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包括用于過充電保護的導電部分的電化學能量存儲裝置的制造方法_3

文檔序號:9872594閱讀:來源:國知局
料或者陰極材料實現(xiàn)的潛在填充水平。因此,均勻填充水平可以從邊界線的意義上理解,該邊界線在由陽極材料或者陰極材料實現(xiàn)時,與其填充水平一致。換句話說,導電部分不是被配置為,使得在導電部分和絕緣部分之間有邊界線的多個潛在水平。根據這一實施例,導電部分特別地被體現(xiàn)在圓周閉合的設置中,因此更靠近基部區(qū)域設置的導電部分的端部(邊界線)在能量存儲裝置的正常操作中可以跟隨水平輪廓(profile)。能量存儲裝置的正常操作通常需要頂部區(qū)域和基部區(qū)域平行于地球重力場的定向。填充水平(邊界線)的均勻性由產生和測量過程的精確度決定。根據這一實施例,±1-2_的精確度是適當的。通過提供均勻的填充水平(邊界線)(在該填充水平處導電部分鄰接絕緣部分),例如,在能量存儲裝置的特定充電狀態(tài)下,可能經由內部導電部分實現(xiàn)針對性放電。因此,例如,即使在發(fā)生電化學能量存儲裝置的完全充電時,可以防止任何進一步的充電,原因在于導電部分和絕緣部分之間的均勻填充水平(邊界線)對應于陽極材料或者陰極材料的最大規(guī)定填充水平。
[0039]根據本發(fā)明的實施例的特別優(yōu)選的形式,提供的是,在從基部區(qū)域向頂部區(qū)域延伸的方向上,導電部分占據離子導電分離器的整個尺寸的增加的比例。由于向著頂部區(qū)域的改變的比例,在發(fā)生填充水平上升時,例如,還可能在陰極材料已經位于陽極材料的填充水平上方的情況下生成越來越大的漏電流。因此可能實現(xiàn)將漏電流適當地調節(jié)以適應能量存儲裝置的改變的充電狀態(tài)。
[0040]其它概念也是可能的,其中由導電部分和絕緣部分之間的邊界線限定的均勻填充水平對應于電化學存儲裝置的不超過最大充電的100%、以及不超過最大充電的特別優(yōu)選的95%的充電狀態(tài)。在這一情形下,填充水平特別地涉及陽極空間中的陽極材料的填充水平。因此,內部自放電將僅在完全充電的能量存儲裝置中發(fā)生,從而保護能量存儲裝置免受過充電。在均勻填充水平(邊界線)對應于最大充電的最大值95%的情況下,離子導電分離器的制造不精確(否則可以允許過充電,因為最大填充水平僅可以使用不充分的精確度來估算)也可以有利地被補償或者考慮。特別地,因為在生產過程期間的擴散工藝,導電部分和絕緣部分之間的邊界區(qū)可以略微變化。
[0041]根據本發(fā)明的實施例的進一步優(yōu)選形式,提供的是,導電部分和絕緣部分包括相同的基材料(優(yōu)選陶瓷),其中導電部分被摻雜有至少一種元素,該至少一種元素遞送比基材料更高的電子導電率。基材料優(yōu)選地為Na-P-Al2O3或者Na-13”-Al203。摻雜優(yōu)選地使用來自第二到第五主族的元素和/或過渡元素來實現(xiàn)。來自堿土金屬族的元素和/或過渡金屬是特別優(yōu)選的。特別有利的元素是鐵、絡、猛、鉬、鈷、鎳、銅、鈦、媽、鋪、祕、鎂、以及其組合?;牧鲜菑钠湫纬呻x子導電分離器的更大部分的材料,或者構成離子導電分離器的基結構的材料。其通常為載體材料,其被設計為容納將賦予分離器不同導電性質或者其它化學和物理性質的其它材料。
[0042]適當的導電率通常由基材料的對應摻雜實現(xiàn)?;牧现械膿诫s劑示出更高的本征電子導電率。摻雜導致了響應于熱和機械外部影響具有經改善的穩(wěn)定性的離子導電分離器。通過摻雜的力量,還可能實現(xiàn)對自放電電流的針對性設置。還可能將空間變化并入在對基材料的摻雜中,使得例如可以在電化學能量存儲裝置的充電期間實現(xiàn)內部自放電隨時間的變化。
[0043]根據本發(fā)明的進一步優(yōu)選的實施例,提供的是,導電部分和絕緣部分包括相同的基材料(優(yōu)選陶瓷),其中導電部分被提供有電子導電的、滲入的第二相。在這一情形下,第二相可以優(yōu)選地由元素金屬(鎳、銅、或者銀)形成,或者可以包括例如金屬合金(優(yōu)選地基于N1、々8、0、(:0、(:11、和/或?6),或者可以包括金屬氧化物化合物(特別地基于0203、111203、MnxOy、FexOy、CeO2、CoxOy、或者T12),因此一般分子式(RE,AE)的鈣鈦礦化合物(Fe、T1、Cr、Mn、Co、Ni)03是特別優(yōu)選的,其中RE是稀土元素且AE至少是堿土元素,或者第二相包括諸如碳之類的電子導電非金屬?;谔嫉膶щ姴糠挚梢岳缤ㄟ^聚合物樹脂對象的碳化實現(xiàn)。上述第二相的組合是可能的。所有上述第二相或者其母體材料適合于將第二相并入在大部分的分離器中。特別地,這些材料適合于并入在陶瓷分離器中。
[0044]根據本發(fā)明的實施例的進一步優(yōu)選形式,提供的是,離子導電分離器被配置為固體電解質,該固體電解質特別地是離子導電的。在僅指定化學類型的一個或者多個離子種類能夠穿過離子導電分離器的情況下,存在特定的離子導電率。特定的離子導電率可以通過對離子導電分離器的基材料的摻雜實現(xiàn)。對適當地形成的導電部分的配置還可以通過對分離器的適當分區(qū)摻雜實現(xiàn)。因此,離子導電率和電子導電率兩者可以通過相同或者相似的方法(摻雜方法)分區(qū)實現(xiàn)。
[0045]根據這一實施例,還優(yōu)選的是,電化學能量存儲裝置基于鈉鎳氯化物電池技術或者鈉硫電池技術進行配置。如果要防止損害電池的風險,這些電池的特征在于技術決定的不應該被超過的最大充電狀態(tài)。這些電池中的過充電保護因此可以貢獻于其服務壽命的延長。
[0046]根據本發(fā)明的實施例的另一形式,還提供的是,電化學能量存儲裝置在放電期間的服務溫度不低于100攝氏度,并且優(yōu)選地不低于200攝氏度。特別地,放電期間的服務溫度不超過500攝氏度。對于通過鈉鎳氯化物電池技術操作的能量存儲裝置而言,并且對于通過鈉硫電池技術操作的能量存儲裝置而言,服務溫度因此位于典型的服務溫度范圍內。
[0047]根據電化學存儲模塊的實施例的第一特別優(yōu)選的形式,提供的是,存儲模塊包括不包含電路的電子充電管理系統(tǒng),并且被設計用于將至少兩個電化學能量存儲裝置中的不相等的充電狀態(tài)相等化。因此,在電化學存儲模塊中,不需要附加電路以便實現(xiàn)單獨的能量存儲裝置中的單獨充電狀態(tài)的相等化。這是特別有成本效益的設置,并且就電子敏感性而S也是有利的。
[0048]根據用于產生電化學能量存儲裝置的根據本發(fā)明的方法的實施例的潛在形式,基部件被配置為陶瓷基部件,其通過熱處理被燒結或者穩(wěn)定化。在這一情形下,添加劑不一定需要與摻雜元素或者用于配置第二相本身的材料相同。還可能的是,這些僅在熱穩(wěn)定化期間通過與基部件的基材料或者與并入在基部件中的材料的化學反應而被配置。根據這一實施例,滲透還可以僅分區(qū)地或者分段地進行,使得例如僅預定的區(qū)域被賦予導電部分,而其它未被處理的部分仍然保持作為絕緣部分或者具有比導電部分更低的電子導電率的部分。
[0049]根據用于產生電化學能量存儲裝置的根據本發(fā)明的方法的有利的進一步發(fā)展,滲透可能通過以下方法之一進行;
[0050]-使用懸濁液或者溶液的壓力滲透;
[0051 ]-使用懸濁液或者溶液的浸泡滲透;
[0052]-溶膠-凝膠分離;
[0053]-化學氣相分離;
[0054]-物理氣相分離;
[0055]-電泳分離。
[0056]就滲透方法而言,上面的列表不構成任何限制;特別地,其它方法是可能的。
[0057]所有這些單獨的方法都適合于配置離子導電分離器中的導電部分。特別地,通過這些方法,對具有其它材料的基部件的非損毀性處理是可能的。這些方法還允許實現(xiàn)有利的位置分辨率,使得在離子導電分離器上,僅有必要處理特定區(qū)域以便實現(xiàn)對適當地形成的導電部分的配置。
[0058]根據(根據本發(fā)明的)方法的實施例的另一形式,提供的是,對基部件的熱處理在氧化性氣氛下進行,特別地在含氧氣氛下進行。含氧氣氛特別適合于其包含用于配置第二相的金屬氧化物化合物或者其已經使用適當的摻雜劑摻雜的基部件。備選地,還原性氣氛也可以是有利的,并且例如,可以適合于用于配置分離器中的導電第二相的其它上述材料。根據實施例的另一形式,對于配置非金屬第二相而言,可以將聚合物(例如環(huán)氧樹脂)應用于分離器,憑此在熱處理(碳化)之后,僅碳基體保留,其示出充足的電子導電率。相應地,因此還提供的是,對基部件的熱處理在還原性氣氛下進行,特別地通過在還原性氣氛下對聚合物樹脂已經被應用于的基部件的碳化來進行。
【附圖說明】
[0059]在下文中參照在圖1至圖3中表示的實施例的單獨形式更詳細地描述了本發(fā)明。應該注意,附圖僅被認為是示意性的,并且就可執(zhí)行性而言不構成任何限制。
[0060]在附圖中表示的技術特性還可以所期望的任何相互組合要求保護,只要該組合適合于實現(xiàn)根據本發(fā)明的目的。
[0061]還應該注意,承載相同附圖標記的所有技術特性遞送相同的技術效果或功能。
[0062]其中:
[0063]圖1在橫截面圖中示出了根據本發(fā)明的電化學能量存儲裝置I的實施例的第一形式;
[0064]圖2示出了包括多個單獨的電化學能量存儲裝置I的電化學存儲模塊30的橫截面圖;
[0065]圖3示出了表示如之前或者下文中表示的用于產生電化學能量存儲裝置I的根據本發(fā)明的方法的實施例的形式的流程圖。
【具體實施方式】
[0066]圖1示出了電化學能量存儲裝置,其具有陽極11和陰極12。陰極12進一步被提供有陰極蓋23,其在陰極空間22的上端部分地閉合陰極空間22。陽極11與陽極空間21電結合,在陽極空間21中設置了具有第一填充水平EF的陽極材料31。陰極12相應地與陰極空間22電結合,在陰極空間22中設置了具有第二填充水平ZF的陰極材料32。
[0067]電化學能量存儲裝置I還包括離子導電分離器1
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