CN221041244U - 一种大容量电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种大容量电池，主要解决现有大容量电池电解液中的杂质对其性能产生影响的问题，该大容量电池中的吸附装置能够对电解液中的杂质进行吸附处理，以提高大容量电池循环寿命的等性能。该大容量电池包括并联的多个单体电池、电解液仓和吸附装置，多个单体电池的电解液腔均连通，形成共享电解液系统，所述电解液仓与共享电解液系统连接；所述吸附装置用于吸附处理电解液中的杂质，从而提升大容量电池的性能以及循环寿命。

Description

一种大容量电池

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体涉及一种大容量电池。

背景技术

锂离子电池由于具有封装可靠度高、能量效率高、结构简单、扩容相对方便等多个优点。因此可将多个锂离子电池并联组成大容量锂电池，进而将大容量锂电池应用在储能、动力电池等多个领域。但是，将锂离子电池并联组成大容量电池时，使其具有稳定的电性能是需要解决的问题。

中国专利CN114759251A公开了一种大容量电池，该大容量电池包括至少两个单体电池和电解液储液管路，电解液储液管路包括具有多支路储液管道的主管道和多个支管，所述主管道内有储液腔，可容纳电解液，所述支管设于所述主管道和单体电池之间，所述单体电池壳体上设有开口，所述支管与所述电池壳体开口一一对应连接，以实现所述电解液储液管路与单体电池连通。

以上结构中的电解液储液管路能够给多个单体电池提供一个相同工作环境，使其性能有所提升。但是，大容量电池在制作时或使用一段时间后，不可避免的会存在水、有机物以及少量等金属离子(铁、钠、铝、镍)等杂质，杂质的含量会对大容量电池的性能产生严重的影响。例如，电解液中水分产生的HF会破坏SEI膜使大容量电池性能变差，同时还会导致大容量电池在化成过程产气量增大，会引起电池发生鼓胀。

实用新型内容

为解决现有大容量电池电解液中的杂质对其性能产生影响的问题，本实用新型提供一种大容量电池，该大容量电池中的吸附装置能够对电解液中的杂质进行吸附处理，以提高大容量电池循环寿命的等性能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种大容量电池，包括并联的多个单体电池、电解液仓和吸附装置，多个单体电池的电解液腔均连通，形成共享电解液系统，所述电解液仓与共享电解液系统连接；所述吸附装置用于吸附处理电解液中的杂质，从而提升大容量电池的性能以及循环寿命。

进一步地，所述电解液仓中的电解液与共享电解液系统中的电解液互通。由于电解液仓中的电解液与共享电解液系统中的电解液互通，因此，设置在电解液仓内吸附装置可以对互通后的电解液进行持续不断的吸附处理，使得吸附处理后的电解液满足大容量电池高性能的要求。

进一步地，为了方便大容量电池的制作，上述共享电解液系统包括中空构件，所述中空构件的内腔均与多个单体电池的内腔连通，且中空构件的一端延伸至电解液仓内，设置有控制阀和抽液泵，所述控制阀用于隔断中空构件和电解液仓内的电解液。设置控制阀和抽液泵后，电解液仓和共享电解液系统为两个独立腔体，可以不用在电解液仓内预设电解液，需要对电解液进行吸附时，可以将中空构件内的电解液抽取至电解液仓内，通过设置在电解液仓内的吸附装置进行吸附处理，随后，再将吸附处理后的电解液返回至共享电解液系统，该种方式可以定时对电解液进行吸附处理。

进一步地，本实用新型中的吸附装置可以采用多种结构形式的装置，只要其满足吸附要求即可，例如，吸附装置为吸附棒或吸附层，设置在电解液仓的内壁上，吸附棒和吸附层结构简单，能够较为可靠且方便的设置在电解液仓的内壁上。

进一步地，所述吸附装置的外侧设置有能够溶于电解液的保护层，该保护层对未安装于大容量电池之前的吸附装置进行保护，避免吸附装置在安装前期被污染或失效。

进一步地，所述吸附装置为中空结构，中空结构的至少一端设置有密封部，中空结构使得吸附装置满足轻量化的要求，同时，该密封部上设置有注液机构，使得该吸附装置不仅具有对杂质的吸附功能，并且还具有的注、换液功能。

进一步地，以上注液机构具有多种形式，只要满足其使用要求即可，例如，可采用设置在密封部上的注液阀和注液泵，该注液阀为三通阀，三通阀的第一端口与中空结构连通，第二端口与注液泵连通，第三端口用于与抽真空装置连接，该种结构形式不仅可满足抽注液功能，并且还可完成注液前的抽真空作业，以使确保电解液能够进入每个单体电池。

进一步地，为方便上述吸附装置的更换或维修，吸附装置可拆卸的设置在电解液仓的侧壁上，具体的，可通过螺纹密封设置在电解液仓的侧壁上，也可通过卡接密封设置在电解液仓的侧壁上，密封时，可通过密封垫或密封胶等方式实现。

此外，还可以在电解液仓和共享电解液系统中增加循环管路和循环泵，循环管路一端均与多个单体电池的内腔连通，另一端与电解液仓连通，使得循环管路、单体电池、电解液仓和共享电解液系统中的电解液形成一个液体循环通道，循环泵对循环管路、单体电池、电解液仓和共享电解液系统中电解液的循环提供动力。此时，可在电解液进行吸附处理时同时进行电解液循环，使得吸附处理后的电解液填充在整个大容量电池的单体电池内。该吸附装置可安装在电解液仓或循环管内，只要能够对电解液进行吸附处理即可。

进一步地，上述吸附装置为吸附棒或吸附层，吸附棒或吸附层的材料为锂化分子筛。和普通分子筛相比,锂化分子筛既基本保持普通分子筛优越的吸附性能,又能大大降低电解液体系中杂质离子Na+的引进,是锂离子电池微量水去除方法中最有效、最经济的物理方法之一。吸附棒或吸附层的材料还可以为α-Al₂O₃。可以吸附电池因正常工作中产生的杂质气体。

进一步地，上述吸附装置为树脂包，树脂包包括芯层及包裹在芯层上的包覆层；所述芯层为含极性酰胺基团树脂，包覆层为电解液能够自由进出的滤网。此类树脂具有强极性，能够吸收电解液中H₂O、PF₅和HF等小分子杂质，净化电解液，提高大容量电池的循环性能。

和现有技术相比，本实用新型技术方案具有如下优点：

本实用新型大容量电池设置有电解液仓和吸附装置，该吸附装置用于吸附处理电解液中的杂质，使得大容量电池中的电解液满足使用要求，进而确保了大容量电池的性能以及循环寿命。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1中大容量电池的结构示意图一；

图2为本实用新型实施例1中大容量电池的结构示意图二；

图3为本实用新型实施例2中大容量电池的结构示意图；

图4为本实用新型实施例3中大容量电池的结构示意图；

图5为本实用新型实施例4中大容量电池的结构示意图。

附图标记：1-单体电池，2-共享电解液系统，3-电解液仓，4-吸附装置，5-控制阀，6-抽液泵，7-注液机构，8-抽真空装置，9-循环管路，10-循环泵，11-泄爆阀，12-排气装置，13-抽真空设备，21-中空构件，31-隔板，71-注液阀，72-注液泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本实用新型的技术原理，目的并不是用来限制本实用新型的保护范围。

现有的大容量电池为改善其性能，将多个单体电池的电解液实现互通，形成共享电解液系统。上述共享电解液系统的目的是将多个单体电池的电解液连通，将所有单体电池处于一个电解液体系下，其可通过多种方式实现：

一、通过在多个单体电池上设置开口，然后将多个单体电池浸泡在一个装有电解液的密封箱体内，使得多个单体电池电解液腔内的电解液和密封箱体内的电解液构成一个电解液体系，即形成了大容量电池的共享电解液系统。

二、通过在多个单体电池上设置开口，通过管路和每个单体电池的开口连通，使得多个单体电池电解液腔内的电解液和管路内的电解液构成一个电解液体系，即形成了大容量电池的共享电解液系统。

以上共享电解液系统使各单体电池均处于统一的电解液体系下，减少了各单体电池之间容量之间的差异，一定程度上提升了各单体电池之间的一致性，从而一定程度上提升了大容量电池的循环寿命。但是，大容量电池在制作时或使用一段时间后，不可避免的会存在水、有机物以及少量等金属离子等杂质，杂质的含量会对大容量电池的性能产生严重的影响，例如，循环次数的下降。此时，可对大容量的性能进行再次提升。在本实用新型中，通过添加吸附装置，进一步提升大容量电池的性能。

依据上述描述大容量电池为基础，下面通过几个实施例对本实用新型的大容量电池进行更加详细的介绍。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供的大容量电池包括并联的多个单体电池1、电解液仓3和吸附装置4，多个单体电池1的电解液腔均连通，形成共享电解液系统2。本实施例中，共享电解液系统2包括中空构件21，该中空构件21为具有腔体的结构，例如，共享管等，该中空构件21均与多个单体电池1的内腔连通，形成了一个电解液的共享空间，在这个空间中，各单体电池1的电解液成分、环境、温度、离子交换等都大体保持动态一致性，从而达到各个单体电池1电解液共享及工作状态大体相同的理想状态。同时，该中空构件21上可设置有泄爆部件，在某单体电池1发生热失控时，通过中空构件21将高温高压物质定向排出，该泄爆部件可为泄爆阀11或设置在中空构件21内的泄爆膜。此外，也可在中空构件21上设置有排气装置12或抽真空设备13，用于在注液和换液时，对大容量电池内的气体进行排放，便于后续的注液和换液。

本实施例中，电解液仓3中的电解液与共享电解液系统2中的电解液互通，吸附装置4设置在电解液仓3内，具体可采用分子筛或氧化铝(其中氧化铝优选为α-Al₂O₃)等，用于吸附处理电解液中的杂质，提升大容量电池的性能以及循环寿命。该吸附装置4对互通后的电解液进行持续不断的吸附处理，使得吸附处理后的电解液满足大容量电池高性能的要求。

以上吸附装置4为吸附棒或吸附层，设置在电解液仓3内壁上，具体可固定设置在电解液仓3的内壁上，例如，焊接或一体设置等；也可通过可拆卸方式设置在电解液仓的内壁上，例如，螺纹或卡接等，螺纹或卡接时需注意密封性，增加密封垫或涂覆密封胶等。

此外，上述吸附装置4的外侧设置有能够溶于电解液的保护层，该保护层对未安装大容量电池之前的吸附装置4进行保护，避免吸附装置4在安装前期被污染或失效。在大容量电池运行过程中，电解液溶解保护层后，吸附层可将电解液中的杂质吸附。经过研究发现，聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、聚丙烯酸酯树脂共聚物(SMMA)、工程塑料(ASA)可良好的溶解于电解液且不会污染电解液，特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于电解液后还可以作为电解液添加剂起到提高电池性能的作用，因此，在本实施例中保护层，优选聚甲基丙烯酸甲酯制作。

实施例2

实施例1中的吸附为静态吸附，该静态吸附能够对电解液仓3和共享电解液系统2中的电解液进行一定量的吸附，但是，随时大容量电池长时间的充放电，其吸附效果会逐渐弱化，基于此，本实用新型提供另一种大容量电池。

如图3所示，本实施例提供的大容量电池包括并联的多个单体电池1、电解液仓3和吸附装置4，多个单体电池1的电解液腔均连通，形成共享电解液系统2。本实施例中，共享电解液系统2包括中空构件21，该中空构件21为具有腔体的结构，例如，共享管等，该中空构件21均与多个单体电池1的内腔连通，形成了一个电解液的共享空间。

本实施例中，电解液仓3的内腔与中空构件21的内腔之间设置有控制阀5和抽液泵6，控制阀5为常闭阀，将共享电解液系统2的腔体和电解液仓3的腔体隔断。设置控制阀5和抽液泵6后，电解液仓3和共享电解液系统2为两个独立腔体，可以不用在电解液仓内预设电解液，需要对电解液进行吸附时，可以将中空构件21内的电解液抽取至电解液仓3内，通过设置在电解液仓3内的吸附装置4进行吸附处理，吸附装置4具体可采用分子筛或氧化铝等，随后，再将吸附处理后的电解液返回至共享电解液系统2，该种方式可以定时对电解液进行吸附处理。

以上抽液泵6和控制阀5可为内置式安装，也可为外置式安装。内置式安装时，中空构件21的一端延伸至电解液仓3内，抽液泵6和控制阀5设置在电解液仓3内的中空构件21上。外置式安装时，中空构件21的一端直接与电解液仓3内连接，抽液泵6和控制阀5设置在电解液仓3外的中空构件21上。外置式安装由于接头在电解液仓3外，存在泄露的风险，而内置式安装则可以避免该风险，内置式安装时，也存在多种安装方式：例如，可将电解液仓3通过隔板31分为两个腔体，上方腔体用于填充电解液，下方腔体用于安装抽液泵6和控制阀5，中空构件21的一端直接穿过下方腔体与上方腔体的内腔连通；再例如，电解液仓3内只有一个腔体，中空构件21延伸至电解液仓3的长度适中，抽液泵6和控制阀5设置在延伸至电解液仓3内的中空构件21上，此时，抽液泵6和控制阀5可淹没在电解液内。

本实施例中吸附装置4可以采用多种结构形式的装置，只要其满足吸附要求即可，例如，吸附装置4为吸附棒或吸附层等，同时，也可在吸附装置4的外侧设置有能够溶于电解液的保护层。在本实施例中，保护层优选聚甲基丙烯酸甲酯制作。

实施例3

如图4所示，在实施例1和实施例2的基础上，本实施例大容量电池中的吸附装置4为中空结构，中空结构的至少一端设置有密封部，中空结构使得吸附装置4满足轻量化的要求。同时，该密封部上设置有注液机构7，使得该吸附装置4不仅具有对杂质的吸附功能，并且还具有的注、换液功能。通过该注液结构一是可在制作大容量电池时向大容量电池内注入电解液形成共享电解液系统2，二是可在大容量电池化成后再次向大容量电池内加入电解液或补锂添加剂，从而可弥补化成时SE I膜消耗电解液中的锂离子，一定程度上解决了SE I膜消耗不可逆锂的问题，三是可在大容量电池运行一定循环次数后，定时对共享电解液系统2的电解液进行补充和更换，从而进一步提高了大容量电池的循环性能。

本实施例中，密封部为密封膜或密封胶垫，在注液时打开密封膜或密封胶垫。该中空结构为多层管结构，其内层管可作为注液通道，中间管为吸附层，外层管为可溶于电解液的保护层。注液机构7与中空结构连接，用于给电解液仓3内添加电解液。该注液机构7具体为注液阀71和注液泵72，注液阀71为三通阀，三通阀的第一端口与电解液仓3内腔连通，第二端口与注液泵72连通，第三端口用于与抽真空装置8连接。补充电解液时，打开注液阀71，连接抽真空设备13，可先通过抽真空对电解液仓3和共享电解液系统2进行抽真空，然后，通过注液阀71和注液泵72将外部储液装置中的电解液补充入电解液仓3内。以上抽真空及加注电解液反复多次，直至各单体电池1中的气体被完全抽出，电解液仓3也被加注至70％左右的液位。

此外，还可以采用其他结构形式的注液机构，例如，该电解液仓的侧壁上设置有开口。注液机构为设置在电解液仓上密封开口的密封胶垫，同时密封胶垫的外侧还设置有端盖，该端盖可铰接在电解液仓3的侧壁上，密封胶垫可用于插装注液针管。注液时，打开端盖，将填充有电解液的注液针管一端插入密封胶垫，注液针管将电解液注入电解液仓内，注液结束后，由于密封胶垫具有一定塑性，可对注液针管插入时产生的微孔进行挤压，实现密封，为进一步保证密封性，还可通过端盖将密封胶垫上产生的微孔密封。换液时，通过电解液仓底部的排液阀或设置在中空构件上的阀门将电解液排放至指定容器内，然后通过注液针管将新的电解液加入电解液仓内，注液结束后，端盖将密封胶垫密封在电解液仓上。

实施例4

如图5所示，在实施例1、实施例2或实施例3的基础上，还可以在电解液仓3和共享电解液系统2中增加循环管路9和循环泵10，循环管路9一端均与多个单体电池1的内腔连通，另一端与电解液仓3连通，使得循环管路9、单体电池1、电解液仓3和共享电解液系统2中的电解液形成一个液体循环通道，循环泵10对循环管路9、单体电池1、电解液仓3和共享电解液系统2中电解液的循环提供动力。此时，可在电解液进行吸附处理时同时进行电解液循环，使得吸附处理后的电解液填充在整个大容量电池的单体电池1内。该吸附装置4可安装在电解液仓3内或循环管内，只要能够对电解液进行吸附处理即可，该吸附装置4可为吸附滤网等，其能够对电解液中粒径较大的杂质进行吸附处理，也可以为吸水但是不吸电解液的吸附层。

实施例5

本实施例在实施例4的基础上，吸附装置4采用锂化分子筛。和普通分子筛相比,锂化分子筛既基本保持普通分子筛优越的吸附性能,又能大大降低电解液体系中杂质离子Na+的引进,是锂离子电池微量水去除方法中最有效、最经济的物理方法之一。

电解液流经锂化分子筛，经过滤、吸附，脱除杂质后,经循环管路9填充在整个大容量电池的单体电池1内达到提升大容量电池的性能以及循环寿命的目的。

实施例6

本实施例在实施例4的基础上，吸附装置4采用树脂包，上述树脂包包括芯层及包裹在芯层上的包覆层。

芯层为含极性酰胺基团树脂，极性酰胺基团树脂包括:聚十二内酰胺、聚ω-氨基十一酰、聚己二酰丁二胺、聚己内酰胺、聚己二酰己二胺一种或多种。

包覆层为电解液能够自由进出的滤网，另外，还可以防止芯层树脂材料扩散至各个单体电池内腔，吸附在极片或隔膜上，使得单体电池性能受损的问题出现。

此类树脂具有强极性，能够吸收电解液中H₂O、PF₅和HF等小分子杂质，净化电解液，提高大容量电池的循环性能。

Claims (12)

1.一种大容量电池，包括并联的多个单体电池，多个单体电池的电解液腔均连通，形成共享电解液系统，其特征在于，还包括电解液仓和吸附装置；

所述电解液仓与共享电解液系统连接；

所述吸附装置用于吸附处理电解液中的杂质。

2.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述电解液仓中的电解液与共享电解液系统中的电解液互通，所述吸附装置设置在电解液仓内。

3.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述共享电解液系统包括中空构件，所述中空构件的内腔均与多个单体电池的内腔连通，且中空构件的一端延伸至电解液仓内，设置有控制阀和抽液泵，所述控制阀用于隔断中空构件内的电解液和电解液仓内的电解液，所述抽液泵用于将中空构件内的电解液抽吸至电解液仓内，所述吸附装置设置在电解液仓内。

4.根据权利要求1至3任一所述的大容量电池，其特征在于，所述吸附装置为吸附棒或吸附层，设置在电解液仓的内壁上。

5.根据权利要求4所述的大容量电池，其特征在于，所述吸附装置与电解液接触的侧壁上设置有能够溶于电解液的保护层。

6.根据权利要求5所述的大容量电池，其特征在于，所述吸附装置为中空结构，中空结构的一端设置有密封部，所述密封部上设置有注液机构。

7.根据权利要求6所述的大容量电池，其特征在于，所述注液机构包括注液阀和注液泵，所述注液阀为三通阀，三通阀的第一端口与中空结构连通，第二端口与注液泵连通，第三端口用于与抽真空装置连接。

8.根据权利要求4所述的大容量电池，其特征在于，所述吸附装置可拆卸的设置在电解液仓的侧壁上。

9.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，还包括循环管路和循环泵，所述循环管路一端均与多个单体电池的内腔连通，另一端与电解液仓连通，所述循环泵对循环管路、单体电池、电解液仓和共享电解液系统中电解液的循环提供动力，所述吸附装置设置在电解液仓内。

10.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，还包括循环管路和循环泵，所述循环管路一端均与多个单体电池的内腔连通，另一端与电解液仓连通，所述循环泵对循环管路、单体电池、电解液仓和共享电解液系统中电解液的循环提供动力，所述吸附装置设置在循环管路内。

11.根据权利要求9或10所述的大容量电池，其特征在于，所述吸附装置为吸附棒或吸附层，所述吸附棒或吸附层的材料为锂化分子筛或α-Al₂O₃。

12.根据权利要求9或11所述的大容量电池，其特征在于，所述吸附装置为树脂包，所述树脂包包括芯层及包裹在芯层上的包覆层；所述芯层为含极性酰胺基团树脂，所述包覆层为电解液能够自由进出的滤网。