[实用新型]一种软硬组合封装的储能装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种软硬组合封装的超级电容器或锂离子电池，属于电容器及二次电池技术领域。

背景技术

超级电容器是一种能量密度和功率密度介于传统电容器和二次电池间的新型储能器件。由于其兼具有电容器高功率密度和二次电池高能量密度的优点，近年来其应用领域得到迅速拓展。特别是在电动车、可再生能源发电并网和智能电网建设等领域超级电容器发挥着越来越大的作用。锂离子电池则是一种具有高能量密度的储能器件，已经被广泛应用于移动电子设备中，而锂离子动力电池的研究则方兴未艾。超级电容器和锂离子电池结构类似，通常采用相近的方法进行封装。超级电容器和锂离子电池通常采用的封装方式包括使用铝塑膜的软封装和使用金属外壳的硬封装两类。两种封装方式因其特点不同而适用于不同的应用场合。

软包装超级电容器和锂离子电池不但具有更高的能量密度，而且其形状和尺寸可以根据需求进行灵活调整，因此近年来许多厂家开始开展软包装超级电容器或锂离子电池的生产或研发。虽然软包装超级电容器和锂离子电池具有很多优点，但是软包装超级电容器和锂离子电池存在的安全隐患有时会使其在某些领域的应用受到限制。当发生过充或短路时，因内部没有用于储存因过充或短路而生成的气体的空间，软包装超级电容器或锂离子电池容易发生因铝塑膜破裂而引起的气体和电解液泄漏等事故。中国专利CN201020508721.0报道了一种带有预留空间的软包装超级电容器。这种软包装超级电容器能够在一定程度上解决产气引起的鼓胀问题。但在产气发生时，需要将气囊刺破，将气囊内的气体抽出。一方面，将充放电过程中产生的气体抽出，会对环境造成污染。另一方面，用户需要对电容进行维护，布局需要专门的设备，而且对于集成好的模组，需要将单体拆除，单独进行处理，非常费时。因此，对于对用易于产气量的超级电容器或锂离子电池构成系统的应用场合，该专利所报道的方法不再适用。

采用金属外壳硬封装的超级电容器和锂离子电池同样存在因胀气而发生爆炸的危险。为了提高硬包装超级电容器和锂离子电池的安全性，除了要加装防止过充的管理模块，通常还要在金属外壳上设置防爆阀。一旦发生内部超压现象，一部分气体会从防爆阀排出。从电容器或电池内部排出的气体会对环境造成污染。所以，有必要开发一种新型的封装结构，以解决超级电容器及锂离子电池的胀气问题，提高其安全性并减轻其对环境造成的影响。

近年来钛酸锂及其复合材料作为锂离子型超级电容器（锂离子电容器）和锂离电池负极材料的研发工作日益受到重视。因为在锂离子插入和脱出过程中晶格常数变化非常小，钛酸锂具有优异的循环稳定性。钛酸锂平衡电位较高，表面不形成钝化膜，因此可以避免金属锂枝晶的形成，其安全性能显著优于碳负极材料。此外，锂离子在钛酸锂中的扩散系数比在碳负极材料中大一个数量级，故钛酸锂具有较高的快速充放电倍率性能。虽然相关研发工作取得了一定的进展，但制约钛酸锂基电极材料获得实际应用的胀气问题至今未能得到彻底解决。所以从结构设计方面寻找解决高产气电极应用难题的突破口，对钛酸锂基材料作负极的锂离子电容器及锂离子电池的产业化开发工作来说显得尤为必要。

采用本实用新型所涉及的软硬组合封装的技术方案，可以有效地解决以钛酸锂基材料作负极的储能装置（如锂离子型超级电容器及锂离子电池）胀气所带来的性能衰减和安全性问题。在储能装置内预留有集气腔，用于收集充放电过程中产生的气体。金属外壳套在软包电芯外部，对软包电芯起到限域作用，可以防止电芯因胀气而向集气腔以外的方向鼓胀，特别是可以防止电芯沿垂直于极片表面的方向发生鼓胀。这个方向的鼓胀通常会增大极片间的距离，造成电容和电池性能的迅速下降。另一方面金属外壳能够对软包电芯起到保护作用，从而提高其抗外力冲击的能力。金属外壳底部设有通气孔，以确保集气腔膨胀时金属外壳内外压力的平衡，防止金属外壳发生变形。另外，因电芯产气而排出到金属外壳外面的气体为空气，本实用新型所涉及的软硬组合封装超级电容器和锂离子电池不会对环境造成污染。

本实用新型所涉及的软硬组合封装的结构对以模组形式加以应用的大容量超级电容器及锂离子动力电池具有重要的应用价值。

发明内容

本实用新型针对现有软包装和硬封装储能装置结构上存在的不足，提供一种具有高安全性的软硬组合封装的储能装置。

本实用新型所采用的技术方案是：