저부를 위치시키는 단계, 제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택을 제공하는 단계, 제 2 애노드 바로 아래에 제 2 기저층의 제 2 기저부를 위치시키는 단계, 및 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 단열성 매체로 둘러싸는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단계는 폴리머로 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단계는 불연성 유체로 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단계는 단열성 유체를 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택과 유체 접촉되게 배치하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 상기 방법은 내부 패키징 층으로 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 둘러싸는 단계; 및 내부 패키징 층으로부터 떨어져서 이격된 외부 패키징 층으로 내부 패키징을 둘러싸는 단계를 포함하고, 제 1 셀 스택 및 제 2 셀 스택을 단열성 매체로 둘러싸는 단계는 단열성 유체를 내부 패키징 층과 외부 패키징 층 사이에 공간에 배치하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 상기 방법은 열 전도성 및 전기 절연성 고체를 단열성 유체 내에 배치하는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 상기 방법은 냉각판을 외부 패키징 층과 열적으로 연결되게 위치시키는 단계를 포함한다.
하나 이상의 실시예들에서, 상기 방법은 열적으로 제어된 유체로 냉각판의 냉각 코일을 채우는 단계를 포함한다.
본 발명은 바이폴라 고체 상태 배터리를 형성하는 방법을 제공한다.
도 1은 다양한 비에너지들에 대한 배터리 중량과 차량 운행 범위 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도 2는 다양한 리튬-기반 셀들의 비에너지 및 에너지 밀도의 차트를 도시하는 도면.
도 3은 절연/냉각 패키징을 포함하는 바이폴라 설계가 생략된 및 절연/냉각 패키징을 포함하는 바이폴라 설계를 갖는 몇몇 구성 요소들을 갖는 적층형 배터리의 간략화된 횡단면도.
도 4는 덴드라이트(dendrite) 형성을 방지하면서 애노드들의 플렉싱(flexing)을 허용하는 열들의 형태의 고체-전해질 구성 요소들을 갖는 개방 셀 미세 구조 화합물 격리판을 갖는 격리판을 도시하는 도 3의 셀들 중 하나의 부분적인 측면 투시도.
본 개시의 원리들의 이해를 촉진하기 위한 목적을 위해, 도면들에 도시되고 다음에 기재된 설명에 기술된 실시예들에 대해 참조가 지금 행해질 것이다. 그에 의해 본 개시의 범위에 대한 제한이 의도되지 않는 것이 이해된다. 본 개시는 도시된 실시예들에 대한 임의의 교체들 및 변경들을 포함하고 본 개시가 속하는 기술 분야의 숙련자에게 통상 떠오르는 본 개시의 원리들의 다른 적용들을 포함한다는 것이 또한 이해된다.
도 3은 전기 화학 배터리(100)를 도시한다. 전기 화학 배터리(100)는 패키징(104) 및 전기 절연성 및 (선택적으로) 열 전도성 모두인 다른 주변 환경 내 다수의 셀들 또는 셀 스택들(102x)을 포함한다. 패키징(104)은 전기 화학 배터리(100)의 안전성을 개선한다.
셀들(102x)의 각각은 애노드(106x), 격리판(108x), 및 캐소드(110x)를 포함한다. 일반적으로 구리와 같은 금속이고 집전 장치의 역할을 할 수 있는 기저층(112x)은 애노드(106x)에 인접하여 및 애노드(106x)와 인접한 캐소드 사이에 위치된다. 예를 들면, 기저층(1121)은 애노드(1061)와 캐소드(110x) 사이에 위치된다.
애노드들(106x)은 리튬 금속 또는 리튬 합금 금속을 포함한다. 애노드들(106x)은 그들이 적어도 연관된 캐소드(110x)만큼의 용량, 바람직하게는 적어도 10% 초과 용량, 및 몇몇 실시예들에서 50% 용량보다 큰 용량까지를 갖도록 제작된다.
일 실시예에서 캐소드들(110x)은 활성 Li-삽입 재료의 치밀층이다. 몇몇 실시예들에서, 캐소드들(110x)은 황 함유 재료(예를 들면, PAN-S 화합물 또는 Li2S); 공기 전극; Li-삽입 재료들 예컨대 NCM, LiNi0 .5Mn1 .5O4, Li이 풍부한 계층적 산화물들, LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4; Li이 풍부한 NCM, NCA, 및 다른 Li 삽입 재료들, 또는 그의 혼합물들 또는 임의의 다른 활성 재료 또는 Li 양이온들 및/또는 전해질 음이온들과 반응 및/또는 그를 삽입하는 재료들의 혼합물을 포함한다. 캐소드들(110x)은 Li-전도성 폴리머, 세라믹 또는 다른 고체, 비폴리머 전해질을 포함한다. 캐소드 Li-삽입 재료들은 추가로, T. Ohtomo 외, Journal of Power Sources 233 (2013) 231-235에 기술된, Li-삽입 재료들과 고체 전해질 사이에 이온들의 흐름을 개선하기 위해 LiNbO3과 같은 재료로 코팅될 수 있다(예를 들면, 스프레이 코팅에 의해). 캐소드들(110x)에서 고체 전해질 재료들은 리튬 전도성 가닛들, 리튬 전도성 황화물들(예를 들면, Li2S-P2S5) 또는 인산염들, Li3P, LIPON, Li-전도성 폴리머(예를 들면, PEO), Li7 - xLa3TaxZr2 -xO12(여기서, 0≤X≤2), 전체 내용이 여기에 참조로서 통합되는 Wiers 외, "A Solid Lithium Electrolyte via Addition of Lithium Isopropoxide to a Metal-Organic Framework with Open Metal Sites", Journal of American Chemical Society, 2011, 133 (37), pp 14522-14525에 의해 기술된 것과 같은 Li-전도성 금속-유기 프레임들, 티오-LISiCON들, Li-전도성 NaSICON들, Li10GeP2S12, 리튬 다황화인삼염들, 또는 다른 고체 Li-전도성 재료를 추가로 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 다른 고체 전해질 물질들은, 그의 전체 내용들이 여기에 참조로서 통합되는, Christensen 외, "A critical Review of Li/ Air Batteries"(Journal of the Electrochemical Society 159(2) 2012)에 기술된다. 캐소드들(110x)에서 다른 재료들은 카본 블랙 및 바인더 재료와 같은 전기 전도성 첨가물들을 포함할 수 있다. 캐소드 재료들은 원하는 설계에 대해 충분한 전해질-캐소드 계면적을 허용하도록 선택된다.
몇몇 실시예들에서, 격리판들(108x)은 전자들을 차단하면서 애노드들(106x)과 캐소드들(110x) 사이에 리튬 이온들을 전도하는 미세 구조 화합물 격리판들이다. 예를 들면, 도 4는 애노드(1061)에 인접한 층(120) 및 캐소드(1101)에 인접한 층(122)을 포함하는 셀(1021)의 부분적 투시도를 도시한다. 집전 장치(124)는 또한 알루미늄으로 만들어질 수 있고 몇몇 실시예들에서 제공되고, 그래파이트와 같이 전기적으로 전도성이지만 화학적으로 비활성 재료의 층에 의해 인접한 기저층(112x)으로부터 분리될 수 있는 것이 도시된다. 열들(126)의 형태의 다수의 고체-전해질 구성 요소들은 그 사이에 미세 구조 캐비티들(128)을 규정하는 층(120)과 층(122) 사이에 연장한다.
따라서, 미세 구조 화합물 격리판(108x)은 충분한 이온 수송을 제공하고(즉, 충분히 높은 체적 비율의 전도성 재료를 제공함으로써 및 애노드와 캐소드 사이의 구조의 두께를 제한함으로써) 애노드(106x)에서 리튬 덴드라이트들의 형성 및 성장을 억제하기 위해 기계적 저항성을 제공하는 규칙적으로 이격된 고체-전해질 구성 요소들(126)로 구성된다. 도 4의 실시예에서, 고체-전해질 구성 요소들(108x)은 전극들의 체적 변경을 수용하도록 유연하다.
세 개의 열들(126)이 도 4에 도시되지만, 다른 실시예들에서 더 많거나 더 적은 고체-전해질 구성 요소들이 존재한다. 다른 실시예들에서, 고체-전해질 구성 요소들은 다른 형태들로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 미세 구조 캐비티들(128)은 원하는 가요성을 제공하기 위해 및/또는 그와 달리 미세 구조 화합물 격리판의 기계적 속성들을 변경하기 위해 상이한 구성물들로 채워질 수 있다. 미세 구조 화합물 격리판(108x), 및 다른 대안적인 격리판 구성들에 관한 더 상세한 사항들은, 그의 전체 내용들이 여기에 참조로서 통합되는, 2014년 8월 15일에 출원된 미국 출원 일련번호 제 14/460,798 호에 제공된다.
도 3의 바이폴라 설계에서 셀들(102x)을 적층함으로써, 배터리(100)의 동작 전압이 원하는 전압으로 변경될 수 있다. 예로서, 각각의 셀(102x)이 ~4 V의 동작 전압을 갖는 경우, 100 개의 셀들(102x)은 ~400 V의 동작 전압을 갖는 디바이스를 생성하기 위해 적층될 수 있다. 이러한 방식에서, 주어진 전력은 셀들(102x)의 각각을 통해 낮은 전류를 통과시키면서 달성될 수 있다. 따라서, 셀들(102x)의 배선은 높은 에너지 효율을 유지하면서 작은 직경의 전기 전도체로 달성될 수 있다. 따라서, 배터리(100)는 5V보다 큰 동작 전압을 제공하고, 몇몇 실시예들에서 50 V보다 큰 동작 전압을 제공한다.
패키징(104)은 전기적으로 절연되고 내부 패키징 층(142) 및 외부 패키징 층(144)을 포함한다. 절연 폴리머 또는 액(146)(예컨대 불연성 오일)은 패키징의 두 개의 층들 사에의 공간을 채운다. 불연성 오일들의 예들은 윤활을 위한 듀퐁 크라이톡스® 불화계 오일들, 할로겐화 탄소의 불활성 윤활유들, 등을 포함한다. 일반적으로, 이들 윤활유들(오일들, 그리스들, 및 또는 왁스들로서 기술됨)은 할로겐화된다. 절연체(146)는 선택적으로 에너지 저장 디바이스의 동작 동안 셀 스택으로 및 셀 스택으로부터 열 전달의 레이트를 개선하기 위해 전기적으로 절연되어 있는 산화물들(예를 들면, 마그네슘 산화물)과 같은 열 전도성 고체들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 액 또는 폴리머(146)는 직접 셀 스택에 접촉할 수 있다(즉, 셀 패키징의 내부층(142)이 존재하지 않는다). 이러한 경우들에서, 액/폴리머(146) 및 열 전도성 첨가물은 유체와 계면을 형성하는 셀 스택의 재료들에 대해 불활성이다.
도 3의 실시예에서, 패키징(104)의 한 측면은 냉각 매체 또는 냉각판(150)(예를 들면, 알루미늄 블록)에 연결된다. 다른 실시예들에서, 패키징된 셀 스택의 더 많은 측면들이 냉각 매체 또는 냉각판에 연결되지만 몇몇 실시예들에서 냉각판이 생략된다. 일 실시예에서, 산화물 층(도시되지 않음)은 셀 스택과 냉각 매체 또는 냉각판 사이에 위치된다.
냉각판(150)은 냉각 코일(152)을 통해 흐르는 유체(공기, 물, 또는 다른 열전달 유체, 예컨대 에틸렌 글리콜)에 의해 열적으로 제어된다. 코일(152)은 라디에이터 또는 다른 열 교환기를 통해 열을 제거하기 위해 사용되고 및/또는 히터로부터 열을 흡수할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유체는 에너지 저장 시스템을 사용하는 디바이스 또는 차량의 냉난방/공기 조절 장치로 통합되는 공기이다. 몇몇 실시예들에서, 팬 또는 송풍기는 냉각판 및/또는 배터리의 표면을 통해 또는 그에 따라 공기에 압력을 가한다. 밀봉재들(예를 들면, 폴리머 O-링들)은 전기 절연성 유체가 증발하지 않거나 또는 그와 달리 셀 패키징으로부터 벗어나지 않도록 셀 패키징으로 통합될 수 있다.
도 3은 셀들(102x)의 단일 스택을 도시하지만, 다수의 셀 스택들이 전기적으로, 병렬 또는 직렬, 또는 둘 모두로 다른 것에 연결될 수 있다. 셀 스택들은 개별적으로 패키징될 수 있고 및/또는 전기 절연성/냉각 재료를 포함하는 공통 패키징을 사용할 수 있다. 각각의 셀 또는 셀 스택은 셀 스택을 다른 셀 스택들로 및/또는 배터리의 단자들로 연결하기 위해 전기 전도체가 접속될 수 있는 양 및 음의 단자(도시되지 않음)를 포함한다.
상기 기술된 실시예들은 직렬로 및 셀 스택을 둘러싸는 전기 절연성 재료 또는 매체를 적층하거나 또는 셀 패키징으로 통합된 다수의 셀 샌드위치들에 의해 인에이블된 고전압을 안전한 에너지-저장 시스템에 제공한다. 에너지 저장 시스템의 개선된 냉각 및 가열은 셀 스택 및/또는 냉각/가열판 및/또는 냉각/가열 유체를 둘러싸는 패키징 또는 매체로 통합된 열 전도성 재료에 의해 인에이블된다.
본 개시는 도면들 및 전술한 기술에서 상세히 예시 및 기술되었지만, 동일한 것은 예시적이고 특성에서 제한적인 것이 아닌 것으로 생각되어야 한다. 바람직한 실시예들만이 제시되었고, 본 개시의 정신 내에 있는 모든 변경들, 변형들 및 다른 적용들이 보호되는 것이 요망된다는 것이 이해된다.
100 : 전기 화학 배터리 102x : 셀
104 : 패키징 106x : 애노드
108x : 격리판 110x : 캐소드
112x : 기저층 142 : 내부 패키징 층
144 : 외부 패키징 층 150 : 냉각판
152 : 냉각 코일

Claims (20)

  1. 바이폴라 고체 상태 배터리에 있어서,
    제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택;
    상기 제 1 애노드 바로 아래에 위치된 제 1 기저부를 포함하는 제 1 기저층;
    제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택;
    상기 제 2 애노드 바로 아래에 위치된 제 2 기저부를 포함하는 제 2 기저층;
    상기 제 1 셀 스택 및 상기 제 2 셀 스택을 둘러싸는 내부 패키징 층; 및
    상기 내부 패키징 층으로부터 떨어져서 이격되고 상기 제 1 셀 스택 및 상기 제 2 셀 스택을 둘러싸는 외부 패키징 층을 포함하고,
    상기 내부 패키징 층과 상기 외부 패키징 층 사이에 단열성 유체를 포함하는, 바이폴라 고체 상태 배터리.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 단열성 유체는 불연성 오일을 포함하는, 바이폴라 고체 상태 배터리.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 패키징 층과 열적으로 연결하는 냉각판을 추가로 포함하는, 바이폴라 고체 상태 배터리.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각판은 냉각 코일 내에 열적 제어된 유체를 포함하는, 바이폴라 고체 상태 배터리.
  13. 바이폴라 고체 상태 배터리를 형성하는 방법에 있어서,
    제 1 캐소드와 제 1 애노드 사이에 위치된 제 1 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 1 셀 스택을 제공하는 단계;
    상기 제 1 애노드 바로 아래에 제 1 기저층의 제 1 기저부를 위치시키는 단계;
    제 2 캐소드와 제 2 애노드 사이에 위치된 제 2 고체-전해질 격리판을 포함하는 제 2 셀 스택을 제공하는 단계;
    상기 제 2 애노드 바로 아래에 제 2 기저층의 제 2 기저부를 위치시키는 단계;
    상기 제 1 셀 스택 및 상기 제 2 셀 스택을 내부 패키징 층으로 둘러싸는 단계;
    상기 내부 패키징 층으로부터 떨어져서 이격된 외부 패키징 층으로 상기 내부 패키징을 둘러싸는 단계; 및
    상기 내부 패키징 층과 상기 외부 패키징 층 사이의 공간에 단열성 유체를 배치하는 단계를 포함하는, 바이폴라 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 단열성 유체는 불연성 유체인, 바이폴라 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 13 항에 있어서,
    냉각판을 상기 외부 패키징 층과 열적으로 연결되게 위치시키는 단계를 추가로 포함하는, 바이폴라 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 열적으로 제어된 유체로 상기 냉각판의 냉각 코일을 채우는 단계를 추가로 포함하는, 바이폴라 고체 상태 배터리를 형성하는 방법.
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