電化學電池制造技術

本申請介紹了一種電化學電池。該電池包括由金屬材料形成的外殼。一種組件置于所述電池的負極室中，所述負極室含有堿金屬。所述組件包括犧牲金屬，所述犧牲金屬的氧化電位小于所述外殼材料的氧化電位。本申請也提供一種包含這種電化學電池的能量存儲裝置。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術總地涉及一種電化學電池，在一些具體的實施方式中，涉及高溫，可再充電的電化學電池，以及相關的設備。
技術介紹
電池組是在移動系統和固定應用中存儲一部分能量的重要組件，所述移動系統例如電動車輛，混合電動車和其它類型的車輛和非車輛(例如，火車頭，越野公路的采礦車(off-highway mining vehicles),航海應用，公共汽車和汽車)，和所述固定應用例如不間斷電源(UPS)系統和“Telecom” (電信系統)。高溫鈉-金屬鹵化物電化學電池通常以用于以下應用中為目的:火車頭；電信，和不間斷電源(UPS)電池組。這些電池可能給許多這些應用提供高的能量密度，高功率密度，較長的電池壽命，和較低的成本需要。通常，電池組由許多電池構成。對這些電池組的目前開發集中于性能和電池壽命。許多因素會影響性能，和限制電池壽命。主要因素可以是隔板的不可靠性。用于這些電池中最通常的隔板是β 氧化鋁固體電解質(BASE)，其是傳導鈉的陶瓷。應該指出，在使用過程中電池中的熱循環，壓差，鈉-芯吸作用(sodium-wicking),和震動在一些情況下會損害隔板。受損的隔板可能導致包裝殼(例如鋼制包裝殼)的電化學腐蝕，和電池中大的熱偏移。通常，當隔板破裂時，形成金屬性短路，使得電池組使用失效的電池進行操作。但是，在一些情況下，高溫條件，結合腐蝕的電池包裝殼，可能容許電池的化學組件破壞包裝殼，這會使整個電池組短路。已經在不同的電池組設計上進行了開發工作來避免和/或解決腐蝕問題。避免電池腐蝕的一種方式是提供電池的芯和包裝殼之間的有效的熱和電傳導性。但是，可能顯著地限制目前的設計來有效地發揮這些功能。同樣地，目前可獲得的設計不適合于顯著減少或者防止外殼的腐蝕。因此期望開發一種對于各種電池組應用具有改善的熱管理和改善的可靠性的新型電池設計。
技術實現思路
本專利技術的一些實施方式提供電化學電池。該電池包括含有金屬材料的外殼。組件置于含有堿金屬的電池的負極室中。該組件包括犧牲金屬，所述犧牲金屬的氧化電位小于所述外殼材料的氧化電位。根據本專利技術的一些實施方式，所述電池包括置于外殼界定的體積中的傳導離子的管狀隔板。所述外殼包括鐵。該電池的負極室含有堿金屬。墊片結構置于該負極室中，通常平行于所述隔板的負極表面。所述墊片結構包括鋅。本專利技術的一些實施方式中提供能量存儲裝置。該裝置常常包括多個電化學電池，其中所述電池是彼此熱和點導通的。附圖說明當參考附圖閱讀以下具體實施方式時，本專利技術的這些和其它特征、方面、以及優點將會變得更易理解，在附圖中相同的符號在整個附圖中表示相同的部件，其中:圖1是根據本專利技術的實施方式的電化學電池的示意圖；圖2是根據本專利技術的另一實施方式的電化學電池的示意圖；圖3是根據本專利技術的又一實施方式的電化學電池的示意圖；圖4是根據本專利技術的實施方式的電化學電池的示意性三維視圖；圖5是根據本專利技術的實施方式的電化學電池的橫截面俯視圖；圖6是根據本專利技術的實施方式的電化學電池的透視三維視圖；圖7是根據本專利技術的實施方式的電化學電池的透視三維視圖；圖8是顯示根據本專利技術的示例性實施方式的電化學電池的放電曲線的圖。具體實施例方式如在本申請中整個說明書和權利要求中所用的，可使用近似語言修飾任何量的表示，其能夠容許變化而不導致它涉及的基本功能的變化。因此，受術語例如“約”修飾的值不限于所指出的精確值。在一些情況下，近似語言可對應于測量該值的儀器的精度。在以下的說明書和權利要求中，單數形式“一種(a) ”，“一個(an) ”和“所述(the) ”包括復數指示物，否則上下文會清楚地另外指出。本申請所用的術語“可”和“可為”表示在一組環境下發生的可能性；具有指定的性質，特征或者功能的可能性；和/或通過顯示一個或者多個能力、性能而適合于另一種動作，或者與該適合的動作相關的可能性。因此，用于“可”和“可為”表示修飾的術語顯然適合、能夠或者適于所表示的能力，功能，或者用途，同時考慮在一些情況下，所修飾的術語可能有時不適合、不能或者不合適。例如，在一些情況下，事件或者能力可能是所期望的，而在其它情況下，該事件或者能力不能發生。這種區別通過術語“可”和“可為”涵蓋。本申請所用的術語“負極材料”是指在充電的過程中接受電子的材料，并且以氧化還原反應的一部分存在。術語“正極材料”是指在充電的過程中提供電子的材料，并且也以氧化還原反應的一部分存在。所述正極材料作為參加電化學反應的反應物存在，以它的氧化態或者還原態存在，或者在完全氧化和還原之間的一些狀態。本申請所用的電解質是在電池的正極和負極之間提供離子傳導機制的介質，并且可以用作氧化形式的電極材料的溶齊U。有助于離子傳導機理但是本身不提供該機理的添加劑與電解質本身不同。本申請所用的術語“高溫”通常是指高于約250攝氏度(V )的溫度，否則會另外指出。圖1說明根據本專利技術的一種實施方式的電化學電池10的示意圖。電化學電池10包括具有界定體積的內表面14的外殼12 ;并且具有基底16。外殼12也可稱為“包裝殼”。在一種實施方式中，外殼12可具有圓形的或橢圓形的橫截面。在另一實施方式中，外殼12可具有多邊形的橫截面，并且可具有多個角區域。在這些情況下，電化學電池10的外殼12可具有方形的橫截面，并且具有四個角區域。關于材料，外殼12通常由金屬材料制成。合適的金屬材料可包括鎳，鐵，或鑰。具體的實例可為軟鋼，不銹鋼，鍍鎳的鋼，和鍍鑰的鋼。電化學電池10包括置于外殼12的體積中的隔板18。隔板18通常是傳導離子的固體電解質。用于隔板的合適材料包括β，-氧化鋁，β-氧化鋁，β，-鎵酸鹽，β-鎵酸鹽，或沸石。在具體的實施方式中，隔板18包括β -氧化鋁固體電解質(BASE)。隔板18可具有特征選擇性離子傳導性(selected ionic conductivity)。隔板18的電阻(即，穿過它的厚度)可部分取決于隔板壁本身的厚度。合適的厚度可為小于約5毫米。在一種實施方式中，隔板壁的厚度可為約0.5毫米至約5毫米。在某些優選的實施方式中，厚度可為約I毫米至約2毫米。在所說明的實施方式中，隔板18可為圓柱形的，細長的，管狀的，或杯狀的，對于圓柱形的或管狀的電池來說具有封閉端部20和開放端部22。在一種實施方式中，所述隔板可為基本上平面的；而相應的電池可為平面狀電化學電池。再次參考圖1，隔板18的開放端部22可為可密封的，并且可為隔板組件的一部分，其界定用于在制造過程中用材料填充隔板18的孔隙24。在一種情況下，孔隙24可用于添加正極材料。隔板18的封閉端部20可為預密封的，從而增加電池整體性和堅固性。隔板18可具有橫截面輪廓，該橫截面輪廓可為例如圓形的，卵形的或橢圓形的，多邊形的，十字形的，或星形的。在一些具體的實施方式中，隔板18的橫截面輪廓可為有褶皺的形狀(描述于以下的實施方式中)。褶皺形狀通常包括交替方式的多個凸起部分(lobeportions)和凹谷(下陷)部分(也成為“凸起”和“凹谷”)。一對凸起部分可界定所述的凹谷部分。可以提供苜蓿葉形狀的褶皺可對于給定的體積增加隔板19的總有效表面積。隔板18可同心環形地位于外殼12中。可以使隔板的凸起部分的數量對應于外殼12的多個外圍隔開的角的數目。繼續參考圖1，外殼12通常是界定外殼12的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電化學電池，包括：含有金屬材料的外殼，其中所述外殼界定含堿金屬的負極室的一部分，和置于所述負極室中的組件，其中所述組件包括犧牲金屬，所述犧牲金屬的氧化電位小于所述外殼材料的氧化電位。

【技術特征摘要】
1.一種電化學電池，包括: 含有金屬材料的外殼，其中所述外殼界定含堿金屬的負極室的一部分，和置于所述負極室中的組件，其中所述組件包括犧牲金屬，所述犧牲金屬的氧化電位小于所述外殼材料的氧化電位。2.權利要求1的電化學電池，其中所述外殼的橫截面是圓形的、橢圓形的，或者多邊形的。3.權利要求1的電化學電池，其中所述外殼的所述金屬材料包括鐵、鎳、鑰、或其合金。4.權利要求1的電化學電池，其中所述堿金屬選自鋰、鈉，和鉀。5.權利要求1的電化學電池，其中所述堿金屬是鈉。6.權利要求1的電化學電池，還包括置于所述外殼中的隔板，和所述負極室置于所述外殼和所述隔板的負極表面之間。7.權利要求6的電化學電池，其中所述隔板是圓柱形的、細長的、管狀的，或者杯狀的。8.權利要求7的電化學電池，其中所述隔板的橫截面輪廓為圓形的、卵形的或橢圓形的、多邊形的、十字形的、星形的，或者苜蓿葉形的。9.權利要求6的電化學電池，其中所述隔板包括傳導堿金屬離子的材料。10.權利要求6的電化學電池，其中所述隔板還包括界定正極室的正極表面，所述正極室通過隔板與所述負極室離子連通。11.權利要求10的電化學電池，其中所述正極室置于所述負極室中。12.權利要求1的電化學電池，其中包括所述犧牲材料的所述組件存在的形式為:棒、條帶、板、片材、墊片、球、立方體，或其組合。13.權利要求1的電化學電池，其中包括所述犧牲金屬的所述組件以不規則形...

【專利技術屬性】
技術研發人員：喬布T日申比克，邁克爾A瓦倫斯，查爾斯D雅克凡吉羅，劉晶華，羅杰N布爾，羅伊C加洛韋，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：