本申请涉及一种防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组的结构设计及制备方法。本发明专利技术的核心是双极性蜂窝电极模块单元的制备：以一层聚酰亚胺薄膜为中间体，按蜂窝结构在预定位置打孔，在薄膜表面和孔内表面电化学沉积一层电解铜，然后在下表面再镀一层电解铝，再用化学刻蚀工艺将上下金属导电层刻蚀为相互独立的小面积蜂窝状集流体，再用平面涂覆工艺在上、下集电体表面分别涂覆负极和正极活性物质。最后由一组正极输出模块、多组双极性蜂窝电极模块单元、一组负极输出模块顺序堆叠，胶合封装后制备成双极性蜂窝结构锂电池模组。由于单个蜂窝单元的面积和功率较小，发生枝晶短路或金属穿刺短路时短路点温升低于100℃，因此避免了模组自燃的发生。模组自燃的发生。模组自燃的发生。
【技术实现步骤摘要】
一种防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组的结构设计及制备
[0001]本专利技术属于电化学储能
，尤其涉及防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组的结构设计及制备方法。
技术介绍
[0002]由于锂电池具有非常高的比能量和循环使用寿命，所以在电动汽车和储能系统中得到大规模的应用，并且占据了电动汽车和储能系统90%以上的市场。不过随着使用规模的迅速扩大，电动汽车和储能电站频频发生爆燃事故，已经引起国家管理部门和储能系统用户对锂电池安全性的关注和担忧。现在国家管理部门已发文禁止在储能系统中使用三元锂电池，另外铁锂电池也在电动汽车自燃事故中占有较大比例，因此铁锂电池的安全性也具有较大的不确定性。
[0003]自锂电池进入产业化应用以来，自燃事故一直相伴。学术界主流意见认为是在充放电时，富余的锂元素会析出并产生金属枝晶，枝晶成长到一定高度会刺穿离子隔膜造成正负极短路，短路点周围因此会产生温升，一旦温升超过电解液燃烧临界点，就会造成电池自燃。由于枝晶成长周期不固定，从发生短路到温度上升至自燃临界点也需要一定时间，所以自燃时间点具有一定随机性，在充电、放电和静止期都有可能发生自燃事故，并且一旦发生自燃，会引起周边电池殉爆，所以大功率锂电池模组发生自燃事故具有较大的时间不确定性和破坏性。
[0004]为防止锂电池自燃，解决方案之一是提高离子隔膜的强度防止枝晶穿透，更多的方案是在电池模组中增加温度检测部件，并采取主动或被动散热方式为电池模组降温，防止电池模组温升超过自燃临界点温度，提高电池模组的安全性。但在实际应用中，一旦发生快速升温现象，这种散热降温系统大多数只能延迟自燃的发生以争取逃生的时间。由于锂电池电解液具有强氧化性，一旦超过临界温度就会以极快的速度爆燃，施救极其困难，所以大多数事故都是以燃尽结束，无法防止对电网等高价值系统造成的严重破坏。基于这种情况，现有的锂电池防自燃技术有结构性缺陷，仍不能防止自然事故的产生，因此在储能、航天、生命相关的应用中，需要开发新一代安全、可靠的电池防自燃技术。
技术实现思路
[0005]针对现有锂电池的安全性缺陷，为使锂电池能够在储能、航天和生命相关的系统中得到安全、可靠的应用，本申请提供一种防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组的结构设计及制备方法。
[0006]本专利技术的原理是，锂电池的枝晶短路点温升极限温度与单体电池功率正相关，小功率锂电池的短路温升极限温度较低，不会超过电池自燃临界温度所以不会产生自燃，当单体电池功率增大到一定数值时，短路温升极限温度就会突破电池自燃临界温度引起电池自燃，因此限制单元电池的功率低于自燃临界功率，是避免锂电池产生自燃的可靠方法。本专利技术的特征是，将大面积的双极性平面电极分割成为蜂窝状、相互独立的小电极，控制每个
小电极的功率远低于自燃临界功率，因此即便发生局部枝晶短路或金属穿刺造成的短路，短路点温升也不会超过自燃临界温度，所以从根源上杜绝了电池自燃事故的产生，这是双极性无极耳结构的独有优势，是现有量产锂电池无法做到的。
[0007]防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组由一组正极输出模块单元、多组双极性蜂窝电极模块单元、一组负极输出模块单元堆叠组成，各单元详细内部结构如下：正极输出模块单元由玻璃纤维环氧树脂基板、正极输出电极、正极充电正极、正极充电二极管、正极放电二极管、正极集流体蜂窝群组、正极活性物质涂层蜂窝群组、封装边框组成。
[0008]双极性蜂窝电极模块单元由聚酰亚胺薄膜防化学渗漏层作为基础结构层，进一步，在基础结构层表面预设的蜂窝节点打出相应数量的通孔。进一步，采用塑料电镀工艺在基础结构层上下表面和通孔内表面沉积2～15μm厚的电解铜作为导电层。进一步在下导电层表面电镀一层1～5μm厚的电解铝作为正极集流体层。进一步，采用化学刻蚀工艺将上下表面导电金属层刻蚀成蜂窝状相互隔离的小面积电极，上表面蜂窝电极作为负极集流体备用，下表面蜂窝电极作为复合正极集流体备用。进一步，采用ABS或PP工程塑料原料，利用专用模具在基础结构层周边制备封装边框。进一步，在正极集流体表面层采用平面涂覆工艺涂覆一层30～100μm厚的正极活性物质，干燥后压实。进一步，在负极集流体表面采用平面涂覆工艺涂覆一层30～100μm厚的负极活性物质，干燥后压实。进一步，在负极活性物质涂层表面覆盖一层微孔离子隔膜，微孔离子隔膜面积大于负极活性物质涂层，四边胶合固定在塑封边框的预留凹槽内。
[0009]负极输出模块单元由1
‑
3mm电解铜制备的负极输出极板、负极活性物质涂层、微孔离子隔膜、封装边框组成。
[0010]正极输出模块单元、双极性蜂窝电极模块单元、负极输出模块单元的组成结构和制作方法在具体实施方法中进行详细描述，下面主要说明防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组的总体结构及制备：首先准备好一组正极输出模块单元、多组双极性蜂窝电极模块单元和一组负极输出模块单元，在各模块单元的封装边框的结合面均匀涂布环氧延时固化密封胶，然后将这些模块单元依序堆叠，加压挤出多余密封胶，密封胶固化后形成一体化的防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组。
[0011]进一步，在真空封闭环境下，通过防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组封装边框预留的电解液注液孔，向模组内注入电解液，注满电解液后，使用弹性预制件堵塞注液口，清洗外部残留污染物后，使用环氧密封胶进一步密封注液口，防止电解液泄露。
[0012]进一步，根据采用的电池活性物质和电解液的性质，进行化成处理，化成结束后，完成防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组的制备。
[0013]本专利技术的优点及积极效果为：1.防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组采用双极性大面积平面电极，通过分割方式将大面积平面电极分隔成为蜂窝状小功率单元，每个单元的电短路温升远低于锂电池自燃临界温度（300 ℃），因此即便发生枝晶短路或金属穿刺短路，电池模组不会发生自燃事故，极大的提高了锂电池的使用安全性。
[0014]2.防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组采用单向二极管与每个蜂窝单元连接，当单
个蜂窝单元发生短路时，模组可以自动隔离故障单元，模组可以继续正常工作，极大的提高了模组系统可靠性。
[0015]3.防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组取消了传统锂电池的内部输出极耳和电池外部互联电路结构，因此减少了电池模组30%左右的结构部件和重量，取消了极耳加工设备和加工过程，大幅降低了原材料和电池生产成本。
[0016]4.与刀片、麒麟等当前主流有极耳电池模组相比，防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组中的活性物质有效质量占比提升了30%以上，可以大幅提升电池模组的功率与体积比容量，可以延长电动汽车行驶里程30%以上。
[0017]5.两单体电池之间采取（极短距离）直连结构，连接电阻只有普通卷绕电池的数百分之一，因此可以大幅降低动力电池大电流快速充电时的发热量，为电动汽车快速充电提供了最佳的技术支持。
[0018]6. 由于双极性锂电池基板两面正负极之间的连接，采取的是塑料过孔金属化电沉积冷连接工艺，避免了常规锂电池极耳高温焊接工艺造成的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组，其特征在于：采用蜂窝结构双极性电极，通过限制每个蜂窝单元电极的面积和功率，使其在发生枝晶短路或金属穿刺短路时，短路点温升低于锂电池自燃临界温度，避免模组产生自燃。2.根据权利要求1所述的防自燃双极性蜂窝结构锂电池模组，在每个蜂窝电极的正极输出端，分别串接正向和反向二极管，正向...
【专利技术属性】
技术研发人员：王荣之，
申请(专利权)人：睿智同创南京储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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