一种锂离子电池及其监测和维护方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池，包括多组极板组，多组所述极板组依次排列且每组所述极板组均包括正极板1、负极板2和参比电极3，所述正极板1与参比电极3之间设置有第二隔板7，所述负极板2与参比电极3之间设置有第三隔板8，相邻极板组的正极板与负极板之间设置有第一隔板，所述参比电极3为富锂电极，多组所述极板组均浸泡在电解液中。本发明专利技术还提供了一种包括多组所述锂离子电池的单体电池和所述锂离子电池和单体电池的监测和维护方法，解决了当前锂离子电池电极荷电状态不能准确检测以及电池循环过程中锂离子损耗，导致电池实用寿命不长等问题。

A lithium ion battery and its monitoring and maintenance method

The invention provides a lithium-ion battery, which comprises a plurality of groups of plates, which are arranged in turn and each group of plates includes a positive plate 1, a negative plate 2 and a reference electrode 3. A second partition 7 is arranged between the positive plate 1 and the reference electrode 3, a third partition 8 is arranged between the negative plate 2 and the reference electrode 3, and a positive plate and a negative plate of the adjacent plates are arranged between the positive plate and the reference electrode 3 A first separator is arranged, the reference electrode 3 is a lithium rich electrode, and a plurality of groups of the plates are immersed in the electrolyte. The invention also provides a monitoring and maintenance method for the single battery, the lithium-ion battery and the single battery including a plurality of groups of the lithium-ion battery, solves the problems such as the current lithium-ion battery electrode charge state can not be accurately detected, the lithium-ion loss in the battery cycle process, and the battery practical life is not long.

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池及其监测和维护方法
本专利技术涉及锂电池领域，特别涉及一种锂离子电池及其监测和维护方法。
技术介绍
锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、自放电率低、使用寿命长、无记忆效应和环境友好等优异特点被广泛应用于移动式储能、电动交通工具、大型电网储能等领域。现有技术中，应用于大型电网储能电站中的电池绝大多数采用大量的小容量锂离子电池串并联组成，这对电池堆中每一个锂离子电池单体的一致性提出了极高要求，同时也会导致电站的电池管理系统十分复杂，进而使得储能电站建设成本的高企，大大减缓了储能电池市场的发展速度。从铅酸电池时代起，超大单体容量的固定式电池结构便是最适合于大规模储能的一种电池结构设计，囿于锂离子电池生产过程对生产环境与电池安全性的高要求，超大单体容量的锂离子电池一直未能面世。对于超大容量锂离子电池单体，系统的安全性与稳定性是至关重要的。专利号201910120637.7中提出了一种具有监控模块的超大容量储能用锂离子电池，其中采用了大型板式正极板与负极板，同时具有电池状态监控模块，从而使得安全的超大容量的锂离子电池单体成为可能。为了提高超大容量储能用锂离子电池的安全性与稳定性，延长电池的使用寿命，降低电池的生产成本，本专利提出了一种具有参比电极的锂离子电池。通过在特定位置添加特殊结构的参比电极，使得电池中引入了额外锂源，并可以实时监测锂离子电池正极板、负极板的电极电势。采用了本技术的超大容量储能用锂离子电池，由于电极电势的获得，可以使锂离子电池对电池的荷电状态(SOC)具有更高精度的监控，并使电池管理系统对电池的工况进行智能调度调节，也使电池具有更高的健康状态(SOH)和剩余容量(RUL)的辨识精度。由于引入了额外锂源，可以通过对指定正极板或负极板进行补锂或脱锂，可以有效解决锂离子池在循环过程中锂离子的损耗问题，实现电池健康状态的主动维护，大大提高电池的可靠性与使用寿命。
技术实现思路
本专利技术提供了一种锂离子电池及其监测和维护方法，其目的是为了解决当前锂离子电池电极荷电状态不能准确检测以及电池循环过程中锂离子损耗，导致电池实用寿命不长等问题。为了达到上述目的，本专利技术的实施例提供了一种锂离子电池，包括多组极板组，多组所述极板组依次排列且每组所述极板组均包括正极板1、负极板2和参比电极3，所述正极板1与参比电极3之间设置有第二隔板7，所述负极板2与参比电极3之间设置有第三隔板8，相邻极板组的正极板与负极板之间设置有第一隔板6，所述参比电极3为富锂电极，所述第一隔板6、正极板1、第二隔板7、参比电极3、第三隔板8和负极板2均浸泡在电解液中。其中，所述参比电极3包括正对电极部分4和引线部分5，所述正对电极部分4与所述负极板2和正极板1相对，所述引线部分设置在所述正对电极部分4的边缘。所述正对电极部分4是主要功能实现部分，所述引线部分5起到固定电极，传递电流信号的作用。其中，所述正对电极部分4由活性物质和覆盖在所述活性物质表面的保护层构成；或者，所述正对电极部分4由保护层、活性物质和集流体构成，所述活性物质覆盖在所述集流体的表面，所述保护层覆盖在所述活性物质的表面。其中，所述集流体为不与金属锂反应且具有良好导电性能的材料，例如金属铜、稳定的锂铝合金或石墨板与金属锂形成的嵌层化合物材料制成；所述活性物质是金属锂、锂合金化合物、锂嵌层材料或其他含锂物质中的一种或多种混合制成,例如锂铝合金、锂硅合金，所述锂嵌层材料，石墨与锂形成的嵌层化合物；所述保护层为人工固体电解质截面(SEI)膜，例如LiNO3。其中，所述第一隔板6、第二隔板7和第三隔板8为多孔陶瓷材料、多孔塑料薄膜材料、固态电解质、类编织物或板框结构中的一种或多种的组合。其中，所述第一隔板6、第二隔板7和第三隔板8为多孔陶瓷材料、多孔薄膜材料、固态电解质或板框结构中的一种或多种的组合。例如，所述第一隔板6和第二隔板7为均为多孔陶瓷材料制成，所述第三隔板8为固态电解质；或者所述第一隔板6为多孔薄膜材料，所述第二隔板7和第三隔板8为固态电解质制成等等任意一种组合形式；或者第一隔板6、第二隔板7和第三隔板8也可以设置为板框结构或者是类编织物的结构形式。其中，所述第一隔板6、第二隔板7和第三隔板8均采用多孔PP/PE复合隔膜材料制成，所述第一隔板6、第二隔板7和第三隔板8分别固定在第一塑料框、第二塑料框和第三塑料框内，所述第一塑料框、第二塑料框和第三塑料框均由PP材料制成。所述第一塑料框、第二塑料框和第三塑料框的框内长宽尺寸均为1220mm×1520mm。本专利技术还提供了一种单体电池，所述单体电池包括所述的锂离子电池，多组所述极板组依次排列，多组所述极板组的端部为正极板1的一侧还设置有负极板2，所述负极板2与所述端部的正极板1之间采用第一隔板隔开，多组所述极板组均浸泡在电解液内。其中，所述极板组为100组。本专利技术还提供了一种所述的锂离子电池或单体电池的监测和维护方法，包括如下步骤：S1、确定参比电极3的正对电极部分4的电极电势为所述电极电势为正对电极部分处于电池电解液环境中所测得的稳定值；S2、以所述参比电极3的电极电势作为基准，与正极板1的实时电极电势对比可得正极板1相对电极电势与负极板2的实时电极电势对比可得负极相对电极电势S3、将所述分别与平衡电极电势进行比较，将比较结果传送给电池管理系统，所述电池管理系统判断该正极板1或负极板2当前的荷电状态，如果所述判断结果显示荷电状态为缺锂，则将该正极板1或负极板与参比电极3组成回路，为该正极板1或负极板2补锂；如果判断结果显示荷电状态为富锂，则将该正极板1或负极板2与参比电极3组成回路，为该正极板1或负极板2脱锂。本专利技术的上述方案有如下的有益效果：本专利技术提供了一种锂离子电池及其监测和维护方法，通过在超大通容量储能用锂离子电池中添加参比电极，如果所述正极板或负极板为缺锂状态，所述参比电极与正极板或负极板组成电路回路，从而为缺锂地电极板进行补锂，作为额外锂源；同时，所述参比电极作为基准，监测各个正极板和负极板上的相对电极电势，并将监测结构反馈给电池管理系统，所述电池管理系统根据监测的结果判断电极当前的荷电状态，如果为缺锂，则将参比电极与所述缺锂电极组成电路回路进行补锂，如果为过充，则将参比电极与所述缺锂电极组成电路回路进行脱锂。因此本专利技术中的参比电极的设置既可以监测电极的锂含量情况，又可以作为额外锂源，实现了参比电极的电势监测和补锂的一体化功能。附图说明图1为本专利技术的锂离子电池的结构示意图。【附图标记说明】1-正极板、2-负极板、3-参比电极、4-正对电极部分、5-引线部分、6-第一隔板、7-第二隔板、8-第三隔板。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。实施例1本专利技术针对现有的问题，提供了包括多组极板组，多组所述极板组依次排列且每组所述极板组均包括正极板1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括多组极板组，多组所述极板组依次排列且每组所述极板组均包括正极板(1)、负极板(2)和参比电极(3)，所述正极板(1)与参比电极(3)之间设置有第二隔板(7)，所述负极板(2)与参比电极(3)之间设置有第三隔板(8)，相邻极板组的正极板与负极板之间设置有第一隔板(6)，所述参比电极(3)为富锂电极，所述第一隔板(6)、正极板(1)、第二隔板(7)、参比电极(3)、第三隔板(8)和负极板(2)均浸泡在电解液中。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，其特征在于，包括多组极板组，多组所述极板组依次排列且每组所述极板组均包括正极板(1)、负极板(2)和参比电极(3)，所述正极板(1)与参比电极(3)之间设置有第二隔板(7)，所述负极板(2)与参比电极(3)之间设置有第三隔板(8)，相邻极板组的正极板与负极板之间设置有第一隔板(6)，所述参比电极(3)为富锂电极，所述第一隔板(6)、正极板(1)、第二隔板(7)、参比电极(3)、第三隔板(8)和负极板(2)均浸泡在电解液中。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述参比电极(3)包括正对电极部分(4)和引线部分(5)，所述正对电极部分(4)与所述负极板(2)和正极板(1)相对，所述引线部分设置在所述正对电极部分(4)的的边缘。


3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述正对电极部分(4)由活性物质和覆盖在所述活性物质表面的保护层构成；
或者，所述正对电极部分(4)由保护层、活性物质和集流体构成，所述活性物质覆盖在所述集流体的表面，所述保护层覆盖在所述活性物质的表面。


4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述集流体由不与金属锂反应且具有良好导电性能的材料、稳定的锂铝合金或石墨板与金属锂形成的嵌层化合物材料制成；
所述活性物质是金属锂、锂合金化合物、锂嵌层材料或其他含锂物质中的一种或多种混合制成；
所述保护层为人工固体电解质截面(SEI)膜。


5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一隔板(6)、第二隔板(7)和第三隔板(8)为多孔陶瓷材料、多孔塑料薄膜材料、固态电解质、类编织物或板框结构中的一种或多种的组合。

【专利技术属性】
技术研发人员：颜果春，刘越，李新海，王志兴，郭华军，王接喜，胡启阳，彭文杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43