[发明专利]一种内置超声波的超声波固态锂电池

说明书

本发明涉及一种内置超声波的超声波固态锂电池，包括电池外壳安装于电池外壳上的正极体、负极体、固态电解质、内置于正极体和/或负极体和/或固态电解质内部的超声波振动模块，超声波振动模块包括超声波振动元件及包覆于超声波振动元件四周表面的绝缘材料层，在正极体和/或负极体和/或固态电解质的顶端上或顶端外还分别设有与超声波振动元件相电性连接的接线端子。本发明具有充放电效率极高、防鼓胞、爆炸、安全性极高、性能优良、耐寒、使用寿命长，且构造简单、容易生产等优点，其与传统的电池相比，有效地解决了传统的非超声波的这类电池所存在的结晶、结晶剌穿、起鼓胞、钝化、漏液、爆炸、充放电慢、不耐寒、性能低等不足。

技术领域

本发明涉及蓄电池领域，特别是一种具有超声波空化效应的蓄电池。

背景技术

铅酸电池，是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。现有的铅酸电池，在电池使用一端时间后，在电极板表面会附着上硫酸铅晶体，随着硫酸铅晶体的增多，会阻碍到电极板与电解液的接触，进而影响到铅酸电池蓄电性能、充放电性能。久而久之，最终造成铅酸蓄电池的电极板还没完全损耗完，铅酸蓄电池就已无法蓄电和充放电了。

为此，针对铅酸电池，本申请人于2018年09月20日向国家知识产权局提出申请了一份专利申请号为201811098611.9、名称为“一种超声波铅酸蓄电池”的技术方案，该方案大致包括电池壳、电池盖、集群组、超声波换能器、振动条等部件。该方案将超声波换能器安装在电池顶部，振动条插入到正极板与隔板之间、及负极板与隔板之间的间隙，利用超声波换能器工作时，驱动振动条作高频超声波运动，来防止电池极板表面有硫酸铅结晶，使电池极板与电解液之间保持充分、全面接触，能极大地缓解蓄电池蓄电性能的衰减，延长蓄电池的使用寿命。虽然该技术方案与传统的铅酸蓄电池相比，大大缓解蓄电池蓄电性能的衰减，延长蓄电池的使用寿命，但是与其相伴而来的，也在一定程度上增加了电池构造的复杂性与体积，不是最优的解决方案。

锂离子电池主要由正极（LiMn2O4材料）、负极（石墨材料）、电解质与隔膜构成。在电源给电池充电时，正极上的电子从通过外部电路跑到负极上，锂离子从正极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达负极，与早就跑过来的电子结合在一起。在电池放电时，负极上的电子从通过外部电路跑到正极上，锂离子从负极“跳进”电解液里，“爬过”隔膜上弯弯曲曲的小洞，“游泳”到达正极，与早就跑过来的电子结合在一起。锂离子首先会从正极出发，经过电解质后抵达负极，而在电池首次充放电池，电极与液态电解质之间会形成固态电解质特性的钝化层，其名为固态电解质界面（SEI）。SEI 拥有双重身分，为电子绝缘体同时也是锂离子的优良导体，而该薄膜可保护电池、避免发生有害反应，并让锂离子在电极跟电解质之间来回穿梭，对锂离子电池性能来说，SEI可说是关键要点，若SEI性能不佳，电池会存有许多问题。一旦SEI开始衰退，成堆问题便接踵而来，像是在多次充放电之后，锂电极就容易沉积不均匀并长出结晶，这些锂金属结晶会对锂离子移动构造遮挡，影响锂离子的移动，进而造成电池容量损失、充放电效率降低，或者是，随着锂金属结晶的不断增长，会刺穿隔膜，使正、负极短路，最终导致电池起火。此外，锂离子电池的工作环境温度为0-40℃，当环境温度低于0℃后，隔膜上的毛细孔，也俗称“小洞”，因热胀冷缩的原理而收缩变小，令锂离子较难或无法穿过隔膜，锂离子在电解液中也容易发生凝结，移动起较慢，造成锂离子电池无法正常充、放电，整体性能就会下降。因而，如何在寒冷气候环境保证锂离子电池正常充、放电，也是亟待解决的技术问题。