[发明专利]可更换电极的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池，特别涉及一种具有可更换极片结构的锂离子二次电池。

背景技术

目前锂离子二次电池采用正极极片、隔膜、负极极片紧密堆叠的结构。其中隔膜浸润电解液，与正极、负极构成完整的化学体系。电池达到寿命终点时被完全废弃。由于锂离子电池正极和负极的容量衰减速度和寿命不完全相同，电池的使用寿命取决于正极和负极寿命较短者，因此寿命较长者没有得到完全利用。废弃锂离子二次电池回收利用尚未普及，电池的紧密堆叠结构造成一定资源浪费。

锂离子二次电池的紧密堆叠结构中隔膜浸润电解液，当电池发生热失控时将使电池内的压力增大，但电解液无法排出，压力持续增大将导致安全事故。部分锂离子二次电池能够在内部压力达到限值时将气体排出，但排出电池外的气体中含有大量可燃物，同样可能导致事故发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可更换电极的锂离子二次电池，通过在极片间设置空间能够更换极片，充分利用不同电极的寿命，减少资源浪费；同时增加副仓，电池压力增大时将极片间的电解液通过电解液通道排出至副仓，电解液不再与极片接触，从而切断电池内的化学反应，提高安全性。

本发明通过如下方法实现以上目的。

1. 本发明中所有极片可与电池电极分离，极片之间设计空间，并非紧密堆叠，从而可以更换极片，当寿命较短的极片到达寿命终点时更换新极片，未更换的极片经过一定处理后可以继续使用，通过大部分组件的重复使用实现废弃物减量化。

2. 极片之间设置空间，当电池发生异常内部压力增大到一定限度时，电解液通道将打开并将极片间的电解液排出至副仓。电解液排出能够降低电池内的压力，并切断电池的化学反应，防止压力持续增大，提高电池安全性。

附图说明

图1是可更换极片的锂离子二次电池结构示意图。外壳3容纳所有电池组件；电池正极1和所有正极极片2连接，电池负极9和所有负极极片7连接，所有极片位于电解液液面8以下；正极极片2和负极极片7间是空间5，空间5充满电解液，电解液通道6控制空间5与副仓4的通断。

图2是外壳内的压力增大到限值电解液通道打开排出电解液时的示意图。电解液通道6打开，空间5的电解液被排入副仓4，电解液液面8下降至所有极片以下。

具体实施方式

目前锂离子二次电池负极较多采用石墨材料，正极较多采用锰酸锂、三元和磷酸铁锂材料。本发明采用石墨材料作为负极，磷酸铁锂材料作为正极结合附图说明实施方式。

负极极片7、空间5、正极极片2被依次设置在外壳3内，中间以多孔板间隔，允许电解液通过。所有正极极片2可从电池正极1分离，所有负极极片7可从电池负极9分离，由于正极极片和负极极片间增加了空间5，不会妨碍临近极片的移动，因此能够更换。磷酸铁锂材料结构稳定，石墨副反应较多，因此负极容量衰减速度高于正极。电池寿命取决于负极寿命，当负极寿命达到终点时，正极仍可继续利用。此时，将电池放电至下限电压，取出全部负极更换全新负极，补充电解液后对更换负极的电池进行预充化成，电池便可继续投入使用。更换负极后的电池略低于第一次出厂的初始容量，第一次出厂后可更换负极不少于3次。

电池使用中发生异常导致热失控时，电解液通道6在外壳内的压力增大到限值时将打开，空间5内的电解液将通过电解液通道6被排入副仓4，直至电解液液面8降低至所有极片以下，电池内的化学反应停止，避免压力继续增大造成事故。