CN112448074B - 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，在该双极性电池堆的各个电池单元中设有绝缘密封框和隔离支撑框，隔离支撑框位于绝缘密封框的内侧。隔离支撑框可以密封连接于电池单元中的正极材料层与负极材料层之间，或者密封连接于电池单元中的双极性集流体或端面集流体上，从而在每个电池单元内的正极材料层与负极材料层之间支撑出隔离腔。通过位于正极材料层与负极材料层之间的隔离腔可以避免由于电池堆外部压力导致的正极材料层与负极材料层的接触短路以及电极材料层脱落失效，在隔离腔内存储的电解液还可以确保电芯保持富液状态。而且，通过隔离支撑框的框体边缘与电极材料层/集流体的密封连接还提供了额外的密封保障。

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堆。

背景技术

双极性电池由两个单极性电极片(端面电极片)、若干个双极性电极片(中间电极片)、隔离层和电解液组成。双极性电极片是指在双极性集流体两侧分别设置有正极材料层和负极材料层后具有两个极性的电极片，单极性电极片是指在单极性集流体一侧设置有正极材料层或负极材料层后具有单极性的电极片。由于双极性电池内部由双极性集流体、正极材料层、隔离层、负极材料层和另一双极性集流体构成的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，并且，双极性电池内部的电子流和离子流基本垂直于双极性集流体分布，因此电池单元之间电阻小，电极电流和电位分布均匀，电池充放电速度快，适用于电动汽车和电力储能等高功率高电压应用领域。

但是在使用过程中，双极性电池堆需要在上下端面施加一定压力，从而进一步减小电池内阻、保证电池倍率性能。在双极性电池堆上下端面施加的压力会使得电极材料层与隔离层均承受较大压紧力，易导致电极材料层失效或者隔离层损坏，从而导致电池性能降低或正负极之间短路。因此，需要对电池内部结构进行改进，避免电极材料层和隔离层直接承受较大外力。另外，由于双极性电池堆是由若干个电池单元串联而成，每个单元都是一个单独的电化学电池，因此在双极性电池堆使用过程中必须保证各个电池单元相互独立，避免因电解液连通而造成液接短路，而如何确保各个电池单元的密封也是双极性电池一直有待解决的难题。

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，在该双极性电池堆的各个电池单元中设有绝缘密封框和隔离支撑框，隔离支撑框位于绝缘密封框的内侧。隔离支撑框可以密封连接于电池单元中的正极材料层和负极材料层上，或者，隔离支撑框可以密封连接于电池单元中的双极性集流体或端面集流体上，从而在每个电池单元内的正极材料层与负极材料层之间通过隔离支撑框支撑出隔离腔，并且除了绝缘密封框的密封作用之外隔离支撑框为电池单元提供了进一步的密封。通过位于正极材料层与负极材料层之间的隔离腔可以避免由于电池堆外部压力导致的正极材料层与负极材料层的接触短路以及电极材料层脱落失效，在隔离腔内存储的电解液还可以确保电芯保持富液状态。而且，通过隔离支撑框的矩形或U型的框体与电极材料层/集流体的密封连接还提供了额外的密封保障。另外，还可以在电池单元中设置储液腔，使得能够在电池正常充放电期间对各个电池单元及时补充电解液，从而在电池单元中电解液消耗的情况下无需从外部补充电解液，而是可以直接从储液腔补充电解液。

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，双极性电池堆包括由两个端面电极片以及多个中间电极片组成的多个电极片，端面电极片包括端面集流体以及设置于端面集流体一侧上的正极材料层或负极材料层，中间电极片包括双极性集流体以及设置于双极性集流体两侧上的正极材料层和负极材料层。多个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，由一双极性集流体/端面集流体、正极材料层、负极材料层和另一双极性集流体/端面集流体构成电池单元。每个电池单元中还设有绝缘密封框，绝缘密封框通过例如压紧、粘接等方式将电池单元的边缘进行绝缘密封。在每个电池单元中设有单个或两个隔离支撑框，隔离支撑框位于绝缘密封框的内侧——即，绝缘密封框从外侧围绕隔离支撑框，隔离支撑框将每个电池单元中的正极材料层和负极材料层间隔开，从而在正极材料层与负极材料层之间形成隔离腔。单个隔离支撑框的两个侧面可以分别密封连接于位于隔离支撑框两侧的正极材料层和负极材料层或者可以分别密封连接于位于隔离支撑框两侧的双极性集流体/端面集流体；或者，两个隔离支撑框中的每一个可以分别密封连接于相邻的正极材料层/负极材料层或者可以密封连接于相邻的双极性集流体/端面集流体，并且两个隔离支撑框的邻接的边缘部分密封连接。具体地讲，一集流体的一侧上覆有正极材料层，另一集流体的一侧上覆有负极材料层，两个集流体以正极材料层与负极材料层相对放置的方式设置。正极材料层与负极材料层通过隔离支撑框间隔开一定距离，该距离可以为0.01mm～1mm、优选地为0.1mm～1mm，从而在正极材料层与负极材料层之间形成隔离腔。在电池未注入电解液时，隔离腔为空腔。在电池注入电解液之后，隔离腔中充满电解液。当隔离腔的宽度≥0.01mm时，正极材料层与负极材料层被隔离腔内的电解液隔离，难以发生接触短路。另外，在隔离腔中也可设置隔离层，隔离层可与正极材料层邻接和/或与负极材料层邻接，或者隔离层可与正极材料层和负极材料层间隔开，该隔离层的厚度小于隔离腔的宽度。这样，既可以进一步避免正、负极材料接触，又可以确保隔离腔中留有足够的流体进入的空间。隔离腔避免了正、负极材料层同时与隔离层紧密接触，即使在电芯受到外部压力的情况下，隔离腔也可以有效地避免正极材料层与负极材料层的接触短路，并且通过定期更换电池内的电解液，能够有效降低电池极化、延长电池使用寿命、提高电池安全性。

在设有单个隔离支撑框的情况下，隔离支撑框可同时密封连接于位于隔离支撑框两侧的正极材料层和负极材料层，或者隔离支撑框可同时密封连接于位于隔离支撑框两侧的双极性集流体/端面集流体。当隔离支撑框连接于电极材料层时，隔离支撑框的宽度即为隔离腔的宽度；当隔离支撑框连接于集流体时，隔离支撑框的宽度减去正极材料层和负极材料层的厚度即为隔离腔的宽度。在设有两个隔离支撑框的情况下，一个隔离支撑框与相邻的电极材料层/集流体密封连接，另一个隔离支撑框与相邻的电极材料层/集流体密封连接，两个隔离密封框邻接，两个隔离密封框的靠近绝缘密封框的边缘部分密封连接，从而在绝缘密封框的内侧形成又一重密封。设置两个隔离支撑框可以更加便于在两个隔离支撑框之间设置隔离层。隔离支撑框的材料可以为绝缘耐电解液的材料，优选为绝缘耐电解液且在电解液中可以保持强度的有机或无机材料，例如可以为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚腈、聚偏氟乙烯、改性聚烯烃、勃姆石、二氧化硅等中的一种或几种。与绝缘密封框的密封连接方式一样，隔离支撑框可以通过密封胶实现与电极材料层/集流体的密封连接。隔离支撑框也可全部或部分采用热熔胶材料，例如可以为乙烯/醋酸乙烯(EVA)类热熔胶、聚氨酯(PU)类热熔胶、聚酰胺(PA)类热熔胶等，熔化温度的范围可以为80～150℃，通过加热使得隔离支撑框的表面熔化，从而实现密封连接。

隔离支撑框可以为设有单个框格的单格框体结构或者为设有多个框格的多格框体结构，正极材料层/负极材料层填充于隔离支撑框的框格中，正极材料层/负极材料层的厚度小于隔离支撑框的框格的高度。具体地讲，隔离支撑框的框体——即，边缘部分——可以密封连接于集流体，在隔离支撑框内设有单个框格或多个框格，电极材料层设置(例如填充或涂布等)于框格中。隔离支撑框设有多个框格可尤其适用于大尺寸的电芯的情况，能够有效地避免电极材料层从集流体上脱落。电极材料层的厚度小于框格的高度，这样可以在框格中的未填满电极材料层的部分形成隔离腔。

隔离支撑框可以设置为诸如U型框或矩形框的框体结构，在隔离支撑框的框体结构内还可设有例如条板状的加强阻隔部，加强阻隔部布置于隔离支撑框内从而能够进一步将隔离支撑框两侧的正极材料层与负极材料层隔离开。加强阻隔部可以与隔离支撑框一体成型，或者加强阻隔部可以通过例如粘接的方法连接于隔离支撑框。加强阻隔部可以加强电池单元的强度，避免电池单元在外力作用下变形，另外加强阻隔部本身起到阻隔的作用，从而可以进一步避免正极材料层和负极材料层由于变形而导致接触短路。另外，加强阻隔部还可以起到电解液导流的作用，通过加强阻隔部的设计可以根据需要改变电解液的流向。加强阻隔部例如可以沿竖直方向或水平方向设置，从而能够对流入电池单元的液体进行导流。当加强阻隔部水平设置时，为了确保电解液可以顺利向下流动，水平设置的加强阻隔部的宽度可以小于隔离支撑框的框体的宽度，或者水平设置的加强阻隔部的至少一部分的厚度可以小于隔离支撑框的框体的厚度，或者水平设置的加强阻隔部上可设有通孔或槽。

另外，根据本发明还可在电池单元中形成储液腔，即，正极材料层和负极材料层的高度低于双极性集流体的上边缘中最低处的高度，因此在双极性集流体的上部的未覆有正极材料层和负极材料层的部分之间形成储液腔。本发明中的上、下、左、右是相对于双极性电池堆竖直放置时的方位，双极性电池堆可以利用例如固定支架、外壳等结构保持竖直放置。储液腔与隔离腔之间流体连通，以便在注液或正常充放电过程中将储液腔中的液体注入或及时补充到隔离腔中。换句话说，正极材料层和负极材料层的面积小于集流体的面积，特别是在集流体的上部，正极材料层和负极材料层的上边缘低于集流体的上边缘的最底部，从而在正极材料层和负极材料层的上边缘与集流体的上边缘之间由两侧未涂覆电极材料层的集流体形成储液腔。优选地，在双极性集流体的位于储液腔内的部分上可覆有绝缘耐电解液层，也就是说，在双极性集流体的上边缘与正极材料层和负极材料层的上边缘之间部分上可设有绝缘耐电解液层，绝缘耐电解液层可以以涂布、粘贴、浸渍等方式连接于双极性集流体的表面，从而可以进一步确保电池单元之间的绝缘并且可以起到保护集流体的作用。绝缘耐电解液层的材料可以为耐电解液的聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚腈、聚丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、改性聚烯烃等中的一种或几种。在电池注液的过程中，电解液进入隔离腔并进而浸润电极材料层，当隔离腔注满之后在储液腔中仍留有预定量的电解液，在完成电池注液之后不将储液腔中的电解液抽出，而是继续保留在储液腔中。因此，当电池使用过程中由于副反应消耗等原因导致电解液减少时，储液腔中的电解液可以直接流入隔离腔中，从而确保了电池的性能。

绝缘密封框可以为U型框或矩形框。在双极性电池堆竖直放置的实施方式中，绝缘密封框优选为U型框，在电池单元的上方留出注排口，电池单元的左侧、右侧和下侧进行绝缘密封。U型框可以直接粘接于电池单元的两个集流体的边缘上。优选地，U型框的横截面为“工”字型，在集流体上设有与U型框的尺寸相对应的U型沟槽，U型框能够插入到U型沟槽中，通过将相邻的集流体上的两个U型框对齐并将两个U型框密封连接或者通过将相邻的集流体上的两个U型框错开并分别与另一集流体密封连接，形成电池单元的绝缘密封。U型框的材料可以为弹性材料，例如：硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶等，当U型框插入U型沟槽中时，通过U型沟槽对U型框插入部分的挤压实现密封；或者，U型框插入U型沟槽中后可以利用密封胶等进行密封连接。另外，优选地，集流体上可设有凸凹部，U型框的各个框条为平面结构且宽度大于等于凸凹部的宽度，U型框的材料为柔性材料从而能够在相邻的集流体的凸凹部之间变形并固定连接于相邻的集流体的凸凹部，U型框的材料例如为硅橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶等，或者，U型框的材料为能够加热融化的材料从而在加热的情况下U型框能够熔化并固定连接于相邻的集流体的凸凹部，U型框的材料例如为氟橡胶、三元乙丙橡胶等；或者，U型框的各个条框为曲面结构，在框条上设有与集流体的凸凹部相应的凸凹部，也就是说，U型框的突出的位置与集流体上突出的位置相对应，U型框的凹进的位置与集流体上凹进的位置相对应，从而使得U型框的条框的曲面能够与集流体的曲面完全重合。通过相邻的集流体的凸凹部对U型框的挤压或者利用凸凹部的复杂曲面，可以进一步确保绝缘密封框的密封作用。

双极性电池堆的每个电池单元的厚度一般只有数百微米，对于如此微小的尺寸，使得设计注液口和实现大面积注液变得十分困难。此外，双极性电池堆的串联电池数目较多，无法针对每个电池单元设计单独的注液口。因此，本发明针对整个双极性电池堆设置了统一的注排腔，用以实现对双极性电池堆的全部电池单元整体注液。具体地讲，在双极性集流体的上侧边缘设有至少一个缺口部，全部双极性集流体的缺口部的位置相对应从而形成注排腔。例如，在每个双极性集流体的相应位置上设置一个缺口部，全部的缺口部共同形成整体的注排腔，该注排腔与各个电池单元的储液腔流体连通。当电池注液时，电解液注入注排腔中，从注排腔向下流入各个电池单元的储液腔和隔离腔中。当注液结束后，将注排腔中的电解液抽出，使得电解液仅容置于储液腔和隔离腔中，从而避免由于电池单元之间的液接而造成的短路。另外例如，在每个双极性集流体的两个相应位置上分别设置第一缺口部和第二缺口部，全部的第一缺口部共同形成整体的第一注排腔并且全部的第二缺口部共同形成整体的第二注排腔。当电池注液时，电解液注入第一注排腔中，从第一注排腔向下流入各个电池单元的储液腔和隔离腔中，各个电池单元注满后电解液会溢出到第二注排腔中。当注液结束后，将第二注排腔中的电解液抽出，同时第一注排腔中的液面也会下降到与储液腔的顶部齐平，从而在抽吸过程中将第二注排腔和第一注排腔中的电解液排出。在分别设置多个注排腔的情况下，可以更加确保注液效果，保证电解液充分流入电池单元中。

在将注排腔中的电解液抽出后，各个电池单元内的电解液液面基本上与储液腔的上边缘齐平(即，与缺口部的下边缘齐平)，但是由于电池单元内的电解液会进一步浸润电极材料，因此各个电池单元内的电解液液面会稍低于储液腔的上边缘，由此可以确保各个电池单元之间的电解液互不连通。为了进一步确保电池单元之间不发生液接，不同的双极性集流体的缺口部的高度可以不相同。优选地，全部双极性集流体的缺口部的高度是由中心(中间的双极性电极片)向两侧(两侧的端面电极片)逐渐加大或者由中心向两侧逐渐减小。当缺口部的上边缘齐平时，缺口部的高度越高，则缺口部的下边缘的位置越低，一个电池单元的电解液液面高度将由下边缘位置较低的缺口部来决定。因此，当两个相邻的电池单元的电解液液面高度不同时，便降低了电池单元之间液接的风险。

本发明的优势在于：

1)通过利用隔离支撑体在电池单元的正负极间形成隔离腔，可以起到使电池单元的正负极之间电子隔离的作用，并且可以便于电解液顺利流入电池单元中并快速浸润电极材料；另外，通过隔离支撑体的加强阻隔部，可以起到增强电池内部结构和阻隔的作用，防止在双极性电池在受到外力的情况下因正负极接触而导致内部短路，而且隔离支撑层的加强阻隔部还可以起到导流的作用。

2)绝缘密封框与隔离支撑框起到了双层密封的作用，显著地提高了电池单元的密封效果。

3)通过在电池单元中设置储液腔，可以使得在注液过程中保证双极性电池的每个电池单元内部都充满电解液，提高了电池一致性；并且，可以使得电池在使用过程中能够及时补充电解液，确保了电池性能。另外，每个电池单元均设有独立的电解液储液腔，并且通过结合双极性集流体的缺口差异设计可以有效地降低双极性电池内部的液接短路风险。

附图说明

图1(a)-(b)为根据本发明的双极性电池堆的示意图，其中，图1(a)为双极性电池堆的立体示意图，图1(b)为双极性电池堆的截面示意图及局部放大示意图；

图2(a)-(d)为根据本发明一实施方式的双极性电池堆的电池单元的示意图，其中，图2(a)为电池单元的立体示意图，图2(b)为电池单元的分解示意图，图2(c)为电池单元的截面示意图，图2(d)为电池单元的部分组装图；

图3(a)-(c)为根据本发明另一实施方式的双极性电池堆的电池单元的示意图，其中，图3(a)为电池单元的立体示意图，图3(b)为电池单元的分解示意图，图3(c)为电池单元的截面示意图；

图4(a)-(f)为根据本发明不同实施方式的双极性电池堆的隔离支撑框的示意图；

图5(a)-(h)为根据本发明不同实施方式的双极性电池堆的绝缘密封框的示意图；

图6(a)-(h)为根据本发明不同实施方式的双极性电池堆的注排腔的示意图。

附图标记列表

1——双极性电池堆

2——端面正极片

3——端面负极片

4——双极性电极片

401——双极性集流体

402——缺口部

402a——第一缺口部

402b——第二缺口部

5——正极材料层

6——负极材料层

7——隔离层

8——电池单元

9——绝缘密封框

10——隔离腔

11——储液腔

12——注排腔

12a——第一注排腔

12b——第二注排腔

13——隔离支撑框

13a——第一隔离支撑框

13b——第二隔离支撑框

1301——U型框

1302——加强阻隔部

1303——框格

1304——矩形框

14——注液端盖

1401——注入端口

1402——排出端口

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(a)-(b)为根据本发明的双极性电池堆的示意图，其中，图1(a)为双极性电池堆的立体示意图，图1(b)为双极性电池堆的截面示意图及局部放大示意图。如图所示，双极性电池堆1包括位于一侧的端面正极片2、位于另一侧的端面负极片3以及置于其间的多个双极性电极片4。端面正极片2设有端面正极集流体以及涂覆于端面正极集流体一侧的正极材料层，正极材料层的上边缘低于端面正极集流体的上边缘。端面负极片3设有端面负极集流体以及涂覆于端面负极集流体一侧的负极材料层，负极材料层的上边缘低于端面负极集流体的上边缘。双极性电极片4设有双极性集流体以及涂覆于双极性集流体两侧的正极材料层和负极材料层，正极材料层和负极材料层的上边缘a低于双极性集流体的上边缘的最低位置b处。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。由一电极片的双极性集流体4和正极材料层5、隔离层7、另一电极片的负极材料层6和双极性集流体4构成电池单元8。在每个电池单元8中还设有用于对电池单元进行绝缘密封的绝缘密封框9以及用于将正、负极材料层隔离开并实现双重密封的隔离支撑框13。因此，在每个电池单元8中，在正极材料层5与负极材料层6之间形成隔离腔10，在一集流体上部的未涂覆正极材料层的部分c与另一集流体上部的未涂覆负极材料层的部分c之间形成储液腔11。在每个双极性集流体的上部的相应位置处还形成有缺口部402，由全部的缺口部402构成双极性电池堆的注排腔12。缺口部402的下边缘与正极材料层和负极材料层的上边缘之间留出足够的距离，从而能够确保在储液腔11中留存足够量的电解液。注排腔12与储液腔11流体连通，储液腔11与隔离腔10流体连通。在电池注液过程中，首先向注排腔12中注液，注排腔12中的电解液随后进入各个电池单元的储液腔11和隔离腔10中。当注液结束后，将注排腔12中的电解液抽出，保留隔离腔10和储液腔11中的电解液。也就是说，当注液结束后，仅将注排腔12中的电解液抽出，而不将隔离腔10和储液腔11中的电解液抽出。这样，当电池在使用过程中电池单元内的电解液损耗时，储液腔11中的电解液会及时经由隔离腔10补充到电池单元中，在无需从外部补充电解液的情况下就能够及时补充电池单元内的电解液，从而能够允许在无需额外操作步骤的情况下通过及时补充电解液来保持电池的性能。

图2(a)-(d)为根据本发明一实施方式的双极性电池堆的电池单元的示意图，其中，图2(a)为电池单元的立体示意图，图2(b)为电池单元的分解示意图，图2(c)为电池单元的截面示意图，图2(d)为电池单元的部分组装图，其中一侧的双极性集流体和电极材料层未示出。例如，如图2(a)所示，电池单元8的上侧开口，其他三侧通过绝缘密封框9绝缘密封，从而可以从上方对电池单元8进行注液。如图2(b)和2(c)所示，电池单元8可包括一双极性集流体401、绝缘密封框9、正极材料层5、隔离层7、隔离支撑框13、负极材料层6、另一双极性集流体401。隔离支撑框13包括U型框以及位于U型框内的加强阻隔部。竖向的加强阻隔部除了起到增强结构和隔离的作用之外还可以起到导流的作用，竖向的加强阻隔部的厚度小于U型框的厚度；水平的加强阻隔部大致位于电极材料层的上边缘处，水平的加强阻隔部的部分厚度小于U型框的厚度，从而使得储液腔中的电解液可以顺利流入隔离腔中。隔离支撑框13的U型框的厚度约等于正极材料层5、负极材料层6、隔离层7和隔离支撑框的竖向的加强阻隔部1302的厚度之和，竖向的加强阻隔部1302的厚度约等于隔离腔10的宽度。在不设有加强阻隔部的情况下，隔离腔10的宽度约等于隔离支撑框的U型框1301的厚度减去正极材料层5、负极材料层6和隔离层7的厚度。如图2(d)所示，绝缘密封框9沿双极性集流体401的左侧、右侧和下侧边缘设置并夹置于两侧的双极性集流体401之间，绝缘密封框9的两个侧面与位于绝缘密封框两侧的双极性集流体401绝缘密封连接，从而对电池单元的左侧、右侧和下侧绝缘密封。隔离支撑框13位于绝缘密封框9的内侧，隔离支撑框的U型框的两个侧面分别与位于隔离支撑框两侧的双极性集流体401密封连接，竖直的加强阻隔部1302可位于隔离层与负极材料层之间，从而使得隔离层与负极材料层之间不会产生紧密接触。从2(d)中可以看出，正极材料层5(或负极材料层)的面积小于双极性集流体401的面积，从而在双极性集流体401的左侧、右侧和下侧留出与绝缘密封框9和隔离支撑框的U型框1301连接的部分，并且在双极性集流体的上侧留出储液腔11的部分，其中，在双极性集流体上侧留出的未涂覆正极材料层和负极材料层的空间较大，以便可以为储液腔11提供充足的储液空间。储液腔11的宽度大致等于隔离支撑框的U型框1301的厚度，当在储液腔的侧壁(即，未涂覆正极材料层和负极材料层的双极性集流体)上覆有绝缘耐电解液层时，储液腔11的宽度大致等于隔离支撑框的U型框1301的厚度减去两侧的绝缘耐电解液层的厚度。储液腔11的宽度大于隔离腔10的宽度。

图3(a)-(c)为根据本发明另一实施方式的双极性电池堆的电池单元的示意图，其中，图3(a)为电池单元的立体示意图，图3(b)为电池单元的分解示意图，图3(c)为电池单元的截面示意图。例如，如图3(a)所示，电池单元8的四周边缘通过矩形的绝缘密封框9绝缘密封。如图3(b)和3(c)所示，电池单元8可包括一双极性集流体401、第一隔离支撑框13a、正极材料层5、隔离层7、绝缘密封框9、第二隔离支撑框13b、负极材料层6、另一双极性集流体401。第一隔离支撑框13a和第二隔离支撑框13b为设有多个框格的多格框体结构，第一隔离支撑框13a的框体密封连接于与其相邻的双极性集流体401，第二隔离支撑框13b的框体密封连接于与其相邻的另一双极性集流体401。正极材料层5设置于第一隔离支撑框13a的多个框格1303内，正极材料层5的厚度小于框格1303的高度，负极材料层6设置于第二隔离支撑框13b的多个框格1303内，负极材料层6的厚度小于框格1303的高度，隔离层7设置在第一隔离支撑框13a的框格与第二隔离支撑框13b的框格之间，从而在正极材料层5与隔离层7之间以及在负极材料层6与隔离层7之间均形成隔离腔10。第一隔离支撑框13a与第二隔离支撑框13b的边缘E之间密封连接。

图4(a)-(f)为根据本发明不同实施方式的双极性电池堆的隔离支撑框的示意图。在图4(a)所示的实施方式中，隔离支撑框包括U型框1301和位于U型框内侧的加强阻隔部1302。水平的加强阻隔部分别与U型框的两条竖向的框条相连，竖向的加强阻隔部的两端分别与水平的加强阻隔部和U型框的底部的框条相连。水平的加强阻隔部位于储液腔与隔离腔交界处，水平的加强阻隔部的部分段的厚度小于U型框的厚度，从而有利于电解液向下流入隔离腔中。竖向的加强阻隔部可以起到电解液导流的作用，竖向的加强阻隔部的长度小于U型框的竖向的框条的长度。在图4(b)所示的实施方式中，隔离支撑框包括U型框1301和位于U型框内侧的多个水平的加强阻隔部1302。位于储液腔与隔离腔交界处的水平的加强阻隔部的宽度等于U型框的宽度，该水平的加强阻隔部的部分段的厚度小于U型框的厚度。位于隔离腔中的多个水平的加强阻隔部的宽度小于U型框的宽度，该水平的加强阻隔部的一个端部与U型框的竖向的框条相连，多个水平的加强阻隔部可以交错布置，从而起到电解液导流的作用。在图4(c)所示的实施方式中，隔离支撑框包括U型框1301和位于U型框内侧的多个竖向的条带状的加强阻隔部1302。加强阻隔部的一端与U型框的底部的框条相连，加强阻隔部的另一端为加厚端，加厚端的厚度等于U型框的厚度并且大于加强阻隔部的其余部分的厚度，从而通过加厚端可以将加强阻隔部稳定地夹持在两侧的双极性集流体之间。相邻的两个竖向的加强阻隔部之间互相间隔开，没有横向阻挡，使得储液腔中的电解液能够顺利地流入隔离腔中。在图4(d)所示的实施方式中，隔离支撑框包括矩形框1304和位于矩形框内的加强阻隔部1302。加强阻隔部1302呈折线状布置于矩形框1304的中空部分中，因此即使矩形框较大，也可以有效地避免隔离支撑框两侧的正极材料层与负极材料层的中间部分的接触短路。折线状的加强阻隔部1302的一端连接于矩形框的顶部的框条并且另一端连接于矩形框的底部的框条，从而起到增强框体结构的作用。在图4(e)所示的实施方式中，隔离支撑框包括矩形框1304和位于矩形框内的加强阻隔部1302。呈Z字型的两个加强阻隔部分别连接于矩形框的顶部的框条和底部的框条，两个Z字型的加强阻隔部通过水平的加强阻隔部连接用以加强结构，水平的加强阻隔部上设有沟槽，从而可以允许电解液顺利向下流动。在图4(f)所示的实施方式中，隔离支撑框包括矩形框1304和位于矩形框内的框格1303。通过框格1303将较大的矩形框1304分割成较小的框体，电极材料层可以填充在框格内，电极材料层的厚度小于框格的高度。

图5(a)-(h)为根据本发明不同实施方式的双极性电池堆的绝缘密封框的示意图。为了清楚起见，在图中仅示出了绝缘密封框和双极性集流体的结构和位置关系。在图5(a)-(b)所示的实施方式中，U型的绝缘密封框9的每个框条的横截面为矩形，框条的与双极性集流体接触的侧面可以直接与双极性集流体密封连接。在图5(c)-(d)所示的实施方式中，U型的绝缘密封框9的每个框条的表面为曲面结构，在每个框条上设有与双极性集流体的凸凹部的位置和形状相对应的凸凹部。当将绝缘密封框9与双极性集流体401连接时，绝缘密封框的框条的曲面与双极性集流体的曲面完全重合。通过凸凹部的配合不仅增大了密封面积，而且通过复杂的曲面密封连接可以降低泄露的风险。在图5(e)-(f)所示的实施方式中，U型的绝缘密封框9的每个框条的横截面为“工”字型，在双极性集流体上设有与U型的绝缘密封框的尺寸相对应的U型沟槽，U型的绝缘密封框能够插入到U型沟槽中。通过将相邻的双极性集流体上的两个绝缘密封框对齐并将两个绝缘密封框密封连接，形成相邻的双极性集流体之间的绝缘密封。在图5(g)-(h)所示的实施方式中，分别设有较大尺寸和较小尺寸的两种U型的绝缘密封框9，U型的绝缘密封框的每个框条的横截面为“工”字型，在第一双极性集流体上设有与较大的U型框的尺寸相对应的U型沟槽，在第二双极性集流体上设有与较小的U型框的尺寸相对应的U型沟槽，U型框能够插入到U型沟槽中。第一双极性集流体和第二双极性集流体交替叠置，通过将第一双极性集流体的绝缘密封框与第二双极性集流体的绝缘密封框错开并且密封连接，形成相邻的双极性集流体之间的绝缘密封。

图6(a)-(h)为根据本发明不同实施方式的双极性电池堆的注排腔的示意图。为了给双极性电池堆注液，双极性电池堆还可设有注液端盖14，在注液端盖14上设有注入端口1401和排出端口1402，注入端口1401和排出端口1402的上端部可与外部的注液设备和抽吸设备的接口相连。当向双极性电池堆注液时，通过注入端口1401将电解液注入注排腔12、储液腔11和隔离腔10中，当注液结束后，通过排出端口1402将注排腔12中的多余的电解液抽出。在图6(a)-(b)所示的实施方式中，每个双极性电极片设有一个缺口部402，每个缺口部的高度均相同，由全部的缺口部形成单个注排腔12。在注液端盖14上设有一个注入端口1401和一个排出端口1402，注入端口1401的下端部可与注排腔12的顶面齐平，排出端口1402的下端部可与注排腔12的底面齐平。在图6(c)-(d)所示的实施方式中，每个双极性电极片设有第一缺口部402a和第二缺口部402b，每个缺口部的高度均相同，由全部的第一缺口部402a形成第一注排腔12a并且由全部的第二缺口部402b形成第二注排腔12b。在注液端盖14上设有一个注入端口1401和一个排出端口1402，其中注入端口1401与第一注排腔12a相对应，排出端口1402与第二注排腔12b相对应，注入端口1401的下端部可与第一注排腔12a的顶面齐平，排出端口1402的下端部可与第二注排腔12b的底面齐平。在图6(e)-(f)所示的实施方式中，每个双极性电极片设有一个缺口部402，由全部的缺口部形成单个注排腔12。缺口部的高度不相同，从中间向两侧逐渐增大，从而形成了底面大致为凸面形状的注排腔12。在注液端盖14上设有一个注入端口1401和两个排出端口1402，注入端口1401的下端部可与注排腔12的顶面齐平，排出端口1402的下端部可与注排腔12的底面最低处齐平。由于一个电池单元的电解液液面高度将由具有较低下边缘位置的缺口部来决定，因此，具有不同下边缘位置的缺口部限定了具有不同液面高度的电池单元的储液腔。当两个相邻的电池单元的储液腔的电解液液面高度不同时，便降低了电池单元之间液接的风险。图6(g)-(h)所示的实施方式中，每个双极性电极片设有一个缺口部402，由全部的缺口部形成单个注排腔12。缺口部的高度不相同，从中间向两侧逐渐减小，从而形成了底面大致为凹面形状的注排腔12。在注液端盖14上设有一个注入端口1401和一个排出端口1402，注入端口1401的下端部可与注排腔12的顶面齐平，排出端口1402的下端部可与注排腔12的底面最低处齐平。由于一个电池单元的电解液液面高度将由具有较低下边缘位置的缺口部来决定，因此，具有不同下边缘位置的缺口部限定了具有不同液面高度的电池单元的储液腔。当两个相邻的电池单元的储液腔的电解液液面高度不同时，便降低了电池单元之间液接的风险。

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 (10)

1.一种双极性电池堆，所述双极性电池堆包括由两个端面电极片以及多个中间电极片组成的多个电极片，所述端面电极片包括端面集流体以及设置于端面集流体一侧上的正极材料层或负极材料层，所述中间电极片包括双极性集流体以及设置于双极性集流体两侧上的正极材料层和负极材料层，所述多个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，由一所述双极性集流体/端面集流体、所述正极材料层、所述负极材料层和另一所述双极性集流体/端面集流体构成电池单元，在每个所述电池单元中还设有绝缘密封框，所述绝缘密封框将所述电池单元的边缘进行绝缘密封，其特征在于，在每个所述电池单元中设有单个或两个隔离支撑框，所述隔离支撑框位于所述绝缘密封框的内侧，所述隔离支撑框将每个所述电池单元中的正极材料层和负极材料层间隔开，从而在所述正极材料层与所述负极材料层之间形成隔离腔，单个所述隔离支撑框的两个侧面分别密封连接于位于隔离支撑框两侧的正极材料层和负极材料层或者分别密封连接于位于隔离支撑框两侧的双极性集流体/端面集流体；或者，两个所述隔离支撑框中的每一个分别密封连接于相邻的正极材料层/负极材料层或者密封连接于相邻的双极性集流体/端面集流体，并且两个所述隔离支撑框的邻接的边缘部分密封连接，所述正极材料层和负极材料层的高度低于所述双极性集流体的上边缘中最低处的高度，从而在所述双极性集流体的上部的未覆有正极材料层和负极材料层的部分之间形成储液腔，所述储液腔与所述隔离腔之间流体连通用于在注液或正常充放电过程中将所述储液腔中的液体注入或及时补充到所述隔离腔中，在所述双极性集流体的上侧边缘设有至少一个缺口部，全部所述双极性集流体的缺口部的位置相对应从而形成用于对所述双极性电池堆整体注液和/或排液的注排腔，不同的所述双极性集流体的所述缺口部的高度不相同，从而避免所述电池单元之间的液接。

2.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，在所述隔离腔中设置隔离层。

3.根据权利要求1或2所述的双极性电池堆，其中，在所述隔离支撑框还包括条板状的加强阻隔部，所述加强阻隔部设置于所述隔离支撑框内从而能够增强隔离支撑框的结构并且将隔离支撑框两侧的正极材料层与负极材料层隔离开。

4.根据权利要求3所述的双极性电池堆，其中，所述加强阻隔部沿竖直方向或水平方向设置，从而能够对流入所述电池单元的液体进行导流。

5.根据权利要求1或2所述的双极性电池堆，其中，所述隔离支撑框通过密封胶进行密封连接；或者，所述隔离支撑框采用热熔胶材料，通过加热使得所述隔离支撑框熔化从而进行密封连接。

6.根据权利要求1或2所述的双极性电池堆，其中，所述隔离支撑框为设有多个框格的多格框体结构，所述正极材料层/负极材料层填充于所述隔离支撑框的框格中，所述正极材料层/负极材料层的厚度小于所述隔离支撑框的框格的高度。

7.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，在所述双极性集流体的位于所述储液腔内的部分上覆有绝缘耐电解液层，所述绝缘耐电解液层的材料为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚腈、聚丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯、聚氨酯、聚丙烯腈、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、改性聚烯烃中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，所述绝缘密封框为U型框，所述U型框的横截面为“工”字型，在所述双极性集流体上设有与所述U型框的尺寸相对应的U型沟槽，所述U型框能够插入到所述U型沟槽中，通过将相邻的所述双极性集流体上的两个U型框对齐并将两个U型框密封连接或者通过将相邻的所述双极性集流体上的两个U型框错开并分别与另一双极性集流体密封连接，形成电池单元的绝缘密封。

9.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，所述绝缘密封框为U型框，在所述双极性集流体上设有凸凹部，所述U型框的各个框条的宽度大于等于所述凸凹部的宽度，所述U型框的材料为柔性材料从而能够在相邻的所述双极性集流体的凸凹部之间变形并固定连接于相邻的所述双极性集流体的凸凹部；或者，所述U型框的材料为能够加热融化的材料从而在加热的情况下所述U型框能够熔化并固定连接于相邻的所述双极性集流体的凸凹部；或者，在所述U型框的框条上设有与所述双极性集流体的凸凹部相对应的凸凹部，从而使得所述U型框的框条上的凸凹部能够与所述双极性集流体的凸凹部紧密贴合并密封连接。

10.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，全部所述双极性集流体的缺口部的高度是由中心向两侧逐渐加大或者由中心向两侧逐渐减小。

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