[发明专利]可用于平衡电池组件的功率和能量密度的活性材料

说明书

本公开涉及电池板，所述电池板可用于通过具有离散活性材料来优化电池组件的功率和能量密度。本公开涉及一种电池板，所述电池板具有：a)基板，所述基板具有与第二表面相对的第一表面；b)一种或多种活性材料，所述一种或多种活性材料设置在所述基板的所述第一表面、所述第二表面或所述第一表面和所述第二表面两者上；并且其中所述一种或多种活性材料包括两个或更多个离散活性材料区域。

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求2018年11月15日提交的美国临时申请号62/767,919的优先权权益，所述申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及可用于双极电池组件中的电池板和用于制备这种组件的方法。本公开通过提供优化电池组件的功率和能量密度的离散活性材料而可特别地适用于电池板的制备。

背景技术

双极电池通常要求位于电池板基板的表面上的活性材料。典型地，双极电池包括多个双极板和两个单极端板。双极板被布置成堆叠，使得一个板的阳极材料面向下一个板的阴极材料。在大多数组件中，存在位于相邻板之间的电池隔板，所述电池隔板允许电解质从阴极材料流动到阳极材料。在板之间的空间中设置电解质，所述电解质是允许电子和离子在阳极材料与阴极材料之间流动的材料。具有隔板的双极板的相邻表面和设置在板之间的电解质形成电化学电池单元，在所述电化学电池单元中，电子和离子在阳极材料与阴极材料之间交换。电池的结构被布置成使得由双极板形成的每个电池单元(即，电化学电池单元)被密封以防止电解质流出电池单元。

一般地，为了影响双极电池组件的能量密度和功率密度两者，可修改活性材料(例如，阴极材料和阳极材料)的四个变量。该四个变量包括：活性材料的类型、活性材料的量、活性材料的形状，以及活性材料与电解质的接近。

可选择活性材料的类型以优化更高的能量密度或更高的功率密度。示例性铅基活性材料包括一元铅、三元铅和四元铅。对于具有高能量密度的电池，可优选四元铅，而对于具有高功率密度的电池，可优选三元铅。作为一个示例，在起动照明点火(SLI)电池中，可利用三元铅来实现更高功率额定值，诸如冷转动起动安培(CCA)额定值。作为另一个示例，在深循环电池中，可利用四元铅来得到更高能量密度并实现长的深循环寿命。高功率电池(诸如SLI电池)可用于提供功率的短突发，而深循环电池可用于提供更长负载持续时间。例如，SLI电池可用来起动车辆发动机，而深循环电池可为车辆音频供电。有时，期望优化更高功率密度和更高能量密度两者，同时仍控制整个封装大小，但是已经发现，三元铅和四元铅的简单混合不会带来这两种性质。而是，酸扩散倾向于控制功率和能量两者，使得两者都不以高输出或足够长的持续时间呈现。平衡高功率和高能量密度两者在既要求高功率又要求高电荷接受能力的情况下可特别地有用，并且可能会能够在快速充电与放电事件之间自我均衡。例如，具有高功率和高能量密度两者的电池在起动-停车能量存储电池中可特别地有用，因为这些电池可在充电状况的恒定部分状态下操作。