[发明专利]一种铜铝双金属双极板型过渡性单元锂电池及其串联形成的高压低内阻电池堆和封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及动力电池，具体而言涉及锂动力电池，特别指一种铜铝双金属双极板型“过渡性”单元锂电池及其串联形成的高压低内阻电池堆和封装方法。

背景技术

锂电池大规模问世已有十多年的历史了。从封装形式上来讲，有圆筒卷芯式，有平面卷芯式，有平面折叠式，还有叠芯式(动力电池)。但有一个共同的特点单元电池都有一对正负极引线，单元电池芯的输出电压都为3.2～4.2V。在高压电池组的应用中，正负极引线的作用是用来进行串联电池级联的。此时单个电池级联的平均路径长度为集流体沿电流流向长度，级联路径截面是集流体的断面，厚度一般只有15到40μm，宽度10cm以内，因此也造成了不小的压降，且流过电流的集流体要发热，特别是电流在汇集过程中造成了汇集路径中电流逐渐增大，因此集流体金属箔上因电流密度不均匀引发了发热温度的不均匀。而温度对化学反应速度有较大影响，用一句话来说就是“均匀分布的活性反应物质和集中式的电流引出方式的矛盾”，该矛盾致使在集流体上生成了不同的电流密度。这就是充放电反应不均匀的原因，而这种不均匀致使过度反应区域加速老化，而反应不充分的区域的活性材料又被浪费掉。现有技术中虽然采用了一定的热管理技术试图改善电池发热对使用性能和寿命的影响。但他只在电池芯外部“隔靴捎痒”，却不能在根本上解决内部集流体上电流密度均匀性问题。

电芯的内阻包括两部分，电子内阻和离子内阻。电子内阻是电芯中电子流通路的电阻；离子内阻是锂离子渡越隔膜中的电解液和锂离子在两极活性材料“脱出”、“嵌入”时遇到的阻力。

我们知道同一根级连线两端的压降很小，电子在其上的移动速度自然很慢。这就使得极板上的离子堆积不能及时与电子中和而形成离子浓差极化，极化反过来阻止离子在电解液中的扩散。这也就造成了离子内阻增高的原因。上面讲到的是由于温度不均匀引起集流体极板上电化学反应速度不同，这一次谈到的是因为距引线近的区域电子到达时间短很快中和极板上的正电荷，离子浓差极化很弱电化学反应可较快进行。距引线较远的区域电子流程远到达时间慢来不及中和极板上的正离子，离子浓差极化就强降低了电化学反应速度。因此可以看出影响离子内阻的浓差极化在极板上也是不均匀的，且与电流密度不均匀性重合，更加剧了电化学反应的不均匀性。

由于燃料电池、液流电池中普遍采用了双极板电极结构，也出现了将双极板引入锂电池电池的公开报道。

公开技术中也有与本发明类似的技术，如申请号为201310089433.4的中国专利也披露了一种双极板单元电池串联构成锂电池组的结构，其主要目的是为了解决单元锂电池在不道1mm厚的电池内，很难将电解液灌入的问题，该发明人在双极板串联电池组的上部开了一个槽，使电解液灌入这个槽内，慢慢浸入每个单元电池的隔膜和活性材料之中，再将多余的电解液倒出。实际上现有技术已采用真空法解决锂电池狭窄两极之间(约0.45mm)电解液灌注问题。该专利的措施中忽略了热膨胀会使电解液溢出倒凹槽内，连通在级联的各个电池之间。该发明人仅强调了锂电池电解液对电子的绝缘性能，就加以实施电解液的联通灌注和防溢。由于电解液是离子的良导体，电池充放电中除了有电子的移动，还有离子的移动，串联的双极板上有很高的电位差，紊乱的离子移动会影响电池正常的充放电。另外对于双极板，该专利仅将其称为“导电基板”，并在说明书中解释道“对于双极型电池结构，在铅酸电池领域研究较多，但一时找不到合适铅酸电池的双极板，而难以应用。对于锂电池，双极板材料当然不成问题。”之后未对双极板材料做具体描述。其实现有锂电池技术中绝大部分的锂电池的负极板使用铜箔，正极板使用铝箔，其原因是负极材料对铝金属或正极材料对铜金属都存在化学不稳定因素。作为双极型锂电池的双极板材料并不是想该发明所述的“当然不成问题”。因此这是一个不可实施的技术方案。同时该发明像其他双极板电池(全钒液流电池、氢氧燃料电池等等)一样，也采用四周的螺栓来紧固电池的密封，不仅结构复杂，紧固螺栓的重量和占有的空间都抵消了发明者提高电池重量比能量和体积比能量的初衷。

发明内容

本发明目的在于提供一种铜铝双金属双极板型“过渡性”单元锂电池及其串联形成的高压低内阻电池堆和封装方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种铜铝双金属双极板型“过渡性”单元锂电池，由双金属双极板、正负极活性材料涂层、硬质通孔泡沫片、浸透电解液的锂电池专用隔膜构成，

所述双金属双极板为通过轧制方式将铜箔铝箔压合，再经退火热扩散再同铝箔接触界面上形成合金键结合成一体的双金属复合双极板，其厚度为15～40微米；