CN106654387A - 无枝晶积累的锂负极电池及其运行方法 - Google Patents

无枝晶积累的锂负极电池及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无枝晶积累的锂负极电池及其运行方法，在一个密闭的电池壳体内具有电池带、两电池轴、滚轮和枝晶清除装置，当清除枝晶时，一个电池轴提供动力卷紧电池卷时，另一个电池轴提供阻力，使电池带被绷紧的同时由另一个电池轴向一个电池轴输送，在此过程中电池带在靠近另一个电池轴处被滚轮分离为同步移动的上方电池带和下方锂负极带，枝晶清除装置对下方锂负极带进行清除枝晶，上方电池带和清除枝晶后的下方锂负极带在靠近一个电池轴处叠合成电池带并且卷绕至一个电池轴上构成电池卷。该无枝晶积累的锂负极电池可以将枝晶清除，从而实现锂负极电池的循环使用，并且可有效避免因枝晶造成的短路以及由短路引起的锂电池发热燃烧现象。

Description

无枝晶积累的锂负极电池及其运行方法
技术领域
本发明属于锂离子脱嵌式电池技术领域，具体涉及一种无枝晶积累的锂负极电池。
背景技术
锂金属作为负极的电池，其质量比能量是碳负极电池的10倍，但是，锂负极每次充电时会产生微米以下的锂金属刺，这种金属刺行业内称为“枝晶”，电池工作十几次循环后，由于枝晶的积累，就无法正常的工作了。这是一个技术难题。
目前国际上解决这一技术难题的方法是：
1、通过电解质配方的改变，寻找工作稳定的SEI膜(电池工作时，负极表面生长出一层固体电解质称为SEI膜)。
2、通过新的工艺，新的配方，寻找一种表面稳定的锂电极。
3、在锂电极表面预制一层理想的膜。
这是目前国内外所有方法的归纳，但是都只能抑制枝晶的生长速度和密度，无法做到消除枝晶，所以，锂负极二次电池至今未能进入二次电池(可充电电池)的使用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种无枝晶积累的锂负极电池及其运行方法，当电池内生长出的枝晶积累到可能影响电池正常工作的程度时，可以将枝晶清除，从而实现锂负极电池的循环使用，并且可有效避免因枝晶造成的短路以及由短路引起的锂电池发热燃烧现象，是一种更为安全的锂负极电池。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种无枝晶积累的锂负极电池，包括电池带和电池轴，所述电池带由隔膜带、正极带、隔膜带和锂负极带按照上述次序叠合构成，并且所述电池带具有电解液，所述电池轴设有两个并且与所述电池带的两端一一对应，两个所述电池轴各自连接有驱动装置，所述电池带的两端各自连接于对应的电池轴并且能够在电池轴旋转带动下卷绕成具有充电放电功能的电池卷，位于两电池轴之间的未绕卷电池带处设有滚轮，所述滚轮位于电池轴上方，所述滚轮将所述未绕卷电池带分离为下方锂负极带以及由正极带和两条隔膜带构成的上方电池带，所述上方电池带经由滚轮连接于两电池轴之间，所述下方锂负极带处设有能够清除枝晶的枝晶清除装置，所述锂负极电池具有一个密闭的电池壳体，所述电池带、电池轴、滚轮和枝晶清除装置皆位于所述电池壳体内。
进一步地说，所述电池壳体内充满惰性气体。
进一步地说，所述枝晶清除装置为具有机械抛光功能的机械抛光装置或具有加热熔化功能的热熔装置。
进一步地说，所述电解液均匀分布于隔膜带。
进一步地说，实现两个所述电池轴各自连接有驱动装置的结构是：两个所述电池轴各自连接有一台电机，并且电池轴与其对应的电机的输出轴之间通过电磁离合器连接。
上述的无枝晶积累的锂负极电池的运行方法：需要清除枝晶时，一个电池轴提供动力卷紧电池卷时，另一个电池轴提供阻力，使电池带被绷紧的同时由所述另一个电池轴向所述一个电池轴输送，在此过程中电池带在靠近所述另一个电池轴处被滚轮分离为上方电池带和下方锂负极带，上方电池带和下方锂负极带同步移动，枝晶清除装置对移动的下方锂负极带进行清除枝晶，上方电池带和清除枝晶后的下方锂负极带在靠近所述一个电池轴处叠合成电池带并且卷绕至所述一个电池轴上构成具有充电放电功能的电池卷。
进一步地说，电池正常进行充电放电时，一边的电池轴为无电池带卷绕的空轴，而另一边的电池轴卷绕有具有充电放电功能的电池卷。
进一步地说，电池的充电器具有修复、化成和正常充电三种功能，并且自动安排三种功能的运作，清除枝晶的过程称为修复，专门用于恢复SEI膜的充电过程称为化成。
进一步地说，枝晶清除装置采用机械抛光方法，磨擦去除枝晶；或采用加热熔化方法，使枝晶快速熔化并冷却后变成无枝晶的新表面，使电池容量回升到初始状态。
本发明的有益效果是：本发明的无枝晶积累的锂负极电池在一个密闭的电池壳体内具有电池带、两电池轴和枝晶清除装置，当需要时，可以在电池内随时把锂负极带从电池带中分开，在分开的空间内对锂负极带表面进行清除枝晶的处理，处理完后，锂负极带又与正极带和隔膜带叠合并且卷成可以充电放电的电池卷。当枝晶积累影响电池正常工作时，可以消除枝晶，实现锂负极电池的长久循环，并且可有效避免因枝晶造成的短路以及由短路引起的锂电池发热燃烧现象，使电池更安全。
附图说明
图1为本发明的原理示意图；
图2为本发明的电池轴与电机连接结构示意图；
附图标记：
1——电池轴； 2——电池卷；
3——滚轮； 4——下方锂负极带；
5——上方电池带； 6——枝晶清除装置；
7——电池壳体； 8——电机；
9——电磁离合器。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不悖离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
实施例：一种无枝晶积累的锂负极电池，包括电池带和电池轴，所述电池带由隔膜带、正极带、隔膜带和锂负极带按照上述次序叠合构成，并且电解液均匀分布于隔膜带，如图1和图2所示，所述电池轴1设有两个并且与所述电池带的两端一一对应，两个所述电池轴各自连接有一台电机8，并且电池轴与其对应的电机的输出轴之间通过电磁离合器9连接，所述电池带的两端各自连接于对应的电池轴并且能够在电池轴旋转带动下卷绕成具有充电放电功能的电池卷2，位于两电池轴之间的未绕卷电池带处设有滚轮3，所述滚轮位于电池轴上方，所述滚轮将所述未绕卷电池带分离为下方锂负极带4以及由正极带和两条隔膜带构成的上方电池带5，所述上方电池带经由滚轮连接于两电池轴之间，所述下方锂负极带处设有能够清除枝晶的枝晶清除装置6，所述锂负极电池具有一个密闭的电池壳体7，所述电池带、电池轴、滚轮和枝晶清除装置皆位于所述电池壳体内，所述电池壳体内充满惰性气体。
当清除枝晶时，一个电池轴提供动力卷紧电池卷时，另一个电池轴提供阻力，使电池带被绷紧的同时由所述另一个电池轴向所述一个电池轴输送，在此过程中电池带在靠近所述另一个电池轴处被滚轮分离为上方电池带和下方锂负极带，上方电池带和下方锂负极带同步移动，枝晶清除装置对移动的下方锂负极带的正面背面进行清除枝晶，上方电池带和清除枝晶后的下方锂负极带在靠近所述一个电池轴处叠合成电池带并且卷绕至所述一个电池轴上构成具有充电放电功能的电池卷。如图1所示的状态为，电池轴在转动，锂负极带在两电池轴之间输送，边移动边清除枝晶，上方电池带也在滚轮上同步移动。
上述方案实现了，需要时可以立即分开电池带，清除枝晶后便可立即叠合电池带，继续工作；还实现了整条锂负极带的枝晶清除处理。并且这一过程完全在电池内部进行。
在本发明中，可以采用机械抛光方法，磨擦去除枝晶；或采用加热熔化方法，使枝晶快速熔化并冷却后变成无枝晶的新表面，使电池容量回升到初始状态。这两种方法都可以在锂负极带移动的状态下进行，当然也可以采用其他可以在锂负极带移动的状态下去除枝晶的装置。
在本发明中，电池卷要有一定的卷紧力度，才能有效地工作，为了实现这一目的，当一个电池轴在输入动力卷紧电池卷时，另一个电池轴输入阻力，使得电池带绷紧，从而卷紧电池，但功率很小，只要电池带能紧密接触即可。另一种卷紧的方法是，在移动的集流体(电池带上的导电层)上施加阻力，使电池带绷紧，使电池卷卷紧。
清除枝晶的过程称为修复，枝晶对电池容量的影响是逐步积累的，不需要每天修复，按照电池使用的消耗不同，一般在几天至十几天后才需要修复。有的修复处理会损害SEI膜，那么应在修复后进行“化成”(专门用于恢复SEI膜的充电过程称为化成)，恢复SEI膜。化成和修复都包括在正常充电的程序内，由充电器内的电子装置自动监测安排修复、化成和正常充电三种功能的运行，不需要人为记忆，用户只需插上充电插头即可。

Claims (9)

1.一种无枝晶积累的锂负极电池，其特征在于：包括电池带和电池轴，所述电池带由隔膜带、正极带、隔膜带和锂负极带按照上述次序叠合构成，并且所述电池带具有电解液，所述电池轴设有两个并且与所述电池带的两端一一对应，两个所述电池轴各自连接有驱动装置，所述电池带的两端各自连接于对应的电池轴并且能够在电池轴旋转带动下卷绕成具有充电放电功能的电池卷，位于两电池轴之间的未绕卷电池带处设有滚轮，所述滚轮位于电池轴上方，所述滚轮将所述未绕卷电池带分离为下方锂负极带以及由正极带和两条隔膜带构成的上方电池带，所述上方电池带经由滚轮连接于两电池轴之间，所述下方锂负极带处设有能够清除枝晶的枝晶清除装置，所述锂负极电池具有一个密闭的电池壳体，所述电池带、电池轴、滚轮和枝晶清除装置皆位于所述电池壳体内。
2.如权利要求1所述的无枝晶积累的锂负极电池，其特征在于：所述电池壳体内充满惰性气体。
3.如权利要求1所述的无枝晶积累的锂负极电池，其特征在于：所述枝晶清除装置为具有机械抛光功能的机械抛光装置。
4.如权利要求1所述的无枝晶积累的锂负极电池，其特征在于：所述枝晶清除装置为具有加热熔化功能的热熔装置。
5.如权利要求1所述的无枝晶积累的锂负极电池，其特征在于：实现两个所述电池轴各自连接有驱动装置的结构是：两个所述电池轴各自连接有一台电机，并且电池轴与其对应的电机的输出轴之间通过电磁离合器连接。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的无枝晶积累的锂负极电池的运行方法，其特征在于：清除枝晶时，一个电池轴提供动力卷紧电池卷时，另一个电池轴提供阻力，使电池带被绷紧的同时由所述另一个电池轴向所述一个电池轴输送，在此过程中电池带在靠近所述另一个电池轴处被滚轮分离为上方电池带和下方锂负极带，上方电池带和下方锂负极带同步移动，枝晶清除装置对移动的下方锂负极带进行清除枝晶，上方电池带和清除枝晶后的下方锂负极带在靠近所述一个电池轴处叠合成电池带并且卷绕至所述一个电池轴上构成具有充电放电功能的电池卷。
7.如权利要求6所述的无枝晶积累的锂负极电池的运行方法，其特征在于：电池的充电器具有修复、化成和正常充电三种功能，并且自动安排三种功能的运作，清除枝晶的过程称为修复，专门用于恢复SEI膜的充电过程称为化成。
8.如权利要求6所述的无枝晶积累的锂负极电池的运行方法，其特征在于：枝晶清除装置采用机械抛光方法，磨擦去除枝晶。
9.如权利要求6所述的无枝晶积累的锂负极电池的运行方法，其特征在于：枝晶清除装置采用加热熔化方法，使枝晶快速熔化并冷却后变成无枝晶的新表面，使电池容量回升到初始状态。
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