[发明专利]一种双极性电池堆

说明书

本发明提供了一种双极性电池堆，电池堆中的各个电极板的四周边缘设有绝缘密封框。在绝缘密封框上设有液口、电解液外流道、电解液内流道和中空内框格，电极材料层设置于中空内框格中，液口与电解液外流道流体连通并且电解液外流道与电解液内流道流体连通。电解液外流道位于绝缘密封框的框体外边缘与电池单元的外边缘之间用于输送注入或排出的电解液，电解液内流道位于中空内框格的框格边缘与电池单元的外边缘之间用于对隔离层和电极材料层浸润电解液。可以利用电解液外流道中的电解液使得电池单元处于富液状态，另外通过较长的电解液外流道，阻止了脱嵌离子经由电解液外流道在相邻电池单元之间发生迁移，从而可以防止电池的内短路。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地涉及一种双极性电池。

背景技术

双极性电池的电池堆由两个单极性电极片、若干个双极性电极片、隔离层和电解液组成。双极性电极片是指在双极板两侧分别涂覆正极材料层和负极材料层后具有两个极性的电极片，单极性单极片是指在单极板一侧涂覆正极材料层或负极材料层后具有单极性的电极片。由于双极性电池堆的电池单元由双极板、正极材料层、隔离层、负极材料层和另一双极板构成，每个电池单元都具有独立的电化学结构，因而可以通过增加双极性电极片的数量来增加电池单元的个数，进而提高电池的总体电压。双极性电池具有电池单元之间电阻能耗小、电极表面电流和电位分布均匀、电池充放电速度快等优势，因此适用于电动汽车、电力储能等领域。

但是，双极性电池在使用过程中也存在一些问题。一方面，双极性电池长期使用过程中，电极活性材料表面生成的固体电解质膜(SEI膜)会不断增厚，使电池内阻增加，循环寿命下降，而电池产生的副反应也会不断消耗电解液，导致电池内部参与电化学反应的电解液减少，从而影响锂离子在电池中的传导，降低电池性能甚至引起电池失效。另一方面，双极性电池堆内相邻电池单元的电解液通过液口产生液接，液接会使电池单元间产生离子电流或离子桥，导致电池的短路和总体性能的下降。因此，如何既能够方便有效地为双极性电池堆的各个电池单元提供新鲜电解液，又能够避免因电解液液接造成的电池短路，是双极性电池需要解决的重要问题。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种双极性电池堆，其由双极性电极片以及位于电池堆上下两侧的单极性电极片组成。在双极性电极片和单极性电极片的四周边缘设有绝缘密封框，在绝缘密封框上设有电解液流道，从而可以通过绝缘密封框上的电解液流道对电池进行注液、换液以及补液等，而且可以利用电解液流道中的电解液使得电池单元处于富液状态。另外，可将电解液流道分为电解液内流道和电解液外流道，其中，电解液内流道位于绝缘密封框上的电池单元覆盖的区域内，电解液内流道主要用于浸润电极材料层以及隔离层；电解液外流道位于绝缘密封框上的电池单元覆盖区域的外侧，电解液外流道主要用于增大两个相邻电池单元的电解液内流道之间的距离。每个电池单元是由电极板(单极板或双极板)、正极材料层、隔离层、负极材料层及另一电极板(单极板或双极板)构成，当相邻电池单元的参与电化学反应的电解液之间的距离无限延长时，可以认为相邻电池单元之间的电液电阻(电解液电阻)无限大，阻止了脱嵌离子经由电解液外流道在相邻电池单元之间发生迁移，从而可以防止电池的内短路。

电解液外流道的电液电阻(电解液电阻)R与电解液电导率δ(S/cm)、流道横截面积S(cm²)和流道长度L(cm)有关:

因此，外流道越长、横截面积越小，电液电阻就越大，导致电池短路电流就越小。

本发明提供的技术方案如下：