CN109687012B - 一种高容量钛酸锂电池及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高容量钛酸锂电池，包括外壳和替换壳，所述替换壳固定连接在外壳的一侧，所述外壳内设置有第一正极板，所述替换壳内设置有第二正极板，所述外壳的上端对称安装有正极接头和负极接头，所述正极接头与滑槽接触，所述负极接头连接有负极板，所述负极板设置在外壳内，所述外壳和替换壳的上端设置有内轨道，所述内轨道上套接有外轨道，所述内轨道与外壳、替换壳的内壁之间设置有密封槽，所述外轨道设置在密封槽内。本发明通过可以交替的两个正极板，则能够避免极板由于反复的充放电造成的损耗的问题，则在充电和放电过程中使用不同的极板能够提高电池的使用容量，将普通的锂电池与钛酸锂电池结合提高电池寿命。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种高容量钛酸锂电池及其使用方法。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，锂离子电池中不含有金属态的锂，并且可以反复充放电，是现代社会常用的电池，其中钛酸锂电池容量具有安全性好，循环寿命长，倍率性好的特点，钛酸锂电池是一种用作锂离子电池负极材料-钛酸锂，可与锰酸锂、三元材料或磷酸铁锂等正极材料组成2.4V或1.9V的锂离子二次电池。
一般的锂电池采用的是固定结构，其中正极和负极均为固定设置的结构，以单一结构的锂电池进行充放电使用，限制了电池的使用，钛酸锂电池虽然具有良好的使用效果，但是在反复充放电的过程中，电解质溶液会在充放电的过程中释放气体，其中氢气的释放最多，出现胀气的问题，电解质也相应的减少，胀气问题的出现，电解质容量的减少，都会使得电池的使用寿命较低，不利于电池的使用寿命和电解质容量。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：现有的锂电池结构固定，正负极不能移动存在容量低的问题，而提出的一种高容量钛酸锂电池及其使用方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高容量钛酸锂电池，包括外壳和替换壳，所述替换壳固定连接在外壳的一侧，所述外壳内设置有第一正极板，所述替换壳内设置有第二正极板，所述外壳的上端对称安装有正极接头和负极接头，所述正极接头与滑槽接触，所述负极接头连接有负极板，所述负极板设置在外壳内，所述外壳和替换壳的上端设置有内轨道，所述内轨道上套接有外轨道，所述内轨道与外壳、替换壳的内壁之间设置有密封槽，所述外轨道设置在密封槽内，所述密封槽内填充有第一密封油，所述第一正极板和第二正极板的上端均套接有连接套，所述连接套上固定连接有一对连接轴，所述连接轴与外轨道滑动连接。
优选的，每个所述连接轴上滑动套接有滑套，所述滑套上转动连接有转轴，所述转轴远离滑套的一端转动连接有滚轮，所述滚轮与外轨道的内壁滑动连接，所述滚轮的上下两侧对称安装有隔离片，所述外轨道内设置有多个滚珠，所述外轨道内填充有第二密封油。
优选的，所述外壳和替换壳的上端安装有固定板，所述固定板内安装有多个与滚轮对应的调节块，所述固定板内开设有滑槽，所述调节块在滑槽内滑动，其中一个所述隔离片与调节块固定连接，所述固定板的下方设置有密封层，所述调节块的下端穿过密封层，所述密封层的材质为防腐橡胶。
优选的，所述第一正极板的材质为三元材料，所述负极板的材质为石墨极板，所述第二正极板为钛酸锂极板。
优选的，所述第一正极板与负极板之间安装有隔膜，所述隔膜为聚烯烃类隔膜。
一种高容量钛酸锂电池的使用方法，其操作步骤如下：
当第一正极板位于正极接头正下方的时候，处于可充电状态，充电的时候，第一正极板上的锂原子会在外部电压作用下发生电离作用，锂原子将会电离成锂离子和电子，锂离子和电子将会在电解质溶液中呈现游离态，锂离子向着阳极即正极板移动，电子积累在电解质液中，并且在负极板上与电子合成锂原子，实现充电过程；
将第一正极板上连接的两个调节块分别命名为A和A1，第二正极板上连接的两个调节块分别命名为B和B1；
将A和A1端顺着弧形一侧移动，顺着滑槽的轨迹将A和A1移动至滑槽的最外侧，A和A1继续顺着滑槽最外侧的轨迹朝向替换壳一侧移动，继而第一正极板被移动至替换壳内；
然后同时控制B和B1，B和B1顺着替换壳上弧形的一侧滑动至靠近外壳的内侧的一边，再顺着直线的轨迹滑动B和B1，将B和B1移动至外壳上，继续移动B和B1，B和B1分别顺着弧形的一侧滑动至最外壳上滑槽轨迹的最外侧，即第二正极板移动至外壳内，第一正极板和第二正极板的位置实现完全的交换；
正极接头和负极接头分别连接外部设备，实现放电，放电过程中，负极材料上附着的锂原子放电将会失去电子，锂电子形成锂离子形成进入电解质溶液，锂离子将会游离到正极板上，锂离子将会从正极板上获取电子最终镶嵌到回到正极板上，实现放电操作；
放电完毕之后，当需要进行充电的时候，交换第一正极板和第二正极板的位置，充电完毕之后，再次交换第一正极板和第二正极板的位置，从而进行反复的充放电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过可以交替的两个正极板，则能够有效的避免极板由于反复的充放电造成的损耗的问题，则在充电和放电过程中使用不同的极板能够有效的提高电池的使用容量，将普通的锂电池与钛酸锂电池结合提高电池的使用寿命。
通过第一密封油和第二密封油相互配合，将内部结构密封起来，有效的避免在移动过程中外界环境与内部环境的接触，在进行极板交替的过程中能够避免内部环境受到外部的影响，液油密封的方式，灵活性高，且密封性高。
附图说明
图1为本发明提出的一种高容量钛酸锂电池侧面的结构示意图；
图2为本发明提出的一种高容量钛酸锂电池俯视内部的结构示意图；
图3为图1中A处的结构示意图；
图4为图2中B处的结构示意图；
图5为本发明提出的一种高容量钛酸锂电池俯视外部的结构示意图。
图中：1外壳、2替换壳、3第一正极板、4第二正极板、5连接套、6外轨道、7密封层、8固定板、9正极接头、10内轨道、11第一密封油、12连接轴、13滑槽、14调节块、15负极接头、16滑套、17第二密封油、18滚轮、19隔离片、20滚珠、21转轴、22负极板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1-5，一种高容量钛酸锂电池，包括外壳1和替换壳2，替换壳2固定连接在外壳1的一侧，外壳1内设置有第一正极板3，替换壳2内设置有第二正极板4，第一正极板3的材质为三元材料，负极板22的材质为石墨极板，第二正极板4为钛酸锂极板，钛酸锂材质的极板具有较好的安全性，循环寿命长，倍率性好的特点，第一正极板3与负极板22之间安装有隔膜，隔膜为聚烯烃类隔膜，外壳1的上端对称安装有正极接头9和负极接头15，正极接头9与滑槽13接触，负极接头15连接有负极板22，负极板22设置在外壳1内，外壳1和替换壳2的上端设置有内轨道10，内轨道10上套接有外轨道6，内轨道10与外壳1、替换壳2的内壁之间设置有密封槽，外轨道6设置在密封槽内，密封槽内填充有第一密封油11，第一正极板3和第二正极板4的上端均套接有连接套5，连接套5上固定连接有一对连接轴12，连接轴12与外轨道6滑动连接；
其中，每个连接轴12上滑动套接有滑套16，滑套16上转动连接有转轴21，转轴21远离滑套16的一端转动连接有滚轮18，滚轮18与外轨道6的内壁滑动连接，滚轮18的上下两侧对称安装有隔离片19，外轨道6内设置有多个滚珠20，外轨道6内填充有第二密封油17，在外轨道6内除去滚轮18之后的空间内安装滚珠20，各个滚珠20之间又填充第二密封油17，由于滚珠20将外轨道6内的大部分空间填充住，然后再在剩余空间内液体第二密封油17，由于第二密封油17为液体，空间外轨道6内被滚珠20分割成多个狭小的空间，在第二密封油17液体的表面张力的作用下，第二密封油17填充在空间外轨道6内的同时又保证在其空间内稳定，使得滚轮18能够在外轨道6内滑动的同时又保证其密封性；
其中，外壳1和替换壳2的上端安装有固定板8，固定板8内安装有多个与滚轮18对应的调节块14，固定板8内开设有滑槽13，调节块14在滑槽13内滑动，其中一个隔离片19与调节块14固定连接，固定板8的下方设置有密封层7，调节块14的下端穿过密封层7，密封层7的材质为防腐橡胶，工作人员通过移动滑槽13内的各个调节块14，实现第一正极板3和第二正极板4的交替作用，其中密封层7设置在滑槽13的下方，将开放的空间密封起来。
该高容量钛酸锂电池的操作步骤如下：
整个外壳1和替换壳2是一个完整的结构，当第一正极板3位于正极接头9正下方的时候，处于可充电状态，充电的时候，第一正极板3上的锂原子会在外部电压作用下发生电离作用，锂原子将会电离成锂离子和电子，锂离子和电子将会在电解质溶液中呈现游离态，锂离子向着阳极即正极板移动，电子积累在电解质液中，并且在负极板22上与电子合成锂原子，实现充电过程；
充电完毕之后，将第一正极板3上连接的两个调节块14分别命名为A和A1，第二正极板4上连接的两个调节块14分别命名为B和B1，将A和A1端顺着弧形一侧移动，顺着滑槽13的轨迹将A和A1移动至滑槽13的最外侧，A和A1继续顺着滑槽13最外侧的轨迹朝向替换壳2一侧移动，继而第一正极板3被移动至替换壳2内；然后同时控制B和B1，B和B1顺着替换壳2上弧形的一侧滑动至靠近外壳1的内侧的一边，再顺着直线的轨迹滑动B和B1，将B和B1移动至外壳1上，继续移动B和B1，B和B1分别顺着弧形的一侧滑动至最外壳1上滑槽13轨迹的最外侧，即第二正极板4移动至外壳1内，第一正极板3和第二正极板4的位置实现完全的交换；
放电完毕之后，当需要进行充电的时候，交换第一正极板3和第二正极板4的位置，充电完毕之后，再次交换第一正极板3和第二正极板4的位置，从而进行反复的充放电。
正极接头9和负极接头15分别连接外部设备，实现放电，放电过程中，负极材料上附着的锂原子放电将会失去电子，锂电子形成锂离子形成进入电解质溶液，锂离子将会游离到正极板上，锂离子将会从正极板上获取电子最终镶嵌到回到正极板上。
在替换的过程中，其中调节块14在滑槽13内滑动的过程中，调节块14将会带动滚轮18在外轨道6的内壁上滑动，滑动的过程中外轨道6内的各个滚珠20将会相应的在外轨道6内移动，由于内部填充有第二密封油17，且滚珠20的数量繁多，各个滚珠20之间的间隙较小，则在液体本身的表面张力作用下，即使滚轮18在外轨道6内移动，则外轨道6依旧保证一个完整的良好的封闭效果，由于外轨道6的下端浸在第一密封油11内，则第一密封油11、滚珠10和外轨道6将会在外壳1和替换壳2的上端形成一个完整的密闭结构，能够有效的隔绝外界空间环境，从而保证内部环境的密闭性，使得内部环境和外界进行隔绝。
进行充电的时候使用第一正极板3，其中第一正极板3将会被放置在外壳1内，进行充电过程，放电的时候，通过交换机制，将第二正极板4与第一正极板3的位置进行替换，交换过后的第二正极板4将会与正极接头9连接接触，进而可以进行放电操作，即与外部设备相连，实现外部连接的设备的使用，在密闭的外壳1和替换壳2空间内替换，能够有效的避免内部的结构与外界接触，同时也避免外部的水气等进入电池内部，影响电池的正常使用。
反复充电的操作能够有效的避免当电解质在多次充放电之后的损伤，当钛酸锂极板只是单纯的放置在电解质中的时候，只会产生二氧化碳气体，当钛酸锂极板只在放电的时候使用时会有较多种类的气体产生，例如H 2 、CO 2 、CO、CH 4 、C 2 H 6 、C 2 H 4 、C3 H 8 ，但是充电时不使用钛酸锂极板，只会有微量CO 2 的产生，则相当与减少了一半气体的产生，有利于保持电解质容量，相较于传统的钛酸锂电池就是在增加容量，通过不同锂电池和钛酸锂电池配合使用，能够有效的提高是电池使用效果和寿命，相对于钛酸锂电池能够尽可能减少内部由于反复充放电产生会产生大量气体，相对与普通的锂电池，又具有能够较高的安全性能和良好的循环使用效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种高容量钛酸锂电池的充放电方法，其特征在于：
高容量钛酸锂电池包括外壳(1)和替换壳(2)，所述替换壳(2)固定连接在外壳(1)的一侧，所述外壳(1)内设置有第一正极板(3)，所述替换壳(2)内设置有第二正极板(4)，所述外壳(1)的上端对称安装有正极接头(9)和负极接头(15)，所述正极接头(9)与滑槽(13)接触，所述负极接头(15)连接有负极板(22)，所述负极板(22)设置在外壳(1)内，所述外壳(1)和替换壳(2)的上端设置有内轨道(10)，所述内轨道(10)上套接有外轨道(6)，所述内轨道(10)与外壳(1)、替换壳(2)的内壁之间设置有密封槽，所述外轨道(6)设置在密封槽内，所述密封槽内填充有第一密封油(11)，所述第一正极板(3)和第二正极板(4)的上端均套接有连接套(5)，所述连接套(5)上固定连接有一对连接轴(12)，所述连接轴(12)与外轨道(6)滑动连接，所述第一正极板(3)的材质为三元材料，所述负极板(22)的材质为石墨极板，所述第二正极板(4)为钛酸锂极板；
上述高容量钛酸锂电池的充放电方法包括如下步骤：
S1：当第一正极板(3)位于正极接头(9)正下方的时候，处于可充电状态，充电的时候，第一正极板(3)上的锂原子会在外部电压作用下发生电离作用，锂原子将会电离成锂离子和电子，锂离子和电子将会在电解质溶液中呈现游离态，锂离子向着阳极即正极板移动，电子积累在电解质液中，并且在负极板(22)上与电子合成锂原子，实现充电过程；
S2：将第一正极板(3)上连接的两个调节块(14)分别命名为A和A1，第二正极板(4)上连接的两个调节块(14)分别命名为B和B1；
S3：将A和A1端顺着弧形一侧移动，顺着滑槽(13)的轨迹将A和A1移动至滑槽(13)的最外侧，A和A1继续顺着滑槽(13)最外侧的轨迹朝向替换壳(2)一侧移动，继而第一正极板(3)被移动至替换壳(2)内；
S4：然后同时控制B和B1，B和B1顺着替换壳(2)上弧形的一侧滑动至靠近外壳(1)的内侧的一边，再顺着直线的轨迹滑动B和B1，将B和B1移动至外壳(1)上，继续移动B和B1，B和B1分别顺着弧形的一侧滑动至外壳(1)上滑槽(13)轨迹的最外侧，即第二正极板(4)移动至外壳(1)内，第一正极板(3)和第二正极板(4)的位置实现完全的交换；
S5：正极接头(9)和负极接头(15)分别连接外部设备，实现放电，放电过程中，负极材料上附着的锂原子放电将会失去电子，锂电子形成锂离子形成进入电解质溶液，锂离子将会游离到正极板上，锂离子将会从正极板上获取电子最终镶嵌到回到正极板上，实现放电操作；
S6：当需要进行充电的时候，交换第一正极板(3)和第二正极板(4)的位置，使第一正极板(3)位于正极接头(9)正下方；当需要进行放电的时候，再次交换第一正极板(3)和第二正极板(4)的位置，使第二正极板(4)位于正极接头(9)正下方，以实现反复的充放电。
2.根据权利要求1所述的一种高容量钛酸锂电池的充放电方法，其特征在于，每个所述连接轴(12)上滑动套接有滑套(16)，所述滑套(16)上转动连接有转轴(21)，所述转轴(21)远离滑套(16)的一端转动连接有滚轮(18)，所述滚轮(18)与外轨道(6)的内壁滑动连接，所述滚轮(18)的上下两侧对称安装有隔离片(19)，所述外轨道(6)内设置有多个滚珠(20)，所述外轨道(6)内填充有第二密封油(17)。
3.根据权利要求2所述的一种高容量钛酸锂电池的充放电方法，其特征在于，所述外壳(1)和替换壳(2)的上端安装有固定板(8)，所述固定板(8)内安装有多个与滚轮(18)对应的调节块(14)，所述固定板(8)内开设有滑槽(13)，所述调节块(14)在滑槽(13)内滑动，其中一个所述隔离片(19)与调节块(14)固定连接，所述固定板(8)的下方设置有密封层(7)，所述调节块(14)的下端穿过密封层(7)，所述密封层(7)的材质为防腐橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种高容量钛酸锂电池的充放电方法，其特征在于，所述第一正极板(3)与负极板(22)之间安装有隔膜，所述隔膜为聚烯烃类隔膜。
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