CN110429232A - 一种超大容量锂离子电池用隔板及锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超大容量锂离子电池用隔板，包括第一绝缘层、导电层、第二绝缘层和导线，所述第一绝缘层正对电池的正极板，所述第二绝缘层正对电池的负极板，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别紧贴在所述导电层两侧的表面，所述导电层与所述导线接。本发明还提供了一种超大容量锂离子电池及监控负极板锂枝晶的方法，所述锂离子电池由若干正极板、隔板、负极板、隔板依次排列组成。解决了现有的隔板机械强度底，组装不方便，且不具备锂枝晶监控功能的问题。

Description

一种超大容量锂离子电池用隔板及锂离子电池

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种超大容量储能用锂离子电池用高安全性隔板。

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移动式储能、电动交通工具、大型电网储能等领域。现有技术中，应用于大型电网储能电站中的电池绝大多数采用大量的小容量锂离子电池串并联组成，对电池堆中每一个锂离子电池单体的一致性提出了极高要求，也导致储能电站的电池管理系统十分复杂，进而使得储能电站的建设成本高，阻碍了储能电池市场的快速发展。

自铅酸电池时代起，超大单体容量的固定式电池结构是最适合于大规模储能的一种电池结构设计，囿于锂离子电池生产过程对生产环境与电池安全性的高要求，超大单体容量的锂离子电池一直未能面世。对于超大容量锂离子电池单体，系统的安全性与稳定性是至关重要的。专利号201910120637.7中提出了一种具有监控模块的超大容量储能用锂离子电池，披露了一种大型板式正极板与负极板，且具有电池状态监控模块，使得安全性高、容量大的储能用锂离子电池成为现实。现有锂离子电池技术中，卷绕及叠片式的中小型锂离子电池使用的隔膜一般是一种表面具有涂层的多孔PP/PE隔膜材料，由于薄膜材料的机械强度较低，且离子导电性不高，直接应用于超大容量储能用锂离子电池时，存在组装或是性能上的诸多问题，且上述多孔PP/PE隔膜无法实现安全性监控的功能。

发明内容

本发明提供了一种超大容量锂离子电池用隔板及锂电池，所述隔板为刚性结构，具备较好的机械强度，在一定压力条件下能够保持自身形状，且方便组装，同时所述隔板还具备锂枝晶监控的功能，将本发明所述隔板应用于超大容量储能用锂离子电池时，可以起到物理隔绝正、负极板，避免正、负极短路的功能，将导电层设置为网状结构可以实现更高的离子导电率，大幅度提高了超大容量储能用锂离子电池的安全性。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种超大容量锂离子电池用隔板，包括第一绝缘层、导电层、第二绝缘层和导线，所述第一绝缘层正对电池的正极板，所述第二绝缘层正对电池的负极板，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别紧贴在所述导电层两侧的表面，所述导电层与所述导线连接。

其中，所述第一绝缘层和第二绝缘层的长宽尺寸大于或等于所述导电层。

其中，所述第一绝缘层和第二绝缘层为一体结构，所述第一绝缘层和第二绝缘层包裹在所述导电层的表面。所述第一绝缘层和第二绝缘层可以通过涂覆、包裹、电镀、熔合、胶合或机械压合等形式与所述导电层直接接触，也可以由导电层表面氧化或电化学腐蚀形成一层电子绝缘的氧化层实现。所述第一绝缘层、所述第二绝缘层与导电层的连接方式可以相同也可以不同。

其中，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别为多孔陶瓷材料、多孔薄膜材料、类编织物、板框结构或固态电解质中的一种制成。

其中，所述导电层的结构可以是网状、栅状、蜂窝状、纤维状、泡沫状或其他不均匀形状。

本发明还提供了一种超大容量锂离子电池，所述超大容量锂离子电池由若干正极板、隔板、负极板、隔板依次排列组成，所述隔板为所述的隔板。

其中，所述负极板两侧的所述隔板紧贴所述负极板的两侧或与所述负极板的间隔设置。

其中，所述隔板紧贴在所述正极板的一侧或者与所述正极板间隔设置。

其中，所述隔板的长宽尺寸大于所述正极板和/或所述负极板的长宽尺寸。

本发明还提供了一种监控负极板锂枝晶的方法，包括步骤：

S1、将权所述的隔板的导电层与所述负极板之间通过所述导线连接形成回路；

S2、检测所述负极板与所述隔板之间的压降是否为零，如果检测所述压降为零，则所述电池管理系统判断所述负极板存在锂枝晶情况，所述负极板存在安全隐患；

如果监测所述压降不为零，则所述电池管理系统判断所述负极板不存在安全隐患。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

(1)所述隔板为刚性结构，具备较好的机械强度，在一定压力条件下能够保持自身形状，且更易于超大容量储能用锂离子电池的组装与维护。

(2)将本发明中的所述隔板应用于超大容量储能用锂离子电池时，可以起到物理隔绝正、负极板，避免正、负极短路的功能，且可以实现更高的离子导通率，大幅度提高了超大容量储能用锂离子电池的安全性能。

(3)本发明中所述隔板内置有导电板，所述导电板为网状结构，具备监控负极板锂枝晶的功能，相对于现有技术存在的枝晶刺穿隔膜所引起严重的安全事故的情况，将本发明的所述隔板应用于储能用电池中，可及时进行预警，大幅度提高电池的安全性能。

附图说明

图1为本发明的隔板的结构示意图。

【附图标记说明】

1-正极板、2-正极集流体、3-负极板、4-负极集流体、5-第一绝缘层、6-第二绝缘层、7-导电层、8-导线。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

本发明针对现有的问题，提供了一种超大容量锂离子电池用隔板，如图1所示，包括绝缘层、导电层7和导线8，所述绝缘层包括第一绝缘层5和/或第二绝缘层6，所述第一绝缘层5正对电池的正极板1，所述第二绝缘层6正对电池的负极板3，所述第一绝缘层5和第二绝缘层6分别紧贴在所述导电层7两侧的表面，所述导电层7与所述导线8连接。

所述隔板为刚性结构，具备较好的机械强度，在一定压力条件下能够保持自身形状，且更易于超大容量储能用锂离子电池的组装与维护。所述隔板应用于超大容量储能用锂离子电池时，可以起到物理隔绝正、负极板，避免正、负极短路的功能，且可以实现更高的离子导电率，上述优点大幅度提高了超大容量储能用锂离子电池的安全性能。所述隔板还包括导电层，所述导电层与导线连接，所述导线将导电信号引出。

所述导电层7采用现有的良好导电材料制成，例如，铜、镍、铝等金属及其合金材料，或者是石墨、碳布、碳纸等导电材料。所述导电层7具有通孔结构，所述通孔结构指的是所述电解液可以透过通孔从隔板的一侧传递至另一侧的一类结构，所述导电层7的结构可以是网状、栅状、蜂窝状、纤维状、泡沫状或其他不均匀形状。例如，所述导电层7可以为泡沫镍。

所述第一绝缘层5和第二绝缘层6是采用离子导通和电子绝缘的材料制成，所述第一绝缘层5和第二绝缘层6采用多孔陶瓷材料、多孔薄膜材料和类编织物中的一种制成，或者所述第一绝缘层5也可以采用板框结构，或者是其他能够实现电子绝缘而离子导通效果的材料或结构。所述第一绝缘层5和第二绝缘层6也可以直接以绝缘涂料的形式涂抹至所述导电层表面。

所述第一绝缘层5与第二绝缘层6所采用的结构和材料可以相同，也可以不同，当所述隔板与所述正极板1间隔设置时，所述第一绝缘层5也可以省略，当所述隔板与所述负极板3间隔设置时，所述第二绝缘层也可以省略。

所述第一绝缘层5和第二绝缘层6可以通过涂覆、包裹、电镀、熔合、胶合或机械压合等形式与所述导电层直接接触。所述第一绝缘层5、所述第二绝缘层6与导电层7的连接方式可以相同也可以不同。

所述导线是一类可以传导电信号的现有技术，可以通过焊接、机械压合等形式与所述导电层7连接，也可以是所述导电层7材料的延伸，例如所述导线8可以采用激光焊接与所述导电层7连接。所述导线8一般外表包裹有绝缘材料，所述导线8与电池管理系统连接，并与相邻近的所述负极板3组成监控回路，所述导线8将所述导电层7内的电信号传导至外部电路中。。

其中所述第一绝缘层与所述第二绝缘层的长宽尺寸大于或等于所述导电层。

其中，所述第一绝缘层5和第二绝缘层6为一体结构，所述第一绝缘层5和第二绝缘层6包裹在所述导电层7的表面。所述第一绝缘层5和第二绝缘层6采用一体结构的方式，方便组装。

实施例2

本发明还提供了一种超大容量锂离子电池，所述超大容量锂离子电池由若干正极板1、隔板、负极板3、隔板依次排列组成，所述隔板为实施例1中所述的隔板。

其中，所述负极板3两侧的所述隔板紧贴所述负极板3的两侧或与所述负极板的间隔设置。

其中，所述隔板紧贴在所述正极板1的一侧或者与所述正极板1间隔设置。

其中，所述隔板的长宽尺寸大于所述正极板1和/或所述负极板3的长宽尺寸。

采用本发明所述的隔板的超大容量锂离子电池，能够起到物理隔绝所述正、负极板，避免正、负极板短路，且可以实现更好的离子导通率，提高了超大容量储能用锂离子电池的安全性能。

实施例3

本发明还提供了一种监控负极板锂枝晶的方法，包括如下步骤：

S1、将所述实施例1和实施例2中所述的隔板的导电层7与电池管理系统通过所述导线连接，并与相邻的所述负极板3组成监控回路；

S2、检测所述负极板3与所述隔板之间的压降是否为零，如果检测所述压降为零，则所述电池管理系统判断所述负极板存在锂枝晶，且存在安全隐患；

如果检测所述压降不为零，则所述电池管理系统判断所述负极板不存在安全隐患。

所述超大容量储能用锂离子电池在循环中负极存在产生枝晶的可能性，所述枝晶一旦在负极板表面过度生长，穿过所述隔板的绝缘层即会与所述隔板导电层7与所述负极板3之间形成回路，所述负极板3与所述隔板之间的压降降低为零，电池管理系统可以判断该负极板3存在安全隐患，从而采取进一步措施进行维护。如果，所述负极板3与所述隔板之间的压降不为零，则说明所述负极板不存在锂枝晶情况，或者锂枝晶并未刺所述隔板的绝缘层。

所述隔板具有高的安全性，可主动监控电池负极的枝晶情况，相对于现有技术存在的枝晶刺穿隔膜所引起严重的安全事故，将本发明中将所述隔板应用于储能用电池中，可及时进行预警，大幅度提高电池的安全性能。因此本发明所述的隔板结构能够主动监控所述锂离子电池负极板的枝晶情况，更具备更加优异的安全性能。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超大容量锂离子电池用隔板，其特征在于，包括绝缘层、导电层和导线，所述绝缘层包括第一绝缘层和/或第二绝缘层，所述第一绝缘层正对电池的正极板，所述第二绝缘层正对电池的负极板，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别紧贴在所述导电层两侧的表面，所述导电层与所述导线连接。

2.根据权利要求1所述的超大容量锂离子电池用隔板，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层的长宽尺寸大于或等于所述导电层。

3.根据权利要求1所述的超大容量锂离子电池用隔板，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层为一体结构，所述第一绝缘层和第二绝缘层包裹在所述导电层的表面。

4.根据权利要求1所述的超大容量锂离子电池用隔板，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层分别由多孔陶瓷材料、多孔薄膜材料、类编织物、板框结构或固态电解质中的一种制成。

5.根据权利要求4所述的超大容量锂离子电池用隔板，其特征在于，所述导电层的结构可以是网状、栅状、蜂窝状、纤维状、泡沫状或其他不均匀形状。

6.一种超大容量锂离子电池，其特征在于，所述超大容量锂离子电池由若干正极板、隔板、负极板、隔板依次排列组成，所述隔板为权利要求1～5中任意一项所述的隔板。

7.根据权利要求6所述的超大容量锂离子电池，其特征在于，所述负极板两侧的所述隔板紧贴所述负极板的两侧或与所述负极板的间隔设置。

8.根据权利要求6所述的超大容量锂离子电池，其特征在于，所述隔板紧贴在所述正极板的一侧或者与所述正极板间隔设置。

9.根据权利要求6所述的超大容量锂离子电池，其特征在于，所述隔板的长宽尺寸大于所述正极板和/或所述负极板的长宽尺寸。

10.一种监控负极板锂枝晶的方法，其特征在于，包括步骤：

S1、将权利要求1～9中任意一项所述的隔板的导电层与电池管理系统通过所述导线连接，并与相邻的所述负极板组成监控回路；

S2、检测所述负极板与所述隔板之间的压降是否为零，如果检测所述压降为零，则所述电池管理系统判断所述负极板存在锂枝晶情况，所述负极板存在安全隐患；

如果检测所述压降不为零，则所述电池管理系统判断所述负极板不存在安全隐患。