一种基于独立的单元的二次可充电电池、制造及控制方法技术

本发明专利技术属于可充电电池技术领域，公开了一种基于独立的单元的二次可充电电池、制造及控制方法，基于独立的单元的二次可充电电池包括串联的多个独立的电池单元；电池单元包括正负电极、隔膜或固态电解质构成的电池；正负电极串联时，由第一个单元的正极与第一个单元负极构成，而第一个单元的负极与第二个单元的正极共用一个不锈钢箔；依次排列直到末端的单元；其中，倒数第二个单元的负极与末端的单元正极公用一个不锈钢箔。本发明专利技术在串联单元电池之间，单元串联数可以由移动滑槽作为连接闸刀，可以选择适当的单元电池数使之串联；同时形成这些确定串联单元数电池的并联，达到随车况调节电流电压的效果。

Secondary rechargeable battery, manufacturing and control method based on independent cell

【技术实现步骤摘要】
一种基于独立的单元的二次可充电电池、制造及控制方法
本专利技术属于可充电电池
，尤其涉及一种基于独立的单元的二次可充电电池、制造及控制方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：公知二次可充电电池的结构，诸如锂充电电池、镍氢充电池、锂高分子充电电池等，都是先将核心电池(CoreCell)于电池制造厂完成制造，且都采用金属材质作为封装壳体。接着，这具备金属外壳的核心电池送交给电池组装厂，由电池组装厂进行保护电路与核心电池的电气性连接，最后，再利用不同金属材质的其它材质的外封装壳，例如塑料材质的外封装壳，来包装保护电路与核心电池，如此便完成二次充电电池包(RechargeableBatteryPack)的组装。上述公知二次电池，由于采用公知技术所制造出来，因此无可避免地必须采用金属材质的封装壳体，因此所制造出来的二次电池其体积也因而大受局限，如要进一步地缩小为迷小化或微型化的二次电池或者是在单位体积内为增高电池的模块电压，采用公知技术显然地是困难实行。高能可充电电池具有大的应用价值，采用3D打印技术，打印电池单元，把这些单元串联起来，形成高电压模块，因此会合适的电池，改变电池的制造。这种串联单元构造电池的技术充分利用长寿命大容量电池的低压部分，又让不均匀的电池放电稳定，设置了三级针对不同放电电压平台的控制策略系统，使电池可以广泛应用于电动汽车和储能及电动工具之中，具有高效安全的特点，属于电池
有些可充电电池具有比较大的比容量，但在放电时容量处于低压部分占比较大，或者可以完全串联单元电池把锂离子电池低压容量利用起来，达到节能的效果。这部分电压若能采用变压技术使之高效利用，则对于电池能量的充分利用具有很好的效益。长期以来，对电池材料性能要求苛刻，致使许多大容量的材料不能充分利用，造成被动接受材料的性质。但如果能够采用变压技术，则能够使之得到利用。但变压技术难度大，不易实现。而采用电池元构建可充电电池，制造可用于电动汽车的电池，是个新的想法。采用传统的制造方法制造电芯的技术，工艺复杂，不利于快速安全生产，具有工艺缺陷。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有技术中，现有的充电电池不能即时随车况调节电流电压。滑动槽的闸刀调节困难。而且电流电压调节范围小。(2)不能实时调节电池模块之间的逐级放电，而是作为整体放电。(3)这一电池可以在单位体积较小的空间内形成高比容量和高电压；(4)电池单元的串并联可以有效利用打大的比容量、低电压的电池，从而扩大高比容量电池材料广泛地应用。(5)现在研究和开发的电池，如锂硫电池，其电极中锂金属的量大，在充放电过程中锂金属的氧化还原过程会产生锂枝晶，刺穿隔膜引起短路，而本电池的单元每一个单元的锂金属用量小，在对电极的比容量较大的情况下，不易形成锂枝晶，安全性成为本电池的最大优势。(6)现有技术中，对电池材料性能要求苛刻，致使许多大容量的材料不能充分利用，造成被动接受材料的性质。现有技术的变压技术难度大，不易实现。传统的制造方法制造电芯的技术，工艺复杂，不利于快速安全生产，具有工艺缺陷。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于独立的单元的二次可充电电池、制造及控制方法。本专利技术是这样实现的，一种基于独立的单元的二次可充电电池，所述基于独立的单元的二次可充电电池内部包括串联的多个独立的电池单元；电池单元包括正负电极、隔膜及固态电解质；正负电极串联时，由第一个单元的正极与第一个单元负极构成，而第一个单元的负极(锂金属薄膜)与第二个单元的正极(电极活性材料)共用一个不锈钢箔；如图1所示，依次排列直到末端的单元；倒数第二个单元的负极与末端的单元正极公用一个不锈钢箔。每个电池单元的放电电压平台分四级，第一级平台电压范围为3.3V～2.0V，第二级放电电压范围在2.0V～1.0V，第三级放电电压范围0.99V～0.3V，第四级放电平台电压范围在0.3～0.03V。进一步，所述电池单元为5～100个；基于独立的单元的二次可充电电池的总电压为所叠加电池单元放电电压的倍数；在使用过程中放电时，电池单元或采用并联，总电流强度是电池单元个数乘以每个的电流强度。如图2所示，两单元叠加串联电池。所述可充电电池可以通过串联和并联等组合方式构成电池模块。本专利技术的另一目的在于提供一种所述基于独立的单元的二次可充电电池的分级放电的控制方法，所述分级放电的控制方法可依据电池单元放电平台分级，选择放电平台，包括：选择一个并联模块，至少由两个串联电池单元组成，在放电时，先单独进行330V到110V每个并联模块的放电；330V到110V并联模块放电到指定的下限电压；再采用3组110V～33.4V并联模块，每一组110V～33.4V并联模块继续放电到指定电压；继续10组33.4V～10V并联模块，每一组33.4V～10V并联模块继续放电到5V；继续60组5.0V并联模块放电。进一步，并联电池模块构成电池系统，充电时，对电池系统充电；需大电流情况下，先并联串联单元的串联电池一个或以上单元，形成大电流并联电池模块，再进一步串联形成串联高电压的电池系统；电池系统为先串联后并联，或先并联后串联；先I＝I1+I2+......+In/，而后V＝V1+V2+…+Vn。进一步，在串联电池单元中，电池单元串联数由移动滑槽作为连接闸刀，进行串联；同时形成串联单元数电池的并联，调节电流电压；滑动槽安装有闸刀，调节闸刀间距，同时调节单元电池节数。进一步，滑道闸刀绕滑道轴旋转90°，调节滑道间距；在规定的时间和间距内完成单元电池串联数的确定，使规定的单元串联电池输出规定的电压和电流，或者规定的功率。进一步，滑道底部焊接有外接金属导线点；滑道槽为非金属材料或者陶瓷或者绝缘塑料；闸刀间距最低为电池单元的触点间距。进一步，所述分级放电的控制方法采用等电流强度放电，具体包括：步骤一，电池单元串并联构成的电池按照使用途径，划分为多个模块；在放电时，采用分级放电的控制方法，原则为高端电压时选择少串并模块，根据应用工况，逐次选择相同模块，作为相同的层次使用；步骤二，当结束同一个放电层级的模块后，再逐级选择已经过高端放电到指定电压的模块，扩大串并联数目，再逐级控制放电；步骤三，继续重复步骤一、步骤二，放电指定电压为止。本专利技术的另一目的在于提供一种所述基于独立的单元的二次可充电电池的制造方法，所述基于独立的单元的二次可充电电池的制造方法包括：1)在不锈钢箔的一面，按照电池中正极片中嵌锂量，按需求计算锂薄膜厚度和尺度形状，并在真空中直接采用热注塑技术喷涂锂金属于不锈钢箔一面；2)先按照重量百分比例值为(70～85)：(15～8)：(15～7)分别称量纳米碳化硅粉末活性材料、导电剂石墨烯、PVDF，在搅拌机中搅拌混合着三种成分，把这种混合物和NMP按照1:2重量百分比比例值搅拌均匀，制为缓流动式胶体，作为喷墨式流体状态活性电极材料，导入喷墨打印机中；3)在真空中，把喷涂锂金属薄膜的不锈钢箔另一面按照负极片锂薄膜的量，规定几何形状的正极片的厚度，控制喷头喷涂混合活性电极材料，形成活性型材料电极薄膜；4)重复以步骤1)-步骤3)制备不锈钢箔电极片；5)采用步骤1)制备喷涂锂金属薄膜不锈钢箔；6)采用步骤3)制备不锈钢箔电极活性材料片本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于独立的单元的二次可充电电池，其特征在于，所述基于独立的单元的二次可充电电池内部包括串联的多个独立的电池单元；电池单元包括正负电极、隔膜或固态电解质；正负电极串联时，由第一个单元的正极与第一个单元负极构成，而第一个单元的负极与第二个单元的正极共用一个不锈钢箔；依次排列直到末端的单元；倒数第二个单元的负极与末端的单元正极公用一个不锈钢箔。

【技术特征摘要】
1.一种基于独立的单元的二次可充电电池，其特征在于，所述基于独立的单元的二次可充电电池内部包括串联的多个独立的电池单元；电池单元包括正负电极、隔膜或固态电解质；正负电极串联时，由第一个单元的正极与第一个单元负极构成，而第一个单元的负极与第二个单元的正极共用一个不锈钢箔；依次排列直到末端的单元；倒数第二个单元的负极与末端的单元正极公用一个不锈钢箔。2.如权利要求1所述的基于独立的单元的二次可充电电池，其特征在于，所述电池单元为5～100个；基于独立的单元的二次可充电电池的总电压为所叠加电池单元放电电压的倍数；在使用过程中放电时，电池单元或采用并联，总电流强度是电池单元个数乘以每个的电流强度。3.一种如权利要求1所述基于独立的单元的二次可充电电池的分级放电的控制方法，其特征在于，所述分级放电的控制方法包括：每个电池单元的放电电压平台分三级，第一级平台电压范围为3.3V～2.0V，第二级放电电压范围在2.0V～1.0V，第三级放电电压范围0.99V～0.3V，第四级放电平台电压范围在0.3～0.03V。选择一个并联模块，至少由两个串联电池单元组成，在放电时，先单独进行330V到110V每个并联模块的放电；330V到110V并联模块放电到指定的下限电压；再采用3组110V～33.4V并联模块，每一组110V～33.4V并联模块继续放电到指定电压；继续10组33.4V～10V并联模块，每一组33.4V～10V并联模块继续放电到5V；继续60组5.0V并联模块放电。4.如权利要求3所述分级放电的控制方法，其特征在于，并联电池模块构成电池系统，充电时，对电池系统充电；需大电流情况下，先并联串联单元的串联电池一个或以上单元，形成大电流并联电池模块，再进一步串联形成串联高电压的电池系统；电池系统为先串联后并联，或先并联后串联；先I＝I1+I2+......+In/，而后V＝V1+V2+…+Vn。5.如权利要求3所述分级放电的控制方法，其特征在于，在串联电池单元中，电池单元串联数由移动滑槽作为连接闸刀，进行串联；同时形成串联单元数电池的并联，调节电流电压；滑动槽安装有闸刀，调节闸刀间距，同时调节单元电池节数。6.如权利要求5所述分级放电的控制方法，其特征在于，滑道闸刀绕滑道轴旋转90°，调节滑道间距；在规定的时间和间距内完成单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽森，范例，张洪涛，
申请(专利权)人：武汉楚能电子有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42