[发明专利]可充电电池

说明书

一种可充电电池。公开了采用最小电池单元面压力抑制装置的电池芯组和方法，用于最小化枝晶生长以及增加金属和金属离子电池电池单元的循环寿命。

相关申请信息

本申请要求于2019年3月1日提交的名称为“A LIGHTWEIGHT BATTERY CORE PACKFOR ELECTRIC AIRCRAFT”的美国临时专利申请第62/812,353号、于2019年3月1日提交的名称为“A LIGHTWEIGHT BATTERY CORE PACK FOR CONSUMER DRONE”的美国临时专利申请第62/812,322号、于2019年4月15日提交的名称为“A WEIGHT CONSTRAINED BATTERY PACK”的美国临时专利申请第62/834,101号和于2019年4月15日提交的名称为“A VOLUMECONSTRAINED BATTERY PACK”的美国临时专利申请第62/834,107号的优先权的权益，其每个以其整体通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容大体上涉及可充电电池。具体地，本公开内容涉及包括多个电池单元的电池芯组。

背景技术

锂金属电池电池单元的一般的结构包括结合至铜集电器的锂金属负极和结合至铝集电器的金属氧化物正极。在负极和正极之间是允许锂金属离子往复运动的隔膜。各种不同的电解质溶液可以在正极和负极之间使用。当这种类型的电池放电时，锂金属离子被从负极剥离并且经过隔膜行进至正极。在充电期间，离子流被逆转并且金属离子被再镀返回至负极上。然而，如本领域熟知的，再镀经常不是均一的，导致在许多放电/充电循环之后形成从负极表面延伸出来的枝晶。如果不被控制，那么枝晶生长可以刺穿隔膜并且在相对很少的循环之后导致电池单元的短路。当这发生时电池被很大地劣化。

金属离子的从负极的镀和剥离还使个别的电池单元收缩并且然后膨胀，当金属离子被剥离并且然后再镀时。其他的电池类型，例如使用石墨或硅石墨负极的锂离子电池，也基于离子剥离和再镀起作用并且因此可以经历显著的膨胀并且在再镀时经历成问题的枝晶生长。

当前的用于控制枝晶生长的技术，特别是在锂金属电池中，是较不令人满意的。新的技术方案被需要以延长电池寿命周期。

发明内容

在一个实施中，本公开内容涉及电池芯组，包括形成电池单元堆叠物的多个电池单元，每个电池单元包括至少一个负极和至少一个正极，其中金属离子在放电期间被从负极剥离并且在充电期间被再镀在负极上；以及抑制结构，至少部分地围绕电池单元堆叠物，其中抑制结构向电池单元堆叠物赋予在某个值的基本上均一的表面压力。

在另一个实施中，本公开内容涉及电池组，包括形成电池单元堆叠物的多个电池单元，每个电池单元包括至少一个负极和至少一个正极，其中金属离子在放电期间被从负极剥离并且在充电期间被再镀在负极上；壳体，容纳具有至少约50psi的预负荷表面压力的电池单元堆叠物，其中壳体具有足以经过电池单元堆叠物的多个充电和放电循环保持表面压力的刚度；以及至少两个依从衬垫，其中每个依从衬垫布置在电池单元之间，依从衬垫在充电期间均匀地分布电池单元膨胀压力并且在放电期间推动返回至电池单元。

在又另一个实施中，本公开内容涉及一种控制金属或金属离子电池电池单元的负极上的枝晶生长的方法，其中电池单元包括至少一个平面负极和至少一个平面正极并且其中材料在电池单元放电期间被从负极剥离并且在电池单元充电期间被再镀在负极上。方法包括将多个电池单元组装为电池单元堆叠物；将电池单元堆叠物定位在抑制结构内，抑制结构至少部分地围绕电池单元堆叠物；以及使用抑制结构施加并且保持电池单元堆叠物的电池单元上的至少约50psi的基本上均一的最小表面压力。

附图说明

为了图示本公开内容的目的，附图示出了一个或更多个实施方式的方面。然而，应当理解，本公开内容不限于附图中示出的精确的方法和装置，在附图中：