[发明专利]具有模块化汇流条组件的锂离子电池

说明书

提供了锂离子电池，其包括位于容器或组件内的多个电化学单元。提供多层汇流条以建立与电化学单元的阳极和阴极的电连接。基于汇流条的设计，可以通过电池传递期望的电压和容量，而无需重新设计或重新部署容器或组件内的电化学单元。可以将多个汇流条可互换地引入到容器/组件中，以产生输送不同电压和/或容量的锂离子电池。

政府权利

本发明是在美国能源部授予的DE-AR0000392的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月22日提交的转让号为62/561,927的临时专利申请的优先权，该临时专利申请的标题为“具有模块化汇流条组件的锂离子电池”。前述临时申请的内容通过引用并入本文。

本申请特此也通过引用整体并入以下专利申请：(i)标题为“锂离子电池”的第9,685,644号美国专利，(ii)标题为“具有热失控保护的锂离子电池”第2017/0214103号美国专利”和(iii)公开号为WO 2017/106349标题为“用于锂离子电池的薄型压力断开装置”的PCT申请。

技术领域

本公开涉及锂离子电池，更具体地，涉及具有改善的安全性和降低的制造成本的多芯锂离子电池。更具体地，本公开涉及锂离子电池，其被设计成容纳变化的汇流条组件以提供串联和并联的果冻卷构造，从而在不改变基础电池设计和布局的情况下提供增加的电压或更高的容量。

背景技术

最初将锂离子电池用作笔记本电脑、手机和其他便携式电子设备的电池。诸如电池电动汽车(BEV)、插电式混合动力电动汽车(PHEV)和混合动力电动汽车(HEV)之类的大型应用的增长，电动火车以及诸如电网储存(GRID)、建筑、采矿和林业设备、叉车、其他驱动应用和铅酸替代品(LAR)之类的其他大型系统进入市场，这是因为需要降低排放、降低汽油和电力成本以及限制排放。如今，在这些较大的电池应用中部署了各种各样的锂离子电池，从使用数千个较小的圆柱形和方形电池(例如18650和183765电池)到容量从1Ah到7Ah不等的电池，到几千个数百个较大的电池，例如容量为15Ah至100Ah的方形或聚合物电池。这些类型的电池是由Panasonic、Sony、Sanyo、ATL、JCI、Boston-Power、SDI、LG Chemical、SK、BAK、BYD、Lishen、Coslight和其他锂离子电池制造商生产的。

通常，行业需要提高能量密度以实现更长的运行时间，这对于电动车辆而言会导致电力范围的增加，对于电网储存系统而言，这意味着部署时间更长且更具成本效益。在电动车辆特别是BEV和PHEV的情况下，随着更多的容量可以装入电池盒，增加的能量密度导致增加车辆的行驶里程的能力。较高的能量密度还导致每千瓦时成本降低的能力，因为非活性材料(如电池盒、接线、BMS电子设备、紧固结构、冷却系统和其他组件)的每千瓦时成本更低。同样，对于其他电池系统(例如，电网储存)，市场需要更高的能量密度，尤其是在调峰应用(即支持在最高费用的高峰时段从公用事业公司购买的能量减少的应用)。同样，对于高能量密度，每千瓦时成本也更低，因为可以使用相对较少的不动产和每千瓦时不活动的组件。此外，对于人口稠密的地区，例如纽约、东京、上海和北京等大都市区，系统的大小需要最小化。有必要将电池系统安装到商业和住宅建筑物及容器中，以有助于降低电网峰值功率，从而降低电力成本并减少运行效率低下的峰值发电站(即仅在对电力需求很高的情况下才运行的发电站)。

与其他电池和电力输送技术相比，满足此类需求的锂离子电池必须变得成本更低，能量密度更高，才能在市场上具有竞争力。但是，由于锂离子电池的包装密度更高，因此存在一个电池因滥用而失效的风险，可能会导致整个系统的传播(级联)失控，并有爆炸和着火的危险。这种滥用可能来自外部事件，例如碰撞和火灾，也可能来自内部事件，例如由于充电电子设备故障导致的意外过充或由于制造过程中的金属微粒导致的内部短路。