一种具有多组电极的储能器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种具有多组电极的储能器件，包括多个电芯，其中多个电芯中具有至少一个第一电芯，第一电芯包括第一正电极、第一电解质和第一负电极，第一正电极包括第一正极集流体和第一正极活性材料，多个电芯中的每个都具有双极性电极，每个双极性的电极都包括双极性集流体，双极性集流体的一侧设置正极活性材料，另一侧设置负极活性材料，多个电芯中至少有一个双极性集流体的设置的正极活性材料为第二正极活性材料，第一正极材料可以为三元正极材料，第二正极材料可以为磷酸铁锂。本实用新型专利技术设计出一种高度灵活且有效的一种具有多组电极的储能器件，可以从电压区间、功率密度、成本等角度进行多组分匹配。成本等角度进行多组分匹配。成本等角度进行多组分匹配。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多组电极的储能器件


[0001]本技术属于储能器件
，具体涉及一种具有多组电极的储能器件。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高的优点，因此在现代生活中得到广泛的应用，但是目前锂离子的电池仍然满足不了用户追求更长待机时间的需求，因此，开发能量密度更高的电池产品，成为工业界的急迫需求。
[0003] 目前电池包基本上都采用从单体
‑
模组
‑
电池包的成组方式，通过多层级的成组方式保障电池安全，但会牺牲电池包的空间利率和能量密度，已有电池内部通过集流体将多个储能单元串联形成电池储能系统，即双极性ETP（Electrode to pack）电化学电池，可以降低电池的封装重量和体积，从而提高其比能量和比功率，并具有更加稳定的电池性能和更低的内阻，使电池的安全性也得到很大的提高。
[0004]目前的双极性ETP电化学体系的设计主要围绕某一种储能结构进行，例如采用三元镍钴锰正极材料（NCM）的ETP电池和采用钴酸锂（LCO）正极材料的ETP电池，但是各个体系的的都有缺点，没有一种完美的电化学体系，采用钴酸锂（LCO）正极材料的ETP电池具有高电位，但是成本较高，现在的储能器件急需要一种能量密度高、适配环境多和成本低的双极性ETP电化学体系。

技术实现思路

[0005]一种储能器件，所述储能器件包括多个电芯，其中所述电芯中具有至少一个第一电芯，所述第一电芯包括第一正电极、第一电解质和第一负电极；所述第一正电极包括第一正极集流体和第一正极活性材料，第一正极活性材料设置在第一正极集流体的内侧；所述第一负电极包括第一负极集流体和第一负极活性材料，所述第一负极活性材料设置在第一负极集流体的内侧；所述多个电芯中的每个都具有双极性电极，每个双极性的电极都包括双极性集流体，所述双极性集流体的一侧设置正极活性材料，另一侧设置负极活性材料，所述多个电芯中至少有一个双极性集流体的一侧设置的正极活性材料为第二正极活性材料；所述第一电芯内部填充第一电解质，所述第一电芯内的双极性电极为第一双极性电极；所述第一正电极和第一负电极分别位于所述第一电芯最外两侧，所述第一双极性电极位于所述第一正电极和第一负电极之间，相邻两片电极相对的面设置的活性材料层极性相反。
[0006]进一步改进，优选所述第一正极材料为三元正极材料，所述第二正极材料为磷酸铁锂。
[0007]进一步改进，优选所述三元正极材料为镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂中的至少一种。
[0008]进一步改进，优选设置所述第一正极材料的电极数与设置所述第二正极材料的电极数目比例为1:10至15:1。
[0009]进一步改进，优选所述第一电芯中具有至少两个第一双极性电极，其中至少一个第一双极性电极的集流体的一侧设置的正极活性材料为第三正极活性材料。
[0010]进一步改进，优选所述所述第一负极材料为石墨，所述第三正极活性材料为钴酸锂和/或锰酸铁锂。
[0011]进一步改进，优选所述双极性电极集流体为不锈钢箔材，所述正极集流体为铝箔，所述负极集流体为铜箔，所述电解质为液态电解质，液态电解质中含有六氟磷酸锂。
[0012]进一步改进，优选所述不锈钢箔材上设置导电高分子复合薄膜，所述导电高分子复合薄膜的高分子基体材料包含聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂中的至少一种。
[0013]进一步改进，优选所述储能器件还包括至少一个第二电芯，所述第二电芯包括第二正电极、第二双极性电极、第二电解质和第二负电极；所述第二正电极包括第二正极集流体和第四正极活性材料，第四正极活性材料设置在第二正极集流体的内侧；所述第二负电极包括第二负极集流体和第二负极活性材料，所述第二负极活性材料设置在第二负极集流体的内侧；所述第二双极性电极包括第二双极性电极集流体，其一侧设置第四正极活性材料，另一侧设置第二负极活性材料；所述第二电芯内部填充第二电解质；所述第二正电极和第二负电极分别位于所述第二电芯最外两侧，所述第二双极性电极位于所述第二正电极和第二负电极之间，相邻两片电极相对的面设置的活性材料层极性相反；所述第四正极活性材料为过渡金属氧化物、聚阴离子化合物或普鲁士蓝类化合物中的至少一种，其中所述过渡金属氧化物的表达式为NaxMO2，0＜x≤1，M为过渡金属元素，所述聚阴离子化合物表达式为NaxM
’
y［(POm)n
‑
］z，M
’
为具有可变价态的金属离子,所述普鲁士蓝类化合物表达式为NaxMA［MB(CN)6］
·
zH2O，MA和MB为过渡金属离子。
[0014]进一步改进，优选所述储能器件还包括至少一个第三电芯，所述第三电芯为超级电容器，所述超级电容器包括多孔电极材料、第三集流体、多孔行电池隔膜和电解液，所述多孔电极材料与第三集流体紧密相连。
[0015] 本技术基于ETP的结构设计，通过集流体两面分别负载正负极活性材料的双极性极片一步组装成由多个独立单元内部串连的电池包，跳过单体和模组，不需要复杂的结构件、联接和管理系统，大幅提升体积利用率，进而提高比功率和比能量。同时电流方向与电极垂直，电流仅通过很薄的集流体，在减少电流传输距离的同时增大了电流经过的面积，使电池中电流密度分布更加均匀，并且电子迁移通道缩短，降低了电池内阻，相比目前CTP（Cell to Pack）的多组分电池体系而言，ETP的结构集成度更高，且更为灵活，从电极层级进行多分组设计，在储能体系的选择上更加宽泛，不受限制，能够最大限度的进行体系优化，集众多优势于一身。
[0016]本技术针对ETP结构进行多组分电化学体系设计，包括且不仅限于锂离子电池体系（三元、铁锂、钴酸锂等）以及钠离子电池体系甚至超级电容体系，这种多组分结构设计主要应用在ETP结构中每个独立正负极单元上，可以从不同电化学体系上进行分析整理，利用不同体系的优势，弥补劣势，从而达到满足不同工况不同需求的最优解。
[0017]本技术设计出一种高度灵活且有效的多组分体系ETP结构，利用ETP的结构特殊性，在串联独立单元方面进行合理分配，可以从电压区间、功率密度、成本等角度进行多组分匹配。从电极设计涂布成型开始，结合不同组分特性，分切出不同正负极结构单元，在进行注液化成封装形成多组分ETP产品。创新点在于针对ETP结构实际应用过程中不能够兼顾各项性能的痛点，提出采用多组分电极单元进行串联成组，最大限度的利用好每种电化
学体系的优势，并且更加灵活多变，这种设计可以更好的根据产品特性客户需求进行最优匹配达到最高性价比。
附图说明
[0018]图1为本技术基于ETP结构的多组电极电池的第一电芯结构示意图。
[0019]图2为具有多组分电极和多电芯的ETP示意图。
[0020]图3为本技术基于ETP结构的多组电极电池的第一电芯结构示意图。
[0021]图4为双极性电极金属帽状结构示意图。
[0022]图5为三元材料和磷酸铁锂的不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多组电极的储能器件，其特征在于：所述储能器件包括多个电芯，其中所述电芯中具有至少一个第一电芯，所述第一电芯包括第一正电极、第一电解质和第一负电极；所述第一正电极包括第一正极集流体和第一正极活性材料，第一正极活性材料设置在第一正极集流体的内侧；所述第一负电极包括第一负极集流体和第一负极活性材料，所述第一负极活性材料设置在第一负极集流体的内侧；所述多个电芯中的每个都具有双极性电极，每个双极性的电极都包括双极性集流体，所述双极性集流体的一侧设置正极活性材料，另一侧设置负极活性材料，所述多个电芯中至少有一个双极性集流体的一侧设置的正极活性材料为第二正极活性材料；所述第一电芯内部填充第一电解质，所述第一电芯内的双极性电极为第一双极性电极；所述第一正电极和第一负电极分别位于所述第一电芯最外两侧，所述第一双极性电极位于所述第一正电极和第一负电极之间，相邻两片电极相对的面设置的活性材料层极性相反。2.根据权利要求1所述的一种具有多组电极的储能器件，其特征在于，所述第一正极活性材料为三元正极材料，所述第二正极活性材料为磷酸铁锂。3.根据权利要求2所述的一种具有多组电极的储能器件，其特征在于，设置所述第一正极活性材料的电极数与设置所述第二正极活性材料的电极数目比例为1:10至15:1。4.根据权利要求3所述的一种具有多组电极的储能器件，其特征在于，所述第一电芯中具有至少两个第一双极性电极，其中至少一个第一双极性电极的集流体的一侧设置的正极活性材...

【专利技术属性】
技术研发人员：车玲娟，朱夏纯，常雅慧，陈希雯，闫坤，孙伟，王俊华，
申请(专利权)人：烯晶碳能电子科技无锡有限公司，
类型：新型
国别省市：