一種壓力自適應的儲能電池封裝裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種壓力自適應的金屬鋰電池、金屬鋁電池、金屬鋅電池、金屬鎂電池，屬于堿金屬二次電池技術領域，特別涉及鋰硫電池技術領域。
【背景技術】
[0002]以金屬鋰電池為代表的電池在21世紀以來獲得快速發(fā)展。以鋰硫電池為例，由于其兼具低成本、高比能、環(huán)境友好等優(yōu)勢，受到國內(nèi)外學術界和企業(yè)界的廣泛關注。鋰硫電池擬在大規(guī)模儲能、電動汽車、無人飛機等領域獲得廣泛應用。然而，此類堿金屬電池的突出特點是:金屬一側(用作負極)的電化學反應過程中必然伴隨著金屬的溶解-沉積過程，同時會帶來負極活性物質(zhì)的體積變化。同時，電池在自身受熱的情況下也會發(fā)生熱脹冷縮的現(xiàn)象，造成一定的體積變化。特別是對鋰硫電池來說，正極硫在放電之后會變成硫化鋰，體積膨脹70%以上;負極在充電之后往往會產(chǎn)生不均勻的鋰沉積，厚度也會發(fā)生膨脹。正負極材料的體積變化會對電池極片間的壓緊力造成不可控的后果。嚴重時會使電池失效，甚至起火爆炸。
[0003]目前，鋰硫電池研發(fā)單位所用的鋰硫電池電池殼體基本為軟質(zhì)鋁塑殼，容易被電池變化產(chǎn)生的膨脹弄破。即便其采用硬質(zhì)的金屬鋁電池殼體抑制其膨脹，也無法避免極片因為內(nèi)部擠壓而造成隔膜穿刺而發(fā)生短路。同時，對于電池來說，電極內(nèi)部需要保證必要的壓緊力以減小內(nèi)部的歐姆極化，所以對電池均勻施加一定的壓力是必須的。
[0004]在目前的研究過程中，普遍采用的技術是用兩塊硬質(zhì)夾板夾緊固定，以限制電池的體積膨脹。采用這種方法盡管可以使電池看起來沒有膨脹，但是卻嚴重損害了電池內(nèi)部。采用該裝置研發(fā)的鋰硫電池的循環(huán)壽命難以突破100次的循環(huán)壽命。如何解決該問題，成為鋰硫電池未來發(fā)展所面臨的重要問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型為解決上述目的，涉及一種電池結構，在電池與電池殼體之間引入壓力調(diào)節(jié)器，可以有效的緩解電池在體積變化過程中的內(nèi)部壓力變化，從而起到保護電池結構、延長儲能電池使用壽命的效果。
[0006]為達到上述目的，本實用新型采用的具體技術方案如下:
[0007]—種壓力自適應的電池封裝裝置，包括電池和電池殼體，電池置于電池殼體內(nèi)于電池殼體內(nèi)還設置有二個平板，二個平板相對平行設置，電池置于二個平板之間，電池于平板上的投影位于平板內(nèi)，于二個平板遠離電池側的表面分別均布有3個以上的彈性體，彈性體一端分別與二個平板遠離電池的表面固接，另一端與電池殼體內(nèi)壁面相連;彈性體為壓縮彈簧或彈性膠墊。
[0008]電池由依次疊合的正極極片、隔膜、負極極片構成，正極極片和負極極片分別與二個平板平行設置，根據(jù)電池內(nèi)部的壓力變化而進行自適應調(diào)整，保持電池的內(nèi)部結構穩(wěn)定；該壓力由組成電池的部件中一種或兩種以上的體積變化造成，或者由電池內(nèi)部分解產(chǎn)生的氣體造成。
[0009]壓力調(diào)整的方式為電池殼體與彈性體間的機械式恒壓調(diào)節(jié)和/或電池殼體上設置氣體排出口的變壓調(diào)節(jié)。
[0010]該封裝裝置由電池和電池殼體組成，電池由依次疊合的正極極片、隔膜、負極極片構成;二個平板和電池殼體之間留有一定空腔，空腔的厚度為電池厚度的0.001?0.1倍;當電池發(fā)生物理膨脹的時候，平板與電池殼體之間的空隙收縮，以保證平板和電池之間的壓力恒定。
[0011]該電池殼體上設有有排氣閥，可以保證內(nèi)部氣壓的穩(wěn)定，并且防止外界水汽、氧氣及二氧化碳氣體的進入。
[0012]該裝置可以根據(jù)電池在生命周期內(nèi)的內(nèi)部壓力變化做出反應，起到平衡電池內(nèi)部壓力，提高電池壽命的作用。
[0013]于電池投影所處區(qū)域之外的二個平板遠離電池側的表面分別均布有3個以上的彈性體。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型所涉及的壓力自適應的儲能電池封裝裝置的俯視圖；其中1-正負極極耳，2-電池殼體，3-氣體排出口。
[0015]圖2為本實用新型所涉及的壓力自適應儲能電池封裝后的側剖視圖；其中其中1-正負極極耳，4-彈性體，5-平板。
【具體實施方式】
[0016]實施例1
[0017]采用壓力自適應結構(圖1、2)組裝了以金屬鋰作負極、碳硫復合物作正極的鋰硫電池。電池內(nèi)部的壓力由兩面各10根壓力為10牛頓的彈簧構成，電池殼體與平板之間的間隙為10mm。本實施例電池的尺寸為80 X 50X8,電池殼體的尺寸為80 X 50 X 10。隨著充放電循環(huán)的進行，正負極發(fā)生逐漸膨脹，當電池內(nèi)部壓力大于100牛頓時，彈簧被壓縮，電極內(nèi)部的壓力得到釋放。電池在0.1C下，可循環(huán)100次以上。
[0018]實施例2、
[0019]采用壓力自適應結構(圖1、2)組裝了以金屬鋰作負極、碳硫復合物作正極的鋰硫電池。電池內(nèi)部的壓力由兩面各2片壓力為10牛頓的彈力膠墊構成，電池殼體與平板之間的間隙為10mm。本實施例電池的尺寸為80 X 50 X 8，金屬電池殼體的尺寸為80 X 50 X 10。隨著充放電循環(huán)的進行，正負極發(fā)生逐漸膨脹，當電池內(nèi)部壓力大于100牛頓時，彈力膠墊被壓縮，電極內(nèi)部的壓力得到釋放。電池在0.1C下，可循環(huán)100次以上。
[0020]實施例3、
[0021]采用壓力自適應結構(圖1、2)組裝了以金屬鋰作負極、碳硫復合物作正極的鋰硫電池。電池內(nèi)部的壓力由一片壓力為10牛頓的彈簧構成;另外一面不放置彈簧，直接與電池殼體貼近。放置彈簧的一面，電池殼體與平板之間的間隙為1mm。本實施例電池的尺寸為80X 50 X 8，金屬電池殼體的尺寸為80 X 50 X 10。隨著充放電循環(huán)的進行，正負極發(fā)生逐漸膨脹，當電池內(nèi)部壓力大于100牛頓時，彈簧被壓縮，電極內(nèi)部的壓力得到釋放。電池在0.1C下，可循環(huán)50次以上。
[0022]實施例3、
[0023]采用壓力自適應結構(圖1、2)組裝了以金屬鋰作負極、碳硫復合物作正極的鋰硫電池。電池內(nèi)部的壓力由一片壓力為10牛頓的彈力膠墊構成；另外一面不放置彈力膠墊，直接與電池殼體貼近。放置彈力膠墊的一面，電池殼體與平板之間的間隙為1mm。本實施例電池的尺寸為80 X 50 X 8，金屬電池殼體的尺寸為80 X 50 X 10。隨著充放電循環(huán)的進行，正負極發(fā)生逐漸膨脹，當電池內(nèi)部壓力大于100牛頓時，彈力膠墊被壓縮，電極內(nèi)部的壓力得到釋放。電池在0.1C下，可循環(huán)50次以上。
[0024]對比例I
[0025]不采用壓力自適應結構，直接以鋁塑殼封裝鋰硫電池。電池的尺寸為80X50X8，金屬電池殼體的尺寸為80X50X10。隨著充放電循環(huán)的進行，正負極發(fā)生逐漸膨脹，當電池內(nèi)部壓力大于100牛頓時，電池發(fā)生明顯變形、電池在0.1C下，循環(huán)20次后，電池數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常。
[0026]對比例2
[0027]不采用壓力自適應結構，直接以硬質(zhì)鋁殼封裝鋰硫電池。電池的尺寸為80 X 50 X8，金屬電池殼體的尺寸為80 X 50 X 10。隨著充放電循環(huán)的進行，正負極發(fā)生逐漸膨脹，電池在0.1C下，循環(huán)10次后，電池數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，出現(xiàn)冒煙起火現(xiàn)象。
【主權項】
1.一種壓力自適應的電池封裝裝置，包括電池和電池殼體，電池置于電池殼體內(nèi)，其特征在于:于電池殼體內(nèi)還設置有二個平板，二個平板相對平行設置，電池置于二個平板之間，電池于平板上的投影位于平板內(nèi)，于二個平板遠離電池側的表面分別均布有3個以上的彈性體，彈性體一端分別與二個平板遠離電池的表面固接，另一端與電池殼體內(nèi)壁面相連；彈性體為壓縮彈簧或彈性膠墊。2.按照權利要求1所述壓力自適應的電池封裝裝置，其特征在于:電池由依次疊合的正極極片、隔膜、負極極片構成，正極極片和負極極片分別與二個平板平行設置，根據(jù)電池內(nèi)部的壓力變化而進行自適應調(diào)整，保持電池的內(nèi)部結構穩(wěn)定;該壓力由組成電池的部件中一種或兩種以上的體積變化造成，或者由電池內(nèi)部分解產(chǎn)生的氣體造成。3.按照權利要求1所述壓力自適應的電池封裝裝置，其特征在于:壓力調(diào)整的方式為電池殼體與彈性體間的機械式恒壓調(diào)節(jié)和/或電池殼體上設置氣體排出口的變壓調(diào)節(jié)。4.按照權利要求1或3所述壓力自適應的電池封裝裝置，其特征在于:該封裝裝置由電池和電池殼體組成，電池由依次疊合的正極極片、隔膜、負極極片構成;二個平板和電池殼體之間留有一定空腔，空腔的厚度為電池厚度的0.0Ol?0.1倍；當電池發(fā)生物理膨脹的時候，平板與電池殼體之間的空隙收縮，以保證平板和電池之間的壓力恒定。5.按照權利要求3所述壓力自適應的電池封裝裝置，其特征在于:該電池殼體上設有有排氣閥，可以保證內(nèi)部氣壓的穩(wěn)定，并且防止外界水汽、氧氣及二氧化碳氣體的進入。6.按照權利要求1-5任一所述壓力自適應的電池封裝裝置，其特征在于:該裝置可以根據(jù)電池在生命周期內(nèi)的內(nèi)部壓力變化做出反應，起到平衡電池內(nèi)部壓力，提高電池壽命的作用。7.按照權利要求1所述壓力自適應的電池封裝裝置，其特征在于:于電池投影所處區(qū)域之外的二個平板遠離電池側的表面分別均布有3個以上的彈性體。
【專利摘要】本實用新型涉及一種壓力自適應的電池封裝裝置，包括電池和電池殼體，電池置于電池殼體內(nèi)，其特征在于：于電池殼體內(nèi)還設置有二個平板，二個平板相對平行設置，電池置于二個平板之間，電池于平板上的投影位于平板內(nèi)，于二個平板遠離電池側的表面分別均布有3個以上的彈性體，彈性體一端分別與二個平板遠離電池的表面固接，另一端與電池殼體內(nèi)壁面相連；彈性體為壓縮彈簧或彈性膠墊。該裝置可以根據(jù)電池在生命周期內(nèi)的內(nèi)部壓力變化做出反應，起到平衡電池內(nèi)部壓力，提高電池壽命的作用。
【IPC分類】H01M2/10
【公開號】CN205194760
【申請?zhí)枴緾N201521035335
【發(fā)明人】張洪章, 張華民, 李先鋒, 王美日, 曲超
【申請人】中國科學院大連化學物理研究所
【公開日】2016年4月27日
【申請日】2015年12月14日