CN101013748B - 二次电池组模块的元电池阻挡和二次电池组模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于可再充电电池模块的元电池阻挡及可再充电电池模块。所述元电池阻挡包括：金属体；设置于金属体表面上的绝缘层。元电池阻挡夹置在单元电池之间以在单元电池之间电绝缘。绝缘层选自由树脂层、无机氧化物层、阳极化层和其复合层组成的组。元电池阻挡还具有通道以提供通过热传导介质的附加的冷却。单个单元电池也可以与沿单元电池设置的元电池阻挡使用，元电池阻挡用于绝缘和冷却。

Description

二次电池组模块的元电池阻挡和二次电池组模块

技术领域

本发明的方面涉及可再充电电池模块及包括其的可再充电电池模块。更具体而言，本发明涉及一种元电池阻挡，其具有改善的绝缘性质和冷却性能、以及比如抗腐蚀、抗磨损、硬度等增加的机械性质等。本发明的方面还涉及包括该元电池阻挡的可再充电电池模块，和可再充电电池或可再充电电池模块的单元电池部件。

背景技术

最近，研究者已经利用具有高能量密度的非水电解质开发了高功率可再充电电池。这样的高功率可再充电电池由彼此串联连接的多个电池单元形成，从而被用作驱动比如电动车辆的需要高功率的装置中的马达的电源。

可再充电电池(其后，方便起见称为单元电池)可以被制造为各种形状例如圆柱、棱柱等。单元电池通常被串联耦接以形成由多个单元电池组成的模块。

每个单元电池包括：包括正电极和负电极且隔离物夹置在其之间的电极组件；具有容纳该电极组件的空间的壳体；与该壳体组合以气密方式密封该壳体的盖组件；和从盖组件突起并分别电耦接到正和负电极的正端子和负端子。

通常，壳体由能够有效地耗散从单元电池产生的热的金属形成。因此，金属应具有出色的导电性以及出色的导热性。

通过将连接器安装在有螺纹的正和负端子之间且然后用螺母将连接器紧锢到端子而彼此电耦接单元电池。

在可再充电电池模块中，对于热传导的元电池阻挡夹置在单元电池之间，从而空气流过元电池阻挡以冷却单元电池。

以上在背景技术部分所披露的信息仅旨在提高本发明的背景技术的理解。因此，背景技术部分可以包含不构成本国家中对于本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个实施方式提供了用于可再充电电池模块的元电池阻挡，其中元电池阻挡具有出色的冷却性质和绝缘性能，以及高的机械性质。

本发明的另一实施方式提供了包括用于可再充电电池模块的元电池阻挡的可再充电电池模块。

根据本发明的另一实施方式，用于可再充电电池模块的元电池阻挡包括金属体和形成于金属体表面上的绝缘层。元电池阻挡夹置在单元电池之间以在相邻的单元电池之间电绝缘。绝缘层选自由树脂层、无机氧化物层、阳极化层和其复合层组成的组。

根据本发明的另一实施方式，元电池阻挡通过沿金属体和绝缘层提供用于热传导介质通过的通道而提供了进一步的绝缘。通道可以通过将元电池阻挡形成为波状形状而提供，尽管通道也可以通过其他形状和结构来产生。

根据本发明的另一实施方式，单元电池提供了电力的产生。单元电池包含电极组件，电极组件包括正电极、负电极和将电极彼此绝缘的分隔物。单元电池还包括用于容纳电极组件的壳体；连接到壳体的盖板，在壳体中密封电极组件；和分别连接到正和负电极并通过盖板突起的正和负电极端子。以上的元电池阻挡沿单元电池的一侧设置，或如上述，设置在单元电池之间，以提供冷却和绝缘。

根据本发明的另一实施方式，可再充电电池模块包括彼此电耦接的多个单元电池，而且在单元电池之间保留一定的空间。以上的元电池阻挡设置于单元电池之间。

本发明的其他方面和/或优点将部分在随后的说明书中阐述，且部分地将从说明书明显，或通过本发明的实践来习之。

附图说明

结合附图，从实施方式的以下描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显易懂，在附图中：

图1是显示根据本发明的一个实施方式的可再充电电池模块的元电池阻挡的透视图；

图2是显示根据本发明的另一实施方式的单元电池的剖面图；

图3是显示根据本发明的另一实施方式的可再充电电池包括的透视图；

图4是示出根据本发明的另一实施例的可再充电电池模块如何与马达连接的示意方框图；

图5是显示根据示例1的作为元电池阻挡的阳极化的层的厚度的函数的击穿电压的曲线图；

图6是显示根据示例2和3的作为元电池阻挡的厚度的函数的击穿电压的曲线图。

具体实施方式

现将详细参考本发明的目前实施方式，其示例在附图中示出，其中通篇相似的参考标号指示相似的元件。所述实施方式通过参考附图在以下描述以解释本发明的方面。

在可再充电电池模块中，单元电池在重复充电和放电过程中内部产生大量的热。当从单元电池产生的热没有被耗散时，单元电池的性能可能退化。

因此，元电池阻挡必须具有充分的冷却性能以有效地耗散热。积极地对于具有改善的冷却性能的元电池阻挡的结构和材料进行了研究。

另外，单元电池应仅经由连接器电耦接，因为如果单元电池电耦接到相邻单元电池的壳体，则存在可能导致短路的担心。

方便地，绝缘层夹置在单元电池之间，用于该目的。然而，这样的常规结构导致的问题在于，需要过度的绝缘层，而且因为绝缘材料的低的导热率而难于经由元电池阻挡而耗散热。

根据本发明的方面的元电池阻挡安装于单元电池中以改善元电池阻挡的冷却性能和绝缘性质。其夹置在单元电池之间以提供从单元电池到另一介质的热传导的通道。元电池阻挡包括金属体和形成于金属体的表面上的绝缘层。绝缘层可以选自树脂层、无机氧化物层、阳极化层、和其复合层的组。

金属体可以包括铝和/或铝合金。铝是理想的，因为其容易成形、切割和加工。其也具有高的热导率，其如上所述对于元电池阻挡是必须的。铝合金具有出色的机械强度且因此是出色的元电池阻挡材料。适当的合金包括与比如铬(Cr)、镁(Mg)、钛(Ti)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、硅(Si)、和锌(Zn)的金属的铝合金，但不限于此。铝合金还包括可商业获得的Al30系列(96.7到99wt％的Al、0.05到0.2wt％的Cu、1到1.5wt％的Mn和余下的杂质)、Al50系列(97wt％的Al、0.5到1.1wt％的Mg、0.2wt％的Mn和余下的杂质)、Al60系列(95.8到98.6wt％的Al、0.04到0.35wt％的Cr、0.15％到0.4wt％的Cu、0.8到1.2wt％的Mg和余下的杂质)，等等。

然而，因为铝具有好的导电性，根据本发明的方面的可再充电电池模块的元电池阻挡包括绝缘层以改善绝缘性能，所述绝缘层选自由树脂层、无机氧化物层、阳极化层、和其复合层的组。树脂层可以包括，但不限于氟化树脂、环氧树脂、或其混合物。无机氧化物可以包括氧化铝等。

阳极化层可以通过阳极化由铝或铝合金组成的元电池阻挡的金属体来制成。当金属体为铝时，通过阳极化处理在金属体上的铝的表面上形成氧化铝。这样的氧化铝具有比铝金属更好的绝缘性能和机械性质(比如表面硬度、抗腐蚀性、抗磨损性等)，且因此作为适当的绝缘层。

阳极化可以根据通常已知的阳极化方法来进行。通过将正和负电极浸入包含酸电解质的电解浴中，且随后进行电解，从而在正电极上形成阳极化层。正电极可以为铝，而负电极可以是具有比铝低的氧化电位的金属。具有比铝低的氧化电位的金属可以为Zn、Fe、镍(Ni)、Cu、铅(Pb)等。

酸电解质溶液可以为硫酸溶液、草酸溶液、或其混合的酸溶液。

另外，根据本发明，两层或更多层的绝缘层可以被层叠以提供复合层，所述绝缘层选自由树脂层、无机氧化物层、阳极化层组成的组。例如，比如氧化铝的无机氧化物层通过阳极化形成，且然后可以在其上层叠绝缘树脂层以产生元电池阻挡。

绝缘层的厚度可以在赋予期望的功能的范围内，通常从10到60μm。当绝缘层的厚度小于10μm时，难于赋予足够的绝缘性质。当厚度大于60μm时，阻挡的成本过高且阻挡被热变形。而且，当阳极化层被形成为大于60μm的厚度时，需要阳极化层的形成过程中的过电流，且过度延长了该持续时间。根据本发明的另一实施方式，厚度范围可以从20到50μm。根据本发明的另一实施方式，厚度范围可以从30到45μm。

绝缘层的击穿电压是另一重要的绝缘性质，且范围可以从100V到1500V。当击穿电压小于100V时，绝缘性质对于满意的元电池阻挡是不足的。当击穿电压大于1500V时，绝缘层的厚度应被过度地增加以到1500V的击穿电压。根据本发明的一个实施方式，绝缘层的击穿电压范围可以从500V到1200V。根据本发明的一个实施方式，绝缘层的击穿电压范围可以从800V到1200V。

图1是显示根据本发明的一个实施例的元电池阻挡26的透视图。

根据附图，元电池阻挡26具有比如间隙和空间、突起和凹陷、或通道的结构。为了循环热传导介质，所述结构形成了在远离电极端子侧通过单元电池的通道(见如下讨论的图3)。元电池阻挡26可以形成为各种形状。图1所示的元电池阻挡26的形状为一示例，且本发明不限于此。

如上所述，元电池阻挡26可以由铝或铝合金制成。

绝缘层263形成于元电池阻挡26的一个表面262上以提高电绝缘性质，从而单元电池仅通过连接器相互电连接。绝缘层263选自由树脂层、无机氧化物层、阳极化层和其复合层组成的组。

本发明的方面还提供了包括用于可再充电电池模块的元电池阻挡的可再充电电池模块。根据本发明的方面的可再充电电池模块包括多个设置留下一定空间的单元电池、电连接安装在单元电池中的电极端子的连接器、和设置于单元电池之间的元电池以提供热传导介质的通道。元电池阻挡包括绝缘层和选自由铝和铝合金组成的组的至少一种金属。

单元电池包括电极组件，该电极组件包括分隔物和分别设置于分隔物两侧的正和负电极；具有容纳该电极组件的空间的壳体；与壳体组合且由此封闭和密封电极组件的盖板；以及电连接到电极组件的正和负端子。

图2是根据本发明的一个实施方式的单元电池10的剖面图，且图3是显示根据本发明的一个实施方式的可再充电电池模块100的透视图。

参考附图，具有大容量的电池模块100的每个单元电池10包括：电极组件15，包括正和负电极11和12以及夹置在电极11和12之间的分隔物13；具有容纳该电极组件15的空间的壳体14；与壳体14组合且由此封闭和密封单元电池的盖板17；以及电连接到正和负电极11和12并从盖板17向外突起的正和负端子21和22。

这里，正电极11包括正电流集流器，其由例如铝箔等的薄金属箔和涂布在其至少一侧上的正活性材料形成。正活性材料通常为锂基氧化物。

负电极12包括负电流集流器，其由例如铜箔等的薄金属箔和涂布在其至少一侧上的负活性材料形成。负活性材料通常为碳材料。

另外，正和负电极11和12均包括其中用活性材料涂布电流集流器的涂布的区域和其中未用活性材料涂布电流集流器的未涂布区域11a和12a。

当它们被应用于具有高功率的可再充电电池时，未涂布区域11a和12a在长度方向上形成于正和负电极11和12的边上。然后，作为绝缘物的分隔物13夹置在正和负电极11和12之间，且其后，它们全被堆叠并螺旋缠绕在一起成为果冻卷形状电极组件15。电极组件15可以被压得足够平以被容纳在壳体14中。

另外，壳体14由比如铝、铝合金、或镀镍钢的导电金属形成，且被成形为四棱柱或具有容纳电极组件15的空间的其他形状。如上所述，适当的合金包括与比如铬(Cr)、镁(Mg)、钛(Ti)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、硅(Si)、和锌(Zn)的金属的铝合金，但不限于此。铝合金还可以包括可商业获得的Al30系列、Al50系列、Al60系列等等。

多个单元电池10被结合在一起以提供可再充电电池模块100。可再充电模块100包括多个单元电池10，设置得在每个单元电池之间留下空间；元电池阻挡26，设置于单元电池10之间的空间中以提供用于热传导介质的通道；和连接器24，电连接于安装于单元电池10中的正和负端子21和22。

元电池阻挡26具有足以有效地冷却每个单元电池10的出色的热导率，且还具有绝缘性质，从而单元电池10仅经由连接器24相互连接。

可再充电电池模块可以被用作电源，用于驱动比如混合电力汽车(HEV)、电动车辆(EV)、无绳吸尘器、摩托车、电动踏板车(scooter)等等的各种电动装置的马达。图4是示出根据本发明的一个实施例的可再充电电池模块如何与马达连接的示意方框图。如图4所示，可再充电电池模块100可以连接到马达50且由此被用作电动装置的马达的电源。

以下的示例更详细地示出了本发明。然而，可以理解本发明不被这些示例所限制。

示例1

如图1所示制造波纹铝元电池阻挡，且然后去除比如氧化物的杂质。随后，铝元电池阻挡被引入于用17wt％的硫酸水溶液填充的电解浴中的正电极，且铜被用作负电极。然后，进行电解以在铝元电池阻挡上形成阳极化层。根据电解的时间，阳极化层形成为29μm、32μm、46μm(两次)、49μm、50μm、61μm(两次)和72.5μm。

示例2

制造了如图1所示的波纹铝元电池阻挡且其经历了如下的工艺，其中去除了比如氧化物的杂质。然后，在元电池阻挡上形成铝氧化物涂层，厚度为28μm、34μm和41μm。

示例3

制造了如图1所示的波纹铝元电池阻挡且其经历了如下的工艺，其中去除了比如氧化物的杂质。然后，在元电池阻挡上涂布(聚四氟乙烯)溶液，且将其干燥以提供(聚四氟乙烯)树脂涂层，厚度为45μm、50μm和61μm。

为了决定具有根据示例1到3的绝缘层的元电池阻挡的绝缘性质，电压在100mA的电流下被增加以测量击穿电压。击穿电压被认为当发生表面短路或表面绝缘层被损伤时发生。结果如图5和6所示。

图5是示出根据示例1的涂布有阳极化层的元电池阻挡的击穿电压的曲线图。可以看出击穿电压随着阳极化层的厚度增加而增加。当阳极化层具有50μm时，击穿电压发生在1200V。从该示例，预计当厚度增加到40μm或更多时，击穿电压将发生在1000V或更多。

图6是显示根据示例2和3的元电池阻挡的击穿电压的曲线图。当示例2的无机氧化物涂层具有34μm的厚度时，击穿电压是1000V，且当涂层为41μm时，击穿电压为1200V。

对于根据示例3的涂布有(聚四氟乙烯)的元电池阻挡，可以具有至少61μm的厚度。当厚度为61μm时，击穿电压为900V。

因此证明根据示例1到示例3的所有元电池阻挡具有出色的绝缘性能。具体而言，根据示例1的涂布有阳极化层的元电池阻挡具有优于示例2和3的绝缘性质。

用于可再充电电池模块的元电池阻挡由于好的导热率而具有出色的冷却性能，且其包括绝缘层，具有出色的绝缘性质。因此，元电池阻挡可以防止单元电池之间的短路。元电池阻挡还具有比如硬度、抗腐蚀性、抗磨损性等的出色的机械性质。

虽然结合被认为是实际示范性实施方式描述了本发明，然而本领域的一般技术人员可以理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下本发明不限于所披露的实施方式，而是相反，旨在覆盖包括在权利要求和其等同物的精神和范围内的各种修改和等同设置。

Claims (6)

1.一种可再充电电池模块，包括：

多个单元电池，彼此电耦接，具有预定的间隔；

元电池阻挡，夹置在单元电池之间使单元电池彼此间隔开以电绝缘每个单元电池；

其中元电池阻挡包括：

金属体；

绝缘层，直接形成在并设置于所述金属体的表面上，

其中绝缘层选自由无机氧化物层、阳极化层和其复合层组成的组，以及

其中所述元电池阻挡是波纹形状，

其中在两个相邻的单元电池之间设置有一个所述金属体，所述金属体具有在该金属体的第一侧的多个第一通道和在该金属体的与第一侧相反的第二侧的多个第二通道，所述第一通道和所述第二通道构成热传输介质的通道，并且所述多个第一通道由所述金属体的第一侧和所述两个相邻的单元电池中的一个单元电池的表面形成，所述多个第二通道由所述金属体的第二侧和所述两个相邻的单元电池中的另一个单元电池的表面形成，

其中绝缘层具有范围从30到45μm的厚度。

2.根据权利要求1所述的可再充电电池模块，其中金属体包括选自由铝、铝合金和其组合组成的组的至少一种。

3.根据权利要求1所述的可再充电电池模块，其中无机氧化物是氧化铝。

4.根据权利要求1所述的可再充电电池模块，其中每个单元电也包括：

电极组件，包括正电极、负电极和夹置在正和负电极之间的绝缘分隔物；

具有容纳电极组件的空间的壳体；

连接到壳体的盖板，以在壳体中封闭并密封电极组件；

电连接到正电极并从盖板向外突起的正端子；和

电连接到负电极并从盖板向外突起的负端子。

5.根据权利要求1所述的可再充电电池模块，其中阳极化层通过在包括酸电解质溶液的电解浴中的电解形成。

6.根据权利要求5所述的可再充电电池模块，其中酸电解质溶液选自由硫酸溶液和草酸溶液组成的组。