CN107437631A - 电池模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池模组，其包括：多个单体电池，沿排列方向依次布置；框体，收容并固定所述多个单体电池；以及保护板，设置在框体与所述多个单体电池之间，以将框体与单体电池的沿前后方向F的侧面隔开。其中保护板包括：可膨胀石墨板，包括粘接剂形成的基体以及分布在基体中的可膨胀石墨颗粒；以及绝缘密封膜，至少包覆可膨胀石墨板的面向单体电池的一侧，以将所述多个单体电池与可膨胀石墨板隔开。在根据本发明的电池模组中，当某个单体电池发生热失控时，保护板的可膨胀石墨板遇高温后体积瞬间膨胀，在膨胀的过程中，能够减小通过框体传递到其它未失控的单体电池的热量，抑制或减缓热失控的蔓延，提高电池模组的安全性能。

Description

电池模组
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池模组。
背景技术
锂离子电池与其它传统二次电池相比具有比能高、功率性能出色等优势。因而，锂离子电池不仅在电子消费产品领域成熟应用，还逐渐拓展于新能源汽车、电动游船及储能领域。随着锂离子电池逐渐拓展到高能量、高功率要求的应用领域，锂离子电池的大规模成组使用成为其发展的必然趋势。然而，安全性问题则是锂离子电池大规模应用的重要阻碍之一。因为材料体系及结构特点，锂离子电池在过充电、过放电、过热、机械挤压、针刺或短路等条件下，会诱发电池内部发生一系列放热反应，致使电池温度升高，高温则会进一步加快放热反应速率，导致电池放热和温升两方面呈相互促进的失控状态，即“热失控”，电池组内个别单体电池发生“热失控”，可能会在电池组内连锁传播，导致整个电池组发生非常严重的燃烧、爆炸事故。对于每辆需要安装多个锂离子电池模块的电动汽车来说，一旦发生热失控，后果将不堪设想。因此，需要开发一种可抑制热失控蔓延的锂离子电池模块，避免引起电池组整体的热失控，或延缓热失控蔓延的速度，赢得更多的逃生时间。
现有已商业化应用的锂离子电池模块，如特斯拉(Tesla)公司在其汽车锂离子电池组的专利中设计了一种由隔热材料和弹性材料复合制成的隔离板，放置于电池模块不同列单体之间，以此来减少热失控时，单体间热量的传播，并吸收爆炸冲击力，实现热、冲击的阻断。波尔季切夫斯基(Berdichevsky)等在电池外部增加导热板材来强化电池与冷却介质间的传热，并将绝热阻燃板材和反射辐射的金属板放置于不同电池层之间，通过降低不同电池层间的热传导和热辐射来阻断热失控时热量的传播。罗林森(Rawlinson)在锂离子电池包中设计了多个装载液体或高熔点低导热系数的材料的空心横梁，不仅将电池包分割成多个组，延缓了各组之间热失控传播速度，还能将侧面冲击力均匀分布到横梁，吸收冲击能量。
然而，锂离子电池特别是三元锂离子电池热失控时释放出的热量非常巨大。以42Ah三元电芯为例，热失控时释放出的总热量约为500kJ，其中，通过电芯大传递到相邻电芯的热量约占总放热量的20％～30％，通过金属汇流排(Busbar)传递的热量约占5％～10％，通过金属侧板传递的热量约占10～15％。由于锂离子电池模块长度的限制，电芯与电芯间可供隔热设计的空间往往很小，如电芯与电芯间可供隔热设计的间隙仅为0.3mm左右，采用25℃下导热系数低至0.02w/(m·k)的超隔热材料都很难阻止热扩散蔓延，类似于特斯拉及罗林森的现有设计要想阻止热失控蔓延难度极大。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池模组，其能在部分单体电池发生热失控时，减小通过框体传递到其它未失控的单体电池的热量，抑制或减缓热失控的蔓延，提高电池模组的安全性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池模组，其包括：多个单体电池，沿排列方向依次布置；框体，收容并固定所述多个单体电池；以及保护板，设置在框体与所述多个单体电池之间，以将框体与单体电池的沿前后方向F的侧面隔开。其中保护板包括：可膨胀石墨板，包括粘接剂形成的基体以及分布在基体中的可膨胀石墨颗粒；以及绝缘密封膜，至少包覆可膨胀石墨板的面向单体电池的一侧，以将所述多个单体电池与可膨胀石墨板隔开。
本发明的有益效果如下：
在根据本发明的电池模组中，当某个单体电池发生热失控时，保护板的可膨胀石墨板遇高温后体积瞬间膨胀，在膨胀的过程中，会大量的吸收所述单体电池热失控产生的热量，同时释放不燃性气体稀释单体电池燃烧所需的氧气；另外，膨胀后的可膨胀石墨板会覆盖所述单体电池，隔绝氧气以避免该单体电池燃烧，同时隔绝热量防止该单体电池影响其它的单体电池，同时，可膨胀石墨板膨胀后体积巨大，迅速将框体与单体电池的侧面彻底分离，避免该单体电池通过框体将热失效产生的热量传递到相邻的单体电池；可膨胀石墨板在反应的过程中，热释放率低，质量损失小，产生的烟气少，且能够在使用后再生利用，不会造成二次污染。
附图说明
图1为根据本发明的电池模组的示意图；
图2为根据本发明的电池模组的保护板的一实施例的示意图；
图3为根据本发明的电池模组的保护板的另一实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1 单体电池 32 绝缘密封膜
2 框体 4 隔热垫
21 端板 5 连接片
22 侧板 D 排列方向
3 保护板 F 前后方向
31 可膨胀石墨板
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的电池模组。
参照图1至图3，根据本发明的电池模组包括：多个单体电池1，沿排列方向D依次布置；框体2，收容并固定所述多个单体电池1；以及保护板3，设置在框体2与所述多个单体电池1之间，以将框体2与单体电池1的沿前后方向F的侧面隔开。其中保护板3包括：可膨胀石墨板31，包括粘接剂形成的基体以及分布在基体中的可膨胀石墨颗粒；以及绝缘密封膜32，至少包覆可膨胀石墨板31的面向单体电池1的一侧，以将所述多个单体电池1与可膨胀石墨板31隔开。
在根据本发明的电池模组中，当某个单体电池1发生热失控(例如可能由于过充电、过放电、过热、机械挤压、针刺或短路等条件造成)时，保护板3的可膨胀石墨板31遇高温后体积瞬间膨胀，在膨胀的过程中，会大量的吸收所述单体电池1热失控产生的热量，同时释放不燃性气体(主要是SO2、CO2和水蒸气)稀释单体电池1燃烧所需的氧气；另外，膨胀后的可膨胀石墨板31会覆盖所述单体电池1，隔绝氧气以避免该单体电池1燃烧，同时隔绝热量防止该单体电池1影响其它的单体电池1，同时，可膨胀石墨板31膨胀后体积巨大，迅速将框体2与单体电池1的侧面彻底分离，避免该单体电池1通过框体2将热失效产生的热量传递到相邻的单体电池1；可膨胀石墨板31在反应的过程中，热释放率低，质量损失小，产生的烟气少，且能够在使用后再生利用，不会造成二次污染。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，参照图1，框体2包括：两个端板21，分别位于多个单体电池1的排列方向D的两端；以及两个侧板22，分别位于多个单体电池1的前后方向F的两侧。
在根据本发明的电池模组中，要求可膨胀石墨颗粒具有良好的可膨胀性、耐高温性、绝热性、可塑性及化学稳定性。在的一实施例中，所述可膨胀石墨颗粒开始膨胀的温度为100℃～250℃，可膨胀石墨颗粒的纯度大于95％，粒度大小为30目～325目，膨胀容积≥100ml/g。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，所述粘接剂为聚氨酯(PU)、丙烯酸树酯或聚酰亚胺(PI)，这类粘接剂具备主链柔性好、耐受冲击震动和弯曲疲劳，剥离强度高，能够室温固化，粘结力强等特点。
在根据本发明的电池模组中，绝缘密封膜32的作用是绝缘、防水、保证可膨胀石墨板31在正常工况下不会污染电池模组。同时，绝缘密封膜32在包覆可膨胀石墨板31时的封装强度不能太大，保证可膨胀石墨板31受热膨胀时能够冲破绝缘密封膜32。在一实施例中，绝缘密封膜32为聚酰亚胺薄膜(PI薄膜)或聚丙烯薄膜(PP薄膜)。这类绝缘密封膜32具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性，能在-20℃～250℃的温度范围内长期使用，短时可达到400℃以上。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，可膨胀石墨板31通过涂布形成在框体2上。将可膨胀石墨颗粒与粘接剂(例如聚酰亚胺)混合搅拌制成浆料，然后将浆料均匀的涂布在框体2与单体电池1的沿前后方向F的侧面相对的部分(即侧板22)，浆料涂布的厚度为0.3mm～3mm。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，参照图2，绝缘密封膜32还延伸至框体2上。因此，绝缘密封膜32将可膨胀石墨板31与单体电池1完全隔开并形成绝缘。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，参照图3，可膨胀石墨板31为独立的预先成型的板。采用机械搅拌的方法将粘接剂(聚氨酯或丙烯酸树脂)与可膨胀型石墨颗粒按一定的比例混合均匀，将混合物干燥后破碎成粉，然后将混合粉料放入模具中在室温及一定的压力下模压成型，再经过固化处理、冷却后即可得到可膨胀石墨板31。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，参照图3，绝缘密封膜32完全包裹可膨胀石墨板31。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，在可膨胀石墨板31中，可膨胀石墨颗粒的质量/(粘接剂的质量+可膨胀石墨颗粒的质量)为5％-30％。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，参照图1，所述电池模组还包括：隔热垫4，设置在相邻两个单体电池1之间。
在根据本发明的电池模组中的一实施例中，参照图1，所述电池模组还包括：连接片5，将对应的单体电池1串并联。

Claims (10)

1.一种电池模组，包括：
多个单体电池(1)，沿排列方向(D)依次布置；以及
框体(2)，收容并固定所述多个单体电池(1)；
其特征在于，
所述电池模组还包括保护板(3)，设置在框体(2)与所述多个单体电池(1)之间，以将框体(2)与单体电池(1)的沿前后方向(F)的侧面隔开，保护板(3)包括：
可膨胀石墨板(31)，包括粘接剂形成的基体以及分布在基体中的可膨胀石墨颗粒；以及
绝缘密封膜(32)，至少包覆可膨胀石墨板(31)的面向单体电池(1)的一侧，以将所述多个单体电池(1)与可膨胀石墨板(31)隔开。
2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，框体(2)包括：
两个端板(21)，分别位于多个单体电池(1)的排列方向(D)的两端；以及
两个侧板(22)，分别位于多个单体电池(1)的前后方向(F)的两侧。
3.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述可膨胀石墨颗粒开始膨胀的温度为100℃～250℃，可膨胀石墨颗粒的纯度大于95％，粒度大小为30目～325目，膨胀容积≥100ml/g。
4.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述粘接剂为聚氨酯、丙烯酸树酯或聚酰亚胺。
5.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，绝缘密封膜(32)为聚酰亚胺薄膜或聚丙烯薄膜。
6.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，可膨胀石墨板(31)通过涂布形成在框体(2)上。
7.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，绝缘密封膜(32)还延伸至框体(2)上。
8.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，可膨胀石墨板(31)为独立的预先成型的板。
9.根据权利要求8所述的电池模组，其特征在于，绝缘密封膜(32)完全包裹可膨胀石墨板(31)。
10.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，在可膨胀石墨板(31)中，可膨胀石墨颗粒的质量/(粘接剂的质量+可膨胀石墨颗粒的质量)为5％-30％。
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