用于具有内置泡沫的高能量密度棱柱形电池电芯的设备的制作方法

本公开总体上涉及一种用于具有内置泡沫的高能量密度棱柱形电池电芯(battery cell，或为“电池单元”或“电池单体”)的设备。

背景技术：

1、电池包括至少一对阳极电极和阴极电极、以及设置在阳极电极和阴极电极之间的隔膜。阳极电极和阴极电极中的每一个包括集电器或形成在集电器上，该集电器可以是被利用来将电能从相应电极传导到电池端子的导电金属件。阳极电极连接到负电池端子，并且阴极电极连接到正电池端子。电池可包括对容纳及保护电极和隔膜有用的罐或外刚性壳体。罐可由金属构建。

2、电极堆叠可包括一个或多个电极对。根据一个实施例，电极堆叠可包括多个交替的扁平电极。根据另一个实施例，被描述为果冻卷电极堆叠的电极堆叠可包括单个柔性电极对，其中电极被卷成圆柱形或扁平化圆柱形的形状。果冻卷电极堆叠包括外隔膜层和内隔膜层、阴极层、惰性层压层和阳极层。观察果冻卷电极堆叠的一端，这些层可呈现为漩涡，其中阳极层和阴极层通过隔膜层分隔。阳极层可通过第一集电器连接到负电池端子，并且阴极层可通过第二集电器连接到正电池端子。

技术实现思路

1、提供了一种棱柱形电池电芯。棱柱形电池电芯包括：硬外壳(outer case)，其包括内部体积；以及一个或多个电极堆叠或果冻卷电极，其设置在内部体积内。棱柱形电池电芯进一步包括设置在内部体积内的泡沫结构。泡沫结构被构造成用于在电极堆叠或果冻卷电极膨胀时通过泡沫压缩来减小电极堆叠或果冻卷电极上的电芯内部压力。

2、在一些实施例中，电极堆叠或果冻卷电极包括硅阳极或锂金属阳极。

3、在一些实施例中，当电极堆叠或果冻卷电极膨胀时，泡沫结构被构造成用于在小于600千帕的压力下展现在从0％至80％的范围内的应变。

4、在一些实施例中，棱柱形电池电芯进一步包括液态电解质。泡沫结构被构造成用于在从泡沫结构的体积的0％至泡沫结构的体积的4％的范围内吸收液态电解质。

5、在一些实施例中，泡沫结构包括第一泡沫层，该第一泡沫层邻接电极堆叠或果冻卷电极的第一侧并设置在电极堆叠或果冻卷电极的第一侧和硬外壳的内表面之间。泡沫结构进一步包括第二泡沫层，该第二泡沫层邻接电极堆叠或果冻卷电极的第二侧并设置在电极堆叠或果冻卷电极的第二侧和硬外壳的内表面之间。

6、在一些实施例中，棱柱形电池电芯包括果冻卷电极，并且电池电芯包括多个果冻卷电极。泡沫结构包括泡沫层，该泡沫层设置在所述多个果冻卷电极中的第一个和所述多个果冻卷电极中的第二个之间。

7、在一些实施例中，该泡沫层是第一泡沫层。棱柱形电池电芯进一步包括第二泡沫层，该第二泡沫层邻接所述多个果冻卷电极中的第一个的第一侧并设置在第一侧和硬外壳的内表面之间。棱柱形电池电芯进一步包括第三泡沫层，该第三泡沫层邻接所述多个果冻卷电极中的第二个的第二侧并设置在第二侧和硬外壳的内表面之间。

8、在一些实施例中，棱柱形电池电芯进一步包括包围所述多个果冻卷电极的泡沫包裹物(wrap)。

9、在一些实施例中，棱柱形电池电芯包括电极堆叠。泡沫结构包括第一泡沫层，该第一泡沫层邻接电极堆叠的第一侧并设置在电极堆叠的第一侧和硬外壳的内表面之间。泡沫结构进一步包括第二泡沫层，该第二泡沫层邻接电极堆叠的第二侧并设置在电极堆叠的第二侧和硬外壳的内表面之间。

10、在一些实施例中，电池电芯包括电极堆叠，并且泡沫结构是包围电极堆叠的泡沫包裹物。

11、在一些实施例中，泡沫结构是用硅橡胶构建的。

12、在一些实施例中，泡沫结构是用聚氨酯材料构建的。

13、在一些实施例中，泡沫结构由包括硅橡胶或聚氨酯材料的复合材料或多层材料构建。

14、在一些实施例中，棱柱形电池电芯进一步包括第一接片和第二接片。泡沫结构包括开口端，这些开口端使得多种位置能够用于电池电芯上的第一接片和电池电芯上的第二接片。

15、在一些实施例中，棱柱形电池电芯进一步包括液态电解质。泡沫结构包括与液态电解质的极性不同的表面极性。

16、在一些实施例中，棱柱形电池电芯进一步包括内置弹簧，该内置弹簧将压缩力施加在电极堆叠或果冻卷电极的第一侧上。泡沫结构包括与电极堆叠或果冻卷电极的第二侧接触的泡沫层。

17、在一些实施例中，棱柱形电池电芯进一步包括内置弹簧，该内置弹簧将压缩力施加在电极堆叠或果冻卷电极的第一侧上。泡沫结构包括与电极堆叠或果冻卷电极的第二侧接触的第一泡沫层。棱柱形电池电芯进一步包括第二泡沫层，该第二泡沫层设置在内置弹簧和电极堆叠或果冻卷电极的第一侧之间。

18、根据一个替代性实施例，提供了一种电池模块。该电池模块包括多个电池电芯。所述多个电池电芯中的每一个包括：硬外壳，其包括内部体积；以及一个或多个电极堆叠或果冻卷电极，其设置在内部体积内。所述多个电池电芯中的每一个进一步包括设置在内部体积内的泡沫结构，该泡沫结构被构造成用于在电极堆叠或果冻卷电极膨胀时通过泡沫压缩来减小电极堆叠或果冻卷电极上的电芯内部压力。

19、根据一个替代性实施例，提供了一种包括装置的系统，该装置包括电池模块。该系统包括该装置。该装置包括该电池模块，该电池模块包括多个电池电芯。所述多个电池电芯中的每一个包括：硬外壳，其包括内部体积；以及电极堆叠或果冻卷电极，其设置在内部体积内。所述多个电池电芯中的每一个进一步包括设置在内部体积内的泡沫结构，该泡沫结构被构造成用于在电极堆叠或果冻卷电极膨胀时通过泡沫压缩来减小电极堆叠或果冻卷电极上的电芯内部压力。

20、在一些实施例中，装置是车辆。

21、本发明还公开了如下技术方案：

22、方案1.一种棱柱形电池电芯，其包括：

23、硬外壳，其包括内部体积；

24、电极堆叠或果冻卷电极，其设置在所述内部体积内；以及

25、设置在所述内部体积内的泡沫结构，所述泡沫结构被构造成用于将期望的压力施加在所述电极堆叠或所述果冻卷电极上并在所述电极堆叠或所述果冻卷电极膨胀时进行压缩。

26、方案2.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述电极堆叠或所述果冻卷电极包括硅阳极或锂金属阳极。

27、方案3.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，当所述电极堆叠或所述果冻卷电极膨胀时，所述泡沫结构被构造成用于在小于600千帕的压力下展现在从0％至80％的范围内的应变。

28、方案4.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其进一步包括液态电解质；并且

29、其中，所述泡沫结构被构造成用于在从所述泡沫结构的体积的0％至所述泡沫结构的所述体积的4％的范围内吸收所述液态电解质。

30、方案5.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述泡沫结构包括：

31、第一泡沫层，其邻接所述电极堆叠或所述果冻卷电极的第一侧，并设置在所述电极堆叠或所述果冻卷电极的所述第一侧和所述硬外壳的内表面之间；以及

32、第二泡沫层，其邻接所述电极堆叠或所述果冻卷电极的第二侧，并设置在所述电极堆叠或所述果冻卷电极的所述第二侧和所述硬外壳的所述内表面之间。

33、方案6.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述棱柱形电池电芯包括所述果冻卷电极；

34、其中，所述电池电芯包括多个果冻卷电极；并且

35、其中，所述泡沫结构包括泡沫层，所述泡沫层设置在所述多个果冻卷电极中的第一个和所述多个果冻卷电极中的第二个之间。

36、方案7.根据方案6所述的棱柱形电池电芯，其中，所述泡沫层是第一泡沫层；

37、其中，所述棱柱形电池电芯进一步包括：

38、第二泡沫层，其邻接所述多个果冻卷电极中的第一个的第一侧并设置在所述第一侧和所述硬外壳的内表面之间；以及

39、第三泡沫层，其邻接所述多个果冻卷电极中的第二个的第二侧并设置在所述第二侧和所述硬外壳的所述内表面之间。

40、方案8.根据方案6所述的棱柱形电池电芯，其进一步包括包围所述多个果冻卷电极的泡沫包裹物。

41、方案9.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述棱柱形电池电芯包括所述电极堆叠；并且

42、其中，所述泡沫结构包括：

43、第一泡沫层，其邻接所述电极堆叠的第一侧并设置在所述电极堆叠的所述第一侧和所述硬外壳的内表面之间；以及

44、第二泡沫层，其邻接所述电极堆叠的第二侧并设置在所述电极堆叠的所述第二侧和所述硬外壳的所述内表面之间。

45、方案10.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述棱柱形电池电芯包括所述电极堆叠；并且

46、其中，所述泡沫结构是包围所述电极堆叠的泡沫包裹物。

47、方案11.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述泡沫结构是用硅橡胶构建的。

48、方案12.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述泡沫结构是用聚氨酯材料构建的。

49、方案13.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其中，所述泡沫结构由包括硅橡胶或聚氨酯材料的复合材料或多层材料构建。

50、方案14.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其进一步包括第一接片和第二接片；并且

51、其中，所述泡沫结构包括开口端，所述开口端使得多种位置能够用于所述棱柱形电池电芯上的所述第一接片和所述棱柱形电池电芯上的所述第二接片。

52、方案15.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其进一步包括液态电解质；并且

53、其中，所述泡沫结构包括与所述液态电解质的极性不同的表面极性。

54、方案16.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其进一步包括内置弹簧，所述内置弹簧将压缩力施加在所述电极堆叠或果冻卷电极的第一侧上；并且

55、其中，所述泡沫结构包括与所述电极堆叠或果冻卷电极的第二侧接触的泡沫层。

56、方案17.根据方案1所述的棱柱形电池电芯，其进一步包括内置弹簧，所述内置弹簧将压缩力施加在所述电极堆叠或果冻卷电极的第一侧上；

57、其中，所述泡沫结构包括与所述电极堆叠或果冻卷电极的第二侧接触的第一泡沫层；并且

58、进一步包括第二泡沫层，所述第二泡沫层设置在所述内置弹簧和所述电极堆叠或果冻卷电极的所述第一侧之间。

59、方案18.一种电池模块，其包括：

60、多个电池电芯，其中，所述多个电池电芯中的每一个包括：

61、硬外壳，其包括内部体积；

62、电极堆叠或果冻卷电极，其设置在所述内部体积内；以及

63、设置在所述内部体积内的泡沫结构，所述泡沫结构被构造成用于将期望的压力施加在所述电极堆叠或所述果冻卷电极上并在所述电极堆叠或所述果冻卷电极膨胀时进行压缩。

64、方案19.一种包括装置的系统，所述装置包括电池模块，所述系统包括：

65、所述装置，其包括：

66、所述电池模块，其包括多个电池电芯，其中，所述多个电池电芯中的每一个包括：

67、硬外壳，其包括内部体积；

68、电极堆叠或果冻卷电极，其设置在所述内部体积内；以及

69、设置在所述内部体积内的泡沫结构，所述泡沫结构被构造成用于将期望的压力施加在所述电极堆叠或所述果冻卷电极上并在所述电极堆叠或所述果冻卷电极膨胀时进行压缩。

70、方案20.根据方案19所述的系统，其中，所述装置是车辆。

71、当结合附图理解时，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点容易从以下对用于实施本公开的最佳模式的详细描述中显而易见。