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CN106229557A - 一种锂离子电池 - Google Patents

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孙雅荻
陈晓
孙俊才
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Zhongzhi New Energy Science And Technology Dalian Co ltd
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Haiyue High Tech Battery Technology Dalian Co ltd
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Abstract

本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种海洋工程全海深水下用锂离子电池组及其模组，属于锂离子电池领域。一种锂离子电池，所述电池由电池单元和柔性外壳组成，所述电池单元经整体绝缘处理后封装于充满绝缘液体的柔性外壳中，所述柔性外壳为密封结构，其由刚性顶板和柔性外囊组成，所述刚性顶板与柔性外囊连接形成一个密封囊体；所述电池单元包括电池模块芯或电池模组芯。本发明采用充液可变形柔性外壳容器封装软包装电池芯可以防止在100～11000米水深压力下造成的对电池芯的损坏，作为潜水器等水下设备供电电源，具有安全可靠的供电性能。

Description

一种锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子电池，尤其涉及一种海洋工程全海深水下用锂离子电池组及其模组，属于锂离子电池领域。
背景技术
作为高效电能储存与转换的绿色装置，锂离子电池被认为是载运工具真正实现零排放的理想动力电源，汽车等领域已经开始应用。传统的锂离子电池电芯采用金属外壳封装，并在顶部设有安全阀，用于泄放气体，因而该安全阀与密封圈处留有一个小的空腔开启安全阀。这样的电芯涉及在常规的大气环境和常压环境，广泛应用。但是在高压和超高压环境中，电池芯的外壳和空隙腔将受到压缩变形，导致电池芯的损伤和时效，不仅影响电池的寿命，而且具有安全隐患。
随着海洋工程技术的发展，海洋探测、海洋考查、海洋搜救、海洋测量等工作的开展，大量的水下无人或有人航行器、深潜器、探测器以及各种装备对高能量密度的大功率电源需求日益增加。电源的供电能力成为这些设备和装备的发展以及水下作业任务和作业时间的重要制约因素。对于海洋水下设备与装备的供电电源，大多数采用金属壳电池芯由于存在安全阀空隙腔不适合于组装水下储能电池组供电。软包装电池由于没有空隙相对适合水下使用。但是随着水深的增加，海水的压力将达到惊人的程度，尤其在超过6000米的深渊区，海水压力将达到60MPa，在11000米深度，压力将达到110MPa。为了避免环境压力对电池组及电池芯造成的损伤，将电池模组密封于一个压力容器中，由压力容器抵抗海水的压力，适用于小深度的水下环境；在深水及深渊区，为了避免超高环境压力对电池组及电池芯造成的损伤，在压力容器中充满液体，加强电池模组的导热性能，并设有压力补偿气囊，避免对电池模组施加的压力过大，造成电池模组中电池芯金属壳的变形失效。压力容器由足够厚度的金属或陶瓷制成，可耐受110MPa以上的超高压力。耐受超高压的金属或陶瓷压力容器体积巨大，且重量大，造成水下用电设备的体积增加，有效荷载减少，且耗能较大。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池，该电池为适合于全海深使用的高能量密度和低耗能的水下设备电源，且不依赖使用的密封压力舱和耐压容器的供电电源。具体地，提供一种适合于全海深应用的不依赖密封压力舱和耐压容器的锂离子电池模块和电池模组。
一种锂离子电池，所述电池由电池单元和柔性外壳组成，所述电池单元经整体绝缘处理后封装于充满绝缘液体的柔性外壳中，
所述柔性外壳为密封结构，其由刚性顶板和柔性外囊组成，所述刚性顶板与柔性外囊连接形成一个密封囊体；
所述电池单元包括电池模块芯或电池模组芯；所述电池模块芯或电池模组芯的正极和负极分别通过导线连接电路板，所述电路板固定于所述柔性外壳刚性顶板的下表面；所述电路板通过导线连接正极输出端子和负极输出端子，所述正极输出端子和负极输出端子固定于柔性外壳顶板上，
其中，所述电池模块芯由串联和/或并联的软包装锂离子电池芯组成；所述电池模组芯由电池模块芯经并联或/和串联组成；
所述电池单元整体置于密封囊体中，仅有连接固定于柔性外壳刚性顶板的正极输出端子和负极输出端子或连接在正极输出端子和负极输出端子上的电缆线露出。
上述技术方案中，所述刚性顶板为平板结构，其四个边与柔性外囊的开口处连接，进而形成一个密封囊体。
上述技术方案中，所述正极输出端子和负极输出端子连接电缆线，该电缆线伸出柔性外壳外，用于连接用电设备。
上述技术方案中，所述电池单元整体置于密封囊体中，当正极输出端子和负极输出端子部分突出于刚性顶板时，固定于柔性外壳刚性顶板上的正极输出端子和负极输出端子及分别连接两个端子的电缆线露出；当正极输出端子和负极输出端子未突出于刚性顶板时，仅分别连接正极输出端子和负极输出端子的电缆线露出。
进一步地，所述柔性外壳上设有至少一个可用于向囊体内输送液体的口，更进一步地，优选所述囊体上包括至少一个充液口和至少一个泄液口。
上述技术方案中，所述柔性外囊的材料为可变形的高分子材料或复合材料，进一步地，优选所述外囊的材料为橡胶、软质聚乙烯。
上述技术方案中，所述封装于柔性外壳内的电池单元主要电池部分可为电池模块芯或电池模块组，其中，所述电池模块芯由串联和/或并联的软包装锂离子电池芯组成；所述电池模组芯由电池模块芯经并联或/和串联组成。
上述技术方案中，所述电池模块芯的正极和负极分别通过导线连接电路板，所述电路板通过导线连接正极输出端子和负极输出端子；所述电路板固定于所述柔性外壳刚性顶板的下表面，所述正极输出端子和负极输出端子固定于柔性外壳顶板上并通过导线连接电路板。
上述技术方案中，所述电池模组芯的正极和负极分别通过导线连接电路板，所述电路板通过导线连接正极输出端子和负极输出端子；所述电路板固定于所述柔性外壳刚性顶板的下方，所述正极输出端子和负极输出端子固定于柔性外壳顶板上并通过导线连接电路板。
进一步地，所述电路板一侧固定于柔性外壳顶板的下表面侧，位于囊体内部；其另一侧包裹绝缘硅胶，绝缘硅胶将电路板的电路部分包裹在其中。
上述技术方案中，将电池模块芯或电池模组芯、电路板、柔性外壳刚性顶板、正极输出端子和负极输出端子以及连接用电线、电缆线进行组装，组装完成经过整体绝缘处理后封装于充满绝缘液体的柔性外壳中而成锂离子电池，仅有连接固定于柔性外壳刚性顶板的正极输出端子和负极输出端子或连接在正极输出端子和负极输出端子的电缆线露出。
本发明所述的锂离子电池优选所述绝缘液体为甲基硅油或苯基硅油或变压器油。本发明所述变压器油为市售的绝缘性变压器油。
本发明所述的锂离子电池优选所述绝缘处理按下述方法进行：将电池单元整体浸入绝缘漆中，经超声振荡5～10分钟，静置5～180分钟，取出后在50～70℃的烘箱中烘烤12～36h，完成绝缘封装。
进一步地，所述的绝缘漆为E级以上的绝缘耐热漆，可商业购得，如氨基绝缘漆、环氧基绝缘漆、聚酯基绝缘漆。
本发明的有益效果为：本发明提供的锂离子电池利用柔性外壳中充满液体包裹锂离子电池模块或模组，避免了使用笨重的、大体积的压力舱或压力容器。在深水区和深渊区可以直接使用本发明提供的充液的锂离子电池进行供电；另一方面，可以利用充填的绝缘液体的导热特性，使锂离子电池模块芯或电池模组芯的温度更加均匀，避免局部温升过高，可预防电池模块芯或电池模组芯的热失控。采用充液可变形柔性外壳容器封装软包装电池芯可以防止在100～11000米水深压力下造成的对电池芯的损坏，作为潜水器等水下设备供电电源，具有安全可靠的供电性能。
附图说明
图1为一种锂离子电池模块充液柔性封装的结构原理示意图，附图标记如下：
1、单体电池芯，2、绝缘液体，3、导线，4、电缆线，5、硅胶，6、电路板，7、极耳，8、刚性顶板，9、柔性外囊。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
本实施例提供的锂离子电池由电池单元和柔性外壳组成，所述电池单元经整体绝缘处理后封装于充满绝缘液体的柔性外壳中，
所述柔性外壳为密封结构，其由刚性顶板8和柔性外囊9组成，所述刚性顶板8与柔性外囊9连接形成一个密封囊体，所述柔性外囊9为橡胶材质囊体。所述柔性外囊9设有一个充液口和一个泄液口。
所述电池单元为电池模块芯，该电池模块芯由多个单体电池芯1并联组成，该单体电池芯1为软包装锂离子电池芯。任意两两单体电池芯1的正极极耳互相焊接，负极极耳互相焊接。最终所有电池芯的正极极耳7作为本锂离子电池模块芯的正极，所有电池芯的负极极耳7作为本锂离子电池模块芯的负极。电池模块芯的正极和负极分别通过导线3连接电路板6，电路板6利用绝缘硅胶5进行封装，绝缘硅胶5将电路板6的电路部分包裹在其中。电路板6通过导线3连接正极输出端子和负极输出端子，正极输出端子和负极输出端子的另一端连接电缆线4，电缆线4用于连接用电设备。正极输出端子和负极输出端子固定在柔性外壳刚性顶板8上；将电路板6通过螺钉固定于柔性外壳刚性顶板8的下表面；随后将柔性外壳刚性顶板8、电路板6、电池模块芯，正极输出端子和负极输出端子以及导线和电缆线4，整体浸入氨基绝缘漆中，经超声振荡5分钟，静置100分钟，取出后悬挂在70℃的烘箱中，烘烤18h，完成绝缘封装。
将绝缘封装后的电池单元放入柔性外壳中，用螺栓将刚性顶板8密封连接到柔性外壳，抽真空。从充液口注入甲基硅油，充满整个柔性外壳，封闭充液口即成锂离子电池。
该充液锂离子电池模块在50MPa的液体压力下，可以进行正常的充放电。
实施例2
本实施例提供的锂离子电池由电池单元和柔性外壳组成，所述电池单元经整体绝缘处理后封装于充满绝缘液体的柔性外壳中，
所述柔性外壳为密封结构，其由刚性顶板8和柔性外囊9组成，所述刚性顶板8与柔性外囊9连接形成一个密封囊体，所述柔性外囊9为橡胶材质囊体。所述柔性外囊9设有一个充液口和一个泄液口。
所述电池单元为电池模块芯，该电池模块芯由多个单体电池芯1串联组成，该单体电池芯1为软包装锂离子电池芯。一个电池芯的负极极耳7与紧邻的第二个电池芯的正极极耳7互相焊接，第二个电池芯的负极极耳7与相邻的第三个电池芯的正极极耳7互相焊接，依次类推，联接成电池模块芯。最终第一个电池芯的正极极耳7作为本锂离子电池模块芯的正极，最后一个电池芯的负极极耳7作为本锂离子电池模块芯的负极。电池模块芯的正极和负极分别通过导线3连接电路板6，电路板利用绝缘硅胶5进行封装，绝缘硅胶5将电路板6的电路部分包裹在其中。电路板6通过导线3连接正极输出端子和负极输出端子，正极输出端子和负极输出端子的另一端连接电缆线4，电缆线4用于连接用电设备。正极输出端子和负极输出端子固定在柔性外壳刚性顶板8上；将电路板6通过螺钉固定于柔性外壳刚性顶板8的下表面；随后将柔性外壳刚性顶板8、电路板6、电池模块芯，正极输出端子和负极输出端子以及导线和电缆线4，整体浸入环氧基绝缘漆中，经超声振荡10分钟，静置180分钟，取出后悬挂在65℃的烘箱中，烘烤24h，完成绝缘封装。
将绝缘封装后的电池单元放入柔性外壳中，用螺栓将刚性顶板8密封连接到柔性外壳，抽真空。从充液口注入环烷基10#变压器油，充满整个柔性外壳，封闭充液口即成锂离子电池。
该充液锂离子电池模块在60MPa的液体压力下，可以进行正常的充放电。
实施例3
本实施例提供的锂离子电池由电池单元和柔性外壳组成，所述电池单元经整体绝缘处理后封装于充满绝缘液体的柔性外壳中，
所述柔性外壳为密封结构，其由刚性顶板和柔性外囊9组成，所述刚性顶板与柔性外囊9连接形成一个密封囊体，所述柔性外囊9为橡胶材质囊体。所述柔性外囊9设有一个充液口和一个泄液口。
所述电池单元为电池模组芯，所述电池模组芯由多个电池模块芯并联组成，所述电池模块芯由多个单体电池芯1串联组成，该单体电池芯1为软包装锂离子电池芯。将电池模块芯并列放置，所有电池模块芯的正极极耳7通过导电金属片互相联接成一个极，作为电池模组芯的正极；所有电池模块芯的负极极耳7通过导电金属片互相联接成一个极，作为电池模组芯的负极。电池模组芯的正极和负极分别通过导线3连接电路板6，电路板利用绝缘硅胶5进行封装，绝缘硅胶5将电路板6的电路部分包裹在其中。电路板6通过导线3连接正极输出端子和负极输出端子，正极输出端子和负极输出端子的另一端连接电缆线4，电缆线4用于连接用电设备。正极输出端子和负极输出端子固定在柔性外壳刚性顶板8上；将电路板6通过螺钉固定于柔性外壳刚性顶板8的下表面；随后将柔性外壳刚性顶板8、电路板6、电池模组芯，正极输出端子和负极输出端子以及导线和电缆线4，整体浸入聚酯基绝缘漆中，经超声振荡8分钟，静置130分钟，取出后悬挂在55℃的烘箱中，烘烤26h,完成绝缘封装。
将绝缘封装后的电池单元放入柔性外壳中，用螺栓将刚性顶板8密封连接到柔性外壳，抽真空。从充液口注入环烷基25#变压器油，充满整个柔性外壳，封闭充液口即成锂离子电池。
试验对比分析：
本发明对实施例1所述的充液锂离子电池模块进行了测试实验。采用相同的测试工具和测试方法。主要改变测试的环境压力参数，结果如表1所示。
表1在室温下环境压力对10Ah@16.5V模块充放电容量的影响
从表1可见，在室温环境温度下，模拟海洋的水深的环境压力下，本发明的充液锂离子电池的充放电，几乎不受环境压力的影响或者说影响微弱。可以应用于海洋全水深范围的仪器设备供电。

Claims (6)

1.一种锂离子电池，其特征在于：所述电池由电池单元和柔性外壳组成，所述电池单元经整体绝缘处理后封装于充满绝缘液体的柔性外壳中，
所述柔性外壳为密封结构，其由刚性顶板和柔性外囊组成，所述刚性顶板与柔性外囊连接形成一个密封囊体；
所述电池单元包括电池模块芯或电池模组芯；所述电池模块芯或电池模组芯的正极和负极分别通过导线连接电路板，所述电路板固定于所述柔性外壳刚性顶板的下表面；所述电路板通过导线连接正极输出端子和负极输出端子，所述正极输出端子和负极输出端子固定于柔性外壳顶板上，
其中，所述电池模块芯由串联和/或并联的软包装锂离子电池芯组成；所述电池模组芯由电池模块芯经并联或/和串联组成；
所述电池单元整体置于密封囊体中，仅有连接固定于柔性外壳刚性顶板的正极输出端子和负极输出端子或连接在正极输出端子和负极输出端子上的电缆线露出。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述柔性外壳上设有至少一个可用于向囊体内输送液体的口。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述柔性外囊的材料为可变形的高分子材料或复合材料。
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述绝缘液体为甲基硅油或苯基硅油或变压器油。
5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于：所述绝缘处理按下述方法进行：将电池单元整体浸入绝缘漆中，经超声振荡5～10分钟，静置5～180分钟，取出后在50～70℃的烘箱中烘烤12～36h，完成绝缘封装。
6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于：所述的绝缘漆为E级以上的绝缘耐热漆。
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