[發明專利]一種超聲波智能升溫防結晶鋰電池

在審

• 申請號: 201910235529.4
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN111755759A
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 彭志軍
• 申請（專利權）人: 彭志軍
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42;H01M10/615;H01M10/635;H01M10/65;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種超聲波智能升溫防結晶鋰電池，包括鋰電池、超聲波換能器、溫度傳感器、控制電路板模塊、超聲波發生器，鋰電池上設有金屬殼體，超聲波換能器設置于鋰電池的金屬殼體上，且該超聲波換能器上的振幅端緊貼在金屬殼體的表面上，溫度傳感器緊貼于金屬殼體的表面設置；超聲波發生器、溫度傳感器分別與控制電路板模塊相電性連接，超聲波換能器與超聲波發生器相電性連接。本發明利用超聲波換能器工作時產生的空化效應，減少或緩解鋰電池內部的鋰金屬結晶形成，防止結晶遮擋或刺穿隔膜，延長鋰電池的使用壽命；同時超聲波的空化效應，能令鋰電池內部的鋰離子加速運動，促使其內部發生升溫，解決鋰電池在寒冷氣候環境下的充、放電問題。

技術領域

本發明涉及鋰電池技術領域，特別是一種智能升溫工作鋰電池。

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。1912年鋰金屬電池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。鋰離子電池不含有金屬態的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現在只有少數幾個國家的公司在生產這種鋰金屬電池。

鋰離子電池主要由正極（LiMn2O4材料）、負極（石墨材料）、電解質與隔膜構成。在電源給電池充電時，正極上的電子從通過外部電路跑到負極上，鋰離子從正極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達負極，與早就跑過來的電子結合在一起。在電池放電時，負極上的電子從通過外部電路跑到正極上，鋰離子從負極“跳進”電解液里，“爬過”隔膜上彎彎曲曲的小洞，“游泳”到達正極，與早就跑過來的電子結合在一起。

鋰離子首先會從正極出發，經過電解質后抵達負極，而在電池首次充放電池，電極與液態電解質之間會形成固態電解質特性的鈍化層，其名為固態電解質界面（SEI）。

SEI 擁有雙重身分，為電子絕緣體同時也是鋰離子的優良導體，而該薄膜可保護電池、避免發生有害反應，并讓鋰離子在電極跟電解質之間來回穿梭，對鋰離子電池性能來說，SEI可說是關鍵要點，若SEI性能不佳，電池會存有許多問題。一旦SEI開始衰退，成堆問題便接踵而來，像是在多次充放電之后，鋰電極就容易沉積不均勻并長出結晶，這些鋰金屬結晶會對鋰離子移動構造遮擋，影響鋰離子的移動，進而造成電池容量損失、充放電效率降低，或者是，隨著鋰金屬結晶的不斷增長，會刺穿隔膜，使正、負極短路，最終導致電池起火。

此外，鋰離子電池的工作環境溫度為0-40℃，當環境溫度低于0℃后，隔膜上的毛細孔，也俗稱“小洞”，因熱脹冷縮的原理而收縮變小，令鋰離子較難或無法穿過隔膜，鋰離子在電解液中也容易發生凝結，移動起較慢，造成鋰離子電池無法正常充、放電，整體性能就會下降。因而，如何在寒冷氣候環境保證鋰離子電池正常充、放電，也是亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題和不足，提供一種超聲波智能升溫防結晶鋰電池，該鋰電池采用其上設置有超聲波換能器及其相關的驅動控制電路，利用超聲波換能器工作時產生的空化效應，減少或緩解鋰金屬結晶的形成，防止結晶遮擋或刺穿隔膜，延長鋰電池的使用壽命；同時超聲波的空化效應，能令鋰電池內部的鋰離子加速運動，促使其內部發生升溫，解決鋰電池在寒冷氣候環境下的充、放電問題；與此同時，在鋰電池充電過程中，還可以利用超聲波換能器進行空化輔助作用令鋰離子加速運動，提升其充電的效率。

本發明的技術方案有如下三種實現形式：