CN2615877Y - 可反复充放电之高电压锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

一种可反复充放电之高电压锂离子电池，包括：壳体，锂离子电池正极板和锂离子电池负极板及隔膜，壳体内腔充满电解液，其特征在于：壳体内至少设有两个由正、负极板和隔膜叠摞构成的锂离子电池单元，各锂离子电池单元间串联连接构成芯体后被整体封装在一个壳体内。利用物理和化学原理，打破常规的单体锂离子电池中一个阴极一个阳极的电化学反应方式，采用多阴极、阳极在同一壳体内的电解质液中将物理、化学能转变为动力强大的电能的过程。这种结构可使锂离子电池的单体电压自2.0V至几百上千伏特、使锂离子电池的单体容量自几十毫安时至上百上千安时。这种高电压锂离子电池具有较高的充放电循环特性，能满足各个领域、各种不同负载条件下使用要求。

Description

可反复充放电之高电压锂离子电池
技术领域
本实用新型涉及的是可反复充放电锂离子电池，尤其是一种可反复充放电之高电压充电锂离电池。
技术背景
一般来说，锂离子电池实际上一个锂离子浓差电池，正负极由两种不同的锂离嵌入化合物组成。充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态。放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。在正常充放电情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。
常见的锂离子电池是由一个含锂化合物作为活性材料的正极，一个以能咐和解吸锂金属或碳物质的锂材料作为活性材料的负极，一层能绝缘而又能给电离子导通的隔离层以及含有六氟磷酸锂(LiPF6)或高氯酸锂(LiCIO4)的非水性电解液及外壳组成。构成蓄电池的这些单元中，用作正极活性材料的含锂化合物包括：锂钴复合氧化物LiC0O2)、锂锰复合氧化物(LiMn2O4)、锂镍复合氧化物(LiNiMn2O4)等，而负极则采用锂—碳层间化合物。
目前锂离子电池的单体工作电压为2.0～4.25V之间，要满足高电压负载用电，必须由多个单体电池串联使用。这样不但内阻增大，而且由于多个单体电池串联，依靠设置的均衡充放电保护线路，严重受到技术及成本的制约。例如，一台便携式电脑，DC电压为12～18V，若果使用锂离子电池就需要3～6个单体电池串联，才满足供电。如一辆电动公交大客车，工作电压在388V，就需要108个单体锂离子电池串联起来才能工作。串联的电池容量越大，其均衡充放电保护线路的制作技术难度越高，其安全性也就很难彻底解决。中国实用新型专利申请号为00101356.4公开的《一种可反复充放电的铬氟锂固体动力电池》克服了卷绕式结构铬氟锂电池存在的缺陷，该专利申请是将常规绕卷式结构的铬氟锂电池改制成完全叠摞结构，这种完全叠摞结构的电池为其它类型电池结构改进提供了借鉴。
发明内容
实用新型的目的是针对上述存在的不足，提供一种高电压、高功率，使用安全的可反复充放电之高电压锂离子电池。这种电池能较大地适应各个领域、各种不同的负载条件使用，具有较高的充放电循环性。
本实用新型可反复充放电之高电压锂离子电池，包括：壳体，设置在壳体内的锂离子电池正极板和锂离子电池负极板及隔膜，正、负极板均设有导耳，用于极板导耳间连接的束头，安装在壳体上的极柱和供电解液注入壳体内腔的注液排气阀，壳体内腔充满电解液，其特征在于：壳体内至少设有两个由正、负极板和隔膜叠摞构成的锂离子电池单元，第一个锂离子电池单元的正极板导耳通过束头装订后接正极柱，其负极板通过束头与第二个锂离子电池单元的正极板导耳连接，第二个锂离子电池单元的负极板导耳通过束头与第三个锂离子电池单元的正极板导耳连接，与此类推，最后一个锂离子电池单元的负极板通过束头装订后接极柱；各锂离子电池间均设有隔膜；上述串联连接的多个锂离子电池单元组成的芯体被整体封装在一个壳体内。
本实用新型可反复充放电之高电压锂离子电池的设计原理是：利用物理和化学原理，打破常规的单体锂离子电池中一个阴极一个阳极的电化学反应方式，采用多阴极、阳极在同一壳体内的电解质液中将物理、化学能转变为动力强大的电能的过程。
本实用新型可反复充放电之高电压锂离子电池设计科学，结构巧妙、合理，这种结构可使锂离子电池的单体电压自2.0V至几百上千伏特成为可能。它可使锂离子电池的单体容量自几十毫安时至上百上千安时。这种高电压锂离子电池具有较高的充放电循环特性，能满足各个领域、各种不同负载条件下使用要求。是一种全新概念的高能量锂离子电池。
本实用新型可反复充放电之高电压锂离子电池的具体结构由以下附图和实施例详细给出。
附图说明
图1是可反复充放电之高电压锂离子电池结构示意图；
图2是图1所示高电压锂离子电池的芯体结构示意图；
图3是图2所示芯体两个锂离子电池单元连接前结构示意图；
图4是图1所示高电压锂离子电池的注液排气阀结构示意图；
图5是图1所示高电压锂离子电池的另一种实施例结构示意图；
图6是图1所示高电压锂离子电池的再一种实施例结构示意图。
具体实施方式
实施例1：从图1可以清楚地看到，这是一种方形可反复充放电之高电压锂离子电池，由壳体1和安装在其内的由正极板2、负极板3和隔膜4及束头5构成的六个锂离子电池单元61、62、63、64、65、66构成的芯体6组成，壳体1上设有供正极柱7、负极柱8导出的通孔和供电解液注入的注液排气阀9，壳体1内充满电解液10。
所述单体高电压锂离子电池之芯体6的组成结构如图2所示，单体高电压锂离子电池之芯体6由六个锂离子电池单元61、62、63、64、65、66串联而成，即(参见图3)：第一个锂离子电池单元61的正极板2导耳端21通过束头5装订连接后与正极柱7连接，其负极板3通过束头5与第二个锂离子电池单元62的正极板2导耳端21连接，第二个锂离子电池单元62的负极板3导耳端31通过束头5与第三个锂离子电池单元63的正极板1导耳端21连接，与此类推，最后一个锂离子电池单元66的负极板3导耳端31通过束头5装订后接负极柱8；各个锂离子电池单元61、62、63、64、65、66间均设有隔膜4，上述串联的各锂离子电池单元构成单体高电压锂离子电池之芯体6。
所述正极板2由导电基材和正极活性组合物制成，这种导电基材为矩形片状结构，是发泡镍、镍片或镍制成的丝网，或金属铝箔、铝板或由金属铝制成的铝网，或银片、带有银涂层的镍基材；所述正极活性组合物是锂镍复合氧化物(LiNiO2)或锂钴复合氧化物(LiC0O2)或锂锰复合氧化物(LiMn2O4)或复合铬氟锂粉剂与聚四氟乙烯乳液及乙酸和蒸镏水混合成的浆料；正极活性组合物之浆料均匀涂复在导电基材的两面，经干燥后制成锂离子电池正极板，正极板设有导耳。
所述负极板3由导电基材和负极活性组合物制成，这种导电基材为矩形片状结构，是金属铜或金属铜箔或金属铜丝网或金属银或金属镍基材；所述负极活性组合物是天然石墨粉与焦碳的混合物或人造石墨粉或纳米碳负极粉与氧化鋅、聚四氟乙烯乳液和蒸镏水混合成的浆料；负极活性组合物之浆料均匀涂复在导电基材的两面，经干燥后制成锂离子电池负极板，负极板设有导耳。
所述的隔膜4是纤维素纸或无纺布、合成树脂制成的多孔膜，也可以是任何常规的蓄电池聚氯乙烯、聚偏氯乙烯，高低密度聚乙烯、尼龙66等。
所述的电解液10是非水电解液体系，如六氟磷酸锂(LiPF6)或高氯酸锂(LiCIO4)，也可以是含有碱性化合物、任选的氧化鋅、电解质和水性溶液制成的电解液。
所述壳体1为塑料PP或PP+PB注塑成型，也可以用金属不锈钢或金属铝等材质焊接制成。
所述注液排气阀9如图4所示，由开有排气孔90的阀座91、设置在阀座91内的阀片92、弹簧93和调节螺柱94组成，注液排气阀9以螺配合方式密封安装在壳体1上。
将上述单体高电压锂离子电池之芯体6置于壳体1内(见图1)，芯体6的正极柱7和负极柱8分别从壳体1相应的通孔导出，并通过密封圈11和螺帽12与极柱上的螺纹配合，封闭壳体1上供正、负极柱7、8导出的通孔，即可使壳体1内腔密闭，然后通过设置在壳体1上的注液排气阀9将电解液10注入，直至充满壳体1内腔即可。
实施例2：从图5可以清楚地看到，这是一扁方型结构的可反复充放电之高电压锂离子电池，其内部结构与实施例1相同，区别是：壳体1的周壁为凹凸槽11结构，由塑质材料注塑成型。壳体1周壁上的凹凸槽11能满足多个单体可反复充放电之高电压锂离子电池叠摞组合使用时通风散热之要求，当多个单体可反复充放电之高电压锂离子电池叠摞组合后，各壳体周壁凹凸槽11所形成的通道，有助于各单体可反复充放电之高电压锂离子电池的通风散热。
实施例3：从图6可以清楚地看到，这是一种圆柱型结构的可反复充放电之高电压锂离子电池，其内部结构与实施例1相同，区别是：壳体1为圆柱结构，由不锈钢材料制成，壳体1的上端面设有一只注液排气阀9；单体高电压锂离子电池之芯体6安装在壳体1内，芯体6的负极柱8从壳体1的底部引出，芯体6的正极与设置在壳体1上端面的注液排气阀9连接，由注液排气阀9用作电池的正极输出极柱。其外形与普通柱形锂离子电池相同。

Claims (9)

1、一种可反复充放电之高电压锂离子电池，包括：壳体，设置在壳体内的锂离子电池正极板和锂离子电池负极板及隔膜，正、负极板均设有导耳，用于极板导耳间连接的束头，安装在壳体上的极柱和供电解液注入壳体内腔的注液排气阀，壳体内腔充满电解液，其特征在于：壳体内至少设有两个由正、负极板和隔膜叠摞构成的锂离子电池单元，第一个锂离子电池单元的正极板导耳通过束头装订后接正极柱，其负极板通过束头与第二个锂离子电池单元的正极板导耳连接，第二个锂离子电池单元的负极板导耳通过束头与第三个锂离子电池单元的正极板导耳连接，与此类推，最后一个锂离子电池单元的负极板通过束头装订后接极柱；各锂离子电池间均设有隔膜；上述串联连接的多个锂离子电池单元组成的芯体被整体封装在一个壳体内。
2、根据权利要求1所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：正、负极板(2、3)均为矩形片状。
3、据权利要求1或2所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：壳体(1)为塑料PP或PP+PB注塑成型，
4、根据权利要求1或2所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：壳体(1)用金属不锈钢或金属铝材质焊接制成。
5、根据权利要求1或2所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：注液排气阀(9)由开有排气孔(90)的阀座(91)、设置在阀座(91)内的阀片(92)、弹簧(93)和调节螺柱(94)组成，注液排气阀(9)以螺纹配合方式密封安装在壳体(1)上。
6、根据权利要求3所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：注液排气阀(9)由开有排气孔(90)的阀座(91)、设置在阀座(91)内的阀片(92)、弹簧(93)和调节螺柱(94)组成，注液排气阀(9)以螺纹配合方式密封安装在壳体(1)上。
7、根据权利要求4所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：注液排气阀(9)由开有排气孔(90)的阀座(91)、设置在阀座(91)内的阀片(92)、弹簧(93)和调节螺柱(94)组成，注液排气阀(9)以螺纹配合方式密封安装在壳体(1)上。
8、根据权利要求3所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：壳体(1)的周壁为凹凸槽(11)结构。
9、根据权利要求4所述的可反复充放电之高电压锂离子电池，其特征在于：壳体(1)为圆柱结构，壳体(1)的上端面设有一只注液排气阀(9)；单体高电压锂离子电池之芯体(6)安装在壳体(1)内，芯体(6)的负极柱(8)从壳体(1)的底部引出，芯体(6)的正极与设置在壳体(1)上端面的注液排气阀(9)连接。
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