KR20220154744A - 배터리 어셈블리, 그 제조 방법 및 열 제어 - Google Patents

배터리 어셈블리, 그 제조 방법 및 열 제어 Download PDF

Info

Publication number
KR20220154744A
KR20220154744A KR1020227035457A KR20227035457A KR20220154744A KR 20220154744 A KR20220154744 A KR 20220154744A KR 1020227035457 A KR1020227035457 A KR 1020227035457A KR 20227035457 A KR20227035457 A KR 20227035457A KR 20220154744 A KR20220154744 A KR 20220154744A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery assembly
fluids
troughs
electrolyte
channels
Prior art date
Application number
KR1020227035457A
Other languages
English (en)
Inventor
에드워드 오. 2세 쉐퍼
숀 브루노
마이클 에버렛
마이클 하몬
리드 쉭
코디 조셉 차티어
브랜든 휘트먼
토마스 페어
Original Assignee
어드밴스드 배터리 컨셉츠, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 어드밴스드 배터리 컨셉츠, 엘엘씨 filed Critical 어드밴스드 배터리 컨셉츠, 엘엘씨
Publication of KR20220154744A publication Critical patent/KR20220154744A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/446—Initial charging measures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H01M10/121—Valve regulated lead acid batteries [VRLA]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H01M10/126—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H01M10/127—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment with bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4214—Arrangements for moving electrodes or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • H01M10/6557—Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange arranged between the cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14—Electrodes for lead-acid accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/35—Gas exhaust passages comprising elongated, tortuous or labyrinth-shaped exhaust passages
    • H01M50/358—External gas exhaust passages located on the battery cover or case
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H01M50/434—Ceramics
    • H01M50/437—Glass
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/44—Fibrous material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/457—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H01M50/627—Filling ports
    • H01M50/636—Closing or sealing filling ports, e.g. using lids
    • H01M50/645—Plugs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/691—Arrangements or processes for draining liquids from casings; Cleaning battery or cell casings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0005—Acid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

본 개시는 내부에 형성되고 하나 이상의 채널들과 협력하는 하나 이상의 트로프들을 포함하는 바이폴라 배터리에 관한 것으로, 트로프들은 전해질의 더 빠르고 균일한 흐름을 제공하기 위해 전해질의 흐름을 안내하도록 적응된다. 본 개시는 a) 전극 플레이트 스택을 형성하기 위해 함께 적층된 복수의 전극 플레이트들; b) 하나 이상의 전기화학 셀들-여기서, 각각의 하나 이상의 전기화학 셀은 한 쌍의 전극 플레이트들 사이에 형성됨-; c) 하나 이상의 전기화학 셀들 내에 배치된 하나 이상의 분리기들; 및 d) 하나 이상의 전기화학 셀들의 각각에 형성되고 전해질의 흐름을 하나 이상의 전기화학 셀들로 안내하도록 구성된 하나 이상의 트로프들을 포함하는 바이폴라 배터리 어셈블리에 관한 것이다. 본 개시는 또한 배터리 어셈블리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법은 제조 동안 배터리 어셈블리를 통해 순환하는 하나 이상의 유체들을 활용할 수 있다. 순환 유체들은 열 제어 사이클링의 일부일 수 있다.

Description

배터리 어셈블리, 그 제조 방법 및 열 제어
관련 출원에 대한 상호 참조
출원인은 2020년 3월 16일에 출원된 미국 가출원 번호: 제62/990,073호의 이익을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 바이폴라 배터리 어셈블리(bipolar battery assembly)에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 배터리 어셈블리 내의 하나 이상의 트로프(trough)에 관한 것이다. 본 개시는 피클링(pickling), 형성, 충전, 방전 동안, 또는 심지어 동작 동안 내부로부터 바이폴라 배터리의 온도 제어에서 특정 용도를 찾을 수 있다.
전통적으로, 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 공개 번호 US 2009/0042099에 교시된 것과 같은 바이폴라 배터리 어셈블리는 전극 플레이트들의 스택 내에 전해질(electrolyte)을 포함한다. 전해질은 전자와 이온이 전극 플레이트의 캐소드 및 애노드 물질 사이를 흐를 수 있도록 한다. 바이폴라 배터리 어셈블리들은 전극 플레이트들과 분리기의 정렬된 관통 구멍(through-hole)들을 통과하는 볼트로 함께 고정된다. 전극 스택으로부터 또는 스택의 채널들로 누출되지 않는 전해질을 제공하기 위해, 고체 전해질은 일반적으로 액체 전해질 대신 배터리 어셈블리 내에서 별도의 밀봉 부재의 필요성을 줄이기 위해 사용된다. 고체 전해질 또는 반고체 전해질은 밀봉된 납축(SLA) 배터리 어셈블리의 일부일 수 있다. 예시적인 SLA 배터리 어셈블리는 형성된 전해질 용액이 고체 전해질로 건조되는 젤리 유사 용액인 겔 배터리이다. 이러한 고체 또는 반고체 전해질 기반 배터리 어셈블리는 일반적으로 누출 문제를 해결하는 데 효과적이지만 제조 비용이 많이 들고 과충전될 때 더 쉽게 손상될 수 있으며 수명이 더 짧다(SLA 배터리의 경우 3 내지 5년, 습식 셀 배터리의 경우 최대 20년). 채널들과 프레임들의 정렬 및 연동(interlocking)을 통해 통합 밀봉을 제공하는 명쾌한(elegant) 솔루션은 이러한 솔루션들 중 일부를 극복하면서 액체 전해질을 사용하는 수단을 제공한다. 적합한 통합 밀봉은 PCT 공개 WO2013/062623 및 미국 특허 번호 제10,141,598호에 개시되어 있으며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
누출 위험 외에도, 액체 전해질이 제시하는 문제는 피클링("침지(soaking)"라고도 함) 프로세스의 지속 시간이 될 수 있다. 피클링 프로세스는 일반적으로 배터리 어셈블리의 전기화학 셀들을 액체 전해질로 채우고 전해질이 전극 플레이트들의 활성 물질에 침지하게 하는 것을 포함한다. 이는 배터리 어셈블리 프로세스에서 시간이 많이 소요되는 부분으로 양산 능력을 제한할 수 있다. 일반적으로 피클링 프로세스에서, 전해질은 전기화학 셀들을 채우고 PCT 공개 WO2013/062623에 교시된 것과 같이 분리기의 각 측에 인접한 활성 물질에 의해 흡수되도록 분리기의 기공들 또는 경로들을 통해 흡수된다.
피클링은 시간 문제를 추가할 뿐만 아니라 경화 및 건조가 또한 배터리를 조립하는 전체 시간, 장비에 필요한 전체 시설 공간, 동작을 위해 충전하기 전에 조립, 경화, 건조, 피클링 및 형성을 위해 여러 워크스테이션이 필요로 하는 문제를 일으킬 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트들에 적용된 활성 물질의 경화 및 건조는 일반적으로 경화 오븐의 도움으로 수행된다. 따라서, 페이스트 형태의 활성 물질이 그 위에 준비된 전극 플레이트들은 활성 물질을 적용하기 위한 조립 영역에서 전극 플레이트 스택으로 적층, 피클링, 형성 또는 충전을 겪을 수 있기 전에 경화 오븐이 있는 경화 영역으로 전환될 수 있다. 이러한 페이스팅 프로세스 중 하나는 PCT 공개 WO2018/213730에 개시되어 있으며, 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
전형적인 바이폴라 배터리 어셈블리가 제시하는 또 다른 문제는 배터리가 피클링, 형성, 충전 또는 방전 시 과도한 열을 생성할 수 있다는 점이다. 피클링 프로세스는 일반적으로 내부 배터리 온도를 상승시키는 발열 프로세스다. 일반적으로 피클링 후, 배터리 어셈블리는 성형 프로세스를 거친다. 형성 프로세스를 시작하기 위해, 배터리 어셈블리를 전기 공급원에 연결하여 충전된다. 형성 프로세스는 흡열성이지만 더 많은 산을 생성한다. 이 생성된 산은 일반적으로 피클링 프로세스로 이어져, 후속 발열 반응을 일으킨다. 따라서, 형성은 흡열이고 열을 흡수하지만 일반적으로 결과적인 발열 반응은 흡수된 것보다 동일한 양 또는 훨씬 더 많은 열을 생성하여 배터리 어셈블리의 내부 온도를 상승된 상태로 유지하거나 심지어 더 증가시킨다. 충전 또는 방전(줄 가열(Joule heating)이라고도 함) 중에 배터리의 내부 저항을 통해 전류가 흐르기 때문에 전력 손실의 결과로 과도한 열이 발생할 수도 있다. 과도한 열은 충전 또는 방전 중에 전기화학 셀들 내의 발열 반응으로 인해 발생할 수도 있다. 배터리 어셈블리에서 과도한 열이 발생하면 다음을 비롯한 여러 문제가 발생할 수 있다: 활성 화학 물질이 팽창하여 전기화학 셀들이 부풀어 오를 수 있고, 압력이 전기화학 셀들 내부에 축적될 수 있고, 증가된 팽창 및 압력은 컴포넌트들의 기계적 왜곡(예를 들어, 벌징(bulging)과 같은 외부 변형)을 유발할 수 있고, 컴포넌트들이 서로 멀어지고 누출 경로가 생성되거나 접촉이 끊어짐에 따라 기계적 왜곡으로 인해 단락이 발생할 수 있고, 과도하게 높은 온도에서 장기간 동작하면 컴포넌트들의 균열이 발생할 수 있고, 화학 반응 중 열 폭주, 가스가 방출되고 및/또는 온도 상승으로 인해 하나 이상의 셀들이 파열되거나 폭발할 수 있다. 이러한 잠재적인 문제로 인해, 따라서 배터리 어셈블리가 피클링, 형성, 충전 또는 방전될 수 있는 레이트는 생성된 초과 열이 제거될 수 있는 레이트에 따라 달라진다. 바이폴라 배터리 어셈블리가 제시하는 또 다른 문제는 저온 또는 고온에서 충전할 수 있는 능력이다. 낮은 온도(예를 들어, 5°C 미만)에서 일부 배터리는 셀들 내부에 압력을 형성하여 통풍(venting)을 일으킬 수 있다. 추운 온도에서 충전이 잘 되지 않으면 압력 축적으로 인해 완전히 충전된 배터리와 유사할 수 있다.
오늘날, 형성, 피클링, 충전 및 방전 동안 배터리의 온도를 제어하고 배터리 어셈블리를 임계 온도 미만으로 유지하기 위해 사용되는 다양한 프로세스가 존재한다. 피클링 및 형성 중에 발생하는 열을 제어하고 배터리 어셈블리를 임계 온도 이하로 유지하기 위해, 칠링된 전해질(chilled electrolyte)은 발열 반응이 발생한 후 배터리 어셈블리의 전체 내부 온도를 낮추기 위해 초기 충전에 사용될 수 있다. 배터리 어셈블리는 열 제거를 제공하기 위해 형성 동안 온도 제어되는(예를 들어, 냉각된) 수조(bath) 내에 잠길 수 있다. 배터리 어셈블리의 내부 온도가 임계치 아래로 유지되어야 하기 때문에 열 제거 레이트는 피클링 및 형성 레이트를 제어하고 이에 따라 제한하는 경우가 많다. 초과 처리 시간(즉, 리드 타임 증가) 외에도 이러한 추가 프로세스는 진행 중인 동작(즉, 조립 중인 배터리), 냉각 및 가열 장비, 저장 공간, 충전에 사용되는 전기 및 조립에 필요한 노동력의 인벤토리에 추가 비용을 초래한다.
전기화학 셀들 및 어셈블리를 통해 연장되는 하나 이상의 채널들에 대한 밀봉을 유지하면서 액체 전해질과 양립가능한 배터리 어셈블리가 필요하다. 전해질을 전기화학 셀들 내에 더 빨리 수용하고 전해질이 활성 물질에 침지되도록 할 수 있는 배터리 어셈블리가 필요하다. 경화 오븐을 사용하지 않고 경화 및 건조할 수 있는 전극 플레이트 및/또는 배터리 어셈블리가 필요다. 내부에서 온도 조절이 가능한 배터리 어셈블리가 필요하다. 더 빠른 피클링, 형성, 충전 및/또는 방전을 허용하도록 온도를 제어할 수 있는 배터리 어셈블리가 필요하다.
본 발명은 일반적으로 배터리 어셈블리에 통합하기에 적합한 트로프들에 관한 것이다. 트로프들은 하나 이상의 유체를 전기화학 셀들로 분산시키는 데 도움을 주어, 유체를 채널로부터 멀리 그리고 셀들 내로 분산시키는 것을 도울 수 있다. 트로프들은 역으로도 유용할 수 있으며, 셀들로부터 유체들을 수집하고 채널들 내로 안내한다. 트로프들은 경화, 배출, 채우기, 피클링, 형성, 건조 등을 포함하는 배터리 어셈블리 제조 프로세스의 단계들 동안 유리할 수 있다. 트로프들은 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 유체들을 흐르게 하기 위한 열 제어 사이클링에 도움이 될 수도 있다.
본 개시는 a) 전극 플레이트 스택을 형성하기 위해 함께 적층된 복수의 전극 플레이트들; b) 하나 이상의 전기화학 셀들-여기서, 각각의 전기화학 셀은 한 쌍의 전극 플레이트들 사이에 형성됨-; c) 하나 이상의 전기화학 셀들 내에 배치된 하나 이상의 분리기들; 및 d) 하나 이상의 전기화학 셀들의 각각에 형성되고 전해질의 흐름을 하나 이상의 전기화학 셀들로 안내하도록 적응된 하나 이상의 트로프들을 포함하는 바이폴라 배터리 어셈블리에 관한 것이다.
본 개시는 a) 다공성 및 비전도성이며 전해질, 이온, 전자 또는 이들의 조합이 통과하도록 구성된 하나 이상의 시트들; b) 하나 이상의 채널들을 형성하기 위해 인접한 전극 플레이트들의 하나 이상의 다른 개구들과 정렬되도록 적응된 시트의 하나 이상의 개구들; 및 c) 시트의 두께가 감소된 하나 이상의 채널로서 시트에 형성되고 바이폴라 배터리의 전해질의 흐름을 안내하도록 구성된 하나 이상의 트로프들을 포함하는 바이폴라 배터리용 분리기에 관한 것이다.
본 발명은 a) 함께 적층되어 그 사이에 하나 이상의 전기화학 셀들을 형성하는 복수의 전극 플레이트들; b) 내부에 형성된 하나 이상의 트로프들을 갖는 하나 이상의 분리기들-여기서, 하나 이상의 분리기들은 하나 이상의 전기화학 셀들 사이에 위치됨-; 및 c) 하나 이상의 전기화학 셀들에 위치한 전해질을 포함하는 바이폴라 배터리 어셈블리에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 배터리 어셈블리를 제조하는 방법에 관한 것이다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 조립, 경화, 배출, 채우기, 피클링, 형성, 건조, 열 제어 사이클링 등, 또는 이들의 조합과 같은 단계들을 포함할 수 있다. 이러한 단계들 중 일부는 순차적으로, 동시에 완료되거나 또는 둘 모두 가능하다. 예를 들어, 열 제어 사이클링은 경화, 피클링, 형성, 건조 등 또는 이들의 조합 동안 발생할 수 있다. 예를 들어, 열 제어 사이클링은 배출, 채우기 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 열 제어 사이클링은 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 유체를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 유체 순환, 하나 이상의 유체 순환). 이러한 유체들은 하나 이상의 전기화학 셀, 채널, 트로프, 포트, 배기구, 밸브, 구멍, 개구 등 또는 이들의 조합을 통해 흐를 수 있다. 이러한 유체는 배터리 어셈블리를 통해 순환될 수 있다. 유체 순환은 동일한 유체를 배터리 어셈블리 안팎으로 흐르게 하는 것을 포함할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 유체 순환은 한 유체를 제거하고 다른 유체로 채우는 것을 포함할 수 있다. 열 제어 사이클링은 배터리 어셈블리의 내부와 상이한 온도를 갖는 유체를 배터리 어셈블리 내로 도입하는 데 유리할 수 있다. 이러한 온도 차이는 배터리 어셈블리를 제조하는 하나 이상의 단계들이 더 빨리 발생하고, 비용 효과가 더 크거나, 조립된 상태로 유지(예를 들어, 적층됨) 등, 또는 이들의 조합을 허용할 수 있다.
배터리 어셈블리를 제조하는 것은 본 명세서에 기술된 바와 같이 하나 이상의 트로프를 사용하는 것을 포함하거나 사용하지 않을 수 있다. 채널들에 추가하여 하나 이상의 트로프를 사용하면 열 제어 사이클링과 같은 본 명세서에 개시된 배터리 제조 프로세스의 이점이 더욱 증가할 수 있다.
본 개시는 a) 배터리 어셈블리를 내부에 하나 이상의 반응물을 갖는 액체 전해질로 채우는 단계; b) 전하를 적용함으로 배터리 어셈블리를 형성하는 단계; 및 배터리 어셈블리의 내부 온도를 임계 온도 아래로 유지하기 위한 열 제어 사이클링 단계를 포함하는 배터리 어셈블리의 제조 방법에 관한 것이다.
본 개시는 a) 배터리 어셈블리를 내부에 하나 이상의 반응물을 갖는 액체 전해질로 채우는 단계; b) 선택적으로, 배터리 어셈블리를 피클링하는 단계; c) 전하를 적용함으로써 배터리 어셈블리를 형성하는 단계; 및 d) 배터리 어셈블리의 내부 온도를 임계 온도 아래로 유지하기 위한 열 제어 사이클링 단계를 포함하는 배터리 어셈블리의 제조 방법에 관한 것이다.
본 개시는 a) 단일 워크스테이션에서 복수의 전기화학 셀들이 있는 형성된 배터리 스택을 제공하는 단계; b) 선택적으로, 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 피클링 유체를 흐르게 하면서 배터리 어셈블리를 피클링하는 단계; 및 c) 하나 이상의 형성 유체가 배터리 어셈블리를 통해 흐르면서 전하를 인가함으로써 배터리 어셈블리를 형성하는 단계를 포함하는 단일 워크스테이션에서 배터리 어셈블리를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 교시는 그를 통과하는 하나 이상의 채널을 갖는 배터리 어셈블리를 제공한다. 하나 이상의 채널은 전해질을 전기화학 셀들에 분배하는 데 적합한 하나 이상의 채우기 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 채우기 채널은 하나 이상의 트로프와 연통할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 각각의 전기화학 셀 주위에 분포된 복수의 트로프들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 전해질이 더 빠르고 균일한 흐름으로 분리기를 통해 위킹하도록 전해질의 흐름을 안내할 수 있다. 전해질의 배출을 위해 하나 이상의 채우기 채널들이 또한 사용될 수 있다. 열 제어 사이클링 프로세스 동안 배출은 완전하거나 부분적일 수 있다. 열 제어 사이클링 프로세스는 더 차가운 전해질이 가온된 전해질을 대체할 수 있도록 하여 열 제거 수단과 내부 방열판을 제공하는 데 유리할 수 있다. 하나 이상의 채널 및 트로프는 경화 오븐을 회피하면서 배터리 어셈블리를 경화시키는 보다 효율적인 수단을 제공할 수 있다. 상승된 온도의 공기와 같은 하나 이상의 유체는 배터리 어셈블리의 활성 물질을 경화시키기 위해 하나 이상의 채널 및 트로프를 통해 순환될 수 있다.
도 1은 분리기를 노출시키는 배터리 어셈블리의 단면을 도시한다.
도 2는 전극 플레이트의 사시도이다.
도 3은 전극 플레이트의 사시도이다.
도 4는 배터리 어셈블리의 부분 절개도를 도시한다.
도 5는 배터리 어셈블리의 부분 절개도를 도시한다.
도 6은 배터리 어셈블리의 전극 플레이트들 및 분리기들의 부분적으로 분해된 스택을 도시한다.
도 7은 배터리 어셈블리의 전극 플레이트들 및 분리기들의 부분적으로 분해된 스택을 도시한다.
도 8은 배터리 어셈블리의 하나 이상의 채널들을 통한 단면의 사시도이다.
도 9는 시트들의 스택에 의해 형성되고 복수의 트로프들을 갖는 분리기를 도시한다.
도 10은 트로프 및 분리기를 통해 흐르는 전해질을 갖는 분리기를 노출시키는 배터리 어셈블리의 단면을 도시한다.
도 11은 전해질이 흐르는 분리기를 노출시키는 배터리 어셈블리의 단면을 도시한다.
도 12는 배터리 어셈블리를 전해질로 채우는 지속시간의 비교를 예시하는 선 그래프이다.
도 13은 배터리 어셈블리를 제조하기 위한 방법의 흐름도를 예시한다.
본 명세서에 제공된 설명 및 예시는 본 교시, 그 원리 및 실제 적용을 당업자에게 익히도록 의도된 것이다. 설명된 바와 같은 본 교시의 특정 실시예는 본 교시의 완전하거나 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 본 교시의 범위는 첨부된 특허청구범위를 참조하여 결정되어야 하며, 이러한 청구범위가 부여된 등가물의 전체 범위와 함께 결정되어야 한다. 특허 출원 및 간행물을 포함한 모든 기사 및 참고 문헌의 개시는 모든 목적을 위해 참고로 포함된다. 이하의 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 다른 조합도 가능하며, 이는 또한 본 명세서에 참조로 포함된다.
배터리 어셈블리
본 개시의 배터리 어셈블리는 일반적으로 배터리 어셈블리에 관한 것이며 바이폴라 배터리 어셈블리로서 특정 용도를 찾을 수 있다. 바이폴라 배터리 어셈블리는 납축 배터리(lead acid battery)일 수 있다. 바이폴라 배터리 어셈블리는 밸브 조절형 납축 배터리(VRLA)일 수 있다. 배터리 어셈블리는 복수의 전극 플레이트들의 하나 이상의 스택을 포함한다. 복수의 전극 플레이트들은 하나 이상의 바이폴라 플레이트, 모노폴라 플레이트, 듀얼 폴라 플레이트, 단부 플레이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 바이폴라 플레이트는 하나의 표면에 애노드를 갖고 대향 표면에 캐소드를 갖는 기판을 포함한다. 모노폴라 플레이트는 표면에 증착된 애노드 또는 캐소드를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 모노폴라 플레이트들은 바이폴라 플레이트들, 듀얼 폴라 플레이트들, 또는 그 사이에 배치된 둘 모두를 갖는 하나 이상의 스택의 대향 단부들에 위치될 수 있다. 배터리 어셈블리는 제1 단부 플레이트 및 제2 단부 플레이트와 같은 하나 이상의 단부 플레이트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 스택의 하나 이상의 단부에 부착된다. 하나 이상의 단부 플레이트는 하나 이상의 모노폴라 플레이트이거나 모노폴라 플레이트와 별개일 수 있다. 예를 들어, 제1 단부 플레이트는 제2 단부 플레이트와는 스택의 대향 단부에 부착될 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 배터리 어셈블리 내에서 진공을 끌어들이는 동안, 배터리 어셈블리의 충전, 배터리 어셈블리의 충전 및/또는 방전 사이클에서의 동작 동안, 또는 이들의 임의의 조합에서 하나 이상의 전극 플레이트를 강화하는 데 특히 유용할 수 있다. 스택은 분리기 및 전극 플레이트들의 각각의 인접한 쌍 사이에 위치한 전해질을 포함한다. 분리기와 전해질을 사이에 두고 인접한 전극 플레이트들(그 위의 애노드 및 캐소드 포함)의 각각의 쌍은 전기화학 셀을 형성할 수 있다. 하나 이상의 전기화학 셀은 그 안에 하나 이상의 트로프를 포함할 수 있다. 트로트들은 각각의 전기화학 셀의 활성 영역 내에 또는 그와 직접 유체 연통하여 위치할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 각 전기화학 셀 내 전해질의 분배(disbursement)(예를 들어, 위킹, 흐름)를 촉진하는 데 도움이 될 수 있다. 배터리 어셈블리는 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 전극 플레이트, 전해질, 분리기들, 활성 영역 또는 이들의 조합을 가로질러 통과할 수 있다. 하나 이상의 채널을 횡단 채널(transverse channel)이라고 할 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 트로프를 가로지르거나, 이와 유체 연통하거나, 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 채널은 개구, 삽입물(insert) 또는 둘 모두에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 개구, 삽입물, 또는 둘 모두는 하나 이상의 전극 플레이트, 분리기, 또는 둘 모두의 일부(예를 들어, 부착, 일체형)일 수 있다. 하나 이상의 채널은 각각의 전기화학 셀의 활성 영역을 통과할 수 있다. 하나 이상의 채널은 통과한 액체 전해질로부터 밀봉될 수 있다. 하나 이상의 유체가 하나 이상의 채널, 트로프 또는 둘 모두를 통해 순환할 수 있다. 하나 이상의 유체는 전해질을 더 빠르게 분배하고; 피클링, 형성, 충전 및/또는 방전 동안 배터리 어셈블리의 온도를 제어하고; 또는 이들의 임의의 조합에 도움이 될 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 단부 플레이트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 끝판은 하나 이상의 전극 플레이트를 보강하고 외부 환경과 비교하여 배터리 어셈블리 내의 압력 차이로 인한 하나 이상의 전극 플레이트의 외부 및 내부 변형에 저항하거나 이를 방지하고, 하나 이상의 전극 플레이트에 대한 반영구적 또는 영구적 손상을 방지하고, 밀봉을 생성하는 연동 컴포넌트들이 밀봉된 상태로 유지되도록 하고, 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 하나 이상의 전극 플레이트를 보강하고, 외부 환경과 비교하여 배터리 어셈블리 내의 압력 차이로 인한 하나 이상의 전극 플레이트의 외부 및 내부 변형에 저항하거나 이를 방지하고, 하나 이상의 전극 플레이트에 대한 반영구적 또는 영구적 손상을 방지하고, 밀봉을 생성하는 연동 컴포넌트들이 밀봉된 상태로 유지되도록 하고, 또는 이들의 임의의 조합을 위해 임의의 크기, 형상 및/또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 전극 플레이트일 수도 있고 아닐 수도 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 하나 이상의 모노폴라 플레이트일 수 있다. 예를 들어, 전극 플레이트들의 스택의 대향 단부들에서, 각각의 모노폴라 플레이트는 단부 플레이트일 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 하나 이상의 전극 플레이트에 인접할 수 있다. 예를 들어, 대향하는 모노폴라 플레이트들을 포함하는 전극 플레이트들의 스택의 대향 단부들에서 단부 플레이트는 각각의 모노폴라 플레이트에 부착될 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 스택의 대향 단부들에서 하나 이상의 전극 플레이트에 부착될 수 있다. 예를 들어, 스택은 제2 단부 플레이트와의 스택의 대향 단부에 있는 제1 단부 플레이트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트는 동작 동안 배터리 어셈블리 내의 온도 및 압력에 의해 생성된 외부 벌징에 저항하고 배터리 어셈블리 내부의 진공을 당기는 동안 안쪽으로 굽힘에 저항하고, 아니면 둘 모두를 위해 충분히 강성일 수 있다. 단부 플레이트는 베이스, 내부 보강 구조, 하나 이상의 개구, 하나 이상의 융기된 삽입물, 하나 이상의 부착 메커니즘, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 전극 플레이트들로서 또는 전극 플레이트들로부터 별도의 내부 보강 구조를 포함하는 단부 플레이트에 관한 교시는 미국 특허 제10,141,598호에서 찾을 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 전기화학 셀을 포함할 수 있다. 전기화학 셀은 또한 셀로 지칭될 수 있다. 각각의 전기화학 셀은 한 쌍의 전극 플레이트들 사이에 형성될 수 있다. 전기화학 셀은 그 사이에 대향하는 애노드 및 캐소드 쌍을 갖는 한 쌍의 대향 전극 플레이트들에 의해 형성될 수 있다. 전기화학 셀의 공간(즉, 대향하는 애노드 및 캐소드 쌍 사이)은 하나 이상의 분리기, 전사 시트, 전해질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기화학 셀이 밀봉될 수 있다. 전기화학 셀은 폐쇄된 전기화학 셀을 형성할 수 있는 멤브레인 및/또는 프레임, 하나 이상의 채널, 또는 이들의 조합의 연동에 의해 전극 플레이트들의 스택의 주변에 형성된 하나 이상의 밀봉부를 통해 밀봉될 수 있다. 폐쇄된 전기화학 셀은 셀의 누출 및 단락을 방지하기 위해 환경으로부터 밀봉될 수 있다.
배터리 어셈블리는 복수의 전극 플레이트들을 포함할 수 있다. 전극 플레이트는 하나 이상의 전극으로서 기능할 수 있고, 하나 이상의 전기활성 물질을 포함하고, 전기화학 셀의 일부일 수 있고, 하나 이상의 밀봉 구조의 일부를 형성하거나, 이들의 임의의 조합일 수 있다. 복수의 전극 플레이트들은 배터리 어셈블리 내에서 전류(즉, 이온 및 전자의 흐름)를 전도하는 기능을 할 수 있다. 복수의 전극 플레이트들은 하나 이상의 전기화학 셀을 형성할 수 있다. 예를 들어, 분리기 및/또는 전해질을 사이에 두고 있을 수 있는 한 쌍의 전극 플레이트들은 전기화학 셀을 형성할 수 있다. 존재하는 전극 플레이트들의 수는 배터리의 원하는 전압을 제공하도록 선택될 수 있다. 배터리 어셈블리 설계는 생산될 수 있는 전압의 유연성을 제공한다. 복수의 전극 플레이트들은 임의의 원하는 단면 형상을 가질 수 있으며, 단면 형상은 사용 환경에서 사용 가능한 포장 공간에 맞게 설계될 수 있다. 단면 형상은 시트들의 면의 관점에서 판들의 형상을 나타낼 수 있다. 유연한 단면 형상 및 크기는 배터리가 사용되는 시스템의 전압 및 크기 요구를 수용하도록 개시된 어셈블리의 제조를 허용한다. 대향하는 단부 플레이트들 및/또는 모노폴라 플레이트들은 그 사이에 복수의 전극 플레이트들을 샌드위치할 수 있다. 복수의 전극 플레이트들은 하나 이상의 바이폴라 플레이트, 모노폴라 플레이트, 듀얼 폴라 플레이트 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 전극 플레이트는 PCT 공보 WO 2013/062623, WO 2018/213730, WO 2018/237381, 및 WO 2020/102677; 미국 특허 번호: 8,357,469; 10,141,598, 10,615,393; 및 미국 특허 공개 번호: 2019/0379036l에 개시되어 있으며, 이들은 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
복수의 전극 플레이트들이 함께 적층되어 전극 플레이트 스택을 형성할 수 있다. 전극 플레이트 스택은 단순히 스택 또는 전극 플레이트들의 스택으로 지칭될 수 있다. 전극 플레이트 스택은 일반적으로 대향하는 모노폴라 플레이트들 사이에 복수의 바이폴라 전극 플레이트들을 포함할 수 있다. 전극 플레이트 스택은 복수의 바이폴라 전극 플레이트들 사이에 위치된 하나 이상의 듀얼 폴라 플레이트를 포함할 수 있다. 전극 플레이트 스택은 인접한 전극 플레이트들 사이(예를 들어, 전기화학 샐 내)에 위치한 분리기, 전사 시트, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 전극 플레이트 스택은 전해질을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 전극 플레이트 스택은 동작되기 전의 배터리 어셈블리, 배터리 어셈블리의 컴포넌트들의 스택, 피클링 동안 어셈블리, 형성 동안 어셈블리, 전극 플레이트들을 적층한 후의 어셈블리, 분리기들이 인접한 전극 플레이트들 사이에 위치한 어셈블리, 또는 이들의 임의의 조합을 의미할 수 있다.
하나 이상의 전극 플레이트는 하나 이상의 기판을 포함할 수 있다. 하나 이상의 기판은 캐소드 및/또는 애노드에 대한 구조적 지지를 제공하고; 셀 구획으로서 인접한 전기화학 셀들 사이의 전해질의 흐름을 방지하고; 배터리의 외부 표면 상에 있을 수 있는 바이폴라 플레이트 에지들에 대해 전해질-기밀 밀봉을 형성하기 위해 다른 배터리 컴포넌트와 협력하고; 및 일부 실시예에서 전자를 하나의 표면에서 다른 표면으로 보내도록 기능할 수 있다. 기판은 기능 또는 배터리 화학에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 기판은 원하는 바이폴라 전극 플레이트의 백본(backbone)을 제공하기에 충분히 구조적으로 강건하고 배터리 구성에 사용되는 전도성 물질의 융점을 초과하는 온도를 견디고, 전해질(예를 들어, 황산 용액)과 접촉시 기판이 열화되지 않도록 전해질과 접촉 시 높은 화학적 안정성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 기판은 적절한 물질로 형성될 수 있고 및/또는 기판의 하나의 표면에서 대향 기판 표면으로 전기의 전달을 허용하는 방식으로 구성될 수 있다. 기판은 하나 이상의 전기 전도성 물질, 전기 비전도성 물질, 또는 둘 모두로부터 형성될 수 있다. 하나 이상의 전기 비전도성 물질로 형성된 기판은 내부 또는 그 위에 구성된 하나 이상의 전기 전도성 피쳐를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 전도성 물질은 하나 이상의 금속 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기 비전도성 물질은 중합체 물질; 예를 들어, 열경화성 중합체, 엘라스토머 중합체, 열가소성 중합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 사용될 수 있는 하나 이상의 중합체 물질은 폴리아미드, 폴리에스터, 폴리스티렌, 폴리에틸렌(폴리에틸렌 테레프탈레이트, 고밀도 폴리에틸렌 및 저밀도 폴리에틸렌 포함), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 바이오 기반 플라스틱/바이오중합체(예를 들어, 폴리락트산), 실리콘, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 또는 이들의 조합, 예를 들어 PC/ABS(폴리카보네이트와 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌의 혼합)를 포함한다. 기판은 복합 물질을 포함할 수 있다. 복합 물질은 보강 물질, 예를 들어 당업계에 일반적으로 알려진 섬유 또는 충전제, 열경화성 코어 및 열가소성 쉘과 같은 두 가지 다른 고분자 물질, 열경화성 중합체의 주변에 대한 열가소성 에지, 비전도성 중합체에 배치된 전도성 물질, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 기판은 플레이트의 에지에서 용융 결합 가능한 것과 같은 결합 가능한 열가소성 물질을 포함하거나 가질 수 있다. 기판은 하나 이상의 개구, 프레임, 삽입물, 트로프 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 전극 플레이트는 하나 이상의 프레임을 포함할 수 있다. 하나 이상의 프레임은 전극 플레이트들의 적층, 전기화학 셀 형성, 전기화학 셀 내의 전해질의 밀봉, 하나 이상의 트로프의 수용 등, 또는 이들의 조합을 용이하게 할 수 있다. 하나 이상의 프레임은 하나 이상의 기판의 주변에 적어도 부분적으로 또는 완전히 위치될 수 있다. 개별 프레임은 개별 전극 플레이트의 외부 주변부를 형성할 수 있다. 하나 이상의 프레임은 하나 이상의 기판과 분리되거나 통합될 수 있다. 예를 들어, 프레임은 기판과 통합되어 기판의 주변에 위치할 수 있다. 하나 이상의 프레임은 융기된 에지일 수 있다. 융기된 에지는 적층을 용이하게 할 수 있다. 융기된 에지는 전극 플레이트(예를 들어, 기판)의 2개의 대향 표면들 중 적어도 하나로부터 돌출된 융기된 에지일 수 있다. 융기된 에지의 하나 이상의 측은 하나 이상의 만입부(indentation)를 포함할 수 있다. 하나의 프레임의 만입부(들)는 인접한 전극 플레이트의 프레임과 상대되는 것(reciprocal)일 수 있다. 하나 이상의 만입부는 인접한 전극 플레이트의 프레임 또는 심지어 분리기와 네스팅(nesting)하도록 기능할 수 있다. 배터리 어셈블리는 복수의 프레임들을 포함할 수 있다. 인접한 전극 플레이트들의 프레임들은 그 사이의 전기화학 셀 주위에 밀봉을 형성하도록 정렬되고 연동될 수 있다. 프레임은 분리기 기능을 할 수 있다. 프레임은 하나 이상의 내향 대면 표면(inward facing surface)을 포함할 수 있다. 내향 대면 표면은 활성 영역, 전기화학 셀, 분리기, 또는 이들의 임의의 조합을 향하여 내향 향하거나 이에 인접하거나 이에 노출되거나 이들의 조합에 해당하는 융기된 에지의 표면(들)일 수 있다. 프레임은 하나 이상의 트로프를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 프레임은 열가소성 물질과 같은 비전도성 물질로 구성될 수 있다. 비전도성 물질을 사용하면 배터리 스택 외부에 대한 밀봉이 향상될 수 있다. 프레임은 기판과 동일하거나 상이한 열가소성 물질로 만들어질 수 있다. 전극 플레이트, 단부 플레이트 또는 둘 모두의 프레임은 분리기의 프레임에 적용 가능한 유사한 특성을 가질 수 있습니다. 하나 이상의 적절한 프레임 및 에지 밀봉이 PCT 공개 번호 WO 2020/243093호에 개시되어 있으며, 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
하나 이상의 전극 플레이트는 하나 이상의 활성 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 전극 플레이트의 캐소드, 애노드, 또는 둘 모두로서 기능할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 애노드, 캐소드 또는 둘 모두로서 기능하기 위해 배터리에서 일반적으로 사용되는 임의의 형태일 수 있다. 바이폴라 플레이트는 캐소드로서 기능하는 표면 상에 하나 이상의 활성 물질을 갖고, 애노드로서 기능하는 대향 표면 상에 하나 이상의 활성 물질을 가질 수 있다. 모노폴라 플레이트는 캐소드 또는 애노드로 기능하는 표면 상의 하나 이상의 활성 물질을 갖는 반면, 대향 표면에는 애노드와 캐소드가 모두 없다. 듀얼 폴라 플레이트는 표면에 캐소드 또는 애노드로 기능하는 하나 이상의 활성 물질을 가질 수 있는 반면, 대향 표면에는 캐소드 또는 애노드로도 기능하는 하나 이상의 유사한 활성 물질이 있을 수 있다. 하나의 전극 플레이트의 캐소드는 다른 전극 플레이트의 애노드와 대향할 수 있다. 캐소드는 하나 이상의 양의 활성 물질(PAM)로 지칭될 수 있다. 애노드는 하나 이상의 음의 활성 물질(NAM)로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 동일한 전기화학 셀의 전해질, 대향하는 하나 이상의 활성 물질, 또는 둘 모두와의 전기화학 반응을 촉진하는 임의의 적합한 활성 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 전해질과의 환원 및/또는 산화 반응을 갖도록 선택될 수 있다.
하나 이상의 활성 물질은 납축, 리튬 이온, 및/또는 니켈 금속 수소화물 배터리를 포함하는 이차 배터리에서 일반적으로 사용되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 복합 산화물, 황산염 화합물, 또는 리튬, 납, 탄소, 또는 전이 금속의 인산염 화합물을 포함할 수 있다. 복합 산화물의 예는 LiCoO2와 같은 Li/Co 기반 복합 산화물; LiNiO2와 같은 Li/Ni 기반 복합 산화물; 스피넬 LiMn2O4와 같은 Li/Mn 기반 복합 산화물 및 LiFeO2와 같은 Li/Fe 기반 복합 물질을 포함한다. 전이 금속 및 리튬의 예시적인 인산염 및 황 화합물은 LiFePO4, V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoO3, PbO2, AgO, NiOOH 등을 포함한다. 하나 이상의 활성 물질은 이산화납, 산화납, 황산납, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 납축 배터리에서, 하나 이상의 활성 물질은 이산화납(PbO2), 삼염기산화납(3PbO), 삼염기황산납(3PbO·3PbSO4), 사염기성 산화납(4PbO), 사염기성 황산납(4PbO·4PbSO4), 또는 이들의 임의의 조합이거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질 또는 이의 공급원은 배터리 어셈블리의 제조 방법의 일부로서 피클링으로 더 잘 수행될 수 있지만 다른 것들은 피클링이 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 산화납 소스로서의 무기력(letharge)은 배터리 어셈블리를 제조하는 방법의 일부로 피클링이 필요하지 않을 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 하나 이상의 활성 물질이 전기화학 셀의 캐소드, 애노드, 또는 둘 모두로서 기능하도록 하는 임의의 형태일 수 있다. 예시적인 형태는 페이스트 형태, 사전 제작된 시트 또는 필름, 스펀지, 또는 이들의 임의의 조합의 형성된 부품을 포함한다. 예를 들어, 하나 이상의 활성 물질은 스폰지 납을 포함할 수 있다. 스폰지 납은 다공성으로 인해 유용할 수 있다. 하나 이상의 적합한 활성 물질 및/또는 이의 형태는 PCT 공개 WO2018/213730 및 WO2020/102677에 기술될 수 있으며, 이는 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 하나 이상의 전기화학 반응을 생성하고; 피클링, 형성, 경화, 건조, 충전, 방전, 열 제어 사이클링 등을 제공하고; 냉각 및/또는 가열을 제공하고; 또는 이들의 임의의 조합의 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 유체는 제조하는 동안 일시적으로 배터리 어셈블리의 일부이거나 동작을 위한 배터리 어셈블리의 일부이거나 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 유체가 배터리 내부로, 배터리 외부로 흐르거나, 배터리를 통해 순환하거나, 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다. 하나 이상의 유체는 하나 이상의 전기화학 셀, 채널, 트로프, 헤드스페이스 또는 이들의 임의의 조합 내에 위치할 수 있다. 하나 이상의 유체는 하나 이상의 개구, 포트, 밸브, 통풍구, 채널, 트로프, 전기화학 셀, 헤드스페이스 또는 이들의 조합을 통해 순환할 수 있다. 하나 이상의 유체는 배터리 어셈블리에 열을 추가하거나, 그로부터 열을 제거하거나, 둘 모두를 수행하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 유체는 전기화학 셀의 하나 이상의 물질을 경화시키거나, 하나 이상의 물질을 건조시키거나, 둘 모두를 위해 구성될 수 있다. 하나 이상의 유체는 하나 이상의 액체, 기체 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 전해질, 공기, 건조 유체, 납 수집 유체, 반응성 물질, 전해질 제거 유체 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 유체는 공기를 포함할 수 있다. 공기는 습한 공기, 건조한 공기 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 습한 공기는 건조한 공기의 상대 습도보다 높은 상대 습도를 가질 수 있다. 습한 공기는 상대 습도가 약 50% 이상, 60% 이상, 또는 심지어 75% 이상일 수 있다. 습한 공기는 약 100% 이하, 90% 이하, 또는 심지어 80% 이하의 상대 습도를 가질 수 있다. 건조한 공기는 약 0% 이상, 5% 이상 또는 심지어 10% 이상의 상대 습도를 가질 수 있다. 건조한 공기는 약 50% 이하, 약 40% 이하, 약 30% 이하, 또는 심지어 약 20% 이하의 상대 습도를 가질 수 있다. 공기는 배출, 경화, 건조 또는 이들의 조합에 사용될 수 있다. 습한 공기, 건조한 공기 또는 둘 모두 배출, 경화 및/또는 건조에 사용될 수 있다. 습한 공기 뒤에 건조한 공기가 뒤따를 수 있다. 건조한 공기 뒤에 습한 공기가 뒤따를 수 있다. 습한 공기와 건조한 공기는 배터리 어셈블리 내에 동시에 위치할 수 있다.
하나 이상의 유체는 하나 이상의 건조 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 건조 유체는 하나 이상의 물질을 경화 및/또는 건조하는 데 도움이 될 수 있다. 하나 이상의 물질은 하나 이상의 활성 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 그로부터 하나 이상의 유체가 제거되어 건조될 수 있다. 하나 이상의 유체는 전해질, 물, 기타 반응성 물질 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성 물질은 페이스팅 프로세스 후에 경화되어야 할 수 있다. 다른 예로서, 활성 물질은 전해질을 제거한 후 건조될 필요가 있을 수 있다. 그리고 추가 예로서, 배터리 어셈블리의 내부는 물, 다른 유체, 또는 둘 모두로 플러싱된 후에 건조될 필요가 있을 수 있다. 전해질이 없는 배터리 어셈블리는 건식 충전 배터리 어셈블리로 유용할 수 있다. 하나 이상의 건조 유체는 액체 전해질 또는 배터리 어셈블리 내의 기타 유체의 하나 이상의 활성 물질, 분리기, 기판 등을 건조하는 데 유용할 수 있다. 하나 이상의 건조 유체는 하나 이상의 건조 가스, 물 격리 액체, 임계점 건조 유체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 건조 가스는 공기를 포함할 수 있다. 공기는 건조한 공기를 포함할 수 있으므로 추가적인 습도를 피할 수 있다.
하나 이상의 유체는 하나 이상의 납 수집 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 납 수집 유체는 하나 이상의 납 종을 수집 및/또는 제거하는 기능을 할 수 있다. 납 수집 유체는 배터리 어셈블리의 수명 연장, 배터리 어셈블리 비우기, 배터리 어셈블리 또는 그 부품의 재활용 및/또는 폐기 등, 또는 이들의 임의의 조합에 유용할 수 있다. 예시적인 납 종은 황산납을 포함할 수 있다. 황산납과 같은 납 종의 제거는 사용한 배터리의 수명을 연장하는 데 도움이 될 수 있다. 하나 이상의 납 수집 유체는 아세트산, 메탄 설폰산 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 유체는 하나 이상의 반응성 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 반응성 물질은 하나 이상의 산화제, 부동태화제(passivating agent), 용매화제 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 반응성 물질은 과산화수소, 메탄 설폰산, 인산, 용액 중 납 이온, 황산나트륨, 유기-링고 설포네이트 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 산화제는 하나 이상의 활성 물질로부터 유리 납을 감소시키는 데 유용할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 산화제는 하나 이상의 활성 물질의 미형성된 페이스트에서 유리 납을 감소시킬 수 있다. 미형성은 배터리 어셈블리를 제조하는 형성 단계와 관련될 수 있다. 하나 이상의 부동태화제는 납 부식을 감소, 방지 및/또는 중지할 수 있다. 부식은 전기화학 셀 내에서 발생하는 경향이 있는 납 부식일 수 있다. 형성 후 셀에서 납 부식이 발생할 수 있다. 형성은 배터리 어셈블리를 제조하는 형성 단계와 관련될 수 있다.
하나 이상의 유체는 전해질을 포함할 수 있다. 전해질은 애노드와 캐소드 사이에서 전자와 이온이 흐르도록 할 수 있다. 전해질은 전기화학 셀 내에 위치할 수 있다. 전해질은 액체, 겔 및/또는 고체일 수 있다. 하나 이상의 전기화학 셀이 밀봉될 수 있으므로, 전해질은 액체 전해질일 수 있다. 전해질은 사용되는 애노드 및 캐소드와의 전기화학적 반응을 촉진하는 임의의 액체 전해질일 수 있다. 전해질은 전기화학 셀의 분리기를 통과할 수 있다. 전해질은 물 기반 또는 유기 기반일 수 있다. 하나 이상의 적합한 전해질은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 제15/359,289호에 개시될 수 있다.
수성 전해질은 하나 이상의 반응물을 포함할 수 있다. 하나 이상의 반응물은 셀의 기능을 향상시킬 수 있는 물의 산, 염 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 반응물은 황산, 황산나트륨, 황산칼륨 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 반응물은 셀의 동작, 피클링 프로세스, 형성 프로세스, 또는 이들의 임의의 조합을 용이하게 하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 전해질 중 반응물의 농도는 전해질의 중량을 기준으로 약 0.5 중량% 이상, 약 5.0중량% 이상, 또는 심지어 약 30 중량% 이상일 수 있다. 납축 배터리의 유용한 전해질은 물 속의 황산일 수 있다.
전해질 내의 반응물의 농도는 셀의 피클링, 형성 또는 동작(예를 들어, 충전, 방전) 동안 동일하거나 상이할 수 있다. 반응물은 동작 동안보다 피클링 및 형성 동안 더 낮은 농도로 제공될 수 있다. 더 낮은 농도는 희석된 전해질이라고 할 수 있다. 희석된 전해질은 하나 이상의 피클링 유체, 형성 유체 또는 둘 모두로 지칭될 수 있다. 납이 더 낮은 농도의 반응물에서 더 잘 용해되기 때문에 농도는 더 낮을 수 있으며, 이는 더 낮은 농도에서 피클링 및 형성 반응이 더 빠르게 일어날 수 있게 한다. 반응물의 농도가 높을수록 동작(예를 들어, 충전 및 방전) 중에 배터리 어셈블리에서 더 많은 에너지를 생성할 수 있다. 일반적인 AGM 배터리는 피클링, 형성 및 동작의 성능과 속도를 타협하는 반응물 농도로 채워질 수 있다. 본 교시의 장점은 전해질이 제거 및 교체될 수 있고, 따라서 원하는 성능을 위해 농도가 변할 수 있다는 점이다. 전해질은 열 제어 사이클링 동안 변경될 수 있다. 희석된 전해질(예를 들어, 더 낮은 농도)은 제종 중 및 동작 전에 배터리 어셈블리를 통해 흐를 수 있다. 예를 들어, 희석된 전해질은 피클링 및/또는 형성 동안 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 하나 이상의 유체일 수 있다. 희석된 전해질은 더 높은 농도의 전해질로 대체될 수 있다.
더 낮은 농도의 반응물은 전해질의 더 낮은 비중(specific gravity)과 연관될 수 있는 반면, 반응물의 더 높은 농도는 전해질의 더 높은 비중과 연관될 수 있다. 전해질의 비중은 약 1.05 이상, 약 1.1 이상 또는 심지어 약 1.15 이상일 수 있다. 전해질의 비중은 약 1.4 이하, 약 1.35 이하, 약 1.3 이하, 약 1.275 이하, 약 1.25 이하, 또는 심지어 약 1.2 이하일 수 있다. 피클링 및/또는 형성 중 비중은 배터리 어셈블리의 동작 중보다 작을 수 있다. 피클링 동안 비중은 약 1.05 이상 내지 약 1.15 이하일 수 있다. 예를 들어, 피클링 동안 비중은 약 1.100일 수 있다. 동작 중 비중은 약 1.20 이상 내지 약 1.35 이하일 수 있다. 피클링 및 형성 동안 전해질의 농도 및 비중이 낮으면 반응물이 빠르게 소모되고 발열 반응을 통해 배터리 내부에서 빠르게 열이 생성될 수 있다.
하나 이상의 트로프는 전해질이 하나 이상의 전기화학 셀을 신속하고 균일하게 채우거나, 비우거나, 둘 모두를 허용할 수 있다. 하나 이상의 충전 채널은 배터리 어셈블리의 온도를 제어하면서 피클링 반응을 지속하기 위해 뜨겁고 소모된 전해질을 시원하고 신선한 전해질로 교환하는 것을 허용할 수 있다. 교환을 통해 더 빠른 피클링 및/또는 형성 반응이 가능한다. 하나 이상의 충전 채널은 피클링 및/또는 형성에 사용되는 뜨겁고 낮은 비중을 배터리 어셈블리의 동작을 위해 더 높은 비중으로 교환하는 것을 허용할 수 있다. 사용된 전해질은 어셈블리를 새로운 전해질로 채우는 데 사용되는 포트와 동일한 및/또는 다른 포트로부터 배출될 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 분리기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 분리기는 전기화학 셀을 구획하는(즉, 전기화학 셀의 애노드로부터 캐소드를 분리하는) 기능을 할 수 있고; 덴드라이트(dendrite) 형성으로 인한 셀의 단락을 방지하고; 액체 전해질, 이온, 전자 또는 이러한 요소의 조합이 통과할 수 있도록 하는 기능하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다. 언급된 기능들 중 하나 이상을 수행하는 임의의 공지된 배터리 분리기가 배터리 어셈블리에서 사용될 수 있다. 하나 이상의 분리기는 하나 이상의 전기화학 셀 내에 배치될 수 있다. 하나 이상의 분리기가 전기화학 셀의 애노드와 캐소드 사이에 위치할 수 있다. 하나 이상의 분리기가 바이폴라 플레이트들 사이 또는 바이폴라 플레이트와 모노폴라 플레이트들 사이를 포함할 수 있는 한 쌍의 인접한 전극 플레이트들 사이에 위치할 수 있다. 분리기는 부착될 수 있다
배터리 어셈블리는 하나 이상의 분리기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 분리기는 전기화학 셀을 구획하는(즉, 전기화학 셀의 애노드로부터 캐소드를 분리하는) 기능을 할 수 있고; 덴드라이트 형성으로 인한 세포의 단락을 방지하고; 액체 전해질, 이온, 전자 또는 이러한 요소의 조합이 통과할 수 있도록 기능하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다. 하나 이상의 분리기가 전기화학 셀의 애노드와 캐소드 사이에 위치할 수 있다. 하나 이상의 분리기가 바이폴라 플레이트들 사이 또는 바이폴라 플레이트와 모노폴라 플레이트 사이를 포함할 수 있는 한 쌍의 인접한 전극 플레이트들 사이에 위치할 수 있다. 분리기는 하나 이상의 단부 플레이트, 전극 플레이트, 다른 분리기, 활성 물질, 또는 이들의 임의의 조합에 대해 이들의 주변, 내부 또는 표면 면에 대해 부착될 수 있다. 분리기는 하나 이상의 기판, 프레임, 다른 분리기, 또는 이들의 조합으로부터 떨어져 있고 접촉하지 않을 수 있다. 분리기는 하나 이상의 전극 플레이트의 하나 이상의 프레임을 향해 연장될 수 있지만 하나 이상의 프레임의 내부 주변부 내에 위치될 수 있다. 분리기는 프레임 내부의 단면 영역보다 작거나 같은 단면 영역을 가질 수 있다. 프레임의 내부보다 작은 단면 영역은 주변 갭이 분리기의 주변에 위치하도록 허용한다. 분리기는 인접한 캐소드 및 애노드의 영역과 동일하거나 더 큰 단면 영역을 가질 수 있다. 분리기는 셀의 애노드 부분으로부터 셀의 캐소드 부분을 완전히 분리할 수 있다. 분리기는 전해질의 적어도 일부를 흡수하고 보유할 수 있다. 분리기의 에지들은 인접한 전극 플레이트들의 주변 에지들과 접촉할 수도 있고 접촉하지 않을 수도 있다. 주변 에지들은 프레임의 내부 대면 표면들일 수 있다. 분리기는 대안적으로 전극 플레이트들의 프레임과 유사한 프레임을 포함할 수 있다. 분리기의 프레임은 전극 플레이트들의 인접한 프레임들과 정렬되어 적층될 수 있다. 분리기는 하나 이상의 시트로 형성될 수 있다. 분리기는 하나 이상의 전사 시트를 포함하거나 그로부터 분리될 수 있다. 하나 이상의 전사 시트는 하나 이상의 분리기 대신에 또는 그와 함께 사용될 수 있다. 분리기는 전사 시트를 포함하거나 그와 동의어일 수 있다. 분리기와 함께 또는 분리기로 사용하기에 적합한 예시적인 전사 시트는 PCT 공개 WO2018/213730 및 WO2020/0102677에 기술되어 있으며, 이들은 모든 목적을 위해 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
하나 이상의 주변 갭은 하나 이상의 전기화학 셀 내에 위치할 수 있다. 주변 갭은 전사 간극, 하나 이상의 트로프 또는 이들의 조합을 제공할 수 있다. 전사 간극은 하나 이상의 분리기와 하나 이상의 프레임의 내향 대면 표면 사이에 있을 수 있다. 전사 간극은 프레임과의 접촉을 피하면서 프레임 내의 기판 상에 분리기 및 활성 물질을 위치시키기 위한 간극일 수 있다. 회피된 접촉은 프레임의 안쪽을 내향 대면 표면과 있을 수 있다. 주변 갭은 하나 이상의 분리기의 외부 주변 표면과 하나 이상의 프레임의 내향 대면 표면 사이의 거리일 수 있다. 이 전사 간극은 PCT 공개 WO2018/0213730에 개시된 것과 같은 페이스팅 프로세스에서 유용할 수 있다.
하나 이상의 분리기는 하나 이상의 시트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 시트는 전기화학 셀의 대향하는 활성 물질들을 분리하는 분리기의 부분으로서 기능할 수 있고; 단락을 방지하고; 전해질, 이온, 전자 또는 이들의 조합이 통과하도록 하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다. 하나 이상의 시트는 단일 시트 또는 복수의 시트들을 포함할 수 있다. 복수의 시트들이 층을 이루어(layered) 분리기를 형성할 수 있다. 하나 이상의 시트는 하나 이상의 시트, 2개 이상의 시트들, 또는 심지어 3개 이상의 시트들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 시트는 10개 이하의 시트들, 7개 이하의 시트들, 또는 심지어 5개 이하의 시트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분리기는 3개 이상의 시트들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 포트가 충전 및 배출 모두에 사용되는 경우 3 내지 5개의 시트들이 층을 이루어 분리기를 형성할 수 있다. 다른 예로서, 2개의 개별 포트들이 충전 및 배출에 사용될 때 5 내지 7개의 시트들이 층을 이루어 분리기를 형성할 수 있다. 복수의 시트들이 사용되는 경우, 시트는 적층되거나, 서로 동일 평면에 있거나, 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 시트는 하나 이상의 트로프를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 트로프는 시트들의 스택의 내부 내의 하나 이상의 시트들에 형성될 수 있는 반면 스택의 외부의 하나 이상의 시트에는 하나 이상의 트로프가 없다. 다른 예로서, 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 시트 중 일부를 통해 형성될 수 있는 반면, 나머지는 하나 이상의 트로프가 없는 상태로 유지된다. 추가 예로서, 하나 이상의 트로프는 하나의 시트의 두께를 부분적으로 관통하여 형성될 수 있다. 그리고 다른 예로서, 하나 이상의 트로프는 주변 갭에 의해 또는 프레임 내에 형성될 수 있는 반면, 모든 분리기 시트들은 하나 이상의 트로프가 없거나 하나 이상의 트로프를 포함한다.
하나 이상의 시트는 비전도성일 수 있다. 비전도성이므로 활성 물질들 사이의 분리가 용이하다. 하나 이상의 비전도성 물질은 무기물, 유기물 또는 둘 모두일 수 있다. 유기 물질은 면, 고무, 석면, 목재 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 무기 물질은 하나 이상의 중합체, 유리, 세라믹 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 중합체는 하나 이상의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 나일론, 이온 겔 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 시트는 부직 섬유, 직조 섬유, 필름 등, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 시트는 흡수성 유리 매트(AGM)일 수 있다. 하나 이상의 시트는 흡수성이거나, 적어도 일부 전해질을 보유할 수 있거나, 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 다른 예로서, 시트는 다공성의 초고분자량 폴리올레핀 멤브레인일 수 있다. 시트는 다공성일 수 있다. 기공들은 전해질, 이온, 전자 또는 이들의 조합이 분리기를 통과하도록 할 수 있다. 기공들은 시트의 두께를 통해 실질적으로 직선형, 구불구불형 또는 이들의 조합일 수 있다. 예로서, 하나 이상의 분리기는 다공성이고 비전도성인 하나 이상의 시트에 의해 형성될 수 있다.
시트는 두께를 갖는다. 두께는 시트의 외부 면들 사이의 거리로 측정될 수 있다. 외부 면들은 인접한 애노드, 캐소드 또는 둘 모두를 향하거나 실질적으로 이와 평행하거나 둘 모두에 해당하는 것일 수 있다. 두께는 배터리 어셈블리의 에너지 및 전력 밀도를 용이하게 하는 데 적합할 수 있다. 배터리 어셈블리의 전체 크기에 따라 적절한 두께가 선택될 수 있다. 시트의 두께는 약 10μm 이상, 약 25μm 이상, 약 100μm 이상, 또는 심지어 약 500μm 이상일 수 있다. 시트의 두께는 약 1cm(10,000μm) 이하, 약 0.5cm(5,000μm) 이하, 약 0.3cm(3,000μm) 이하, 또는 심지어 약 0.1cm(1,000μm) 이하일 수 있다. 예를 들어, 시트의 두께는 약 500μm 내지 약 0.3cm일 수 있다. 시트의 두께는 시트의 전체 또는 일부에 걸쳐 균일하거나 가변적일 수 있다. 가변 두께는 분리기에 형성된 하나 이상의 트로프 때문일 수 있다.
하나 이상의 전기화학 셀은 하나 이상의 트로프를 포함할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 전해질의 흐름을 하나 이상의 전기화학 셀로 안내하고 분리기를 통한 전해질의 흐름을 안내하고, 하나 이상의 분리기를 통한 전해질 위킹의 더 빠른 흐름을 제공하고, 분리기를 따라 및/또는 각각의 전기화학 셀 내에서 전해질의 보다 균일한 분포를 제공하고, 전해질로 전기화학 셀의 충전 및/또는 비우기를 촉진하고, 피클링 프로세스 및/또는 성형 프로세스의 효율성을 높이고, 배터리 내부에서 발생하는 하나 이상의 가스를 수집하고, 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 예를 들어 전해질을 분배하기 위해 임의의 크기, 형상 및/또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 전기화학 셀 내에 형성될 수 있다.
하나 이상의 트로프는 하나 이상의 전기화학 셀의 내부에 노출되거나, 이를 향하거나, 이와 유체 연통하거나, 이들의 조합에 해당할 수 있다. 전기화학 셀의 내부는 셀의 활성 영역일 수 있다. 활성 영역은 하나 이상의 활성 물질, 하나 이상의 분리기, 전해질, 또는 이들의 조합을 수용하는 셀의 영역일 수 있다. 활성 영역은 전기화학 반응이 일어나는 셀의 영역일 수 있다.
하나 이상의 트로프는 하나 이상의 개구, 채널, 통풍구, 포트, 밸브 등 또는 이들의 조합과 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 충전 개구와 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 충전 개구는 분리기, 전극 플레이트 또는 둘 모두의 충전 개구들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 충전 채널과 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 통풍구, 충전 개구 또는 둘 모두를 통해 하나 이상의 충전 채널과 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 충전 개구로부터 방사되는 복수의 트로프들을 포함할 수 있다. 방사는 그로부터 연장되는 것, 그 주위에 어레이를 형성하는 것, 그로부터 확산되는 것, 그로부터의 모든 흐름 등, 또는 이들의 조합을 의미할 수 있다.
하나 이상의 트로프는 하나 이상의 분리기, 주변 갭, 하나 이상의 전극 플레이트, 또는 이들의 임의의 조합에 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 전극 플레이트의 하나 이상의 프레임, 기판, 또는 둘 모두에 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 프레임의 하나 이상의 내향 대면 표면들에 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 기판의 하나 이상의 표면(예를 들어, 셀 내부로 향하는 표면)에 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 분리기의 하나 이상의 시트에 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 주변 갭에 의해 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 시트, 하나 이상의 프레임, 또는 둘 모두의 공극일 수 있다. 하나 이상의 트로프는 시트의 하나 이상의 외부 면으로부터 내측으로 돌출될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 프레임의 하나 이상의 내향 대면 표면들에 있는 하나 이상의 함몰부(depression)일 수 있다. 예시적인 트로프는 하나 이상의 채널, 터널, 덕트, 그루브, 통로, 노치 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
하나 이상의 트로프는 실질적으로 직선형, 비선형형, 불균일형, 곡선형, 가변형 등, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 예를 들어, 시트는 복수의 실질적으로 직선형 트로프들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 주변 갭은 분리기의 주변 형상과 상대되는 것인 트로프를 형성할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 평면, 비평면 또는 이들의 조합인 하나 이상의 표면을 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 직육면체, 정육면체, 원통, 구, 원뿔 등, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 형상의 시트 물질, 프레임 또는 둘 모두의 공극일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 트로프는 공극이 실질적으로 입방형(cuboidal)이 되도록 실질적으로 평면인 표면을 가질 수 있다. 다른 예로서, 트로프들은 시트 물질의 공극이 실린더 반쪽(예를 들어, "C-형상")과 유사하도록 실질적으로 만곡된 표면을 가질 수 있다. 다른 예로서, 트로프는 시트 물질의 공극이 실린더 절반과 직육면체(예를 들어, "D-형")의 조합과 유사하도록 실질적으로 평면인 표면과 만곡된 표면을 모두 가질 수 있다.
하나 이상의 트로프는 단일 트로프 또는 복수의 트로프들을 포함할 수 있다. 복수의 트로프들은 액체 전해질이 단일 트로프보다 더 빠르게 분리기를 통해 흐르도록 할 수 있다. 복수의 트로프들은 서로 유체 연통할 수 있다. 선형 세그먼트, 연속 세그먼트 또는 둘 모두가 단일 트로프로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 다른 트로프와 교차하거나, 인접하거나, 떨어져 있거나, 이들의 조합에 해당할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 시트의 하나 이상의 주변 에지와 실질적으로 평행하거나, 그로부터 떨어져 있거나, 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 분리기 주위에 위치될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 프레임의 내부 표면 내에 위치될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 전기화학 셀의 활성 영역과 유체 연통하고, 이를 향하고 및/또는 그 내부에 있을 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 개구와 하나 이상의 주변 에지 사이에 위치될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 복수의 개구들 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 트로프는 개구들의 인접한 어레이들 사이에, 어레이들에 평행하게, 또는 둘 모두에 해당하도록 위치될 수 있다. 복수의 트로프들은 반복적인 패턴을 형성하거나, 엇갈리거나, 분리기 시트에서 오프셋될 수 있다.
복수의 트로프들은 하나 이상의 메인 트로프, 분기(branching) 트로프, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 메인 트로프는 유입되는 유체에 가장 가까운 트로프, 먼저 전해질이 적셔지는 트로프, 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 분기 트로프는 메인 트로프와 유체 연통하는 트로프일 수 있고, 메인 트로프 후에 전해질로 습윤되거나 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 분기 트로프는 하나 이상의 메인 트로프, 채널 또는 둘 모두의 다운스트림일 수 있다. 하나 이상의 분기 트로프는 하나 이상의 개구로부터 떨어져 있을 수 있다. 메인 트로프는 하나 이상의 분기 트로프에 하나 이상의 유체를 분배하는 기능을 할 수 있다. 메인 트로프는 하나 이상의 분기 트로프로부터 하나 이상의 유체를 수집하는 기능을 할 수 있다. 메인 트로프는 복수의 분기 트로프들에 인접하거나, 직접 인접하거나, 유체 연통하거나, 이들의 조합에 해당할 수 있다. 메인 트로프는 분리기 시트 상의 단일 트로프, 주변 갭에 의해 형성된 트로프, 프레임에 형성된 트로프, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 분기 트로프들은 분리기 시트 상에 1개 이상, 2개 이상, 3개 이상, 또는 심지어 4개 이상의 트로프들을 포함할 수 있다. 분기 트로프들은 분리기 시트 상에 10개 이하, 6개 이하, 또는 심지어 5개 이하의 트로프들을 포함할 수 있다. 메인 트로프, 분기 트로프들, 또는 둘 모두 하나 이상의 충전 개구, 충전 채널, 입구 트로프 또는 이들의 조합과 직접 연통할 수 있다. 예를 들어, 메인 트로프는 하나 이상의 채널 개구와 직접 유체 연통하고 유체의 흐름을 하나 이상의 분기 트로프로 안내할 수 있다. 예를 들어, 복수의 분기 트로프들은 모두 충전 개구와 직접 유체 연통할 수 있다. 다른 예로서, 메인 트로프는 하나 이상의 입구 트로프와 하나 이상의 분기 트로프 사이에 위치될 수 있다. 그리고 또 다른 예로서, 메인 트로프는 분기 트로프가 존재하지 않는 동안 입구 트로프와 유체 연통할 수 있다. 복수의 트로프에는 하나 이상의 메인 트로프, 분기 트로프, 또는 둘 모두가 없을 수 있다.
하나 이상의 트로프는 하나 이상의 입구 트로프를 포함할 수 있다. 하나 이상의 입구 트로프는 하나 이상의 유체를 수용하는 하나 이상의 개구, 채널 또는 둘 모두와 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 입구 트로프는 하나 이상의 충전 개구, 충전 채널, 통풍구, 또는 이들의 조합과 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 입구 트로프는 전해질 또는 다른 유체가 하나 이상의 충전 개구, 충전 채널 또는 통풍구로부터 수용되도록 할 수 있다. 하나 이상의 입구 트로프는 하나 이상의 다른 트로프와 유체 연통하거나, 직접 접촉하거나, 인접하거나, 교차하거나, 이들의 조합에 해당할 수 있다. 다른 트로프들은 하나 이상의 메인 트로프, 분기 트로프, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 입구 트로프는 하나 이상의 메인 트로프, 분기 트로프 또는 둘 모두에 하나 이상의 유체를 분배할 수 있다. 하나 이상의 입구 트로프는 하나 이상의 메인 분기, 개구, 통풍구, 채널 또는 이들의 조합과 직접 접촉하거나, 인접하거나, 교차하거나, 이들의 조합에 해당할 수 있다. 하나 이상의 입구 트로프는 하나 이상의 충전 채널과 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 입구 트로프가 없을 수 있다.
하나 이상의 트로프는 두께, 폭 및 길이를 가질 수 있다. 트로프의 두께는 시트 또는 프레임의 두께를 통해 공극의 깊이, 주변 갭에서 인접한 기판들의 두 대향 표면들 사이의 거리로 간주될 수 있고, 시트의 두께에 평행하게 측정될 수 있고(주변 갭 또는 시트의 일부인 경우), 활성 물질을 갖는 시트의 표면과 평행하게 측정될 수 있고(프레임의 일부인 경우). 또는 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다. 트로프의 폭은 공극을 형성하는 시트 또는 프레임의 표면들 사이의 거리, 프레임의 내향 대면 표면과 분리기의 주변 표면 사이의 거리(주변 간극에 형성되는 경우), 너비와 길이 중 작은 것으로 간주될 수 있으며, 깊이에 수직일 수 있으며, 또는 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다. 트로프의 길이는 공극을 형성하는 시트의 표면 사이의 거리, 너비와 길이 중 큰 것으로 간주될 수 있으며 깊이와 폭에 수직일 수 있으며, 내향 대면 표면에 평행할 수 있고, 분리기의 주변 가장자리에 평행할 수 있고, 또는 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 시트의 두께를 통해 부분적으로 또는 완전히 깊이를 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 프레임을 부분적으로만 관통하는 깊이를 가질 수 있다. 프레임의 부분적인 깊이는 프레임이 여전히 전기화학 셀 주위에 밀봉을 제공하도록 할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 전기화학 셀을 형성하기 위해 서로 마주하는 2개의 기판 표면들 사이의 거리 이하의 깊이를 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 시트의 두께를 완전히 통과하지 못할 수 있으며, 그렇지 않으면 전기화학 셀의 한 쌍의 활성 물질들(애노드 및 캐소드) 사이의 분리가 제거될 것이다. 복수의 시트들이 사용되는 경우, 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 시트의 두께를 완전히 통과할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 분리기의 전체 두께, 프레임의 폭 또는 둘 모두보다 약 5% 이상, 약 10% 이상, 약 25% 이상, 또는 심지어 약 50% 이상 큰 깊이를 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 분리기의 전체 두께보다 약 100% 이하, 약 90% 이하, 약 80% 이하, 또는 심지어 약 75% 이하인 깊이를 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 프레임의 폭보다 약 80% 이하, 70% 이하, 또는 심지어 60% 이하인 깊이를 가질 수 있다. 프레임의 폭은 내향 대면 표면에서 대향 외부 대면 표면 사이의 거리로 간주될 수 있다(예를 들어, 활성 영역을 가로지르지 않음). 하나 이상의 트로프의 깊이는 약 10μm 이상, 약 25μm 이상, 약 100μm 이상, 또는 심지어 약 500μm 이상일 수 있다. 하나 이상의 트로프의 깊이는 약 1cm(10,000μm) 이하, 약 0.5cm(5,000μm) 이하, 약 0.3cm(3,000μm) 이하, 또는 심지어 약 0.1cm(1,000μm) 이하일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 트로프의 깊이는 약 0.5mm 내지 약 2mm일 수 있다. 트로프의 깊이는 단일 또는 복수의 시트를 통한 깊이로 측정될 수 있다. 하나 이상의 폭은 하나 이상의 트로프가 하나 이상의 개구 사이에 위치하거나, 주변 갭이 되거나, 프레임의 내향 대면 표면 내에 위치되기에 적합한 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 깊이와 폭 사이의 종횡비를 가질 수 있다. 종횡비는 분리기의 하나 이상의 시트를 통한 신속한 전해질 위킹을 촉진한다. 깊이 대 폭의 종횡비는 1:10 이상, 약 1:5 이상, 또는 심지어 약 1:3 이상일 수 있다. 깊이 대 폭의 종횡비는 약 10:1 이하, 약 5:1 이하, 약 3:1 이하, 또는 심지어 약 1:1 이하일 수 있다. 예를 들어, 깊이 대 폭의 종횡비는 약 1:5 내지 약 1:1(예를 들어, 1:3)일 수 있다. 하나 이상의 트로프는 분리기 시트의 폭 또는 프레임의 높이(예를 들어, 기판 표면에서 가장자리까지)보다 약 0.01% 이상, 약 0.05% 이상, 약 1% 이상, 약 3% 이상, 또는 심지어 약 5% 이상 큰 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 분리기 시트의 폭 또는 프레임의 높이보다 약 30% 이하, 15% 이하, 약 12% 이하, 또는 심지어 약 10% 이하인 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 길이를 가질 수 있다. 길이는 가능한 한 분리기 시트의 길이를 가로질러 전해질 흐름을 촉진하는 데 적합할 수 있다. 길이는 하나 이상의 트로프가 하나 이상의 개구, 심지어 복수의 개구들을 통과하도록 허용할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 분리기의 시트의 길이 또는 프레임의 내향 대면 표면의 길이보다 약 5% 이상, 약 10% 이상, 약 25% 이상, 약 50% 이상, 또는 심지어 약 75% 이상의 길이를 가질 수 있다. 하나 이상의 트로프는 분리기의 시트 길이 또는 프레임 길이보다 약 100% 이하, 95% 이하, 약 90% 이하, 또는 심지어 약 85% 이하인 길이를 가질 수 있다.
하나 이상의 트로프는 하나 이상의 분리기, 하나 이상의 분리기의 제거된 물질의 하나 이상의 영역, 또는 둘 모두에 하나 이상의 압축된 부분을 포함할 수 있다. 물질은 분리기의 다른 영역보다 더 얇은 두께를 얻기 위해 압축 및/또는 제거될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 물질 제거, 압축, 성형, 물질 부족 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 시트 물질을 제거하여 하나 이상의 트로프가 형성될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 트로프는 시트 물질을 엠보싱(embossing)함으로써 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 압축 부분을 형성하기 위해 하나 이상의 시트의 엠보싱 부분일 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 프레임으로 성형함으로써 형성될 수 있다. 그리고 또 다른 예로서, 하나 이상의 트로프는 주변 갭에 물질(예를 들어, 활성 물질, 전도성 물질, 분리기 등)의 부재에 의해 형성될 수 있다.
하나 이상의 트로프는 일시적, 반영구적, 영구적이거나 또는 이들의 조합일 수 있다. 트로프가 압축에 의해 형성되면, 하나 이상의 트로프가 지속되거나, 다시 연장되거나, 둘 모두에 해당할 수 있다. 트로프가 제거, 성형 프로세스 등에 의해 형성되는 경우, 트로프는 영구적으로 제자리에 남아 있을 수 있다.
하나 이상의 트로프의 재연장은 피클링 프로세스, 형성 프로세스, 경화 프로세스, 건조 프로세스, 또는 이들의 조합 후에 일어날 수 있다. 재연장은 배터리 어셈블리 내부의 특정 온도에 도달하거나 시간이 지남에 따라 하나 이상의 유체와 접촉하거나 이들의 조합으로 인해 발생할 수 있다. 재연장은 전해질과의 최소 접촉 시간 후에 발생할 수 있다. 최소 지속시간은, 최소한, 충전 프로세스를 위해 전기화학 셀을 전해질로 채우는 시간일 수 있다. 최소 지속시간은 전기화학 셀을 채우고, 선택적으로 피클링을 거치고, 형성을 거치고, 및/또는 열 순환을 제공하는 시간일 수 있다. 피클링 및/또는 형성 프로세스 완료 후 재연장이 발생할 수 있다. 열 제어 사이클링 후에 재연장이 발생할 수 있다. 재연장은 반등(rebounding)으로 간주될 수 있다. 하나 이상의 트로프는 일시적 및/또는 반영구적일 수 있으며 적어도 부분적으로 연장되도록 구성된다. 부분적으로 연장되는 것은 두께가 증가하는 것을 의미할 수 있다. 두께는 트로프에서 분리기의 것일 수 있다. 재연장은 부분적이거나 완전할 수 있다. 예를 들어, 재연장 후, 하나 이상의 트로프는 두께가 연장될 수 있지만 여전히 시트의 나머지 부분보다 더 작은 두께를 가질 수 있다. 부분적인 재연장은 반영구적인 트로프로 간주될 수 있다. 다른 예로서, 재연장 후, 하나 이상의 트로프는 시트가 실질적으로 균일한 두께를 갖도록 두께가 연장될 수 있다. 완전한 재연장은 일시적인 트로프로 간주될 수 있다.
하나 이상의 트로프는 하나 이상의 시트에서 물질의 공극에 의해 형성될 수 있는 반면, 다른 시트는 하나 이상의 공극이 없는 상태로 유지된다. 시트들의 스택은 분리기를 형성할 수 있다. 하나 이상의 내부 시트는 개별 시트 두께의 일부, 전체 또는 둘 모두를 통과하는 하나 이상의 공극을 포함할 수 있다. 예를 들어, 분리기의 하나 이상의 내부 시트는 하나 이상의 트로프를 포함할 수 있는 반면 스택의 대향하는 외부 시트에는 트로프가 없을 수 있다. 하나 이상의 내부 시트는 하나 이상의 트로프를 포함할 수 있는 반면, 하나 이상의 다른 내부 시트에는 하나 이상의 트로프가 없을 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 인접한 내부 시트들은 각각 서로 정렬된 하나 이상의 트로프들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 3개 이상의 인접한 내부 시트들은 교번하는 트로프들을 가질 수 있어서, 2개는 하나 이상의 트로프를 갖고 하나는 어떠한 트로프도 갖지 않는다. 외부 시트들, 하나 이상의 내부 시트, 또는 둘 모두 내부 시트와 협력하여 트로프가 폐쇄되고(예를 들어, 4개의 벽들을 가짐) 분리기를 통해 하나 이상의 덕트로 형성될 수 있다. 하나 이상의 트로프가 없는 외부 시트를 갖는 것은 분리기가 배터리 어셈블리의 동작 동안 전기화학 셀 내에서 노출되는 균일하고 연속적인 표면 영역을 갖도록 허용할 수 있다.
하나 이상의 트로프는 전해질 소스와 유체 연통할 수 있다. 전해질 공급원과 유체 연통함으로써, 하나 이상의 트로프는 전해질을 흡수하고 이를 통해 전해질을 더 빠르게 통과하게 하거나, 전해질을 하나 이상의 다른 트로프로 흐르게 하거나 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 유체 연통은 직접적, 간접적이거나 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 통풍구, 개구, 포트, 채널, 밸브 등 또는 이들의 조합과 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 트로프는 하나 이상의 개구, 개구의 하나 이상의 통풍구, 또는 둘 모두에 접할 수 있다. 하나 이상의 개구는 채널을 형성하는 개구를 포함할 수 있다. 채널은 채우기 채널, 환기 채널 또는 둘 모두일 수 있다. 예를 들어, 입구 트로프는 충전 채널의 일부이고 메인 트로프에 인접하여 유체 연통하는 분리기의 개구와 직접 유체 연통할 수 있다.
하나 이상의 트로프는 배터리 어셈블리를 전해질로 채우는 데 걸리는 시간을 상당히 감소시킬 수 있다. 배터리 어셈블리의 전기화학 셀이 전해질로 약 90% 내지 100% 채워지도록 하기 위해, 하나 이상의 트로프는 충전 시간을 상당히 줄일 수 있다. 90% 충전까지의 충전 시간은 약 25% 이상, 약 35% 이상, 약 45% 이상, 또는 심지어 약 50% 이상까지 감소될 수 있다. 90% 충전까지의 충전 시간은 95% 이하, 약 90% 이하, 약 85% 이하, 또는 심지어 약 75% 이하까지 감소될 수 있다. 충전 시간 감소는 트로프가 없는 동일한 배터리 어셈블리와 비교될 수 있다. 예를 들어, 트로프가 없는 경우 배터리 어셈블리를 90% 충전하는 데 약 14.5분이 소요될 수 있는 반면, 5개의 트로프들(1개의 메인 트로프 및 4개의 분기 트로프들)들이 있는 경우, 배터리 어셈블리의 90% 충전 시간은 약 1분이 소요되어 약 90%의 시간 개선을 달성할 수 있다. 100% 충전까지의 충전 시간은 약 25% 이상, 약 40% 이상, 약 50% 이상, 또는 심지어 약 60% 이상까지 감소될 수 있다. 100% 충전까지의 충전 시간은 약 95% 이하, 약 85% 이하, 약 75% 이하, 또는 심지어 70% 이하까지 감소될 수 있다. 예를 들어, 트로프가 없는 경우 배터리 어셈블리를 100% 충전하는 데 약 45분이 소요될 수 있는 반면, 5개의 트로프들(1개의 메인 트로프 및 4개의 분기 트로프들)이 있는 경우, 배터리 어셈블리의 100% 충전 시간은 약 14.5분이 소요되어 약 68%의 시간 개선을 달성할 수 있다. 100% 가득 충전 시간은 전해질 체적의 약 5 내지 50%를 순환시키는 것과 온도 제어를 돕기 위해 배터리 어셈블리의 냉각된 전해질로 교체하는 것을 포함할 수 있다.
하나 이상의 전극 플레이트, 단부 플레이트, 분리기, 또는 이들의 조합은 하나 이상의 개구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 개구는 부착 메커니즘이 통과할 수 있는 개구를 제공하고; 하나 이상의 전극 플레이트, 분리기, 단부 플레이트 및/또는 삽입물과 협력하여 하나 이상의 채널의 일부를 형성하고; 하나 이상의 밀봉부를 하우징하거나 일부가 되고; 배터리 어셈블리의 진공 풀링, 충전 및/또는 배기를 허용하고; 하나 이상의 채널을 통한 유체 순환 제공하고; 하나 이상의 전기 전도성 물질을 유지하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 개구는 원하는 기능들의 임의의 조합을 제공하기 위해 임의의 크기, 형상 및/또는 구성을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구는 하나 이상의 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 기판의 개구들 및/또는 구멍들에 대해 설명된 바와 같은 피쳐들의 임의의 조합을 가질 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 개구는 하나 이상의 다른 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 개구와 정렬(즉, 동심일 수 있음)되어 하나 이상의 채널을 형성할 수 있다. 정렬은 횡단 방향일 수 있다. 횡단은 기판 및/또는 분리기의 면에 실질적으로 수직이거나, 배터리 어셈블리의 길이를 가로지르거나, 배터리 어셈블리의 세로축에 평행하거나 또는 이들의 조합을 의미할 수 있다. 횡단 방향은 캐소드 및/또는 애노드가 증착될 수 있는 기판의 대향 표면들에 실질적으로 수직일 수 있다. 횡단은 하나 이상의 개구의 단면의 일반적인 폭, 직경 또는 둘 모두가 기판 및/또는 분리기의 면에 실질적으로 평행하다는 것을 의미할 수 있다. 전극 플레이트, 단부 플레이트, 및/또는 기판의 하나 이상의 개구는 인접할 수 있는 다른 전극 플레이트, 단부 플레이트, 및/또는 분리기의 하나 이상의 개구와 유사한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다. 하나 이상의 개구는 부착 메커니즘을 수용하고, 포스트를 수용하고, 인서트와 협력하는 기능을 하거나 또는 개구의 원하는 기능의 조합을 위한 단면 형상을 가질 수 있고 일반적으로 직사각형, 원형, 삼각형, 타원형, 난형 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 하나 이상의 개구는 하나 이상의 부착 메커니즘, 하나 이상의 포스트, 하나 이상의 밸브, 또는 이들의 임의의 조합을 수용하기에 충분한 단면 폭을 가질 수 있다. 개구는 기계가공(예를 들어, 밀링)되거나, 기판의 제조 동안(예를 들어, 성형 또는 성형 동작에 의해) 형성되거나, 그렇지 않으면 제조될 수 있다. 개구는 직선 및/또는 매끄러운 내부 벽들 또는 표면들을 가질 수 있다.
하나 이상의 개구는 삽입물, 베이스, 기판, 분리기, 보강 구조, 리브 구조, 또는 이들의 임의의 조합을 부분적으로 또는 완전히 통과할 수 있다. 하나 이상의 개구는 단부 플레이트, 전극 플레이트, 분리기, 또는 이들의 조합의 주위에, 주변에 인접하여, 내부 내에, 또는 둘 모두에 위치될 수 있다. 하나 이상의 개구는 단부 플레이트, 전극 플레이트, 분리기, 또는 이들의 조합의 주변부 주위에, 주변부 내에 정의된 내부 내에, 또는 둘 모두에 분포될 수 있다. 하나 이상의 개구는 하나 이상의 리브 구조에 인접하게, 둘 이상의 리브 구조들 사이에, 셀 내에서, 하나 이상의 삽입물에 인접하고, 하나 이상의 삽입물 내에서, 또는 이들의 임의의 조합에 위치될 수 있다. 하나 이상의 개구는 반복적인 패턴을 형성할 수 있고, 하나 이상의 다른 개구와 정렬될 수 있고, 하나 이상의 다른 개구로부터 엇갈리거나 오프셋될 수 있거나, 또는 이들의 임의의 조합에 해당할 수 있다.
기판에 형성된 개구들의 크기 및 빈도는 배터리의 저항에 영향을 미칠 수 있다. 하나 이상의 개구는 동일한 단부 플레이트 및/또는 인접한 전극 플레이트 내에 형성된 하나 이상의 개구의 직경보다 작거나 같거나 더 큰 단면 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구의 단면 폭은 연속적이거나, 테이퍼지거나, 개구의 길이를 따라 연장될 수 있다. 하나 이상의 개구의 단면 폭은 이들을 통해 하나 이상의 포스트, 로드, 유체, 전해질, 또는 이들의 조합을 수용하기에 적합할 수 있다. 하나 이상의 개구는 약 0.2mm 이상, 1mm 이상, 약 3mm 이상, 또는 심지어 약 5mm 이상의 단면 폭을 가질 수 있다. 하나 이상의 개구는 약 30mm 이하, 약 25mm 이하, 또는 심지어 약 20mm 이하의 단면 폭을 가질 수 있다. 개구의 단면 폭은 개구의 직경과 동일한 것으로 간주될 수 있다. 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 기판의 하나 이상의 개구는 동일한 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 기판의 하나 이상의 다른 개구보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 개구는 다른 개구보다 약 1.5배 이상, 약 2배 이상, 또는 심지어 약 2.5배 이상 더 클 수 있다. 개구는 다른 개구보다 약 4배 이하, 약 3.5배 이하, 또는 심지어 약 3배 이하일 수 있다. 개구는 cm2당 약 0.02개 이상의 개구 밀도를 갖도록 형성될 수 있다. 개구는 cm2당 약 4개 미만의 개구 밀도를 갖도록 형성될 수 있다. 개구는 cm2당 약 2.0개의 개구 내지 cm2당 약 2.8개의 개구 밀도를 갖도록 형성될 수 있다. 하나 이상의 개구는 하나 이상의 주변 개구, 하나 이상의 내부 개구, 하나 이상의 채널 개구, 하나 이상의 전도성 개구 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 개구는 그 전체가 참조로 본 명세서에 통합된 미국 특허 제10,141,598호에서 논의될 수 있다.
하나 이상의 개구는 하나 이상의 채널 개구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 채널을 형성하기 위해 하나 이상의 전극 플레이트의 하나 이상의 개구와 정렬하고; 배터리 어셈블리를 환기, 충전 및/또는 환기하기 위한 개구를 제공하고; 배터리 어셈블리의 내부 내에서 하나 이상의 유체를 순환시키기 위한 개구를 제공하고; 하나 이상의 밸브 및/또는 포트와 협력하고, 전극 플레이트들의 스택을 압축하기 위해 하나 이상의 포스트를 수용하고; 하나 이상의 삽입물을 수용하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 개구 및/또는 구멍과 가로 방향으로 정렬(즉, 동심 정렬)되어 스택을 통한 하나 이상의 채널을 형성할 수 있다. 복수의 개구들이 정렬되어 하나 이상의 채널을 형성할 수 있다. 복수는 단일 컴포넌트 내의 복수의 개구들 또는 복수의 컴포넌트들(예를 들어, 전극 플레이트들, 분리기들, 활성 물질들, 삽입물들 등)에 걸친 복수의 개구들을 의미할 수 있다. 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 다른 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 구멍과 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 하나 이상의 분리기의 채널 개구는 하나 이상의 전극 플레이트의 채널 개구와 같거나 더 클 수 있다. 하나 이상의 분리기의 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 삽입물이 예를 들어 인접한 전극 플레이트로부터 연장되도록 허용할 수 있다. 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 포스트, 유체, 삽입물 또는 조합이 통과할 수 있는 임의의 크기를 가질 수 있다. 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 다른 채널 개구보다 더 작거나 같거나 더 큰 단면 폭 또는 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 채널 개구는 배터리의 충전, 환기, 냉각 및/또는 가열을 허용하기 위해 하나 이상의 다른 채널 개구보다 더 큰 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 밸브 및/또는 포트에 연결되거나 이와 연통될 수 있다. 예를 들어, 다른 채널 개구보다 직경이 더 큰 채널 개구는 밸브 또는 포트에 연결될 수 있다. 충전 채널의 일부 또는 이를 통해 통과하는 하나 이상의 채널 개구는 하나 이상의 충전 개구라고 지칭될 수 있다. 하나 이상의 분리기의 하나 이상의 충전 개구는 충전 채널이 통과하는 일부이거나 이를 가질 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트의 하나 이상의 충전 개구는 충전 채널의 일부일 수 있다. 지지 채널, 포스트 또는 둘 모두가 관통하는 하나 이상의 채널 개구 일부는 하나 이상의 지지 개구로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 채널 개구 근처 및/또는 이에 인접한 베이스의 표면은 밀봉 표면일 수 있다.
하나 이상의 개구는 하나 이상의 전도성 개구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전도성 개구는 전기 전도성 물질, 예를 들어 금속 함유 물질로 채워질 수 있다. 하나 이상의 전도성 개구는 하나 이상의 전극 플레이트, 단부 플레이트, 기판, 또는 이들의 조합에 형성될 수 있다. 전기 전도성 물질은 기판의 열적 열화 온도(degradation temperature)보다 낮은 온도에서 상 변형(phase transformation)을 겪는 물질일 수 있으므로, 상 변형 온도 미만인 배터리 어셈블리의 동작 온도에서 유전체 기판은 기판의 제1 표면과 제2 표면 사이의 물질 혼합물을 통해 전기 전도성 경로를 갖는다. 또한, 상 변형 온도보다 높은 온도에서, 전기 전도성 물질 혼합물은 전기 전도성 경로를 통한 전기 전도성을 비활성화하는 상 변형을 겪는다. 예를 들어, 전기 전도성 물질은 솔더 물질이거나 이를 포함할 수 있으며, 예를 들어 납, 주석, 니켈, 아연, 리튬, 안티몬, 구리, 비스무트, 인듐 또는 은 중 적어도 하나 또는 임의의 2개 이상의 혼합물을 포함하는 것이다. 전기 전도성 물질은 납이 실질적으로 없을 수 있거나(즉, 최대 미량의 납을 함유함) 기능적으로 동작하는 양의 납을 포함할 수 있다. 물질은 납과 주석의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이는 대부분 주석과 소량의 납을 포함할 수 있다(예를 들어, 주석 약 55 내지 약 65중량부 및 납 약 35 내지 약 45중량부). 물질은 약 240° C 미만, 약 230° C 미만, 약 220° C 미만, 210° C 미만 또는 심지어 약 200° C 미만(예를 들어, 약 180 내지 약 190° C)의 용융 온도를 나타낼 수 있다. 물질은 공융 혼합물(eutectic mixture)을 포함할 수 있다. 개구를 채우기 위한 전기 전도성 물질로 솔더를 사용하는 피쳐는 솔더가 사용되는 솔더의 유형에 따라 지속적인 배터리 동작에 안전하지 않을 수 있는 온도에서 용융되도록 조정될 수 있는 정의된 용융 온도를 갖는다는 것이다. 땜납이 용융되면, 용융된 솔더를 포함하는 기판 개구가 더 이상 전기 전도성이 아니며 전극 플레이트 내에서 개방 회로가 발생한다. 개방 회로는 바이폴라 배터리 내의 저항을 극적으로 증가시키도록 동작하여 추가 전기 흐름을 멈추고 배터리 내의 불안전한 반응을 차단할 수 있다. 따라서, 개구를 채우기 위해 선택된 전기 전도성 물질의 유형은 배터리 내에 그러한 내부 셧다운 메커니즘을 포함하는 것이 바람직한지 여부, 그리고 그렇다면 어떤 온도에서 그러한 내부 셧다운을 수행하는 것이 바람직한지에 따라 달라질 수 있다. 기판은 동작 조건이 미리 결정된 조건을 초과하는 경우 기판을 통한 전기 전도도를 방해하여 배터리의 동작을 비활성화하는 기능을 하도록 구성된다. 예를 들어, 유전체 기판의 구멍들을 채우는 전기 전도성 물질은 상 변형(예를 들어, 용융)을 겪을 것이므로 기판 전체의 전기 전도도가 중단된다. 중단의 정도는 기판을 통해 전기를 전도하는 기능을 부분적으로 또는 심지어 완전히 비활성화할 수 있다. 하나 이상의 전도성 개구는 단부 플레이트, 전극 플레이트, 기판, 또는 이들의 조합의 하나 이상의 다른 개구의 크기(예를 들어, 직경)보다 작거나 같을 수 있다. 하나 이상의 전도성 개구는 하나 이상의 다른 개구(예를 들어, 채널 개구, 주변 개구, 내부 개구)의 직경과 비교하여 약 1% 이상, 5% 이상, 10% 이상, 또는 심지어 약 25% 이상의 직경을 가질 수 있다. 하나 이상의 전도성 개구는 하나 이상의 다른 개구의 직경과 비교하여 약 75% 이하, 약 50% 이하, 또는 심지어 약 40% 이하의 직경을 가질 수 있다.
하나 이상의 전극 플레이트, 단부 플레이트, 분리기, 또는 이들의 임의의 조합은 하나 이상의 삽입물을 포함할 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 다른 전극 플레이트, 단부 플레이트, 분리기, 또는 이들의 조합의 하나 이상의 삽입물과 연동하고; 스택을 통과하는 하나 이상의 채널의 일부를 정의하고; 하나 이상의 채널을 따라 누출 방지 밀봉을 형성하고; 하나 이상의 밸브 및/또는 포트와 협력하고; 하나 이상의 포스트를 위한 하우징을 제공하고; 유체가 통과하도록 허용하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 삽입물과 맞물리고; 채널의 일부를 형성하고; 하나 이상의 채널을 따라 누출 방지 밀봉을 형성하고; 하나 이상의 밸브 및/또는 포스트와 협력하고; 또는 이들의 임의의 조합을 위한 임의의 크기 및/또는 형상을 가질 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 전극 플레이트, 단부 플레이트, 분리기, 또는 이들의 조합과 일체화되거나 이에 부착될 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 기판, 베이스 또는 둘 모두와 일체로 결합되거나 이에 부착될 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 하나 이상의 보스(boss)로서 형성될 수 있다. 단부 플레이트(예를 들어, 베이스), 전극 플레이트(예를 들어, 기판) 및/또는 분리기의 표면과 일체로 되어 있고 그 표면에서 돌출되는 삽입물은 보스로 정의될 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 압축 형성, 인장 형성, 성형 등, 또는 이들의 임의의 조합을 통해 일체로 형성될 수 있다. 압축 형성은 다이 형성, 압출, 압입 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 성형은 사출 성형을 포함할 수 있다. 전극 플레이트, 단부 플레이트 및/또는 분리기가 인서트와 프레임, 융기된 에지 및/또는 리세스된 부분을 모두 갖는 경우, 이러한 부품들은 예를 들어 사출 성형에 의해 한 단계로 성형될 수 있다. 하나 이상의 삽입물이 단부 플레이트, 전극 플레이트 및/또는 분리기의 표면으로부터 돌출되어 하나 이상의 융기된 삽입물을 형성할 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 단부 플레이트의 베이스, 전극 플레이트의 기판, 분리기의 표면, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 돌출될 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 베이스, 기판, 분리기 또는 이들의 조합의 표면으로부터 실질적으로 직각으로 또는 비스듬하게 돌출될 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 이를 관통하는 하나 이상의 개구를 가질 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 하나 이상의 주변 개구, 내부 개구, 채널 개구, 또는 이들을 관통하는 이들의 조합을 가질 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 동심일 수 있고 하나 이상의 개구 주위에 형성될 수 있다. 하나 이상의 삽입물이 개구의 길이를 연장할 수 있다(예를 들어, 개구부가 삽입물을 완전히 통과할 수 있음). 밀봉 표면은 하나 이상의 개구의 외부 직경과 하나 이상의 삽입물의 내부 사이에 형성될 수 있다. 예를 들어, 삽입물과 개구 사이에 위치된 배터리의 길이방향 축에 실질적으로 수직인 베이스 및/또는 기판의 표면은 밀봉 표면일 수 있다. 하나 이상의 삽입물이 하나 이상의 다른 삽입물과 짝을 이룰 수 있다. 짝을 이루는 것은 정렬, 네스팅, 연동 또는 이들의 조합을 의미할 수 있다. 짝을 이룰 때, 하나 이상의 삽입물이 밀봉을 형성할 수 있다. 밀봉은 액체 전해질과 같은 전해질로부터 하나 이상의 채널을 밀봉할 수 있다. 밀봉은 채널 밀봉일 수 있다. 하나 이상의 삽입물은 인접한 전극 플레이트, 분리기 및/또는 단부 플레이트의 하나 이상의 삽입물과 맞물려 채널 주위에 누출 방지 밀봉을 형성할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 단부 플레이트 및/또는 전극 플레이트는 인접 전극 플레이트 및/또는 분리기의 삽입물, 슬리브 또는 부싱을 위해 삽입물의 반대쪽 표면에 매칭되는 만입부를 포함하도록 기계 가공되거나 형성될 수 있다.
하나 이상의 삽입물은 하나 이상의 배기구(vent)를 포함할 수 있다. 배기구는 삽입물을 통과하는 개구와 삽입물 주위에 위치한 외부 환경 사이의 유체 연통을 허용할 수 있다. 배기구는 하나 이상의 전기화학 셀과 하나 이상의 채널 사이의 연통을 허용할 수 있다. 하나 이상의 배기구는 하나 이상의 전기화학 셀로부터 하나 이상의 채널로 가스를 전달할 수 있고 하나 이상의 전기화학 셀로부터 하나 이상의 채널로 하나 이상의 액체(즉, 전해질)가 전달되는 것을 방지할 수 있다. 하나 이상의 배기구는 배터리 어셈블리의 헤드스페이스와 유체 연통하는 하나 이상의 채널을 배치할 수 있다. 배터리 어셈블리의 헤드스페이스에 및/또는 그에 매우 근접하게 채널을 형성하는 삽입물은 하나 이상의 배기구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 배기구가 노치 또는 컷아웃으로 형성될 수 있다. 노치는 개구에서 삽입물의 외부까지 연장될 수 있다. 전극 플레이트의 삽입물들 중 하나, 일부 또는 전부는 배기구를 포함할 수 있다. 충전 채널, 배기 채널 또는 둘 모두를 형성하는 삽입물은 하나 이상의 배기구를 포함할 수 있다. 전기화학 셀로부터 의도적으로 유체를 분배하거나, 유체를 수집하거나 둘 모두를 필요로 하는 삽입물은 하나 이상의 배기구를 포함할 수 있다. 하나 이상의 지지 채널을 형성하는 삽입물에는 하나 이상의 배기구가 없을 수 있다. 전기화학 셀에 노출되어서는 안 되는 유체가 흐르는 삽입물에는 하나 이상의 배기구가 없을 수 있다. 배기구 채널의 삽입물 부분은 전기화학 셀의 전해질 위에, 그와 멀리 떨어져 있거나 둘 모두에 위치한 하나 이상의 배기구를 가질 수 있다. 삽입물들의 배기구들은 전해질을 수용하지 않고 배터리 어셈블리의 동작 중에 생성된 가스를 수용할 수 있다. 배기구는 하나 또는 전기화학 셀들로부터 더 많은 채널들을 통해 하나 이상의 밸브(예를 들어, 배기 채널의 삽입물의 배기구)로 가스를 보낼 수 있다. 배기구는 하나 이상의 밸브, 밸브 구멍 및/또는 포트로부터 하나 이상의 유체를 하나 이상의 채널(예를 들어, 충전 채널의 삽입물의 배기구), 하나 이상의 트로프를 향해 및/또는 이를 통해 전기화학 셀들 또는 이들의 조합으로 보낼 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 배기, 충전, 냉각 및/또는 가열 채널로 기능할 수 있고; 하나 이상의 포스트를 하우징하고; 배터리 어셈블리의 내부 전체에 하나 이상의 포스트를 분배하고; 액체 전해질이 하나 이상의 포스트 또는 기타 컴포넌트와 접촉하는 것을 방지하고; 배터리 어셈블리의 내부 내에서 하나 이상의 유체의 순환을 허용하고; 하나 이상의 가스를 수집하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 채널은 정렬된 하나 이상의 단부 플레이트, 전극 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 개구에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 채널은 다른(예를 들어, 인접한) 단부 플레이트, 전극 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 채널 개구와 정렬된 하나 이상의 단부 플레이트, 전극 플레이트 및/또는 분리기의 하나 이상의 채널 개구에 의해 형성될 수 있다. 하나 이상의 채널을 하나 이상의 통합 채널, 횡단 채널 또는 둘 모두로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 채널은 하나 이상의 전기화학 셀, 활성 영역 또는 둘 모두를 통과할 수 있다. 하나 이상의 전기화학 셀을 통과함으로써, 하나 이상의 채널은 또한 액체 전해질, 하나 이상의 활성 물질, 분리기 또는 이들의 조합을 통과할 수 있다. 동작 중에 방출된 전해질과 가스가 채널에 들어가는 것을 방지하기 위해 채널들이 밀봉될 수 있다. 하나 이상의 채널은 동작 중에 발생하는 가스를 수집 및 배기하거나, 하나 이상의 유체를 수용 및 분배하거나, 또는 둘 모두를 위해 부분적으로 밀봉되지 않을 수 있다. 이 목적을 달성하는 임의의 밀봉 방법이 사용될 수 있다. 하나 이상의 단부 플레이트, 전극 플레이트 및 분리기의 삽입물과 같은 하나 이상의 밀봉은 액체 전해질이 하나 이상의 채널로 누출되는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 채널을 연동시키고 둘러쌀 수 있다. 하나 이상의 채널은 배터리 어셈블리를 횡단 방향으로 통과하여 하나 이상의 횡단 채널을 형성할 수 있다.
채널들의 크기와 형상은 하나 이상의 포스트를 수용할 수 있는 크기나 형상이 될 수 있다. 채널의 단면 형상은 원형, 타원형 또는 정사각형, 직사각형, 육각형 등과 같은 다각형일 수 있다. 단면 형상은 하나 이상의 개구, 삽입물, 포스트, 포트, 배기구 등의 단면 형상에 의해 결정될 수 있다. 하나 이상의 포스트를 수용하는 채널의 크기들의 사용된 포스트들을 수용하도록 선택된다. 채널의 직경은 하나 이상의 채널을 형성하도록 정렬되는 개구의 직경과 동일할 수 있다. 복수의 채널들은 약 2mm 이상, 약 4mm 이상 또는 약 6mm 이상의 단면 크기를 가질 수 있다. 채널 단면 크기의 상한은 실용성에 의해 결정되며 크기가 너무 크면 어셈블리의 효율성이 감소한다. 채널의 단면 크기는 약 30mm 이하, 약 25mm 이하, 또는 약 20mm 이하일 수 있다.
하나 이상의 채널은 컴포넌트에 일련의 개구들을 포함할 수 있다. 일련의 개구들이 배열되어 포스트가 형성된 채널에 배치되고; 유체가 채널을 통해 전달되어 냉각하고 및/또는 가열하고; 배기하고; 하나 이상의 유체를 채우고; 하나 이상의 전기화학 셀에 하나 이상의 유체를 분배하고; 채널 내에 밀봉된 하나 이상의 유체를 유지하고; 또는 이들의 임의의 조합을 수행할 수 있다.
단부 플레이트 및 단부 플레이트, 전극 플레이트 및 기판의 에지를 지지하도록 채널 수가 선택되어 동작 중 발생하는 전해질과 가스의 누출을 방지하고 동작 중 발생하는 압축력이 개별 전기화학 셀의 컴포넌트와 밀봉을 손상시키는 것을 방지한다. 동작 중에 발생하는 압축력을 분산시키기 위해 복수의 채널들이 존재할 수 있다. 채널들의 수와 디자인은 밀봉의 피로 강도를 초과하는 에지 응력을 최소화하기에 충분하다. 복수의 채널들의 위치는 동작 중에 생성된 압축력을 분산시키도록 선택된다. 채널들은 응력을 더 잘 처리하기 위해 스택 전체에 고르게 분산될 수 있다.
통과하는 하나 이상의 유체를 갖는 하나 이상의 채널은 하나 이상의 가열 채널, 냉각 채널, 충전 채널, 배기 채널 또는 이들의 조합으로 지칭될 수 있다. 하나 이상의 가열, 냉각, 충전 및/또는 배기 채널이 하나 이상의 지지 채널로 변환 및/또는 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 유체가 채널을 통과한 후 유체가 비워질 수 있으며 채널은 그 안에 위치한 포스트를 가질 수 있다. 하나 이상의 포스트가 통과하는 하나 이상의 채널은 하나 이상의 지지 채널로 지칭될 수 있다.
하나 이상의 채널은 하나 이상의 충전 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 충전 채널은 하나 이상의 유체를 수용하고 하나 이상의 전기화학 셀로 분배하고, 배기 채널로 유용하고, 하나 이상의 전기화학 셀로부터 하나 이상의 가스를 수집하고, 배터리에서 하나 이상의 가스를 안내하고, 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 충전 채널은 전해질을 수용 및 분배하거나, 배기를 위해 가스를 수용 및 분배하거나, 또는 둘 모두에 적합할 수 있는 하나 이상의 채널일 수 있다. 하나 이상의 충전 채널은 하나 이상의 충전 개구, 삽입물, 배기구가 있는 삽입물 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 하나 이상의 충전 채널은 하나 이상의 포트, 밸브 또는 둘 모두를 포함하거나 이들과 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 충전 채널은 하나 이상의 충전 포트, 배출 포트 또는 둘 모두와 유체 연통할 수 있다.
하나 이상의 채널은 하나 이상의 배기 채널을 포함할 수 있다. 하나 이상의 배기 채널은 하나 이상의 가스를 수집하고 방출하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 가스는 배터리 어셈블리의 내부로부터 생성될 수 있다. 하나 이상의 가스는 피클링, 형성, 열 사이클링, 충전, 방전 등 또는 이들의 조합 동안 발생할 수 있다. 하나 이상의 가스는 수소, 산소 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 배기 채널은 하나 이상의 충전 채널과 유사하지만 그 반대의 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 배기 채널은 하나 이상의 충전 채널과 동일하거나 별개일 수 있다.
가스 수집으로 인해 배터리 부식이 가속화될 수 있다. 가속화된 배터리 부식은 배터리 어셈블리의 가속화된 수명 테스트를 허용할 수 있다. 가속화된 수명 테스트를 사용하면 수명이 다하기 전에 예상되는 사이클 수와 달리 연구 환경에서 배터리 어셈블리를 더 빠르게 테스트할 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 채널 밀봉을 포함할 수 있다. 하나 이상의 채널 밀봉은 동작 중에 발생한 전해질 및 가스가 셀에서 채널로 누출되는 것을 방지할 수 있으며, 하나 이상의 채널을 통해 순환하는 하나 이상의 유체가 하나 이상의 셀로 누출되는 것을 방지할 수 있으며, 둘 모두의 경우도 가능하다. 하나 이상의 채널 밀봉은 채널 내, 채널 외부, 포스트 주변에 위치할 수 있고; 또는 이들의 조합이 가능하다. 채널 밀봉은 하나 이상의 멤브레인, 슬리브, 개스킷, 부싱 및/또는 단부 플레이트, 전극 플레이트 및/또는 분리기의, 채널에 삽입된 및/또는 개구부에 상주하는 일련의 매칭되는 삽입물들일 수 있다. 하나 이상의 개스킷은 호환 가능한 피쳐로 성형된, 경화에 적합한 액체 개스킷, 평평한 개스킷, O-링 등을 포함할 수 있다. 채널은 단부 플레이트, 전극 플레이트 및/또는 분리기에 삽입되거나 통합되는 일련의 슬리브, 개스킷, 부싱, 삽입물 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 하나 이상의 채널 밀봉은 압축 가능하거나 서로 맞물려 채널을 따라 누출 방지 밀봉을 형성할 수 있다. 채널 밀봉은 전해질, 순환 유체, 전기화학 셀의 동작 조건, 채널에 포스트를 삽입하거나 포스트에 의해 가해지는 힘, 또는 이들의 조합에 대한 노출을 견딜 수 있는 임의의 물질로 제조될 수 있다. 하나 이상의 채널 밀봉은 하나 이상의 중합체 물질로 구성될 수 있다. 하나 이상의 중합체 물질은 실질적으로 강성, 엘라스토머성, 또는 둘 모두의 조합일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 슬리브 및/또는 삽입물은 비교적 단단할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 개스킷, 부싱 및/또는 멤브레인은 실질적으로 엘라스토머일 수 있다. 하나 이상의 가열, 냉각, 배기 및/또는 충전 채널은 하나 이상의 채널 밀봉을 포함하여 하나 이상의 지지 채널로 변환될 수 있다. 하나 이상의 채널 밀봉은 하나 이상의 삽입물의 하나 이상의 배기구를 일시적으로 및/또는 영구적으로 덮을 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 포스트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 포스트는 컴포넌트에 대한 손상 또는 스택의 컴포넌트들의 에지들 사이의 밀봉이 파손되는 것을 방지하는 방식으로 컴포넌트의 스택을 함께 유지하고, 분리기 물질에 걸쳐 균일한 압축을 보장하고 분리기 물질의 균일한 두께를 보장하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 포스트는 재사용 가능하거나 그렇지 않을 수 있다. 하나 이상의 포스트는 각각의 단부 플레이트의 밀봉 표면과 같은 대향하는 단부 플레이트들의 외부 표면들과 맞물리는 중첩 부분을 각각의 단부 상에 가질 수 있다. 중첩 부분은 컴포넌트의 손상 또는 스택의 컴포넌트들의 에지들 사이의 밀봉의 파손을 방지하고 배터리 동작 중에 스택의 팽창 또는 기타 변위를 방지하는 방식으로 대향하는 단부 플레이트의 외부 표면에 압력을 가하는 기능을 할 수 있다. 중첩 부분은 단부 플레이트의 밀봉 표면과 접촉할 수 있다. 스택은 모노폴라 단부 플레이트 위에 별도의 구조적 또는 보호적 단부 피스를 가질 수 있으며 중첩 부분은 구조적 또는 보호적 단부 피스의 외부 표면과 접촉하게 된다. 중첩 부분은 포스트와 함께 컴포넌트의 손상 또는 스택의 컴포넌트들의 에지들 사이의 밀봉 파손을 방지하는 임의의 구조일 수 있다. 예시적인 중첩 부분은 볼트 헤드, 너트, 성형 헤드, 브래드, 코터 핀, 샤프트 칼라 등을 포함한다. 포스트는 전체 스택을 통과할 수 있는 길이이며 이러한 길이는 원하는 배터리 용량에 따라 다르다. 포스트는 채널을 채우기 위해 단면 형상과 크기를 나타낼 수 있다. 포스트는 하나 이상의 채널의 단면 크기보다 작거나 같거나 더 큰 단면 크기를 가질 수 있다. 포스트는 하나 이상의 채널과 억지 끼워맞춤을 형성할 수 있다. 포스트들의 수는 기판들의 에지들과 단부 플레이트를 지지하도록 선택되어 동작 중 발생하는 전해질과 가스의 누출을 방지하고 동작 중 발생하는 압축력이 개별 전기화학 셀의 컴포넌트와 밀봉을 손상시키는 것을 방지하고, 밀봉의 피로 강도를 초과하는 에지 응력을 최소화한다. 동작 중에 발생하는 압축력을 분산시키기 위해 복수의 포스트들이 존재할 수 있다. 하나 이상의 채널이 냉각 채널, 가열 채널, 배기 채널, 충전 채널 또는 이들의 조합으로 사용되는 채널들보다 포스트들이 적을 수 있다. 예를 들어, 4개의 채널들이 있을 수 있으며, 3개의 채널들은 내부에 위치된 포스트를 갖고 하나의 채널은 냉각, 가열 배기구 및/또는 충전 채널로 사용될 수 있다. 다른 예로서, 전체 6개의 횡단 채널들이 있을 수 있으며, 5개의 지지 채널들은 그 안에 포스트를 갖고 하나는 충전 채널이다. 포스트는 성형 포스트, 나사산 포스트 또는 하나 이상의 단부 부착물을 갖는 포스트를 포함할 수 있다. 포스트는 스택의 일부, 예를 들어 기판, 채널의 삽입물 등에 본딩될 수 있다. 본드는 열가소성 물질과 같은 중합체 물질의 접착제 또는 융합으로 형성될 수 있다. 부품이 나사산이 있는 곳에서, 스택의 구조적 부품은 나사산 포스트를 수용하도록 나사산이 형성된다. 포스트는 한쪽 단부에 헤드가 있고 다른 쪽 단부에는 너트, 브래드 또는 코터 핀용 구멍이 있거나 또는 양쪽 단부들에 너트, 브래드 또는 코터 핀용 구멍이 있을 수 있다. 이것은 일반적으로 성형되지 않은 포스트의 경우이다. 매칭 너트 및/또는 와셔가 기둥과 함께 사용되어 제자리에 있을 때 인접한 플레이트들을 압축할 수 있다. 포스트가 성형된 경우, 이는 별도로 또는 제자리에 성형될 수 있다. 제자리에서 성형된 경우 용융 플라스틱을 제자리에 고정하기 위해 채널 밀봉이 채널에 존재해야 할 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 열교환기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 열교환기는 배터리 어셈블리의 온도, 가열, 냉각 또는 이들의 조합을 제어하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 열 교환기는 외부, 내부 또는 이 둘의 조합으로부터 배터리 어셈블리의 온도를 제어할 수 있다. 하나 이상의 열 교환기는 배터리 어셈블리의 외부, 내부 또는 이들의 조합의 전부 또는 적어도 일부 주위에 위치할 수 있다. 하나 이상의 열 교환기는 배터리 어셈블리, 단부 플레이트, 모노폴라 플레이트, 또는 이들의 조합의 외부의 적어도 일부에 부착될 수 있다. 하나 이상의 열 교환기는 하나 이상의 능동, 수동 또는 두 모두의 열 교환기를 모두 포함할 수 있다. 하나 이상의 열교환기는 하나 이상의 유체 열교환기, 쉘 및 튜브 열교환기, 플레이트 열 교환기, 방열판, 상 변화 열 교환기, 폐열 회수 유닛, 열전 디바이스("TED") 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 열 교환기는 하나 이상의 채널과 연통하거나, 그 안에 위치하거나, 그에 인접하거나 이들의 조합일 수 있다. 하나 이상의 열 교환기는 하나 이상의 관형 부재, 내부에 포함된 유체, 하나 이상의 채널 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체가 통과하는 하나 이상의 채널 내에 위치한 하나 이상의 관형 부재는 열교환기로 간주될 수 있다. 하나 이상의 유체는 하나 이상의 기체, 액체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 공기, 물, 암모니아, 질소, 산소, 네온, 수소, 헬륨, 냉매(예를 들어, 1,1,1,2-테트라플루오로에탄), 알칼리 금속, 열교환 유체, 전해질 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 물은 하나 이상의 밀봉된 관형 부재(예를 들어, 양쪽 단부들에서 밀봉된 로드) 내에 위치할 수 있다. 다른 예로서, 공기는 적어도 부분적으로 밀봉되지 않은 하나 이상의 관형 부재(예를 들어, 한쪽 또는 양쪽 단부가 개방된 관형 부재)를 통해 흐를 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 방열판은 하나 이상의 채널의 한쪽 또는 양쪽 단부에 위치하거나, 하나 이상의 채널 부재와 유체 연통하거나, 둘 모두에 해당할 수 있다. 배터리 어셈블리 외부에 위치하고 하나 이상의 채널과 연통하는 하나 이상의 열 교환기(예를 들어, 방열판)는 하나 이상의 채널 및 배터리 어셈블리로부터 열을 방출하는 데 유리할 수 있다. 하나 이상의 열 교환기는 멤브레인에 인접하게, 멤브레인과 단부 플레이트 사이에 위치할 수 있고, 멤브레인은 열교환기와 단부 플레이트 사이에 위치할 수 있고, 또는 이들의 조합이 가능하다.
배터리 어셈블리는 적어도 일시적으로 하나 이상의 흐름 메커니즘을 포함하거나 그와 연통할 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 채널과 연통할 수 있다. 연통은 직접적이거나 간접적일 수 있다. 직접 연통은 단부 플레이트에서의 개구와 같이 채널에 직접 부착되는 것을 의미할 수 있다. 간접 연통은 밸브와 같이 채널에 대한 다른 유체 경로를 통한 것을 의미할 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 채널에서 하나 이상의 유체의 흐름을 생성, 순환, 배출, 도입 또는 이들의 조합으로 기능할 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 진공, 펌프, 팬, 밸브 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 배터리 어셈블리의 일부로 일시적으로, 반영구적으로 또는 영구적으로 부착될 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 열교환기의 일부이거나 또는 그로부터 분리된 것으로 간주될 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 배터리 어셈블리를 제조하는 단계, 배터리 어셈블리를 동작하는 단계, 또는 이들의 조합 중 하나 이상의 단계 동안, 제거, 고정, 결합, 켜지고 또는 이들의 조합에 해당할 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 경화, 배기, 충전, 피클링, 성형, 건조, 열 제어 사이클링 등, 또는 이들의 조합 동안 부착, 결합, 켜지거나 또는 이들의 조합에 해당할 수 있다.
배터리 어셈블리는 외부 밀봉을 포함할 수 있다. 외부 밀봉은 하나 이상의 전기화학 셀의 외부를 밀봉하고, 하나 이상의 전극 플레이트의 외부 에지들을 보호하고, 하나 이상의 전기화학 셀과 그 안에 포함된 액체 전해질을 분리하고, 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 외부 밀봉은 에지 밀봉, 멤브레인, 케이스 등 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 외부 밀봉은 전극 플레이트들의 하나 이상의 에지의 일부이거나 그 위에 직접 위치할 수 있다. 에지들은 전극 플레이트들의 프레임들의 외부 주변 표면일 수 있다. 멤브레인은 전극 플레이트들의 에지들, 전극 플레이트 스택의 하나 이상의 측들 또는 모든 측들, 또는 둘 모두에 본딩될 수 있다. 멤브레인은 전극 플레이트들의 에지들을 밀봉할 수 있는 중합체 물질 시트일 수 있으며 따라서 전기화학 셀들을 밀봉 및 격리할 수 있다. 멤브레인은 열가소성 중합체일 수 있다. 멤브레인은 모노폴라 및 바이폴라 플레이트들의 기판들에 대해 용융 본딩, 진동 용접 또는 성형될 수 있는 열가소성 중합체일 수 있다. 멤브레인은 또한 케이스 역할을 할 수 있다. 하나 이상의 적합한 멤브레인이 PCT 공개 WO2013/062623 및 미국 특허 번호 제10,141,598호에 개시되어 있을 수 있으며, 이는 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 하나 이상의 에지 미봉은 하나 이상의 통합된 에지 밀봉을 포함할 수 있다. 통합된 에지 밀봉들은 하나 이상의 전극 플레이트와 통합될 수 있다. 하나 이상의 적절한 에지 밀봉이 PCT 공개 WO2020/0243093에 개시될 수 있으며, 이는 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 배터리 어셈블리의 내부로부터 진공을 끌어내고, 배터리 어셈블리를 전해질로 채우고, 하나 이상의 채널로부터 유체를 채우거나 비우고, 및/또는 동작 중에 배터리 어셈블리를 배기하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 하나 이상의 유체, 가스, 또는 둘 모두가 이를 통해 단일 방향 또는 2개의 반대 방향으로 흐르도록 하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 역류(예를 들어, 배터리 어셈블리 외부로 흐르는)를 방지하거나, 역류를 허용하거나, 둘 모두를 가능하게 한다. 하나 이상의 밸브는 압력 해제 밸브, 압력 밸브, 체크 밸브, 충전 밸브, 팝 밸브 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 어셈블리는 셀이 위험한 내부 압력에 도달하는 경우 압력을 해제하기 위해 하나 이상의 셀에 대한 하나 이상의 압력 해제 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 압력 해제 밸브를 포함하면 배터리 어셈블리를 밸브 조절형 납축(VRLA) 배터리와 같은 밸브 조절형 배터리로 만들 수 있다. 압력 해제 밸브는 배터리가 사용되는 시스템을 손상시키는 방식의 치명적인 고장을 방지하도록 설계될 수 있다. 압력 해제 밸브가 해제되면 배터리는 더 이상 동작하지 않는다. 어셈블리는 하나 이상의 압력 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 압력 밸브는 역류(예를 들어, 배터리 어셈블리 외부)에 저항하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 압력 밸브는 개방되어 이를 통해 배터리 어셈블리의 내부로 흐르도록 하는 기능을 할 수 있다. 압력 밸브는 하나 이상의 유체가 배터리 어셈블리로 흐르도록 할 수 있다. 두 개 이상의 밸브들이 함께 협력할 수 있다. 예를 들어, 압력 해제 밸브는 압력 밸브와 협력할 수 있다. 하나의 밸브는 배터리 어셈블리로의 흐름을 허용할 수 있는 반면 하나의 밸브는 배터리 어셈블리 외부의 흐름을 허용할 수 있다. 대안적으로 배터리 어셈블리에는 하나의 밸브만을 가질 수 있다. 하나의 밸브는 이를 통한 양방향 흐름을 허용할 수 있다. 단일 밸브가 사용되는 경우, 이는 양방향 압력 밸브와 같은 양방향 밸브일 수 있다. 개시된 어셈블리는 위험한 압력에 도달할 때 또는 도달하기 전에 전체 어셈블리로부터 압력을 해제하는 단일 체크 밸브를 포함할 수 있다. 하나 이상의 밸브는 단부 플레이트, 전극 플레이트, 분리기 또는 이들의 임의 조합의 하나 이상의 개구에 의해 형성된 하나 이상의 채널에 연결 및/또는 연통될 수 있다. 하나 이상의 밸브는 채널과 연통할 수 있다. 배터리 어셈블리는 본 명세서에 참조로 포함된 US 2014/0349147에 설명된 바와 같이 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 포트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 포트는 배터리 어셈블리의 내부로부터 진공을 끌어내고, 배터리 어셈블리를 전해질로 채우고, 하나 이상의 채널로부터 유체를 채우거나 비우고, 및/또는 동작 중에 배터리 어셈블리를 배기하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 포트는 하나 이상의 밸브, 개구 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 하나 이상의 포트는 하나 이상의 밸브와 동일하거나 별개일 수 있다. 하나 이상의 포트는 하나 이상의 밸브를 하우징하거나 그에 부착될 수 있다. 하나 이상의 포트는 단일 방향 또는 두 개의 반대 방향으로 하나 이상의 유체 및/또는 가스의 흐름을 허용할 수 있다. 하나 이상의 포트가 영구적으로 플러깅되거나(예를 들어, 영구적으로 밀봉됨) 일시적으로 플러깅되거나(예를 들어, 일시적으로 밀봉됨) 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 하나 이상의 포트는 제거 가능한 플러그, 영구 밀봉(예를 들어, 몰드 인), 하나 이상의 밸브, 하나 이상의 포스트(예를 들어, 중첩 부분) 또는 이들의 조합으로 밀봉될 수 있다. 하나 이상의 제거 가능한 플러그는 제조 및 동작 조건에서 밀봉을 유지하기에 적합한 임의의 플러그일 수 있다. 예를 들어, 제거 가능한 플러그는 포트와 나사산 맞물림을 가질 수 있다. 하나 이상의 포트는 단일 포트 또는 복수의 포트들을 포함할 수 있다. 복수의 포트들은 둘 이상의 포트들을 포함할 수 있다. 하나 이상의 포트는 하나 이상의 충전 포트, 배기 포트 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 배출 포트는 배터리 내부로부터 배출물 및/또는 다른 유체를 배출하거나, 진공을 끌어내거나, 또는 둘 모두를 수행하도록 구성될 수 있다. 단일 포트는 충전 포트와 배출 포트 모두가 될 수 있다. 하나 이상의 포트는 충전 포트일 수 있고 하나 이상의 다른 포트는 배출 포트일 수 있다. 피클링, 형성, 경화 및/또는 건조 동안 사용되는 하나 이상의 포트는 동작(예를 들어, 충전 또는 방전) 전에 영구적으로 및/또는 일시적으로 밀봉될 수 있다. 하나 이상의 포트는 하나 이상의 채널의 일부이거나 그와 유체 연통할 수 있다. 하나 이상의 채널의 하나 이상의 단부는 하나 이상의 포트를 제공할 수 있다. 하나 이상의 포트는 하나 이상의 가열, 냉각, 배기 및/또는 충전 채널의 일부이거나 그와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 단부 플레이트(예를 들어, 모노폴라 플레이트)의 채널 개구는 포트일 수 있다. 하나 이상의 포트는 하나 이상의 채널에서 떨어져 있고 그와 간접적으로 연통할 수 있다. 예를 들어, 헤드스페이스에 있는 하나 이상의 배기 구멍들은 포트로 간주될 수 있다.
배터리 어셈블리는 하나 이상의 단자를 포함할 수 있다. 하나 이상의 단자는 전기화학 셀에서 생성된 전자를 외부 부하와 같은 전기의 형태로 사용하는 시스템으로 전달하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 단자는 하나 이상의 단부 플레이트, 하나 이상의 전극 플레이트, 멤브레인 및/또는 케이스를 통과할 수 있다. 하나 이상의 단자는 단부 플레이트에서 외부로 전극 플레이트를 통과하거나 단부 플레이트의 평면에 본질적으로 평행한 어셈블리에 대해 케이스 또는 멤브레인의 측을 통과할 수 있다. 단자는 모노폴라 플레이트의 애노드 또는 캐소드의 극성과 매칭된다. 모노폴라 플레이트의 캐소드 및 캐소드 집전체를 갖는 하나 이상의 바이폴라 플레이트의 캐소드는 독립적인 양의 단자에 연결될 수 있다. 모노폴라 플레이트의 애노드 및 애노드 집전체를 갖는 하나 이상의 바이폴라 플레이트의 애노드는 독립적인 음의 단자에 연결될 수 있다. 캐소드 집전체가 연결될 수 있고, 애노드 집전체가 병렬로 연결될 수 있다. 개별 단자들은 연결된 단일 양의 및 연결된 단일 음의 단자만 노출된 채로 멤브레인으로 덮일 수 있다.
배터리 어셈블리는 헤드스페이스를 포함할 수 있다. 헤드스페이스는 충전을 위해 수집될 하나 이상의 유체, 배기를 위해 수집될 하나 이상의 가스 또는 둘 모두를 허용할 수 있다. 배터리 어셈블리의 하나 이상의 측들에서 헤드 스페이스가 형성될 수 있다. 헤드스페이스는 매니폴드의 일부로 또는 매니폴드에 형성될 수 있다. 헤드스페이스는 하나 이상의 배기구, 밸브, 포트, 채널, 트로프, 개구 또는 이들의 조합과 유체 연통할 수 있다. 예시적인 헤드스페이스는 PCT 공개 WO2013/062623에서 찾을 수 있으며, 이는 참조로 본 명세서에 포함된다.
개시된 어셈블리는 부하에 부착될 수 있고 셀을 포함하는 회로가 형성된다. 전자는 단자와 부하, 즉 전기를 사용하는 시스템으로 흐른다. 이 흐름은 셀이 전기를 생성할 수 있는 한 유지된다. 셀들의 스택이 완전히 방전되면 배터리를 추가로 사용하기 전에 충전 단계를 거쳐야 한다. 바이폴라 플레이트용 기판이 상 변형 온도 미만인 배터리 어셈블리의 동작 온도에서 전기 전도성 물질 혼합물을 포함하는 경우, 기판은 기판의 제1 표면과 대향하는 제2 표면 사이에 물질 혼합물을 통한 전기 전도성 경로를 갖고, 전도성 물질 혼합물의 상 변형 온도보다 높은 온도에서, 전기 전도성 물질 혼합물은 전기 전도성 경로를 통해 전기 전도성을 비활성화하는 상 변형을 겪는다. 이렇게 하면 좋지 않은 결과가 발생하기 전에 배터리를 비활성화할 수 있다. 배터리가 방전되면, 이는 전자의 소스로 회로를 형성함으로서 재충전될 수 있다. 충전하는 동안 전극은 기능을 변경하고 방전 중 애노드는 캐소드가 되고 방전 중 캐소드는 애노드가 된다. 본질적으로 전기화학 셀은 방전과 비교하여 반대 방향으로 전자와 이온을 흐르게 한다.
배터리 어셈블리의 제조 방법
본 발명은 본 발명의 교시에 따른 배터리 어셈블리의 제조 방법에 관한 것이다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 조립을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 경화를 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것을 배출을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 충전(filling)을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것을 피클링을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 형성을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 열 제어 사이클링을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 납 종 제거를 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 마무리 작업을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 충전(charging)을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 방전을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것을 배수(draining)를 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리를 제조하는 것은 이러한 단계들 중 하나, 일부 또는 모두를 포함할 수 있다.
이러한 단계들 중 하나 이상은 순차적으로, 동시에, 반복적으로 또는 이들의 조합으로 발생할 수 있다. 이러한 단계들 중 일부는 서로의 하위 단계들일 수 있다. 이러한 단계들 중 하나 이상이 수행되지 않을 수 있다. 이러한 단계들 중 하나 이상이 반복될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 단계들은 배출과 충전을 모두 포함할 수 있다. 다른 예로서, 배출 및 충전은 열 제어 사이클링의 일부일 수 있다. 다른 예로서, 열 제어 사이클링은 경화, 피클링, 형성, 건조 등, 또는 이들의 조합의 일부일 수 있다.
배터리 어셈블리의 제조 방법은 조립, 경화, 건조, 배출, 충전, 피클링, 형성, 열 제어 사이클링, 충전, 방전, 납종 제거, 마무리 작업, 배기 등, 또는 이들의 임의의 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이러한 단계들 중 하나 이상은 순차적으로, 동시에, 반복적으로 또는 이들의 조합으로 발생할 수 있다. 이러한 단계들 중 하나 이상이 수행되지 않을 수 있다. 이러한 단계들 중 하나 이상이 반복될 수 있다.
하나 이상의 유체가 제조 동안, 제조 후에, 동작 동안, 동작 후에, 또는 이들의 임의의 조합에서 배터리 어셈블리를 통해 흐를 수 있다. 배출, 충전, 경화, 건조, 피클링, 형성, 열 제어 사이클링, 납 종 제거, 충전, 방전 등, 또는 이들의 조합 동안 하나 이상의 유체가 배터리 어셈블리 내에서 흐를 수 있다. 하나 이상의 유체는 전술한 바와 같은 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 전해질, 공기, 건조 유체, 납 수집 유체, 반응성 물질, 전해질 제거 유체 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 하나 이상의 반응성 물질을 포함할 수 있다. 반응성 물질은 배터리 어셈블리를 제조하고 동작하는 하나 이상의 단계들 동안 채널, 트로프 또는 둘 모두를 통해 흐를 수 있다. 단계들은 배출, 충전, 경화, 건조, 피클링, 성형, 열 제어 순환, 납 종 제거, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
배터리 어셈블리를 제조하는 것은 하나 또는 대부분 하나의 워크스테이션에서 완료될 수 있다. 하나의 워크스테이션에서 배터리 어셈블리를 제조하는 하나의 단계 이상을 완료할 수 있다. 워크스테이션은 한 직원을 위해 구성된 워크스테이션, 모든 장비가 부착된 워크스테이션 또는 둘 모두를 의미할 수 있다. 단일 워크스테이션은 배터리 어셈블리를 제조하기 위한 모든 장비들이 포함할 수 있다. 단일 워크스테이션은 조립, 경화, 배출, 충전, 피클링, 형성, 건조, 동작 전 초기 충전 등 또는 이들의 조합을 위한 모든 장비들을 포함할 수 있다. 경화 오븐, 수조 또는 둘 모두를 피할 수 있으므로, 동일한 워크스테이션에서 대부분의 제조는 아니더라도 이는 모두 완료할 수 있다. 페이스팅 프로세스는 워크스테이션 이전에 완료되거나, 워크스테이션에 통합되거나, 둘 모두에 해당할 수 있다.
조립
배터리 어셈블리의 제조 방법은 배터리 어셈블리를 조립하는 단계를 포함할 수 있다. 조립은 전기화학적으로 활성화되기 전에 배터리 어셈블리의 구조를 생성할 수 있다. 조립은 하나 이상의 전극 플레이트를 형성하는 단계, 전극 플레이트 스택을 형성하는 단계, 전극 플레이트 스택을 압축하는 단계, 외부 밀봉을 적용하는 단계 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 압축 및 적용은 경화 전, 경화 중 및/또는 경화 후, 피클링, 성형 동안 또는 이들의 조합에서 발생할 수 있다.
배터리 어셈블리를 조립하는 단계는 하나 이상의 전극 플레이트를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트를 형성하는 단계는 배터리 어셈블리 내에서 유용한 하나 이상의 전극을 생성할 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트를 형성하는 단계는 하나 이상의 기판, 프레임, 또는 둘 모두를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트를 형성하는 단계는 전극 플레이트, 분리기, 또는 둘 모두의 일부로서 하나 이상의 트로프를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트를 형성하는 단계는 하나 이상의 전도성 개구에 하나 이상의 전도성 물질을 위치시키는 단계, 기판 상에 하나 이상의 집전체를 배치하는 것, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트를 형성하는 단계는 기판의 한쪽 표면 또는 양쪽 표면들 상에 하나 이상의 활성 물질을 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 기판 상에 페이스팅될 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 PCT 공개 번호 WO 2018/213730 및 WO 2020/102677의 적용 프로세스를 통해 적용될 수 있으며, 이는 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다. 전극 플레이트를 형성하는 단계는 분리기를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 활성 물질은 기판 상에 위치되기 전에 분리기 상에 배치될 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 하나 이상의 분리기가 전극 플레이트 스택을 형성하면서 전극 플레이트들 사이에 적층될 수 있다.
조립은 전극 플레이트 스택을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 전극 플레이트 스택을 형성하는 단계는 복수의 전극 플레이트들을 정렬 및 적층하여 그 사이에 하나 이상의 전기화학 셀을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 각 쌍의 전극 플레이트들 사이에는 하나 이상의 분리기가 위치할 수 있다. 분리기는 플레이트를 형성하는 동안 전극 플레이트 상에 위치될 수 있다. 분리기는 적층 중에 셀들 사이에 위치할 수 있다. 복수의 전극 플레이트들을 정렬하여 적층하면서, 전극 플레이트들과 분리기가 교번하는 배열로 적층될 수 있다. 하나 이상의 전극 플레이트의 하나 이상의 프레임, 삽입물, 또는 둘 모두는 인접한 전극 플레이트들 및/또는 분리기들의 하나 이상의 프레임, 삽입물, 또는 둘 모두와 정렬 및/또는 연동될 수 있다. 하나 이상의 프레임의 주변 표면은 전극 플레이트 스택의 외부 표면의 일부를 형성할 수 있다. 복수의 삽입물들의 정렬 및 연동은 하나 이상의 채널을 형성할 수 있다.
조립은 전극 플레이트 스택을 압축하는 단계를 포함할 수 있다. 압축을 통해 하나 이상의 전기화학 셀, 채널 또는 둘 모두에 대해 하나 이상의 밀봉이 유지될 수 있고; 동작 중 팽창 저항할 수 있고; 전해질을 채우거나 배출하는 동안 좌굴(buckling)을 방지할 수 있고; 또는 이들의 임의의 조합이 가능하다. 압축 단계는 하나 이상의 채널 내에 하나 이상의 포스트를 배치 및/또는 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 압축 단계는 하나 이상의 단부 플레이트 및/또는 모노폴라 플레이트에 압축력을 적용하기 위해 하나 이상의 포스트의 하나 이상의 중첩 부분을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 압축은 프레임, 삽입물 등 또는 이들의 조합과 같은 하나 이상의 연동 피쳐로 압축력을 적용할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 샤프트가 하나 이상의 채널에 삽입된 다음 그 위에 하나 이상의 헤드를 배치하여 제자리에 고정될 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 사용된 포스트는 열가소성 물질로 만들어졌을 수 있고 이는 사용된 배터리 어셈블리로부터 제거되는 동안 및/또는 이후에 용융되고 그 다음 배터리 어셈블리의 하나 이상의 채널에 용융 본딩된다.
배터리 어셈블리를 조립하는 단계는 외부 밀봉을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 외부 밀봉의 적용은 통합 밀봉 형성, 멤브레인 적용, 케이스에 전극 플레이트 스택 삽입, 또는 이들의 조합을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
경화
배터리 어셈블리를 제조하는 방법은 하나 이상의 물질을 경화시키는 단계를 포함한다. 경화는 하나 이상의 물질이 그들의 최종 상태에 있게 하고, 충분히 경화되고, 배터리의 동작에 유용하도록 하는 등의 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 물질의 경화는 전극 플레이트 스택의 조립, 충전, 피클링, 형성 또는 이들의 조합 전, 동안 및/또는 후에 발생할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 활성 물질의 경화는 전극 플레이트를 형성한 후 및 전극 플레이트 스택을 형성한 후에, 또는 둘 모두에서 발생할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 활성 물질의 경화는 전극 플레이트를 형성한 후 및 전극 플레이트 스택을 형성하기 전에 발생할 수 있다. 또 다른 예로, 형성 후에 경화가 일어날 수 있다. 방법은 경화를 포함하지 않을 수 있다.
경화는 전형적인 경화 오븐 프로세스를 포함할 수 있다. 전형적인 경화 오븐 프로세스의 경우, 하나 이상의 활성 물질을 하나 이상의 기판에 적용한 후, 전극 플레이트는 경화 오븐에 삽입되어 상승된 온도에 노출될 수 있다.
경화는 충전 및/또는 배출을 포함할 수 있다. 경화는 배터리 어셈블리 전체에 걸친 유체 흐름의 이점에 기초하여 전극 플레이트 스택이 형성된 후에 일어날 수 있다. 경화는 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 유체가 순환될 때 발생할 수 있다. 순환은 하나 이상의 밸브, 포트, 배기구, 개구, 채널, 트로프, 전기화학 셀 등 또는 이들의 조합을 통한 유체 흐름을 포함할 수 있다. 순환은 하나 이상의 유체를 반복적으로 채우고 비우거나, 하나 이상의 유체를 동시에 채우고 비우거나, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 배출 및 충전은 아래에 설명된 대로 발생할 수 있다. 경화 동안, 하나 이상의 유체가 하나 이상의 채널, 트로프, 전기화학 셀 또는 이들의 조합을 통해 흐를 수 있다. 경화를 위한 하나 이상의 유체는 공기, 건조 유체 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 공기는 경화에 특히 유용할 수 있다. 경화 중에 건조한 공기, 습한 공기 또는 둘 모두를 통과시키는 것이 유리할 수 있다. 습한 공기는 건조한 공기보다 먼저 배터리 어셈블리를 통해 순환될 수 있다. 건조한 공기는 습한 공기보다 먼저 배터리 어셈블리를 통해 순환될 수 있다. 습한 공기와 건조한 공기가 동시에 배터리 어셈블리를 통해 순환될 수 있다.
경화 중에 하나 이상의 물질이 증가된 온도에 노출될 수 있다. 증가된 온도는 주위 온도에 대해 경화를 촉진하는 데 도움이 될 수 있다. 증가된 온도는 하나 이상의 활성 물질 및/또는 다른 물질을 경화시키기 위해 배터리 어셈블리의 내부 온도를 상승시킬 수 있다. 경화 시 배터리 어셈블리를 흐르는 유체의 온도는 약 35°C 이상, 약 40°C 이상, 약 50°C 이상, 약 60°C 이상일 수 있다. 경화 동안 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 유체의 온도는 약 100°C 이하, 약 90°C 이하, 약 80°C 이하, 또는 심지어 약 70°C 이하일 수 있다. 예를 들어, 증가된 온도는 약 50°C 이상 내지 약 80°C 이하일 수 있다. 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 유체의 온도는 경화 동안 배터리 어셈블리를 통해 순환하는 하나 이상의 유체의 온도일 수 있다. 예를 들어, 온도는 경화 동안 배터리 어셈블리를 순환하는 공기의 온도를 의미할 수 있다.
배출
배터리 어셈블리를 제조하기 위한 방법은 배출을 포함할 수 있다. 배출은 배터리 내부로부터 하나 이상의 유체를 비우고, 진공 상태에서 유체를 채우고, 하나 이상의 유체를 다른 유체로 교체하고, 충전을 신속하게 하거나, 이들의 임의의 조합을 허용하는 기능을 할 수 있다. 배출은 진공 흡입, 하나 이상의 유체 이동, 하나 이상의 유체 당기기, 하나 이상의 유체 배출 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
진공을 끌어내기 위해 배출하는 것은 배터리 어셈블리에 대한 주변 환경(예를 들어, 대기압)보다 배터리 어셈블리의 내부에 더 낮은 압력을 생성할 수 있다. 하나 이상의 유체를 옮기거나 배기하기 위해 배출하면 하나 이상의 다른 유체를 채울 공간이 생길 수 있다. 배출은 하나 이상의 채널, 트로프, 전기화학 셀, 개구, 포트, 배기구, 밸브 등, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 하나 이상의 유체를 끌어올 수 있다. 배출은 하나 이상의 전기화학 셀로부터 밀봉된 하나 이상의 채널들로부터 하나 이상의 유체를 끌어올 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 가열 및/또는 냉각 채널. 배출은 하나 이상의 전기화학 셀과 유체 연통하는 하나 이상의 채널, 트로프 또는 둘 모두로부터 하나 이상의 유체를 끌어올 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 충전 및/또는 배기 채널. 예를 들어, 하나 이상의 충전 및/또는 배기 채널과 유체 소통하는 하나 이상의 트로프.
배출은 배터리 어셈블리 내부로부터 하나 이상의 유체를 제거할 수 있다. 유체는 하나 이상의 액체, 기체 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 전해질, 공기, 건조 유체, 납 수집 유체, 반응성 물질, 전해질 제거 유체 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
배출은 것은 조립, 채우기, 피클링, 형성, 열 순환, 경화, 건조, 충전, 방전 등, 또는 이들의 임의의 조합의 일부이고, 그 전에 완료, 그 도중 완료 및/또는 그 후에 완료될 수 있다. 배출은 조립, 채우기, 피클링, 형성, 경화, 건조, 충전 또는 이들의 조합과 동일하거나 다른 워크스테이션에서 완료될 수 있다.
배출은 하나 이상의 벤트로부터 하나 이상의 포트로; 하나 이상의 채널로부터 하나 이상의 포트로, 하나 이상의 채널로부터 하나 이상의 배기구로, 하나 이상의 개구로부터 하나 이상의 채널 및/또는 배기구로, 하나 이상의 트로프로부터 하나 이상의 채널 및/또는 배기구로, 또는 이들의 조합으로 나 이상의 유체를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다. 채우기는 하나 이상의 입구 트로프로부터 하나 이상의 채널로; 하나 이상의 메인 트로프로부터 하나 이상의 채널로, 하나 이상의 분기 트로프로부터 하나 이상의 채널로, 하나 이상의 메인 트로프로부터 하나 이상의 입구 트로프로, 하나 이상의 분기 트로프로부터 하나 이상의 메인 트로프로, 하나 이상의 분기 트로프로부터 하나 이상의 입구 트로프로, 등 또는 이들의 조합으로 하나 이상의 유체를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다. 배출은 역류 채우기로 하나 이상의 유체를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다.
배출은 하나 이상의 흐름 메커니즘을 사용할 수 있다. 배출을 시작하기 위해 하나 이상의 흐름 메커니즘이 부착, 맞물림 및/또는 켜질 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 밸브, 포트, 개구, 채널 등 또는 이들의 조합에 직접 및/또는 간접적으로 부착될 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 유체 흐름 라인을 포함할 수 있다.
배출은 하나 이상의 밸브, 포트, 개구, 채널, 또는 이들의 조합에 하나 이상의 유체 흐름 라인을 부착하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체 흐름 라인은 내부에서 전달되는 하나 이상의 유체에 적합할 수 있다.
배출은 하나 이상의 가열, 냉각, 채우기 및/또는 배기 채널을 통해 완료될 수 있다. 배출은 채우기에 사용된 것과 같거나 다른 포트로 완료될 수 있다. 배출은 배출 포트를 통해 발생할 수 있고 채우기는 충전 포트를 통해 발생할 수 있다. 배출은 배출 포트와 채우기 포트 모두로 사용되는 포트를 통해 발생할 수 있다.
배출은 하나 이상의 다른 유체로 교체(예를 들어, 충전)하기 전에 하나 이상의 초기 유체를 배출하는 것을 포함할 수 있다. 배출은 채우기 전에 경화 동안 사용된 하나 이상의 유체를 배출하는 것을 포함할 수 있다. 배출은 피클링 및/또는 형성 중에 사용되는 하나 이상의 전해질을 동작을 위해 전해질을 채우기 전에 배출하는 것을 포함할 수 있다.
배출은 부분적 및/또는 완전할 수 있다. 부분적인 것은 하나 이상의 유체의 일부만이 배출되고 배터리 어셈블리의 내부에서 제거됨을 의미할 수 있다. 완전한 것은 하나 이상의 유체가 실질적으로 모두 배출되고 배터리 어셈블리의 내부에서 제거됨을 의미할 수 있다.
채우기
배터리 어셈블리의 제조 방법은 채우기 단계를 포함할 수 있다. 채우기 단계는 초기에 하나 이상의 전기화학 셀을 하나 이상의 유체로 채우고, 하나 이상의 유체(예를 들어, 전해질)가 하나 이상의 분리기로 위킹되기 시작하도록 하고, 하나 이상의 유체를 교체하고, 배터리 어셈블리를 통해 유체를 흐르게 하고 또는 이들의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 채우기 단계는 하나 이상의 임시 유체, 영구 유체, 또는 둘 모두를 배터리 어셈블리의 내부로 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 임시 유체는 배터리 어셈블리를 제조하는 동안 사용되는 하나 이상의 유체를 포함할 수 있으며, 동작 중에 배터리 내에 포함되지 않도록 의도되거나 둘 모두에 해당할 수 있다. 영구 유체는 여전히 제거 가능할 수 있다. 영구 유체는 하나 이상의 동작 유체를 포함할 수 있다. 동작 유체는 동작 중 배터리 어셈블리 내에 위치하는 유체일 수 있다(예를 들어, 부하에 부착됨). 채우기 단계는 하나 이상의 포트, 밸브, 배기구, 채널, 트로프, 개구 또는 이들의 조합을 통해 하나 이상의 유체를 흐르게 하고; 하나 이상의 전기화학 셀을 하나 이상의 유체로 적어도 부분적으로 또는 완전히 채우고; 하나 이상의 유체를 하나 이상의 다른 유체로 대체하고; 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 단계를 포함할 수 있다.
채우기 단계는 하나 이상의 포트를 통해 하나 이상의 배기구로, 하나 이상의 포트에서 하나 이상의 채널로, 하나 이상의 배기구에서 하나 이상의 채널로, 하나 이상의 채널 및/또는 트로프에서 하나 이상의 개구로, 하나 이상의 채널 및/또는 배기구에서 하나 이상의 트로프로, 등 또는 이들의 조합으로 하나 이상의 유체를 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다. 채우기 단계는 하나 이상의 채널에서 하나 이상의 입구 트로프로, 하나 이상의 채널에서 하나 이상의 메인 트로프로, 하나 이상의 채널에서 하나 이상의 분기 트로프로, 하나 이상의 입구 트로프에서 하나 이상의 메인 트로프로, 하나 이상의 메인 트로프에서 하나 이상의 분기 트로프로, 하나 이상의 입구 트로프에서 하나 이상의 분기 트로프로, 등 또는 이들의 조합으로 하나 이상의 유체를 흐르게 하는 단계를 포함할 수 있다.
채우기는 조립, 배출, 피클링, 형성, 열 순환, 경화, 건조, 충전, 방전 등 또는 이들의 임의의 조합의 일부이고, 그 전에 완료, 그 도중 완료 및/또는 그 후에 완료될 수 있다. 채우기는 조립, 배출, 피클링, 형성, 경화, 건조, 방전 또는 이들의 조합과 같은 워크스테이션 또는 다른 워크스테이션에서 완료될 수 있다.
채우기는 하나 이상의 유체를 배터리 어셈블리의 내부로 흐르는 것을 포함할 수 있다. 유체는 하나 이상의 액체, 기체 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 전해질, 공기, 건조 유체, 납 수집 유체, 반응성 물질, 전해질 제거 유체 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
채우기는 배터리 어셈블리의 내부가 대기압에 있는 동안 하나 이상의 유체로 배터리 어셈블리를 채우는 것을 포함할 수 있다.
진공 상태에서 채우기가 발생할 수 있다. 채우기는 배터리 어셈블리의 내부가 대기압 미만인 동안 하나 이상의 유체로 배터리 어셈블리를 채우는 것을 포함할 수 있다. 대기압 미만은 배출에 의해 완료될 수 있다. 대기압 미만은 진공 상태에서 채우는 것으로 간주될 수 있다. 진공은 진공 챔버 아래, 하나 이상의 유체로 채우는 동안 동시에 진공을 끌어내기 위한 별도의 포트, 단일 포트를 진공 포트(예를 들어, 배출 부분) 및 채우기 포트로 사용하고, 등 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 진공 하에 배터리 어셈블리를 전해질로 채우기 위한 예시적인 솔루션은 그 전체가 본원에 참조로 포함되는 미국 공개 번호 제2014/0349147호 및 제2017/0077545호에 개시되어 있다.
채우는 동안 하나 이상의 유체가 전기화학 셀을 부분적으로 또는 완전히 채울 수 있다. 하나 이상의 유체는 액체 전해질을 포함할 수 있다. 채우는 단계 동안의 전해질은 전기화학 셀의 공극들(예를 들어, 개방 공간, 기공 등)을 채울 수 있다. 하나 이상의 유체는 셀이 60% 이상, 70% 이상, 또는 심지어 80% 이상이 되도록 셀을 채울 수 있다. 하나 이상의 유체는 셀이 100% 이하, 95% 이하, 또는 심지어 90% 이하가 되도록 셀을 채울 수 있다. 예를 들어, 초기 채우기 단계에서 배터리 어셈블리의 전기화학 셀을 90% 충전할 수 있다.
채우기 단계 동안 사용되는 전해질은 주위 온도보다 낮거나 높거나 높을 수 있다. 전해질이 칠링될 수 있다. 칠링은 주위 온도 미만, 배터리 내부 온도 미만 또는 둘 모두를 의미할 수 있다. 예를 들어, 칠칭은 주위 온도 이하이거나 배터리 내부 온도 이하일 수 있다. 다른 예로서, 칠링은 주위 온도보다 높지만 배터리의 내부 온도보다 낮을 수 있다. 칠링된 전해질의 사용은 피클링 및 형성 단계 동안 후속 발열 반응의 열 제어를 지원할 수 있다. 예를 들어, 피클링 및/또는 형성 동안 발열 반응은 칠링된 전해질을 주위 온도 이상으로 가열할 수 있다. 칠링된 전해질은 약 0°C 이상, 약 2°C 이상, 또는 심지어 약 5°C 이상의 온도일 수 있다. 칠링된 전해질은 약 50°C 이하, 약 40°C 이하, 약 30°C 이하, 약 25°C 이하, 약 20°C 이하, 약 15°C 이하, 또는 심지어 약 10°C 이하의 온도일 수 있다. 전기화학 셀에 들어갈 때, 전해질은 하나 이상의 분리기로 위킹되기 시작할 수 있다(예를 들어, 흡수됨). 위킹의 프로세스는 또한 흡수, 침지 등으로 지칭될 수 있다. 채우기 프로세스는 전해질이 하나 이상의 분리기의 하나 이상의 트로프를 통해 안내되는 것을 포함할 수 있다. 초기 채우기 단계 후 피클링 프로세스가 발생할 수 있다.
채우기는 하나 이상의 흐름 메커니즘을 사용할 수 있다. 채우기를 시작하기 위해 하나 이상의 흐름 메커니즘이 부착, 결합 및/또는 켜질 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 배출에 사용되는 하나 이상의 흐름 메커니즘과 동일하거나 그와 별개일 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 밸브, 포트, 개구, 채널 등 또는 이들의 조합에 직접 및/또는 간접적으로 부착될 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘이 배출을 위해 부착될 때 채우기를 위해 하나 이상의 흐름 메커니즘이 동일하거나 다른 개구, 포트 및/또는 밸브에 부착될 수 있다. 배출에 유용한 하나 이상의 흐름 메커니즘은 채우기 중에 제거되거나 제자리에 남아 있을 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 유체 흐름 라인을 포함할 수 있다.
채우기는 하나 이상의 밸브, 포트, 개구, 채널 또는 이들의 조합에 하나 이상의 유체 흐름 라인을 부착하는 것을 포함할 수 있다. 채우기는 하나 이상의 유체 흐름 라인을 제자리에 두는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배출에 사용되는 하나 이상의 유체 흐름 라인이 채우기에 사용될 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 상이한 유체 흐름 라인이 배출로서 채우기를 위해 사용될 수 있다. 하나 이상의 유체 흐름 라인은 내부에서 전달되는 하나 이상의 유체에 적합할 수 있다.
피클링
배터리 어셈블리를 제조하는 방법은 피클링을 포함할 수 있다. 피클링은 배터리 어셈블리의 성능을 향상시키고; 배터리 어셈블리의 하나 이상의 활성 물질의 수명을 연장하고 및/또는 성능을 개선하고; 하나 이상의 활성 물질의 경화를 촉진하고; 또는 이들의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 피클링은 배터리 어셈블리에 하나 이상의 반응물을 추가하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 반응물은 전해질, 하나 이상의 활성 물질, 전기화학 셀, 분리기, 또는 이들의 조합에 첨가될 수 있다. 하나 이상의 반응물은 조립 단계, 채우기 단계 또는 둘 모두의 전에, 도중에 또는 후에 첨가될 수 있다. 예로서, 하나 이상의 반응물은 채우기 단계 전에 전해질과 혼합되어 반응물 및 전해질 모두가 전기화학 셀을 동시에 채울 수 있다. 다른 예로서, 전해질이 전기화학 셀을 채우기 전에 반응물이 하나 이상의 활성 물질 상에 적용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 활성 물질이 그 위에 있는 하나 이상의 전극 플레이트를 성능 첨가제에 담그거나, 반응물을 그 위에 적용하거나, 또는 둘 모두를 수행할 수 있다. 피클링은 하나 이상의 활성 물질의 경화 및/또는 건조 전, 도중 또는 후에 발생할 수 있다.
피클링 프로세스는 발열성일 수 있다. 피클링 프로세스는 배터리 어셈블리 내에서 하나 이상의 유체를 가열할 수 있다. 피클링 프로세스는 전해질을 초기 채우기 온도보다 높은 온도, 배터리의 내부 온도에 가깝거나 같은 온도, 또는 둘 모두로 가열할 수 있다. 피클링 동안 전해질은 주위 온도보다 높은 온도로 가열될 수 있다. 배터리 내부 온도에 의해 가열된 전해질은 가열된 전해질로 간주될 수 있다. 발열 반응은 하나 이상의 활성 물질의 경화를 촉진하는 데 유리할 수 있다. 발열 반응은 하나 이상의 활성 물질과 하나 이상의 반응물 사이에서 발생할 수 있다. 발열 반응은 하나 이상의 수화물을 생성할 수 있다.
예를 들어, 사염기성 황산납 또는 삼염기성 황산납(예를 들어, 활성 물질)은 황산(예를 들어, 반응물)과 발열 반응을 일으킬 수 있으며, 반응은 황산납 화합물과 수화물 화합물의 생성물을 생성할 수 있다. 예시적인 반응식은 다음과 같다:
사염기성 피클링 반응: (PbO)4PbSO4 + 4H2SO4
Figure pct00001
5PbSO4 + 4H2O
삼염기성 피클링 반응: (PbO)3PbSO4 + 3H2SO4
Figure pct00002
4PbSO4 + 3H2O
피클링 프로세스 동안, 온도 순환은 배터리 어셈블리를 제어하는 데 도움이 될 수 있다. 온도 순환은 열 제어 순환을 통해 발생할 수 있다. 예를 들어 배러티 어셈블리가 조립되고 전해액이 충전된 후 피클링 프로세스가 일어난다면, 열 제어 사이클링 프로세스는 피클링 프로세스와 동시에, 그 후에 또는 둘 모두에서 발생할 수 있다. 피클링 프로세스는 배터리 어셈블리에 전하가 인가되지 않은 상태에서 발생할 수 있다. 전하를 적용하면 형성이 개시될 수 있다. 초기 피클링 프로세스가 완료된 후 형성이 발생할 수 있다. 전하가 적용되기 전과 같이 하나 이상의 활성 물질과 하나 이상의 반응물 사이의 반응이 완료될 때 초기 피클링 프로세스가 완료될 수 있다.
배터리 어셈블리를 제조하는 방법은 또한 피클링이 없을 수 있다. 피클링 프로세스를 제거하면 배터리 어셈블리를 제조하는 데 상당한 시간을 절약할 수 있다. 배터리 어셈블리의 성능 및 수명을 여전히 제공하면서 피클링의 필요성을 피하기 위해 하나 이상의 활성 물질이 선택될 수 있다.
피클링은 이를 통해 순환하는 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 열 제어 사이클링 동안 하나 이상의 유체가 순환될 수 있다. 하나 이상의 유체는 피클링 유체라고 할 수 있다. 열 제어 사이클링은 배터리 어셈블리로부터 하나 이상의 유체를 비우는 것, 배터리 어셈블리를 하나 이상의 유체로 채우는 것, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 유체는 전해질을 포함할 수 있다. 추가 예로서, 피클링 동안, 하나 이상의 피클링 유체는 희석된 전해질을 포함할 수 있다.
형성
배터리 어셈블리의 제조 방법은 형성 단계를 포함할 수 있다. 형성 단계(형성이라고도 함)는 하나 이상의 활성 물질을 경화시키고, 하나 이상의 전극 플레이트를 충전하고, 후속 피클링을 생성하거나, 또는 이들의 임의의 조합에 해당하는 기능을 할 수 있다. 형성은 하나 이상의 전극 플레이트, 배터리 어셈블리, 또는 둘 모두에 전하를 적용하는 것을 포함할 수 있다. 전하는 본 명세서에 개시된 바와 같이 배터리 어셈블리에 적용될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 전도성 단자를 통해. 형성은 흡열성, 발열성 또는 둘 모두에 해당할 수 있다. 형성은 전하, 활성 물질, 및 피클링 프로세스로부터의 하나 이상의 생성물 사이의 반응을 포함할 수 있다. 예를 들어, 형성은 전하, 황산납 화합물 및 수화물 화합물 사이의 반응을 포함할 수 있다. 형성 반응은 하나 이상의 생성물을 생성할 수 있다. 하나 이상의 생성물은 후속 피클링 프로세스를 개시하는 하나 이상의 반응물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 생성물은 황산납, 하나 이상의 황산 화합물 및 추가 납을 포함할 수 있다. 예시적인 형성 반응식은 다음과 같을 수 있다:
e- + 2PbSO4 + 2H2O
Figure pct00003
PbO2 + 2H2SO4 + Pb(m)
하나 이상의 반응물을 갖는 하나 이상의 생성물을 초래하는 형성 반응은 형성 단계의 흡열 부분일 수 있다. 형성이 충분한 결과 생성물(예를 들어, 반응물)을 생성하면 후속 피클링 프로세스가 시작될 수 있다. 또한, 형성 동안 내부 저항으로 인해 줄(Joule) 가열이 발생할 수 있다. 이 줄 가열은 또한 형성 동안 상승된 온도에 기여할 수 있다. 형성 및/또는 피클링 전, 도중 및/또는 그 후에 열 제어 사이클링이 발생할 수 있다.
형성은 이를 통해 순환하는 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 열 제어 사이클링 동안 하나 이상의 유체가 순환될 수 있다. 열 제어 사이클링은 배터리 어셈블리로부터 하나 이상의 유체를 비우는 것, 배터리 어셈블리를 하나 이상의 유체로 채우는 것, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 형성 유체일 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 유체는 전해질을 포함할 수 있다. 추가 예로서, 형성 동안, 하나 이상의 형성 유체는 희석된 전해질을 포함할 수 있다.
형성은 충전 및/또는 형성 탱크를 사용하지 않을 수 있다. 탱크 사용을 피하면 배터리 어셈블리를 제조하는 데 필요한 작업 간을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 형성은 경화, 배출, 채우기, 피클링, 열 순환, 충전, 배기, 납 배출 등 또는 이들의 조합과 동일한 워크스테이션에서 발생할 수 있다. 탱크의 제거는 본 명세서에 개시된 바와 같이 배터리 어셈블리를 통한 유체 순환, 열 제어 사이클링, 비우기, 채우기 등을 통해 가능해질 수 있다.
열 제어 사이클링
배터리 어셈블리를 제조하는 방법은 열 제어 사이클링을 포함할 수 있다. 열 제어 사이클링은 발열 반응 동안; 피클링, 형성, 경화, 건조, 충전 및/또는 방전 동안; 또는 이들의 임의의 조합에서 배터리 어셈블리의 온도를 제어하는 기능을 할 수 있다.
열 제어 사이클링은 배출, 채우기, 피클링, 성형, 경화, 건조, 충전, 방전 등, 또는 이들의 임의의 조합의 일부이거나, 그와 동시에, 그 이전에 완료, 그 동안 완료 및/또는 그 후에 완료될 수 있다. 열 제어 사이클링은 조립, 배출, 채우기, 피클링, 성형, 경화, 건조, 충전 또는 이들의 조합과 동일하거나 다른 워크스테이션에서 완료될 수 있다.
하나 이상의 열 제어 사이클링 프로세스는 배터리 어셈블리의 내부 온도를 임계 온도 이상, 그 이상 및/또는 이하로 유지하도록 기능할 수 있다. 임계 온도는 과도한 압력 및/또는 열과 같이 안전하지 않은 동작 조건이 생성될 수 있는 온도일 수 있다. 안전하지 않은 조건은 배터리 어셈블리가 부풀어 오르고, 기포가 발생하고, 단락이 발생하는 조건일 수 있다. 임계 온도는 하나 이상의 활성 물질이 일정 기간에 걸쳐 경화되는 온도일 수 있다. 임계 온도는 하나 이상의 물질이 일정 기간 동안 건조되는 온도일 수 있다. 임계 온도는 배터리 어셈블리의 내부 온도를 의미할 수 있다. 내부 온도는 하나 이상의 전기화학 셀, 채널, 배터리 어셈블리 내의 전해질 등, 또는 이들의 조합의 온도일 수 있다. 임계 온도는 약 35°C 이상, 약 40°C 이상, 약 50°C 이상일 수 있다. 임계 온도는 약 100°C 이하, 약 90°C 이하, 약 80°C 이하, 약 70°C 이하, 또는 심지어 약 60°C 이하일 수 있다.
열 제어 사이클링은 유체 사이클링, 외부 수조, 열 블랭킷 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
유체 사이클링은 배터리 어셈블리를 통한 하나 이상의 유체 사이클링을 포함할 수 있다. 유체 사이클링은 배출, 채우기 또는 둘 모두의 한 번 이상 반복을 포함할 수 있다. 배출 및/또는 채우기 본 명세서에 설명된 대로 발생할 수 있다. 유체 사이클링은 부분 배출, 완전 배출, 부분 채우기, 완전 채우기 또는 이들의 조합을 한 번 이상 반복하는 것을 포함할 수 있다. 유체 사이클링은 하나 이상의 유체를 하나 이상의 다른 유체로 교환하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 다른 유체는 동일하거나 다른 유체일 수 있다. 상이한 유체는 제1 유체 및 제2 유체를 포함할 수 있다. 유체 사이클링은 배터리 어셈블리를 통해 서로 분리된 별도의 유체들을 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다. 분리는 유체가 함께 혼합되거나 서로 접촉하지 않을 수 있음을 의미할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 유체는 하나 이상의 채우기 및/또는 배기 채널을 통해 하나 이상의 전기화학 셀로 흐를 수 있는 반면, 하나 이상의 다른 유체는 전기화학 셀로부터 밀봉되고 격리된 하나 이상의 가열/냉각 채널을 통해 흐를 수 있다. 배터리 제조 프로세스의 동일하거나 다른 단계 내에서 상이하거나 동일한 유체가 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 피클링 유체는 하나 이상의 형성 유체와 동일할 수 있다. 다른 예로서, 공기는 경화 동안 사용될 수 있는 반면 전해질과 같은 피클링 및/또는 형성 유체는 피클링 및/또는 형성 동안 사용된다. 다른 예로서, 공기 및/또는 건조 유체는 건조 동안 사용될 수 있는 반면 전해질은 피클링, 형성 및/또는 동작 전 최종 채우기 동안 사용된다.
열 제어 사이클링은 전해질 사이클링을 포함할 수 있다. 전해질 사이클링은 내부 방열판을 제공하고, 가열된 전해질을 제거 및/또는 추가하고, 배터리 어셈블리 내부에서 임계 온도 이하로 배터리 어셈블리를 유지하거나, 또는 이들의 임의의 조합으로 기능할 수 있다. 전해질 사이클링은 전해질의 배터리 어셈블리를 부분적 배출, 완전 배출, 부분적 채우기, 완전히 채우기를 포함할 수 있다. 전해질 사이클링은 일부 전해질을 다른 전해질로 적어도 부분적으로 대체할 수 있다. 열 제어 사이클링은 초기 또는 이전 전해질을 배출하고 후속 전해질로 교체하는 것을 포함한다. 배출 및 채우기는 전기화학 셀 및 그의 전해질을 유지하기 위한 사용 가능한 체적을 참조할 수 있다.
배출은 가온된(warmed) 전해질을 배출하는 것을 포함할 수 있다. 가온된 전해질은 배터리 어셈블리 내에서 발생하는 발열 반응 또는 기타 가열에 노출된 전해질일 수 있다. 예를 들어, 가온된 전해질은 피클링, 형성 또는 둘 모두로 인해 발생할 수 있다. 가온된 전해질은 열 제어 사이클링 동안 부분적으로 또는 완전히 배출될 수 있다.
열 제어 사이클링 동안 배출하는 것은 각 전기화학 셀이 전해질로 얼마나 가득 차 있는지를 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 배출 후, 각각의 전기화학 셀은 전해질로 약 50% 이상, 60% 이상, 또는 심지어 70% 이상 차 있을 수 있다. 배출 후, 각각의 전기화학 셀은 전해질로 약 95% 이하, 약 90% 이하, 또는 심지어 약 80% 이하가 차 있을 수 있다.
열 제어 사이클링 중 채우기는 전해질로 채우기를 포함할 수 있다. 전해질은 칠링된 전해질, 가온된 전해질 또는 둘 모두일 수 있다. 채우기는 배출된 전해질을 칠링된 전해질, 가온된 전해질 또는 둘 모두로 부분적으로 또는 완전히 교체하는 것을 포함할 수 있다. 채우기는 배출된 전해질을 배출된 전해질의 온도 또는 그 이하에서 전해질로 부분적으로 또는 완전히 교체하는 것을 포함할 수 있다.
채우기는 초기 채우기 레벨보다 낮거나 같거나 더 큰 채우기를 포함할 수 있다. 채우기는 1:1 비율로, 그 미만 또는 초과로 배출된 전해질을 교체하는 것을 포함할 수 있다.
부분적인 배출 및/또는 채우기는 약 5초 이상, 약 10초 이상, 또는 심지어 약 20초 이상이 소요될 수 있다. 부분적인 배출 및/또는 채우기는 약 2분 이하, 1분 이하, 또는 약 30초 이하가 소요될 수 있다. 부분적인 배출은 동일한 체적의 전해질을 부분적으로 채우는 것보다 더 적거나 거의 동일하거나 더 많은 시간이 소요될 수 있다.
열 제어 사이클링은 피클링, 형성, 경화, 건조 또는 이들의 조합이 완료될 때까지 반복될 수 있다. 열 제어 사이클링은 1회 이상, 2회 이상, 또는 3회 이상 반복될 수 있다. 열 제어 사이클링은 10회 이하, 7회 이하, 또는 5회 이하로 반복될 수 있다. 열 제어 사이클링은 배터리 어셈블리의 크기와 피클링 및/또는 형성 프로세스가 얼마나 오래 지속되는지에 따라 필요에 따라 반복될 수 있다.
열 제어 사이클링 동안 채우기 전해질은 배출된 전해질과 다를 수 있다. 예를 들어, 배출된 가온된 전해질을 대체하는 칠링된 전해질은 더 높은 비중을 가질 수 있다. 초기 전해질은 후속 전해질보다 비중이 낮을 수 있다. 초기 전해액은 피클링 및/또는 형성 전의 첫 번째 충전에 사용된 전해액, 또는 배터리 어셈블리의 동작에 발생하는 임의의 프로세스 동안 사용되는 전해액을 의미할 수 있다.
전해질 및 전해질 사이클링에 관한 상기 교시는 임의의 다른 유체에 대해서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 경화 중에 공기 사이클링이 있을 수 있다. 건조 동안 공기 및/또는 건조 유체 사이클링이 있을 수 있다.
건조
배터리 어셈블리를 제조하는 방법은 하나 이상의 물질을 건조하는 것을 포함할 수 있다. 건조는 배터리 어셈블리가 장기간 저장, 배터리의 운송, 배터리를 통한 하나 이상의 유체의 흐름, 또는 이들의 임의의 조합을 위해 저장되는 것을 허용할 수 있다. 배터리 어셈블리를 건조하면 보관 수명이 연장될 수 있다. 배터리 어셈블리를 건조시키면 건식 충전 배터리가 제공될 수 있다. 건조는 경화, 피클링, 형성, 배기, 배출, 납 배출 또는 이들의 조합 후에 발생할 수 있다. 예를 들어, 형성 후 건조가 발생할 수 있다. 다른 예로, 경화 후에 건조가 발생할 수 있다. 건조 후, 배터리 어셈블리는 임의의 포트 및/또는 밸브를 밀봉하도록 마무리될 수 있다.
건조는 배터리 어셈블리의 내부 내에서 하나 이상의 물질을 건조시키는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 물질은 활성 물질, 분리기, 기판, 전기화학 셀을 통과하는 채널 표면, 트로프, 채널, 배기구, 포트, 밸브 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 건조는 포트, 밸브, 또는 다른 출구 및/또는 배터리 어셈블리의 내부로의 입구에 대한 전기화학 셀들 사이의 어느 곳에서나 하나 이상의 유체를 제거하는 기능을 할 수 있다. 하나 이상의 유체는 액체 전해질, 물 등, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 배기 및/또는 배출 후에 건조가 발생할 수 있다. 건조는 하나 이상의 액체로 플러싱(flushing)하기 전 및/또는 후에 발생할 수 있다. 예를 들어, 배터리 어셈블리로부터 액체 전해질을 배출(예를 들어, 배기)하고 물로 플러싱(예를 들어, 채우기 후 배출)한 후에 건조가 발생할 수 있다.
건조는 채우기 및/또는 배출을 포함할 수 있습니다. 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 유체가 순환될 때 건조가 발생할 수 있다. 순환은 하나 이상의 유체를 반복적으로 채우고 배출하거나, 하나 이상의 유체를 동시에 채우고 배출하거나, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 배출 및 채우기는 본 명세서에 설명된 대로 발생할 수 있다. 건조 동안 하나 이상의 유체가 하나 이상의 채널, 트로프, 전기화학 셀 또는 이들의 조합을 통해 흐를 수 있다. 하나 이상의 유체는 건조 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 건조 유체는 건조 동안 순환하는 데 특히 유용할 수 있다. 건조한 공기는 건조 중 순환에 특히 유용할 수 있다. 하나 이상의 다른 건조 유체가 건조 공기 전에 순환될 수 있다.
건조는 이를 통해 순환하는 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 열 제어 사이클링 동안 하나 이상의 유체가 순환될 수 있다. 열 제어 사이클링은 배터리 어셈블리로부터 하나 이상의 유체를 배출하는 것, 배터리 어셈블리를 하나 이상의 유체로 채우는 것, 또는 둘 모두를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 본 명세서에 설명된 하나 이상의 유체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 유체는 건조 유체, 공기, 납 수집 유체 등 또는 이들의 조합일 수 있다.
마무리 작업
배터리 어셈블리를 제조하는 방법은 마무리 작업을 포함할 수 있다. 마무리 작업은 경화 배출, 채우기, 피클링, 형성, 열 사이클링, 건조 등 또는 이들의 조합 동안 사용되는 임의의 포트 및/또는 밸브를 밀봉하는 것을 포함할 수 있다. 마무리 작업은 하나 이상의 포트에 하나 이상의 밀봉을 설치하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 밀봉은 포트에 영구적으로 및/또는 일시적으로 위치할 수 있다. 하나 이상의 포트는 제거 가능한 플러그, 영구 밀봉(예를 들어, 몰드 인), 하나 이상의 밸브, 하나 이상의 포스트(예를 들어, 중첩 부분) 또는 이들의 조합으로 밀봉될 수 있다. 마무리 작업은 하나 이상의 채우기 포트를 플러깅하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 채우기 포트를 플러깅하는 것은 형성이 완료된 후 발생할 수 있다. 마무리 작업은 배터리 어셈블리를 제조하는 단계 이후에 영구적으로 및/또는 일시적으로 발생할 수 있다.
납 종 제거
배터리 어셈블리를 제조하는 방법은 하나 이상의 납 종을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 하나 이상의 납 종을 제거하면 배터리 어셈블리의 수명을 연장하거나 배터리 어셈블리의 재활용 가능한 컴포넌트를 수집하거나 둘 모두를 수행할 수 있다. 납 종은 동작 중, 배터리 방전 중 또는 둘 모두에서 생성될 수 있다. 납 종은 셀들의 전기화학적 반응 동안 하나 이상의 전기화학적 셀 내에서 생성될 수 있다. 납 종은 황산납을 포함할 수 있다. 방전은 동작 중 방전을 포함할 수 있다. 납 종 제거는 완전 방전, 배출 및 채우기를 포함할 수 있다.
납 종을 제거하는 것은 배터리 어셈블리에서 하나 이상의 유체를 배출하는 것을 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리는 사용된 배터리 어셈블리일 수 있다. 사용됨은 배터리 어셈블리가 한 번 이상의 충전 및 방전 사이클을 거쳤음을 의미할 수 있다. 하나 이상의 유체는 배터리 어셈블리로부터의 전해질을 포함할 수 있다. 배출은 배출과 관련하여 본 명세서에서 논의된 바와 같은 임의의 프로세스 단계를 포함할 수 있다.
납 종을 제거하는 것은 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 납 수집 유체를 흐르게 하는 것을 포함할 수 있다. 납 수집 유체는 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 동안 하나 이상의 납 종을 수집하는 기능을 할 수 있다. 흐르는 것은 하나 이상의 채널, 트로프, 개구, 배기구, 포트, 밸브 등 또는 이들의 조합을 통해 순환하는 것을 포함할 수 있다. 흐르는 하나 이상의 납 수집 유체는 본 명세서에 논의된 바와 같은 채우기 및 열 제어 사이클링 프로세스와 유사하게 완료될 수 있다. 하나 이상의 납 수집 유체는 배출 전, 후 또는 그와 동시에 추가될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 납 수집 유체는 이미 사용된 전해질과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 사용된 전해질이 먼저 부분적으로 배출된 다음 납 수집 유체가 나머지 전해질과 혼합될 수 있다. 다른 예로서, 사용된 전해질은 완전히 배출될 수 있고, 납 수집 유체는 그 다음 전기화학 셀로 흐를 수 있다.
하나 이상의 납 수집 유체가 하나 이상의 납 종을 수집하면, 납 수집 유체는 배터리 어셈블리로부터 제거될 수 있다. 이러한 제거는 황산납과 같은 납 종을 제거하는 데 도움이 될 수 있다.
납 수집 유체를 제거할 때, 배터리 어셈블리는 배출 및/또는 새로운 전해질로 충전될 수 있다. 다시 채워진 후, 배터리 어셈블리가 재사용될 수 있다.
납 수집 유체를 제거할 때, 배터리 어셈블리는 폐기될 수 있다. 폐기는 재활용, 재처리 등을 포함할 수 있다.
사용된 전해질 배수
배터리 어셈블리의 제조 방법은 사용된 전해질을 배수하는 단계를 포함할 수 있다. 사용된 전해질을 배수하면 전해질을 수집하거나 재활용하거나 둘 모두에 해당할 수 있다. 사용된 전해질 배수는 배출, 채우기 또는 둘 모두로 발생할 수 있다. 배터리 어셈블리는 전해질을 수집하기 위해 비워질 수 있다. 배터리 어셈블리는 전해질을 수집하기 위해 하나 이상의 유체로 채워질 수 있다. 전해질이 수집될 수 있도록 하나 이상의 유체가 전해질을 대체할 수 있다. 사용된 전해질은 하나 이상의 포트 및/또는 밸브를 통해 흐를 수 있다.
배수는 하나 이상의 흐름 메커니즘을 사용할 수 있다. 배수를 시작하기 위해 하나 이상의 흐름 메커니즘이 부착, 결합 및/또는 켜질 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 배출하거나 채우거나 둘 모두에 사용되는 하나 이상의 흐름 메커니즘과 동일하거나 별개일 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 밸브, 포트, 개구, 채널 등 또는 이들의 조합에 직접 및/또는 간접적으로 부착될 수 있다. 배출, 채우기 또는 둘 모두를 위해 하나 이상의 흐름 메커니즘이 부착되기 때문에 하나 이상의 흐름 메커니즘이 채우기를 위해 동일하거나 다른 개구, 포트 및/또는 밸브에 부착될 수 있다. 배출 및/또는 채우기에 유용한 하나 이상의 흐름 메커니즘은 배수 중에 제거되거나 제자리에 남아 있을 수 있다. 하나 이상의 흐름 메커니즘은 하나 이상의 유체 흐름 라인을 포함할 수 있다.
배수는 하나 이상의 밸브, 포트, 개구, 채널 또는 이들의 조합에 하나 이상의 유체 흐름 라인을 부착하는 것을 포함할 수 있다. 배수는 하나 이상의 유체 흐름 라인을 제자리에 두는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배출 및/또는 채우기에 사용되는 하나 이상의 유체 흐름 라인이 배수에 사용될 수 있다. 다른 예로서, 배출 및/또는 채우기로서 배수를 위해 하나 이상의 상이한 유체 흐름 라인이 사용될 수 있다. 하나 이상의 유체 흐름 라인은 내부에서 전달되는 하나 이상의 유체에 적합할 수 있다.
예시적인 예들
도면의 다음 설명은 본 명세서의 교시를 예시하기 위해 제공되지만 그 범위를 제한하려는 것은 아니다. 임의의 한 실시예의 피쳐가 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 3의 트로프들의 임의의 조합은 서로 조합될 수 있다.
도 1은 배터리 어셈블리(1)의 적어도 일부를 형성하는 전극 플레이트들(12)의 스택(5)의 단면을 도시한다. 배터리 어셈블리(1)의 단면은 분리기(10)를 노출시키기 위해 취해진다. 분리기(10)는 전극 플레이트들(12)의 형성된 스택(5) 내에 위치된다. 복수의 분리기들(10)은 복수의 전극 플레이트들(12)과 교번하여 적층된다. 분리기(10)는 인접한 전극 플레이트(12)의 프레임(14) 내에 안착된다. 또한, 프레임(14)은 도 6에 도시된 바와 같이 분리기(10)의 일부일 수 있는 것으로 생각된다. 분리기(10)는 시트(16)의 형태이다. 시트(16)는 흡수성 유리 매트(18)일 수 있다. 분리기(10)는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 개구들(20)는 이를 통해 연장되는 하나 이상의 횡방향 채널(30)의 일부를 형성하거나 이를 가질 수 있다. 분리기(10)의 개구들(20)은 이를 통해 연장되는 삽입물들(22)을 포함한다. 삽입물들(22)은 인접한 전극 플레이트(12)의 일부이고 그로부터 연장된다. 개구들(20) 중 일부는 이를 통해 위치된 하나 이상의 포스트(24)를 포함한다. 포스트들(24)는 삽입물들(22)의 개구들(20) 뿐만 아니라 분리기(10)의 개구들(20)을 통과할 수 있다. 그 내부에 하나 이상의 포스트(24)를 포함하는 분리기(10) 및/또는 삽입물들(22)의 개구들(20)은 지지 개구들(36)로 지칭될 수 있다. 지지 개구들(36)은 하나 이상의 지지 채널(38)(미도시)의 일부일 수 있다. 하나 이상의 삽입물(22)은 그 내부에 형성된 배기구(26)를 포함한다. 배기구(26)는 개구(20)와 유체 연통한다. 하나 이상의 포스트(24)가 없는 개구(20)는 채우기 개구(28)로 지칭될 수 있다. 채우기 개구들(28)는 하나 이상의 채우기 채널(32)(미도시)의 일부일 수 있다. 분리기(10)는 그 내부에 형성된 복수의 트로프들(34)을 더 포함한다. 트로프들(34)은 서로 및 채우기 개구(28)와 유체 연통한다. 트로프들(34)은 복수의 개구들(20) 사이에서 이어진다. 트로프들(34)는 시트(16)가 시트(16)의 나머지 부분에 비해 트로프들(34)에서 더 작은 두께를 갖도록 형성된다.
도 2는 전극 플레이트(12)을 도시한다. 전극 플레이트(12)은 기판(56)을 포함한다. 기판(56)은 그 주변에 프레임(14)을 포함한다. 프레임(14)은 기판(56)으로부터 돌출된다. 프레임(14)은 기판(56)과 일체화된다. 기판(56)은 그로부터 돌출되는 삽입물들(22)을 포함한다. 기판(56)은 그로부터 돌출되는 삽입물들(22)을 포함한다. 삽입물들(22)은 개구들(20)을 포함한다. 삽입물들(22)의 개구들(20)은 삽입물(22) 및 기판(56)을 통과한다. 삽입물들(22)은 활성 물질(60) 및 분리기(10)의 개구들(20)을 통해 돌출된다. 개구들(20)는 하나 이상의 활성 물질(60) 및 분리기(10)에서 공극들(58)으로서 형성된다. 분리기(10)는 또한 (도시된 바와 같은) 전사 시트(62)이거나 전사 시트(62)와 함께(예를 들어, 함께 층을 이루어) 사용될 수 있다. 분리기(10)와 프레임(14) 사이의 주변 갭(35)은 트로프(34)를 형성한다. 주변 갭(35)은 배기구(26)와 유체 연통한다. 주변 갭(35)은 분리기(10)에 형성된 하나 이상의 트로프(34)와 유체 연통한다. 주변 갭(35)에는 또한 활성 물질(60)이 없다.
도 3은 전극 플레이트(12)을 예시한다. 전극 플레이트(12)은 기판(56)을 포함한다. 기판(56)은 그 주변에 프레임(14)을 포함한다. 프레임(14)은 기판(56)으로부터 돌출된다. 프레임은 기판(56)과 일체이다. 프레임(14)은 트로프(34)를 포함한다. 트로프(34)는 프레임의 내향 대면 표면(15)에 형성된다. 트로프(34)는 그루부와 같은 함몰부로서 형성된다. 트로프(34)는 내향 대면 표면(15)의 길이들을 따라 연장된다. 트로프(34)는 프레임(14) 내에 위치될 때 분리기(10)(도시되지 않음)를 둘러싼다. 트로프(34)는 (도 1 및 2에 도시된 것과 같은) 분리기에 형성된 하나 이상의 트로프(34), 하나 이상의 배기구(26), 하나 이상의 개구(20), 하나 이상의 횡방향 채널(30)(미도시), 또는 이들의 조합과 유체 연통할 수 있다. 기판(56)은 그로부터 돌출되는 삽입물들(22)을 포함한다. 삽입물들(22)은 기판(56)과 일체화된다. 삽입물들(22)은 개구들(20)을 포함한다. 삽입물들(22)의 개구들(20)은 삽입물(22)과 기판(56) 모두를 통과한다.
도 4 및 도 5는 배터리 어셈블리(1)의 부분 절개도를 도시한다. 배터리 어셈블리(1)는 그 사이에 위치된 분리기(10)(보이지 않음)를 갖는 전극 플레이트들(12)의 스택(5)을 포함한다. 전극 플레이트들(12)과 분리기(10)의 스택(5) 주위에 외부 밀봉(40)이 위치한다. 외부 밀봉(40)은 부분적으로 절단되거나 투명한 것으로 도시되어 있다. 배터리 어셈블리(1)는 한 쌍의 전도성 단자들(42)을 포함한다. 배터리 어셈블리(1)는 밸브(46)와 연통하는 배기 구멍(44)을 포함한다. 밸브(46)는 체크 밸브, 채우기 밸브, 압력 해제 밸브, 압력 밸브, 또는 다른 밸브일 수 있다. 배기 구멍(44) 및 밸브(46)는 하나 이상의 횡단 채널(30)과 정렬되거나(도 5) 정렬되지 않을 수 있다(도 4). 밸브(46)는 헤드스페이스(68)와 유체 연통할 수 있다(도 5에 도시된 것과 같은). 밸브(46)가 하나 이상의 횡방향 채널(30)의 단부에서 하나 이상의 개구(20)에 위치될 수도 있는 것도 가능하다. 하나 이상의 개방 횡단 채널(30)의 단부는 하나 이상의 포트(66)일 수 있다. 배터리 어셈블리(1)는 복수의 횡단 채널들(30)을 포함한다. 하나 이상의 횡방향 채널(30)은 복수의 전극 플레이트들(12) 및 분리기(10)를 횡방향으로 통과하는 하나 이상의 채널과 동의어일 수 있다. 횡단 채널들(30) 중 일부는 지지 채널들(38)이다. 횡단 채널들(30) 중 적어도 하나는 채우기 채널(32)이다. 채우기 채널(32)은 도 5에 도시된 바와 같이 하나 이상의 단부에 포트(66)를 포함할 수 있다. 포트(66)는 채우기 및/또는 배출 포트일 수 있다. 채우기 채널(32)은 배기 구멍(44)과 유체 연통할 수 있다. 배기 구멍(44)은 채우기 채널(32)과 같은 하나 이상의 횡단 채널(30)과 정렬될 수 있다. 배터리 어셈블리(1)의 노출된 부분에, 전극 플레이트들(12) 중 하나가 도시되어 있다. 전극 플레이트들(12)의 스택의 단부에 위치되는 전극 플레이트(12)은 모노폴라 플레이트(48)이다. 모노폴라 플레이트(48)는 개구(20)를 포함한다. 개구(20)는 그 주변에 삽입물(22)을 포함한다. 개구(20)는 횡단 채널(30), 특히 지지 채널(38)을 형성하기 위해 복수의 다른 개구들(20)과 정렬된다. 지지 채널(38) 내에 포스트(24)가 위치한다. 포스트(24)는 횡단 채널(30)의 길이를 따라 횡방향으로 연장된다.
도 6은 배터리 어셈블리(1)를 형성하는 전극 플레이트들(12)의 부분적으로 분해된 스택(5)을 도시한다. 배터리 어셈블리(1)는 바이폴라 배터리 어셈블리로 인식될 수 있다. 대향하는 단부 플레이트들(50)(예를 들어, 제1 및 제2 단부 플레이트)이 도시되어 있다. 단부 플레이트(50)는 또한 모노폴라 플레이트(48)이다. 단부 플레이트(50)는 내부 보강 구조(52)를 포함한다. 단부 플레이트(50)는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 각각의 개구(20)는 삽입물(22)에 의해 부분적으로 둘러싸여 있다. 삽입물(22)은 단부 플레이트(50)의 베이스(64)로부터 돌출된다. 베이스(64)는 또한 모노폴라 플레이트(48)의 기판(56)이다. 기판(56) 주위에 프레임(14)이 위치한다. 모노폴라 플레이트(48)에 인접하여 분리기(10)가 있다. 분리기(10)는 하나 이상의 시트들(16)의 형태이다. 분리기(10)는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 분리기(10)의 개구들(20)은 전극 플레이트들(12)의 삽입물(22)이 통과할 수 있게 한다. 분리기(10)에 인접하여 바이폴라 플레이트(54)가 있다. 바이폴라 플레이트(54)는 기판(56)을 포함한다. 바이폴라 플레이트(54)의 기판(56)은 그 주변에 프레임(14)을 포함한다. 프레임(14)은 기판(56)의 주변에 대해 융기된 에지를 형성한다. 바이폴라 플레이트(54)는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 각각의 개구(20)는 삽입물(22)에 의해 부분적으로 둘러싸여 있다. 삽입물(22)은 바이폴라 플레이트(54)의 기판(56)으로부터 돌출된다. 전극 플레이트들(12)(모노폴라 플레이트(48) 및 바이폴라 플레이트(54))의 삽입물들(22)과 전극 플레이트들(12)의 개구들(20)은 전극 플레이트들(12)의 스택(5)을 통해 하나 이상의 횡단 채널(30)을 형성하도록 정렬되고 연동된다. 하나 이상의 횡단 채널(30)은 이를 통해 하나 이상의 포스트(24)(미도시)를 수용할 수 있다. 하나 이상의 트로프(34)는 스택(5)의 일부일 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3 중 어느 하나에 도시된 바와 같은 하나 이상의 트로프(34)가 배터리 어셈블리(1)에 통합될 수 있다. 배터리 어셈블리(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 하나 이상의 활성 물질(60)(도시되지 않음) 및/또는 하나 이상의 전사 시트(62)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
도 7은 배터리 어셈블리(1)를 형성하는 전극 플레이트들(12)의 부분적으로 분해된 스택(5)을 도시한다. 전극 플레이트들(12)은 스택의 단부에서 대향하는 모노폴라 플레이트들(48) 및 그 사이의 바이폴라 플레이트들(54)을 포함한다. 전극 플레이트들(12)은 전극 플레이트들(12)의 각각의 쌍 사이에 분리기(10)가 위치하도록 분리기들(10)과 교번하여 배열된다. 모노폴라 플레이트(48)인 단부 플레이트(50)가 도시되어 있다. 단부 플레이트(50)는 내부 보강 구조(52)를 포함한다. 모노폴라 플레이트(48)는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 각각의 개구(20)는 삽입물(22)에 의해 둘러싸여 있다. 삽입물(22)은 모노폴라 플레이트(48)의 베이스(64)로부터 융기되어 돌출된다. 베이스(64)는 또한 모노폴라 플레이트(48)의 기판(56)이다. 모노폴라 플레이트(48)에 인접하여 분리기(10)가 있다. 분리기(10)는 프레임(14)을 포함한다. 프레임(14)은 분리기(10)의 주변에 대해 융기된 에지를 형성한다. 분리기(10)는 시트(16)를 포함한다. 시트(16)는 흡수성 유리 매트(AGM)(18)와 같은 유리 매트일 수 있다. 시트(16)는 프레임(14) 내부에 그리고 그에 인접하여 위치된다. 시트(16)는 프레임(14)과 일체형이거나 그에 부착될 수 있다. 분리기(10)는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 각각의 개구(20)는 삽입물(22)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 삽입물(22)은 분리기(10)로부터, 예를 들어 시트(16)로부터 돌출된다. 분리기(10)에 인접하여 바이폴라 플레이트(54)가 있다. 바이폴라 플레이트(54)는 기판(56) 및 프레임(14)을 포함한다. 프레임(14)은 바이폴라 플레이트(54)의 기판(56) 주변에 대해 융기된 에지를 형성한다. 바이폴라 플레이트(54)는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 각각의 개구(20)는 삽입물(22)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 삽입물(22)은 바이폴라 플레이트(54)의 기판(56)으로부터 돌출된다. 삽입물들(22) 및 채널 개구들(20)는 정렬되고 삽입물들(22)은 전극 플레이트들(12)의 스택을 통해 하나 이상의 횡단 채널(30)을 형성하도록 맞물린다. 하나 이상의 포스트(24)(도시되지 않음)가 하나 이상의 횡단 채널(30)을 통해 연장되도록 하나 이상의 횡단 채널(30)은 이를 통해 하나 이상의 포스트(24)(미도시)를 수용할 수 있다. 배터리 어셈블리(1)는 도 4에 도시된 바와 같이 하나 이상의 활성 물질(60)(도시되지 않음) 및/또는 하나 이상의 전사 시트(62)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 배터리 어셈블리(1)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 하나 이상의 트로프(34)(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
도 8은 배터리 어셈블리(1)의 단면의 사시도를 도시한다. 단면은 복수의 호이단 채널들(30)을 통해 취해진다. 배터리 어셈블리(1)는 단부 플레이트(50)로서 대향하는 모노폴라 플레이트들(48)을 포함한다. 모노폴라 플레이트(48)는 내부 보강 구조(52)를 포함한다. 배터리 어셈블리(1)는 분리기(10)와 교번하는 복수의 전극 플레이트들(12)의 스택(5)을 포함한다. 전극 플레이트들(12)은 대향하는 모노폴라 플레이트들(48) 및 그 사이에 복수의 바이폴라 플레이트들(54)을 포함한다. 전극 플레이트들(12)은 삽입물들(22)을 포함한다. 삽입물들(22)은 정렬되고 서로 맞물린다. 일부 삽입물들(22)은 프레임(14)의 일부로서 또는 그에 매우 근접하여 형성될 수 있다. 삽입물들(22)은 이를 관통하는 개구들(20)을 포함한다. 개구들(20)는 횡단 채널들(30)을 형성하도록 정렬된다. 횡단 채널들(30)은 배터리 어셈블리(1)를 통해 횡방향으로 연장된다. 횡단 채널들(30)은 전극 플레이트들(12), 분리기들(10), 활성 물질(60), 및 한 쌍의 전극 플레이트들(12) 사이에 위치한 전해질(70)(미도시)을 통해 연장된다. 하나 이상의 횡단 채널(30)은 이를 통해 연장되는 하나 이상의 포스트(24)(미도시)를 가질 수 있다. 횡단 채널들(30) 중 하나 이상은 채우기 채널(32)이다. 채우기 채널(32)은 헤드스페이스(68)와 유체 연통할 수 있다. 헤드스페이스(68)는 하나 이상의 배기구(26), 배기 구멍(44), 밸브(46), 포트(68), 또는 이들의 조합을 갖는 활성 영역 외부의 영역일 수 있다. 헤드스페이스(68)는 액체 전해질 또는 다른 유체(미도시)를 수용하는 영역일 수 있다. 전극 플레이트들(12) 및 분리기들(14)은 개별 프레임들(14)을 포함한다. 프레임들(14)은 배터리 어셈블리(1)의 주변에 대해 정렬되고 서로 맞물린다. 일부 삽입물(22)은 배기 구멍들(44)을 포함한다.
도 9는 복수의 시트들(16)을 갖는 분리기(10)의 어셈블리를 도시한다. 시트들(16) 중 일부는 외부 시트들(16a)이고 다른 일부는 내부 시트(16b)이다. 내부 시트(16b)는 단일 시트 또는 복수의 시트들일 수 있다. 시트(16)는 분리기(10)로 적층되기 전에 내부에 형성된 개구들(20)를 갖거나 갖지 않을 수 있다. 개구들(20)는 분리기(10)를 형성하는 복수의 시트들(16)로서 적층될 때 정렬된다. 내부 시트(16b)는 복수의 트로프들(34)을 포함한다. 복수의 시트들(16)는 외부 시트들(16a) 사이에 하나 이상의 내부 시트(16b)가 위치하도록 적층된다. 시트들(16)의 스택은 분리기(10)를 형성한다. 내부 시트(16b)에 형성된 복수의 트로프들(34)은 외부 시트(16a)에 의해 둘러싸여 있다.
도 10 및 도 11은 각각 배터리 어셈블리(1)의 단면을 도시한다. 배터리 어셈블리(1)의 단면은 분리기(10)를 노출시키는 것으로 취해진다. 도 10의 분리기는 도 1에 도시된 것과 같은 트로프들(34)을 포함한다. 도 11의 분리기는 트로프(34)를 포함하지 않는다. 도 10 및 11 둘 모두는 분리기(10) 내로 흡수되는 전해질(70)을 도시한다.
도 12는 배터리 어셈블리(1)(도시되지 않음)를 전해질(70)(도시되지 않음)로 채우는 데 걸리는 시간을 나타내는 그래프를 도시한다. 그래프는 도 10 및 도 11에 각각 도시된 바와 같이, 트로프가 있는 배터리 어셈블리(1) A와 트로프가 없는 배터리 어셈블리(1) B의 채우기를 예시한다.
도 13은 배터리 어셈블리를 제조하기 위한 방법에 대한 흐름도를 도시한다. 방법은 배터리 어셈블리를 조립(100)하는 것으로 시작할 수 있다. 조립 시, 방법은 경화(110)를 포함할 수 있다. 경화는 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 유체를 순환시킴으로써 완료될 수 있다. 유체 순환은 본 명세서에 설명된 열 제어 사이클링을 참조하거나 이와 유사하게 동작할 수 있다. 경화는 배터리 어셈블리를 통해 순환되는 습하거나 건조한 공기를 통해 완료될 수 있다. 경화 동안 하나 이상의 유체는 도 1 내지 3에 도시된 것과 같은 하나 이상의 트로프 및 도 6 내지 8에 도시된 것과 같은 하나 이상의 채널을 통해 흐를 수 있다. 경화 후, 어셈블리는 배출될 수 있다(120). 배출은 진공을 끌어들이는 것을 포함할 수 있다. 배출과 동시에 또는 그 후에, 배터리 어셈블리는 초기 전해질(130)로 채워질 수 있다. 선택적으로, 피클링(140)이 시작될 수 있다. 피클링 단계를 거치지 않고 대신 형성(150)으로 이동할 수 있다. 피클링 및/또는 형성 동안 하나 이상의 유체가 배터리 어셈블리를 통해 순환될 수 있다. 유체 순환은 본 명세서에 기술된 바와 같이 열 제어 사이클링으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 유체(들)는 하나 이상의 전해질을 포함할 수 있다. 형성(160) 후, 배터리 어셈블리는 선택적으로 건조(160)될 수 있다. 건조는 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 하나 이상의 유체를 활용할 수 있다. 건조 중 유체 순환은 본 명세서에 설명된 열 제어 순환을 참조하거나 이와 유사하게 동작할 수 있다. 형성(150) 또는 건조(160) 후에, 배터리 어셈블리는 최종 전해질(170)로 채워질 수 있다. 채우기 후, 어셈블리는 완료될 수 있다(180). 열 제어 사이클링은 이 방법 동안 하나 이상의 단계 동안 유용할 수 있다. 열 제어 사이클링은 하나의 유체를 배출하고 동일하거나 다른 유체를 채우는 것을 의미할 수 있다. 열 제어 사이클링은 배출된 유체와 동일하거나 다른 온도에서 유체를 채우는 것을 포함할 수 있다. 열 제어 사이클링은 배터리 어셈블리를 하나 이상의 유체로 반복적으로 비우고 채우는 것을 포함할 수 있다. 파선으로 표시된 단계들은 열 제어 사이클링과 함께 특히 사용될 수 있다.
비교 예시
도 10 내지 도 12는 트로프들(34)의 추가가 배터리 어셈블리(1) 전체에 걸쳐 전해질(70)의 흐름을 상당히 촉진시킬 수 있는 방법을 예시한다. 그래프는 트로프들(34)이 약 14분 내에 90%가 채워가 채워지는 트로프들이 없는 배터리 어셈블리와 비교하여 배터리 어셈블리(1)가 약 1분 내에 전해질로 90% 충전되도록 하는 방법을 예시한다. 100% 전해질 충전을 달성하기 위해 트로프들은 14분 26초의 충전 시간을 제공하는 반면, 트로프가 없으면 약 46분의 충전 시간을 제공한다.
상기 출원에서 인용된 임의의 수치는 임의의 더 낮은 값과 임의의 더 높은 값 사이에 적어도 2 단위의 분리가 있는 경우 1 단위의 증분으로 하한 값에서 상한 값까지의 모든 값을 포함한다. 이들은 구체적으로 의도된 것의 예일 뿐이며, 열거된 가장 낮은 값과 가장 높은 값 사이의 모든 가능한 숫자 값 조합은 유사한 방식으로 본 출원에서 명시적으로 언급된 것으로 간주되어야 한다. 달리 명시되지 않는 한 모든 범위에는 끝점들과 끝점들 사이의 모든 숫자들이 모두 포함된다.
각도 측정을 설명하기 위한 "일반적으로" 또는 "실질적으로"라는 용어는 약 +/- 10o 이하, 약 +/- 5o 이하, 또는 심지어 약 +/- 1o 이하를 의미할 수 있다. 각도 측정을 설명하기 위한 "일반적으로" 또는 "실질적으로"라는 용어는 약 +/- 0.01o 이상, 약 +/- 0.1o 이상, 또는 심지어 약 +/- 0.5o 이상을 의미할 수 있다. 선형 측정, 백분율 또는 비율을 설명하기 위한 "일반적으로" 또는 "실질적으로"라는 용어는 약 +/- 10% 이하, 약 +/- 5% 이하, 또는 심지어 약 +/- 1% 이하를 의미할 수 있다. 선형 측정, 백분율 또는 비율을 설명하는 "일반적으로" 또는 "실질적으로"라는 용어는 약 +/- 0.01% 이상, 약 +/- 0.1% 이상, 또는 심지어 약 +/- 0.5% 이상을 의미할 수 있다.
조합을 설명하기 위해 "본질적으로 구성되는"이라는 용어는 확인된 요소, 성분, 컴포넌트 또는 단계, 및 조합의 기본적이고 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 그러한 다른 요소 성분, 컴포넌트 또는 단계를 포함해야 한다. 본 명세서에서 요소, 성분, 컴포넌트, 또는 단계의 조합을 설명하기 위해 "포함하다(comprising)" 또는 "포함하다(including)"이라는 용어의 사용은 또한 요소, 성분, 컴포넌트 또는 단계로 본질적으로 구성된 실시예를 고려한다.
복수의 요소, 성분, 컴포넌트 또는 단계는 단일 통합 요소, 성분, 컴포넌트 또는 단계에 의해 제공될 수 있다. 대안적으로, 단일 통합 요소, 성분, 컴포넌트 또는 단계는 별도의 복수 요소, 성분, 컴포넌트 또는 단계로 분할될 수 있다. 요소, 성분, 컴포넌트 또는 단계를 설명하기 위한 단부 표현("a" 또는 "하나")의 개시는 추가적인 요소, 컴포넌트 또는 단계를 배제하려는 의도가 아니다.

Claims (174)

  1. 바이폴라 배터리 어셈블리(bipolar battery assembly)에 있어서,
    a) 전극 플레이트 스택(electrode plate stack)을 형성하기 위해 함께 적층된 복수의 전극 플레이트들;
    b) 하나 이상의 전기화학 셀(electrochemical cell)들-여기서, 각각의 전기화학 셀은 한 쌍의 전극 플레이트들 사이에 형성됨-;
    c) 상기 하나 이상의 전기화학 셀들 내에 배치된 하나 이상의 분리기(separator)들; 및
    d) 상기 하나 이상의 전기화학 셀들의 각각에 형성되고 전해질(electrolyte)의 흐름을 상기 하나 이상의 전기화학 셀들로 안내하도록 구성된 하나 이상의 트로프(trough)들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들의 내부가 노출되고 상기 하나 이상의 전기화학 셀들의 내부와 유체 연통하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하나 이상의 전기화학 셀의 내부는 상기 전기화학 셀들의 활성 영역인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 분리기들에, 또는 상기 하나 이상의 분리기들과 하나 이상의 프레임들 사이의 주변 갭에, 또는 상기 하나 이상의 전극 플레이트들에, 또는 이들의 임의의 조합에 형성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 하나 이상의 분리기들은 다공성이고 비전도성인 하나 이상의 시트(sheet)들에 의해 형성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 하나 이상의 프레임들은 복수의 프레임들을 포함하고, 각각의 개별 프레임은 개별 전극 플레이트의 외부 주변을 형성하고; 및
    각각의 개별 프레임은 각각의 개별 전극 플레이트의 하나 이상의 기판들에 고정되거나 통합되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서, 상기 주변 갭은 상기 하나 이상의 분리기들의 외부 주면 표면과 상기 하나 이상의 프레임의 내향 대면 표면 사이의 거리로서 형성되는, 하는 바이폴라 배터리 어셈블리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 복수의 트로프들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극 플레이트들 및 상기 하나 이상의 분리기들은 각각 하나 이상의 개구(opening)들을 포함하고;
    복수의 상기 하나 이상의 개구들은 상기 전극 플레이트 스택을 횡단하여 연장되는 하나 이상의 채우기 채널(fill channel)들을 형성하도록 함께 정렬되는 복수의 채우기 개구들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 분리기들의 상기 하나 이상의 채우기 개구들과 유체 연통하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 채우기 개구들로부터 방사되는 복수의 트로프들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 분리기들, 상기 하나 이상의 분리기들의 제거된 물질의 하나 이상의 영역들, 또는 둘 모두에 하나 이상의 압축된 부분들을 포함하여, 상기 하나 이상의 분리기들의 나머지보다 더 작은 두께를 갖는 상기 하나 이상의 분리기들의 상기 하나 이상의 트로프들을 달성하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 압축 부분들을 형성하기 위한 상기 하나 이상의 시트들의 엠보싱된 부분(embossed portion)들인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 일시적인, 반영구적인, 영구적인 또는 이들의 조합인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 일시적이고 증가된 두께로 적어도 부분적으로 확장(예를 들어, 반동)되도록 구성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 전해질과의 최소 접촉 지속시간 후에 적어도 부분적으로 확장되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 주변 갭으로서 형성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주변 갭은 상기 하나 이상의 분리기들과 상기 전극 플레이트들의 하나 이상의 프레임들의 내향 대면 표면 사이의 전사 간극(transfer clearance)인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전사 간극은 상기 하나 이상의 분리기들이 상기 내향 대면 표면과 접촉하지 않고 상기 하나 이상의 프레임들에 위치될 수 있도록 상기 하나 이상의 분리기들의 상기 외부 주변 표면과 상기 하나 이상의 프레임들의 내향 대면 표면 사이의 간극 거리인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 전극 플레이트들의 하나 이상의 프레임들에 형성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  21. 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 프레임들의 하나 이상의 내향 대면 표면들에 형성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 프레임들의 하나 이상의 내향 대면 표면들에 하나 이상의 함몰부들로서 형성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  23. 제20항, 제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 노출되어 전기화학 셀의 활성 영역을 향하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 직선형, 곡선형, 비선형 등, 또는 이들의 임의의 조합인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 복수의 트로프들을 포함하고 상기 복수의 트로프들은 메인 트로프 및 하나 이상의 분기 트로프들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  26. 제25항에 있어서, 상기 메인 트로프는 상기 하나 이상의 채널 개구들과 직접 유체 연통하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 하나 이상의 분기 트로프들은 상기 하나 이상의 개구들로부터 이격되고 상기 메인 트로프와 유체 연통하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 분리기들은 하나 이상의 시트들로 구성되고; 및
    상기 하나 이상의 시트들은 면, 고무, 석면, 목재, 중합체, 유리, 세라믹, 또는 이들의 조합 중 하나 이상을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  29. 제28항에 있어서, 상기 하나 이상의 시트들은 흡수성 유리 매트를 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  30. 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이폴라 배터리 어셈블리는 납축 배터리(lead acid battery)인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  31. 제30항에 있어서, 상기 납축 배터리는 밸브 조절형 납축 배터리(VRLA)인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  32. 제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 분리기들의 상기 하나 이상의 채우기 개구들은 하나 이상의 채우기 채널들의 일부를 형성하거나, 이를 통과하는 하나 이상의 채우기 채널들을 갖거나, 또는 상기 바이폴라 배터리 어셈블리의 둘 모두에 해당하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  33. 제1항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 채우기 채널들은 채우기를 위한 전해질, 배기를 위한 가스, 또는 둘 모두를 수용하고 분배하도록 적응되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  34. 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 채우기 채널들은 하나 이상의 포트들(예를 들어, 채우기 포트)과 유체 연통하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  35. 제34항에 있어서, 상기 하나 이상의 포트들 중 적어도 하나는 영구적으로 플러깅되거나, 제거 가능한 플러그로 일시적으로 플러깅되거나, 또는 이 둘의 조합인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 하나 이상의 포트들은 단일 포트만을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  37. 제36항에 있어서, 상기 단일 포트는 진공을 끌어내고, 상기 전해질로 채우고, 상기 전해질을 배출하고, 배기를 제공하거나, 또는 이들의 임의의 조합을 위해 적응된, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  38. 제34항에 있어서, 상기 하나 이상의 포트들은 둘 이상의 포트들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  39. 제38항에 있어서, 상기 둘 이상의 포트들은 하나 이상의 채우기 포트들 및 하나 이상의 배출 포트들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  40. 제39항에 있어서, 상기 하나 이상의 배출 포트들은 상기 전해질을 배출하거나, 진공을 끌어내거나, 또는 둘 모두를 위해 구성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  41. 제1항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질은 액체 전해질인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  42. 제1항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널들은 상기 복수의 전극 플레이트들, 상기 하나 이상의 분리기들, 및 상기 전해질을 통한 것을 포함하는 상기 전기화학 셀을 통해 횡방향으로 통과하고; 및
    상기 하나 이상의 채널들은 상기 전해질로부터 밀봉되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  43. 제42항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널은 각각의 개별 전극 플레이트 및 선택적으로 서로 정렬된 하나 이상의 분리기들의 하나 이상의 개구들에 의해 형성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  44. 제43항에 있어서, 상기 복수의 전극 플레이트들, 및 선택적으로 상기 하나 이상의 분리기들의 하나 이상의 개구들은 상기 복수의 전극 플레이트들, 및 선택적으로 상기 하나 이상의 분리기들의 하나 이상의 삽입물들에 형성되고; 및
    상기 하나 이상의 삽입물들은 액체 전해질인 상기 전해질로부터 상기 하나 이상의 채널들을 밀봉하기 위해 하나 이상의 다른 삽입물들과 짝을 이루는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  45. 제1항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해질은 상기 전기화학 셀들 각각의 내에 위치하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  46. 제45항에 있어서, 상기 하나 이상의 분리기들은 상기 전해질의 적어도 일부를 흡수하고 보유하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  47. 제1항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상기 바이폴라 배터리 어셈블리의 하나 이상의 채널들을 통해 순환되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  48. 제47항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상기 전해질을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  49. 제47항 또는 제48항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상기 바이폴라 배터리에 열을 추가하거나, 상기 바이폴라 배터리로부터 열을 제거하거나, 또는 둘 모두를 수행하도록 구성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  50. 제47항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 습한 공기를 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  51. 제47항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상기 하나 이상의 전기화학 셀들의 하나 이상의 물질들을 건조시키도록 구성된, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  52. 제47항 내지 제51항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상기 하나 이상의 전기화학 셀들의 하나 이상의 활성 물질들을 경화시키기 위해 상기 바이폴라 배터리 어셈블리의 내부의 온도를 증가시키는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  53. 제51항 또는 제52항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 건조 유체들을 포함하고; 및 상기 하나 이상의 건조 유체들은 하나 이상의 건조 가스들, 물 격리 액체들, 임계점 건조 유체들, 또는 이들의 조합을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  54. 제51항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 건조 유체들을 포함하고; 및 상기 하나 이상의 건조 유체들은 상기 배터리 어셈블리의 내부로부터 액체 전해질을 제거하도록 구성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  55. 제54항에 있어서, 상기 하나 이상의 건조 유체들은 상기 배터리 어셈블리의 내부로부터 액체 전해질, 물, 다른 유체, 또는 이들의 조합을 제거하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  56. 제47항 내지 제55항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상기 하나 이상의 채널을 통해 순환하는 동안 납 종을 수집 및 제거하도록 구성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  57. 제47항 내지 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상기 하나 이상의 채널들을 통해 순환하는 동안 황산납을 수집 및 제거하도록 구성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  58. 제47항 내지 제57항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 아세트산, 메탄 설폰산, 또는 둘 모두를 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  59. 제47항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 반응성 물질들을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  60. 제59항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응성 물질들은 하나 이상의 산화제, 부동태화제, 용매화제, 또는 이들의 조합을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  61. 제59항 또는 제60항에 있어서,상기 하나 이상의 반응성 물질들은 과산화수소, 메탄 설폰산, 인산, 용액 중 납 이온, 황산나트륨, 유기-링고 설포네이트 등, 또는 이들의 조합을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  62. 제1항 내지 제61항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 바이폴라 배터리 어셈블리는 이를 통해 횡방향으로 통과하는 하나 이상의 채널들을 포함하고; 및
    상기 하나 이상의 채널들, 하나 이상의 트로프들, 또는 둘 모두는 상기 바이폴라 배터리 어셈블리 내의 헤드스페이스(headspace)와 유체 연통하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  63. 제1항 내지 제62항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들, 하나 이상의 채널들, 또는 둘 모두는 상기 바이폴라 배터리 어셈블리 내의 가스들을 관리하도록 구성되는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  64. 바이폴라 배터리용 분리기에 있어서,
    a) 다공성 및 비전도성이며 이를 통한 전해질, 이온, 전자 또는 이들의 조합을 허용하도록 구성된 하나 이상의 시트들;
    b) 하나 이상의 채널들을 형성하기 위해 인접한 전극 플레이트들의 하나 이상의 다른 개구들과 정렬되도록 구성된 상기 시트의 하나 이상의 개구들;
    c) 상기 시트의 두께가 감소된 하나 이상의 채널들로서 상기 시트에 형성되고 상기 바이폴라 배터리의 전해질의 흐름을 안내하도록 적응된 하나 이상의 트로프들을 포함하는, 분리기.
  65. 제64항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 복수의 트로프들을 포함하는, 분리기.
  66. 제64항 또는 제65항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 개구들 중 적어도 하나와 유체 연통하는, 분리기.
  67. 제66항에 있어서, 상기 하나 이상의 개구들은 채우기 개구를 포함하는, 분리기.
  68. 제67항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 채우기 개구로부터 방사되는 복수의 트로프들을 포함하는, 분리기.
  69. 제64항 내지 제68항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 시트들의 상기 감소된 두께를 달성하기 위해 상기 하나 이상의 시트들, 상기 하나 이상의 시트들의 시트 물질이 제거된 하나 이상의 영역들, 또는 둘 모두의 하나 이상의 압축된 부분들을 포함하는, 분리기.
  70. 제69항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 압축된 부분들을 형성하기 위한 상기 하나 이상의 시트들의 엠보싱된 부분들인, 분리기.
  71. 제64항 내지 제70항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 일시적인, 반영구적인, 영구적인 또는 이들의 조합인, 분리기.
  72. 제71항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 일시적이고 증가된 두께로 적어도 부분적으로 확장(예를 들어, 반동)하도록 구성되는, 분리기.
  73. 제64항 내지 제72항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 전해질과의 최소 접촉 지속시간 후에 적어도 부분적으로 확장하는, 분리기.
  74. 제64항 내지 제73항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 직선형, 곡선형, 비선형 등, 또는 이들의 임의의 조합인, 분리기.
  75. 제64항 내지 제74항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 트로프들은 복수의 트로프들을 포함하고, 상기 복수의 트로프들은 메인 트로프 및 하나 이상의 분기 트로프들을 포함하고;
    상기 메인 트로프는 상기 하나 이상의 개구들과 직접 유체 연통하고; 및
    상기 하나 이상의 분기 트로프들은 상기 하나 이상의 개구로부터 이격되고 상기 메인 트로프와 유체 연통하는, 분리기.
  76. 제64항 내지 제75항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 시트들은 면, 고무, 석면, 목재, 중합체, 유리, 세라믹 등, 또는 이들의 조합으로부터 하나 이상을 포함하는, 분리기.
  77. 제64항 내지 제76항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 시트들은 흡수성 유리 매트를 포함하는, 분리기.
  78. 제64항 내지 제77항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리기는 상기 하나 이상의 시트들 주위에 프레임을 포함하는, 분리기.
  79. 제64항 내지 제78항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임이 상기 하나 이상의 시트들과 통합되거나, 상기 하나 이상의 시트들에 부착되거나, 둘 모두에 해당하는, 분리기.
  80. 바이폴라 배터리 어셈블리에 있어서,
    a) 함께 적층되어 그 사이에 하나 이상의 전기화학 셀들을 형성하는 복수의 전극 플레이트들;
    b) 그 내부에 형성된 하나 이상의 트로프들을 갖는 하나 이상의 분리기들-여기서, 상기 하나 이상의 분리기들은 상기 하나 이상의 전기화학 셀들 사이에 위치됨-; 및
    c) 상기 하나 이상의 전기화학 셀들에 위치한 전해질을 포함하는, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  81. 제80항에 있어서, 상기 하나 이상의 분리기들은 제64항 내지 제79항 중 어느 한 항으로부터의 상기 하나 이상의 분리기들인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  82. 제1항 내지 제63항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 분리기들은 제64항 내지 제79항 중 어느 한 항으로부터의 상기 하나 이상의 분리기들 중 하나인, 바이폴라 배터리 어셈블리.
  83. 배터리 어셈블리를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 그 내부에 하나 이상의 반응물들을 갖는 액체 전해질로 배터리 어셈블리를 채우는 단계;
    b) 선택적으로, 상기 배터리 어셈블리를 피클링(pickling)하는 단계;
    c) 전하를 인가함으로써 상기 배터리 어셈블리를 형성하는 단계; 및
    d) 상기 배터리 어셈블리의 내부 온도를 임계 온도 아래로 유지하기 위한 열 제어 사이클링(thermal control cycling) 단계를 포함하는, 방법.
  84. 제83항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리는 제64항 내지 제79항 중 어느 한 항에 따른 상기 분리기, 제1항 내지 제63항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 어셈블리, 제80항 내지 제82항 중 어느 한 항에 따른 상기 배터리 어셈블리, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 방법.
  85. 제83항 또는 제84항에 있어서, 상기 채우기는 진공 하에 일어나는, 방법.
  86. 제85항에 있어서, 상기 진공은 상기 채우기 전 또는 채우기와 동시에 당겨지는, 방법.
  87. 제83항 내지 제86항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채우기에 사용되는 상기 액체 전해질은 칠링된 전해질(chilled electrolyte)인, 방법.
  88. 제87항에 있어서, 상기 칠링된 전해질은 상기 배터리 어셈블리의 내부 온도 미만 및 주위 온도 미만, 주위 온도 또는 주위 온도 이상의 온도를 갖는, 방법.
  89. 제87항 또는 제88항에 있어서, 상기 칠링된 전해질은 약 0°C 이상 내지 약 20°C 이하의 온도를 갖는, 방법.
  90. 제83항 내지 제89항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피클링, 상기 형성 또는 둘 모두 동안, 상기 전해질은 주위 온도보다 높은 온도(예를 들어, 가온된 전해질)로 가열되는, 방법.
  91. 제83항 내지 제90항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 제어 사이클링은 상기 전해질의 적어도 부분적인 배출을 포함하는, 방법.
  92. 제91항에 있어서, 상기 적어도 부분적인 배출은 상기 피클링, 상기 형성 또는 둘 모두 동안 상기 전해질이 가온된 후에 발생하는, 방법.
  93. 제83항 내지 제92항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 제어 사이클링은 상기 피클링, 상기 형성 또는 둘 모두와 동시에 발생하는, 방법.
  94. 제83항 내지 제93항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 제어 사이클링은 상기 배출된 전해질의 적어도 부분적 교체를 포함하는, 방법.
  95. 제94항에 있어서, 상기 부분적인 교체는 상기 배출된 전해질의 온도 또는 그 이하의 온도에서 상기 칠링된 전해질, 가온된 전해질, 또는 둘 모두인, 방법.
  96. 제83항 내지 제95항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피클링, 상기 형성 또는 둘 모두 동안 초래된 반응들이 완료될 때 상기 열 제어 사이클링이 완료되는, 방법.
  97. 제83항 내지 제96항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 제어 사이클링이 초기 전해질의 배출 및 후속 전해질로의 교체를 포함하는, 방법.
  98. 제97항에 있어서, 상기 초기 전해질이 상기 후속 전해질보다 낮은 비중을 갖는, 방법.
  99. 제83항 내지 제98항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 배터리 어셈블리의 하나 이상의 채널들, 트로프들, 또는 둘 모두를 통해 하나 이상의 유체를 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  100. 제83항 내지 제99항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 채우기, 피클링, 형성, 열 제어 사이클링 또는 이들의 조합 동안 상기 배터리 어셈블리 내에서 흐르는, 방법.
  101. 제83항 내지 제100항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 상기 하나 이상의 유체들은 상기 배터리 어셈블리의 내부 온도를 상승시켜 하나 이상의 활성 물질들을 경화시키는, 방법.
  102. 제83항 내지 제101항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리를 통해 순환하는 하나 이상의 유체들은 전해질, 공기, 하나 이상의 건조 유체들, 하나 이상의 납 수집 유체들, 하나 이상의 반응성 물질들, 하나 이상의 전해질 제거 유체들, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 방법.
  103. 제102항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 습한 공기인 공기를 포함하는, 방법.
  104. 제103항에 있어서, 상기 습한 공기는 약 50% 이상 내지 약 100% 이하의 상대 습도를 갖는, 방법.
  105. 제83항 내지 제104항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 상기 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 활성 물질들, 유체들, 또는 이들의 조합을 건조시키는, 방법.
  106. 제105항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 형성 후에 상기 하나 이상의 활성 물질들, 상기 배터리 어셈블리 내의 다른 내부 표면들, 또는 이들의 조합을 건조시키는, 방법.
  107. 제105항 또는 제106항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 건조 유체들을 포함하고, 상기 하나 이상의 건조 유체들은 하나 이상의 건조 가스들, 물 격리 액체들, 임계점 건조 유체들, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  108. 제105항 내지 제107항 중 어느 한 항에 있어서, 건조는 액체 전해질, 물, 기타 유체, 또는 이들의 조합을 건조 및/또는 제거하는, 방법.
  109. 제105항 내지 제108항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 활성 물질들은 경화 후에 건조되는, 방법.
  110. 제83항 내지 제109항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리 내의 하나 이상의 활성 물질들은 상기 형성 후에 건조되는, 방법.
  111. 제83항 내지 제110항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 납 수집 유체들을 포함하고, 상기 하나 이상의 납 수집 유체들은 상기 하나 이상의 채널들을 통해 순환하는 동안 하나 이상의 납 종들을 수집하는 기능을 하는, 방법.
  112. 제111항에 있어서, 상기 하나 이상의 납 종들을 수집하면 상기 하나 이상의 납 수집 유체들은 상기 배터리 어셈블리로부터 제거되는, 방법.
  113. 제111항 또는 제112항에 있어서, 상기 하나 이상의 납 종들은 황산납을 포함하는, 방법.
  114. 제111항 내지 제113항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 배터리 어셈블리를 방전시키는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 납 종들은 상기 방전 동안 상기 배터리 어셈블리의 전기화학 셀들에서 생성되는, 방법.
  115. 제83항 내지 제114항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 상기 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 전해질 제거 유체들을 포함하고, 상기 하나 이상의 전해질 제거 유체들은 상기 배터리 어셈블리의 내부로부터 전해질을 대체 및 제거하도록 구성되는, 방법.
  116. 제115항에 있어서, 상기 하나 이상의 전해질 제거 유체들은 아세트산, 메탄 설폰산, 또는 둘 모두를 포함하는, 방법.
  117. 제83항 내지 제116항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 채널들, 트로프들 또는 둘 모두는 상기 배터리 어셈블리의 헤드스페이스와 유체 연통하는, 방법.
  118. 제83항 내지 제117항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 상기 하나 이상의 유체들은 하나 이상의 반응성 물질들을 포함하는, 방법.
  119. 제118항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응성 물질은 하나 이상의 산화제들, 부동태화제들, 용매화제들, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  120. 제118항 또는 제119항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응성 물질들은 상기 배터리 어셈블리의 하나 이상의 단계들에서 하나 이상의 채널들, 트로프들, 또는 둘 모두를 통해 흐르는, 방법.
  121. 제120항에 있어서, 상기 하나 이상의 단계들은 피클링, 형성, 충전, 방전 등 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  122. 제118항 내지 제121항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 반응성 물질들은 과산화수소, 메탄 설폰산, 인산, 용액의 납 이온, 황산나트륨, 유기-링고 술포네이트 등, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  123. 제118항 내지 제122항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 산화제들은 상기 하나 이상의 활성 물질들의 미형성된 페이스트에서 무납(free lead)을 감소시키는, 방법.
  124. 제118항 내지 제123항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 부동태화제들은 상기 형성 후에 상기 전기화학 셀들에서 납 부식을 감소, 방지 또는 정지시키는, 방법.
  125. 제83항 내지 제124항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널들, 트로프들, 또는 둘 모두는 피클링, 형성, 열 순환, 충전, 방전 또는 이들의 조합 동안 상기 배터리 어셈블리의 내부로부터 생성된 하나 이상의 가스들을 수집하기 위해 사용되는, 방법.
  126. 제125항에 있어서, 상기 하나 이상의 가스들은 수소, 산소, 또는 둘 모두를 포함하는, 방법.
  127. 제125항 또는 제126항에 있어서, 상기 하나 이상의 채널들, 트로프들, 또는 둘 모두는 하나 이상의 벤트와 배기구들과 유체 연통하고; 및
    상기 하나 이상의 가스들은 상기 하나 이상의 배기구들을 통해 방출되는, 방법.
  128. 제125항 내지 제127항 중 어느 한 항에 있어서, 가스 수집이 가속화된 배터리 부식을 초래하는, 방법.
  129. 제128항에 있어서, 상기 가속화된 배터리 부식은 상기 배터리 어셈블리의 가속화된 수명 테스트를 허용하는, 방법.
  130. 제83항 내지 제129항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리는 하나 이상의 포트들을 포함하는, 방법.
  131. 제130항에 있어서, 상기 하나 이상의 포트들은 하나 이상의 채널들, 트로프들, 또는 둘 모두와 유체 연통하는, 방법.
  132. 제131항에 있어서, 상기 하나 이상의 포트들은 하나 이상의 유체들을 수용하거나, 하나 이상의 유체들을 배출하거나, 또는 둘 모두를 위해 구성된 하나 이상의 채우기 포트들을 포함하는, 방법.
  133. 제132항에 있어서, 상기 방법은 상기 형성이 완료된 후에 상기 하나 이상의 채우기 포트들을 플러깅하는 단계를 포함하는 방법.
  134. 제133항에 있어서, 상기 하나 이상의 채우기 포트들은 영구적으로 플러깅되거나, 일시적으로 플러깅되거나, 또는 둘 모두인, 방법.
  135. 제132항 또는 제133항에 있어서, 상기 방법은 제거 가능한 플러그로 상기 하나 이상의 채우기 포트들을 플러깅하는 단계를 포함하는, 방법.
  136. 제83항 내지 제135항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 하나 이상의 포트들을 통해 하나 이상의 유체들을 흐르게 하는 단계를 포함하는, 방법.
  137. 제136항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 적어도 하나 이상의 제1 유체들 및 하나 이상의 제2 유체들을 포함하는, 방법.
  138. 제136항 또는 제137항에 있어서, 상기 하나 이상의 포트들은 제1 포트 및 제2 포트를 포함하는 둘 이상의 포트들을 포함하는, 방법.
  139. 제136항 내지 제138항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 제1 유체들이 제1 포트를 통해 흐르고 하나 이상의 제2 유체들이 제2 포트를 통해 흐르는, 방법.
  140. 제136항 내지 제139항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리 어셈블리를 동시에 흐르면서 하나 이상의 제1 유체들이 하나 이상의 제2 유체들로부터 분리된 상태로 유지되는, 방법.
  141. 제83항 내지 제140항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 유체들은 상기 배터리 어셈블리의 상이한 부분들을 독립적으로 가열 및/또는 냉각하는, 방법.
  142. 제141항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 상이한 부분들을 동시에 가열 및/또는 냉각하는, 방법.
  143. 단일 워크스테이션(workstation)에서 배터리 어셈블리를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 상기 단일 워크스테이션에서 복수의 전기화학 셀들을 갖는 형성된 배터리 스택을 제공하는 단계;
    b) 선택적으로, 상기 배터리 어셈블리를 통해 하나 이상의 피클링 유체들을 흐르게 하면서 상기 배터리 어셈블리를 피클링하는 단계; 및
    c) 하나 이상의 형성 유체들이 상기 배터리 어셈블리를 통해 흐르는 동안 전하를 적용함으로써 상기 배터리 어셈블리를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  144. 제143항에 있어서, 형성된 배터리 스택은:
    i) 각각이 그 위에 페이스트 형태의 하나 이상의 활성 물질들을 갖는 기판을 갖는 복수의 적층된 전극 플레이트들;
    ii) 상기 기판 및 각각의 전극 플레이트의 상기 하나 이상의 활성 물질들을 포함하는, 상기 복수의 적층된 전극 플레이트들을 통해 횡방향으로 통과하는 하나 이상의 채널들; 및
    iii) 상기 하나 이상의 전기화학 셀들 내에 형성되고 상기 하나 이상의 채널들 중 적어도 하나와 유체 연통하는 하나 이상의 트로프들을 포함하고, 상기 하나 이상의 트로프들은 상기 하나 이상의 채널들에 실질적으로 수직이고, 하나 이상의 활성 물질들을 그 위에 캐리하는 상기 기판의 하나 이상의 표면과 실질적으로 평행하고, 또는 둘 모두에 해당하는, 방법.
  145. 제143항 또는 제144항에 있어서, 상기 액체 전해질은 하나 이상의 반응물들을 포함하는, 방법.
  146. 제143항 내지 제145항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 하나 이상의 전극 플레이트들의 하나 이상의 기판들 상에 위치된 상기 하나 이상의 활성 물질들을 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  147. 제146항에 있어서, 상기 경화는 하나 이상의 채널들, 트로프들 또는 둘 모두를 통해 하나 이상의 유체들을 흐르게 하는 것을 포함하는, 방법.
  148. 제147항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 습한 공기를 포함하는, 방법.
  149. 제143항 내지 제148항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 하나 이상의 전극 플레이트들의 상기 하나 이상의 기판들 상에 위치된 상기 하나 이상의 활성 물질들을 건조시키는 단계를 포함하는, 방법.
  150. 제143항 내지 제149항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 건조는 경화, 형성 또는 둘 모두 후에 일어나는, 방법.
  151. 제149항 또는 제150항에 있어서, 상기 건조는 하나 이상의 채널들, 트로프들 또는 둘 모두를 통해 하나 이상의 유체를 흐르게 하는 것을 포함하는, 방법.
  152. 제151항에 있어서, 상기 하나 이상의 유체들은 건조한 공기, 유체 동안, 또는 둘 모두를 포함하는, 방법.
  153. 제143항 내지 제152항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 피클링 유체들은 하나 이상의 액체 전해질을 포함하는, 방법.
  154. 제153항에 있어서, 상기 하나 이상의 액체 전해질들은 칠링된 전해질을 포함하는, 방법.
  155. 제154항에 있어서, 상기 칠링된 전해질은 주위 온도보다 낮은 온도(예를 들어, 약 0°C 이상 내지 약 20°C 이하)를 갖는, 방법.
  156. 제153항 내지 제155항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 피클링 유체들은 하나 이상의 희석된 액체 전해질을 포함하는, 방법.
  157. 제143항 내지 제156항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형성 유체들은 하나 이상의 액체 전해질을 포함하는, 방법.
  158. 제157항에 있어서, 상기 하나 이상의 액체 전해질들은 칠링된 전해질, 가열된 전해질, 또는 둘 모두를 포함하는, 방법.
  159. 제158항에 있어서, 상기 가열된 전해질이 주위 온도보다 높은 온도를 갖는, 방법.
  160. 제157항 내지 제159항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 형성 유체들은 하나 이상의 희석된 액체 전해질을 포함하는, 방법.
  161. 제143항 내지 제160항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 배터리 어셈블리를 형성하기 위해 하나 이상의 채널들, 트로프들, 또는 둘 모두를 통해 상기 형성된 배터리 스택의 전기화학 셀들을 액체 전해질로 채우는 단계를 포함하는, 방법.
  162. 제161항에 있어서, 상기 방법은 상기 액체 전해질로 채우기 전 또는 동시에 상기 형성된 배터리 스택으로부터 상기 하나 이상의 피클링 유체들, 상기 하나 이상의 형성 유체들, 또는 둘 모두를 배출하는 단계를 포함하는, 방법.
  163. 제161항 또는 제162항에 있어서, 채우기 후, 또는 그 이상의 포트들이 영구적으로 및/또는 일시적으로 밀봉되는, 방법.
  164. 제143항 내지 제163항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 하나 이상의 밸브들, 단자들, 커버들, 멤브레인들, 스트랩들, 라벨들, 또는 이들의 조합을 추가하는 단계를 포함하는, 방법.
  165. 제143항 내지 제164항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 하나 이상의 활성 물질을 경화, 건조 또는 둘 모두를 위해 경화 오븐, 건조 오븐, 또는 둘 모두를 사용하지 않는, 방법.
  166. 제143항 내지 제165항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 피클링, 형성, 채우기 또는 이들의 조합 동안 채우기 및 형성 탱크를 사용하지 않는, 방법.
  167. 제143항 내지 제166항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 하나 이상의 활성 물질들, 상기 배터리 어셈블리의 다른 내부 표면들, 또는 둘 모두를 건조하는 단계를 포함하는, 방법.
  168. 제167항에 있어서, 상기 하나 이상의 활성 물질들은 액체 전해질을 포함하는, 방법.
  169. 제167항 또는 제168항에 있어서, 상기 다른 유체들은 물을 포함하는, 방법.
  170. 제143항 내지 제169항 중 어느 한 항에 있어서, 제83항 내지 제142항 중 어느 한 항의 방법 단계들 중 어느 하나를 포함하는, 방법.
  171. 제143항 내지 제170항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 제1항 내지 제63항 중 어느 한 항에 따른 배터리 어셈블리, 제80항 내지 제82항 중 어느 한 항에 따른 배터리 어셈블리, 또는 이들의 조합을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  172. 제143항 내지 제171항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성된 배터리 스택은 제64항 내지 제79항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 분리기들을 포함하는, 방법.
  173. 제143항 내지 제172항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단일은 워크스테이션은 상기 배터리 어셈블리를 제조하기 위한 모든 장비를 포함하는, 방법.
  174. 제143항 내지 제173항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단일 워크스테이션은 조립, 경화, 배출, 채우기, 피클링, 형성, 건조, 동작 전 초기 충전, 납 배출, 배수 또는 이들의 조합을 위한 모든 장비를 포함하는, 방법.
KR1020227035457A 2020-03-16 2021-03-16 배터리 어셈블리, 그 제조 방법 및 열 제어 KR20220154744A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202062990073P 2020-03-16 2020-03-16
US62/990,073 2020-03-16
PCT/US2021/022618 WO2021188583A1 (en) 2020-03-16 2021-03-16 Battery assembly, method of preparation, and thermal control thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220154744A true KR20220154744A (ko) 2022-11-22

Family

ID=75439531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227035457A KR20220154744A (ko) 2020-03-16 2021-03-16 배터리 어셈블리, 그 제조 방법 및 열 제어

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230142076A1 (ko)
EP (1) EP4122031A1 (ko)
JP (1) JP2023518236A (ko)
KR (1) KR20220154744A (ko)
CN (1) CN115836405A (ko)
BR (1) BR112022018425A2 (ko)
WO (1) WO2021188583A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3977550A1 (en) 2019-05-24 2022-04-06 Advanced Battery Concepts, LLC Battery assembly with integrated edge seal and methods of forming the seal
US11978878B1 (en) 2023-03-30 2024-05-07 AEsir Technologies, Inc. Bi-polar lithium-zinc-ion batteries
CN116417758B (zh) * 2023-06-09 2023-09-08 宁德新能源科技有限公司 隔膜及电化学装置
CN116885330B (zh) * 2023-09-08 2023-12-08 深圳市杰成镍钴新能源科技有限公司 电池放电装置及其冷却控制方法、放电组件

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5068160A (en) * 1990-04-17 1991-11-26 Ensci, Inc. Bipolar plate battery
US5688615A (en) * 1995-11-03 1997-11-18 Globe-Union, Inc. Bipolar battery and method of making same
JP5585622B2 (ja) * 2005-09-05 2014-09-10 日産自動車株式会社 バイポーラ電池の製造方法
JP4770489B2 (ja) 2006-01-31 2011-09-14 トヨタ自動車株式会社 電極積層体およびバイポーラ２次電池
EP2389698B1 (en) 2009-01-21 2017-10-04 Advanced Battery Concepts, Llc Bipolar battery assembly
KR101281037B1 (ko) * 2011-04-06 2013-07-09 주식회사 엘지화학 세퍼레이터 및 이를 구비하는 전기화학소자
US10141598B2 (en) 2011-10-24 2018-11-27 Advanced Battery Concepts, LLC Reinforced bipolar battery assembly
US9685677B2 (en) * 2011-10-24 2017-06-20 Advanced Battery Concepts, LLC Bipolar battery assembly
JP5883942B2 (ja) 2011-10-24 2016-03-15 アドバンスト バッテリー コンセプツ エルエルシー バイポーラバッテリ組立体
US10615393B2 (en) 2011-10-24 2020-04-07 Advanced Battery Concepts, LLC Bipolar battery assembly
US20190044129A1 (en) * 2016-02-02 2019-02-07 Research Foundation Of The City University Of New York Rechargeable Alkaline Manganese Dioxide-Zinc Bipolar Batteries
EP3625843A2 (en) 2017-05-19 2020-03-25 Advanced Battery Concepts, LLC Battery plates useful in bipolar battery assemblies and methods of preparation
DE112018002624T5 (de) 2017-06-23 2020-05-14 Advanced Battery Concepts, LLC Verstärkte bipolarbatteriebaugruppe
JP2019087414A (ja) * 2017-11-07 2019-06-06 株式会社豊田自動織機 バイポーラ電池の製造方法
US20190379036A1 (en) 2018-06-12 2019-12-12 Advanced Battery Concepts, LLC Method for preparing battery plates
JP7369189B2 (ja) 2018-11-15 2023-10-25 アドバンスト バッテリー コンセプツ エルエルシー バッテリアセンブリの電力密度とエネルギ密度とのバランスを取ることに有用である作用物質
EP3977550A1 (en) 2019-05-24 2022-04-06 Advanced Battery Concepts, LLC Battery assembly with integrated edge seal and methods of forming the seal

Also Published As

Publication number Publication date
EP4122031A1 (en) 2023-01-25
JP2023518236A (ja) 2023-04-28
US20230142076A1 (en) 2023-05-11
CN115836405A (zh) 2023-03-21
BR112022018425A2 (pt) 2022-11-01
WO2021188583A1 (en) 2021-09-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20220154744A (ko) 배터리 어셈블리, 그 제조 방법 및 열 제어
JP6503411B2 (ja) バイポーラバッテリ組立体
US9825336B2 (en) Bipolar battery assembly
EP3480867B1 (en) Bipolar battery assembly
KR101887713B1 (ko) 리튬 축전지
JP7271601B2 (ja) バイポーラ電池アセンブリに有用な電池プレート及び調製方法
US10446822B2 (en) Bipolar battery assembly
JP2022507582A (ja) バッテリアセンブリの電力密度とエネルギ密度とのバランスを取ることに有用である作用物質
KR20230047061A (ko) 보강형 2극 배터리 조립체
KR20220113754A (ko) 온도 제어 바이폴라 배터리 어셈블리
WO2023049263A2 (en) Method of preparing a dry battery assembly suitable for storage