CN111864252A - 二次电池装置 - Google Patents

二次电池装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111864252A
CN111864252A CN201910354783.6A CN201910354783A CN111864252A CN 111864252 A CN111864252 A CN 111864252A CN 201910354783 A CN201910354783 A CN 201910354783A CN 111864252 A CN111864252 A CN 111864252A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
pressure
lithium
battery
solid electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910354783.6A
Other languages
English (en)
Inventor
葛军
张海洋
曹相斌
卢威
陈立桅
吴晓东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS, SAIC Volkswagen Automotive Co Ltd filed Critical Suzhou Institute of Nano Tech and Nano Bionics of CAS
Priority to CN201910354783.6A priority Critical patent/CN111864252A/zh
Publication of CN111864252A publication Critical patent/CN111864252A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二次电池装置，其包括一个以上的单体电池以及与所述单体电池配合的压力组件，所述单体电池包括第一电极、第二电极、电解液、隔膜以及设置在第一电极与隔膜之间的电解质保护层，所述压力组件至少能够向所述单体电池施加压力而使所述电解质保护层始终与所述第一电极紧密接触。本发明提供的二次电池装置，结构简单，其可以对单体金属锂电池和电池组提供持续压力，使电解质保护层始终与第一电极(锂负极)紧密接触，并能够适应电池体积的变化，解决了因金属锂表面固态电解质保护层剥离、脱落、结合不紧密等造成的金属锂负极寿命快速衰减的问题，从而提高金属锂电池和电池组的循环寿命。

Description

二次电池装置
技术领域
本发明涉及一种二次电池，特别涉及一种采用固态电解质保护的金属锂做负极的二次电池，属于电池技术领域。
背景技术
金属锂具有高达3860mAh/g的理论比容量，常直接作为高能量密度锂电池的负极使用，比如锂硫电池、锂空气电池、全固态锂电池中大部分都采用金属锂箔作为负极。
金属锂在放电过程中会失去电子，变为锂离子，并进入电解质，金属锂体积会减小。相反，充电过程中，电解质中的锂离子会得到电子，变成锂原子，镀到金属锂上，金属锂体积会恢复。因为电解质中锂离子浓度不均衡、金属锂表面粗造度造成电场强度有差异、金属锂和电解质接触界面层不均匀或不完整等多种原因，都会导致在放电和充电过程中，金属锂电解和电镀不能达到理想的平面，所以金属锂会产生枝晶、死锂，宏观体积增大，过度消耗电解质，甚至断裂失去电子电导，使电池循环寿命迅速缩短。
为了解决金属锂负极对电池循环寿命的影响，CN108511708A中公开了一种在金属锂表面施加能够传导锂离子、并具有高杨氏模量的固态电解质保护层的方案，该保护层由有机固态电解质、无机固态电解质或两者的混合物组成；但是在循环过程中，该保护层会因化学反应，或形变、应力等物理变化，与金属锂接触不紧密，进而部分或完全失去保护功能。
在充放电过程中，金属锂电池在垂直于金属锂表面的方向上体积变化很大。目前有固态电解质保护的金属锂电池通常制作成方形硬壳和软包装电；方形硬壳虽然有较硬的金属外壳，但是外壳形状已经固定，难以适应金属锂的体积变化；软包装电池可以随金属锂充放电而变厚变薄，但是没有额外的压力来保持固态电解质层与金属锂的紧密接触。
金属锂体积变化的影响，在电池组中会进一步得到放大；在放电末期，电池组中电池体积会明显小于充电末期；现有电池组的设计，考虑到电池的防震、散热、机械强度等方面，都尽可能要求电池体积变化小，无法为采用金属锂负极的电池提供足够的压力和形变空间。
发明内容
本发明的主要目在于提供一种可以对金属锂电池和电池组提供持续压力，并能够适应电池体积变化的二次电池装置，解决了因金属锂表面固态电解质保护层剥离、脱落、结合不紧密等造成的金属锂负极寿命快速衰减的问题，从而提高金属锂电池和电池组的循环寿命，进而克服了现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种二次电池装置，其包括一个以上的单体电池以及与所述单体电池配合的压力组件，所述单体电池包括第一电极、第二电极、电解液、隔膜以及设置在第一电极与隔膜之间的电解质保护层，所述压力组件至少能够向所述单体电池施加压力而使所述电解质保护层始终与所述第一电极紧密接触。
进一步的，所述压力组件能够直接或间接向所述单体电池表面施加压力。
进一步的，所述压力组件包括主动施压组件和被动施压组件。
进一步的，所述主动施压组件包括电动或气动施压组件。
优选的，所述气动施压组件包括气囊。
进一步的，所述被动施压组件包括能够发生形变的组件。
优选的，所述被动施压组件包括弹性件。
优选的，所述弹性件包括高弹性橡胶态的元件和弹簧。
优选的，所述弹簧包括模具弹簧、氮气弹簧和膜片式弹簧垫圈，但不限于此。
进一步的，所述单体电池还包括包覆在第一电极、第二电极、电解液、隔膜、电解质保护层外部的封装层，所述压力组件设置在所述封装层外部。
进一步的，所述压力组件施加于单体电池表面上的压力为0.1kg/cm2～20kg/cm2。
优选的，所述压力组件施加于单体电池表面上的压力为0.5kg/cm2～2.0kg/cm2。
进一步的，所述的二次电池装置还包括刚性的外壳，所述单体电池以及压力组件被封装在所述外壳内，所述弹性组件设置在外壳的内壁与单体电池之间；该外壳能够在单体电池或电池组对外的最大压力下保持不变形。
在一些较为具体的实施方案中，所述的二次电池装置包括：复数个单体电池，复数个单体电池之间连接形成电池组；单体电池之间、单体电池与控制装置之间通过连接导线连接，连接导线具有足够的弹性和可延长余量，以保证电池组在产生体积变化的过程中线路连接的可靠性。
进一步的，在所述压力组件与单个的单体电池的接触位置处和/或在相邻两个单体电池的接触位置处还设置有力传递组件，所述力传递组件能够保持单体电池表面受到的压力均匀分散。
进一步的，所述力传递组件能够沿垂直于第一电极所在平面的方向上自由移动。
进一步的，所述力传递组件包括具有高强度、低形变的板状件。
优选的，力传递组件包括金属板，例如，力传递组件可以是铝合金板，铝合金板的厚度为0.5-10mm。
进一步的，所述电解质保护层设置在所述第一电极的表面，或者，所述电解质保护层设置在隔膜面向第一电极的一侧表面，或者，所述电解质保护层与隔膜一体设置。
进一步的，所述第一电极为锂电极，所述第一电极为负极，所述的二次电池装置为金属锂电池。
优选的，所述第一电极的材质包括金属锂箔、金属锂粉、金属锂合金、含金属锂复合材料中的任意一种，但不限于此。
进一步的，所述电解质保护层为固态电解质保护层。
更进一步的，所述固态电解质保护层的材质包括无机固态电解质、和/或有机固态电解质。
优选的，所述无机固态电解质包括表面包覆或不包覆包覆材料的LISCION型固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料、石榴石型固态电解质材料、非晶态固态电解质材料中的任意一种或两种以上的组合；所述包覆材料包括氧化物、硫化物、氟化物、氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、金属材料、碳材料中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
优选的，所述有机固态电解质包括导锂离子的锂盐与聚醚、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚四氟乙烯、聚硅氧烷、聚酰亚胺、聚胺酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩甲醛、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯基缩丁醛、聚氯乙烯、羧甲基纤维素钠、全氟磺酸的衍生物、前述物质的共聚物、前述物质的交联和网络结构、前述物质的共混物中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
优选的，所述锂盐包括LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、LiSCN、LiTaF6、LiSnF6、LiGeF6、杂多酸锂盐、LiCF3SO3及其衍生物、LiN(SO2CF3)2及其衍生物、Li2Sx、有机离子多硫化物的锂盐、含氟有机锂盐或含磷有机锂盐中的任意一种或两种以上的混合，但不限于此。
优选的，所述锂盐的浓度为0.01～20mol L-1。
更进一步的，所述的有机固态电解质还包括无机纳米粒子。
优选的，所述无机纳米粒子包括分子筛、SiO2、Al2O3、MgO、ZnO、MnOx、CuxO、ZrO2、TiOx、TixCy、BaTiO3、LiAlO2、锂快离子导体中的任意一种或两种以上的混合，但不限于此。
与现有技术相比，本发明提供的二次电池装置，结构简单，其可以对单体金属锂电池和电池组提供持续压力，使单体电池的电解质保护层始终与第一电极(锂负极)紧密接触，并能够适应电池体积的变化，解决了因金属锂表面固态电解质保护层剥离、脱落、结合不紧密等造成的金属锂负极寿命快速衰减的问题，从而提高金属锂电池和电池组的循环寿命。
附图说明
图1为本发明一典型实施案例中一种内带压力装置的单体金属锂电池的结构示意图；
图2为本发明一典型实施案例中一种内带压力装置的金属锂电池组的结构示意图；
图3为对比例1和实施例1中的金属锂电池在循环过程中库伦效率的对比图；
图4为对比例1和实施例1中的金属锂电池在循环过程中容量保持率的对比图。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
请参阅图1，一种二次电池装置，其包括设置在刚性外壳4内的单体电池1和压力组件3，在单体电池1和压力组件3的接触位置处还设置有具有高强度、低形变特性的金属板2，压力组件3能够对单体电池1施加持续的压力，进而使单体电池中的电解质保护层始终与锂负极紧密接触，金属板2能够保持单体电池表面受到的压力均匀分散，并可以在垂直于单体电池负极平面的方向上自由移动，其中，压力可以是以形变的方式被动输出，也可以通过电动或气动的方式主动输出。
请参阅图2，一种二次电池装置，其包括设置在刚性外壳4内的复数个单体电池1和压力组件3，复数个单体电池1连接组成电池组，在单体电池1和压力组件3的接触位置处、单体电池与单体电池之间的接触位置处还设置有具有高强度、低形变特性的金属板2，压力组件3能够对电池组施加持续的压力；在单体电池之间、单体电池与控制装置之间通过连接导线连接，连接导线具有足够的弹性和可延长余量，以保证电池组在产生体积变化的过程中线路连接的可靠性。
对比例1
在本对比例中，单体电池采用厚度为100μm的金属锂作为负极，金属锂表面涂覆5μm的NASCION型固态电解质LAGP、聚环氧乙烷PEO和锂盐LiN(SO2CF3)2的混合物涂层，质量比为90：9：1；正极活性层由单质硫、导电碳黑、粘结剂按照70：20：10的质量比组成，正极的单位容量为5mAh/cm2，厚度为110μm；电解液包含1mol/L的LiN(SO2CF3)2，2wt％的LiNO3，溶剂是体积比1：1的乙二醇二甲醚和1，3-二氧戊环；隔膜是厚度为20μm的PE多孔膜。采用负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构，组成面积70cm2的叠片式电芯，负极略大于正极，外部用铝塑膜密封。
单体电池外部不施加压力，使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至容量保持率为60％。如图3所示，单体电池的库伦效率在循环到50次左右迅速衰减，如图4所示，单体电池的最终循环寿命为59次。
实施例1
按照对比例1所述方法制作单体电池。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，以0.5kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共35kg压力；使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至容量保持率为60％。如图3所示，单体电池的库伦效率衰减缓慢，如图4所示，单体电池的最终循环寿命为88次，比对比例1提高了约50％。
实施例2
按照对比例1所述方法制作单体电池。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，并以2kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共140kg压力。使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至容量保持率为60％；单体电池的容量低于实施例1中的单体电池容量，但本实施例中的单体电池的库伦效率衰减更为缓慢，最终循环寿命为115次。
实施例3
按照对比例1所述方法制作单体电池。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，在一侧用模具弹簧向单体电池施加0.1kg/cm2的单位压力，并外加刚性外壳固定整体，内置测力传感器；使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至电池不能充电为止；循环结束后，向单体电池施加的最终总压力约为280kg，单位压力为4kg/cm2。
实施例4
在本实施例中，单体电池采用厚度为100μm的金属锂作为负极，金属锂表面涂覆5μm厚的石榴石型固态电解质LLZTO、PEO和LiN(SO2CF3)2的混合物涂层，质量比为90：9：1；正极活性层由单质硫、导电碳黑、粘结剂按照70：20：10的质量比组成，正极的单位容量为5mAh/cm2，厚度为110μm；电解液包含1mol/L的LiN(SO2CF3)2，2wt％的LiNO3；溶剂是体积比1：1的乙二醇二甲醚和1，3-二氧戊环；隔膜是厚度为20μm的PE多孔膜；采用负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构，负极略大于正极，组成面积为70cm2的叠片式电芯，外部用铝塑膜密封。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，并以1kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共70kg压力。使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至容量保持率为60％，最终单体电池的循环寿命为96次。
实施例5
在本实施例中，单体电池采用100μm金属锂作为负极，金属锂表面有通过磁控溅射方法得到的厚度为500nm锂磷氮氧(LiPON)薄膜；正极活性层由单质硫、导电碳黑、粘结剂按照70：20：10的质量比组成，正极的单位容量为5mAh/cm2，厚度为110μm；电解液包含1mol/L的LiN(SO2CF3)2，2wt％的LiNO3，溶剂是体积比1：1的乙二醇二甲醚和1，3-二氧戊环；隔膜是厚度为20μm的PE多孔膜；采用负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构，负极略大于正极，组成面积70cm2的叠片式电芯，外部用铝塑膜密封。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，并以1kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共70kg压力。使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至容量保持率为60％，最终单体电池的循环寿命为133次。
实施例6
在本实施例中，单体电池采用100μm金属锂作为负极，金属锂表面涂覆PEO和LiN(SO2CF3)2的混合物涂层，质量比为9：1；正极活性层由单质硫、导电碳黑、粘结剂按照70：20：10的质量比组成，正极的单位容量为5mAh/cm2，厚度为110μm；电解液包含1mol/L的LiN(SO2CF3)2，2wt％的LiNO3，溶剂是体积比1：1的乙二醇二甲醚和1，3-二氧戊环；隔膜是厚度为20μm的PE多孔膜；采用负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构，负极略大于正极，组成面积70cm2的叠片式电芯，外部用铝塑膜密封。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，并以1kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共70kg压力。使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至容量保持率为60％，最终单体电池的循环寿命为82次。
实施例7
在本实施例中，单体电池采用100μm金属锂作为负极；隔膜是厚度为20μm的PE多孔膜，隔膜表面涂有PEO和LiN(SO2CF3)2的混合物涂层，质量比为9：1；正极活性层由单质硫、导电碳黑、粘结剂按照70：20：10的质量比组成，正极的单位容量为5mAh/cm2，厚度为110μm；电解液包含1mol/L的LiN(SO2CF3)2，2wt％的LiNO3，溶剂是体积比1：1的乙二醇二甲醚和1，3-二氧戊环；采用负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构，负极略大于正极，组成面积70cm2的叠片式电芯，外部用铝塑膜密封。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，并以1kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共70kg压力；使单体电池在0.1C恒流充放电，截止电压为1.8V～2.5V，循环至容量保持率为60％，最终单体电池的循环寿命为80次。
实施例8
在本实施例中，单体电池采用100μm金属锂作为负极，金属锂表面涂覆5μm的石榴石型固态电解质LLZTO、PEO和LiN(SO2CF3)2的混合物涂层，质量比为90：9：1；正极活性层由磷酸铁锂、导电剂、粘结剂按照85：10：5的质量比组成，正极的单位容量为2mAh/cm2；电解液为1mol/L的六氟磷酸锂；溶剂为体积比1：1：1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯；隔膜是厚度为20μm的PE多孔膜；采用负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构，负极略大于正极，组成面积70cm2的叠片式电芯，外部用铝塑膜密封。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，并以1kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共70kg压力；使单体电池在0.3C充放电，循环至容量保持率为80％，最终循环寿命为562次。
实施例9
在本实施例中，单体电池采用200μm锂硼合金作为负极，金属锂含量55％；负极表面涂覆PEO和LiN(SO2CF3)2的混合物涂层，质量比为9：1。正极活性层由磷酸铁锂、导电剂、粘结剂按照85：10：5的质量比组成，正极的单位容量为2mAh/cm2；电解液为1mol/L的六氟磷酸锂，溶剂为质量比1：1：1的碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯；隔膜是厚度为20μm的PE多孔膜；采用负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构，负极略大于正极，组成面积70cm2的叠片式电芯，外部用铝塑膜密封。
单体电池用5mm厚铝合金板夹住，并以1kg/cm2的单位压力向单体电池施加总共70kg压力；使单体电池在0.3C充放电，循环至容量保持率为80％，最终循环寿命为734次。
实施例10
采用实施例8中制作的单体电池，单体电池结构如图1，单体电池1一侧设置5mm厚铝合金板2，装入加强的铝合金外壳4中，外壳4和单体电池1之间设置模具弹簧3，测得模具弹簧对电池组施加的压力为70kg；以0.3C对单体电池进行充放电，循环至容量保持率为80％，最终循环寿命为527次。
实施例11
采用实施例8中制作的单体电池，组成2并4串的电池组，8个单体电池如图2中所示的结构排列组装，单体电池之间设置1mm厚的铝合金板，电池组两端采用5mm厚的铝合金板夹住，电池组装入加强的铝合金外壳中，外壳和电池组之间放置模具弹簧，测得模具弹簧对电池组施加的压力为70kg；以0.3C对电池组进行充放电，循环至容量保持率为80％，最终循环寿命为450次。
本发明提供的二次电池装置，结构简单，其可以对单体金属锂电池和电池组提供持续压力，使使单体电池的电解质保护层始终与第一电极(锂负极)紧密接触，并能够适应电池体积的变化，解决了因金属锂表面固态电解质保护层剥离、脱落、结合不紧密等造成的金属锂负极寿命快速衰减的问题，从而提高金属锂电池和电池组的循环寿命。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种二次电池装置，其特征在于包括一个以上的单体电池以及与所述单体电池配合的压力组件，所述单体电池包括第一电极、第二电极、电解液、隔膜以及设置在第一电极与隔膜之间的电解质保护层，所述压力组件至少能够向所述单体电池施加压力而使所述电解质保护层始终与所述第一电极紧密接触。
2.根据权利要求1所述的二次电池装置，其特征在于：所述压力组件能够直接或间接向所述单体电池表面施加压力。
3.根据权利要求2所述的二次电池装置，其特征在于：所述压力组件包括主动施压组件和被动施压组件；和/或，所述主动施压组件包括电动或气动施压组件；优选的，所述气动施压组件包括气囊；和/或，所述被动施压组件包括能够发生形变的组件；优选的，所述被动施压组件包括弹性件；优选的，所述弹性件包括高弹性橡胶态的元件和弹簧优选的，所述弹簧包括模具弹簧、氮气弹簧和膜片式弹簧垫圈。
4.根据权利要求2所述的二次电池装置，其特征在于：所述单体电池还包括包覆在第一电极、第二电极、电解液、隔膜、电解质保护层外部的封装层，所述压力组件设置在所述封装层外部。
5.根据权利要求2所述的二次电池装置，其特征在于：所述压力组件施加于单体电池表面上的压力为0.1kg/cm2～20kg/cm2；优选为0.5kg/cm2～2.0kg/cm2。
6.根据权利要求1所述的二次电池装置，其特征在于还包括刚性的外壳，所述单体电池以及压力组件被封装在所述外壳内，所述弹性组件设置在外壳的内壁与单体电池之间。
7.根据权利要求1-5所述的二次电池装置，其特征在于包括：复数个单体电池，复数个单体电池之间连接形成电池组。
8.根据权利要求7所述的二次电池装置，其特征在于：在所述压力组件与单个的单体电池的接触位置处和/或在相邻两个单体电池的接触位置处还设置有力传递组件，所述力传递组件能够保持单体电池表面受到的压力均匀分散。
9.根据权利要求8所述的二次电池装置，其特征在于：所述力传递组件能够沿垂直于第一电极所在平面的方向上自由移动。
10.根据权利要求8所述的二次电池装置，其特征在于：所述力传递组件包括具有高强度、低形变的板状件；优选的，所述力传递组件包括金属板；优选的，所述力传递组件的厚度为0.5-10mm。
11.根据权利要求1所述的二次电池装置，其特征在于：所述电解质保护层设置在所述第一电极的表面，或者，所述电解质保护层设置在隔膜面向第一电极的一侧表面，或者，所述电解质保护层与隔膜一体设置；和/或，所述第一电极为锂电极；优选的，所述第一电极的材质包括金属锂箔、金属锂粉、金属锂合金、含金属锂复合材料中的任意一种；和/或，所述电解质保护层为固态电解质保护层。
12.根据权利要求11所述的二次电池装置，其特征在于：所述固态电解质保护层的材质包括无机固态电解质、和/或有机固态电解质；优选的，所述无机固态电解质包括表面包覆或不包覆包覆材料的LISCION型固态电解质材料、NASCION型固态电解质材料、钙钛矿型固态电解质材料、石榴石型固态电解质材料、非晶态固态电解质材料中的任意一种或两种以上的组合；所述包覆材料包括氧化物、硫化物、氟化物、氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、金属材料、碳材料中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述有机固态电解质包括导锂离子的锂盐与聚醚、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚四氟乙烯、聚硅氧烷、聚酰亚胺、聚胺酯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇缩甲醛、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚乙烯基缩丁醛、聚氯乙烯、羧甲基纤维素钠、全氟磺酸的衍生物、前述物质的共聚物、前述物质的交联和网络结构、前述物质的共混物中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述锂盐包括LiClO4、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiAlCl4、LiSCN、LiTaF6、LiSnF6、LiGeF6、杂多酸锂盐、LiCF3SO3及其衍生物、LiN(SO2CF3)2及其衍生物、Li2Sx、有机离子多硫化物的锂盐、含氟有机锂盐或含磷有机锂盐中的任意一种或两种以上的混合；优选的，所述锂盐的浓度为0.01～20mol L-1；和/或，所述的有机固态电解质还包括无机纳米粒子；优选的，所述无机纳米粒子包括分子筛、SiO2、Al2O3、MgO、ZnO、MnOx、CuxO、ZrO2、TiOx、TixCy、BaTiO3、LiAlO2、锂快离子导体中的任意一种或两种以上的混合。
CN201910354783.6A 2019-04-29 2019-04-29 二次电池装置 Pending CN111864252A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910354783.6A CN111864252A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 二次电池装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910354783.6A CN111864252A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 二次电池装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111864252A true CN111864252A (zh) 2020-10-30

Family

ID=72965519

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910354783.6A Pending CN111864252A (zh) 2019-04-29 2019-04-29 二次电池装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111864252A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112448022A (zh) * 2020-11-25 2021-03-05 上海空间电源研究所 一种非对称电解质电池及其制备方法
CN113363570A (zh) * 2021-07-06 2021-09-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种修饰的固态电解质薄膜及其制备方法以及全固态电池
CN114628685A (zh) * 2021-08-09 2022-06-14 万向一二三股份公司 一种超亲锂高稳定的金属锂复合负极片及电池
CN114899541A (zh) * 2022-04-15 2022-08-12 北京固芯能源科技有限公司 一种气囊型电池模组

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103650228A (zh) * 2011-07-13 2014-03-19 丰田自动车株式会社 电池模块
CN104979602A (zh) * 2015-05-22 2015-10-14 江苏科技大学 一种电池箱及动态调节电池箱压紧力的方法
CN105103334A (zh) * 2013-07-25 2015-11-25 株式会社Lg化学 包括便携式加压构件的电池模块
JP2016018704A (ja) * 2014-07-09 2016-02-01 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
CN108140769A (zh) * 2015-10-02 2018-06-08 罗伯特·博世有限公司 弹性板及包括弹性板的电池单元组件
CN108511708A (zh) * 2018-03-14 2018-09-07 清华大学 一种固态复合金属锂负极
CN108695455A (zh) * 2017-04-05 2018-10-23 丰田自动车株式会社 层叠电池模块

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103650228A (zh) * 2011-07-13 2014-03-19 丰田自动车株式会社 电池模块
CN105103334A (zh) * 2013-07-25 2015-11-25 株式会社Lg化学 包括便携式加压构件的电池模块
JP2016018704A (ja) * 2014-07-09 2016-02-01 トヨタ自動車株式会社 全固体電池
CN104979602A (zh) * 2015-05-22 2015-10-14 江苏科技大学 一种电池箱及动态调节电池箱压紧力的方法
CN108140769A (zh) * 2015-10-02 2018-06-08 罗伯特·博世有限公司 弹性板及包括弹性板的电池单元组件
CN108695455A (zh) * 2017-04-05 2018-10-23 丰田自动车株式会社 层叠电池模块
CN108511708A (zh) * 2018-03-14 2018-09-07 清华大学 一种固态复合金属锂负极

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112448022A (zh) * 2020-11-25 2021-03-05 上海空间电源研究所 一种非对称电解质电池及其制备方法
CN113363570A (zh) * 2021-07-06 2021-09-07 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种修饰的固态电解质薄膜及其制备方法以及全固态电池
CN114628685A (zh) * 2021-08-09 2022-06-14 万向一二三股份公司 一种超亲锂高稳定的金属锂复合负极片及电池
CN114628685B (zh) * 2021-08-09 2023-10-03 万向一二三股份公司 一种超亲锂高稳定的金属锂复合负极片及电池
CN114899541A (zh) * 2022-04-15 2022-08-12 北京固芯能源科技有限公司 一种气囊型电池模组

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3605678B1 (en) Lithium secondary battery
Tarascon et al. Performance of Bellcore's plastic rechargeable Li-ion batteries
EP3067979B1 (en) All-solid-state battery containing nano-solid electrolyte and method of manufacturing the same
JP4106644B2 (ja) 電池およびその製造方法
KR101440939B1 (ko) 이차전지용 전극, 그를 포함하는 이차전지 및 케이블형 이차전지
JP4519796B2 (ja) 角型リチウム二次電池
CN111864252A (zh) 二次电池装置
US11430994B2 (en) Protective coatings for lithium metal electrodes
KR101483239B1 (ko) 케이블형 이차전지용 패키징 및 그를 포함하는 케이블형 이차전지
WO2006112243A1 (ja) 角型リチウム二次電池
KR20000029095A (ko) 고체 전해질 전지
US9620807B2 (en) Cable-type secondary battery
KR20150061602A (ko) 케이블형 이차전지
CN112563563A (zh) 复合固态电解质、固态电池及其制备方法
JP4815845B2 (ja) ポリマー電池
JP4053802B2 (ja) 電気化学デバイス
CN109037789B (zh) 一种锂铝双离子可充电电池
JP2001210377A (ja) 高分子電解質組成物、その製造方法及びこれを利用したリチウム二次電池
KR100943569B1 (ko) 폴리머 전해질 전지 및 그 형성 방법
JP2004199994A (ja) 電池
JP6656370B2 (ja) リチウムイオン二次電池および組電池
CN116705981B (zh) 负极极片及其制备方法、电池和用电设备
JP4193248B2 (ja) ゲル状電解質電池
US20220223982A1 (en) Electrochemical device and electronic device containing the same
JP2013201062A (ja) 全固体リチウムイオン二次電池の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201030

RJ01 Rejection of invention patent application after publication