[发明专利]储能设备

说明书

一种储能设备(1)，包括：容器(2)，芯轴(3)，至少一个分隔器材料(4)片，和两个或更多个电极(5)。容器(2)包括内表面(10).芯轴(3)包括芯轴表面(11,12)，且被定位在容器(2)内，以便芯轴表面(11,12)从内表面(10)间隔开以限定腔(9a)在容器(2)内。容器(2)具有包装轴线(P)，其穿过腔(9a)，芯轴表面(11,12)和内表面(10)。芯轴(3)可沿包装轴线(P)的方向压缩，该至少一个分隔器材料(4)片被布置在腔(9a)内以沿包装轴线(P)提供多个分隔器层，且电极(5)被提供在分隔器层之间。

技术领域

本发明涉及一种用于储能设备的容器。更具体地说，本发明涉及一种电化学电池的容器。

背景技术

电化学电池包括反应性和有害材料，其需要仔细包装以确保产品安全。该包装应包含有害材料且还适应当电池充放电时材料温度和体积的改变。除了具有所需的稳健性外，该包装还要求包装具有较低的重量且体积有效，以便不降低储能设备的总能量密度。该包装和包装的设计还应避免对储能设备添加任何不必要的电阻。

用于储能设备的传统设计和包装可能不能够安全和有效地容纳具有增加能量密度的电池。储能技术的进展已经产生具有增加能量密度的电化学电池。相比于传统电化学电池,在充放电过程期间这可导致活性材料较高的操作温度和较大体积变化。对于传统缠绕电池，到电极的电触点数量受限于被施加到集电器箔的凸片的数量。增加集电器上的凸片的数量导致用于活性电极涂层的的表面区域减少且由此降低电池容量和能量密度。接触凸片的受限制数量，与使用于绕组的增加的电极长度相结合，增加了电流路径长度且增加总电池电阻。

传统柱状或硬壳电池容器提供了更稳健的包装用于电化学电池。电极和分隔器在张力作用下被缠绕，提供了压力以及电极层和分隔器之间的良好接触。硬壳容器的坚硬性质不允许在循环期间电极的大体积膨胀和收缩。

传统软包装柱状袋式包装被用于容纳多电极布置。在软包装设计中，真空密封确保电池的部件通过外部压力被保持在一起以提供电极和分隔器之间的期望的物理接触。此外，软包装材料的性质适应充/放电循环期间电极的膨胀。然而，软设计可看出本身是不安全的，因为它很容易被损坏和破裂，因此不适用于高能量密度的电池。

发明内容

根据本发明的第一方面，本文提供了一种储能设备，包括：容器，芯轴，至少一个分隔器材料片，和两个或更多个离散电极；容器包括内表面；以及芯轴包括芯轴表面，且被定位在容器内，使得芯轴表面从所述内表面间隔开以在容器内限定电池腔；其中容器具有包装轴线，其穿过所述腔，芯轴表面和内表面，以及其中芯轴可沿包装轴线的方向压缩，所述至少一个分隔器材料片被布置在腔内以沿包装轴线提供多个分隔器层，且电极被提供以占据每个分隔器层之间的空间。

本发明的离散电极片和可压缩芯轴的组合允许电池包括有效连接高能量密度电极堆叠被存储在弹性防护容器内，与通常的卷绕电池(其依靠卷绕在分隔器材料内的连续的正电极/负电极材料片)形成对照。由此，该设备可包括两个或更多个离散的正极以及两个或更多个离散的负极。

多个分隔器层和离散电极(其占据分隔器层)可沿包装轴线对齐以便电池沿与包装轴线大体相同的方向膨胀和收缩。可压缩芯轴可被用作卷绕辅助件，且更重要的是适应分隔器层内的电极的体积变化，以确保电极之间有足够的压缩和稳定的物理接触，同时在充放电期间吸收材料中的任何膨胀。换句话说，本发明不依靠要绕芯轴卷绕的电化学电池部件，该芯轴主要功能是通过依照充电或放电期间电极体积而收缩或膨胀，以支撑分隔器材料抵靠容器的内表面。

可压缩芯轴的使用会在储能设备容器内产生死区，因此可以看出，与传统的软包装电池真空密封设计相比，可压缩芯轴的效率较低。然而，硬壳设计的改善的安全性对高能量密度储能设备是非常重要的。本发明由此提供包装安全的改进，同时提供些微低的包装效率。此外，良好的接触水平可通过芯轴的偏置实现，芯轴是可压缩的以吸收电极材料的任何膨胀。优选地，芯轴由单个材料制成以降低制造成本且被成形以便沿容器的包装轴线方向弹性偏置。