[發明專利]一種大功率快速離子循環型鋰電池結構

有效

• 申請號: 201310330850.3
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103390772A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 陳胡興;高曉
• 申請（專利權）人: 無錫百特納能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/058
• 分類號: H01M10/058;H01M10/42
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

技術領域

本發明涉及一種鋰電池，尤其涉及一種大功率快速離子循環型鋰電池結構。

背景技術

鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。鋰離子電池目前由液態鋰離子和聚合物鋰離子電池兩類。其中液態鋰離子電池是指Li+嵌入化合物為正、負極的二級電池。正極采用鋰化合物，負極采用鋰-碳層間化合物。鋰離子電池由于工作電壓高、體積小、質量輕、能量高、無記憶效應、無污染、自放電小、循環壽命長，是21世紀發展的理想能源。

目前市場上的鋰電池均存在安全性差，有發生爆炸的危險。鋰離子電池實際上是一種離子濃度差電池，當前主流的鋰離子電池離子交換是通過電場力的驅動使離子自發遷移，受到遷移速度的限制，較難實現大電流充放電的大幅改善。為了提高離子交換速度，必須讓正極體和負極體相鄰靠近，中間采用較薄的隔膜用作絕緣隔離，使得安全性降低。因此急需一種能夠提供快速充放電并具有較高安全性的新型結構的鋰電池。

現有技術中，有采用外部冷卻法對鋰電池進行冷卻的，但是這種方法只能讓接觸冷卻提部分的鋰電池降溫，并不能達到整體降溫根本性降溫的技術效果，可以說還有待改進。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種大功率快速離子循環型鋰電池結構，通過強制循環電解液，電池可以獲得極高的充電、放電速率，同時電池可以獲得極高的安全性。

為了解決上述技術問題，本發明公開了一種大功率快速離子循環型鋰電池結構，包括正極體、負極體以及位于括正極體和負極體之間的微孔隔片，正極體上設有正極集流體，負極體上設有負極集流體，在正極體和負極體之間連通有一條管道，管道上設有循環泵，用于循環正極體和負極體內的電解液，進行快速離子交換和強制散熱；循環泵連接一驅動電路，驅動電路分別連接正極集流體和負極集流體供電。

本發明通過強制循環電解液，；鋰電池可以獲得極高的充電、放電速率，極高的熱安全性，并且最大充放電電流可控，一定程度上可簡化保護電路。由于存在強制循環回路，所述電池的低溫充放電性能有極大改善。由于內部的熱量將被循環系統帶出，必要時可進行強制散熱，使得電池的大電流充放電的安全性有極大提高。由于存在強制循環回路，可加快離子交換速率以及活性，使電池的低溫充放電性能有極大改善。

本發明中，所述正極體和負極體之間的管道上設有散熱系統。

本發明中，所述散熱系統為散熱片。散熱片為被動式散熱系統，在超大容量（≥20AH）電池或是大容量動力電池中有需要時設置。通過強制循環電解液，電池可以獲得極高的過熱安全性，內部的熱量將被循環系統帶出，必要時可進行強制散熱（超大容量電池或是大容量動力電池），使得電池的大電流充放電的安全性有極大提高。

本發明中，所述驅動電路連接一電池檢測保護電路，用于檢測鋰電池的電流，并觸發驅動電路驅動循環泵運行。

本發明中，所述驅動電路連接一輔助電池。

本發明中，所述微孔隔片為微孔陶瓷片，微孔徑為10～30μ，開孔率≥60%，板厚0.3～1mm。從而保證了流體通過性。本電池結構使用陶瓷隔膜作為絕緣分割，陶瓷上微孔并不阻止離子遷移（電解液循環）。當未開始強制循環時，由于電場力存在，可同樣實現小電流放電，一旦啟動循環泵，離子遷移速度大幅提升，可以獲得很高的充放電性能（0.1L/min的流量可以實現約160A以上的充放電電流）。

本發明中，所述散熱系統為散熱片。

本發明中，所述正極集流體為網狀結構鋁材，并嵌入所述正極體，從而增強大電流性能。

本發明中，所述負極集流體為網狀結構銅材，并嵌入所述負極體，從而增強大電流性能。

本發明所述正極體由常規的鋰離子電池正極材料(含錳酸鋰，鈷酸鋰，磷酸鐵鋰，三元材料等）通過發泡燒結成塊狀的含疏孔的結構，控制合理的開孔率以及密度并加入導電性增強的添加劑可以獲得各種符合需求的容量性/動力型電池正極體。所述正極體也可以通過球狀正極材料(粒徑50μ左右)加入添加劑以及粘合劑制成所需的形狀(控制開孔率)。

本發明所述負極體由常規的鋰離子電池負極材料(炭黑，活性炭，石墨，錫硅合金等）通過發泡燒結成塊狀的含疏孔的結構，控制合理的開孔率以及密度并加入導電性增強的添加劑可以獲得各種符合需求的容量性/動力型電池負極體。也可以通過球狀負極材料(粒徑50μ～100μ)加入添加劑以及粘合劑制成所需的形狀(控制開孔率)。