CN109830770A - 具有监控功能的超大容量储能锂离子电池 - Google Patents

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刘越
李新海
颜果春
王志兴
郭华军
王接喜
彭文杰
夏向阳
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Abstract

本发明公开了具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，包括多个正极板、多个负极板、隔膜套、正极汇流排、负极汇流排、正极极柱、负极极柱、监控模块；所述正极极柱下端与正极汇流排连接，所述正极极柱的上端伸出壳体外侧；所述负极极柱的下端与负极汇流排连接，所述负极极柱的上端伸出壳体外侧；隔膜套对负极板或/和正极板进行包裹连接，所述多个正极板与多个负极板相间排列；所述正极板的顶部均与正极汇流排连接，所述负极板的顶部均与负极汇流排连接；所述监控模块设置在正极板、负极板顶部，所述监控模块通过监控模块引线伸出壳体外侧。所述壳体腔体内填充锂离子电解液；所述壳体内无气体。本发明单体容量大，生产制造成本低，安全性高。

Description

具有监控功能的超大容量储能锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别涉及具有监控功能的超大容量储能锂离子电池。
背景技术
锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、自放电率低、使用寿命长、无记忆效应和环境友好等优异特点被广泛应用于大型储能电池等领域。现有的储能电池所使用的电芯主要为叠片式或卷绕式设计，由正极、隔膜、负极、集流体、电解液、外壳等组件构成，与便携式3C设备中使用的锂离子电池结构基本一致。
锂离子电池卷绕式、叠片式设计具有倍率性能好，能量密度高等优点，适用于中小型的用电器具，但是，由于其散热设计、集流体尺寸形状和制造工艺限制，存在单体容量数量级小，该结构的大容量电池成本高，生产一致性差等技术问题。因此现有技术当中的锂离子电池，单体容量一般控制40Ah以下，最高不超过260Ah。而储能技术需要的是兆瓦级，甚至是数十兆瓦级的电池进行能量的中转储存，容量巨大，因此基于现有技术需要数量规模庞大的小电芯进行串并联组合，并统一进行管理，这无疑大大加重了储能电站电池管理系统的复杂程度，提高了储能电站的生产成本和潜在安全风险。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单体容量大，生产制造成本低，安全性高的具有监控功能的超大容量储能锂离子电池。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，包括多个正极板、多个负极板、隔膜套、正极汇流排、负极汇流排、正极极柱、负极极柱、监控模块；
所述正极极柱下端与正极汇流排连接，所述正极极柱的上端延伸伸出壳体的外侧；所述负极极柱的下端与负极汇流排连接，所述负极极柱的上端延伸伸出壳体的外侧；
所述隔膜套对负极板进行包裹连接，所述多个正极板与多个负极板相间排列；所述正极板的顶部均与正极汇流排连接，所述负极板的顶部均与负极汇流排连接；
所述监控模块设置在正极板、负极板顶部，所述监控模块通过监控模块引线伸出壳体外侧，所述监控模块用于测量电池的温度、锂离子浓度、参比电位；
所述壳体腔体内填充锂离子电解液；所述壳体内无气体。
优选地，所述监控模块内部集成了参比电极、热电偶、锂离子探头；
所述参比电极用于测量电池的参比电位；所述热电偶用于检测锂离子电池的内部温度；所述锂离子探头用于测量锂离子的浓度。
优选地，所述锂离子电解液为六氟磷酸锂或双乙二酸硼酸锂溶解于有机溶剂形成；
所述机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯其中任一项或其中几项的混合溶剂。
优选地，所述正极板与负极板结构相同，所述正极板或负极板均包括板栅，活性物质层；所述活性物质层包括纤维材料、活性物质、导电粘接剂；所述板栅的两侧分别连接活性物质层。
优选地，所述板栅包括内部网状结构的筋条，与筋条连接的极耳。
优选地，所述正极板的板栅的材质为金属铝；所述正极板的活性物质为磷酸铁锂；所述正极板的纤维材料为长度大于10cm的纳米金属铝丝。
优选地，所述负极板的板栅材质为金属铜或铜合金；所述负极板的活性物质为天然石墨材料；所述负极板的纤维材料为长度大于10cm的纳米金属铜丝。
采用上述技术方案，由于使用了多个正极板、多个负极板、隔膜套、正极汇流排、负极汇流排、正极极柱、负极极柱、监控模块等技术特征。使得本发明通过设计相间排列式的正极板、负极板；并通过正极汇流板、负极汇流板实现汇流连接，有效提高了电池单体容量，降低了生产制造成本。同时，通过监控模块实现对电池运行状态实时监控，有效提高了电池使用的安全性，以及使用使用性能。
附图说明
图1为本发明立体示意图；
图2为本发明正极板或负极板爆炸示意图；
图中标号说明：
1、正极板；2、负极板；3、隔膜套；4、正极汇流排；5、负极汇流排；6、正极极柱；7、负极极柱；8、外壳；9、注液口；10、安全阀；11、监控模块引线；12、监控模块；A1、板栅；A2、筋条；A3、极耳；A4、活性物质层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如附图1所示，具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，包括多个正极板1、多个负极板2、隔膜套3、正极汇流排4、负极汇流排5、正极极柱6、负极极柱7、监控模块12。将正极极柱6下端与正极汇流排4连接，将正极极柱6的上端延伸伸出壳体8的外侧，将负极极柱7的下端与负极汇流排5连接，将负极极柱7的上端延伸伸出壳体8的外侧。
将隔膜套3对负极板3进行包裹连接，并将多个正极板1与多个负极板2相间排列；将正极板1的顶部均与正极汇流排4连接，将负极板2的顶部均与负极汇流排5连接。将监控模块12设置在正极板1、负极板2顶部，监控模块12通过监控模块引线11伸出壳体外侧，监控模块12用于测量电池的温度、锂离子浓度、参比电位；所述壳体腔体内填充锂离子电解液；所述壳体内无气体。
上述技术方案，通过将多个正极板1与多个负极板2相间排列，使得本发明有效提高了单体电池容量，降低了单体电池的生产制造成本；并设置监控电池温度、锂离子浓度、参比电位的监控模块12，对电池使用过程中实现对电池的温度、锂离子浓度、参比电位进行实时监控，有效提高了电池使用的安全性，并提高了电池使用性能。具体实施中在壳体8上分别设置注液口9和安全阀10，通过注液口9向壳体8内注入锂离子电解液，并通过安全阀排空壳体8内的空气，有效提高电池使用寿命。同时在生产制造过程中，对所有引出壳体8外侧的部分均进行密封处理。
更为详细地，监控模块12内部集成了参比电极、热电偶、锂离子探头；参比电极用于测量电池的参比电位；热电偶用于检测锂离子电池的内部温度；锂离子探头用于测量锂离子的浓度。
具体实施中锂离子电解液采用六氟磷酸锂或双乙二酸硼酸锂溶解于有机溶剂形成；机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯其中任一项或其中几项的混合溶剂。本发明采用六氟磷酸锂与碳酸二甲酯、碳酸二乙酯混合溶液溶解形成电解液。
如附图2所示，正极板1与负极板2结构相同，正极板1或负极板2均包括板栅A1，活性物质层A4；活性物质层A4包括纤维材料、活性物质、导电粘接剂；并在板栅A1的两侧分别连接活性物质层A4。板栅A1包括内部网状结构的筋条A2，与筋条A2连接的极耳A3。
具体实施中，正极板1的板栅A1的材质采用金属铝；负极板1的板栅A1材质采用金属铜或铜合金。
板栅A1边框为方形，正极板1尺寸为3000mm×2000mm，负极板2尺寸为2900mm×1900mm，板栅A1内部的筋条A2为15mm×15mm的网状结构，筋条A2厚度为4mm，板栅A1顶部设有双极耳A3，极耳A3与板栅A1材料相同，一体成型。
正极板1的活性物质采用磷酸铁锂；负极板1的活性物质采用天然石墨材料。导电粘结剂采用混合有科琴黑的聚乙烯吡咯烷酮；正极板1的纤维材料采用长度大于10cm的纳米金属铝丝。负极板2的纤维材料采用长度大于10cm的纳米金属铜丝。具体实施中活性物质半径小于30μm的颗粒材料，将活性物质、纤维材料、导电粘结剂混合后涂覆至板栅A1上，通过压合、干燥、固化生产过程形成多孔海绵状的正极板1或负极板2，厚度为10mm。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，其特征在于，包括多个正极板、多个负极板、隔膜套、正极汇流排、负极汇流排、正极极柱、负极极柱、监控模块；
所述正极极柱下端与正极汇流排连接，所述正极极柱的上端延伸伸出壳体的外侧；所述负极极柱的下端与负极汇流排连接，所述负极极柱的上端延伸伸出壳体的外侧；
所述隔膜套对负极板或/和正极板进行包裹连接，所述多个正极板与多个负极板相间排列；所述正极板的顶部均与正极汇流排连接，所述负极板的顶部均与负极汇流排连接；
所述监控模块设置在正极板、负极板顶部，所述监控模块通过监控模块引线伸出壳体外侧，所述监控模块用于测量电池的温度、锂离子浓度、参比电位；
所述壳体腔体内填充锂离子电解液；所述壳体内无气体。
2.根据权利要求1所述的具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，其特征在于，所述监控模块内部集成了参比电极、热电偶、锂离子探头；
所述参比电极用于测量电池的参比电位；所述热电偶用于检测锂离子电池的内部温度；所述锂离子探头用于测量锂离子的浓度。
3.根据权利要求1所述的具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电解液为六氟磷酸锂或双乙二酸硼酸锂溶解于有机溶剂形成；
所述机溶剂为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯其中任一项或其中几项的混合溶剂。
4.根据权利要求1所述的具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，其特征在于，所述正极板与负极板结构相同，所述正极板或负极板均包括板栅，活性物质层；所述活性物质层包括纤维材料、活性物质、导电粘接剂；所述板栅的两侧分别连接活性物质层。
5.根据权利要求4所述的具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，其特征在于，所述板栅包括内部网状结构的筋条，与筋条连接的极耳。
6.根据权利要求5所述的具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，其特征在于，所述正极板的板栅的材质为金属铝；所述正极板的活性物质为磷酸铁锂；所述正极板的纤维材料为长度大于10cm的纳米金属铝丝。
7.根据权利要求6所述的具有监控功能的超大容量储能锂离子电池，其特征在于，所述负极板的板栅材质为金属铜或铜合金；所述负极板的活性物质为天然石墨材料；所述负极板的纤维材料为长度大于10cm的纳米金属铜丝。
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