【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，具体涉及一种消耗型弹性夹板及金属锂电池模组。
技术介绍
1、随着金属锂二次电池技术的逐渐成熟，金属锂二次电池也可以实现一定周期内的充放电，而且比能量高达530wh/kg以上，在高比能量领域具有非常大的应用价值。然而，金属锂二次电池相对传统石墨负极材料缺少了锂离子嵌入的空间，因此充电过程会发生明显的体积膨胀，尤其是方形软包装的金属锂电池，其厚度膨胀一般高达8％以上。当金属锂二次电池发生膨胀时，会导致模组结构件发生巨大形变，对外产生巨大的挤压力，造成用电设备结构损坏。而采取橡胶垫缓冲，则严重增加电池模组的重量，进而失去了高比能量的优势。若不对金属锂二次电池的厚度进行挤压约束，在短短几周内，电池内部的负极金属锂材料就会粉末化，负极活性物质大量失去活性变成死锂，从而无法参与充放电，进而造成容量快速衰减。金属锂二次电池需要一定的压强进行挤压并且会发生较大的尺寸变化，这导致金属锂二次电池模组的轻量化设计比较困难，用现有方法无法实现较低的结构占比。此外，当金属锂二次电池极片表面受到刚性连接会造成负极金属锂发生严重变形，从而导致内部电流密度增大，进而造成内阻增大。
2、cn108054315a《空间用方形锂离子蓄电池组》以及cn205810901u《软包动力电池模组》均采用了拉杆拉紧减重的方式，所采用的结构不能满足金属锂二次电池高比能量的需求，cn208646202u《一种夹层结构复合材料电池箱体》利用泡沫夹芯降低箱体的重量、提高保温性能和抗冲击性，但不涉及对泡沫的弹性的应用。cn113991233a《一种高膨
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种消耗型弹性夹板及金属锂电池模组，解决金属锂二次电池在充放电循环的体积膨胀收缩过程中施加压力不匹配、变形幅度过大无法匹配以及普通夹板夹持导致单体电池变形导致的内短路而造成起火爆炸的技术难题。
2、为了达到上述的目的，本专利技术提供一种消耗型弹性夹板，包括依次粘接的外层弹性夹板、中间泡沫消耗层和内层刚性夹板，中间泡沫消耗层宽度小于外层弹性夹板宽度。
3、上述消耗型弹性夹板，其中，所述内层刚性夹板的材料选择碳纤维、铝合金、镁合金中的一种，内层刚性夹板可以为内部单体电池的端部提供平整的挤压平面，防止夹板的变形导致单体电池变形而导致单体电池内部极耳反复弯曲和摩擦等导致端部单体电池内部的隔膜失效而短路；所述中间泡沫消耗层的材料选择高密度泡沫材料，尤其是高密度pmi材料，密度选择0.1g/cm3～0.3g/cm3，此时该材料的弹性模量在100mpa～300mpa之间，该密度范围的pmi材料具有较大的压缩模量且在高压强下可以被压缩，中间泡沫消耗层一方面可以实现轻量化的支持结构，另一方面可以为金属锂电池充放电过程单体电池不可逆膨胀提供额外的空间，同时可以限制夹板夹持力的最大值在设计的范围内而实现对单体电池的压力保护，防止单体电池因为压力过大而造成内短路；中间泡沫消耗层宽度小于外层弹性夹板宽度，在外层弹性夹板与内层刚性板之间直接构造悬空空间，提供外层弹性夹板往复变形空间，防止内层刚性板被外层弹性夹板挤压变形；所述外层弹性夹板的材料选择碳纤维，外层弹性夹板为多层结构，可以解决单层薄外层弹性夹板拉力不足或单层厚外层弹性夹板因变形量过大而发生断裂的难题。
4、上述消耗型弹性夹板，其中，多层结构的外层弹性夹板，各层之间仅居中位置为粘接固定区域，其余区域为自由状态，接触并且允许滑动，粘接固定区域占表面总面积10％～50％，可以解决多层弹性夹板未粘接时的中间部位容易发生外拱或弹性夹板因两侧粘接而容易发生断裂的问题；外层弹性夹板与中间泡沫消耗层之间，中间泡沫消耗层与内层刚性夹板之间，仅居中位置为粘接固定区域，其余区域为自由状态，接触并且允许滑动，粘接固定区域占表面总面积10％～50％，可以解决外层弹性夹板恢复过程拉扯泡沫消耗层，导致泡沫消耗层损坏。
5、上述消耗型弹性夹板，其中，调节层数以及单层厚度以改变所述外层弹性夹板的最大形变幅度及由形变产生的弹力大小。
6、消耗型弹性夹板的工作过程与金属锂电池模组充放电过程相匹配，消耗型弹性夹板在金属锂电池模组放电态进行安装，并提供一定的初始压力；金属锂电池模组充满电后，消耗型弹性夹板的外层弹性夹板发生弯曲，外层弹性夹板弯曲后，泡沫消耗层两侧被压缩变形；金属锂电池模组随后放电至放电态，泡沫消耗层两侧保持被压缩后的变形状态而不恢复；之后的循环过程中，泡沫消耗层基本保持之前的状态，随着金属锂电池模组循环次数的增大，金属锂电池不可逆膨胀现象越来越明显，消耗性弹性夹板逐渐被整体压缩而抵消金属锂电池的不可逆膨胀体积；整个过程，内部夹板基本不发生形变，且内层夹板和外层夹板任何时候都不发生挤压。
7、本专利技术提供的另一技术方案是一种金属锂电池模组，包括电池组合阵列、绑线以及上述消耗型弹性夹板；在所述电池组合阵列的两端各设有一所述消耗型弹性夹板，所述绑线缠绕所述电池组合阵列和所述消耗型弹性夹板的组合体，使两块所述消耗型弹性夹板在膨胀方向上夹紧所述电池组合阵列。
8、上述金属锂电池模组，其中，所述电池组合阵列由若干电池单体排列形成，排列方向为电池单体厚度方向。
9、上述金属锂电池模组，其中，所述电池组合阵列由若干电池单体和若干弹性泡沫垫相间排列形成，排列方向为电池单体厚度方向，最外两端均为弹性泡沫垫，所述弹性泡沫垫主要在金属锂电池模组充放电循环前期其作用，充放电后期的膨胀收缩由消耗型弹性夹板实现。
10、上述金属锂电池模组，其中，所述弹性泡沫垫为闭孔型发泡泡沫塑料，材质选择聚乙烯泡沫或聚丙烯泡沫；金属锂二次电池处于放电态时，所述弹性泡沫垫的压缩压强为0.05mpa～0.12mpa；金属锂二次电池处于充电态时，所述弹性泡沫垫的压缩压强在0.15mpa～0.4mpa之间。
11、上述金属锂电池模组，其中，所述绑线的材质为芳纶纤维材料；所述绑线的横截面呈圆形，直径为0.3mm～0.4mm。
12、上述金属锂电池模组，其中，单根绑线均匀致密缠绕在电池组合阵列和消耗型弹性夹板的组合体上，缠绕两层。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：
14、本专利技术采用消耗型弹性夹板，消耗型弹性夹板的内层刚性夹板不受外层弹性夹板形变的影响，可以实现电池组合阵列的均匀施压，避免夹板变形造成内部单体电池变形而造成的内短路起火爆炸的问题。
15、本专利技术采用外层弹性夹板可以提供远大于弹性泡沫的挤压压强，挤压压强提高有利于金属锂电池充放电循环寿命的提高。
16、本专利技术弹性夹板的泡沫中间消耗层在受到超过其极限强度时，可以发生稳定的塌陷，进一步提供金属锂电池的弹性空间，防止金属锂电池内部隔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.消耗型弹性夹板，其特征在于，包括依次居中粘接的外层弹性夹板、中间泡沫消耗层和内层刚性夹板，所述中间泡沫消耗层的宽度小于所述外层弹性夹板的宽度，在外层弹性夹板与内层刚性板之间直接构造悬空空间，提供外层弹性夹板往复变形空间。
2.如权利要求1所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，所述内层刚性夹板的材料选择碳纤维复合板、铝合金、镁合金中的一种；所述中间泡沫消耗层的材料的弹性模量在100Mpa～300Mpa之间；所述外层弹性夹板的材料选择碳纤维复合板，为多层结构。
3.如权利要求2所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，多层结构的外层弹性夹板，各层之间仅居中位置为粘接固定区域，其余区域为自由状态，接触并且允许滑动，粘接固定区域占表面总面积10％～50％；外层弹性夹板与中间泡沫消耗层之间，中间泡沫消耗层与内层刚性夹板之间，仅居中位置为粘接固定区域，其余区域为自由状态，接触并且允许滑动，粘接固定区域占表面总面积10％～50％。
4.如权利要求1所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，调节层数以及单层厚度以改变所述外层弹性夹板的最大形变幅度及由形变产生的弹力大小。>
5.如权利要求1所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，所述中间泡沫消耗层的材料选择高密度PMI材料，密度选择0.1g/cm3～0.3g/cm3。
6.金属锂电池模组，其特征在于，包括电池组合阵列、绑线以及如权利要求1至5中任一权利要求所述的消耗型弹性夹板；在所述电池组合阵列的两端各设有一所述消耗型弹性夹板，所述绑线缠绕所述电池组合阵列和所述消耗型弹性夹板的组合体，使两块所述消耗型弹性夹板在膨胀方向上夹紧所述电池组合阵列。
7.如权利要求6所述的金属锂电池模组，其特征在于，所述电池组合阵列由若干电池单体排列形成，排列方向为电池单体厚度方向。
8.如权利要求5所述的金属锂电池模组，其特征在于，所述电池组合阵列由若干电池单体和若干弹性泡沫垫相间排列形成，排列方向为电池单体厚度方向，最外两端均为弹性泡沫垫。
9.如权利要求8所述的金属锂电池模组，其特征在于，所述弹性泡沫垫为闭孔型发泡泡沫塑料，材质选择聚乙烯泡沫或聚丙烯泡沫；金属锂二次电池处于放电态时，所述弹性泡沫垫的压缩压强为0.05Mpa～0.12Mpa；金属锂二次电池处于充电态时，所述弹性泡沫垫的压缩压强在0.15Mpa～0.4Mpa之间。
10.如权利要求6所述的金属锂电池模组，其特征在于，所述绑线的材质为芳纶纤维材料；所述绑线的横截面呈圆形，直径为0.3mm～0.4mm；单根绑线均匀致密缠绕在电池组合阵列和消耗型弹性夹板的组合体上，缠绕两层。
...【技术特征摘要】
1.消耗型弹性夹板，其特征在于，包括依次居中粘接的外层弹性夹板、中间泡沫消耗层和内层刚性夹板，所述中间泡沫消耗层的宽度小于所述外层弹性夹板的宽度，在外层弹性夹板与内层刚性板之间直接构造悬空空间，提供外层弹性夹板往复变形空间。
2.如权利要求1所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，所述内层刚性夹板的材料选择碳纤维复合板、铝合金、镁合金中的一种；所述中间泡沫消耗层的材料的弹性模量在100mpa～300mpa之间；所述外层弹性夹板的材料选择碳纤维复合板，为多层结构。
3.如权利要求2所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，多层结构的外层弹性夹板，各层之间仅居中位置为粘接固定区域，其余区域为自由状态，接触并且允许滑动，粘接固定区域占表面总面积10％～50％；外层弹性夹板与中间泡沫消耗层之间，中间泡沫消耗层与内层刚性夹板之间，仅居中位置为粘接固定区域，其余区域为自由状态，接触并且允许滑动，粘接固定区域占表面总面积10％～50％。
4.如权利要求1所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，调节层数以及单层厚度以改变所述外层弹性夹板的最大形变幅度及由形变产生的弹力大小。
5.如权利要求1所述的消耗型弹性夹板，其特征在于，所述中间泡沫消耗层的材料选择高密度pmi材料，密度选择0.1g/cm3～0.3g/c...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈川杰，李克锋，李国瑞，谢朝香，盛良妹，陈如昊，徐伟，吕士银，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：
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