CN111540960A - 一种液态锂离子极片电池包及其应用 - Google Patents

一种液态锂离子极片电池包及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种液态锂离子极片电池包及其应用。该电池包包括填充式密闭封装外壳、多功能电压采集线束、绝缘防渗膜和若干个极片容量单元;一个极片容量单元的容量单元负极耳连接上一个或下一个极片容量单元的容量单元正极耳,形成正负相接的串联结构;相邻两个极片容量单元之间的容量单元正极耳或容量单元负极耳上连接一个多功能电压采集线束;相邻两个极片容量单元之间设置一个绝缘防渗膜,进而将每个极片容量单元单独隔开,形成独立的单元;再经过注电解液和化成后,通过填充密封材料对电池包外部周围和内部空隙进行填充式密闭封装,形成填充式密闭封装外壳。通过电池包的结构设计,实现了液态锂离子极片电池包的去电芯化和去模组化。

Description

一种液态锂离子极片电池包及其应用
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域,具体是一种液态锂离子极片电池包及其应用。
背景技术
随着新能源汽车和5G技术的推广应用,智能社会已经走进人民的日常生活中,离网储能电源数量需求越来越大、品质要求越来越高。电池作为储能装置其安全性、使用寿命、全寿命成本备受关注。液态锂离子电池暴露出的漏液、着火、衰减、能量密度低以及成本居高不下等问题都已成为其应用的重要瓶颈。
电池产品尤其是动力电源、储能电源的终极应用是电池包。传统的电池包具有构件多、物耗和能耗高、能量密度和功率密度低、单体电芯一致性差、循环寿命短、制备工艺复杂繁琐、生产效率低、制造成本高等缺点,因此其生产制备的技术门槛较高,不利于产业化推广。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明拟解决的技术问题是,提供一种液态锂离子极片电池包及其应用。
本发明解决所述电池包技术问题的技术方案是,提供一种液态锂离子极片电池包,其特征在于该电池包包括填充式密闭封装外壳、多功能电压采集线束、绝缘防渗膜和若干个极片容量单元;
一个极片容量单元的容量单元负极耳连接上一个或下一个极片容量单元的容量单元正极耳,进而将所有的极片容量单元依次首尾连接,形成正负相接的串联结构;第一个极片容量单元的容量单元正极耳引出电池包总正极接线端子;最后一个极片容量单元的容量单元负极耳引出电池包总负极接线端子;相邻两个极片容量单元之间的容量单元正极耳或容量单元负极耳上连接一个多功能电压采集线束;第一个极片容量单元的容量单元正极耳连接一个多功能电压采集线束,最后一个极片容量单元的容量单元负极耳连接一个多功能电压采集线束;相邻两个极片容量单元之间设置一个绝缘防渗膜,进而将每个极片容量单元单独隔开,形成独立的单元;再经过注电解液和化成后,通过填充密封材料对电池包外部周围和内部空隙进行填充式密闭封装,形成填充式密闭封装外壳,同时在填充式密闭封装外壳的外侧预留电池包总正极接线端子、电池包总负极接线端子和所有的多功能电压采集线束的对外接线头。
本发明解决所述应用技术问题的技术方案是,提供一种液态锂离子极片电池包的应用,其特征在于将液态锂离子极片电池包连接用电器和电池管理系统后,制成充放电储能电源。
与现有技术相比,本发明有益效果在于:
(1)本发明通过电池包的结构设计,实现了液态锂离子极片电池包的去电芯化和去模组化。电池包的辅助原材料及配件大大减少,仅保留了必要的组件,提高了电池包的能量密度和功率密度。
(2)通过极片容量单元的结构设计,简化了现在电池包的制备方法,缩短了工艺路线,使得电池包的制备更容易得到管控,单体电芯之间的一致性更好。
(3)通过填充式密闭封装外壳和绝缘防渗膜的结构设计,不仅完成了极片容量单元之间电解液环境的隔绝,也有效地阻止了极片容量单元之间的热聚集从而导致的热失控,提升了电池的安全性能。
(4)本发明直接将电池正负极片组装成液态锂离子极片电池包(LITHIUM IONBATTERY POLE PIECE to PACK,缩写为LIB PTP),减少制造工序50%,降低制造成本30%,能量密度提高80%,年产每千瓦时电池包的投资密度降低30%,解决了现有技术中的液态锂离子极片电池包工艺路线长、工序复杂、辅助原材料及电池包配件消耗大、能量密度低、长循环寿命短的问题,具有构件少、物耗低、能量密度高、功率密度高、循环寿命长、生产效率高、制造成本低的显著优势。
附图说明
图1为本发明一种实施例的整体结构内部示意图;
图2为本发明一种实施例的堆叠单元的结构示意图。
图中:1、电池包总正极接线端子;2、电池包总负极接线端子;3、填充式密闭封装外壳;4、极片容量单元;5、多功能电压采集线束;6、容量单元正极耳;7、容量单元负极耳;8、绝缘防渗膜;41、极片正极耳;42、正极片;43、隔离膜;44、负极片;45、极片负极耳。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明,不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种液态锂离子极片电池包(简称电池包,参见图1-2),其特征在于该电池包包括填充式密闭封装外壳3、多功能电压采集线束5、绝缘防渗膜8和若干个极片容量单元4;
一个极片容量单元4的容量单元负极耳7通过超声波焊接工艺连接上一个或下一个极片容量单元4的容量单元正极耳6,进而将所有的极片容量单元4逐个依次首尾连接,形成正负相接的串联结构,提升电池包的输出电压水平;第一个极片容量单元4的容量单元正极耳6引出电池包总正极接线端子1;最后一个极片容量单元4的容量单元负极耳7引出电池包总负极接线端子2;相邻两个极片容量单元4之间的容量单元正极耳6或容量单元负极耳7上通过超声波焊接工艺连接一个多功能电压采集线束5;第一个极片容量单元4的容量单元正极耳6通过超声波焊接工艺连接一个多功能电压采集线束5,最后一个极片容量单元4的容量单元负极耳7通过超声波焊接工艺连接一个多功能电压采集线束5;相邻两个极片容量单元4之间设置一个绝缘防渗膜8,进而将每个极片容量单元4单独隔开,形成独立的绝缘单元,保证每个极片容量单元4的电解液不互通;再在温度和气压等环境条件可控的密闭的保护性气体环境中进行烘干、注电解液和化成(优选地,先对电池包进行夹持使得电池包的位置固定,再在温度和气压等环境条件可控的密闭的保护性气体环境中进行烘干、注电解液、夹紧和化成)后,通过填充密封材料以注塑凝固、发泡凝固或注液凝固的方式对电池包外部周围和内部空隙进行填充式密闭封装,形成填充式密闭封装外壳3,将电池包外部周围全部密闭封装并填满电池包的内部所有剩余空间,实现电池包与外部环境的隔绝以及电池包组成部件的固定;同时电池包总正极接线端子1、电池包总负极接线端子2和所有的多功能电压采集线束5通过填充式密闭封装外壳3实现定位并在填充式密闭封装外壳3的外侧预留对外接线头。
串联结构中极片容量单元4的个数根据电池包的总电压要求确定。
所述填充密封材料采用PP、PE、PU、ABS或环氧树脂等绝缘耐热、耐候、耐溶剂和阻燃的高分子材料。
多功能电压采集线束5用于采集极片容量单元4的实时电压、电池包化成和使用过程中实时监测每个极片容量单元4的电压水平变化,防止电池包过充过放;同时通过多功能电压采集线束5可并联外电路,实现充放电过程中对于某一特定极片容量单元4电压大小的控制。
所述绝缘防渗膜8可采用PE、PET、PP、环氧树脂或云母片,厚度0.1mm~3mm。
优选地,每个极片容量单元4的容量相同,均由若干个堆叠单元并联构成;堆叠单元的并联,让电压水平保持且提升电池包的容量,实现大电流放电;
所述堆叠单元是由若干个正极片42、若干个负极片44和若干个隔离膜43裁切后堆叠而成,每组正极片42和负极片44之间均粘合设置有一层隔离膜43;正极片42的端部为极片正极耳41,负极片44的端部为极片负极耳45;每个极片容量单元4的所有堆叠单元的极片正极耳41通过超声波焊接工艺连接成一个容量单元正极耳6,每个极片容量单元4的所有极片负极耳45通过超声波焊接工艺连接成一个容量单元负极耳7。优选地,每个堆叠单元的容量相同。极片数量根据极片容量单元4的容量要求确定。
优选地,极片正极耳41可采用铝箔、微孔铝箔或铝网膜;正极片42可采用钴酸锂、锰酸锂、三元锂或磷酸铁锂正极片;隔离膜43可采用PP、PE或PET等锂离子通透电子绝缘微孔膜;负极片44可采用人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、硅碳复合材料或钛酸锂负极片;极片负极耳45可选采用铜箔、微孔铜箔或铜网膜。
化成工艺中,排空多余电解液后,再将电池包总正极接线端子1(或正极总线)、电池包总负极接线端子2(或负极总线)和多功能电压采集线束5的对外接线头连接激活设备在温度和气压等环境条件可控的密闭的保护性气体环境中(本实施例为加温加压条件)进行高压恒流、恒压分段充放电激活;激活条件是:激活直流电压5V~1000V(优选5V~750V)、温度30~65℃(优选45℃~60℃)、气压150kpa~250kpa;所述激活设备可采用自动可调恒流恒压直流电源。
电池包制作完成后,在电池包总正极接线端子1和电池包总负极接线端子2上分别连接焊接固定件,用于分别连接正极总线和负极总线。
本发明同时提供了一种液态锂离子极片电池包的应用,其特征在于将液态锂离子极片电池包连接用电器和电池管理系统HBMS后可制成充放电储能电源。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种液态锂离子极片电池包,其特征在于该电池包包括填充式密闭封装外壳、多功能电压采集线束、绝缘防渗膜和若干个极片容量单元;
一个极片容量单元的容量单元负极耳连接上一个或下一个极片容量单元的容量单元正极耳,进而将所有的极片容量单元依次首尾连接,形成正负相接的串联结构;第一个极片容量单元的容量单元正极耳引出电池包总正极接线端子;最后一个极片容量单元的容量单元负极耳引出电池包总负极接线端子;相邻两个极片容量单元之间的容量单元正极耳或容量单元负极耳上连接一个多功能电压采集线束;第一个极片容量单元的容量单元正极耳连接一个多功能电压采集线束,最后一个极片容量单元的容量单元负极耳连接一个多功能电压采集线束;相邻两个极片容量单元之间设置一个绝缘防渗膜,进而将每个极片容量单元单独隔开,形成独立的单元;再经过注电解液和化成后,通过填充密封材料对电池包外部周围和内部空隙进行填充式密闭封装,形成填充式密闭封装外壳,同时在填充式密闭封装外壳的外侧预留电池包总正极接线端子、电池包总负极接线端子和所有的多功能电压采集线束的对外接线头。
2.根据权利要求1所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于填充式密闭封装是通过填充密封材料以注塑凝固、发泡凝固或注液凝固的方式实现的。
3.根据权利要求1或2所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于所述填充密封材料采用绝缘耐热、耐候、耐溶剂和阻燃的高分子材料。
4.根据权利要求3所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于所述填充密封材料为PP、PE、PU、ABS或环氧树脂。
5.根据权利要求1所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于所述绝缘防渗膜采用PE、PET、PP、环氧树脂或云母片,厚度0.1mm~3mm。
6.根据权利要求1所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于每个极片容量单元的容量相同,均由若干个堆叠单元并联构成。
7.根据权利要求6所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于每个堆叠单元的容量相同。
8.根据权利要求6或7所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于所述堆叠单元是由若干个正极片、若干个负极片和若干个隔离膜裁切后堆叠而成,每组正极片和负极片之间均设置有一层隔离膜;正极片的端部为极片正极耳,负极片的端部为极片负极耳;每个极片容量单元的所有堆叠单元的极片正极耳连接成一个容量单元正极耳,每个极片容量单元的所有极片负极耳连接成一个容量单元负极耳。
9.根据权利要求8所述的液态锂离子极片电池包,其特征在于极片正极耳采用铝箔、微孔铝箔或铝网膜;正极片采用钴酸锂、锰酸锂、三元锂或磷酸铁锂正极片;隔离膜采用PP、PE或PET锂离子通透电子绝缘微孔膜;负极片采用人造石墨、天然石墨、中间相炭微球、硅碳复合材料或钛酸锂负极片;极片负极耳可采用铜箔、微孔铜箔或铜网膜。
10.一种液态锂离子极片电池包的应用,其特征在于将权利要求1-9任一所述的液态锂离子极片电池包连接用电器和电池管理系统后,制成充放电储能电源。
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