CN205985216U - 一种锂离子电池组 - Google Patents

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Abstract

本实用新型所提供的一种锂离子电池组，包括锂离子电池容器，在所述锂离子电池容器内设有至少两对电极对；电极对中的正极导电片的两侧分别设置有正极材料涂层，负极导电片的两侧分别设置有负极材料涂层；在同一电极对中的正、负极材料涂层之间，设有电解质层；所述正极导电片的其中之一作为锂离子电池组的正极，所述负极导电片的其中之一作为锂离子电池组的负极；剩余相邻电极对中的正、负极导电片依次通过导电片连接部串联连接。通过减少电池组内单电池间的连接部件，减轻电池组重量，提高电池组单位质量的能量密度。并且，连接部件的减少，也减少电池组制造工序，降低生产成本。并且更进一步的，通过扩容的方式，增加了锂离子电池组的电量。

Description

一种锂离子电池组
技术领域
本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种锂离子电池组。
背景技术
随着化石燃料等一次性能源的减少，太阳能，风能，地热能的清洁能源日益引起人们的关注。并且，将现有发电***的电力能源有效运用的重要性显得尤为突出。其中锂离子电池与广泛使用的铅电池，镍氢电池相比，具有相当高的体积与质量密度，作为发电站，风力或太阳能发电的储电装置，应急供电***，电动汽车，便携移动电子设备等领域得到广泛关注。现有锂离子电池单电池的平均电压一般在2.5V-3.9V，为达到混合动力汽车或电动汽车的电机所需功率，需要提高电压和电流。
图1所示为现有锂电池示意图，(正极和负极)导电片只带有一类电极材料涂层。最终使用汽车电机驱动，通常需要数十千瓦以上。由于功率是电压和电流的乘积，为达到这样的功率要求，如图2所示，需要数百个锂离子单电池通过串联与并联的方式来实现。为了降低输送电力的损失，一般采取高电压低电流的方式向电机输送电能。这个高电压往往在200V-380V，即图2中锂电池所输出的电压Ub＝U1-U2，或者Ub＝U3-U4，或者Ub＝U2n-1-U2n，也就是说需要约100次的串联才能实现。意味着需要约100对低电阻的串联连接部件，100次的串联工序。而这些串联连接部件的重量往往占整个电池组一定的比例。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于，提供一种锂离子电池组，包括锂离子电池容器，在所述锂离子电池容器内设有至少两对电极对；
各电极对中的正极导电片的两侧表面分别设置有正极材料涂层，负极导电片的两侧表面分别设置有负极材料涂层；
在同一电极对中的正、负极材料涂层之间，设有电解质层；
所述正极导电片的其中之一作为锂离子电池组的正极，所述负极导电片的其中之一作为锂离子电池组的负极，剩余相邻电极对中的正、负极导电片依次通过导电片连接部串联连接。
由上，通过减少电池组内单电池间的连接部件，从而减轻电池组重量，提高电池组单位质量的能量密度。并且，连接部件的减少，也减少电池组制造工序，降低生产成本。并且更进一步的，通过扩容的方式，增加了锂离子电池组的电量。
可选的，在所述相邻电池的电极对中，正极导电片电位高于负极导电片电位。
由上，使得隔板两侧的正极或负极的电位的参照电位不同。因此，隔板一侧电极对的电压可以与隔板另一侧电极对电压叠加，实现锂离子电池组电压的增加。
可选的，所述正极导电片电位为1V-5V，负极导电片电位为0-3V；
正负极导电片之间的电位中，正极导电片比负极导电片高1.5V-5V。
由上，电位差越大，相互间的电压也就越高，单位重量或单位体积的能量密度也越高。
所述正极导电片和负极导电片为含有金属材料、石墨材料或含有金属和/或石墨复合材料中任何一种的导电片；
所述正极导电片和负极导电片的形状为表面具有粗糙度的板片状或带有多孔的板片状中的任何一种。
由上，含有金属材料或含有石墨材料的复合材料的密度可以更低，这样整个电池或电池组的重量变轻，电池或电池组的能量密度可以得到提高；另外，导电片为表面粗糙度的板片状或带有多孔的板片状可以增加了对应的正极或负极材料层与导电片的接触面积，既可以提高与导电片的附着度，又可以降低电极的电阻。
另外，本实用新型所提供的锂离子电池组，包括锂离子电池容器，在所述锂离子电池容器内设有至少两对电极对；
电极对中的正、负极导电片的两侧表面分别设置有相反极性的料涂层；
在同一电极对中的正、负极材料涂层之间，设有电解质层；
所述正极导电片的其中之一作为锂离子电池组的正极，所述负极导电片的其中之一作为锂离子电池组的负极。
由上，正负极导电片之间无需连接件，相邻(正、负极)导电片之间的异性电极材料涂层的离子交换构成电池单元，通过各电极导电片实现多个电池单元的串联，从而提高电池组单位质量的能量密度。并且，连接部件的减少，也减少电池组制造工序，降低生产成本。并且更进一步的，通过扩容的方式，增加了锂离子电池组的电量。
可选的，在所述相邻电池的电极对中，正极导电片电位高于负极导电片电位。
由上，使得隔板两侧的正极或负极的电位的参照电位不同。因此，隔板一侧电极对的电压可以与隔板另一侧电极对电压叠加，实现锂离子电池组电压的增加。
可选的，所述正极导电片电位为1V-5V，负极导电片电位为0-3V；
正负极导电片之间的电位中，正极导电片比负极导电片高1.5V-5V。
由上，电位差越大，相互间的电压也就越高，单位重量或单位体积的能量密度也越高。
另外，本实用新型所提供的锂离子电池组，包括锂离子电池容器，在所述锂离子电池容器内设有至少两对电极对；
各电极对中正极导电片的两侧表面分别设置有正极材料涂层，负极导电片的两侧表面分别设置有负极材料涂层；
在同一电极对中的正、负极材料涂层之间，设有电解质层；
各个电极对中的正负极导电片依次排列，将极性相反的导电片依次通过导线串联连接组成新电极对，所述各个新电极对之间，均间隔一个导电片；
针对所述间隔的导电片，分别将正极导电片并联连接，将负极导电片并联连接。
可选的，在所述相邻子电池的电极对中，正极导电片电位高于负极导电片电位。
由上，使得隔板两侧的正极或负极的电位的参照电位不同。因此，隔板一侧电极对的电压可以与隔板另一侧电极对电压叠加，实现锂离子电池组电压的增加。
可选的，所述正极导电片电位为1V-5V，负极导电片电位为0-3V；
正负极导电片之间的电位中，正极导电片比负极导电片高1.5V-5V。
由上，电位差越大，相互间的电压也就越高，单位重量或单位体积的能量密度也越高。
附图说明
图1为现有技术采用锂离子电池示意图；
图2为现有技术采用串联方式连接的锂离子电池组示意图；
图3为本申请锂离子电池组第一实施例示意图；
图4为本申请锂离子电池组第二实施例示意图；
图5为本申请锂离子电池组第三实施例示意图。
具体实施方式
为克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种锂离子电池组。省去了现有电池组内电池的串联，并可以获得同样的电压，使用单电池的数量少。既可以减少串联连接部件，也可减少单电池的数量，从而简化生产工序。
如图3所示为本实用新型第一实施例中锂离子电池组的示意图，包括以下组成：
锂离子电池容器10，在所述电解质层30中，竖直设置至少两电极对，且各个电极对中的正电极电位高于负电极电位。在所述正电极两侧分别设置有正极材料涂层，在所述负电极两侧分别设置有负极材料涂层。在同一电极对中的正、负极材料涂层之间，设有电解质层。所述电解质层在25-50℃内，为非液体流动性电解质。
所述正极材料涂层是至少含有正极材料与其他填充材料的混合物质。正极材料，一般为含有锂元素的化合物的一种或其复合材料，如含有锂元素与过渡元素的复合氧化物，含有锂元素的磷酸盐等。其他填充材料，包含有粘接剂，导电材料的一种或多种。
所述负极材料涂层是至少含有负极材料与其他填充材料的混合物质。负极材料，电位比上述正极材料电位低的材料，比如，含有锂金属，锂合金，石墨，不定性碳，硅，一氧化硅，锂元素的化合物等的单一材料或复合材料。其他填充材料，包含有粘接剂，导电材料等的一种或多种。
本实用新型各实施例所述的导电片，需要具备一定导通电子的能力，具体可以是金属材料，可以是石墨材料，也可以是含有金属材料或石墨材料两种中的一种以上的材料构成的混合材料或复合材料。与传统的金属箔片相比，石墨材料，含有金属材料的复合材料，含有石墨材料的复合材料的密度可以更低，这样整个电池或电池组的重量变轻，电池或电池组的能量密度可以得到提高。
本实用新型各实施例所述的导电片的形状，不局限于平展的二维平面的箔片状，二维平面上带孔的箔片状。从三维空间角度看，具有一定表面粗糙度的，或三维空间上带有多孔的板片状。与二维平整的箔片相比，带孔箔片或三维空间上具有一定表面粗糙度的，或三维空间上带有多孔的板片作为导电片时，增加了对应的正极或负极材料层与导电片的接触面积，既可以提高与导电片的附着度，又可以降低电极的电阻。
至于本实用新型的正极或负极导电片选用的具体材料，以及表面的电化学状态，由对应电极的电极材料的充放电时的电位范围来决定。在此不做赘述。
如图3所示的本实施例中，竖直设置n个电极对，分别为正电极U1、U3、……、U2n-1，以及负电极U2、U4、……、U2n。其中，电极对中的电位关系为：U1>U2、U3>U4、……、U2n-1>U2n。
正极的电位与负极电位的差，就是该电极对的电压。具体的电位的数值由对应的正极或负极的电极材料而定。一般而言，正极材料有层状结构或橄榄石结构的含Li的复合氧化物，含Li的磷酸盐等，负极材料有含Li复合氧化物，金属氧化物，硅，硅的含氧或含碳的化合物等，石墨，无定形碳等。
由于正极的电位是高电位，受电解质的耐氧化还原能力限制，比如相对于锂金属，高于一定电位，电解质会被氧化，导致电池的使用寿命会大大降低。因此，正极电位一般在1V-5V，负极电位一般在0-3V。正负极对之间的电位正极比负极大1.5V-5V。此电位差越大，相互间的电压也就越高，单位重量或单位体积的能量也越高。需要说明的是，本文的电位的数值，均是指相对锂金属的电位。
第一电极对中的正极作为锂离子电池组的正电极，第n电极对中的负极作为锂离子电池组的负电极。此外，针对剩余电极对中的各个电极，按照极性相反进行重新配对，针对重新配对后的各个电极对，通过导电片连接部直连。所述导电片连接部可以是导线或者是其他导电部件。具体到本实施例，则第一电极对中的负极U2与第二电极对中的正极U3连接，第二电极对中的负极U4与第三电极对中的正极U5连接，以此类推，不再赘述。
图3实施例中，通过把带有相同极性的电极材料涂层的导电片直接相连，没有直接相连的相邻的异性导电片片构成的子电池被串联，此时锂离子电池组的电压UB＝(U1-U2)+(U3-U4)+……+(U2n-1-U2n)。相比于图2所示现有单电池组的电压Ub＝U1-U2，或者Ub＝U3-U4，或者Ub＝U2n-1-U2n来说，明显增加了电量。
本实用新型第一实施例通过减少电池组内单电池间的连接部件，从而减轻电池组重量，提高电池组单位质量的能量密度。并且，连接部件的减少，也减少电池组制造工序，降低生产成本。并且更进一步的，通过扩容的方式，增加了锂离子电池组的电量。
图4所示为本实用新型第二实施例示意图。与第一实施例的区别在于：各正极导电片和负极导电片的两侧，均设置为相反极性的材料涂层。并且，在各(正、负)极导电片之间不设导电片连接部，仍然可以实现对于电量的扩容。具体原理如下：各正极导电片其两侧的电流导通的同时，其不同性的电极材料之间的离子交换被阻断。相邻(正、负极)导电片之间的异性电极材料涂层的离子交换构成电池单元，通过各电极导电片实现多个电池单元的串联，此时锂离子电池组的电压UB＝(U1-U2)+(U3-U4)+……+(U2n-1-U2n)。本实用新型第二实施例通过减少电池组内单电池间的连接部件，从而减轻电池组重量，提高电池组单位质量的能量密度。并且，连接部件的减少，也减少电池组制造工序，降低生产成本。并且更进一步的，通过扩容的方式，增加了锂离子电池组的电量。
图5所示为本实用新型第三实施例示意图。与第一实施例的区别在于：不同极性的导电片通过导电片连接部串联连接，构成新的电极对。所构成的新的各个电极对之间间隔一个电极导电片。即如图5所示，第一电极对中的负极导电片U2与第二电极对中的正极导电片U3串联连接。第三电极对中的正极导电片U5与第三电极对中的负极导电片U6串联。第二电极对中的负极导电片U4即为间隔的电极导电片。针对间隔的电极导电片，相同极性的电极导电片通过导电片连接部并联连接。即间隔的电极导电片中，所有正极导电片并联连接，所有负极导电片并联连接。此时锂离子电池组的电压UB＝U1-U2+(U3-U4)或UB＝U7-U6+(U5-U4)或UB＝U3n-2-U3n-1+(U3n-U3n+1)。
同理，还可将第一电极对中的正、负极导电片(U1、U2)串联连接，第二电极对中的正极导电片U3作为间隔的电极导电片；第二电极对中的负极导电片U4与第三电极对中的正极导电片U5串联连接，第三电极对中的负极导电片U6作为间隔的电极导电片，依次类推，不再赘述。
本实用新型第三实施例通过减少电池组内单电池间的连接部件，从而减轻电池组重量，提高电池组单位质量的能量密度。并且，连接部件的减少，也减少电池组制造工序，降低生产成本。并且更进一步的，通过扩容的方式，增加了锂离子电池组的电量。
本实用新型的高电压锂电池，有助于拓宽电极材料的选择范围。现有锂电池为了获得较高电压，往往选择的正极材料与负极材料的电位差较大，通过该电位差来实现电池的高电压。本实用新型从结构上实现电池的高电压，因此就电池容量，循环充放电性能，快速充放电性能，耐热耐寒性能，安全性等角度而言，即使选用的正极材料与负极材料的电位差较低，也能获得高电压电池。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型的范围。总之，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池组，包括锂离子电池容器，其特征在于，在所述锂离子电池容器内设有至少两对电极对；
各电极对中的正极导电片的两侧表面分别设置有正极材料涂层，负极导电片的两侧表面分别设置有负极材料涂层；
在同一电极对中的正、负极材料涂层之间，设有电解质层；
所述正极导电片的其中之一作为锂离子电池组的正极，所述负极导电片的其中之一作为锂离子电池组的负极，剩余相邻电极对中的正、负极导电片依次通过导电片连接部串联连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池组，其特征在于，在所述相邻电池的电极对中，正极导电片电位高于负极导电片电位。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池组，其特征在于，所述正极导电片电位为1V-5V，负极导电片电位为0-3V；
正、负极导电片之间的电位中，正极导电片比负极导电片高1.5V-5V。
4.根据权利要求1、2或3所述的锂离子电池组，其特征在于，所述正极导电片和负极导电片为含有金属材料、石墨材料或含有金属和/或石墨复合材料中任何一种的导电片；
所述正极导电片和负极导电片的形状为表面具有粗糙度的板片状或带有多孔的板片状中的任何一种。
5.一种锂离子电池组，包括锂离子电池容器，其特征在于，在所述锂离子电池容器内设有至少两对电极对；
电极对中的正、负极导电片的两侧表面分别设置有相反极性的电极材料涂层；
在同一电极对中的正、负极电极材料涂层之间，设有电解质层；
所述正极导电片的其中之一作为锂离子电池组的正极，所述负极导电片的其中之一作为锂离子电池组的负极。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池组，其特征在于，在所述相邻电池的电极对中，正极导电片电位高于负极导电片电位。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池组，其特征在于，所述正极导电片电位为1V-5V，负极导电片电位为0-3V；
正负极导电片之间的电位中，正极导电片比负极导电片高1.5V-5V。
8.一种锂离子电池组，包括锂离子电池容器，其特征在于，在所述锂离子电池容器内设有至少两对电极对；
各电极对中正极导电片的两侧表面分别设置有正极材料涂层，负极导电片的两侧表面分别设置有负极材料涂层；
在同一电极对中的正、负极材料涂层之间，设有电解质层；
各个电极对中的正、负极导电片依次排列，将极性相反的导电片依次通过导线串联连接组成新电极对，所述各个新电极对之间，均间隔一个导电片；
针对所述间隔的导电片，分别将正极导电片并联连接，将负极导电片并联连接。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池组，其特征在于，在所述各电极对中，正极导电片电位高于负极导电片电位。
10.根据权利要求8所述的锂离子电池组，其特征在于，所述正极导电片电位为1V-5V，负极导电片电位为0-3V；
正负极导电片之间的电位中，正极导电片比负极导电片高1.5V-5V。
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