[发明专利]一种压力补偿式锂离子蓄电池

说明书

本发明公开了一种压力补偿式锂离子蓄电池，包括：电芯；壳体套设于电芯外周；壳体一端设置有注液口；补偿机构为第一端开口，第二端封闭的中空结构，且通过开口与壳体连通，中空部分与壳体围成一密闭空间，通过注液口向密闭空间内部注满电解液；在外界压力作用下，补偿机构发生体积形变，来补偿壳体内部电解液的压力，平衡外界压力。此发明解决了传统蓄电池不能承受外界高压流体的问题，通过在蓄电池上设置补偿机构，使得在外界高压流体环境下，自动调节内部密闭空间的体积，以平衡外部流体的压力，缓解了蓄电池的破坏，提高了作为水下装备供电的可靠性，拓宽了应用领域，降低了维护成本，满足了深海潜航器的动力需求。

技术领域

本发明涉及锂离子蓄电池技术领域，具体涉及一种压力补偿式锂离子蓄电池。

背景技术

地球70％的面积是海洋，50％的面积是深海(公海)，深海不仅矿藏资源丰富，而且水文环境复杂、难以感知，因此深海资源开发价值和战略价值高。在陆地与浅海资源不断枯竭和技术进步的双重作用下，深海将成为人类经济社会发展的动力源，深海开发是大势所趋。

深海技术是各国竞相发展的技术，人类利用潜航器可以到海洋的各种深度。基于潜航器工作环境的特殊性，电池是潜航器水下工作的唯一动力源，同时也成为制约潜航器发展的关键技术。随着潜航器的发展，电池也经历了铅酸电池、锌银电池、燃料电池、镉镍电池、氢镍电池和锂离子蓄电池的阶段，现阶段以锌银电池和锂离子蓄电池为主流。

应用于潜航器上的电池，随着下潜深度增加，电池承受的压力也相应增加。传统的做法是将锌银电池放置于潜航器耐压舱外部，以充油压力补偿的方式将多个单体电池组成的电池组置于充油皮囊中，直接承受70MPa～100MPa左右的压力，但锌银二次电池寿命只有几十次，不可以大倾角使用，维护成本高。

近年来随着动力型大容量锂离子电池技术的进步，其能量密度高，比功率大，工作温度宽，环境适应性好，循环寿命是锌银二次电池百倍以上，且易维护，安装及使用位置不受限制，已成为最具前景的水下潜航器的供电电源。

如1989年竣工的日本“Shinkai6500”号载人潜航器起初搭载了锌银电池，2004年升级为锂离子蓄电池。美国深海挑战者号“Deepsea Challenger”也搭载了锂离子蓄电池。中国研制的彩虹鱼11000米全海深载人潜水器的动力系统也采用了锂离子蓄电池。

目前潜航器中的锂离子蓄电池组使用方式有常压型和充油型，常压型锂离子蓄电池组安装在耐压壳体中，单体锂离子蓄电池本身不需要耐压，但随着潜航器设计深度的增加，耐压壳体自身厚度、重量会不断增加，严重影响潜航器的有效载荷，该使用方式蓄电池或电路出现故障只能直接报废，并且这种方式使用会增加锂离子蓄电池的危险性，缺点显著。

申请号为201310729577.1的发明专利1；申请号为201510014240.1的发明专利2；申请号为201310238446.3的发明专利3；申请号为201310258104.8为发明专利4；所述的蓄电池组/包为充油型锂离子蓄电池组，其原理与前述的充油压力补偿式锌银电池组类似，通常采用软包装或聚合物锂离子蓄电池，蓄电池组安装在充满液压油的电池箱中，海水压力通过液压油传递给锂离子蓄电池，而无需增加电池箱体的厚度和重量，可有效提升潜航器的性能。

但锂离子蓄电池本身需要耐受压力，当流体压力过大或电池内部气体较多时仍有可能因为蓄电池壳体局部变形而挤压电池内部结构，造成性能劣化，甚至引发安全事故。

除以上承压式蓄电池组外，申请号为201920398269.8的发明专利5采用直接承压式的硬壳(金属壳)封装的单体蓄电池，但其采取的途径是采用强力密封圈加固，防止外界流体尤其是水的进入，对蓄电池壳体封装材料结构强度要求较高，并不具备压力补偿功能，未实际解决深水超大压力下蓄电池的安全可靠问题。

发明内容