Construcciones apiladas para baterías electroquímicas.

Una batería, que comprende:

un apilamiento de una pluralidad de unidades de electrodo en una dirección de apilamiento,

comprendiendo elapilamiento:

una primera unidad de electrodo;

una segunda unidad de electrodo apilada sobre la parte superior de la primera unidad de electrodo en la dirección deapilamiento; y

una primera capa de electrolito dispuesta entre la primera unidad de electrodo y la segunda unidad de electrodo,comprendiendo además la batería:

una primera junta situada alrededor de la primera capa de electrolito, en la que la primera capa de electrolito estásellada mediante la primera junta y las unidades de electrodo primera y segunda, en la que la primera junta incluyeun primer miembro de junta y un segundo miembro de junta, y en la que el primer miembro de junta essustancialmente incompresible y el segundo miembro de junta es compresible.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2008/001888.

Solicitante: Ogg, Randy.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 28005 NW 46th Avenue Newberry, FL 32669 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: OGG,RANDY, HIGGINS,MARTIN PATRICK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01M10/04 ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej. BATERÍAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 10/00 Células secundarias; Su fabricación. › Construcción o fabricación en general (H01M 10/058, H01M 10/12, H01M 10/28, H01M 10/38 tienen prioridad).
  • H01M2/08
  • H01M6/42 H01M […] › H01M 6/00 Células primarias; Su fabricación. › Agrupamiento de elementos primarios en baterías (H01M 6/40 tiene prioridad).

PDF original: ES-2400625_T3.pdf

 

Construcciones apiladas para baterías electroquímicas.

Fragmento de la descripción:

Construcciones apiladas para baterías electroquímicas.

Campo técnico de la invención La presente invención se refiere, de modo general, a baterías y, más particularmente, a aparatos y métodos para mejorar las construcciones apiladas de baterías electroquímicas.

Antecedentes de la invención Las baterías usuales se han fabricado como una batería de celdas enrolladas que tiene solamente dos electrodos o como una batería de celdas prismáticas estándar que tiene muchos conjuntos de placas en paralelo. En ambos tipos, el electrolito puede estar compartido en cualquier lugar dentro de la batería. Las estructuras de celdas enrolladas y celdas prismáticas adolecen de altas resistencias eléctricas debido a que sus trayectorias eléctricas tienen que cruzar múltiples conexiones y separarse distancias significativamente largas para cubrir el circuito completo desde una celda hasta la siguiente en una disposición en serie.

Recientemente, se han desarrollado diversos tipos de baterías con celdas selladas en una formación apilada que son capaces de proporcionar regímenes de descarga mayores y potenciales de voltaje mayores entre conectores externos que los de baterías enrolladas o prismáticas estándar, y tienen por lo tanto una alta demanda para ciertas aplicaciones. Ciertos tipos de estas baterías con celdas selladas en una formación apilada se han desarrollado para incluir, de modo general, un apilamiento de pares independientemente sellados de unidades de electrodo monopolar (MPU) . Cada una de estas MPU puede estar provista de una capa de electrodo de material activo positivo o una capa de electrodo de material activo negativo, revestida en un primer lado de un colector de corriente (véase, por ejemplo, Klein, patente de EE. UU. número 5.393.617, expedida el 28 de febrero de 1995) . Una MPU con una capa de electrodo de material activo positivo (es decir, una MPU positiva) y una MPU con una capa de electrodo de material activo negativo (es decir, una MPU negativa) pueden tener una capa de electrolito entre las mismas para aislar eléctricamente los colectores de corriente de esas dos MPU. Los colectores de corriente de este par de MPU positiva y negativa, junto con las capas de electrodo de material activo y el electrolito entre las mismas, pueden estar sellados como una única celda o un único segmento de celda. Una batería que incluye un apilamiento de dichas celdas, teniendo cada una de ellas una MPU positiva y una MPU negativa, se denominará en esta memoria una batería “monopolar apilada”.

El lado del colector de corriente de la MPU positiva no revestida con una capa de electrodo en una primera celda puede estar acoplado eléctricamente con el lado del colector de corriente de la MPU negativa no revestida con una capa de electrodo en una segunda celda, de manera que las celdas primera y segunda están en una formación apilada. La configuración en serie de dichos segmentos de celda en un apilamiento puede hacer que el potencial de voltaje sea diferente entre colectores de corriente. No obstante, si los colectores de corriente de una celda particular contactan entre sí o si el electrolito común de las dos MPU en una celda particular está compartido con cualquier MPU adicional en el apilamiento, el voltaje y la energía de la batería se desvanecerán (es decir, se descargarán) rápidamente a cero. Por lo tanto, es deseable que una batería monopolar apilada tenga sellado independientemente el electrolito de cada una de sus celdas respecto a cada una de sus otras celdas. En consecuencia, sería ventajoso poder proporcionar una batería monopolar apilada con sellado mejorado de electrolito entre celdas adyacentes.

Otros tipos de estas baterías con celdas selladas en una formación apilada se han desarrollado para incluir, de modo general, una serie de unidades de electrodo bipolar (BPU) apiladas. Cada una de estas BPU puede estar provista de una capa de electrodo de material activo positivo y una capa de electrodo de material activo negativo, revestida en lados opuestos de un colector de corriente (véase, por ejemplo, Fukuzawa et al., publicación de patente de EE. UU. número 2004/0161667 A1, publicada el 19 de agosto de 2004) . Dos BPU cualquiera pueden estar apiladas una encima de la otra con una capa de electrolito dispuesta entre la capa de electrodo de material activo positivo de una de las BPU y la capa de electrodo de material activo negativo de la otra de las BPU para aislar eléctricamente los colectores de corriente de esas dos BPU. Los colectores de corriente de dos BPU adyacentes cualquiera, junto con las capas de electrodo de material activo y el electrolito entre las mismas, pueden ser asimismo una única celda sellada o un único segmento de celda sellado. Una batería que incluye un apilamiento de dichas celdas, teniendo cada una de ellas una porción de una primera BPU y una porción de una segunda BPU, se denominará en esta memoria una batería “bipolar apilada”.

Aunque el lado positivo de una primera BPU y el lado negativo de una segunda BPU pueden formar una primera celda, el lado positivo de la segunda BPU puede formar igualmente una segunda celda con el lado negativo de una tercera BPU o el lado negativo de una MPU negativa, por ejemplo. Por lo tanto, una BPU individual puede estar incluida en dos celdas diferentes de una batería bipolar apilada. La configuración en serie de dichas celdas en un apilamiento puede hacer que el potencial de voltaje sea diferente entre colectores de corriente. No obstante, si los colectores de corriente de una celda particular contactan entre sí o si el electrolito común de las dos BPU en una primera celda está compartido con cualquier otra celda en el apilamiento, el voltaje y la energía de la batería se desvanecerán (es decir, se descargarán) rápidamente a cero. Por lo tanto, es deseable que una batería bipolar apilada tenga sellado independientemente el electrolito de cada una de sus celdas respecto a cada una de sus otras celdas. En consecuencia, sería asimismo ventajoso poder proporcionar una batería bipolar apilada con sellado mejorado de electrolito entre celdas adyacentes.

El documento WO 2006119289 describe una batería que comprende un apilamiento de una pluralidad de unidades de electrodo en una dirección de apilamiento, comprendiendo el apilamiento una primera unidad de electrodo, una segunda unidad de electrodo apilada sobre la parte superior de la primera unidad de electrodo en la dirección de apilamiento y una primera capa de electrolito dispuesta entre la primera unidad de electrodo y la segunda unidad de electrodo, comprendiendo además la batería una primera junta que tiene una superficie interior y una superficie exterior, en la que la primera junta está situada alrededor de la primera capa de electrodo, en la que la primera capa de electrolito está sellada mediante la superficie interior de la primera junta y las unidades de electrodo primera y segunda. La primera junta es compresible.

Puede ser deseable aumentar la cantidad de electrolito que es posible depositar dentro de un segmento de celda de la batería durante su fabricación de modo que, una vez que el electrolito está cargado y la batería está formada, cada segmento de celda puede llenarse sustancialmente de electrolito. El documento WO2006119289 no consigue hacerlo de esta manera.

Sumario de la invención Por lo tanto, un objeto de esta invención es proporcionar baterías apiladas con sellado mejorado de electrolito entre celdas adyacentes y con la posibilidad de aumentar la cantidad de electrolito que es posible depositar dentro de un segmento de celda de la batería durante su fabricación.

De acuerdo con una primera realización de la invención, se ha previsto una batería que comprende un apilamiento de una pluralidad de unidades de electrodo en una dirección de apilamiento, comprendiendo el apilamiento una primera unidad de electrodo, una segunda unidad de electrodo apilada sobre la parte superior de la primera unidad de electrodo en la dirección de apilamiento, y una primera capa de electrolito dispuesta entre la primera unidad de electrodo y la segunda unidad de electrodo, comprendiendo además la batería una primera junta situada alrededor de la primera capa de electrolito, en la que la primera capa de electrolito está sellada mediante la primera junta y las unidades de electrodo primera y segunda, en la que la primera junta incluye un primer miembro de junta y un segundo miembro de junta, y en la que el primer miembro de junta es sustancialmente incompresible y el segundo miembro de junta es compresible.

De acuerdo con una segunda realización de la invención, se ha previsto una batería que comprende un apilamiento de una pluralidad de unidades de electrodo en una dirección de apilamiento, comprendiendo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una batería, que comprende:

un apilamiento de una pluralidad de unidades de electrodo en una dirección de apilamiento, comprendiendo el apilamiento:

una primera unidad de electrodo;

una segunda unidad de electrodo apilada sobre la parte superior de la primera unidad de electrodo en la dirección de apilamiento; y

una primera capa de electrolito dispuesta entre la primera unidad de electrodo y la segunda unidad de electrodo, comprendiendo además la batería:

una primera junta situada alrededor de la primera capa de electrolito, en la que la primera capa de electrolito está sellada mediante la primera junta y las unidades de electrodo primera y segunda, en la que la primera junta incluye un primer miembro de junta y un segundo miembro de junta, y en la que el primer miembro de junta es sustancialmente incompresible y el segundo miembro de junta es compresible.

2. La batería según la reivindicación 1, en la que el segundo miembro de junta está apilado sobre la parte superior del primer miembro de junta en la dirección de apilamiento.

3. La batería según la reivindicación 1, en la que el segundo miembro de junta está situado alrededor de la primera capa de electrolito y en la que el primer miembro de junta está situado alrededor del segundo miembro de junta.

4. La batería según la reivindicación 1, en la que la altura del segundo miembro de junta está configurada para disminuir desde una primera longitud hasta una segunda longitud cuando la capa de electrolito está sellada mediante la primera junta y las unidades de electrodo primera y segunda.

5. La batería según la reivindicación 1, en la que un espacio definido por la primera junta y las unidades de electrodo primera y segunda está configurado para disminuir desde un primer volumen hasta un segundo volumen cuando la capa de electrolito está sellada mediante la primera junta y las unidades de electrodo primera y segunda.

6. La batería según la reivindicación 5, en la que la primera capa de electrolito comprende un material de electrolito que tiene un volumen igual al primer volumen o mayor que el segundo volumen.

7. Una batería, que comprende:

un apilamiento de una pluralidad de unidades de electrodo en una dirección de apilamiento, comprendiendo el apilamiento: una primera unidad de electrodo; una segunda unidad de electrodo apilada sobre la parte superior de la primera unidad de electrodo en la dirección de

apilamiento; y

una primera capa de electrolito dispuesta entre la primera unidad de electrodo y la segunda unidad de electrodo, comprendiendo además la batería: una junta compresible situada alrededor de la primera capa de electrolito, y una junta sustancialmente incompresible situada alrededor de la junta compresible.

8. La batería según la reivindicación 7, en la que la primera capa de electrolito está sellada mediante la junta compresible y las unidades de electrodo primera y segunda.

9. La batería según la reivindicación 7, en la que la primera capa de electrolito está sellada mediante la junta sustancialmente incompresible y las unidades de electrodo primera y segunda.

10. La batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en la que la primera unidad de electrodo es una unidad de electrodo monopolar y en la que la segunda unidad de electrodo es una unidad de electrodo monopolar.


 

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