CN106329027A - 一种高安全性的锂离子电池组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高安全性的锂离子电池组，包括至少一个锂离子电池模块，每个所述锂离子电池模块包括中空的电池模块壳体(5)，所述电池模块壳体(5)顶部开口且密封连接有上盖(2)，所述电池模块壳体(5)和上盖(2)一起组成密封的电池模块箱体；所述电池模块箱体内垂直设置有一个或者多个锂离子单体电池(4)，每个所述锂离子单体电池(4)顶部具有输出电极(1)，所述输出电极(1)贯穿且外露于所述上盖(2)；每个锂离子单体电池(4)四周具有复合吸热材料覆盖区域(6)，所述复合吸热材料覆盖区域(6)填充预设复合吸热材料。本发明公开的锂离子电池组，可从根本上避免锂离子电池组出现热失控的情况，保证电池组的安全性能。

Description

一种高安全性的锂离子电池组

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种高安全性的锂离子电池组。

背景技术

随着世界范围内的能源危机和气候变暖，交通运输领域迫切需要一种全新的能源模式，而锂离子电池因其绿色环保，高能量输出等特性引起了交通运输领域的广泛关注，目前，世界范围内相关行业都对锂离子电池在此领域的应用展开了广泛的研究。

锂离子电池具有高工作电压、高比能量、循环寿命长、无环境污染等优点，不仅在移动式通讯设备和便携式电子设备上得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此是目前各大电池厂家发展的主要方向，对锂离子电池的性能要求也越来越高。

其中，对于大中型的电动设备，由于需要能量多，功率大，因此需要将大量的锂离子电池串并组合，才能满足实际使用的要求。众所周知，由于锂离子电池的能量密度高，容易起火燃烧，存在安全又隐患，近年来，国际上和国内的使用锂离子电池的电动设备均发生了多起锂离子电池安全事故。而对于动力用大型锂离子电池组，其能量高达几十度、甚至上百度电，由几千只单体电池组合而成，其存在较大的安全隐患，一旦其中的部分电池发生热失控，将会引起周围电池的连锁热失控，从而导致整组电池的起火燃烧，进而发生严重的安全事故，给用户带来严重的经济损失。

因此，目前迫切需要开发出一种锂离子电池组，其可以从根本上避免锂离子电池组出现热失控的情况，从而保证电池组的安全性能，避免给用户带来严重的经济损失。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高安全性的锂离子电池组，其性能优异，可以从根本上避免锂离子电池组出现热失控的情况，从而保证电池组的安全性能，避免给用户带来严重的经济损失，能够形成产业的规模化，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种高安全性的锂离子电池组，所述锂离子电池组包括至少一个锂离子电池模块，每个所述锂离子电池模块包括中空的电池模块壳体，所述电池模块壳体的顶部开口且密封连接有上盖，所述电池模块壳体和上盖一起组成密封的电池模块箱体；

所述电池模块箱体内垂直设置有一个或者多个锂离子单体电池，每个所述锂离子单体电池的顶部具有输出电极，所述输出电极贯穿所述上盖且外露于所述上盖的顶面；

所述电池模块箱体内每个锂离子单体电池四周具有复合吸热材料覆盖区域，所述复合吸热材料覆盖区域中填充有预设的复合吸热材料。

其中，所述预设的复合吸热材料包含重量百分比为90％～100％的相变材料和0～10％的导热材料。

其中，所述相变材料为硅铝合金、氢氧化钡水合盐、石蜡或者丁四醇；

所述导热材料为导热绝缘硅胶、硅脂或者导热绝缘树脂。

其中，所述锂离子电池组包括多个锂离子电池模块，所述多个锂离子电池模块串联和/或并联在一起。

其中，所述输出电极与所述上盖的连接部位密封。

其中，所述上盖的顶部左右两侧分别具有一个泄压装置，所述泄压装置用于在所述电池模块箱体内的气体压力过大时，排出气体释放压力。

其中，所述泄压装置为泄气阀。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供的一种高安全性的锂离子电池组，其性能优异，可以从根本上避免锂离子电池组出现热失控的情况，从而保证电池组的安全性能，避免给用户带来严重的经济损失，能够形成产业的规模化，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种高安全性的锂离子电池组中具有的一个锂离子电池模块的结构示意图；

图中，1为输出电极，2为上盖，3为泄压装置，4为锂离子单体电池，5为电池模块壳体，6为复合吸热材料覆盖区域。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，本发明提供了一种高安全性的锂离子电池组，包括至少一个锂离子电池模块，每个所述锂离子电池模块包括密封的、中空的电池模块壳体5，所述电池模块壳体5的顶部开口且密封连接有上盖2，所述电池模块壳体5和上盖2一起组成密封的电池模块箱体。

具体实现上，当所述锂离子电池组包括多个锂离子电池模块时，所述多个锂离子电池模块串联和/或并联在一起。

在本发明中，所述电池模块箱体内垂直设置有一个或者多个锂离子单体电池4，每个所述锂离子单体电池4的顶部具有输出电极1，所述输出电极1贯穿所述上盖2且外露于所述上盖2的顶面。

具体实现上，所述输出电极1与所述上盖2的连接部位密封，即引出部位经过密封处理。

在本发明中，所述电池模块箱体内每个锂离子单体电池4四周具有复合吸热材料覆盖区域6，所述复合吸热材料覆盖区域6中填充有预设的复合吸热材料。

在本发明中，需要说明的是，所述复合吸热材料主要成份包括相变材料和导热材料，其中，相变材料具有高相变潜热和高比热容的特点，可以吸收电池热失控时产生的热量，熄灭火焰；导热材料用于加快电池和相变材料间、相变材料颗粒间的热量传递。

具体实现上，对于所述预设的复合吸热材料，可以包含重量百分比为90％～100％的相变材料和0～10％的导热材料，所述相变材料和导热材料相加为100％。例如可以包含重量百分比为90％～99.99％的相变材料和0.01％～10％的导热材料。

在本发明中，所述相变材料可以包括现有的任意一种相变材料，例如可以为硅铝合金或者氢氧化钡水合盐等无机相变材料以及石蜡或者丁四醇等有机相变材料。

在本发明中，所述导热材料可以包括现有的任意一种导热材料，例如可以为导热绝缘硅胶、硅脂或者导热绝缘树脂等。

需要说明的是，所述复合吸热材料由多种材料和添加剂复合而成，具有高导热率、高比热容、高相变潜热等特点，复合吸热材料在正常工作温度范围内是固态。所述复合吸热材料具有一个或多个相变温度点，可以快速的传导热量，吸收大量热量后温度上升缓慢，在固液、液气相变点吸热时可在一定的时间内温度基本维持恒定。

在本发明中，所述上盖2的顶部左右两侧分别具有一个泄压装置3，所述泄压装置3用于在所述电池模块箱体内的气体压力过大时，排出气体释放压力，避免电池爆炸。这是因为所述电池模块箱体密封但不具有承受内压的能力，当电池热失控的高温导致内压升高时，泄压装置3打开，排出气体释放压力，避免爆炸。所述电池模块箱体无法容纳液化的复合吸热材料时，复合吸热材料会从上盖2顶部的泄压装置3处溢出，从而所述电池模块箱体中的电池模块壳体5在泄压后仍保持完整，液化的复合吸热材料不会从该电池模块壳体5中不断泄漏，使尽量多的复合吸热材料保留在电池模块箱体内。

在本发明中，所述泄压装置可以是现有任意一种可以在所述电池模块箱体内气体压力过大时，排出气体释放压力的装置，例如可以为泄气阀Vent。所述泄压装置具体可以是设计在密封电池箱体顶部的安全结构，预置有刻痕，刻痕处壁厚减薄，局部强度降低，承压能力减弱。在电池模块箱体内压力正常时，刻痕保持正常的密封状态；电池箱内压力异常增高时，刻痕部位较为薄弱，首先发生变形甚至破裂，导致电池模块箱体泄露，释放内部压力，避免压力积聚造成爆炸。

需要说明的是，所述电池模块箱体需要是密封的箱体，可以保证复合吸热材料在液化时不会泄漏流失。

需要说明的是，所述锂离子电池模块可以单独使用(即单独形成锂离子电池组)，也可以将多个锂离子电池模块通过输出电极进行串并连接后使用(即形成锂离子电池组)。

为清楚了解本发明提供的高安全性的锂离子电池组，下面简要说明本发明的基本技术原理。

当锂离子电池模块中的任意一个或者多个锂离子单体电池在局部发生热失控时，封装在电池模块箱体内的复合吸热材料能快速、有效的吸收急剧产生的大量热量，同时复合吸热材料本身温度上升缓慢，或在一定的时间内温度基本维持恒定，降低热失控的温度和剧烈程度，减少热失控产生的热量和对周围的热影响。复合吸热材料在液化时可吸热降温，同时隔绝空气，可快速熄灭热失控时产生的火焰，使热失控产生的易燃气体不再燃烧，从而降低了热失控的温度和产生的热量。

当锂离子电池模块的周围出现热失控和异常高温时，锂离子电池模块内的复合吸热材料可以吸热降温，使锂离子电池模块内锂离子单体电池的温度低于锂离子单体电池的热失控临界温度，并持续较长的时间，保护该模块不被周围的高温引燃。因此，本发明可有效吸收和减少热失控产生的热量、降低温度、减少热影响，将锂离子电池组的热失控限制在局部区域，避免引起整组电池的连锁燃烧。

因此，对于本发明提供的高安全性的锂离子电池组，其通过应用组合安全技术，可广泛应用于各种锂离子电池组，特别是高能量锂离子电池组，可明显提升锂离子电池组的安全性，在电池组发生热失控时，将热失控限制在局部区域，不会引起整组电池的连锁起火燃烧，保证电池组整体在失效的情况下仍然安全。

为进一步清楚了解本发明提供的高安全性的锂离子电池组，下面介绍一下本发明的工作过程：

当锂离子电池模块中的一个或者多个锂离子单体电池在局部发生热失控时，封装在电池模块箱体内的复合吸热材料能快速、有效的吸收急剧产生的大量热量，同时复合吸热材料本身温度上升缓慢，或在一定的时间内温度基本维持恒定，降低热失控的温度和剧烈程度，减少热失控产生的热量和对周围的热影响。

当电池模块箱体内的温度持续升高，锂离子单体电池泄放出大量的易燃易爆气体，导致该箱体内部压力增大，这时候泄压装置打开，排出气体释放压力，避免爆炸。

在泄压时，从电池模块箱体内排出的高温易燃易爆气体，遇到空气会剧烈燃烧，产生高温和大量的热量，如不加以控制会引起周围其他电池的连续燃烧。这时电池模块箱体内的复合吸热材料液化、汽化，吸热降温，同时隔绝空气，可快速熄灭热失控时产生的火焰，使电池热失控泄放的易燃气体不再燃烧，从而降低了热失控的温度和产生的热量。

需要说明的是，泄压装置位于电池模块箱体的顶部，电池模块箱体内液化的复合吸热材料过多，使得电池模块箱体无法容纳时，复合吸热材料会从顶部泄压装置处溢出，从而使得电池模块箱体中的电池模块壳体在泄压后仍保持完整，液化的复合吸热材料不会再从壳体泄漏，使得尽量多的吸热材料能够保留在电池箱体内，从而更为有效的进行吸热降温。

此外，当锂离子电池模块的周围出现热失控和异常高温时，锂离子模块内的复合吸热材料也可以吸热降温，使锂离子电池模块内电池的温度低于锂离子电池的热失控临界温度，并持续较长的时间，保护该模块不被周围的高温引燃。

因此，对于本发明，其通过应用组合安全技术，可广泛应用于锂离子电池组，可有效吸收并减少热失控产生的热量、降低温度、减少热影响，将锂离子电池组的热失控限制在局部区域，避免引起整组电池的连锁燃烧。因此，综上所述，与现有技术相比较，本发明提供了一种高安全性的锂离子电池组，其性能优异，可以从根本上避免锂离子电池组出现热失控的情况，从而保证电池组的安全性能，避免给用户带来严重的经济损失，能够形成产业的规模化，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高安全性的锂离子电池组，其特征在于，所述锂离子电池组包括至少一个锂离子电池模块，每个所述锂离子电池模块包括中空的电池模块壳体(5)，所述电池模块壳体(5)的顶部开口且密封连接有上盖(2)，所述电池模块壳体(5)和上盖(2)一起组成密封的电池模块箱体；

所述电池模块箱体内垂直设置有一个或者多个锂离子单体电池(4)，每个所述锂离子单体电池(4)的顶部具有输出电极(1)，所述输出电极(1)贯穿所述上盖(2)且外露于所述上盖(2)的顶面；

所述电池模块箱体内每个锂离子单体电池(4)四周具有复合吸热材料覆盖区域(6)，所述复合吸热材料覆盖区域(6)中填充有预设的复合吸热材料。

2.如权利要求1所述的锂离子电池组，其特征在于，所述预设的复合吸热材料包含重量百分比为90％～100％的相变材料和0～10％的导热材料。

3.如权利要求2所述的锂离子电池组，其特征在于，所述相变材料为硅铝合金、氢氧化钡水合盐、石蜡或者丁四醇；

所述导热材料为导热绝缘硅胶、硅脂或者导热绝缘树脂。

4.如权利要求1所述的锂离子电池组，其特征在于，所述锂离子电池组包括多个锂离子电池模块，所述多个锂离子电池模块串联和/或并联在一起。

5.如权利要求1所述的方形锂离子电池组，其特征在于，所述输出电极(1)与所述上盖(2)的连接部位密封。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方形锂离子电池组，其特征在于，所述上盖(2)的顶部左右两侧分别具有一个泄压装置(3)，所述泄压装置(3)用于在所述电池模块箱体内的气体压力过大时，排出气体释放压力。

7.如权利要求6所述的方形锂离子电池组，其特征在于，所述泄压装置为泄气阀。