一種長循環(huán)壽命的儲能器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及一種能源儲存領(lǐng)域，具體設(shè)及一種長循環(huán)壽命的儲能器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 儲能器件包括電池和超級電容器等，廣泛應(yīng)用于數(shù)碼、電動汽車等領(lǐng)域，需要長壽 命的儲能器件。
[0003] 儲能器件依照內(nèi)部忍包結(jié)構(gòu)可分為疊片式和卷繞式結(jié)構(gòu)。疊片式結(jié)構(gòu)儲能器件通 常為長方體和正方體，其優(yōu)點為器件散熱面積大、散熱快、內(nèi)部熱失控產(chǎn)生氣體很容易通過 器件外殼泄壓裝置釋放掉，因而安全性高，但由于制備極片可能產(chǎn)生毛刺，使儲能器件自放 電大。另外，疊片式結(jié)構(gòu)儲能器件，如裡離子電池，在充、放電使用過程中，正、負(fù)極片的材料 發(fā)生體積變化，正、負(fù)極片發(fā)生體積變化，使得極片和隔膜分離，內(nèi)阻快速增加，導(dǎo)致電池循 環(huán)性差，使用壽命短。卷繞式結(jié)構(gòu)儲能器件制造簡單，通常為圓柱體結(jié)構(gòu)，但是充、放電過程 中產(chǎn)生的內(nèi)部熱量難W往外散發(fā)。圓柱體結(jié)構(gòu)忍包結(jié)構(gòu)過于密實，如果卷忍短路內(nèi)部，氣體 不能排出，儲能器件容易出現(xiàn)安全問題。
[0004] 綜合疊片式和卷繞式結(jié)構(gòu)儲能器件的優(yōu)點，制備成卷繞式長方體和正方體忍包的 儲能器件。但制備運種忍包在壓平時容易壓斷卷忍的卷彎處極片，導(dǎo)致儲能器件內(nèi)部短路 或微短路，循環(huán)性下降；卷忍壓平時，由于隔膜、正、負(fù)極極片延展不一樣導(dǎo)致極片和隔膜的 權(quán)皺，因而使器件內(nèi)阻快速增加，循環(huán)壽命短；卷忍在充、放電時由于極片體積增加、恢復(fù)的 變化，使極片與隔膜分離，器件內(nèi)阻快速增加，器件循環(huán)性和使用壽命短。 【實用新型內(nèi)容】 陽〇化]針對卷繞式忍包的儲能器件存在的問題，在本實用新型，希望提供一種內(nèi)腔楠圓 的金屬桶體外殼和內(nèi)置彈性楠圓柱形支撐體的卷繞忍包的長循環(huán)壽命儲能器件結(jié)構(gòu)，解決 上述卷繞式結(jié)構(gòu)儲能器件存在的循環(huán)性差，使用循環(huán)壽命短的問題。
[0006] 根據(jù)本實用新型技術(shù)的實施方案，包括桶體外殼、卷忍和內(nèi)置于卷忍的支撐筒體。 所述桶體外殼用于放置卷忍，是儲能器件的外殼，其特征是：金屬材質(zhì)，內(nèi)腔呈楠圓柱形。所 述卷忍，由極片、隔膜、極片、隔膜4層卷繞成，其特征是：呈楠圓柱形筒體形狀，橫截面為楠 圓環(huán)形。所述支撐體，其特征是：用機械膨脹或電解液溶脹的彈性材料制成，呈楠圓柱形桶 體結(jié)構(gòu)，其橫截面為楠圓環(huán)形。所述儲能器件是把支撐體插入卷忍，而后再入進金屬桶體， 封口，注液而成，其特征在于：所述的器件中卷忍包內(nèi)有彈性的支撐體，外有內(nèi)腔楠圓的金 屬桶體外殼。所述的儲能器件包括由電化學(xué)原理進行儲能的器件和由物理原理進行儲能的 器件。
[0007] 所述的支撐體，呈楠圓柱形筒體，其橫截面外壁周線呈楠圓形，符合楠圓的標(biāo)準(zhǔn)方 程，即：楠圓上任意一點坐標(biāo)（X，y)、外壁長半軸曰12和短半軸bi2滿足方程（1)。筒體壁厚為 Tl,其截面內(nèi)壁周線形成的楠圓滿足方程（2)，其中長半軸aii=ai^l，短半軸bii=bi^l。 彈性體筒體長度為LI。
[0010] 所述的卷忍，呈楠圓柱形筒體，其截面內(nèi)壁楠圓周線符合楠圓的標(biāo)準(zhǔn)方程，即：楠 圓上任意一點坐標(biāo)（X，y)、長半軸曰21和短半軸b21滿足如下方程（3)。卷忍壁厚為T1。其 截面外壁楠圓周線符合楠圓的標(biāo)準(zhǔn)方程，即：楠圓上任意一點坐標(biāo)（x，y)、長半軸曰22和短半 軸b22滿足方程（4)，且長半軸B22=a2i+T2,短半軸b22=b2i+T2。為固定卷忍，卷忍長度L2 <11。支撐體與卷忍間保留間隙iil。短半軸b2i與長半軸曰2義比bzi/V反映卷忍卷彎處 極片折彎曲度。b2i/a2i大于一定值的楠圓柱形體結(jié)構(gòu)忍包可W避免卷忍壓平時，隔膜、正、 負(fù)極極片延展不一樣導(dǎo)致極片和隔膜的權(quán)皺，W及卷彎處極片的折斷。
[0013] 所述的桶體外殼，其內(nèi)腔呈楠桶體，截面內(nèi)壁楠圓周線符合楠圓的標(biāo)準(zhǔn)方程，即： 楠圓上任意一點坐標(biāo)（X，y)、長半軸曰31和短半軸b31滿足如下方程巧）。外殼內(nèi)壁與卷忍 間留有間隙因此長半軸曰31二曰22+^2,短半軸bsi=b22+y2。桶體長度L3 > 12,壁厚 為T3。桶體外形是長方體、正方體或楠圓柱體。
[0015] 為避免卷忍內(nèi)卷卷彎處的極片曲率半徑過小，導(dǎo)致該處極片折斷，卷忍截面內(nèi)壁 楠圓短半軸bzi與長半軸a21之比b21/曰21應(yīng)當(dāng)愈大愈好，但b21/曰21愈大，則卷忍內(nèi)部留存的 空間愈大，儲能器件的體積比能量愈小，因此bzi/azi必須合理。當(dāng)b21/曰21> 0. 03時，折彎 處極片不折斷。
[0016] 為使支撐體給卷忍起支撐作用，使卷忍的極片和隔膜緊貼，阻止儲能器件循環(huán)內(nèi) 阻增加；由于支撐體本身的體積膨脹增加量最大LOmm左右，卷忍充、放電體積膨脹時，卷 忍內(nèi)壁楠圓長、短半軸增加約0. 5mm，因而支撐體與卷忍間隙y1應(yīng)為y1《0. 3mm;另一方 面，為裝配方便，支撐體與卷忍間需要間隙，即>0。因此，為〇< 《0.3mm為 佳。
[0017] 為使外殼對卷忍脹力有反作用力，使卷忍的極片和隔膜緊貼，阻止儲能器件循 環(huán)內(nèi)阻增加，外殼內(nèi)壁與卷忍間間隙y2不應(yīng)當(dāng)過大，由于充、放電時卷忍膨脹，卷忍外 壁楠圓長、短半軸增加約0.5mm，Ji2應(yīng)當(dāng)為Ji2《0.4mm;另一方面，為裝配方便和防止 充、放電時卷忍膨脹力過大擠壓外殼，引起外殼對卷忍反作用力過大，擠斷極片，外殼內(nèi)壁 與卷忍間間隙y2不應(yīng)當(dāng)過小，最好y2 > 0. 1mm。因此，外殼內(nèi)壁與卷忍間隙y2應(yīng)為 0. 1《Ji2《0. 4mm。
[0018] 為使外殼對卷忍脹力有反作用力，使卷忍的極片和隔膜緊貼，儲能器件循環(huán)內(nèi)阻 不增加，外殼必須有強度，有剛性，電池壁愈厚愈好，但外殼壁厚、外殼重量大會使儲能器件 比能量下降。壁厚低于0.Imm的金屬外殼，殼體強度低，因而壁厚應(yīng)為T3 > 0. 1mm。
[0019] 本實用新型適合儲能的器件包括由電化學(xué)原理進行儲能的器件和由物理原理進 行儲能的器件。該儲能器件為：裡離子電池、聚合物裡離子電池、儀氨電池、鉛酸電池、超級 電容器電池、超級電池、混合電容器，電化學(xué)電容器等。
[0020] 本實用新型所述的支撐體材質(zhì)選自不誘鋼、=元乙丙、下晴橡膠和硅膠的一種或 一種W上。
[0021] 本實用新型所述的金屬外殼材質(zhì)選自不誘鋼、侶或侶合金、鍛儀鐵。
[0022] 根據(jù)本實用新型的方案包括彈性的楠圓柱形支撐體，楠圓柱形筒體的卷忍和內(nèi)腔 楠圓的金屬桶體外殼的儲能器件。內(nèi)置彈性支撐體填充卷忍內(nèi)腔在充、放電過程中由正、負(fù) 極的體積變化所引起的膨脹，支撐卷忍，而內(nèi)腔楠圓的金屬桶體外殼使卷忍體積變大產(chǎn)生 的膨脹力轉(zhuǎn)向卷忍內(nèi)部，在支撐體和金屬外殼兩者的共同作用下使極片與隔膜在器件循環(huán) 時保持緊貼，內(nèi)阻保持不變。楠圓柱形體結(jié)構(gòu)忍包避免了卷忍壓平后極片和隔膜的權(quán)皺現(xiàn) 象，從而使器件內(nèi)阻不變，循環(huán)性增加。按照本實用新型方案的短半軸b2i尺寸要求制作的 卷忍，卷忍內(nèi)卷彎處的極片不會折斷，從而進一步提高儲能器件的循環(huán)性。
[0023]因此，根據(jù)本實用新型實施方案中包括彈性的楠圓柱形支撐體，楠圓柱形筒體的 卷忍和內(nèi)腔楠圓的金屬桶體外殼的儲能器件，可W使儲能器件內(nèi)阻增加率減少、卷忍的極 片和隔膜無權(quán)皺，卷忍不斷片，實現(xiàn)其長循環(huán)使用壽命。
[0024] 本實用新型的其它特征和優(yōu)點在下述描述中更為充分呈現(xiàn)。
【附圖說明】
[00巧]圖1長循環(huán)壽命儲能器件示意圖
[0026] 圖2表述彈性的楠圓柱形支撐體結(jié)構(gòu)
[0027] 圖3表述內(nèi)腔楠圓的金屬桶外殼結(jié)構(gòu) [002引圖4表述楠圓柱形筒體的卷忍結(jié)構(gòu)
[0029]圖5表述常規(guī)長方體卷忍結(jié)構(gòu)，用作與本實用新型方案的卷忍對比說明
[0030] 圖6儲能器件截面圖，表述本實用新型方案的彈性的楠圓柱形支撐體、楠圓柱形 筒體的卷忍和內(nèi)腔楠圓的金屬桶體外殼結(jié)構(gòu)關(guān)系
【具體實施方式】
[0031] 下面通過實例并結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細(xì)說明，同時通過對比說明本實用 新型的效果。下面的實施例只是符合本實用新型技術(shù)內(nèi)容的實例，并不說明本實用新型僅 限于下述實例所述的內(nèi)容，依照該權(quán)利要求項制造的產(chǎn)品均屬本【實用新型內(nèi)容】。
[0032] 圖1為儲能器件儲能器件示意圖，外形可見正極柱101、負(fù)極柱105,蓋板102、注液 孔103和電池殼104。圖2描述彈性的楠圓柱形支撐體201結(jié)構(gòu)。圖3表述內(nèi)腔楠圓的金 屬桶外殼104結(jié)構(gòu)。圖4描述楠圓柱形筒體的卷忍401結(jié)構(gòu)。卷忍401由隔膜411、負(fù)極片 412、隔膜411和正極片413卷繞而成。圖5為常規(guī)長方體卷忍501結(jié)構(gòu)。常規(guī)卷忍501也 由隔膜411、負(fù)極片412、隔膜411和正極片413卷繞、壓平而成。圖6為儲能器件截面圖， 呈現(xiàn)儲能器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)。里層是彈性的楠圓柱形支撐體201，中間層是楠圓柱形筒體的卷忍 401，外層是內(nèi)腔楠圓的金屬桶外殼104。 陽〇3引實施例1
[0034] 為了說明本實用新型，本實施例制作80Ah長方體裡離