具有多級(jí)氧氣壓縮的金屬/氧氣電池組制造技術(shù)

一種車載電池組系統(tǒng)包括：包括至少一個(gè)負(fù)電極的車載電池組系統(tǒng)堆疊體，所述至少一個(gè)負(fù)電極包括一種形式的鋰；具有可操作地連接到該車載電池組系統(tǒng)堆疊體的第一出口的氧氣儲(chǔ)存器；具有可操作地連接到該車載電池組系統(tǒng)堆疊體的第一入口和可操作地連接到該氧氣儲(chǔ)存器的第二入口的第二出口的多級(jí)壓縮機(jī)；以及可操作地連接到該多級(jí)壓縮機(jī)并被配置用于向該多級(jí)壓縮機(jī)提供冷卻劑以冷卻該多級(jí)壓縮機(jī)內(nèi)的被壓縮流體的冷卻系統(tǒng)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本公開內(nèi)容設(shè)及電池組，并且更特別地設(shè)及基于金屬/氧氣的電池組。
技術(shù)介紹
與其他電化學(xué)儲(chǔ)能裝置相比，可再充電裡離子電池組由于其高的比能量而是具有 吸引力的用于便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)及混合電動(dòng)車輛的儲(chǔ)能系統(tǒng)。正如W下更充分地討論 的，典型的裡離子電池包含負(fù)電極、正電極、和在負(fù)電極和正電極之間的隔板區(qū)域。兩個(gè)電 極均包含可逆地嵌入裡或與裡可逆地反應(yīng)的活性材料。在某些情況下負(fù)電極可包括裡金 屬，其可W W電化學(xué)的方式可逆地被溶解和沉積。隔板包含具有裡陽離子的電解質(zhì)，并且用 作電極之間的物理阻擋層，使得在電池之內(nèi)電極都不被電子連接。 典型地，在充電期間，在正電極處產(chǎn)生電子，并且在負(fù)電極處消耗等量的電子，并 且運(yùn)些電子是通過外部電路傳輸?shù)摹Ｔ陔姵氐睦硐氤潆娭校\(yùn)些電子在正電極處產(chǎn)生，因?yàn)?存在通過裡離子的氧化從正電極的活性材料中的提取，并且電子在負(fù)電極處被消耗，因?yàn)?存在裡離子到負(fù)電極的活性材料中的還原。在放電期間，恰好相反的反應(yīng)發(fā)生。 當(dāng)高比容量負(fù)電極、例如金屬被使用在電池組中時(shí)，當(dāng)高容量正電極活性材料也 被使用時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)系統(tǒng)容量增加的最大好處得W實(shí)現(xiàn)。例如，傳統(tǒng)的嵌裡氧化物(例如， ^仿〇2，^化〇.8(：0〇.1541〇.〇5〇2，^1.1化〇.3(：0〇.3111〇.3〇2)典型地限于~28〇1114以邑的理論容量（基 于裡化氧化物的質(zhì)量），及180到250mAh/g的實(shí)際容量，其與裡金屬的比容量3863mAh/g相比 是相當(dāng)?shù)偷摹?duì)于Li2〇,針對(duì)裡離子正電極可達(dá)到的最高理論容量為1794mAh/g(基于裡化 材料的質(zhì)量）。其它高容量材料包括BiF3(303mAh/g，裡化的），F(xiàn)eF3(712mAh/g，裡化的），化， Al, Si, Mg,化，F(xiàn)e,化等等。另外，其他負(fù)電極材料、例如多種金屬的合金及例如金屬氨化物 的材料在與氧氣反應(yīng)時(shí)也具有高比能量。運(yùn)些對(duì)中的許多也具有非常高的能量密度。[000引不幸地，所有運(yùn)些材料在比傳統(tǒng)的氧化物正電極更低的電壓下與裡反應(yīng)，因此限 制理論比能量。盡管如此，相較于具有裡負(fù)電極和傳統(tǒng)氧化物正電極的電池的最大值~ SOOWhAg，理論比能量仍然很高（> SOOWhAg，該最大值可W使電動(dòng)車輛一次充電能夠接近 300英里或更多的行程。 圖1描繪圖表10,其顯示對(duì)于使用不同比能量的電池組包(batte巧pack)的車輛 可達(dá)到的行程與電池組包的重量。在圖表10中，比能量是針對(duì)整個(gè)電池的，包括電池包裝重 量，假設(shè)用于由一組特定的電池形成電池組包的50%重量增加。美國能源部已經(jīng)確立了位 于車輛內(nèi)的電池組包的200kg的重量限制。因此，只有具有大約600Wh/kg或更大的電池組包 能達(dá)到300英里的行程。 各種裡基化學(xué)過程已經(jīng)被研究W用于包括在車輛內(nèi)的各種應(yīng)用中。圖2描述圖表 20,其標(biāo)識(shí)各種裡基化學(xué)過程的比能量和能量密度。在圖表20中，只有電池組電池的活性材 料、集流器、粘合劑、隔板和其他惰性材料的重量被包括。包裝重量、例如標(biāo)簽、電池外殼等 沒有被包括。正如從圖表20中明顯的，即使考慮到包裝重量，裡/氧氣電池組也能夠提供> 600Wh/kg的比能量，并且因此具有W類似于典型裡離子電池組的成本實(shí)現(xiàn)在沒有再充電的 情況下超出300英里的電動(dòng)車輛駕駛行程的潛力。雖然裡/氧氣電池已在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境 中被論證，但是正如W下進(jìn)一步討論的，在完全商業(yè)引入裡/氧氣電池是可行的之前留下一 些問題。[000引一個(gè)典型的裡/氧氣電化學(xué)電池50在圖3中被描繪。電池50包括負(fù)電極52、正電極 54、多孔隔板56、W及集流器58。負(fù)電極52典型地是金屬裡。正電極54包括可能涂覆在催化 材料(例如金或銷）中并懸浮在多孔的導(dǎo)電的基質(zhì)62中的電極顆粒、例如顆粒60。含有溶解 于有機(jī)溶劑、例如二甲酸或C出CN中的鹽、例如LiPFs的電解質(zhì)溶液64滲透多孔隔板56和正電 極54。LiPFs給電解質(zhì)提供足夠的導(dǎo)電率，該導(dǎo)電率降低電池50的內(nèi)電阻W允許高功率。 正電極52的一部分被阻擋層66包圍。圖3中的阻擋層66被配置用于允許來自外部 來源68的氧氣進(jìn)入正電極54同時(shí)過濾不期望的組分、例如氣體和液體。正電極54的潤濕性 防止電解質(zhì)64從正電極54泄漏出來。替代地，從氧氣的外部來源除去污染物和保留電池組 分、例如揮發(fā)性電解質(zhì)可W從各個(gè)電池單獨(dú)地執(zhí)行。在電池50放電時(shí)，來自外部來源68的氧 氣通過阻擋層66進(jìn)入正電極54,而在電池50被充電時(shí)，氧氣通過阻擋層66離開正電極54。在 運(yùn)行中，在電池50放電時(shí)，認(rèn)為氧氣和裡離子結(jié)合W按照下面的關(guān)系式形成放電產(chǎn)物L(fēng)i2〇2 或者Li2〇: 典型電池50中的正電極54是一種重量輕的導(dǎo)電的材料，該材料具有大于80%的孔 隙率W允許在陰極體積中形成和沉積/存儲(chǔ)Li2〇2。沉積Li2〇2的能力直接決定電池的最大容 量。為了實(shí)現(xiàn)比能量為600Wh/kg或更大的電池組系統(tǒng)，厚度為100叫!的板必須具有大約 20mAh/cm 2 的容量。 提供所需要的孔隙率的材料包括碳黑，石墨，碳纖維，碳納米管，W及其他非碳材 料。有證據(jù)證明運(yùn)些碳結(jié)構(gòu)中的每一種在電池的充電期間都經(jīng)歷氧化過程，至少部分地是 由于電池中的惡劣環(huán)境(純氧，超氧化物和過氧化物離子，陰極表面上的固態(tài)過氧化裡的形 成，W及>3V的電化學(xué)氧化電勢(shì)(對(duì)比Li/L〇)。 雖然包括氧氣作為正電極W及金屬、金屬合金或其他材料作為負(fù)電極的對(duì)有明顯 的好處，但是由于各種挑戰(zhàn)，迄今為止運(yùn)些對(duì)都沒有看到商業(yè)示范。與Li-氧氣電池組相關(guān) 的問題的一些研究已經(jīng)被進(jìn)行，如例如通過W下文獻(xiàn)所報(bào)告的：Beat t i e，S .，D. Mano 1 e SCU 和S.Blair的"高容量裡-空氣陰極化igh-&pacity Lithium-Air Cathodes)"，電化學(xué)學(xué)會(huì) 雜志（Journsl of the Electrochemical Society) ,2009.156:p.A44,Kumar，B.等人的"固 態(tài)可再充電長循環(huán)壽命裡-空氣電池組(A Solid-State，Rechargeable，Long切cle Life Lithium-Air Battery)"，電化學(xué)學(xué)會(huì)雜志（Journal of the Electrochemic曰I Society)， 2010.157 :p. A50 ,Read, J.的"裡/氧氣有機(jī)電解質(zhì)電池組的表征（化aracterization of the lithium/oxy邑en organic electrolyte battery)''，電化學(xué)學(xué)會(huì)雜志（Journal of the Electrochemical Society),2002.149:p.A1190，Read，J.等人的"有機(jī)電解質(zhì)的氧氣 傳輸特性和裡/氧氣電池組的性能（Oxygen transport p;rope;rties of organic electrolytes and performance of lithium/oxygen battery)",電化當(dāng)前第1頁1 2 3 4 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種車載電池組系統(tǒng)，包括：包括至少一個(gè)負(fù)電極的車載電池組系統(tǒng)堆疊體，所述至少一個(gè)負(fù)電極包括一種形式的鋰；具有可操作地連接到車載電池組系統(tǒng)堆疊體的第一出口的氧氣儲(chǔ)存器；具有可操作地連接到車載電池組系統(tǒng)堆疊體的第一入口、以及可操作地連接到氧氣儲(chǔ)存器的第二入口的第二出口的多級(jí)壓縮機(jī)；以及可操作地連接到多級(jí)壓縮機(jī)并被配置用于向多級(jí)壓縮機(jī)提供冷卻劑以冷卻多級(jí)壓縮機(jī)內(nèi)的被壓縮流體的冷卻系統(tǒng)。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：P·阿爾博塔斯，J·克里斯滕森，T·羅曼，B·科金斯基，N·拉維，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：羅伯特·博世有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：德國;DE