一种双极性电池堆制造技术

本发明专利技术提供了一种双极性电池堆，电池堆中的各个电极板的四周边缘设有绝缘密封框。在绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道和中空内框格，电极材料层设置于中空内框格中，液口与电解液外流道流体连通并且电解液外流道与电解液内流道流体连通。电解液外流道位于绝缘密封框的框体外边缘与电池单元的外边缘之间用于输送注入或排出的电解液，电解液内流道位于中空内框格的框格边缘与电池单元的外边缘之间用于对隔离层和电极材料层浸润电解液。可以利用电解液外流道中的电解液使得电池单元处于富液状态，另外通过较长的电解液外流道，阻止了脱嵌离子经由电解液外流道在相邻电池单元之间发生迁移，从而可以防止电池的内短路。

A bipolar battery stack

【技术实现步骤摘要】
一种双极性电池堆
本专利技术涉及电池领域，具体地涉及一种双极性电池。
技术介绍
双极性电池的电池堆由两个单极性电极片、若干个双极性电极片、隔离层和电解液组成。双极性电极片是指在双极板两侧分别涂覆正极材料层和负极材料层后具有两个极性的电极片，单极性单极片是指在单极板一侧涂覆正极材料层或负极材料层后具有单极性的电极片。由于双极性电池堆的电池单元由双极板、正极材料层、隔离层、负极材料层和另一双极板构成，每个电池单元都具有独立的电化学结构，因而可以通过增加双极性电极片的数量来增加电池单元的个数，进而提高电池的总体电压。双极性电池具有电池单元之间电阻能耗小、电极表面电流和电位分布均匀、电池充放电速度快等优势，因此适用于电动汽车、电力储能等领域。但是，双极性电池在使用过程中也存在一些问题。一方面，双极性电池长期使用过程中，电极活性材料表面生成的固体电解质膜(SEI膜)会不断增厚，使电池内阻增加，循环寿命下降，而电池产生的副反应也会不断消耗电解液，导致电池内部参与电化学反应的电解液减少，从而影响锂离子在电池中的传导，降低电池性能甚至引起电池失效。另一方面，双极性电池堆内相邻电池单元的电解液通过液口产生液接，液接会使电池单元间产生离子电流或离子桥，导致电池的短路和总体性能的下降。因此，如何既能够方便有效地为双极性电池堆的各个电池单元提供新鲜电解液，又能够避免因电解液液接造成的电池短路，是双极性电池需要解决的重要问题。
技术实现思路
针对以上存在的问题，本专利技术提供一种双极性电池堆，其由双极性电极片以及位于电池堆上下两侧的单极性电极片组成。在双极性电极片和单极性电极片的四周边缘设有绝缘密封框，在绝缘密封框上设有电解液流道，从而可以通过绝缘密封框上的电解液流道对电池进行注液、换液以及补液等，而且可以利用电解液流道中的电解液使得电池单元处于富液状态。另外，可将电解液流道分为电解液内流道和电解液外流道，其中，电解液内流道位于绝缘密封框上的电池单元覆盖的区域内，电解液内流道主要用于浸润电极材料层以及隔离层；电解液外流道位于绝缘密封框上的电池单元覆盖区域的外侧，电解液外流道主要用于增大两个相邻电池单元的电解液内流道之间的距离。每个电池单元是由电极板(单极板或双极板)、正极材料层、隔离层、负极材料层及另一电极板(单极板或双极板)构成，当相邻电池单元的参与电化学反应的电解液之间的距离无限延长时，可以认为相邻电池单元之间的电液电阻(电解液电阻)无限大，阻止了脱嵌离子经由电解液外流道在相邻电池单元之间发生迁移，从而可以防止电池的内短路。电解液外流道的电液电阻(电解液电阻)R与电解液电导率δ(S/cm)、流道横截面积S(cm2)和流道长度L(cm)有关:因此，外流道越长、横截面积越小，电液电阻就越大，导致电池短路电流就越小。本专利技术提供的技术方案如下：根据本专利技术提供一种双极性电池堆，其中，双极性电池堆包括隔离层以及设有电极板和电极材料层的电极片，电极片包括多个双极性电极片以及分别设置于多个双极性电极片整体两侧的单极性正极片和单极性负极片，隔离层设置于相邻的电极片之间。双极性电极片的电极板为双极板并且不同极性的电极材料层——即正极材料层和负极材料层——分别设置于双极板的两侧。单极性正极片和单极性负极片的电极板为单极板并且正极材料层设置于单极性正极片的一侧、负极材料层设置于单极性负极片的一侧。电极片按照不同极性的电极材料层相对放置的顺序串联层叠。电池单元由相邻电极片的两个电极板、不同极性的电极材料层以及隔离层构成。电极板的四周边缘设有绝缘密封框。在每个绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道以及中空内框格，电极材料层设置于中空内框格中，液口与电解液外流道流体连通并且电解液外流道与电解液内流道流体连通。电解液外流道位于绝缘密封框的框体外边缘与电池单元的外边缘之间用于输送从液口注入的电解液或将电解液从液口排出，电解液内流道位于中空内框格的框格边缘与电池单元的外边缘之间用于对隔离层和电极材料层浸润电解液。换句话说，在一电池单元中，当隔离层大于电极板的尺寸时，隔离层的外边缘即为电池单元的外边缘；当电极板大于隔离层的尺寸时，电极板的外边缘即为电池单元的外边缘。在绝缘密封框上，位于电池单元覆盖区域以外的流道为电解液外流道，即在液口与电池单元外边缘之间的流道为电解液外流道；位于电池单元覆盖区域以内的流道为电解液内流道。在并联注液的情况下，液口包括第一液口和第二液口，电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，第一液口为贯穿绝缘密封框的通孔并且多个双极性电极片的第一液口与单极性正极片和/或单极性负极片的第一液口的位置相对应从而形成第一电解液通道，其中，第二液口为贯穿绝缘密封框的通孔并且多个双极性电极片的第二液口的位置与单极性正极片和/或单极性负极片的第二液口的位置相对应从而形成第二电解液通道，第一电解液通道与第一电解液外流道流体连通并且第一电解液外流道与电解液内流道流体连通，第二电解液通道与第二电解液外流道流体连通并且第二电解液外流道与电解液内流道流体连通，电解液经由第一电解液通道进入各个第一电解液外流道、电解液内流道和第二电解液外流道并从第二电解液通道流出，从而在各个电极片之间形成电解液的并联通路。第一电解液通道和第二电解液通道可以在注液、补液、换液、电池单元电化学反应过程中始终保持电解液连通，即无需在电池充放电过程中对第一电解液通道和第二电解液通道进行密封，这种情况尤其适用于电解液外流道较长的情况。另外，在第一电解液通道和第二电解液通道中可分别设有密封部，通过密封部对全部第一液口和第二液口进行密封，这样在注液、补液或换液时保持第一电解液通道和第二电解液通道中的电解液连通，在电池充放电过程中通过密封部将各个电池单元之间的电解液通路断开。密封部可以为实心柱体，其尺寸适于插入第一电解液通道和第二电解液通道中；密封部可以为带有开口的中空柱体，通过转动或移动中空柱体，将开口与电解液外流道连通/断开；密封部可以为带有开口的嵌套结构，通过嵌套结构的相对运动，实现电解液外流道的连通/断开，等等。在串联注液的情况下，液口包括第一液口和第二液口，电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，第一液口为不贯穿绝缘密封框的盲孔，第一液口与第一电解液外流道流体连通并且第一电解液外流道与电解液内流道流体连通，第二液口为贯穿绝缘密封框的通孔，第二液口与第二电解液外流道流体连通并且第二电解液外流道与电解液内流道流体连通，电解液经由一电极片的第一液口、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二液口进入相邻另一电极片的第一液口、第一电解液外流道、电解液内流道、第二电解液外流道和第二液口，从而在各个电极片之间形成电解液的串联通路。另外，通过并联注液结构下的第一电解液通道、第二电解液通道和带有空腔的插入件，可以实现多个电极片的串联注液或者多个电极片的串并联混合注液。在串联注液的情况下，在第一电解液通道中设有第一插入件并且在第二电解液通道中设有第二插入件，第一插入件设有多个第一空腔，从双极性电池堆一侧的第一个电极片起将每两个电极片组成一组，每个第一空腔将每组电极片的第一电解液外流道进行连通，第二插入件设有多个第二空腔，从双极性电池堆上述一侧的第二个电极片起将每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极性电池堆，其特征在于，所述双极性电池堆包括隔离层以及设有电极板和电极材料层的电极片，所述电极片包括多个双极性电极片以及分别设置于所述多个双极性电极片整体两侧的单极性正极片和单极性负极片，所述隔离层设置于相邻的所述电极片之间，所述双极性电极片的电极板为双极板并且不同极性的电极材料层分别设置于所述双极板的两侧，所述单极性正极片和单极性负极片的电极板为单极板并且正极材料层设置于所述单极性正极片的一侧、负极材料层设置于所述单极性负极片的一侧，所述电极片按照不同极性的电极材料层相对放置的顺序串联层叠，电池单元由相邻的所述电极片的两个电极板、不同极性的电极材料层以及所述隔离层构成，其中，所述电极板的四周边缘设有绝缘密封框，在每个所述绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道以及中空内框格，所述电极材料层设置于所述中空内框格中，所述液口与所述电解液外流道流体连通并且所述电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，所述电解液外流道位于所述绝缘密封框的框体外边缘与所述电池单元的外边缘之间用于输送从所述液口注入的电解液或将电解液从所述液口排出，所述电解液内流道位于所述中空内框格的框格边缘与所述电池单元的外边缘之间用于对所述隔离层和电极材料层浸润电解液。...

【技术特征摘要】
1.一种双极性电池堆，其特征在于，所述双极性电池堆包括隔离层以及设有电极板和电极材料层的电极片，所述电极片包括多个双极性电极片以及分别设置于所述多个双极性电极片整体两侧的单极性正极片和单极性负极片，所述隔离层设置于相邻的所述电极片之间，所述双极性电极片的电极板为双极板并且不同极性的电极材料层分别设置于所述双极板的两侧，所述单极性正极片和单极性负极片的电极板为单极板并且正极材料层设置于所述单极性正极片的一侧、负极材料层设置于所述单极性负极片的一侧，所述电极片按照不同极性的电极材料层相对放置的顺序串联层叠，电池单元由相邻的所述电极片的两个电极板、不同极性的电极材料层以及所述隔离层构成，其中，所述电极板的四周边缘设有绝缘密封框，在每个所述绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道以及中空内框格，所述电极材料层设置于所述中空内框格中，所述液口与所述电解液外流道流体连通并且所述电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，所述电解液外流道位于所述绝缘密封框的框体外边缘与所述电池单元的外边缘之间用于输送从所述液口注入的电解液或将电解液从所述液口排出，所述电解液内流道位于所述中空内框格的框格边缘与所述电池单元的外边缘之间用于对所述隔离层和电极材料层浸润电解液。2.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，所述液口包括第一液口和第二液口，所述电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，所述第一液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第一液口的位置相对应从而形成第一电解液通道，所述第一电解液通道与所述第一电解液外流道流体连通并且所述第一电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，其中，所述第二液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第二液口的位置相对应从而形成第二电解液通道，所述第二电解液通道与所述第二电解液外流道流体连通并且所述第二电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，电解液经由所述第一电解液通道进入各个所述第一电解液外流道、电解液内流道和第二电解液外流道并从所述第二电解液通道流出，从而在各个所述电极片之间形成电解液的并联通路。3.根据权利要求2所述的双极性电池堆，其中，在所述第一电解液通道和所述第二电解液通道中分别设有密封部，通过所述密封部分别对所述电极片的第一液口和所述电极片的第二液口进行密封。4.根据权利要求1所述的双极性电池堆，其中，所述液口包括第一液口和第二液口，所述电解液外流道包括第一电解液外流道和第二电解液外流道，所述第一液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第一液口的位置相对应从而形成第一电解液通道，所述第一电解液通道与所述第一电解液外流道流体连通并且所述第一电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，其中，所述第二液口为贯穿所述绝缘密封框的通孔并且所述单极性正极片、单极性负极片和多个双极性电极片的第二液口的位置相对应从而形成第二电解液通道，所述第二电解液通道与所述第二电解液外流道流体连通并且所述第二电解液外流道与所述电解液内流道流体连通，在所述第一电解液通道中设有第一插入件并且在所述第二电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永翀，张晓虎，张彬，刘丹丹，韩越，张晓伟，赵慧永，张艳萍，
申请(专利权)人：北京好风光储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11