一种超高倍率准双极性无极耳电池模组的结构设计及制备制造技术

本申请涉及一种超高倍率准双极性无极耳电池模组的结构设计及制备方法。本发明专利技术组合利用了准双极性无极耳电池模组、活性物质高动能深度改性和多层涂覆电极三种创新技术。准双极性无极耳电池模组采用了防渗漏准双极性基板技术，通过正负极直连结构使单体电池连接电阻降低数百倍，取消了极耳和单体电池互联电路，使电池模组重量和体积减少30%。通过采用高动能深度改性技术，将碳纳米管等高导电物质渗入到活性物质颗粒内部，大幅提高了活性物质的高倍率充放电能力。通过多层涂覆技术，在集流体表面先后涂覆高导电活性物质层和高倍率活性物质层，大幅降低了集流体与活性物质接触界面电阻。新技术组合使新型动力电池的充放电倍率性得到显著的提升。性得到显著的提升。性得到显著的提升。

【技术实现步骤摘要】
一种超高倍率准双极性无极耳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
，尤其涉及一种超高倍率准双极性无极耳电池模组的结构设计及制备方法。

技术介绍

[0002]随着当前电动汽车的迅速普及，充电难和充电慢已成为影响电动车发展的痛点，因此快速充电补能成为各大电动汽车制造企业当前的重点研发方向，而开发超高倍率动力电池是其中最重要和最关键的技术难点。当前在提高动力电池充放电倍率方面，主要有以下几方面的技术方案：1.提高活性物质导电能力。由于正极活性物质锂的氧化物和负极石墨材料的导电性能较差，所以普通锂电池不支持高倍率充放电。为此在活性物质内中加入少量高导电性的石墨烯、碳纳米管等材料，可以通过提高活性物质的导电能力提高电池倍率性能。
[0003]2.对活性物质进行改性处理。比较成熟的技术是在活性物质颗粒表面包覆高导电材料，这样活性物质在相互接触时电荷传导能力可以得到加强。
[0004]3.减少单层活性物质涂层厚度，这样可以在同样的电池厚度和重量下，增加电极的总层数，通过扩大电池极板的总有效面积，提高电池的充放电功率。
[0005]4.改变电池输出极耳结构。由于常规锂电池单一极耳输出结构的线路电阻较大，大电流经过时极耳会产生高温，限制了电池的高倍率充放电的应用。所以高倍率电池往往采取增加极耳的数量和加宽输出极耳宽度的方法，提高电池的大电流充放电能力。叠片电池的多极耳结构和特斯拉4680大圆柱的全极耳结构，是其代表性技术，倍率性能明显优于单极耳电池。
[0006]上述技术虽然可以提高电池的高倍率性能，但仍然不能满足电动汽车10分钟快速补能的用户需求，而且现有技术在提高了动力电池倍率性能的同时，又造成电池容量的大幅下降，因此，开发超高倍率动力电池需要寻找新的技术突破。

技术实现思路

[0007]针对高倍率动力电池技术的现有局限，本专利技术提供了一种超高倍率准双极性无极耳电池模组的创新结构设计及制备方法。本专利技术综合利用了准双极性无极耳电池模组、活性物质高动能深度改性和多层涂覆电极三种创新技术，通过这种组合方式技术创新，使新型动力电池的充放电倍率性得到显著的提升，为电动汽车超快速补能提供了技术支持。以下对超高倍率准双极性无极耳电池模组采用的多项新技术分别说明如下：1. 活性物质高动能深度改性方法由于传统工艺加工的活性物质导电电阻较大，超高倍率充放电时会产生较大的热量和较大的压降。新型超高倍率动力电池采用了经高动能深度改性技术处理过的活性物质。高动能深度改性技术利用高动能锆球撞击活性物质颗粒，在高动能撞击瞬间活性物质颗粒会产生裂隙，在撞击的同时将碳纳米管等高导电物质渗入活性物质内部，电解液也能
通过裂隙深入活性物质的内部，因此活性物质内部的锂离子能够得到更好的释放，改性效果远优于现在的表面包覆技术，活性物质的导电性能提升近一倍，支持动力电池进行超高倍率充电。
[0008]2.活性物质多层涂覆电极及制备方法现有锂电池活性物质都是采用单层涂覆技术。动力电池为提高充放电倍率会加大活性物质中导电剂的掺入比例，但导电剂的掺入比例太高会大幅降低电池的比容量指标，所以单层涂覆电极导电剂掺入比例受限，在大电流充放电时，集流体与活性物质接触界面与活性物质本身都会产生快速升温，因此单层涂敷工艺不适合超高倍率充放电。新结构电池采用了多层涂覆新技术，集流体表面先涂覆一层较薄的高导电活性物质涂层，大幅降低了界面接触电阻，然后再涂覆一层深度改性的高倍率活性物质涂层。这种多层涂覆极板在超高倍率充放电时，发热量和压降远低于现在的单层涂覆电池，因此高倍率充放电性能远高于现有单层涂覆工艺。
[0009]3.准双极性无极耳电池模组的结构组成及制备准双极性无极耳电池模组是一种创新型电池结构，由一组正极输出模块单元、多组准双极性核心模块单元和一组负极输出模块单元堆叠组成。
[0010]正极输出模块单元由正极输出极板、正极集流体、封装边框组成。在正极集流体表面涂覆有一层正极高导电活性物质涂层，在高导电活性物质涂层表面涂覆有一层正极高倍率活性物质涂层。
[0011]准双极性核心模块单元由防化学渗漏层、负极集流体、正极集流体基底层、正极集流体表面层、正负极集流体连接体和封装边框组成。在正极集流体表面层涂覆有一层正极高导电活性物质涂层，在高导电活性物质涂层表面涂覆有一层正极高倍率活性物质涂层。在负极集流体表面涂覆有一层负极高导电活性物质涂层，在高导电活性物质涂层表面涂覆有一层负极高倍率活性物质涂层。进一步，在负极高倍率活性物质涂层的表面覆盖一层微孔离子隔膜，微孔离子隔膜周边胶合在封装边框的预留槽中。
[0012]负极输出模块单元由负极输出极板、封装边框组成，在负极输出极板表面涂覆有一层负极高导电活性物质涂层，在高导电活性物质涂层表面涂覆有一层负极高倍率活性物质涂层。进一步，在负极高倍率活性物质涂层的表面覆盖一层微孔离子隔膜，微孔离子隔膜周边胶合在封装边框的预留槽中。
[0013]进一步，在一组正极输出模块单元、多组准双极性核心模块单元和一组负极输出模块单元封装边框的结合面上均匀涂上密封胶，多层模块单元堆叠加压挤出多余密封胶，加温固化后，在真空环境下通过注液孔注入电解液，最后密封注液口，完成超高倍率准双极性无极耳电池模组的制备。
[0014]本专利技术的优点及积极效果为：1.由于采用了准双极性无极耳电池模组结构，单体电池之间连接电阻接近为零，只有传统单极耳结构电池模组的几百分之一，也远低于特斯拉新发布的4680大圆柱电池的全极耳结构，因此在超高倍率充放电时电池发热量和电压降远低于常规极耳结构电池。
[0015]2.经过高动能深度改性的活性物质，导电性能得到大幅提升，因此在超倍率充放电时比常规活性物质可以释放出更大的电流和功率。
[0016]3.多层涂覆电极可以大幅降低活性物质与集流体之间的界面接触电阻，可以避免
超倍率充放电时接触界面产生不可逆损害。
[0017]4.由于超高倍率准双极性无极耳电池模组取消了单体内部极耳结构和外部互联电路后，模组重量和占用空间减少30%，因此可以大幅提升活性物质的占比，模组比容量比常规锂电池模组高30%。
[0018]5.上述新技术的组合使用，可以使超高倍率准双极性无极耳电池模组的充放电倍率性能得到显著提升，有助于电动汽车超快充功能的实现。
附图说明
[0019]图1：活性物质高动能深度改性示意图。
[0020]图2：正极输出模块单元结构示意图。
[0021]图3：准双极性核心模块单元结构示意图。
[0022]图4：负极输出模块单元结构示意图。
[0023]图5：超高倍率准双极性无极耳电池模组结构示意图。
[0024]图6：超高倍率准双极性无极耳电池模组注液口示意图。
具体实施方式
[0025]现结合附图对本专利技术的一个实施例做进一步的详细说明，如图4所示，超高倍率准双极性无极耳电池模组由一组正极输出模块单元（100）、多组准双极性核心模块单元（200）、一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高倍率准双极性无极耳电池模组的结构设计，其特征在于组合利用了准双极性无极耳电池模组、活性物质高动能深度改性和多层涂覆电极三种创新技术，通过这种组合方式的技术创新，使新型动力电池的充放电倍率性得到显著的提升。2.根据权利要求1所述的准双极性无极耳电池模组，是由一组正极输出模块单元、多组准双极性核心模块单元和一组负极输出模块单元堆叠组成，其特征是通过采用防渗漏准双极性基板技术，克服了超薄铜、铝双金属集电体电解液渗漏的结构缺陷，简化、取消了极耳和单体电池互联电路，使电池模组重量和体积减少30%，并通过正负极边沿直连的准双极结构，使单体电池之间连接电阻降低数百倍，大幅降低了超高倍率充放电时电池模组的发热量。...

【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：