CN110021734B - 一种双极性电池堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双极性电池堆，电池堆中的各个电极板的四周边缘设有绝缘密封框。在绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道和中空内框格，电极材料层设置于中空内框格中，液口与电解液外流道流体连通并且电解液外流道与电解液内流道流体连通。电解液外流道位于绝缘密封框的框体外边缘与电池单元的外边缘之间用于输送注入或排出的电解液，电解液内流道位于中空内框格的框格边缘与电池单元的外边缘之间用于对隔离层和电极材料层浸润电解液。可以利用电解液外流道中的电解液使得电池单元处于富液状态，另外通过较长的电解液外流道，阻止了脱嵌离子经由电解液外流道在相邻电池单元之间发生迁移，从而可以防止电池的内短路。

Description

一种双极性电池堆

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地涉及一种双极性电池。

背景技术

双极性电池的电池堆由两个单极性电极片、若干个双极性电极片、隔离层和电解液组成。双极性电极片是指在双极板两侧分别涂覆正极材料层和负极材料层后具有两个极性的电极片，单极性单极片是指在单极板一侧涂覆正极材料层或负极材料层后具有单极性的电极片。由于双极性电池堆的电池单元由双极板、正极材料层、隔离层、负极材料层和另一双极板构成，每个电池单元都具有独立的电化学结构，因而可以通过增加双极性电极片的数量来增加电池单元的个数，进而提高电池的总体电压。双极性电池具有电池单元之间电阻能耗小、电极表面电流和电位分布均匀、电池充放电速度快等优势，因此适用于电动汽车、电力储能等领域。

但是，双极性电池在使用过程中也存在一些问题。一方面，双极性电池长期使用过程中，电极活性材料表面生成的固体电解质膜(SEI膜)会不断增厚，使电池内阻增加，循环寿命下降，而电池产生的副反应也会不断消耗电解液，导致电池内部参与电化学反应的电解液减少，从而影响锂离子在电池中的传导，降低电池性能甚至引起电池失效。另一方面，双极性电池堆内相邻电池单元的电解液通过液口产生液接，液接会使电池单元间产生离子电流或离子桥，导致电池的短路和总体性能的下降。因此，如何既能够方便有效地为双极性电池堆的各个电池单元提供新鲜电解液，又能够避免因电解液液接造成的电池短路，是双极性电池需要解决的重要问题。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种双极性电池堆，其由双极性电极片以及位于电池堆上下两侧的单极性电极片组成。在双极性电极片和单极性电极片的四周边缘设有绝缘密封框，在绝缘密封框上设有电解液流道，从而可以通过绝缘密封框上的电解液流道对电池进行注液、换液以及补液等，而且可以利用电解液流道中的电解液使得电池单元处于富液状态。另外，可将电解液流道分为电解液内流道和电解液外流道，其中，电解液内流道位于绝缘密封框上的电池单元覆盖的区域内，电解液内流道主要用于浸润电极材料层以及隔离层；电解液外流道位于绝缘密封框上的电池单元覆盖区域的外侧，电解液外流道主要用于增大两个相邻电池单元的电解液内流道之间的距离。每个电池单元是由电极板(单极板或双极板)、正极材料层、隔离层、负极材料层及另一电极板(单极板或双极板)构成，当相邻电池单元的参与电化学反应的电解液之间的距离无限延长时，可以认为相邻电池单元之间的电液电阻(电解液电阻)无限大，阻止了脱嵌离子经由电解液外流道在相邻电池单元之间发生迁移，从而可以防止电池的内短路。

电解液外流道的电液电阻(电解液电阻)R与电解液电导率δ(S/cm)、流道横截面积S(cm²)和流道长度L(cm)有关:

因此，外流道越长、横截面积越小，电液电阻就越大，导致电池短路电流就越小。

本发明提供的技术方案如下：

根据本发明提供一种双极性电池堆，其中，双极性电池堆包括隔离层以及设有电极板和电极材料层的电极片，电极片包括多个双极性电极片以及分别设置于多个双极性电极片整体两侧的单极性正极片和单极性负极片，隔离层设置于相邻的电极片之间。双极性电极片的电极板为双极板并且不同极性的电极材料层——即正极材料层和负极材料层——分别设置于双极板的两侧。单极性正极片和单极性负极片的电极板为单极板并且正极材料层设置于单极性正极片的一侧、负极材料层设置于单极性负极片的一侧。电极片按照不同极性的电极材料层相对放置的顺序串联层叠。电池单元由相邻电极片的两个电极板、不同极性的电极材料层以及隔离层构成。电极板的四周边缘设有绝缘密封框。在每个绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道以及中空内框格，电极材料层设置于中空内框格中，液口与电解液外流道流体连通并且电解液外流道与电解液内流道流体连通。电解液外流道位于绝缘密封框的框体外边缘与电池单元的外边缘之间用于输送从液口注入的电解液或将电解液从液口排出，电解液内流道位于中空内框格的框格边缘与电池单元的外边缘之间用于对隔离层和电极材料层浸润电解液。换句话说，在一电池单元中，当隔离层大于电极板的尺寸时，隔离层的外边缘即为电池单元的外边缘；当电极板大于隔离层的尺寸时，电极板的外边缘即为电池单元的外边缘。在绝缘密封框上，位于电池单元覆盖区域以外的流道为电解液外流道，即在液口与电池单元外边缘之间的流道为电解液外流道；位于电池单元覆盖区域以内的流道为电解液内流道。

在并联注液的情况下，液口包括第一液口和第二液口，电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，第一液口为贯穿绝缘密封框的通孔并且多个双极性电极片的第一液口与单极性正极片和/或单极性负极片的第一液口的位置相对应从而形成第一电解液通道，其中，第二液口为贯穿绝缘密封框的通孔并且多个双极性电极片的第二液口的位置与单极性正极片和/或单极性负极片的第二液口的位置相对应从而形成第二电解液通道，第一电解液通道与第一电解液外流道流体连通并且第一电解液外流道与电解液内流道流体连通，第二电解液通道与第二电解液外流道流体连通并且第二电解液外流道与电解液内流道流体连通，电解液经由第一电解液通道进入各个第一电解液外流道、电解液内流道和第二电解液外流道并从第二电解液通道流出，从而在各个电极片之间形成电解液的并联通路。第一电解液通道和第二电解液通道可以在注液、补液、换液、电池单元电化学反应过程中始终保持电解液连通，即无需在电池充放电过程中对第一电解液通道和第二电解液通道进行密封，这种情况尤其适用于电解液外流道较长的情况。另外，在第一电解液通道和第二电解液通道中可分别设有密封部，通过密封部对全部第一液口和第二液口进行密封，这样在注液、补液或换液时保持第一电解液通道和第二电解液通道中的电解液连通，在电池充放电过程中通过密封部将各个电池单元之间的电解液通路断开。密封部可以为实心柱体，其尺寸适于插入第一电解液通道和第二电解液通道中；密封部可以为带有开口的中空柱体，通过转动或移动中空柱体，将开口与电解液外流道连通/断开；密封部可以为带有开口的嵌套结构，通过嵌套结构的相对运动，实现电解液外流道的连通/断开，等等。

在串联注液的情况下，液口包括第一液口和第二液口，电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，第一液口为不贯穿绝缘密封框的盲孔，第一液口与第一电解液外流道流体连通并且第一电解液外流道与电解液内流道流体连通，第二液口为贯穿绝缘密封框的通孔，第二液口与第二电解液外流道流体连通并且第二电解液外流道与电解液内流道流体连通，电解液经由一电极片的第一液口、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二液口进入相邻另一电极片的第一液口、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二液口，从而在各个电极片之间形成电解液的串联通路。

另外，通过并联注液结构下的第一电解液通道、第二电解液通道和带有空腔的插入件，可以实现多个电极片的串联注液或者多个电极片的串并联混合注液。在串联注液的情况下，在第一电解液通道中设有第一插入件并且在第二电解液通道中设有第二插入件，第一插入件设有多个第一空腔，从双极性电池堆一侧的第一个电极片起将每两个电极片组成一组，每个第一空腔将每组电极片的第一电解液外流道进行连通，第二插入件设有多个第二空腔，从双极性电池堆上述一侧的第二个电极片起将每两个电极片组成一组，每个第二空腔将每组电极片的第二电解液外流道进行连通，电解液经由第一插入件的第一空腔、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二插入件的第二空腔进入相邻另一电极片的第二电解液外流道、电解液内流道、第一电解液外流道和第一插入件的另一第一空腔，从而在各个电极片之间形成电解液的串联通路。在串并联混合注液的情况下，将多个电极片分为几组，每组电极片通过第一插入件的第一空腔和第二插入件的第二空腔进行并联连通，之后通过第一插入件和第二插入件中的串联通路将各组电极片进行串联连通，第一空腔和第二空腔的位置相对应，第二插入件中的串联通路例如将第一组和第二组电极片的第二空腔进行连通，第一插入件中的串联通路例如将第二组和第三组电极片的第一空腔进行连通，以此类推，从而实现各组电极片的串并联混合注液。另外，第一插入件和第二插入件可以设有阻挡部，通过第一插入件和第二插入件的移动或转动实现第一电解液通道和第二电解液通道与第一电解液外流道和第二电解液外流道的连通或断开，从而可以在注液、换液、补液期间保持电极片的电解液的连通，在电池充放电期间切断各个电极片的电解液的连通。

双极性电极片可包括双极板、正极材料层、负极材料层和绝缘密封框。双极板可采用电子导电、离子绝缘的材料，例如，双极板可选用镍板、铝板、铝镍复合板、铜铝复合板、不锈钢、铝板、碳塑复合材料板、石墨板、碳纤维板中的一种或几种，双极板的厚度可以为0.05mm～20mm。绝缘密封框通过热压、熔融、注塑成型等加工制作的方式设置于双极板的边缘上。正极材料层和负极材料层可通过喷涂、丝网印刷、转移涂布、掩模版、喷墨打印、挤压涂、刮刀涂、贴涂、旋涂、浸渍涂布等方式中的一种或几种涂覆到双极板的表面，正极材料层的厚度可以为0.05mm～20mm，负极材料层的厚度可以为0.02mm～16mm。优选地，绝缘密封框的正极侧的中空内框格的高度设计成大于等于正极材料层的厚度，绝缘密封框的负极侧的中空内框格的高度设计成大于等于负极材料层的厚度。这样在加工过程中，可以先将绝缘密封框与双极板固定连接，在绝缘密封框的正极侧的中空内框格中涂覆正极材料层，通过中空内框格的高度限定压实的正极材料层的高度，在绝缘密封框的负极侧的中空内框格中涂覆负极材料层，通过中空内框格的高度限定压实的负极材料层的高度。优选地，正极材料层与负极材料层的位置、大小和形状分别对称。

在绝缘密封框的框体上设有电解液外流道和电解液内流道，此处的电解液外流道和电解液内流道是以电池单元覆盖的区域为界，位于电池单元覆盖区域内的流道为电解液内流道，位于电池单元覆盖区域外的流道为电解液外流道。也就是说，液口与电解液内流道通过电解液外流道流体连通，电解液外流道内的电解液不与隔离层、双极板和单极板接触。电解液外流道的长度应设计成足够长，使得一个电池单元的电解液内流道与另一个电池单元的电解液内流道之间间隔足够长的距离，通过电解液外流道中的流体阻力等对相邻两个电池单元的电解液内流道中的电解液进行阻隔，从而阻止一个电池单元内参与电化学反应的电解液迁移到相邻电池单元内参与电化学反应的电解液中。优选地，在并联注液的情况下，在相邻的电池单元之间，两个电池单元的两个第一电解液外流道的长度之和大于等于4mm，两个电池单元的两个第二电解液外流道的长度之和大于等于4mm；在串联注液的情况下，在相邻的电池单元之间，两个电池单元的第一电解液外流道和第二电解液外流道的长度之和大于等于4mm。另外优选地，第一电解液外流道和第二电解液外流道的长度分别大于等于隔离层的长边的长度；更优选地，第一电解液外流道和第二电解液外流道的长度分别大于等于隔离层的长边与短边的长度和。电解液内流道应尽量多地分布于电池单元覆盖的区域内，例如以折线型、曲线型、网格型、分支型等分布的方式，从而更好地对隔离层和电极材料层进行电解液浸润。

通过将两个相邻的电极片的绝缘密封框的边缘进行密封连接，可以形成边缘密封的电池单元。另外，电解液流道可以沿绝缘密封框的边缘的内侧设置，由此可以利用电解液流道内的液体进一步增强电池单元的密封效果。优选地，第一电解液外流道连同第二电解液外流道一起可以沿绝缘密封框的框体外边缘的内侧布置一周或接近一周，也就是说沿着框体外边缘的内侧形成一圈或近一圈的充满电解液的流道，从而使得每个电池单元形成液封。

绝缘密封框上的中空内框格的数量可以为一个或多个。在双极性电极片较大的情况下，优选地设置多个中空内框格，在多个中空内框格中分别涂覆电极材料，这样对于电极面较大的调频电池可以方便电极材料的涂覆，并且可以避免大面积涂覆时造成的易开裂等缺陷，从而可以改善涂覆效果并提高电池性能。当绝缘密封框设有两个以上的中空内框格时，在中空内框格之间形成框体肋条，在框体肋条上也可设有电解液内流道。通过设置于框体肋条上的电解液内流道，可以提高注液、换液效率，并且可以使得较大面积的电极面均匀充分浸润。在电解液内流道上还可伸出多条支流流道，支流流道延伸至电极材料层，从而无需经由隔离层对电极材料层进行浸润，而是可以直接通过流至电极材料层的支流流道对电极材料层进行浸润。另外，在电极材料层上也可设有电解液流道，支流流道可与电极材料层上的电解液流道流体连通，从而进一步提高电极材料层的浸润效果。

在位于双极性电池堆上下两侧的单极性电极片上，单极性电极片的单极板上的与多个中空内框格对应的位置处可分别设置多个集流端子，或者在单极板的边缘设置多个集流端子，从而可以实现多点均匀集流。

应当指出，在本文中使用的上、下、左、右等方位词仅是为了使表述更加清楚，而不起到任何限制的作用。

本发明的优势在于：

(1)通过绝缘密封框设置的电解液外流道，一方面能够为电池单元提供充足的电解液，补充电池长期使用过程中生成固态电解质膜或其他副反应所消耗的电解液，保证锂离子具有充足的传输通道，从而降低内阻，提高电池循环性能；另一方面，通过较长的电解液外流道，使得离子短路内阻增大，从而可以降低电池漏电流并提高电池效率。

(2)环绕电极片的边缘近一周的电解液外流道能够对双极性电池堆的每个电池单元提供液封，从而可以进一步提高电池的密封性。

(3)绝缘密封框可以为多格结构，在多个中空内框格之间的框体肋条上设置电解液内流道并且在中空内框格内涂覆电极材料，一方面可以便于电极材料涂覆，另一方面可以便于电解液有效浸透到隔膜及电极材料内，从而可以提高电极面内的电解液分布的均匀性。

(4)在绝缘密封框上设置电解液流道，可以避免电解液直接冲击电极材料层而造成的电极材料层的破坏，并且可以避免在电极材料层上制备流道时导致的电极材料层破裂、脱落等问题。

(5)在正、负单极板上设置多点、多区域集流结构，对于电极面较大的双极性电池能够有效地提高电池的均匀集流效果。

附图说明

图1为根据本发明第一实施方式的双极性电池堆的截面示意图；

图2为根据本发明第二实施方式的双极性电池堆的截面示意图；

图3为根据本发明第三实施方式的双极性电池堆的截面示意图；

图4为根据本发明第四实施方式的双极性电池堆的截面示意图，其中，图4(a)和4(b)分别示出了插入件的两种状态；

图5为根据本发明第一实施方式的双极性电极片的(a)示意图、(b)注液和排液为并联结构的双极性电极片的A-A剖视图和(c)注液和排液为串联结构的双极性电极片的A-A剖视图；

图6为根据本发明第二实施方式的双极性电极片的(a)示意图和(b)B-B剖视图；

图7为根据本发明第三实施方式的双极性电极片的示意图；

图8为根据本发明第四实施方式的双极性电极片的示意图；

图9为根据本发明第五实施方式的双极性电极片的示意图；

图10为根据本发明第六实施方式的双极性电极片的示意图；

图11为根据本发明第七实施方式的双极性电极片的示意图；

图12为根据本发明的双极性电池堆的示意图，其中，图12(a)和图12(b)分别示出了集流端子的不同的实施方式。

附图标记列表

1——单极性电极片

101——单极板

2——双极性电极片

201——双极板

202——正极材料层

203——负极材料层

204——电解液流道

3——绝缘密封框

301——第一液口

302——第二液口

303——第一电解液外流道

304——第二电解液外流道

305——电解液内流道

306——中空内框格

307——框体肋条

308——支流流道

4——隔离层

5——第一电解液通道

6——第二电解液通道

7、7’——集流端子

8——电池单元

9——密封部

10a——第一插入件

10b——第二插入件

111——第一空腔

102——第二空腔

103——第一阻挡部

104——第二阻挡部

具体实施方式

下面将结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。

图1为根据本发明第一实施方式的双极性电池堆的截面示意图。在双极性电池堆中包括位于上侧和下侧的单极性电极片1以及置于两个单极性电极片之间的多个双极性电极片2。单极性电极片1设有单极板101、涂覆于单极板一侧的单极性电极材料层以及设置于单极性电极片的四周边缘的绝缘密封框。双极性电极片2设有双极板201、涂覆于双极板两侧的正极材料层202和负极材料层203以及设置于双极性电极片的四周边缘的绝缘密封框3。以不同极性的电极材料层相对放置的顺序将电极片进行串联叠置，在不同极性的电极材料层之间设置有隔离层4。由一电极片的电极板和正极材料层、隔离层、另一电极片的负极材料层和电极板构成电池单元8。在图1所示的注液和排液为并联结构的情况下，在绝缘密封框上还设有为贯穿通孔的第一液口和第二液口，由单极性电极片和双极性电极片上的全部第一液口构成第一电解液通道5，由单极性电极片和双极性电极片上的全部第二液口构成第二电解液通道6。电解液从第一电解液通道5并行进入各个电极片并经由第二电解液通道6排出。

图2为根据本发明第二实施方式的双极性电池堆的截面示意图。在图2所示的注液和排液为串联结构的情况下，在绝缘密封框上还设有为盲孔的第一液口301和为贯穿通孔的第二液口302，上方双极性电极片的第二液口与下方双极性电极片的第一液口连通。电解液从上方双极性电极片的第一液口流至第二液口并进入下方双极性电极片的第一液口，串行流动，直至依次流经各个电极片后排出。

图3为根据本发明第三实施方式的双极性电池堆的截面示意图。在图3中，在第一电解液通道和第二电解液通道中可分别插入密封部9。密封部9为圆柱形结构，在电池充放电期间可将密封部9插入第一电解液通道和第二电解液通道中，从而将各个电池单元之间的电解液连通阻断。

图4为根据本发明第四实施方式的双极性电池堆的截面示意图，其中，图4(a)和4(b)分别示出了插入件的两种状态。在图4中，在第一电解液通道中设有第一插入件10a，在第二电解液通道中设有第二插入件10b，第一插入件10a和第二插入件10b可以转动。第一插入件10a设有第一空腔111和第一阻挡部103，第二插入件10b设有第二空腔102和第二阻挡部104。在图4(a)中，从双极性电池堆上侧第一个电极片起将每两个电极片组成一组，每个第一空腔111将每组电极片的第一电解液外流道进行连通；从双极性电池堆上侧第二个电极片起将每两个电极片组成一组，每个第二空腔将每组电极片的第二电解液外流道进行连通。电解液经由第一插入件10a的第一空腔111、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二插入件10b的第二空腔102进入相邻另一电极片的第二电解液外流道、电解液内流道、第一电解液外流道和第一插入件的另一第一空腔，依次类推，从而通过插入件在各个电极片之间形成电解液的串联通路。在图4(b)中，当第一插入件10a和第二插入件10b转动后，第一插入件的第一阻挡部103和第二插入件的第二阻挡部104将电极片的第一电解液外流道和第二电解液外流道进行阻挡，从而在电池充放电期间可以进一步阻断各个电池单元之间的电解液液接。

图5为根据本发明第一实施方式的双极性电极片的(a)示意图、(b)注液和排液为并联结构的双极性电极片的A-A剖视图和(c)注液和排液为串联结构的双极性电极片的A-A剖视图。双极性电极片包括双极板201、正极材料层202、负极材料层203和绝缘密封框3。绝缘密封框3沿双极板201的四周边缘设置。在绝缘密封框3上设有第一液口301、第二液口302、第一电解液外流道303、第二电解液外流道304、电解液内流道305以及中空内框格306，第一液口301和第二液口302分别与第一电解液外流道303和第二电解液外流道304流体连通，第一电解液外流道303和第二电解液外流道304分别与电解液内流道305流体连通。第一电解液外流道303和第二电解液外流道304位于绝缘密封框外边缘与电池单元外边缘(如图5中虚线部分所示)之间；电解液内流道305位于电池单元外边缘与中空内框格306的边缘之间，其中，电解液内流道305可沿着中空内框格的外周边设置，电解液内流道305还可设置于中空内框格306之间的框体肋条307上。首先，电解液从第一液口301进入与其流体连通的第一电解液外流道303，之后进入网格状的电解液内流道305中，最后经由与第二液口302流体连通的第二电解液外流道304和第二液口302流出(如图5中箭头所示)。在注液和排液为并联结构的情况下，在相邻的两个电池单元中，一个电池单元的电解液内流道与另一电池单元的电解液内流道在电极片一侧间隔两倍的第一电解液外流道303的长度并且在电极片另一侧间隔两倍的第二电解液外流道304的长度；在注液和排液为串联结构的情况下，在相邻的两个电池单元中，一个电池单元的电解液内流道与另一电池单元的电解液内流道在电极片两侧分别间隔第一电解液外流道303和第二电解液外流道304之和的长度，从而可以通过调整第一电解液外流道和第二电解液外流道的长度来对两个电池单元的电解液内流道进行隔离。从图5(b)和5(c)可以看出，正极材料层202和负极材料层203分别涂覆于双极板201的两侧，其中，正极材料层202可以分别涂覆于绝缘密封框的位于正极侧的多个中空内框格中，负极材料层203可以涂覆于绝缘密封框位于负极侧的一个中空内框格中。在图5(b)中所示的注液和排液为并联结构的情况下，第一液口301和第二液口302为通孔结构，在图5(c)中所示的注液和排液为串联结构的情况下，第一液口301为盲孔结构，而第二液口302为通孔结构。

图6为根据本发明第二实施方式的双极性电极片的(a)示意图和(b)B-B剖视图。图6(a)与图5(a)中所示的结构除了第二液口302的位置和第二电解液外流道304的长度不同之外其他大致相同，因此此处不再赘述。在图6(b)中，示出了第一电解液外流道303、第二电解液外流道304和电解液内流道305，正极材料层202可以涂覆于绝缘密封框的位于正极侧的多个中空内框格中，负极材料层203可以涂覆于绝缘密封框的位于负极侧的多个中空内框格中。

图7为根据本发明第三实施方式的双极性电极片的示意图。在该实施方式中，第一电解液外流道303和第二电解液外流道304的长度不同，第二电解液外流道304沿着绝缘密封框外边缘的内侧环绕近一周，从而通过第二电解液外流道304中的电解液可以对电池单元形成液封。

图8为根据本发明第四实施方式的双极性电极片的示意图。在该实施方式中，第一电解液外流道303和第二电解液外流道304的长度大致相同。第一电解液外流道303在绝缘密封框外边缘与电池单元外边缘(如图8中虚线所示)之间沿着电池单元上侧和右侧边缘延伸，第一电解液外流道303的长度大于等于4mm；第二电解液外流道304在绝缘密封框外边缘与电池单元外边缘(如图8中虚线所示)之间沿着电池单元左侧和下侧边缘延伸，第二电解液外流道304的长度大于等于4mm。第一电解液外流道303连同第二电解液外流道304一起沿着绝缘密封框外边缘的内侧环绕近一周，从而通过第一电解液外流道303和第二电解液外流道304中的电解液可以对电池单元形成液封。

图9为根据本发明第五实施方式的双极性电极片的示意图。在该实施方式中，第一电解液外流道303和第二电解液外流道304的长度大致相同，均大于等于隔离层的长边的长度，图9中虚线示出了隔离层，在隔离层大于电极板的情况下隔离层的外轮廓即为电池单元的外轮廓。在电解液内流道305上设有支流流道308，支流流道308延伸至中空内框格306中的电极材料层。通过支流流道308中的电解液可以直接对电极材料层进行浸润。

图10为根据本发明第六实施方式的双极性电极片的示意图。在该实施方式中，绝缘密封框中仅设有一个中空内框格306，电极材料层涂覆于中空内框格306中，在电极材料层上设有直线型电解液流道204。在电解液内流道305上设有支流流道308，支流流道308与电解液流道204流体连通，使得支流流道308中的电解液可以进入电极材料层上的电解液流道204中，从而可以对电极材料层可以进行更好的润湿。

图11为根据本发明第七实施方式的双极性电极片的示意图。在该实施方式中，绝缘密封框中设有四个中空内框格306，电极材料层分别涂覆于各个中空内框格306中，在各个中空内框格306的电极材料层上设有S型电解液流道204。沿着电池单元(图11中虚线所示)边缘的上下两侧以及在框体肋条上设有电解液内流道305，在电解液内流道305上设有支流流道308，支流流道308与电解液流道204流体连通。由电解液内流道305、支流流道308和弯曲的电解液流道204构成了电池单元覆盖区域内的全面的电解液流通通道。

图12为根据本发明的双极性电池堆的示意图，其中，图12(a)和图12(b)分别示出了集流端子的不同的实施方式。在多个双极性电极片的两侧设有两个单极性电极片，从单极性电极片的单极板上引出多个集流端子，从而可以增强电池的集流效果并且可以均匀集流。在图12(a)中，在单极板101的边缘处引出多个片状的集流端子7；在图12(b)中，在单极板101上的对应于多个中空内框格的位置处分别设置多个柱状的集流端子7’。

本发明具体实施例并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种双极性电池堆，其特征在于，所述双极性电池堆包括隔离层以及设有电极板和电极材料层的电极片，所述电极片包括多个双极性电极片以及分别设置于所述多个双极性电极片整体两侧的单极性正极片和单极性负极片，所述隔离层设置于相邻的所述电极片之间，所述双极性电极片的电极板为双极板并且不同极性的电极材料层分别设置于所述双极板的两侧，所述单极性正极片和单极性负极片的电极板为单极板并且正极材料层设置于所述单极性正极片的一侧、负极材料层设置于所述单极性负极片的一侧，所述电极片按照不同极性的电极材料层相对放置的顺序串联层叠，电池单元由相邻的所述电极片的两个电极板、不同极性的电极材料层以及所述隔离层构成，其中，所述电极板的四周边缘设有绝缘密封框，在每个所述绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道以及中空内框格，所述电极材料层设置于所述中空内框格中，所述液口与所述电解液外流道流体连通并且所述电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，所述电解液外流道位于所述绝缘密封框的框体外边缘与所述电池单元的外边缘之间用于输送从所述液口注入的电解液或将电解液从所述液口排出，所述电解液内流道位于所述中空内框格的框格边缘与所述电池单元的外边缘之间用于对所述隔离层和电极材料层浸润电解液。

2.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，所述液口包括第一液口和第二液口，所述电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，所述第一液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第一液口的位置相对应从而形成第一电解液通道，所述第一电解液通道与所述第一电解液外流道流体连通并且所述第一电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，其中，所述第二液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第二液口的位置相对应从而形成第二电解液通道，所述第二电解液通道与所述第二电解液外流道流体连通并且所述第二电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，电解液经由所述第一电解液通道进入各个所述第一电解液外流道、电解液内流道和第二电解液外流道并从所述第二电解液通道流出，从而在各个所述电极片之间形成电解液的并联通路。

3.根据权利要求2所述的双极性电池堆，其中，在所述第一电解液通道和所述第二电解液通道中分别设有密封部，通过所述密封部分别对所述电极片的第一液口和所述电极片的第二液口进行密封。

4.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，所述液口包括第一液口和第二液口，所述电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，所述第一液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第一液口的位置相对应从而形成第一电解液通道，所述第一电解液通道与所述第一电解液外流道流体连通并且所述第一电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，其中，所述第二液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第二液口的位置相对应从而形成第二电解液通道，所述第二电解液通道与所述第二电解液外流道流体连通并且所述第二电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，在所述第一电解液通道中设有第一插入件并且在所述第二电解液通道中设有第二插入件，所述第一插入件设有多个第一空腔，从所述双极性电池堆一侧第一个所述电极片起将每两个电极片组成一组，每个所述第一空腔将每组电极片的第一电解液外流道进行连通，所述第二插入件设有多个第二空腔，从所述双极性电池堆一侧第二个所述电极片起将每两个电极片组成一组，每个所述第二空腔将每组电极片的第二电解液外流道进行连通，电解液经由所述第一插入件的第一空腔、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二插入件的第二空腔进入相邻另一所述电极片的第二电解液外流道、电解液内流道、第一电解液外流道和所述第一插入件的另一第一空腔，从而在各个所述电极片之间形成电解液的串联通路。

5.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，所述液口包括第一液口和第二液口，所述电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，所述第一液口为不贯穿所述绝缘密封框的盲孔，所述第一液口与所述第一电解液外流道流体连通并且所述第一电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，其中，所述第二液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔，所述第二液口与所述第二电解液外流道流体连通并且所述第二电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，电解液经由一所述电极片的第一液口、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二液口进入相邻另一所述电极片的第一液口、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二液口，从而在各个所述电极片之间形成电解液的串联通路。

6.根据权利要求2至4中任一项所述的双极性电池堆，其中，在相邻的所述电池单元之间，两个所述电池单元的两个所述第一电解液外流道的长度之和大于等于4mm，两个所述电池单元的两个所述第二电解液外流道的长度之和大于等于4mm。

7.根据权利要求5所述的双极性电池堆，其中，在相邻的所述电池单元之间，两个所述电池单元的所述第一电解液外流道和第二电解液外流道的长度之和大于等于4mm。

8.根据权利要求2至5中任一项所述的双极性电池堆，其中，所述第一电解液外流道和第二电解液外流道的长度分别大于等于所述隔离层的长边的长度。

9.根据权利要求8所述的双极性电池堆，其中，所述第一电解液外流道和第二电解液外流道的长度分别大于等于所述隔离层的长边与短边的长度和。

10.根据权利要求2至5中任一项所述的双极性电池堆，其中，所述第一电解液外流道连同所述第二电解液外流道沿所述绝缘密封框的框体外边缘的内侧共同形成一周或接近一周的流道，从而使得每个所述电池单元形成液封。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的双极性电池堆，其中，所述中空内框格的数量为多个，在多个中空内框格之间形成框体肋条，在所述框体肋条上也设有所述电解液内流道。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的双极性电池堆，其中，在所述电解液内流道上伸出多条支流流道，所述支流流道延伸至所述电极材料层用以对所述电极材料层进行浸润。

13.根据权利要求12所述的双极性电池堆，其中，在所述电极材料层上设有电解液流道，所述支流流道与所述电极材料层上的电解液流道流体连通。

14.根据权利要求11所述的双极性电池堆，其中，在所述单极板上的与所述多个中空内框格对应的位置处分别设置多个集流端子，或者在所述单极板的边缘设置多个集流端子。

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