[发明专利]尤其是用于锂离子电池单体的压力模块

说明书

本发明涉及一种用于电池单体的压力模块(1)，所述压力模块是用于进行膨胀补偿的弹性体构件，同时具有用于可充电电池的冷却或加热功能，并且所述压力模块(1)具有由聚合物材料制成的外壳(2)，所述外壳包围具有通道结构的空腔(9)，并且在外壳(2)中设有用于传热介质的入口(5)和出口(6)的接头，所述外壳(2)具有两个彼此相对置的主面，所述主面通过其边缘彼此连接，在内面(7、8)上设有结构元件(10a、10b；19a、19b)，这些结构元件彼此对应地设置并且相互配合地限定和稳定用于输送传热介质的通道结构。

技术领域

本发明涉及一种用于可充电电池、特别是用于锂(Li)离子电池(LIB)的压力模块。所述压力模块用于在运行过程中(充电和放电)在电池单体体积发生变化时补偿机械负荷并且同时用于冷却或加热/调温。

背景技术

LIB在重量和空间要求较低的同时具有较高的功率和能量密度。因此，它们被广泛应用在众多的应用领域，用于高效的能量储存。一个特别主要的应用例子是电动车辆，例如在电动车或所谓的混合动力汽车中用作能量源。

通常，为了在电动车中使用，将确定数量的电池单体组合成一个电池模块并将两个或更多的电池模块组合成一个电池包或电池组。这些单体和/或模块可以并联和/或串联地电连接。

为了电动汽车中使用，各个模块彼此张紧，以便例如确保总模块具有确定的尺寸，并消除由于震动对机械完整性的不利影响。

电池单体以不同尺寸和造型存在，例如圆柱形单体或扁平单体，如棱柱单体或所谓的软包单体(咖啡袋电池)。软包单体具有柔性的壳体，所述壳体通常由两侧涂覆塑料的铝箔制成。为了实现更好的散热和可码放性，则扁平单体是优选的。

从阳极侧开始，LIB的典型结构如下：

-带有集电器(通常是铜)的阳极，所述集电器至少在朝向阴极的侧面上用活性材料(通常是石墨)涂覆，

-用于使各电极电子分离的分离器，但所述分离器是锂离子可透过的，和

-带有集电器(通常是铝)的阴极，所述集电器至少在阳极侧用活性材料(通常是含有钴、锰或镍的过渡族金属氧化物)涂覆，所述活性材料在单体充电时用作锂离子源，以及

-电解质(通常是液体或固体)，所述电解质用作电极上的反应之间的中介物并确保锂离子传输。

对于用于阴极或阳极的活性材料、分离器和电解液适当的材料是现有技术。

在充电过程中，锂离子从阴极迁移到阳极并在那里嵌入宿主晶格(嵌入)中，在放电期间进行相反的过程，此时锂离子从阳极迁移到阴极(脱嵌)。

在运行中，在阳极和阴极上都会形成表面膜(“固体电解质-中间相(SEI)”)，这种表面膜是离子可透过的。这种表面膜用作钝化层并防止活性电极材料与电解质发生不希望的反应。

但SEI的形成也会导致单体的厚度增加，这种厚度增加可能达到开始运行时的原始单体厚度的2-10％。

LIB在充电过程期间垂直于其层结构膨胀，而在放电过程期间重新收缩。锂离子的嵌入和脱嵌导致电极涂层发生体积变化，这种体积变化可能达到单体厚度的10％。这里，尤其是会出现阳极的宿主晶格、如石墨晶格的膨胀(swelling)。

电极、特别是阳极的反复膨胀和收缩以及由老化引起的单体厚度增加会导致在预张紧的模块中作用于单体的机械力强烈升高，这种机械力又导致单体的过早老化。因此，为了防止单体提早失效，必须对这些力进行补偿。

为了使电池单体顺利运行，重要的是，阳极涂层与集电器有良好的机械接触并且由此也有良好的电接触。由于单体的膨胀和收缩而产生的机械负荷导致由阳极活性材料构成的层局部地从集电器上脱离、由活性材料构成的颗粒彼此失去接触并且各个颗粒分解成更小的颗粒。