一种压力自适应的储能电池封装装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种压力自适应的金属锂电池、金属铝电池、金属锌电池、金属镁电池，属于碱金属二次电池技术领域，特别涉及锂硫电池技术领域。
【背景技术】
[0002]以金属锂电池为代表的电池在21世纪以来获得快速发展。以锂硫电池为例，由于其兼具低成本、高比能、环境友好等优势，受到国内外学术界和企业界的广泛关注。锂硫电池拟在大规模储能、电动汽车、无人飞机等领域获得广泛应用。然而，此类碱金属电池的突出特点是:金属一侧(用作负极)的电化学反应过程中必然伴随着金属的溶解-沉积过程，同时会带来负极活性物质的体积变化。同时，电池在自身受热的情况下也会发生热胀冷缩的现象，造成一定的体积变化。特别是对锂硫电池来说，正极硫在放电之后会变成硫化锂，体积膨胀70%以上;负极在充电之后往往会产生不均匀的锂沉积，厚度也会发生膨胀。正负极材料的体积变化会对电池极片间的压紧力造成不可控的后果。严重时会使电池失效，甚至起火爆炸。
[0003]目前，锂硫电池研发单位所用的锂硫电池电池壳体基本为软质铝塑壳，容易被电池变化产生的膨胀弄破。即便其采用硬质的金属铝电池壳体抑制其膨胀，也无法避免极片因为内部挤压而造成隔膜穿刺而发生短路。同时，对于电池来说，电极内部需要保证必要的压紧力以减小内部的欧姆极化，所以对电池均匀施加一定的压力是必须的。
[0004]在目前的研究过程中，普遍采用的技术是用两块硬质夹板夹紧固定，以限制电池的体积膨胀。采用这种方法尽管可以使电池看起来没有膨胀，但是却严重损害了电池内部。采用该装置研发的锂硫电池的循环寿命难以突破100次的循环寿命。如何解决该问题，成为锂硫电池未来发展所面临的重要问题。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型为解决上述目的，涉及一种电池结构，在电池与电池壳体之间引入压力调节器，可以有效的缓解电池在体积变化过程中的内部压力变化，从而起到保护电池结构、延长储能电池使用寿命的效果。
[0006]为达到上述目的，本实用新型采用的具体技术方案如下:
[0007]—种压力自适应的电池封装装置，包括电池和电池壳体，电池置于电池壳体内于电池壳体内还设置有二个平板，二个平板相对平行设置，电池置于二个平板之间，电池于平板上的投影位于平板内，于二个平板远离电池侧的表面分别均布有3个以上的弹性体，弹性体一端分别与二个平板远离电池的表面固接，另一端与电池壳体内壁面相连;弹性体为压缩弹簧或弹性胶垫。
[0008]电池由依次叠合的正极极片、隔膜、负极极片构成，正极极片和负极极片分别与二个平板平行设置，根据电池内部的压力变化而进行自适应调整，保持电池的内部结构稳定；该压力由组成电池的部件中一种或两种以上的体积变化造成，或者由电池内部分解产生的气体造成。
[0009]压力调整的方式为电池壳体与弹性体间的机械式恒压调节和/或电池壳体上设置气体排出口的变压调节。
[0010]该封装装置由电池和电池壳体组成，电池由依次叠合的正极极片、隔膜、负极极片构成;二个平板和电池壳体之间留有一定空腔，空腔的厚度为电池厚度的0.001?0.1倍;当电池发生物理膨胀的时候，平板与电池壳体之间的空隙收缩，以保证平板和电池之间的压力恒定。
[0011]该电池壳体上设有有排气阀，可以保证内部气压的稳定，并且防止外界水汽、氧气及二氧化碳气体的进入。
[0012]该装置可以根据电池在生命周期内的内部压力变化做出反应，起到平衡电池内部压力，提高电池寿命的作用。
[0013]于电池投影所处区域之外的二个平板远离电池侧的表面分别均布有3个以上的弹性体。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型所涉及的压力自适应的储能电池封装装置的俯视图；其中1-正负极极耳，2-电池壳体，3-气体排出口。
[0015]图2为本实用新型所涉及的压力自适应储能电池封装后的侧剖视图；其中其中1-正负极极耳，4-弹性体，5-平板。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017]采用压力自适应结构(图1、2)组装了以金属锂作负极、碳硫复合物作正极的锂硫电池。电池内部的压力由两面各10根压力为10牛顿的弹簧构成，电池壳体与平板之间的间隙为10mm。本实施例电池的尺寸为80 X 50X8,电池壳体的尺寸为80 X 50 X 10。随着充放电循环的进行，正负极发生逐渐膨胀，当电池内部压力大于100牛顿时，弹簧被压缩，电极内部的压力得到释放。电池在0.1C下，可循环100次以上。
[0018]实施例2、
[0019]采用压力自适应结构(图1、2)组装了以金属锂作负极、碳硫复合物作正极的锂硫电池。电池内部的压力由两面各2片压力为10牛顿的弹力胶垫构成，电池壳体与平板之间的间隙为10mm。本实施例电池的尺寸为80 X 50 X 8，金属电池壳体的尺寸为80 X 50 X 10。随着充放电循环的进行，正负极发生逐渐膨胀，当电池内部压力大于100牛顿时，弹力胶垫被压缩，电极内部的压力得到释放。电池在0.1C下，可循环100次以上。
[0020]实施例3、
[0021]采用压力自适应结构(图1、2)组装了以金属锂作负极、碳硫复合物作正极的锂硫电池。电池内部的压力由一片压力为10牛顿的弹簧构成;另外一面不放置弹簧，直接与电池壳体贴近。放置弹簧的一面，电池壳体与平板之间的间隙为1mm。本实施例电池的尺寸为80X 50 X 8，金属电池壳体的尺寸为80 X 50 X 10。随着充放电循环的进行，正负极发生逐渐膨胀，当电池内部压力大于100牛顿时，弹簧被压缩，电极内部的压力得到释放。电池在0.1C下，可循环50次以上。
[0022]实施例3、
[0023]采用压力自适应结构(图1、2)组装了以金属锂作负极、碳硫复合物作正极的锂硫电池。电池内部的压力由一片压力为10牛顿的弹力胶垫构成；另外一面不放置弹力胶垫，直接与电池壳体贴近。放置弹力胶垫的一面，电池壳体与平板之间的间隙为1mm。本实施例电池的尺寸为80 X 50 X 8，金属电池壳体的尺寸为80 X 50 X 10。随着充放电循环的进行，正负极发生逐渐膨胀，当电池内部压力大于100牛顿时，弹力胶垫被压缩，电极内部的压力得到释放。电池在0.1C下，可循环50次以上。
[0024]对比例I
[0025]不采用压力自适应结构，直接以铝塑壳封装锂硫电池。电池的尺寸为80X50X8，金属电池壳体的尺寸为80X50X10。随着充放电循环的进行，正负极发生逐渐膨胀，当电池内部压力大于100牛顿时，电池发生明显变形、电池在0.1C下，循环20次后，电池数据出现异常。
[0026]对比例2
[0027]不采用压力自适应结构，直接以硬质铝壳封装锂硫电池。电池的尺寸为80 X 50 X8，金属电池壳体的尺寸为80 X 50 X 10。随着充放电循环的进行，正负极发生逐渐膨胀，电池在0.1C下，循环10次后，电池数据出现异常，出现冒烟起火现象。
【主权项】
1.一种压力自适应的电池封装装置，包括电池和电池壳体，电池置于电池壳体内，其特征在于:于电池壳体内还设置有二个平板，二个平板相对平行设置，电池置于二个平板之间，电池于平板上的投影位于平板内，于二个平板远离电池侧的表面分别均布有3个以上的弹性体，弹性体一端分别与二个平板远离电池的表面固接，另一端与电池壳体内壁面相连；弹性体为压缩弹簧或弹性胶垫。2.按照权利要求1所述压力自适应的电池封装装置，其特征在于:电池由依次叠合的正极极片、隔膜、负极极片构成，正极极片和负极极片分别与二个平板平行设置，根据电池内部的压力变化而进行自适应调整，保持电池的内部结构稳定;该压力由组成电池的部件中一种或两种以上的体积变化造成，或者由电池内部分解产生的气体造成。3.按照权利要求1所述压力自适应的电池封装装置，其特征在于:压力调整的方式为电池壳体与弹性体间的机械式恒压调节和/或电池壳体上设置气体排出口的变压调节。4.按照权利要求1或3所述压力自适应的电池封装装置，其特征在于:该封装装置由电池和电池壳体组成，电池由依次叠合的正极极片、隔膜、负极极片构成;二个平板和电池壳体之间留有一定空腔，空腔的厚度为电池厚度的0.0Ol?0.1倍；当电池发生物理膨胀的时候，平板与电池壳体之间的空隙收缩，以保证平板和电池之间的压力恒定。5.按照权利要求3所述压力自适应的电池封装装置，其特征在于:该电池壳体上设有有排气阀，可以保证内部气压的稳定，并且防止外界水汽、氧气及二氧化碳气体的进入。6.按照权利要求1-5任一所述压力自适应的电池封装装置，其特征在于:该装置可以根据电池在生命周期内的内部压力变化做出反应，起到平衡电池内部压力，提高电池寿命的作用。7.按照权利要求1所述压力自适应的电池封装装置，其特征在于:于电池投影所处区域之外的二个平板远离电池侧的表面分别均布有3个以上的弹性体。
【专利摘要】本实用新型涉及一种压力自适应的电池封装装置，包括电池和电池壳体，电池置于电池壳体内，其特征在于：于电池壳体内还设置有二个平板，二个平板相对平行设置，电池置于二个平板之间，电池于平板上的投影位于平板内，于二个平板远离电池侧的表面分别均布有3个以上的弹性体，弹性体一端分别与二个平板远离电池的表面固接，另一端与电池壳体内壁面相连；弹性体为压缩弹簧或弹性胶垫。该装置可以根据电池在生命周期内的内部压力变化做出反应，起到平衡电池内部压力，提高电池寿命的作用。
【IPC分类】H01M2/10
【公开号】CN205194760
【申请号】CN201521035335
【发明人】张洪章, 张华民, 李先锋, 王美日, 曲超
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月14日