一种大容量电池

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种大容量电池。

背景技术

锂离子电池由于具有封装可靠度高、能量效率高、结构简单、扩容相对方便等多个优点，因此可将多个锂离子电池并联组成大容量锂电池，进而将大容量锂电池应用在储能、动力电池等多个领域。但是，将锂离子电池并联组成大容量电池时，使其具有稳定的电性能是需要解决的问题。

中国专利CN114759251A公开了一种大容量电池，该大容量电池包括至少两个单体电池和电解液储液管路，电解液储液管路包括具有多支路储液管道的主管道和多个支管，所述主管道内有储液腔，可容纳电解液，所述支管设于所述主管道和单体电池之间，所述单体电池壳体上设有开口，所述支管与所述电池壳体开口一一对应连接，以实现所述电解液储液管路与单体电池连通。

以上结构中的电解液储液管路能够给多个单体电池提供一个相同工作环境，使其性能有所提升。但是，大容量电池在使用一段时间后会出现容量衰减的现象，导致大容量电池的循环寿命受限。

发明内容

为解决现有大容量电池循环寿命受限的问题，本发明提供一种大容量电池。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种大容量电池，包括并联的多个单体电池，多个单体电池的电解液腔均连通，形成共享电解液系统，其特殊之处在于，还包括电解液仓和第三电极；所述电解液仓与共享电解液系统连接，且电解液仓内的电解液和共享电解液系统中的电解液互通；所述第三电极设置在电解液仓内，采用不溶于电解液且导电材料制作；所述第三电极至少部分浸泡在电解液仓的电解液内，用于与至少一个单体电池的正极或负极之间产生电势差，使得大容量电池的锂离子得到补充，完成对大容量电池的修复。

本发明通过第三电极和单体电池正极或负极之间产生电势差，一是可将制作大容量电池时向电解液仓内注入电解液中的锂离子补充至各单体电池的负极，一定程度上弥补了单体电池形成SEI膜时消耗的锂离子，提升了大容量电池的性能和循环寿命；二是，可在大容量电池运行一定循环次数后，定时对电解液仓补充电解液或补锂添加剂，再使第三电极和单体电池正极或负极之间产生电势差，实现了大容量电池的补锂，完成了对大容量电池的修复工作，从而进一步提高了大容量电池的性能和循环寿命。

进一步地，本发明将第三电极设置在电解液仓上，因此其具有多种安装方式，但是由于其至少与一个单体对电池的正极或负极电连接，因此，优先考虑以下安装方式：所述第三电极的一端浸没在电解液仓的电解液内，另一端延伸至电解液仓外，与单体电池的正极或负极电连接。

进一步地，为了确保第三电极与单体电池正极或负极之间具有足够的电势差，使得电解液中的锂离子均能够顺利的补入各单体电池中，本发明在第三电极与至少一个单体电池的正极或负极之间设置有电压源。

进一步地，所述第三电极与单体电池正、负极电之间还设置有切换开关；切换开关控制第三电极与单体电池的正极电导通，或控制第三电极与单体电池的负极电导通，本发明通过切换开关使得第三电极与单体电池正极或负极之间产生电势差，该种方式使得第三电极的材料选择具有多样性。

进一步地，满足溶于电解液且具有导电性的材料很多，例如金、银、铂等等，处于成本考虑，本发明选择银棒作为第三电极。

进一步地，本发明大容量电池还包括注液机构，所述注液机构设置在第三电极或电解液仓上。通过注换液机构首次注入电解液时可使大容量电池的各个单体电池处于同一电解液体系下，后续通过注换液机构注入电解液，或更换大容量电池内的电解液还可进一步的实现对大容量电池的容量进行修复，弥补共享电解液系统内电解液的消耗。

进一步地，所述第三电极为中空结构，中空结构使得第三电极满足轻量化的要求。中空结构的一端设置有密封部，所述注液机构与密封部连接，使得该第三电极不仅具有补锂功能，并且还具有的注、换液功能。

进一步地，该注液机构具有多种形式，只要满足其使用要求即可，例如，可采用设置在密封部上的注液阀和注液泵，该注液阀为三通阀，三通阀的第一端口与中空结构连通，第二端口与注液泵连通，第三端口用于与抽真空装置连接，该种结构形式不仅可满足抽注液功能，并且还可完成注液前的抽真空作业，以使确保电解液能够进入每个单体电池。

进一步地，为方便上述第三电极的更换或维修，第三电极可拆卸的设置在电解液仓的侧壁上，具体的，可通过螺纹密封设置在电解液仓的侧壁上，也可通过卡接密封设置在电解液仓的侧壁上，密封时，可通过密封垫或密封胶等方式实现。

进一步地，还可以在电解液仓和共享电解液系统中增加循环管路和循环泵，循环管路一端与共享电解液系统连通，另一端与电解液仓连通，使得循环管路、单体电池、电解液仓和共享电解液系统中的电解液形成一个液体循环通道，循环泵对循环管路、单体电池、电解液仓和共享电解液系统中电解液的循环提供动力。此时，可在电解液进行补锂的同时进行电解液循环，使得补锂后的电解液通过循环填充在整个大容量电池的单体电池内，进一步提高了大容量电池的性能。

和现有技术相比，本发明技术方案具有如下优点：

本发明大容量电池设置有第三电极，该第三电极与至少一个单体电池正极或负极之间产生电势差，使得大容量电池的锂离子得到补充，完成对大容量电池的修复，提高了大容量电池的性能和循环寿命。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中大容量电池的结构示意图一；

图2为本发明实施例1中大容量电池的结构示意图二；

图3为本发明实施例2中大容量电池的结构示意图；

图4为本发明实施例3中大容量电池的结构示意图。

附图标记：1-单体电池，2-共享电解液系统，3-电解液仓，4-第三电极，5-电压源，6-注液机构，7-抽真空装置，8-循环管路，9-循环泵，10-泄爆阀，11-排气装置，12-抽真空设备，21-中空构件，61-注液泵，62-注液阀，101-正极，102-负极。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用来解释本发明的技术原理，目的并不是用来限制本发明的保护范围。

现有的大容量电池为改善其性能，将多个单体电池的电解液实现互通，形成共享电解液系统。上述共享电解液系统的目的是将多个单体电池的电解液连通，将所有单体电池处于一个电解液体系下，其可通过多种方式实现：

一、通过在多个单体电池上设置开口，然后将多个单体电池浸泡在一个装有电解液的密封箱体内，使得多个单体电池电解液腔内的电解液和密封箱体内的电解液构成一个电解液体系，即形成了大容量电池的共享电解液系统。

二、通过在多个单体电池上设置开口，通过管路和每个单体电池的开口连通，使得多个单体电池电解液腔内的电解液和管路内的电解液构成一个电解液体系，即形成了大容量电池的共享电解液系统。

以上共享电解液系统使各单体电池均处于统一的电解液体系下，减少了各单体电池之间容量之间的差异，一定程度上提升了各单体电池之间的一致性，从而提升了大容量电池的循环寿命。

由于单体电池在在单体电池首次充电过程中(即化成过程中)，各单体电池中的锂离子由正极脱嵌并进入负极，然后在放电过程中由负极脱出并进入正极。而在这个过程中正极材料的容量会有5％到15％左右的衰减，这是由于负极片表面固体电解质膜(SEI膜)的形成，从而消耗了一定量的锂离子，进而会降低单体电池的容量，导致成组后的大容量电池的容量也受到一定的影响，此时，可对大容量电池容量修复以提升循环寿命。在本发明中，通过添加第三电极，进一步提升大容量电池的性能。

依据上述描述大容量电池为基础，下面通过几个实施例对本发明的大容量电池进行更加详细的介绍。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供的大容量电池包括电解液仓3、第三电极4以及并联的多个单体电池1，多个单体电池1的电解液腔均连通，形成共享电解液系统2。该共享电解液系统2包括中空构件21，该中空构件21为具有腔体的结构，例如，共享管等，该中空构件21与多个单体电池1的内腔均连通，形成了一个电解液的共享空间，在这个空间中，各单体电池1的电解液成分、环境、温度、离子交换等都大体保持动态一致性，从而达到各个单体电池1电解液共享及工作状态大体相同的理想状态。同时，该中空构件21上可设置有泄爆部件，在某单体电池1发生热失控时，通过中空构件21将高温高压物质定向排出，该泄爆部件可为泄爆阀10或设置在中空构件21内的泄爆膜。此外，也可在中空构件21上设置有排气装置11或抽真空设备12，用于在注液和换液时，对大容量电池内的气体进行排放，便于后续的注液和换液。

本实施例中，电解液仓3中的电解液与共享电解液系统2中的电解液互通，第三电极4设置在电解液仓3内，且至少部分浸泡电解液内。同时，该第三电极4与至少一个单体电池1的正极101或负极102导通，此时，第三电极4与至少一个单体电池1的正极101或负极102之间产生电势差，使得电解液中的锂离子嵌入各单体电池1中。

本发明将第三电极4设置在电解液仓3上，因此其具有多种安装方式，但是由于其至少与一个单体对电池的正极101或负极102电连接，因此，优先考虑以下安装方式：第三电极4的一端浸没在电解液仓3的电解液内，另一端延伸至电解液仓3外，与单体电池1的正极101或负极102电连接。

为了确保第三电极4与单体电池1正极101或负极102之间具有足够的电势差，使得电解液的锂离子均能够顺利的嵌入各单体电池1中，本发明在第三电极4与至少一个单体电池1的正极101或负极102之间设置有电压源5。此外，本发明在第三电极4与单体电池1正、负极102电之间还设置有切换开关；切换开关控制第三电极4与单体电池1的正极101电导通，或控制第三电极4与单体电池1的负极102电导通，本发明通过切换开关使得第三电极4与单体电池1正极101或负极102之间产生电势差，该种方式使得第三电极4的材料选择具有多样性。

满足溶于电解液且具有导电性的材料很多，例如金、银、铂等等，处于成本考虑，本发明选择银棒作为第三电极4。首次向大容量电池注入电解液至共享电解液系统2后，使第三电极4与至少一个单体电池1的正极101或负极102之间产生电势差，共享电解液系统2内电解液的锂离子嵌入各单体电池1中，弥补了各单体电池1因负极表面固体电解质膜(SEI膜)时形成所消耗的锂离子。同理，在大容量电池运行一段时间后，发生了电池容量衰减情况时，可再次向大容量电池的共享电解液系统2注入电解液，使得游离于第三电极4中的锂离子嵌入各单体电池1，重复该过程，可以有效延缓大容量电池容量衰减速度，进而提高了大容量电池循环充放电的使用寿命。

以上第三电极4具体设置在电解液仓3内壁上，具体可固定设置在电解液仓3的内壁上，例如，焊接或一体设置等；也可通过可拆卸方式设置在电解液仓的内壁上，例如，螺纹或卡接等，螺纹或卡接时需注意密封性，增加密封垫或涂覆密封胶等，若第三电极4有外露于电解液仓3的部分，且需设置密封盖等，将外漏的第三电极4进行保护。

实施例2

如图3所示，在实施例1的基础上，本实施例的本实施例的第三电极4增加有注液功能，具体的，本实施例的第三电极4为中空结构，中空结构的至少一端设置有密封部，中空结构使得第三电极4满足轻量化的要求。同时，该密封部上设置有注液机构6，使得该第三电极4不仅具有补锂的功能，并且还具有的注、换液功能。通过该注液结构一是可在制作大容量电池时向大容量电池内注入电解液形成共享电解液系统2，二是可在大容量电池化成后再次向大容量电池内加入电解液或补锂添加剂，从而可弥补化成时SEI膜消耗电解液中的锂离子，三是可在大容量电池运行一定循环次数后，定时对电解液进行补充和更换，从而进一步提高了大容量电池的循环性能。

本实施例中，以上密封部可为密封膜，该密封膜可采用类似于保护层的材料制作，用于密封中空结构，或者也可采用其他材质制作的密封膜，在添加电解液时，该密封部被电解液溶解，随后注入电解液，此时，该中空结构的内腔可作为注液通道。注液机构6与中空结构连接，用于给电解液仓3内添加电解液。该注液机构6具体为注液阀62和注液泵61，注液阀62为三通阀，三通阀的第一端口与中空结构内腔连通，第二端口与注液泵61连通，第三端口用于与抽真空装置7连接。补充电解液时，打开注液阀62，添加少量的电解液，将密封膜溶解，或者，刺破密封膜，随后连接抽真空设备12，先通过抽真空对电解液仓3和共享电解液系统2进行抽真空，然后，通过注液阀62和注液泵61将外部储液装置中的电解液补充入电解液仓3内。补充电解液完成后，关闭注液阀62，使电解液仓3内与外部环境隔离。

此外，还可以采用其他结构形式的注液机构6，例如，电解液仓3的侧壁上设置有开口，密封部为密封胶垫，注液机构6为注液针管。注液时，注液针管将电解液注入电解液仓3内进行注液。

实施例3

如图4所示，在实施例1、或实施例2的基础上，还可以在电解液仓3和共享电解液系统2之间增加循环管路8和循环泵9，循环管路8一端均与多个单体电池1的内腔连通，另一端与电解液仓3连通，使得循环管路8、单体电池1、电解液仓3和共享电解液系统2中的电解液形成一个液体循环通道，循环泵9对循环管路8、单体电池1、电解液仓3和共享电解液系统2中电解液的循环提供动力。此时，可在电解液进行补锂的同时进行电解液循环，使得补锂后的电解液填充在整个大容量电池的单体电池1内。