[发明专利]固态聚合物锂电池组及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池组，具体涉及一种固态聚合物锂电池组及其制备方法。

背景技术

随着航天器操作复杂度的增加，航天器的功耗需求也一直在增加，因而对航天器的电源分系统也就提出了更高的需求。

现有技术中，现代航天器主要采用太阳能电池阵列作为基本能源，将太阳辐射能量通过光电效应转换为能量，然后再利用蓄电池存储能源，进而为航天器系统及其有效载荷供电。可见，蓄电池是航天器电源分系统的重要组成部分。

然而，蓄电池的质量较重，且体积较大，已无法满足航天器结构轻量化和体积小型化的需求。

锂离子电池是一种优良的二次电池(充电电池)，具有能量密度大、平均输出电压高、自放电小、输出功率大、使用寿命长等优点，还具有以下优点：循环性能优越，可快速充放电，充电效率高；工作温度范围宽，达-20℃～60℃，因此具有航天应用的潜力。

但是，由于航天器在轨飞行的空间环境为近真空，如果将常规固态锂离子电池直接应用于太空，其在绝缘性、可靠性、气密性、体积等方面无法满足空间航天器的需求；还具有真空适应性差的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种固态聚合物锂电池组及其制备方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种固态聚合物锂电池组，所述固态聚合物锂电池组具有供电与蓄电功能，包括：单体电池(1)、连接套件(2)、电缆(3)、电池盒(4)和灌封胶；

所述单体电池(1)是由钴酸锂正极、石墨负极、聚合物隔膜、铝合金正极耳、镍铜合金负极耳、铝塑复合膜外壳组成的高比能量固态聚合物锂离子电池；将多个单体电池(1)之间通过连接套件(2)以螺连接方式进行串联连接，形成组合电池(6)；再将多个组合电池(6)以串联形式构成锂电池组(7)，最后将锂电池组(7)装入由复合材料制成的电池盒(4)中，采用灌胶工艺在电池盒(4)内部填充具有良好的绝缘性和导热性的灌封胶，用于固定单体电池(1)和内部的电缆(3)，并排出电池盒(4)中的空气，即得到最终的固态聚合物锂电池组。

优选的，所述单体电池(1)的内部为叠层构造，由隔膜、正极片、负极片多层组成，且表面包覆铝塑复合膜，以进行保护处理；所述单体电池的正极是采用钴酸锂材料、磷酸铁锂和三元材料主要材料与导电剂、粘合剂合成膏状，成膜，然后双面热复合在带孔的铝箔集流体上，通过烘干、碾压、激光切片后制备成正极片；所述单体电池的负极是采用石墨负极材料与导电剂、粘合剂合成膏状，成膜，双面热复合在铜箔集流体上，通过烘干、碾压、激光切片制备成负极片；所述隔膜主体是采用偏氟乙烯均聚物或者偏氟乙烯与含氟乙烯基单体的共聚物制成；所述单体电池(1)整体呈“干态”，能量密度大于180Wh/kg，容量不小于10Ah，额定电压为4.2V，制成了尺寸为132mm×87mm×9mm、重量小于220g的长方形结构。

优选的，所述钴酸锂材料的化学式为LiCoO₂；所述磷酸铁锂的化学式为LiFePO₄；所述三元材料为NCA和NCM；单体电池的正极制备时，所采用的导电剂为乙炔碳黑、超导碳黑或石墨；单体电池的负极制备时，所采用的导电剂为乙炔碳黑或超导碳黑；单体电池的正极和负极制备时，所采用的粘合剂均为偏氟乙烯均聚物，或者偏氟乙烯与含氟乙烯基单体的共聚物。

优选的，所述电池盒(4)由电池盒底(4-1)和电池盒盖(4-2)组成；其中，电池盒底(4-1)采用M40碳纤维铺层复合材料制作而成，铺层方式为[0/90/±45]_S，其厚度为1.0mm，结构外形尺寸为297mm×277mm×19mm；电池盒盖(4-2)的制作材料、铺层方式与电池盒底(4-1)完全相同，其厚度也为1.0mm，结构外形尺寸为300mm×280mm×20mm；在电池盒的侧壁且为电池盒底和电池盒盖的对应位置上，开设有电池充/放电正极线的过线孔(4-3)、电池充/放电负极线的过线孔(4-4)、电压检测线过线孔(4-5)、地线过线孔(4-6)、温度传感器线过线孔(4-7)以及用于灌胶的注胶孔(4-8)和排气孔(4-9)；

其中，电池充/放电正极线和电池充/放电负极线既可用于充电，同时又可用于放电，且线路采用冗余设计，即正极线和负极线均采用双点双线，以保证安全性；

电压检测线用于检测单体电池的电压信号，其中正极线的数量与单体电池的数量相同，分别连接到每个单体电池的正极，而每个单体电池的负极共用1根负极线；