[发明专利]卷绕式高径长比的电化学储能转换装置

说明书

技术领域

本发明涉及电池制造领域，特别是一种卷绕式高径长比的电化学储能转换装置。 

背景技术

随着电子行业的不断进步，以功率先进的电子设备，尤其是为了满足便携电子设备小型化、轻量化发展需求，较旧的电池配置（如铅酸、镍镉、镍氢等传统二次电池）往往是不合适的，这就加大了对储能转换装置性能的要求，需要提供的更高的能量密度、效率和安全性，同时在经济上可行的电化学装置，以满足日益增加的需求。出于环保和效率的关注，提供电力设备的覆盖范围已扩大到新的领域，包括混合动力电动汽车、电动汽车、电磁炮、风光大规模储能等。理想情况下，电化学装置将提供高电流密度，降低了电池的内阻，并有效地管理电化学装置，以增加该装置的寿命的热输出，同时又能保证该装置的安全性能。 

这些功能可以通过提供电极和电池集电体间的大量和/或大表面面积的连接实现。一般以每千克（如W/kg，Wh/kg等）维持高比能量和比功率，目前的技术和设备远远达不到这些目标。高功率装置的第二个关键特征是内部的散热。高功率外部电路一般产生在很短的时间内持续对电池的能量以热的像量。温升过高会破坏（如融化的微孔聚合物隔膜或自燃的易燃有机电解液）或显著缩短锂离子电池的使用寿命。高功率装置的第三个关键特征是对安全性提出了极高的要求。高功率不仅会产生大量的内热，而且会把局部反应的不均匀性极大放大，从而导致极大的安全隐患。 

目前，传统的卷绕式储能装置大多采用单个或多个极耳作为集流方式，电流的导出和引入局限在有限的几个焊点上，通导能力较低，内阻较高，充放电过程中电流分布不均匀，难以实现大电流充放电。另外，大电流充放电时，由于电池内阻大，导致发热严重，电池温度过高，从而引起安全隐患。而目前的层叠式结构采用多片正负极片并联机构，极片、装配制作工艺复杂、效率低，电池一致性差，电池外形只能做成方型；这些都制约着现有的大容量锂离子电池在动力电池领域的实用性。因此提高电化学储能转换装置的功率性能和安全性已成为目前的研究焦点之一。大多数的研究致力于提高正、负极活性材料和电解液的性能，且取得了一定的效果，但功率特性仍制约了电化学储能转换装置（如锂离子电池等）在动力储能领域的应用。电极的端面集流技术已成功应用于碱性二次电池，大大提高了该电池的功率性能。将电极的端面集流技术引入新的电化学储能转换装置（如锂离子电池等）也有人进行了尝试，如CN2817081Y中电芯左端的正极片具有裸露的铝箔构成正极流体，电芯右端负极片具有裸露的铜箔构成负极流体，在正、负集流体的端面相贴或焊接一个集流盘后再与极柱相贴。这种端面集流结构可以有效改善电池的汇流效果，有利于大电流性能。但是，由于其可靠性及安全性能方面的改善有限，尤其对于高功率、大容量电池时，其安全性能还是不能得到有效保证。也有人采用相似技术，提高锂离子电池的功率密度，如CN201717327 U等，但由于仅限于电极的端面集流技术，其大电流充放电性能不仅改善有限，尤其对于大容量或超高功率电化学储能转换装置来说，还需要复杂的安全保护装置，这不仅增加了工艺的复杂性和失效的可能性，而且降低了能量密度和转换效率。因此，需要对电芯结构进行改造，增大端面引流面积以进一步提高电池的大电流充放电性能和安全性能。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种卷绕式高径长比的电化学储能转换装置，该卷绕式高径长比的电化学储能转换装置，构造简单、使用方便而且能大大提高效率。  

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：一种卷绕式高径长比电化学储能转换装置，由一组集流器壳体、绝缘圈及电芯组成，集流器壳体为分离式上下盖板构成，上下盖板分别覆盖在电芯正负极端部，绝缘圈沿集流器壳体边缘围成一圈，将电芯密封在集流体壳体和绝缘圈组合成的密封圈内，电芯为高径长比电芯，由正电极片、隔离层、负电极片三层叠片构成，电芯的正电极片、隔离层、负电极片三层叠片以一侧边为卷绕轴，卷绕构成。

进一步的，正电极片和负电极片的结构为：极片任意一侧沿长度方向预留宽0.5～5mm集流体空白。 

进一步的，电芯正电极片、隔离层、负电极片叠片的结构为：所述正电极片集流体空白处在隔离层顶端的上方，负电极片的集流体空白处在隔离层顶端的下方，所述隔离层的高度比正电极片和负电极片矮1-10mm；正电极片和负电极片的集流体空白对称分布在隔离层的两端部，所述集流体空白端面与集流器壳体焊接连接。 

进一步的，集流器壳体为矮圆柱体或矮立方体。 

进一步的，所述的高径长比不小于1。