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，大容量电池在制作时或使用一段时间后由于锂离子的消耗，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，该大容量电池中的锂源能够对电解液中进行补锂，从而提高大容量电池的循环寿命。

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、电解液仓和锂源；多个单体电池的电解液腔均连通，形成共享电解液系统，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；所述锂源设置在电解液仓内，至少部分浸泡电解液内；所述锂源与至少一个单体电池的负极导通，使得锂源中的锂离子释放在电解液中。本发明大容量电池通电后锂源与至少一个单体电池的正极电导通，锂源释放出的锂离子嵌入各单体电池的负极材料中，弥补了各单体电池因负极表面固体电解质膜(SEI膜)时形成所消耗的锂离子，提高了每个单体电池自身的容量上限值。基于上述锂源补锂的机理，随着大容量电池持续工作，锂源能够持续对大容量电池进行补锂修复，大幅降低了由于电解液中锂离子的损耗而导致容量衰减的速度，提高了容量电池循环充放电的使用寿命。

进一步地，为了方便大容量电池的制作，所述共享电解液系统包括中空构件，所述中空构件的内腔与电解液仓、多个单体电池的内腔均连通。大容量电池通电后由于各单体电池壳体自身与正极电导通，因此，可将电解液仓、中空构件与单体电池的壳体电连接，锂源与电解液仓的侧壁电连接，从而实现了锂源与至少一个单体电池的正极导通，该种方式使得锂源的安装和结构较为简单。

进一步地，所述锂源为金属锂或锂氧化物。所述锂源浸没在电解液的部分设置有保护层，所述保护层用于将锂源与电解液仓内的电解液隔离，且保护层在电解液浸泡下溶解，保护层溶解后金属锂或锂氧化物与电解液仓内的电解液接触。该保护层在锂源未安装于大容量电池之前对其进行保护，避免锂源在安装前期被污染或失效。

进一步地，所述保护层为聚甲基丙烯酸甲酯层。

进一步地，所述锂源为中空结构，中空结构的至少一端设置有密封部，中空结构使得锂源满足轻量化的要求，同时，该密封部上设置有注液机构，使得该锂源不仅具有补锂功能，并且还具有的注、换液功能。

进一步地，以上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，为方便上述锂源的更换或维修，锂源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锂源，该锂源能够对电解液进行持续不断的补锂，以保证大容量电池中的锂在充赢的状态，该种方式极大的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-锂源，7-注液机构，8-抽真空装置，9-循环管路，10-循环泵，11-泄爆阀，12-排气装置，13-抽真空设备，21-中空构件，71-注液阀，72-注液泵，101-正极。

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，通过添加锂源，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、锂源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11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12或抽真空设备13，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，锂源4设置在电解液仓3内，且至少部分浸泡电解液内。同时，该锂源4与至少一个单体电池1的正极101导通，使得锂源4中的锂离子释放在电解液中。由于大容量电池通电后各单体电池1壳体自身与正极电导通，因此，可将电解液仓3、中空构件21与单体电池1的壳体电连接，即均采用导电材质制作，随后将锂源4与电解液仓3的侧壁电连接，从而实现了锂源4与至少一个单体电池1的正极导通，该种方式使得锂源4的安装较为简单。

本实施例中的大容量电池通电后由于各单体电池1壳体自身与正极电导通，使得锂源4与至少一个单体电池1的正极电导通，锂源4释放出的锂离子嵌入各单体电池1的负极材料中，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。随着大容量电池持续工作，锂源4能够持续对大容量电池进行补锂修复，提高了容量电池循环充放电的使用寿命。

本实施例中的锂源4为金属锂或锂氧化物，由于金属锂很活泼，为了使锂棒在设置于共享电解液系统2前不与空气发生反应，同时还需确保设置于共享电解液系统2后能够释放出锂离子。基于此，上述锂源4的外侧设置有能够溶于电解液的保护层，该保护层对未安装大容量电池之前的锂源4进行保护，避免锂源4在安装前期被污染或失效。在大容量电池运行过程中，保护层在前期将锂源4与电解液仓3内的电解液隔离，一定时间后，保护层在电解液浸泡下溶解，电解液溶解保护层后，锂源4裸露于电解液中，开始释放锂离子以实现对大容量电池的补锂。经过研究发现，聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、聚丙烯酸酯树脂共聚物(SMMA)、工程塑料(ASA)可良好的溶解于电解液且不会污染电解液，特别是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解于电解液后还可以作为电解液添加剂起到提高电池性能的作用，因此，在本实施例中保护层，优选聚甲基丙烯酸甲酯制作。

以上锂源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，若锂源4有外露于电解液仓3的部分，且需设置密封盖等，将外漏的锂源4进行保护。

实施例2

如图3所示，在实施例1的基础上，本实施例的锂源4增加有注液功能，具体的，本实施例的锂源4为中空结构，中空结构的至少一端设置有密封部，中空结构使得锂源4满足轻量化的要求。同时，该密封部上设置有注液机构7，使得该锂源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，一定程度上解决了SEI膜消耗不可逆锂的问题，三是可在大容量电池运行一定循环次数后，定时对共享电解液系统2的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，该中空结构为多层管结构，其内层管可作为注液通道，中间管为锂层，外层管为可溶于电解液的保护层。注液机构7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7具体为注液阀71和注液泵72，注液阀71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72连通，第三端口用于与抽真空装置8连接。补充电解液时，打开注液阀71，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13，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71和注液泵72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71，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，例如，电解液仓的侧壁上设置有开口，密封部为密封胶垫，注液机构为注液针管。注液时，注液针管将电解液注入电解液仓内进行注液。

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9和循环泵10，循环管路9一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9、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10对循环管路9、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。