[发明专利]储能设备

说明书

一种储能设备(1)，包括：容器(2)，芯轴(3)，至少一个分隔器材料(4)片，和两个或更多个电极(5)。容器(2)包括由内壁(10)界定的内部空间(9)。芯轴(3)定位在所述内部空间(9)中且在芯轴表面(11、12)和容器(2)的内壁(10)之间形成腔(9a)。分隔器材料片(4)被绕芯轴(3)布置在所述腔(9a)内，以提供多个离散分隔器层。电极(5)被提供以占据在每个离散分隔器层之间的空间，芯轴(3)是可压缩的，且芯轴表面(11、12)的形状与容器(2)的内壁(10)同心。

技术领域

本发明涉及一种用于储能设备的容器。更具体地说，本发明涉及一种电化学电池的容器。

背景技术

容纳在能量储存设备中的电化学电池包括反应性和有害材料，其需要仔细包装以确保产品安全。该包装应包含有害材料且还适应当电池充放电时材料温度和体积的改变。除了具有所需的稳健性外，该包装还要求包装具有较低的重量且体积有效，以便不降低储能设备的总能量密度。该包装和包装的设计还应避免对储能设备添加任何不必要的电阻增益。

储能技术的进展已经产生具有增加能量密度的电化学电池。相比于传统电化学电池,在充放电过程期间这可导致活性材料较高的操作温度和较大体积变化。用于储能的传统包装可能不能够安全和有效地容纳具有增加能量密度的电池。

传统柱状或硬壳电池容器提供了更稳健的包装用于电化学电池。电极和分隔器在张力作用下被缠绕，提供了压力以及电极层和分隔器之间的良好接触。硬壳容器的坚硬性质不允许在循环期间电极的大体积膨胀和收缩。

传统软包装柱状袋式包装被用于容纳多电极布置。在软包装设计中，真空密封确保电池的部件通过外部压力被保持在一起以提供电极和分隔器之间的期望的物理接触。此外，软包装材料的性质适应充/放电循环期间电极的膨胀。然而，软设计可看出本身是不安全的，因为它很容易被损坏和破裂，因此不适用于高能量密度的电池。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种储能设备，包括：容器，芯轴，至少一个分隔器材料片，和两个或更多个离散电极；所述容器包括由内壁界定的内部空间，所述芯轴定位在所述内部空间中且在芯轴表面和容器的内壁之间形成腔，分隔器材料片被绕芯轴布置在所述腔内，以提供多个离散分隔器层，以及其中电极被提供以占据在每个离散分隔器层之间的空间，芯轴是可压缩的，且芯轴表面的形状与容器的内壁同心。

通过本发明的能量储存设备实现了高效和安全的电池包装。通过设置一个或多个单元电池在容器中，设备的能量密度显著增大。然而，由每个电池内的活性材料的膨胀/收缩导致的任何体积改变都需要由设备来适应。本发明的可压缩芯轴允许在硬保护性容器内的多个电池堆叠。可压缩芯轴适应堆叠内的电极的体积，以确保电极之间有足够的压缩和稳定的物理接触，同时在充放电期间吸收电池中的任何膨胀。可压缩芯轴的使用会在储能设备容器内产生死区，因此可以看出，与传统的软包装电池真空密封设计相比，可压缩芯轴的效率较低。然而，硬壳的改善的安全性对高能量储能设备是非常重要的。

本发明的离散电极片和可压缩芯轴的组合允许电池包括有效连接高能量密度电极堆叠被存储在弹性防护容器内，与通常的卷绕电池(其依靠卷绕在分隔器材料内的连续的正电极/负电极材料片)形成对照。由此，该设备可包括两个或更多个离散的正极以及两个或更多个离散的负极。

多个分隔器层和离散电极(其占据分隔器层)可沿包装轴线对齐以便电池沿与包装轴线大体相同的方向膨胀和收缩。可压缩芯轴可被用作卷绕辅助件，且更重要的是适应分隔器层内的电极的体积变化，以确保电极之间有足够的压缩和稳定的物理接触，同时在充放电期间吸收材料中的任何膨胀。换句话说，本发明不依靠要绕芯轴卷绕的电化学电池部件，该芯轴主要功能是通过依照充电或放电期间电极体积而收缩或膨胀，以支撑分隔器材料抵靠容器的内表面。

使得具有多于两个离散电极另一优势在于较低的总电阻可通过使得堆叠内的每个电极具有连接凸片而实现。这是通过设置较短电流路径长度来实现的(与传统硬壳容器中的单个连续电极电池设计中的路径长度相比)。