CN105609882A - 内部多芯堆层的储能器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种内部多芯堆层的储能器件，包括长方体结构的全极耳小芯包纵向叠层堆积并联的芯包、正、负极柱在器件的同一顶面的储能器件盖板和壳体。小芯包极耳是全极耳，可以通过大电流；采用小芯包纵向叠层堆积并联的芯包结构，芯包没有高度限制，储能器件没有高度限制；正、负极柱在器件同一顶面，成组串、并联的电连接简单，从而使储能器件组具有高能量和高功率的电性能，结构简单，成本低，能够充分利用安装空间。
Description
技术领域
本发明涉及一种能源储存制造领域，具体涉及一种内部多芯堆层的储能器件。
背景技术
储能器件包括锂离子电池和超级电容器等，广泛应用于电动汽车、储能等领域。这些应用领域需要储能器件系统具有高能量和高功率的电性能，且结构简单，能够充分利用安装高度空间。
通常采用多个小容量器件单体并联成大容量器件块的外并联增容，而后串联的方法，来满足电动汽车和储能等系统的大能量需要。多个器件外并联，由于各个器件性能不一致和只有一个电压测量位等问题，系统使用时，容易引起其中器件的过充电或过放电，器件提前损坏。大单体容量的储能器件，可以减少或避免储能器件成组的并联。
高功率储能器件，芯包采用全极耳结构，正、负极柱通常分别设置在储能器件对侧面。这样设置正、负极柱的储能器件，在储能器件成组并、串联时，需要在器件两侧极柱设置连接线和电压采集线，组块连线复杂，一定程度上限制了它的使用。需要正、负极柱在同一顶面的高功率储能器件，使成组的导线和电压采集线连线简单，系统结构简单。由于内部叠片式全极耳芯包横向(垂直于器件极柱所在的顶面，下同)摆放稳定性差，无法应用到这种储能器件。内部卷绕式全极耳小芯包，横向摆放稳定，可以采用，但储能器件的高度相当于卷绕式芯包的宽带，其大小取决于卷绕机加工能力。因卷绕机制造能力的局限，难以制造高度高、单体容量大的正、负极柱在同一顶面的高功率储能器件。
发明内容
针对上述问题，在本发明，希望提供采用多个全极耳小芯包纵向(平行于器件极柱所在的顶面，下同)堆层并联的芯包结构，解决难以制造正、负极柱在同一顶面的、高度高、单体容量大的高功率储能器件问题。
根据本发明技术的实施方案，包括芯包、储能器件盖板和壳体。所述储能器件是先由负极片、隔膜、正极片、隔膜4层卷绕或多层叠片制成全极耳小芯包，再把小芯包纵向叠层堆积，通过导电连接片分别连接各个小芯包的正、负极极耳，制成芯包，而后把芯包的正、负极导电连接片分别与盖板的正、负极极柱连接，最后入进壳体，封口，注液而成，其特征在于：所述小芯包的极耳是全极耳，所述的芯包由小芯包纵向叠层堆积并联而成，所述的正、负极柱在器件的同一顶面盖板上。所述的储能器件包括由电化学原理进行储能的器件和由物理原理进行储能的器件。
进一步地，上述内部多芯堆层的储能器件的小芯包是叠片式长方体结构，或卷绕式长方体结构。
进一步地，上述内部多芯堆层的储能器件组成芯包的小芯包是2个或2个以上。
本发明适合储能的器件包括由电化学原理进行储能的器件和由物理原理进行储能的器件。该储能器件为：锂离子储能器件、聚合物锂离子储能器件、镍氢储能器件、铅酸储能器件、超级电容器储能器件、超级储能器件、混合电容器，电化学电容器等。
本发明的特点是：小芯包极耳是全极耳，可以通过大电流；采用小芯包纵向叠层堆积并联的芯包结构，芯包没有高度限制，储能器件没有高度限制；正、负极柱在器件同一顶面，成组串、并联的电连接简单，从而使采用本发明制造的储能器件组成的系统，具有高能量和高功率的电性能，结构简单，成本低，能够充分利用安装空间。
本发明的其它特征和优点在下述描述中更为充分呈现。
附图说明
图1正、负极柱在同一顶面的储能器件外形结构
图2正、负极柱在对侧面的储能器件外形结构
图3叠片式长方体结构小芯包
图4卷绕式长方体结构小芯包
图5多芯堆层的芯包
图6正、负极柱在同一顶面的储能器件结构，表述本发明方案的芯包、盖板和壳体结构关系
具体实施方式
下面通过实例并结合附图对本发明进行详细说明，同时通过对比说明本发明的效果。下面的实施例只是符合本发明技术内容的实例，并不说明本发明仅限于下述实例所述的内容，依照该权利要求项制造的产品均属本发明内容。
图1描述正、负极柱在同一顶面的储能器件外形结构，储能器件101外形可见由正极柱102、防爆片103、注液孔104和负极柱105组成的盖板106和壳体107，正极和负极极柱都在储能器件的顶面。图2描述正、负极柱在对侧面的储能器件外形结构，储能器件201外形可见注液孔202、正极柱203、防爆片204、负极柱205和壳体206，正极和负极极柱分别在储能器件的对侧面。图3表述叠片式长方体结构小芯包，小芯包301由隔膜304、外侧边带光边的负极片302、隔膜304和外侧边带光边的正极片305顺序叠片，而后把所有负极片302光边焊接一起成负极全极耳303，所有正极片305光边焊接一起成正极全极耳306而成。图4表述卷绕式长方体结构小芯包，小芯包401由隔膜304、外侧边带光边的负极片302、隔膜304和外侧边带光边的正极片305卷绕成长方体圈，而后把所有负极片302光边焊接一起成负极全极耳303，所有正极片305光边焊接一起成正极全极耳306而成。图5描述多芯堆层的芯包，芯包501由多个小芯包401堆层，用负极导电连接片502和正极导电连接片503分别与各个小芯包的负极全极耳303和正极全极耳306连接，形成多芯堆层的芯包501。图6正、负极柱在同一顶面的储能器件结构示意图，储能器件101由芯包501、储能器件盖板106和壳体107组成；盖板106设置正极柱102、防爆片103、注液孔104和负极柱105；芯包501的正极连接片503和负极连接片502分别与盖板106的正极柱102和负极柱105连接，而后放入壳体107，封口，注液，封注液孔，制成储能器件101。
实施例1
为了说明本发明，本实施例制作220Ah长方体锂离子电池，外形如图1所示。锂离子储能器件正极材料通常采用LiFePO4、LiNiCoMnO2、LiNiCoAlO2、LiMn2O4、LiCoO2、或其中两种混合物，负极材料采用C、Li4T15O12、Si或其化合物、Sn或其化合物，电解液采用1.2MLiPF6+EC+EMC，隔膜采用PE膜、PP膜、PP/PE膜、涂有SiO2或Ai2O3的PE复合膜。
预先制作正、负极柱在同一顶面的储能器件盖板106，采用厚度1mm铝板，裁成58×135mm，并按照设计的位置开出的防爆片安装孔、的注液孔104和安装极柱的孔；正极柱102和负极柱105分别采用10×10mm的铝材和铜材制成；而后把防爆片103、正极柱102和负极柱105安装到相应的孔上或孔中。
采用LiFePO4和石墨C为正、负极材料。分别把LiFePO4和石墨C按照一定的比例配料，匀浆，涂覆在设定的铝箔和铜箔位置上，碾压，分切，制成55×124mm、长度方向留有一条作集流体的11mm宽的未涂LiFePO4的光边的正极片305，57×125mm、长度方向留有一条作集流体的10mm宽的未涂石墨的光边的负极极片302，涂有AI2O3的PE复合隔膜裁切成58×124mm隔膜片304，而后按照隔膜片304、负极极片302、隔膜片304和正极片305顺序叠成厚度9mm小芯包；用超声波焊接，或激光焊接，或铆接方法分别把小芯包的正、负极片光边连为一体，制成正极全极耳306和负极全极耳303，完成叠片式长方体结构小芯包301的制作。
把30个小芯包301正极耳对正极耳、负极耳对负极耳堆层，用铜导电连接片502和铝导电连接片503分别与各个小芯包的负极全极耳303和正极全极耳306用超声波焊接，或激光焊接，或铆接方法连接，形成多芯堆层的芯包501。
芯包501的正极导电连接片503和负极导电连接片502分别与盖板106的正极柱102和负极柱105用超声波焊接，或激光焊接，或铆接方法连接，而后把芯包501放入材质0.8mm厚，厚度58mm宽度135mm高275mm铝壳体107中，然后烘干，注入1.2MLiPF6+EC+EMC电解液，封注液孔，化成，制成锂离子电池101。以CC+CV(110A，3.65V)充电，220A恒流放电至2.5V测试，额定容量为221Ah。高功率充、放电测试：以CC+CV(440A，3.65V)充电，660A恒流放电至2.5V，测量结果：电池容量210Ah，为额定容量的95％。
实施例2
制作220Ah长方体锂离子电池，外形如图1所示。除小芯包采用卷绕式长方体结构之外，其它与实施例1的制作电池材料、方法和尺寸相同。正、负极片涂敷宽度和光边宽带与实施例1相同；整卷的正、负极极片分别分切成124mm和125mm宽的正极片305卷和负极极片302卷，整卷隔膜切成124mm宽的隔膜片304卷；用卷绕机卷成厚度9mm、长度134mm、宽度56mm的小芯包，用超声波焊接，或激光焊接，或铆接方法分别把小芯包的正、负极片光边连为一体，制成正极全极耳306和负极全极耳303的、卷绕式长方体结构小芯包401；用实施例1相同方法，把30个小芯包401堆层，制成芯包501，组装电池101；以CC+CV(110A，3.65V)充电，220A恒流放电至2.5V测试，额定容量为219Ah。高功率充、放电测试：以CC+CV(440A，3.65V)充电，660A恒流放电至2.5V，测量结果：电池容量207Ah，为额定容量的94.5％。
实施例3
制作22000F超级电容器，除正极和负极材料同样采用1500m2/g的活性炭、负极集流体为铝箔、导电连接片502改为铝材和电解液采用1.2MTEABF4+PC之外，其他与实施例1的制作220Ah长方体锂离子电池方法和尺寸相同。22000F超级电容器101尺寸与实施例1电池101相同，外形如图1所示。电容器以1000A充电至2.7V，1000A恒流放电至1.35V测试，测得额定容量为22000F。
Claims (4)
1.内部多芯堆层的储能器件，所述储能器件由电化学原理进行储能的器件和由物理原理进行储能的器件，该器件包括：芯包、储能器件盖板和壳体；所述储能器件是由负极片、隔膜、正极片、隔膜4层卷绕或多层叠片制成全极耳小芯包，再把小芯包纵向叠层堆积，通过导电连接片分别连接各个小芯包的正、负极极耳，制成芯包，而后把芯包的正、负极导电连接片分别与盖板的正、负极极柱连接，最后入进壳体，封口，注液而成，其特征在于：所述小芯包的极耳是全极耳，所述的芯包由小芯包纵向叠层堆积并联而成，所述的正、负极柱在器件的同一顶面盖板上。
2.根据权利要求1的内部多芯堆层的储能器件，其特征在于：小芯包是叠片式长方体结构，或卷绕式长方体结构。
3.根据权利要求1的内部多芯堆层的储能器件，其特征在于：组成芯包的小芯包是2个或2个以上。
4.根据权利要求1的内部多芯堆层的储能器件，其特征在于：所述的储能器件为锂离子电池、聚合物锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池、超级电容器电池、混合电容器、电化学电容器。
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