一种固态锂离子电池及电池系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种固态锂离子电池，包括：固态锂离子电池电芯；温度采集器，其用于采集所述固态锂离子电池电芯的温度信息；产热装置，所述产热装置产生热量并传递至所述固态锂离子电池电芯；控制开关，所述固态锂离子电池电芯、所述温度采集器、所述产热装置及所述控制开关形成加热电路，当所述固态锂离子电池电芯达到预定温度时，所述控制开关控制所述加热电路断开或闭合。本实用新型专利技术还公开了一种电池系统。

【技术实现步骤摘要】
一种固态锂离子电池及电池系统
本技术涉及电池
，尤其涉及一种固态锂离子电池及电池系统。
技术介绍
固态锂离子电池属于锂离子电池的一种。绝大多数固态电解质由于常温下离子电导率低(10-4～10-3S/m)，导致固态锂离子电池大电流充放电能力差，因此倍率和功率性能受限。某些固态电解质如LLZO和Li0.33La0.69TiO3，常温下有高10-4～10-3S/cm的离子电导率；但这些材料生产环境普遍要求比较苛刻，需要在高温1000℃以上温度长时间烧结。某些硫化物电解质如Li10GePS12、Li7P3S11和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3，常温下更有高达10-3～10-2S/cm的离子电导率；但这些硫化物电解质对金属锂不稳定，在大电流时有被锂枝晶刺穿的可能，与电极的接触状况在卸去外加压力时又迅速恶化。另外，聚合物电解质需要在高于其融点以上的温度去工作，如聚氧化乙烯(PEO)基电解质一般要在高于60℃以上的温度下才能具有较高的离子电导率。同时，为提升固态锂离子电池能量密度，金属锂则是理想的固态锂离子电池负极材料，然而锂金属的贮存、运输有相当严格的安全要求(GB/T4369-2015锂)。同时，硫化物固态电解质与空气中水反应会生成H2S有毒气体的问题，虽然已有缓解的措施，但对于实用化学来说，结果仍不理想，这些局限都影响了固态电池的推广应用。如果采用对固态锂离子电池加热升温的方式，让电池在相对较高的温度状态下去工作，可以解决固态锂离子电池离子电导率偏低的问题，进而提升固态锂离子电池的倍率和能量性能。然而，一般的加热方式，如中国专利(一种锂离子电池自加热装置及方法,CN104282965A)，需额外配备电源给加热丝供电，且加热时间10min左右，升温速度非常慢，也同样限制固态锂离子电池的推广应用。因此，有必要开发一种具有温度调节能力的固态锂离子电池：在非工作状态下，电化学性能不活泼，表现为高的安全性；当需要工作时(例如充电或放电)，在很短的时间内(<5min)，电池的温度以可控的手段快速升高，从而表现出正常的电性能。这样不仅可以提高在固态锂离子电池在非工作状态时的安全性能，又能拓宽固态电解质的选择范围、拓宽固态锂离子电池的使用环境温度区间，推动固态锂离子电池的推广应用。
技术实现思路
本技术提供了一种固态锂离子电池，其技术方案为：一种固态锂离子电池，包括：固态锂离子电池电芯；温度采集器，其用于采集所述固态锂离子电池电芯的温度信息；产热装置，所述产热装置产生热量并传递至所述固态锂离子电池电芯；控制开关，所述固态锂离子电池电芯、所述温度采集器、所述产热装置及所述控制开关形成加热电路，当所述固态锂离子电池电芯达到预定温度时，所述控制开关控制所述加热电路断开或闭合。进一步地，当所述固态锂离子电池电芯低于预定温度时，所述控制开关根据所述温度采集器发送而来的信号而闭合并使所述产热装置产生热量；当所述固态锂离子电池电芯等于或高于预定温度时，所述控制开关根据所述温度采集器发送而来的信号而断开所述加热电路。进一步地，包括充电装置，所述充电装置与所述固态锂离子电池电芯形成充电电路。进一步地，当充电装置对所述固态锂离子电池电芯充电时，若所述固态锂离子电池电芯温度低于预定温度，控制开关闭合并使所述充电装置与所述产热装置连接，若所述固态锂离子电池电芯温度等于或高于预定温度时，所述控制开关将所述充电装置与所述产热装置断开，并使充电装置与所述固态锂离子电池电芯连接。进一步地，所述固态锂离子电池电芯为卷绕式或叠片式。进一步地，所述固态锂离子电池电芯包括平均粒径为10-20μm的正极活性材料。进一步地，所述固态锂离子电池电芯包括平均粒径为15-30μm的负极活性材料。进一步地，所述固态锂离子电池电芯包括在25℃时下离子电导呈电化学惰性特征的固态电解质或半固态电解质。进一步地，所述温度采集器为热电偶或热敏电阻。进一步地，所述产热装置由可产生焦耳热的金属或者无机非金属材质制成。进一步地，所述产热装置放置于所述固态锂离子电池电芯的内部或外部。本技术还提供了一种电池系统，其包括一种固态锂离子电池，该固态锂离子电池包括固态锂离子电池电芯；温度采集器，其用于采集所述固态锂离子电池电芯的温度信息；产热装置，所述产热装置产生热量并传递至所述固态锂离子电池电芯；控制开关，所述固态锂离子电池电芯、所述温度采集器、所述产热装置及所述控制开关形成加热电路，当所述固态锂离子电池电芯达到预定温度时，所述控制开关控制所述加热电路断开或闭合。本技术的有益效果为：(1)通过产热装置热量补偿，可以提高固态锂离子电池的温度适用性，使固态锂离子电池在更宽的温度范围内电导率及锂离子传输发挥到相对较高的水平。图5为某款固态锂离子电池在20℃、30℃温度下，0.1C倍率的充放电容量-电压曲线，当固态锂离子电池温度由20℃提升到30℃后，0.1C倍率的充放电容量显著增加。(2)通过使用大颗粒的正、负极活性材料、常温下离子电导呈电化学惰性特征的固态电解质或半固态电解质，从而保证固态锂离子电池有较高的安全性。通过设置温度采集器检测固态锂离子电池电芯的温度，在固态锂离子电池电芯的温度小于预设值时，控制开关连通加热电路，在加热电路闭合后，产热装置产生热量，传递至固态锂离子电池电芯，使得固态锂离子电池温度具备温度调节特性。图6所示，某款固态锂离子电池在加热电路闭合期间，在4min时间内，可以由-30℃迅速升温至30℃。本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。附图说明附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：图1示出了本技术的固态锂离子电池的结构示意图；图2示出了本技术的固态锂离子电池的负载连接示意图；图3示出了本技术的固态锂离子电池的连接结构示意图；图4示出了本技术的固态锂离子电池的充电连接示意图；图5示出了某款固态锂离子电池在20℃、30℃温度下，0.1C倍率的充放电容量-电压曲线；图6示出了某款固态锂离子电池在加热电路闭合期间，在4min时间内的温度变化曲线。附图标记说明：1、固态锂离子电池电芯2、温度采集器3、控制开关4、产热装置5、负载6、充电装置具体实施方式以下结合附图对本技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本技术，并不用于限定本技术。如图1-2所示，一种固态锂离子电池，固态锂离子电池电芯1和温度采集器2，该温度采集器2用于采集固态锂离子电池芯体1的温度信息，具体地，该温度采集器2可为热电偶或热敏电阻。该固态锂离子电池还包括产热装置4，该产热装置4与固态锂离子电池电芯1相连，控制开关3与产热装置4相连。具体地，产热装置可采用产生焦耳热的金属或者非金属材质制成。进一步地，温度固态锂离子电池电芯1、温度采集器2、产热装置4、控制开关3形成一加热电路。此外，该固态锂离子电池与负载5连接，负载5与固态锂离子电池电芯1组成电池工作电路。进一步地，固态离子电池电芯1的正负极使用大颗粒活性材料、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态锂离子电池，其特征在于，包括：固态锂离子电池电芯；温度采集器，其用于采集所述固态锂离子电池电芯的温度信息；产热装置，所述产热装置产生热量并传递至所述固态锂离子电池电芯；控制开关，所述固态锂离子电池电芯、所述温度采集器、所述产热装置及所述控制开关形成加热电路，当所述固态锂离子电池电芯达到预定温度时，所述控制开关控制所述加热电路断开或闭合。

【技术特征摘要】
1.一种固态锂离子电池，其特征在于，包括：固态锂离子电池电芯；温度采集器，其用于采集所述固态锂离子电池电芯的温度信息；产热装置，所述产热装置产生热量并传递至所述固态锂离子电池电芯；控制开关，所述固态锂离子电池电芯、所述温度采集器、所述产热装置及所述控制开关形成加热电路，当所述固态锂离子电池电芯达到预定温度时，所述控制开关控制所述加热电路断开或闭合。2.如权利要求1所述的固态锂离子电池，其特征在于，当所述固态锂离子电池电芯低于预定温度时，所述控制开关根据所述温度采集器发送而来的信号而闭合并使所述产热装置产生热量；当所述固态锂离子电池电芯等于或高于预定温度时，所述控制开关根据所述温度采集器发送而来的信号而断开所述加热电路。3.如权利要求1所述的固态锂离子电池，其特征在于，包括充电装置，所述充电装置与所述固态锂离子电池电芯形成充电电路。4.如权利要求3所述的固态锂离子电池，其特征在于，当充电装置对所述固态锂离子电池电芯充电时，若所述固态锂离子电池电芯温度低于预定温度，控制开关闭合并使所述充电装置与所述产热装置连接，若所述固态锂离子电池电芯温度等于或高于预定温度时，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宁宁，刘建红，孙影，赵红伟，吴可，
申请(专利权)人：中信国安盟固利动力科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11