[發明專利]固態聚合物鋰電池組及其制備方法

有效

• 申請號: 201610305852.0
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN105810867B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 李東旭;李德湛;劉建文;尹昌平;趙鵬;楊孚標
• 申請（專利權）人: 國防科學技術大學
• 主分類號: H01M2/10
• 分類號: H01M2/10;H01M10/0525
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所11337
• 代理人: 席小東

技術領域

本發明涉及一種鋰電池組，具體涉及一種固態聚合物鋰電池組及其制備方法。

背景技術

隨著航天器操作復雜度的增加，航天器的功耗需求也一直在增加，因而對航天器的電源分系統也就提出了更高的需求。

現有技術中，現代航天器主要采用太陽能電池陣列作為基本能源，將太陽輻射能量通過光電效應轉換為能量，然后再利用蓄電池存儲能源，進而為航天器系統及其有效載荷供電。可見，蓄電池是航天器電源分系統的重要組成部分。

然而，蓄電池的質量較重，且體積較大，已無法滿足航天器結構輕量化和體積小型化的需求。

鋰離子電池是一種優良的二次電池(充電電池)，具有能量密度大、平均輸出電壓高、自放電小、輸出功率大、使用壽命長等優點，還具有以下優點：循環性能優越，可快速充放電，充電效率高；工作溫度范圍寬，達-20℃～60℃，因此具有航天應用的潛力。

但是，由于航天器在軌飛行的空間環境為近真空，如果將常規固態鋰離子電池直接應用于太空，其在絕緣性、可靠性、氣密性、體積等方面無法滿足空間航天器的需求；還具有真空適應性差的問題。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種固態聚合物鋰電池組及其制備方法，可有效解決上述問題。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種固態聚合物鋰電池組，所述固態聚合物鋰電池組具有供電與蓄電功能，包括：單體電池(1)、連接套件(2)、電纜(3)、電池盒(4)和灌封膠；

所述單體電池(1)是由鈷酸鋰正極、石墨負極、聚合物隔膜、鋁合金正極耳、鎳銅合金負極耳、鋁塑復合膜外殼組成的高比能量固態聚合物鋰離子電池；將多個單體電池(1)之間通過連接套件(2)以螺連接方式進行串聯連接，形成組合電池(6)；再將多個組合電池(6)以串聯形式構成鋰電池組(7)，最后將鋰電池組(7)裝入由復合材料制成的電池盒(4)中，采用灌膠工藝在電池盒(4)內部填充具有良好的絕緣性和導熱性的灌封膠，用于固定單體電池(1)和內部的電纜(3)，并排出電池盒(4)中的空氣，即得到最終的固態聚合物鋰電池組。

優選的，所述單體電池(1)的內部為疊層構造，由隔膜、正極片、負極片多層組成，且表面包覆鋁塑復合膜，以進行保護處理；所述單體電池的正極是采用鈷酸鋰材料、磷酸鐵鋰和三元材料主要材料與導電劑、粘合劑合成膏狀，成膜，然后雙面熱復合在帶孔的鋁箔集流體上，通過烘干、碾壓、激光切片后制備成正極片；所述單體電池的負極是采用石墨負極材料與導電劑、粘合劑合成膏狀，成膜，雙面熱復合在銅箔集流體上，通過烘干、碾壓、激光切片制備成負極片；所述隔膜主體是采用偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯與含氟乙烯基單體的共聚物制成；所述單體電池(1)整體呈“干態”，能量密度大于180Wh/kg，容量不小于10Ah，額定電壓為4.2V，制成了尺寸為132mm×87mm×9mm、重量小于220g的長方形結構。

優選的，所述鈷酸鋰材料的化學式為LiCoO₂；所述磷酸鐵鋰的化學式為LiFePO₄；所述三元材料為NCA和NCM；單體電池的正極制備時，所采用的導電劑為乙炔碳黑、超導碳黑或石墨；單體電池的負極制備時，所采用的導電劑為乙炔碳黑或超導碳黑；單體電池的正極和負極制備時，所采用的粘合劑均為偏氟乙烯均聚物，或者偏氟乙烯與含氟乙烯基單體的共聚物。

優選的，所述電池盒(4)由電池盒底(4-1)和電池盒蓋(4-2)組成；其中，電池盒底(4-1)采用M40碳纖維鋪層復合材料制作而成，鋪層方式為[0/90/±45]_S，其厚度為1.0mm，結構外形尺寸為297mm×277mm×19mm；電池盒蓋(4-2)的制作材料、鋪層方式與電池盒底(4-1)完全相同，其厚度也為1.0mm，結構外形尺寸為300mm×280mm×20mm；在電池盒的側壁且為電池盒底和電池盒蓋的對應位置上，開設有電池充/放電正極線的過線孔(4-3)、電池充/放電負極線的過線孔(4-4)、電壓檢測線過線孔(4-5)、地線過線孔(4-6)、溫度傳感器線過線孔(4-7)以及用于灌膠的注膠孔(4-8)和排氣孔(4-9)；

其中，電池充/放電正極線和電池充/放電負極線既可用于充電，同時又可用于放電，且線路采用冗余設計，即正極線和負極線均采用雙點雙線，以保證安全性；

電壓檢測線用于檢測單體電池的電壓信號，其中正極線的數量與單體電池的數量相同，分別連接到每個單體電池的正極，而每個單體電池的負極共用1根負極線；