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CN118281496A - 包括无极耳双极模块的模块化电池组系统 - Google Patents

包括无极耳双极模块的模块化电池组系统 Download PDF

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CN118281496A
CN118281496A CN202211730052.5A CN202211730052A CN118281496A CN 118281496 A CN118281496 A CN 118281496A CN 202211730052 A CN202211730052 A CN 202211730052A CN 118281496 A CN118281496 A CN 118281496A
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CN
China
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state battery
solid state
solid
battery modules
battery
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Application number
CN202211730052.5A
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English (en)
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苏启立
李喆
吴美远
刘海晶
D·G·里奇
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GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种模块化双极固态电池组，其包括T个固态电池组模块，其中T为大于1的整数。T个固态电池组模块中的每一个包括外壳、布置在外壳第一侧面上的第一端子、布置在外壳的与外壳第一侧面相对的第二侧面上的第二端子以及布置在外壳内并互连的N个固态电池组电池，其中N为大于1的整数。T个固态电池组模块以串联和并联中的至少一种方式连接。模块化双极固态电池组的正极端子连接至T个固态电池组模块中的至少一个。模块化双极固态电池组的负极端子连接至T个固态电池组模块中的至少另一个。

Description

包括无极耳双极模块的模块化电池组系统
技术领域
本公开涉及用于车辆的电池组系统，并且更具体地涉及包括多个无极耳固态电池组模块的模块化电池组。
背景技术
本部分中提供的信息旨在一般性地介绍本公开的背景。当前署名为发明人的工作在本部分中描述的程度下，以及在申请时可能没有以其它形式确定为现有技术的说明书的方面，均不被明示或暗示地承认为针对本公开的现有技术。
本公开涉及用于车辆的电池组系统，并且更具体地涉及包括多个无极耳固态电池组模块的模块化电池组。
汽车电池组系统可用于为电机供电、启动具有发动机的车辆、支持停止/启动功能和/或供应车辆附件负载或其它车辆系统。汽车电池组系统还可用于支持电动车辆(EV)例如纯电动车辆、混合动力车辆和/或燃料电池车辆中的车辆附件负载。
在具有发动机的车辆的冷启动或停止/启动事件过程中，电池组系统向启动器供应电流以起动发动机。当车辆冷启动时，电池组系统需要供应足够的启动功率。在一些应用中，电池组系统可以在发动机启动之后继续为车辆的各个电气系统供电。交流发电机或再生发电机(例如，将电机作为发电机运行)可用于给电池组系统再充电。
通常，电池组系统包括一个或多个电池组模块，每个电池组模块包括多个电池组电池。每个电池组电池包括布置在电池组电池的上表面上的端子。电池组电池的端子通过不同的串联和/或并联配置下的汇流排(busbar)连接至电池组系统的正极端子和负极端子。由于端子布置在电池组电池的上表面上，因此端子的这种连接布置导致z轴空间的利用率差。电池组模块还需要连接材料如汇流排和模块封装件。焊接工艺用于连接极耳和汇流排。通常在电池组模块上方使用绝缘盖以防止与电池组电池或汇流排接触。
发明内容
模块化双极固态电池组包括T个固态电池组模块，其中T为大于1的整数。T个固态电池组模块中的每一个包括外壳、布置在外壳第一侧面上的第一端子、布置在外壳的与外壳第一侧面相对的第二侧面上的第二端子以及布置在外壳内并互连的N个固态电池组电池，其中N是大于1的整数。T个固态电池组模块以串联和并联中的至少一种方式连接。模块化双极固态电池组的正极端子连接至T个固态电池组模块中的至少一个。模块化双极固态电池组的负极端子连接至T个固态电池组模块中的至少一个。
在其它特征中，N个固态电池组电池中的每一个包括M个固态芯，每个固态芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中M是大于1的整数。M个固态芯通过将N个固态电池组电池中每一个中的M个固态芯的第一集流体连接在一起且将N个固态电池组电池中每一个中的M个固态芯的第二集流体连接在一起而并联连接。N-1个复合板(clad plate)包括由第一材料制成的第一侧面和由第二材料制成的第二侧面。N-1个复合板布置在N个固态电池组电池中的相邻电池组电池之间，且N个固态电池组电池通过N-1个复合板串联连接。
在其它特征中，第一集流体包括铝并且第二集流体包括铜。N-1个复合板的第一材料包括铜，并且N-1个复合板的第二材料包括铝。外壳包括基部和盖。盖包括N个通气孔，所述N个通气孔布置在N-1个复合板之间、N-1个复合板中的第一个与外壳的一个侧面之间、以及N-1个复合板中的最后一个与外壳的相对侧面之间。
其它特征中，所述T个固态电池组模块布置在多个排中，每排包括T个固态电池组模块中的串联连接的两个或更多个，且还包括用于将所述T个固态电池组模块在多个排中串联连接的连接器。所述T个固态电池组模块布置在多个排中，每排包括T个固态电池组模块中串联连接的两个或更多个，且还包括用于将所述T个固态电池组模块在多个排中并联连接的连接器。第一端子包括第一矩形板，且第二端子包括第二矩形板。第一端子包括第一矩形板，所述第一矩形板包括突出部(projection)，并且第二端子包括第二矩形板，所述第二矩形板包括与突出部配合的凹部。
在其它特征中，第一端子包括第一矩形板，所述第一矩形板包括螺纹突出部，并且第二端子包括第二矩形板，所述第二矩形板包括与螺纹突出部配合的螺纹凹部。第一端子包括第一板，所述第一板包括公突出部，并且第二端子包括第二板，所述第二板包括与公突出部配合的母凹部。结构支撑构件包括冷却通道并且布置在T个固态电池组模块的第一排和T个固态电池组模块的第二排之间。
其它特征中，T个传感器分别在T个固态电池组模块之间连接。T个传感器包括温度传感器和电压传感器中的至少一种。
在其它特征中，阴极活性材料包括一种或多种选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2(其中0≤x≤1且0≤y≤1)、LiNixMn1-xO2(其中0≤x≤1)、Li1+xMO2(其中0≤x≤1)、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合的正电活性材料。阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属及其组合。隔离件包括涂覆有磷酸钛铝锂(LATP)的聚合物层，并且其中聚合物层选自聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。
一种模块化双极固态电池组，其包括T个固态电池组模块，其中所述T个固态电池组模块中的每一个包括外壳、布置在外壳的第一侧面上的第一端子、布置在外壳的与外壳第一侧面相对的第二侧面上的第二端子、以及布置在外壳内且互连的N个固态电池组电池，其中N为大于1的整数。N个固态电池组电池中的每一个包括M个固态芯，每个固态芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中M为大于1的整数。M个固态芯通过将N个固态电池组电池中每一个中的M个固态芯的第一集流体连接在一起和将N个固态电池组电池中每一个中的M个固态芯的第二集流体连接在一起而并联连接。N-1个复合板包括由第一材料制成的第一侧面和由第二材料制成的第二侧面。N-1个复合板布置在N个固态电池组电池中的相邻电池组电池之间，并且N个固态电池组电池通过N-1个复合板串联连接。T个固态电池组模块在多个排中串联连接，并且多个排以串联和并联中的至少一种方式连接在一起。模块化双极固态电池组的正极端子连接至T个固态电池组模块中的至少第一个。模块化双极固态电池组的负极端子连接至T个固态电池组模块中的至少第二个。
在其它特征中，结构支撑构件包括冷却通道并布置在T个固态电池组模块的第一排和T个固态电池组模块的第二排之间。T个传感器分别连接在T个固态电池组模块之间。T个传感器包括温度传感器和电压传感器中的至少一种。
在其它特征中，阴极活性材料包括一种或多种选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2(其中0≤x≤1且0≤y≤1)、LiNixMn1-xO2(其中0≤x≤1)、Li1+xMO2(其中0≤x≤1)、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合的正电活性材料。阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属及其组合。隔离件包括涂覆有磷酸钛铝锂(LATP)的聚合物层，并且其中聚合物层选自聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。
从具体实施方式、权利要求书和附图中，本公开的进一步可应用领域将变得显而易见。具体实施方式和具体实例仅意欲说明并不意在限制本公开的范围。
附图说明
通过具体实施方式和附图将更充分地理解本公开，其中：
图1是双极电池组的侧横截面视图；
图2是根据本公开的双极固态电池组的实例的侧横截面视图；
图3是根据本公开的双极固态电池组电池和电池组外壳的实例的侧横截面视图；
图4A至图4D是根据本公开的双极电池组电池的实例在外部端子焊接之前和之后的俯视透视图和仰视透视图；
图5是根据本公开的电池组外壳的实例的侧横截面视图；
图6是根据本公开的电池组外壳的盖的实例的俯视透视图；
图7是根据本公开的电池组外壳的盖的实例的仰视透视图；
图8是根据本公开的包括多个无极耳双极电池组模块的模块化电池组的实例的功能框图；
图9A至图9E是根据本公开的无极耳双极电池组模块的端子的实例；
图10是根据本公开的包括多个串联连接的无极耳双极电池组模块的模块化电池组的实例的功能框图；
图11是根据本公开的包括多个串联和并联连接的无极耳双极电池组模块的模块化电池组的实例的功能框图；
图12是根据本公开的包括多个包括具有冷却通道的结构支撑的无极耳双极电池组模块的模块化电池组的实例的功能框图；和
图13是根据本公开的包括多个具有温度传感器、电压传感器和/或其它传感器的无极耳双极电池组模块的模块化电池组的实例的功能框图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
虽然下文在车辆的背景下描述了模块化电池组，但是根据本公开的模块化电池组可用于其它应用。
根据本公开的模块化电池组包括以串联和/或并联配置机械连接的无极耳双极固态电池组模块(例如，12V模块)。模块化电池组的电压V和容量(安培小时(Ah))可以通过无极耳双极固态模块的不同串联和/或并联连接来调节。该连接在无极耳双极固态模块的侧面上进行(因此需要更少的z轴空间)。
在一些电池组系统中，电池组模块或电池中一者的故障可能需要更换整个电池组系统。当模块化电池组系统中的无极耳双极固态电池组模块中的一者发生故障时，可以更换该单个无极耳双极固态电池组模块，且其余无极耳双极固态电池组模块仍可继续使用，从而降低维修成本。
在一些实例中，根据本公开的无极耳双极固态电池组模块去除了多余的极耳和汇流排连接并且在重量和体积方面实现了高封装效率和灵活性。
在一些实例中，根据本公开的无极耳双极固态电池组模块包括布置为电池组电池芯的并联连接的阳极和阴极。然后，多个电池组电池芯在复合板之间串联连接。电池组外壳包括用于接收和定位复合板的通道。
阳极电极和阴极电极可以使用传统的锂离子电池组(LIB)制造工艺制造，以确保电池一致性。复合板支撑电池组电池的串联连接和更高的输出电压。复合板提供具有短电子路径的快速电子传输。电池组外壳为轻量型且气密密封，以防止水分和氧气流动和/或电解质泄漏。电池组是无极耳的，这将提高可靠性。
现在参考图1，示出了双极电池组10的实例并且包括多个串联连接的双极电池组电池11。双极电池组电池11包括集流体18、阳极电极12、隔离件14、阴极电极16和集流体18。封闭件(blocker)22可以布置在集流体18的相对末端之间。额外的双极电池组电池11串联连接并布置在双极电池组10的正极端子和负极端子之间(对应于最外面的集流体18)。
图1中的双极电池组10有几个缺点。双极电池组10具有有限的电池容量，通常小于1Ah。双极电池组10制造复杂。双极电池组10的制造中的不一致性可导致过度充电和/或短路。
现在参考图2，示出了包括双极电池组电池110-1、110-2、110-3、...和110-N的双极固态电池组100的实例。在该实例中，双极电池组电池110-1、110-2、110-3、...和110-N中的每一个包括集流体118-1、集流体118-1和隔离件114-1之间的阴极电极112-1。阳极电极116-1与隔离件114-1相邻布置。集流体118-2与阳极电极116-1相邻布置。
阳极电极116-2与集流体118-2相邻布置。隔离件114-2与阳极电极116-2相邻布置。阴极电极112-2与隔离件114-2相邻布置。集流体118-3与阴极电极112-2相邻布置。阴极电极112-3布置在集流体118-3和隔离件114-3之间。阳极电极116-3与隔离件114-3相邻布置。集流体118-4与阳极电极116-3相邻布置。
集流体118-2和118-4连接在一起或短接。集流体118-1和118-3连接在一起或短接。在一些实例中，集流体的外部端子连接在一起，如下文将进一步描述的。虽然双极电池组电池110中的每一个显示为包括三对阳极电极和阴极电极，但可以使用额外的对并以类似的方式连接(如图3中的实例中大体所示)。
双极电池组电池110-2、110-3、...和110-N具有类似的布置。双极电池组电池110-2、110-3、...和110-N在正极端子和负极端子之间串联连接。在一些实例中，N＝4，尽管可以使用额外的或更少的双极电池组电池。
现在参考图3，示出了布置在电池组外壳200中的双极固态电池组100。电池组外壳200包括下部204和盖206。在一些实例中，电池组外壳200的下部具有矩形横截面。下部204包括底表面、第一侧壁和第二侧壁以及第一端壁和第二端壁。复合板210-1、210-2和210-3布置在第一侧壁和第二侧壁(相邻双极电池组电池)之间。相邻双极电池组电池中的最外面的电池组电池分别布置在正极端子214和复合板中的一者以及负极端子216和复合板中的一者之间。
在一些实例中，复合板210-1、210-2和210-3接收在形成于电池组外壳200的下部204和盖206的一个或多个内表面上的通道213中。在该实例中，双极电池组电池110-1布置在正极端子214和复合板210-1之间。双极电池组电池110-2布置在复合板210-1和复合板210-2之间。双极电池组电池110-3布置在复合板210-2和复合板210-3之间。双极电池组电池110-4布置在复合板210-3和负极端子216之间。
现在参考图4A至图4D，示出了在外部端子焊接之前和之后的双极电池组电池110。在图4A和图4C中，外部端子214连接至阴极集流体。外部端子216连接至阳极集流体。在图4B和图4D中，外部端子214短接。外部端子216短接。在一些实例中，外部端子被焊接在一起。在一些实例中，最外面的阴极集流体118-X是单层以使电流能够快速流向复合板和/或端子。
现在参考图5，示出了包括下部231和盖232的电池组外壳230的实例。在一些实例中，盖232的主体235在平面图中具有矩形横截面和“C”形侧横截面。一个或多个第一凸缘233自盖232的主体235延伸。在一些实例中，一个或多个第一凸缘233沿盖232的底表面围绕其边缘定位。盖232的底表面还包括通道234-1、234-2和234-3，通道234-1、234-2和234-3分别被配置为接收和定位复合板210-1、210-2和210-3。
下部231包括分别自底表面238向上延伸的侧壁和端壁237和239。在一些实例中，底表面238还包括通道254-1、254-2和254-3。在一些实例中，通道234-1、234-2和234-3以及通道254-1、254-2和254-3相对于彼此布置，使得复合板210-1、210-2和210-3平行于彼此、平行于第一端壁和第二端壁(例如，237和239)以及横向于第一侧壁和第二侧壁布置(图5中未示出；下文示出)。
端板262沿侧壁237布置并且与电池组电池中的一者和端子214接触。端板264沿侧壁237布置并且与电池组电池中的一者和负极端子216接触。在一些实例中，通道234-1、234-2和234-3以及通道254-1、254-2和254-3固定复合板的位置。
现在参考图6和图7，分别示出了电池组外壳200的盖232的顶表面和底表面。盖232包括对应于每个双极电池组电池110-1、110-2、110-3和110-4的通气孔270-1、270-2、270-3和270-4。在一些实例中，在用聚合物电解质或液体电解质填充电池组外壳之后，紧固件272-1、272-2、272-3和272-4布置在通气孔270-1、270-2、270-3和270-4中。密封聚合物可用于将紧固件272密封和固定到位。
在一些实例中，通气孔270-1、270-2、270-3和270-4被配置为在制造过程中接收和分配聚合物或凝胶电解质并且允许气体在聚合过程中逸出。在聚合之后，通气孔270-1、270-2、270-3和270-4被紧固件和密封聚合物密封。
在一些实例中，盖的边缘和电池组外壳的下部在公差下被加工成紧密匹配。在一些实例中，电池组外壳的盖和下部由选自聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、氯化聚乙烯(CPE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丁烯(PB)及其组合的材料制成。
有关无极耳双极电池组模块的额外细节可见于2022年10月7日提交且名称为“TAB-FREE BIPOLAR SOLID-STATE BATTERY”的共同转让的美国专利申请序列号17/961,804，其特此通过引用以其整体并入本文。
现在参考图8，无极耳双极电池组模块可以以各种配置连接，以提供更高的输出电压。模块化电池组500包括串联连接的P个无极耳双极电池组模块510-1、510-2、...、和510-P，其中P为整数，(共同或单独地为无极耳双极电池组模块510)。模块化电池组500的电压是P乘以无极耳双极电池组模块510的电压的乘积。
现在参考图9A至图9E，示出了无极耳双极电池组模块的邻接和/或互锁端子的各种实例。在图9A中，端子512和514分别包括板513和515，它们邻接并形成电连接。
在图9B中，端子532和534包括分别具有突出部536和空腔538的板533和535。当端子532和534彼此邻接时，当相邻的无极耳双极电池组模块彼此相邻布置时突出部536位于空腔538中并形成电连接。
在图9C中，端子542和544包括分别具有螺纹突出部546和螺纹空腔548的板543和545。当端子542和544彼此螺纹连接时，螺纹突出部546位于螺纹空腔548中并形成电连接。
在图9D中，端子552包括具有螺纹突出部556的板553。端子554包括底板555和具有螺纹空腔558的板557(附接到底板555或与底板555集成)。当端子552和554彼此螺纹连接时，螺纹突出部556位于螺纹空腔558中并形成电连接。
在图9E中，端子562包括板563和自其延伸的公突出部566。端子564包括底板565和限定母空腔569的板568(例如，具有在一个或多个正交方向上与公突出部566互补和互锁的形状)。在一些实例中，公突出部566为“T”形并且母空腔569为“T”形。当端子562的公突出部566插入端子564的母空腔569中时，可以在横向于包括图9E的页面的方向上进行移除，但不是在图9E中的水平或垂直方向上。
现在参考图10，示出了包括多个串联连接的无极耳双极电池组模块610的模块化电池组600。模块化电池组600包括T个无极耳双极电池组模块610-1、610-2、...和610-T，其中T是整数(共同或单独地为无极耳双极电池组模块610)。模块化电池组600包括S个排，其中S排中的每一排包括T/S个无极耳双极电池组模块610。模块化电池组600的电压是T乘以无极耳双极电池组模块610的电压的乘积。
模块化电池组600包括绝缘结构构件614，绝缘结构构件614布置在无极耳双极电池组模块610周围并且被配置为在车辆运行过程中保持无极耳双极电池组模块610的位置。保护盖616围绕绝缘结构构件614。外部电池组包框架618包围保护盖。
串联连接620在每一排中的无极耳双极电池组模块610之间以及从一排到下一排以串级链进行。无极耳双极电池组模块624-1连接至模块化电池组600的正极端子。无极耳双极电池组模块624-T连接至模块化电池组600的负极端子。
现在参考图11，模块化电池组700包括串联和并联连接的多个无极耳双极电池组模块610。模块化电池组700包括F个排，每排包括D个无极耳双极电池组模块610-11、610-12、...、和610-FD，其中F和D是大于1的整数。模块化电池组600的电压是D乘以无极耳双极电池组模块610的电压的乘积(同时提供比图10中类似数量的无极耳双极电池组模块610更低的电压水平和更高的电流水平)。
无极耳双极电池组模块724-11、724-21、...、和724-F1连接至模块化电池组600的正极端子。无极耳双极电池组模块724-1D、724-2D、...、和724-FD连接至模块化电池组700的负极端子。
现在参考图12，模块化电池组800包括多个无极耳双极电池组模块610。模块化电池组800还包括具有布置在无极耳双极电池组模块610的排之间(或成对的无极耳双极电池组模块610之间)的冷却通道812的结构支撑构件810。冷却通道812使冷却流体(例如来自冷却流体源的冷却剂)在结构支撑构件810中循环。
现在参考图13，模块化电池组900包括多个无极耳双极电池组模块610。电池组控制系统920包括一个或多个控制器，其被配置为接收传感器924的输出，传感器924被配置为感测一个或多个电池组参数(例如，温度传感器，电压传感器、电流传感器和/或测量无极耳双极电池组模块610的其它参数的传感器)。在一些实例中，传感器924(例如电压传感器)布置成与无极耳双极电池组模块的端子接触。
在一些实例中，阴极活性材料选自LiCoO2、LiNixMnyCo1-x-yO2(其中0≤x≤1且0≤y≤1)、LiNixMn1-xO2(其中0≤x≤1)、Li1+xMO2(其中0≤x≤1)、LiMn2O4、LiNixMn1.5O4、LiFePO4、LiVPO4、LiV2(PO4)3、Li2FePO4F、Li3Fe3(PO4)4、Li3V2(PO4)F3、LiFeSiO4及其组合。在一些实例中，正电活性材料被涂覆(例如，通过LiNbO3和/或Al2O3)和/或正电活性材料被掺杂(例如，通过铝和/或镁)。
在一些实例中，阳极活性材料选自碳质材料、硅、过渡金属、金属氧化物、锂金属、锂合金金属(例如，锡、铝、铟、镁)及其组合。
在一些实例中，密封聚合物的厚度为2μm至200μm。在一些实例中，密封聚合物选自热熔粘合剂(例如，聚氨酯树脂(urethane resin)、聚酰胺树脂、聚烯烃树脂)、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、含有无定形聚丙烯树脂作为主要成分并通过使乙烯、丙烯和/或丁烯共聚而获得的树脂、硅酮、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、橡胶(三元乙丙橡胶(EPDM))、异氰酸酯粘合剂、丙烯酸树脂粘合剂、氰基丙烯酸酯粘合剂或其组合。
在一些实例中，聚合物电解质前体包括聚合物和引发剂。在一些实例中，聚合物选自环氧乙烷(EO)、偏二氟乙烯(VDF)、偏二氟乙烯-六氟丙烯(VDF-HFP)、环氧丙烷(PO)、丙烯腈(AN)、甲基丙烯腈(PMAN)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)及它们相应的低聚物和共聚物。
在一些实例中，引发剂选自过氧化物、偶氮化合物以及过氧化物和还原剂。过氧化物的实例包括二(4-叔丁基环己基)过氧化二碳酸酯(Di(4-tert-butylcyclohexyl,peroxydicarbonate)和过氧化苯甲酰(BPO)。偶氮化合物的实例包括偶氮二氰胺(AIBN)。还原剂的实例包括低价金属盐，例如S2O4 2-+Fe2+、Cr3+、Cu+。
在一些实例中，聚合物前体溶液包含0至5重量％的引发剂、0至20重量％的聚合物和80至99重量％的液体电解质。在其它实例中，聚合物前体溶液包含小于0.5重量％的引发剂、小于5重量％的聚合物和＞90重量％的液体电解质。
在其它实例中，液体电解质选自传统电解质和离子液体。在一些实例中，传统电解质包括碳酸酯溶剂和锂盐。在一些实例中，碳酸酯溶剂选自碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸亚丙酯(PC)等。在一些实例中，锂盐的浓度为>0.8摩尔/升(mol/L)。
在一些实例中，锂盐包括至少一种选自双(三氟甲磺酰)亚胺(LiTFSI)、双(氟磺酰)亚胺锂(LIFSI)、双(全氟乙基-磺酰)亚胺锂(LiBETI)、六氟磷酸锂(LiPF6)、双(草酸根合)硼酸锂(LiBOB)、二氟(草酸根合)硼酸锂(LiDFOB)、四氟硼酸锂(LiBF4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、高氯酸锂(LiClO4)、和三氟甲磺酸锂(LiTfO)的锂盐。在一些实例中，传统电解质还可包括选自碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸亚丁酯(BC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)及其组合的添加剂。
在一些实例中，离子液体包括溶剂化离子液体和锂盐。溶剂化离子液体的实例包括四乙二醇二甲醚(G4)和三乙二醇二甲醚(G3)。锂盐的实例包括LiTFSI、LIFSI、LiBETI、LiPF6、LiBOB、LiDFOB、LiBF4、LiAsF6、LiClO4和LiTfO。
在其它实例中，非质子离子液体包括阳离子、阴离子和锂离子。在一些实例中，阳离子选自N-甲基-N-丙基哌啶鎓(PP13+)；N-甲基-N-丁基哌啶鎓(PP14+)；N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓(Py13+)；1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMI+)，及其组合。在一些实例中，阴离子选自双(氟磺酰)亚胺(FSI-)；双(三氟甲磺酰)亚胺(TFSI-)；双(五氟乙磺酰)亚胺(BETI-)；六氟磷酸根(PF6-)；四氟硼酸根(BF4-)；三氟甲磺酸根(TfO-)；二氟硼酸根(DFOB-)及其组合。离子液体还可包括选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(HFE)；氟代碳酸亚乙酯(FEC)；TTE，及其组合的稀释剂添加剂。
在一些实例中，隔离件包括涂覆有磷酸钛铝锂(LATP)的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)层。
在一些实例中，电解质包括选自掺杂或未掺杂的石榴石电解质、钙钛矿电解质、NASICON电解质、LISICON电解质和金属掺杂或异价取代的氧化物固体电解质的基于氧化物的固体电解质。石榴石型的实例包括Li7La3Zr2O12。钙钛矿型的实例包括Li3xLa2/3-xTiO3。NASICON型的实例包括Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3和Li1+xAlxGe2-x(PO4)3。LISICON型的实例包括Li2+2xZn1-xGeO4。金属掺杂或异价取代的氧化物固体电解质的实例包括Al(或Nb)掺杂的Li7La3Zr2O12、Sb掺杂的Li7La3Zr2O12、Ga取代的Li7La3Zr2O12、Cr和V取代的LiSn2P3O12、Al取代的钙钛矿、Li1+x+yAlxTi2-xSiyP3-yO12。
在某些实例中，液体电解质、前体溶液和引发剂的混合物响应于80℃下的加热而原位形成凝胶电解质。
上文的描述仅是示例性的并且绝对无意限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以各种形式实施。因此，尽管本公开包括特定实例，但本公开的真实范围不应受此限制，因为在研究附图、说明书和以下权利要求后，其它修改将变得显而易见。应该理解的是，方法内的一个或多个步骤可能以不同顺序(或同时)实施而不改变本公开的原理。此外，尽管各实施方案在上文中被描述为具有某些特征，但关于本公开的任一实施方案描述的任何一个或多个特征可在任何其它实施方案中实施和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使没有明确描述该组合。换言之，所述实施方案并不互相排斥，并且一个或多个实施方案的相互置换仍在本公开的范围内。
使用各种术语描述元件之间(例如模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“毗邻”、“紧邻(next to)”、“在…顶部”、“在…上”、“在…下”和“设置(disposed)”。除非明确描述为“直接”，当在上述公开中描述第一元件和第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件和第二元件之间不存在其它中间元件的直接关系，也可以是在第一元件和第二元件之间(在空间上或功能上)存在一个或多个中间元件的间接关系。本文所用的短语“A、B和C的至少一个”应被解释为是指使用非排他的逻辑OR的逻辑(A或B或C)，并且不应被解释为是指“至少一个A、至少一个B和至少一个C”。
在附图中，如箭头所示的箭号方向通常演示与图示相关的信息(如数据或说明)流向。例如，当元件A和元件B交换各种信息但从元件A传送到元件B的信息与图示相关时，箭头可从元件A指向元件B。这种单向箭头并不意味着没有其它信息从元件B传送到元件A。此外，对于从元件A传送到元件B的信息，元件B可向元件A发送对该信息的请求或接收回执。
前述描述本质上仅是说明性的并且决不旨在限制本公开、其应用或者用途。本公开的宽泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管本公开包括特定实例，但本公开的真实范围不应如此限制，因为其它修改在研究附图、说明书和所附权利要求之后将变得显而易见。应当理解的是，方法内的一个或多个步骤可以以不同的顺序(或同时)执行，而不改变本公开的原理。此外，尽管每个实施方案在上面被描述为具有某些特征，但是关于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任何一个或多个可以在任何其它实施方案中实施和/或与任何其它实施方案中的特征组合，即使没有明确描述所述组合。换言之，所描述的实施方案并不互相排斥，并且一个或多个实施方案彼此的排列组合存在于本公开的范围内。
要素之间(例如，模块、电路元件、半导体层等之间)的空间关系和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“耦合”、“相邻”、“紧接”、“在上面”、“上方”、“下方”和“设置”。除非明确描述为“直接”，否则在上述公开中描述第一要素和第二要素之间的关系时，该关系可以是直接关系，其中第一要素和第二要素之间不存在其它居间要素，但也可以是间接关系，其中在第一要素和第二要素之间(空间上或功能上)存在一个或多个居间要素。如本文所用，短语A、B和C中的至少一个应解释为意指使用非排他逻辑OR的逻辑(A OR BOR C)，而不应该解释为意指“至少一个A、至少一个B、和至少一个C”。
在附图中，如由箭头指示的箭头方向，通常显示图示所关注的信息(如数据或指令)流。例如，当要素A和要素B交换各种信息时，而从要素A发送到要素B的信息与图示相关，箭头可从要素A指向要素B。这种单向箭头并不意味着没有其它信息从要素B发送到要素A。此外，对于从要素A发送到要素B的信息，要素B可以向要素A发送对信息的请求或信息的接收确认。
在本申请中，包括下述定义，术语“模块”或术语“控制器”可用术语“电路”替换。术语“模块”可以是指包括或以下的部分：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字离散电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享、专用或群)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或群)；提供所述功能的其它合适硬件组件；或者上述部分或全部的组合，例如在片上系统中。
模块可包括一个或多个接口电路。在某些实施例中，接口电路可包括连接到局域网(LAN)、互联网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开的任何给定模块的功能可分布在经由接口电路连接的多个模块之间。例如，多个模块可允许负载平衡。在进一步的实例中，服务器(也称为远程或云)模块可代表客户端模块完成某些功能。
如上所用，术语代码可包括软件、固件和/或微代码，并可称为程序、例程、函数、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个模块的部分或全部代码的单个处理器电路。术语群处理器电路包括处理器电路与附加处理器电路组合执行来自一个或多个模块的部分或全部代码。对多个处理器电路的提及包括离散裸片上的多个处理器电路、单个裸片上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核心、单个处理器电路的多个线程、或上述的组合。术语共享存储器电路包括存储来自多个模块的部分或全部代码的单个存储器电路。术语群存储器电路包括存储器电路与附加存储器组合存储来自一个或多个模块的部分或全部代码。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所用，术语计算机可读介质不包括通过介质(例如在载波上)传播的瞬态电或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可被认为是有形的和非瞬态的。非瞬态的、有形的计算机可读介质的非限制性实例是非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩码只读存储器电路)、易失性存储器电路(例如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)以及光存储介质(例如CD、DVD、或蓝光光盘)。
本申请中所述的设备和方法可部分或完全通过专用计算机实施，该专用计算机通过配置通用计算机以执行体现为计算机程序的一个或多个特定功能而产生。上述功能块、流程组件和其它元素用作软件规范，其可通过熟练的技术人员或程序员的日常工作编译成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非瞬态的、有形的计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序也可包括或依赖于存储数据。计算机程序可包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的具体设备交互的设备驱动器、一个或多个操作系统、用户应用、后台服务、后台应用等。
计算机程序可包括：(i)待解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript Object Notation)(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)用于解释器执行的源代码，(v)用于实时编译器编译和执行的源代码，等等。仅作为实例，源代码可以使用包括C、C++、C#、Objective-C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5(超文本标记语言第五版)、Ada、ASP(动态服务器页面)、PHP(PHP:超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、Visual Lua、MATLAB、SIMULINK、以及在内的语言的句法编写。

Claims (10)

1.一种模块化双极固态电池组，其包括：
T个固态电池组模块，其中T为大于1的整数，并且其中所述T个固态电池组模块中的每一个包括：
外壳；
布置在所述外壳的第一侧面上的第一端子；
布置在所述外壳的与所述外壳的第一侧面相对的第二侧面上的第二端子；和
布置在所述外壳内并互连的N个固态电池组电池，
其中N为大于1的整数，
其中所述T个固态电池组模块以串联和并联中的至少一种方式连接；
所述模块化双极固态电池组的正极端子连接至所述T个固态电池组模块中的至少一个；和
所述模块化双极固态电池组的负极端子连接至所述T个固态电池组模块中的至少另一个。
2.根据权利要求1所述的模块化双极固态电池组，
其中，所述N个固态电池组电池中的每一个包括：
M个固态芯，每个固态芯包括第一集流体、阴极活性材料、隔离件、阳极活性材料和第二集流体，其中M为大于1的整数，
其中所述M个固态芯通过将所述N个固态电池组电池中每一个中的M个固态芯的第一集流体连接在一起并将所述N个固态电池组电池中每一个中的M个固态芯的第二集电体连接在一起而并联连接；和
N-1个复合板，所述复合板包括由第一材料制成的第一侧面和由第二材料制成的第二侧面，其中所述N-1个复合板布置在所述N个固态电池组电池中的相邻电池组电池之间，且所述N个固态电池组电池通过所述N-1个复合板串联连接。
3.根据权利要求2所述的模块化双极固态电池组，其中：
所述第一集流体包括铝且所述第二集流体包括铜；和
所述N-1个复合板的第一材料包括铜且所述N-1个复合板的第二材料包括铝。
4.根据权利要求3所述的模块化双极固态电池组，其中所述外壳包括基部和盖。
5.根据权利要求4所述的模块化双极固态电池组，其中所述盖包括N个通气孔，所述N个通气孔布置在所述N-1个复合板之间、在所述N-1个复合板中的第一个与所述外壳的一个侧面之间、以及在所述N-1个复合板中的最后一个与所述外壳的相对侧面之间。
6.根据权利要求1所述的模块化双极固态电池组，其中所述T个固态电池组模块布置在多个排中，每排包括所述T个固态电池组模块中串联连接的两个或更多个，且还包括用于将所述T个固态电池组模块在所述多个排中串联连接的连接器。
7.根据权利要求1所述的模块化双极固态电池组，其中所述T个固态电池组模块布置在多个排中，每排包括所述T个固态电池组模块中串联连接的两个或更多个，且还包括用于将所述T个固态电池组模块在所述多个排中并联连接的连接器。
8.根据权利要求1所述的模块化双极固态电池组，其中所述第一端子包括第一矩形板，并且所述第二端子包括第二矩形板。
9.根据权利要求1所述的模块化双极固态电池组，其中所述第一端子包括第一矩形板，所述第一矩形板包括突出部，并且所述第二端子包括第二矩形板，所述第二矩形板包括与所述突出部配合的凹部。
10.根据权利要求1所述的模块化双极固态电池组，其中所述第一端子包括第一矩形板，所述第一矩形部包括螺纹突出部，并且所述第二端子包括第二矩形板，所述第二矩形部包括与所述螺纹突出部配合的螺纹凹部。
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