[发明专利]用于电化学电解槽控温的机械柔性且多孔的补偿元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池，其由至少两个相邻定位的电解槽构成，且它们之间形成间隔。

背景技术

大电池由数个单个电解槽构成。它们通常安置于壳体内并且有时也分成所谓的“堆”。典型地用于混合动力的或电动的交通工具或者工业用途的电池(如特别是用于电流中间存储)，包含介于二十个至几百个的单个电解槽。

这些单个电解槽可以做成圆形电解槽或棱柱形的电解槽(这两种都具有固体的壳体)，或者也可构造成所谓的“咖啡袋式电解槽”(其中的壳体设计为双侧涂层的金属箔)。为了优化电池内的空间利用，使用棱柱形的电解槽或者“咖啡袋式电解槽”。

由于储存的能量高，大电池在出现故障时总是一种安全隐患。汽车电池类型的典型电气参数举例列于下表中。

其中锂(Lithium)电池相对于镍氢(NiMH)电池被认为更加重要，因为其显示出更高的能量密度，更薄的隔板，可燃的电解液，更高的电压和锂。

为了确保电池的耐久性，此外电池内的温度必须尽可能地维持恒定。此处最大3K的温差是最理想的，且最大不能超过5K的温差。

上述的棱柱形电解槽或“咖啡袋式电解槽”可以节省空间地安装，使得每单位体积实现大的能量量。这些本身有利的设置造成了在维持恒温和实现抗碰撞、耐冲击方面的技术难题。

这些要求在现有技术中通过引入浇铸材料解决。但是此解决方法有缺点，因为所述的浇铸材料很重，且通常具有超过2kg/l的密度。

另外，所述的浇铸材料需要复杂的制作过程，因为经常需要交联两种组分。此外，关于电解液，必须实现高密度。在这种情况下，电解槽排放时会在“自由空间”内形成高压。

浇铸材料的热膨胀导致向电触点上的压力并因此引起可能松脱的危险。这会导致电池失效。

不利的还有，所述浇铸材料蠕变。因此不能排除在两个触点间不期望的浇铸材料渗透。

发明描述

因此，本发明的目的在于提供一种电池，其电解槽在简单的制造和定位后持久保护材料地容容纳于电池内。

本发明通过权利要求1的特征解决前面所提到的目的。

然后，开篇所提及的电池的特征在于，所述的间隔由用于电解槽控温的多孔且可变形的补偿元件填充。

根据本发明已经认识到，多孔且可变形的补偿元件设置于电池电解槽之间，起到了多种积极效果。通过其可压缩性可以保证制造时的公差补偿。要避免，所述的电解槽在制造时过强压缩并因此损坏。进一步要保证电解槽上端的电连接易于弯曲。位于电解槽之间的补偿元件此外用作机械缓冲。这特别是在撞击到电池上时是有利的。尤其是锂电池的电化学过程期间出现体积功，这在所谓的“咖啡袋式电解槽”的情况下将传递给柔性的外壳。介于最大和最小体积之间的典型值为3-5％。这种体积功可以通过位于“咖啡袋式电解槽”之间的补偿元件来补偿。另外多孔补偿元件的应用允许容纳在电池失效的情况下会从电解槽流出的电解液。

因此，实现了开篇所提及的目的。

所述的补偿元件可具有能导热的表面。这对于确保电池良好并迅速地冷却或加热是有利的。为此有利的还有，可以使冷电池迅速地达到工作温度。在温度低于0℃时加热电池是有利的，因为冷电池的效率不如适度加热的电池。这与较小的电容量和较低的可截取电流有关。此外冷锂电池的充电，特别是在强电流时，可以导致增加枝晶形成。枝晶是导电性的晶体生长，其可能造成微观短路。

电解槽的控温可以以多种方式进行。可以进行经由两个金属电极导板的接触冷却。这是优选的方法，因为在电解槽内经由电极的热传递是最有效的。此外，所述的电极通常是刚性连接的，从而冷却接触简单可行。

可以进行经由电解槽的密封接缝的接触冷却。这也在实践中应用。在密封接缝-电解槽内部的接口处的热传递比在冷却两个电极导板的情况下少，因为所述的电解槽薄膜的双侧涂覆了非导热性聚合物且电解槽内的电极导板通常由非导热性隔板-膜包围。

可进行电解槽表面的接触冷却。这种可能性至今没有被考虑，因为在这种情况下通过薄膜进入电解槽内部的热传递比通过电极导板的冷却差10-100倍。这与电解槽内部的层状构造有关。在表面冷却时热量必须垂直通过导电性电极或非导电性隔板的层结构而散发。此外，由于电解槽的体积功，电解槽表面本身不是固定不变的，因为负荷的电解槽比未负荷的厚约5％。这使得热接触变得困难。正是这种冷却方式显示出巨大的优势，示于下表中：

由上表显见，所述的电极冷却的效率是最低的。目前最不被看好的表面冷却相反由于高效冷却面积提供了最有效的整体效应。