電化學器件以及可充電鋰離子電池制造技術

本發明專利技術涉及電化學器件以及可充電鋰離子電池，具體提供了一種電化學器件，包括電化學電池，該電化學電池具有用于接收液體反應物負電極材料的第一容積部分、用于接收液體反應物正電極材料的第二容積部分、以及位于所述第一容積部分和第二容積部分之間的鋰離子交換膜。液體反應物負電極材料包括鋰或者含鋰的材料。鋰離子交換膜便于液體反應物材料之間的鋰離子交換反應以產生鋰耗盡負電極材料和富鋰正電極材料。該器件還包括相應的流體交換機構，用以：i)將液體反應物正電極材料引入第二容積部分中并將富鋰正電極材料從第二容積部分中取出以及ii)以將液體反應物負電極材料引入第一容積部分中并將鋰耗盡負電極材料從第一容積部分中取出。

【技術實現步驟摘要】

本公開總體上涉及電化學器件以及可充電鋰離子電池。
技術介紹
鋰離子電池是ー種可充電電化學電池。在電池的充電期間，鋰離子從陰極(正電扱)移動到陽極(負電扱)，而當對電池放電時，鋰離子又從陽極移動到陰扱。鋰離子電池還包括電解質，該電解質用于當電池向外部電路提供電流時，在陰極和陽極之間輸送鋰離子。
技術實現思路
·本文公開了電化學器件。電化學器件的一個示例包括電化學電池，該電化學電池具有用于接收液體反應物負電極材料的第一容積部分、用于接收液體反應物正電極材料的第二容積部分、以及位于所述第一容積部分和第二容積部分之間的鋰離子交換膜。液體反應物負電極材料包括鋰或者含鋰的材料。鋰離子交換膜便于液體反應物負電極材料和液體反應物正電極材料之間的鋰離子交換反應以產生鋰耗盡負電極材料和富鋰正電極材料。該器件還包括相應的流體交換機構用以i)將液體反應物正電極材料引入第二容積部分中并將富鋰正電極材料從第二容積部分中取出，以及ii)將液體反應物負電極材料引入第一容積部分中并將鋰耗盡負電極材料從第一容積部分中取出。本專利技術進一步涉及如下方案I. ー種電化學器件，包括電化學電池，包括用于接收液體反應物負電極材料的第一容積部分，所述液體反應物負電極材料包括鋰或者含鋰的材料；用于接收液體反應物正電極材料的第二容積部分；以及位于所述第一容積部分和所述第二容積部分之間的鋰離子交換膜，所述鋰離子交換膜便于液體反應物負電極材料和液體反應物正電極材料之間的鋰離子交換反應以產生鋰耗盡負電極材料和富鋰正電極材料；以及相應的流體交換機構，用以i)將液體反應物正電極材料引入所述第二容積部分中并將富鋰正電極材料從所述第二容積部分中取出，和ii)將液體反應物負電極材料引入所述第一容積部分中并將鋰耗盡負電極材料從所述第一容積部分中取出。2.如方案I所限定的電化學器件，進ー步包括存儲罐，用以盛裝液體反應物正電極材料或者固態形式的反應物正電極材料，其中所述相應的流體交換機構中的ー個包括泵，該泵用于i)在得到控制系統指令時從所述存儲罐中抽出液體反應物正電極材料，以及ii)將液體反應物正電極材料傳輸至所述第二容積部分。3.如方案2所限定的電化學器件，其中在經由所述泵而將液體反應物正電極材料傳輸至所述第二容積部分后，液體反應物正電極材料與儲存在液體反應物負電極材料中的鋰反應，以形成所述鋰耗盡負電極材料和所述富鋰正電極材料，并且其中所述泵進一歩配置成將所述富鋰正電極材料傳輸至所述存儲罐中。4.如方案2所限定的電化學器件，進ー步包括第二存儲罐，用以盛裝液體反應物負電極材料或者固態形式的反應物負電極材料，其中所述相應的流體交換機構中的另ー個包括泵，該泵用于i)在得到所述控制系統的指令時從所述存儲罐中抽出液體反應物負電極材料，和ii)將液體反應物負電極材料傳輸至所述第一容積部分。5.如方案4所限定的電化學器件，其中所述相應的流體交換機構中的所述另ー個包括泵，該泵用于i)在得到所述控制系統的指令時從所述第二存儲罐中抽出液體反應物負電極材料，以及ii)將液體反應物負電極材料傳輸至所述第一容積部分。6.如方案4所限定的電化學器件，其中所述電化學電池進一歩包括 負電極電流收集器，具有在其中限定的多個流動通道，其中所述多個流動通道限定所述第一容積部分并且允許液體反應物負電極材料流動通過所述負電極電流收集器；以及正電極電流收集器，具有在其中限定的多個其它的流動通道，其中所述多個其它的流動通道限定所述第二容積部分并且允許液體反應物正電極材料流動通過所述正電極電流收集器；其中所述鋰離子交換膜被置于所述負電極電流收集器和所述正電極電流收集器之間。7.如方案I所限定的電化學器件，其中液體反應物負電極材料具有從大約10°C到大約200°C的熔化溫度。8.如方案I所限定的電化學器件，其中所述鋰離子交換膜由包括鋰離子、鋰磷氮氧化物、硫化鋰玻璃、玻璃-聚合物復合材料、或者玻璃-陶瓷復合材料的任何聚合物形成。9.如方案I所限定的電化學器件，其中所述電化學器件包括多個電化學電池，并且其中所述電化學器件被配置成使得電流流動呈串聯、并聯或者其組合的形式。10.如方案I所限定的電化學器件，其中所述電化學器件是可充電鋰離子電池。11. ー種可充電鋰離子電池，包括電化學電池，包括正電極電流收集器，其包括用于接收液體反應物正電極材料的通道；負電極電流收集器，其包括用于接收液體反應物負電極材料的通道，該液體反應物負電極材料包括鋰或者含鋰的材料；以及位于所述正電極電流收集器和所述負電極電流收集器之間的鋰離子交換膜；第一存儲罐，用于盛裝所述液體反應物正電極材料或者固態形式的反應物正電極材料；泵浦機構，其可操作地連接至所述第一存儲罐，用以i)在得到所述控制系統指令時從所述第一存儲罐中抽出所述液體反應物正電極材料，以及ii)將所述液體反應物正電極材料傳輸至所述正電極電流收集器的所述通道；第二存儲罐，用于盛裝所述液體反應物負電極材料或者固態形式的反應物正電極材料；另外ー個泵浦機構，其可操作地連接至所述第二存儲罐，用以i)在得到控制系統指令時從所述第二存儲罐中抽出所述液體反應物負電極材料，以及ii)將所述液體反應物負電極材料傳輸至所述負電極電流收集器的所述通道；以及動カ源，其可操作地連接至所述正電極電流收集器和所述負電極電流收集器，從而在所述這些電流收集器之間建立電流路徑；其中隨著所述材料流過相應的通道，在所述液體反應物負電極材料和所述液體反應物正電極材料之間發生鋰離子交換反應，從而產生鋰耗盡負電極材料和富鋰正電極材料。12.如方案11所限定的可充電鋰離子電池，進ー步包括廢料罐，用以經由所述泵浦機構接收來自所述正電極電流收集器的所述富鋰正電極材料。13.如方案11所限定的可充電鋰離子電池，其中所述液體反應物負電極材料具有從大約10°c到大約200°C的熔化溫度。·14.如方案11所限定的可充電鋰離子電池，其中所述液體反應物正電極材料包括在碳酸こ烯酯和碳酸ニこ酯混合物中的融化的GaxSny和LiPF6鹽的混合物，其中y等于I和X間的差值，而X為O. 2到O. 8。15.如方案11所限定的可充電鋰離子電池，其中所述鋰離子交換膜選自含鋰離子的玻璃或者含鋰離子的聚合物。16.如方案11所限定的可充電鋰離子電池，進ー步包括相應的加熱機構，其可操作地連接至所述第一存儲罐和所述第二存儲罐以分別加熱一定量的固態形式的反應物負電極材料和一定量的固態形式的反應物正電極材料。17. 一種制備可充電鋰離子電池的方法，包括通過將鋰離子交換膜置于正電極電流收集器和負電極電流收集器之間而形成電極組件；流體地連接i)第一存儲罐至所述正電極電流收集器，以及ii)第二存儲罐至所述負電極電流收集器，所述第一存儲罐用以盛裝液體反應物正電極材料或者固態形式的反應物正電極材料，而所述第二存儲罐用以盛裝液體反應物負電極材料或者固態形式的反應物負電極材料，所述反應物負電極材料包括鋰或者含鋰的材料；以及使相應的泵浦機構與所述第一存儲罐和所述第二存儲罐中的每ー個相關聯，以使得i)第一泵浦機構從所述第一存儲罐抽出所述液體反應物正電極材料，并且傳輸所述液體反應物正電極材料至所述正電極電流收集器，在所述正電極電流收集器中所述液體反應物正電極材料變成富鋰正電極材料，以及ii)第二泵本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電化學器件，包括：電化學電池，包括：用于接收液體反應物負電極材料的第一容積部分，所述液體反應物負電極材料包括鋰或者含鋰的材料；用于接收液體反應物正電極材料的第二容積部分；以及位于所述第一容積部分和所述第二容積部分之間的鋰離子交換膜，所述鋰離子交換膜便于液體反應物負電極材料和液體反應物正電極材料之間的鋰離子交換反應以產生鋰耗盡負電極材料和富鋰正電極材料；以及相應的流體交換機構，用以：i)將液體反應物正電極材料引入所述第二容積部分中并將富鋰正電極材料從所述第二容積部分中取出，和ii)將液體反應物負電極材料引入所述第一容積部分中并將鋰耗盡負電極材料從所述第一容積部分中取出。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：A·T·蒂蒙斯，B·R·克里斯蒂安，
申請(專利權)人：通用汽車環球科技運作有限責任公司，
類型：發明
國別省市：