[发明专利]电极/隔板具有非均匀成分分布的混合动力车辆电池

说明书

本公开提供了“电极/隔板具有非均匀成分分布的混合动力车辆电池”。一种电气化车辆电池组，包括冷板和与所述冷板接触的多个电池单元，每个电池单元具有设置在阳极与阴极之间的隔板，所述阳极和所述隔板中的至少一者被配置有性质梯度，使得所述性质随着距所述冷板的距离变化而变化。所述性质可包括粒度、粒子负荷或密度、或孔隙率。

技术领域

本公开涉及一种具有电池单元电极和/或隔板的锂电池，所述电池电极和/或隔板具有非均匀成分分布特征以延长电池单元的寿命。

背景技术

电池充电和使用通常导致因电池内部电阻而引起的电池单元温度升高。高容量电池，诸如混合动力车辆中使用的那些电池，通常包括在电池组内的数百个电池单元。因此，电池组的热管理用于满足期望的电池寿命目标并最小化热变化对电池组的性能和寿命的影响。已经开发了各种用于热管理的策略，并且这些策略可以包括各种类型的传导和对流冷却，诸如使用与电池单元接触的冷板和/或使用例如具有相关热交换器的液体或空气循环来排出热量。取决于所采用的特定类型的热管理策略，从电池单元的外围到热管理系统的排热可在各个电池单元或电池单元组内产生温度梯度。随着车辆转换到更大格式的电池单元以满足所期望的容量和里程目标，电池单元和电池组内的更极端温度梯度可能带来额外的挑战。

发明内容

在一个或多个实施例中，一种锂离子电池组包括热管理装置和与热管理装置接触的多个电池单元，其中电池单元中的至少一个包括具有变化的孔隙率、粒度或粒子负荷中的至少一者的阳极或隔板，其中变化的孔隙率、粒度或粒子负荷基于距热管理装置的距离而变化。热管理装置可包括冷板。材料性质可以包括孔隙率，其中孔隙率随着距热管理装置的距离增加而从较多孔到较少孔变化。材料性质可以包括粒度，其中粒度随着距热管理装置的距离增加而从较小粒子到较大粒子变化。

各种实施例可包括一种混合动力车辆电池组，其具有：冷板；和具有接触冷板的第一表面的多个电池单元，每个电池单元包括设置在阳极与阴极之间的隔板，其中阳极和隔板中的至少一者配置有材料性质梯度，使得材料性质基于距冷板的距离而变化。材料性质可以包括孔隙率，其中孔隙率随着距冷板的距离增加可以从较高值到较低值变化。隔板可以具有随着距冷板的距离增加而从较多孔到较少孔变化的孔隙率。在一个或多个实施例中，材料性质可包括阳极的组分粒子的粒度。粒度可随着距冷板的距离增加而增加。实施例可包括具有随着距冷板的距离增加而增加的粒子负荷或密度的阳极。在至少一个实施例中，材料性质包括隔板的孔隙率，其中随着距冷板的距离增加，孔隙率从较多孔到较少孔变化。电池组可以是锂离子电池组。

在一个或多个实施例中，一种电池包括热管理装置和具有与热管理装置接触的至少一个表面的多个电池单元，每个电池单元具有阳极、隔板和阴极。阳极和隔板中的至少一者包括具有相对于距热管理装置的距离而变化的材料性质或组分性质的材料。热管理装置可包括冷板。材料性质可包括阳极或隔板的孔隙率，其中孔隙率随着距热管理装置的距离增加而从较多孔到较少孔变化。材料或组分性质可包括阳极材料组分的粒子密度。

根据本公开的实施例可以包括一个或多个优点。例如，补偿温度梯度的电池单元设计有助于具有更多电池单元和更大容量的更大电池，同时减少或消除与锂化和相关析锂(lithium plating)相关联的不利性能。阳极和/或隔板的至少一个性质特性诸如粒度、粒子负荷或分布、或孔隙率随着距热管理装置的距离而变化的电池单元降低或消除了温度梯度在电池单元内的预期影响。

附图说明

图1是示出了根据一个或多个实施例的阳极具有梯度孔隙率的电池单元的图；

图2是示出了根据一个或多个实施例的阳极具有梯度粒度的电池单元的图；

图3是示出了根据一个或多个实施例的阳极具有梯度粒子负荷或密度的电池单元的图；

图4A和图4B示出了根据一个或多个实施例的阳极/阴极隔板具有梯度孔隙率的电池单元；