[发明专利]一种圆柱形电池组系统及其安全运行、回收方法

说明书

本发明提供了一种圆柱形电池组系统，其包括圆柱形电池组以及安全运行及安全回收系统。在圆柱形电池组系统中，通过安全运行及安全回收系统为圆柱形电池组中的电池单体进行注液、补液、加热、冷却、注入安全剂等操作，从而保证圆柱形电池组的运行安全以及回收安全。圆柱形电池的电池单体中包括中空且侧壁设有流通口的卷芯，卷绕部卷绕于卷芯上，卷绕部中的各层都采用多孔结构，因此允许流体从卷芯起由内向外流动或者从电芯外侧起由外向卷芯内流动，从而能够充分地浸润电极材料和隔离层、快速地将故障电池单元的电解液排出、及时地将电池单元内残余的电解液烘干或冷凝。本发明还提供了圆柱形电池组系统的安全运行方法和安全回收方法。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地涉及一种可安全运行及安全回收的圆柱形电池组系统。

背景技术

锂离子电池因具有高能量密度和高循环效率等优势，在全球便携式电子设备市场中占据着大部分份额，并逐步开始应用于电动汽车和电力储能领域。现有动力锂电池和电网储能锂电池多是从手机电池等微小型电池发展而来，其结构设计和材料选择没有考虑可维护再生和回收处理的环节，五年左右的实际日历寿命和电池报废后带来的回收再生难题不仅增加了全产业链成本，也成为储能锂电池产业可持续发展面临的严峻挑战。

在传统的锂离子电池中，包括叠片锂离子电池以及小型卷绕锂离子电池。叠片锂离子电池单体容量大，但制作复杂、电池单体一致性差、安全可靠性差。与叠片电池相比，圆柱形电池具有结构稳定性好、组成部件少、极片分切简单、卷绕工艺操作简单高效的优点。目前存在的圆柱形电池一般为一次性封装不可拆卸的结构，当内部电解液消耗过多或干涸时，无法及时补充或重新注入新的电解液。而且，由于现有圆柱形电池普遍尺寸较小，在电池壳盖或电池内部设计空间极为有限，因此难以通过改造电池内外结构来强化换液功能以及改善换液效率。此外，目前的圆柱形锂离子电池对于低温环境带来的电池倍率、容量等性能下降以及低温析锂所造成的短路等安全故障也没有进行较好的解决。

另外，储能电池系统通常需要将大量电池单体进行串并联达到所需的功率容量要求，经过一段时间的使用，电池内部材料电化学性能的均一性发生变化，局部活性区域容易出现过充或过放，造成锂枝晶短路或电解液分解，继而引发电池的热失控，发生燃烧甚至爆炸。目前的储能锂电池系统缺乏内部可控的安全设计，一旦某个电池出现热失控，很容易导致电池系统的整体失控。此外，锂离子电池在回收处理过程中，仅仅是通过把电池电量放完，就装车运输至专门回收厂进行回收处理。这样一方面很难保证锂离子电池内部不再继续发生电化学反应，另一方面，锂离子电池内部还存在着电解液，因此很容易发生安全事故，进而导致锂离子电池在装车运输过程中发生燃烧爆炸。

发明内容

针对以上存在的问题，本发明提供一种可安全运行及安全回收的圆柱形电池组系统。该圆柱形电池组系统包括圆柱形电池组以及运行及回收系统。在圆柱形电池组系统中，通过运行及回收系统为圆柱形电池组中的电池单体进行注液、补液、加热、冷却、注入安全剂等操作，从而保证圆柱形电池组的运行安全以及回收安全。圆柱形电池的电池单体中包括中空且侧壁设有流通口的卷芯，卷绕部卷绕于卷芯上，卷绕部中的各层都采用多孔结构，因此允许流体从卷芯起由内向外流动或者从电芯外侧起由外向卷芯内流动，从而能够充分地浸润电极材料和隔离层、快速地将故障电池单元的电解液排出、及时地将电池单元内残余的电解液烘干或冷凝。尤其是针对大型高温圆柱形电池，可以确保电池组的安全运行以及安全回收。

本发明提供的技术方案如下：