储能器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种储能器件及其电源管理系统，其具有金属化集流体，集流体具有双极性，其两侧分别涂覆正极活性材料与负极活性材料，多个集流体叠加构成电池的内部电芯，通过气相沉积磁控溅射技术对聚合物双极性电极端头进行金属化，金属化后的双极性电极连接电源管理系统，电源管理系统具有多种采样和监控电路，连接电源管理系统后则实现对电池中电极片级别的深入监控，可以检测有毒气体，聚合物集流体具有良好的柔性，同时降低集流体质量，从而提高体系的能量密度，电源管理系统实现对电极片级的电池监控，形成电池包系统中细致直观的电源监管体系，降低动力电池或者储能系统的热管控、电极失效等风险。电极失效等风险。电极失效等风险。

【技术实现步骤摘要】
储能器件


[0001]本技术属于储能系统
，具体涉及一种储能器件。

技术介绍

[0002]电化学能源的发展与人民生活，国防工业密不可分。生活中使用的消费电子产品、电驱动新能源车、分布式电网都离不开电化学储能。随着人们对消费电子产品依赖程度增加，对电子设备待机时间的要求与日俱增，而电化学储能器件应用是新能源广泛应用的关键技术。电池作为一种新型电化学储能器件，具有高能量密度、长寿命、高安全和宽工作温度范围等优点，在汽车启停系统、新能源汽车、轨道交通、智能电网、电网调频、瞬时电压补偿、AGV(自动引导式运输车)、节能电梯、军工等众多领域得到了广泛的应用。
[0003]电池单体电压一般仅2～4V，而在实际应用时通常需要数百到上千只单体串并联使用，外部串联单体的方式对于电池的一致性有很高的要求，而且外部电气连接会使串联系统连接电阻增大、制作成本增加、结构复杂、安全性和可靠性降低。目前主流技术方案，电池管理系统基于的最小单元是单体电池，即不同类型的单个电池体系。单体电池形态主要分为圆柱、方形铝壳及软包，对单体电池的管理系统，主要包括电压监测及能量均衡，无法做到电极片级监测管理。一旦出现失效异常，则需要隔断整个单体电池，同时，某单体电池失效出现热失控的风险高，对整体电池包（PACK）的影响严重。

技术实现思路

[0004]为解决以上问题，本技术提出了一种对ETP（Electrode to Pack）结构中双极性聚合物集流体进行金属化的技术。双极性电极一面为正极活性物质另一面为负极活性物质，将双极性集流体金属化之后便可引出金属导体，金属导体可连接电源管理系统，从而实现对相邻双极性电极的电位监测，即通过系统管理，可实现对单个电极片级的电势管理。
[0005]为实现以上目的的技术解决方案如下：
[0006]本技术采用的是物理气相沉积磁控溅射的办法，将金属材料沉积在高分子聚合物表面形成镀层，这种办法成膜速率快、效率高、结合力强，金属层与聚合物集流体形成致密、分布均匀并且体系结合稳定，在保证电极体系循环寿命的同时接触良好可维持较低的内阻。从而可进一步将金属层引出导体并连接电池管理系统。单层电极级引出导体后，通过电池管理系统整合，可直接监测每一片电极所在电势以及电流倍率等电化学性能，这有助于形成高效细致的电池管理系统。
[0007]为实现以上目的的技术解决方案如下：
[0008]一种储能器件包括至少一个电芯和电源管理系统所述至少一个电芯包括双极性电极片、隔膜及电解质；双极性电极片包括集流体，集流体的两侧面分别涂覆正极活性材料与负极活性材料，相邻两片双极性电极片相对的面涂覆的活性材料极性相反，相邻两片双极性电极片之间设置隔膜，所述电芯内部填充电解质，所述集流体金属化后连接电源管理系统；所述电源管理系统包括电压采样电路、温度采样电路、故障检测模块、通讯模块、人机
交互模块、第一连接器、第二连接器、第三连接器和主芯片；
[0009]所述集流体通过第二连接器与电压采样电路连接，电压采样电路测量所述电芯电压，气体检测模块通过第三连接器连接主芯片，用于检测有毒气体。
[0010]进一步改进，优选所述有毒气体为乙腈，气体检测模块内设置乙腈传感器。
[0011]进一步改进，优选所述集流体在器件封装好后至少有一端漏出该器件，且所述集流体的漏出端被金属化，集流体外部端头被金属化形成帽状结构覆盖集流体的端部，该帽状结构通过焊接导线的方式与电源模块的第二连接器连接。
[0012]进一步改进，所述温度采样电路使用6路NTC进行温度采样，采样范围为
‑
40～80℃，采样精度为
±
1℃。
[0013]进一步改进，所述电源管理系统还包括电压均衡放电电路，所述电压均衡放电电路并联设置在第二连接器和电压采样电路之间。
[0014]进一步改进，所述第一连接器为电源管理系统的外漏连接口，第一连接器连接外部电源和主芯片，以给主芯片提供能源。
[0015]进一步改进，所述第一连接器与电压采样电路之间设置补电电路，补电采用恒流源模式。
[0016]进一步改进，所述电压均衡放电电路采用被动式放电电路，即当电容单体的电压超过限值时，采用电阻对电容进行放电。
[0017]进一步改进，所述补电电路采用一路单独的24V/24V隔离电源，转换成最高24V的补电电压，补电采用恒流源模式，即补电电流不变，补电电压随着电容电量的增加而升高，当补电到达补满的的条件时，补电电路停止工作。
[0018]进一步改进，所述第二连接器J2的每个接口与电压采样电路之间都设置一个继电器，采样电压范围0～4V，采样精度0.1%，最大支持32路电容端子输入。
[0019]进一步改进，所述电压采样电路针对32节电容单体的电压做实时采集，采样速率为1秒钟100次，采样精度为12位A/D采样，采样分辨率为0.001V。
[0020]与现有技术相比，本技术的有益效果是：
[0021]（1）基于双极性电池的ETP结构设计，相比现有主流PACK设计，ETP结构省去CELL及模组等部分，从而进一步提高正负极活性物质在系统中占比，有利于增加能量密度；ETP结构电流方向垂直于电极极片，可表现出更低内阻及更优功率性能；同时，ETP结构有利于简化系统设计，便于热管理及电势监测等优势。同时电池双极性的ETP结构设计，关键在于中间双极性电极集流体。本技术基于高分子聚合物双极性集流体进行金属化，聚合物集流体具有良好的柔性，同时降低集流体质量，从而提高体系的能量密度；
[0022]（2）基于双极性电池ETP结构，采用气相沉积磁控溅射对聚合物集流体进行金属化，这种技术所制备的聚合物基金属化材料形成致密且稳定，能够保证电池体系长时间的循环寿命需求，同时结合力强，满足动力电池在极端恶劣环境中的工况；
[0023]（3）本技术进一步解决了聚合物双极性电极的工程化问题，金属化后的聚合物电极可外接电源管理系统，实现对电极片级的电池监控，形成电池包系统中细致直观的电源监管体系，降低动力电池或者储能系统的热管控、电极失效等风险。
附图说明
[0024]图1为现有单体电池结构示意图。
[0025]图2为本技术双极性电池结构示意图。
[0026]图3为一种导电聚合物作为双极性电极的电池示意图。
[0027]图4为金属化后的聚合物集流体示意图。
[0028]图5为气相沉积系统结构图。
[0029]图6为磁控溅射设备示意简图。
[0030]图7为基于双极性电极金属化实现电极片级电源管理结构示意图。
[0031]图8为不同制备温度下在导电聚合物集流体上金属化的电阻率影响曲线图。
[0032]图9为靶基距与金属镀膜厚度之间的关系曲线。
[0033]图10为溅射功率与镀膜速度之间的关系曲线。
[0034]图11为金属化集流体的扫描电镜图（150nm尺度）。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能器件，其特征在于：储能系统包括至少一个电芯和电源管理系统；所述至少一个电芯包括双极性电极片、隔膜及电解质；双极性电极片包括集流体，集流体的两侧面分别涂覆正极活性材料与负极活性材料，相邻两片双极性电极片相对的面涂覆的活性材料极性相反，相邻两片双极性电极片之间设置隔膜，所述电芯内部填充电解质，所述集流体金属化后连接电源管理系统；所述电源管理系统包括电压采样电路、温度采样电路、故障检测模块、通讯模块、人机交互模块、第一连接器、第二连接器、第三连接器和主芯片；所述集流体通过第二连接器与电压采样电路连接，电压采样电路测量所述电芯电压，气体检测模块通过第三连接器连接主芯片，用于检测有毒气体。2.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述有毒气体为乙腈，气体检测模块内设置乙腈传感器。3.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述集流体在器件封装好后至少有一端漏出该器件，且所述集流体的漏出端被金属化，集流体外部端头被金属化形成帽状结构覆盖集流体的端部，该帽状结构通过焊接导线的方式与电源模块的第二连接器连接。4.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述电源管理系统还包括电压均衡放电电路，所述电压均衡放电电路并联...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱夏纯，车玲娟，闫坤，常雅慧，陈希雯，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：