CN109273803A

CN109273803A - 二次电池模块

Info

Publication number: CN109273803A
Application number: CN201810729007.5A
Authority: CN
Inventors: 李俊亨; 韩万錫; 朴明国; 尹錫俊
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2017-07-17
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2019-01-25
Also published as: EP3432411B1; KR102461577B1; EP3432411A1; US20190020079A1; US11038226B2; KR20190008728A

Abstract

一种二次电池模块包括：沿一个方向排列的多个电池单元；在所述多个电池单元之间的多个绝缘片，所述绝缘片包括用于阻止所述多个电池单元之间的热传递的气凝胶；以及固定所述电池单元和所述绝缘片的外壳。所述二次电池模块可防止或延缓来自该模块内一电池单元的热或着火的产生蔓延到相邻的电池单元。

Description

二次电池模块

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年7月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0090469的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的一些示例实施例的方面涉及二次电池模块。

背景技术

与通常不能被再充电的一次电池不同，二次电池可被再充电。由单个电池单元组成的低容量二次电池可用作诸如蜂窝电话和便携式摄像机之类的各种便携式小型电子设备的电源。数十个电池单元被连接在一个电池组中的高容量二次电池可用作诸如混合动力车辆中的电机驱动器之类的电机驱动器的电源。

二次电池可被配置成使得由正极板和负极板以及作为绝缘体介于正极板和负极板之间的隔板形成的电极组件和电解质被容纳在壳体中，并且盖板被联接到壳体。根据所使用的外部壳体，二次电池可被分为不同类型，例如，袋型电池、棱柱形电池和圆柱形电池。此外，可根据电极组件的构造将容纳在壳体中的电极组件分为卷绕型电极组件和堆叠型电极组件。

此外，当多个电池彼此串联和/或并联连接(其可被定义为电池模块或电池组)时，该多个电池被容纳在标准外壳或壳体中，以便随后被电连接到内部或外部的电池监控系统。

在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于加强对本发明的背景技术的理解，因此其可能包含不构成现有技术的信息。

发明内容

本发明的一些示例实施例的方面涉及二次电池模块。例如，一些示例实施例可包括二次电池模块，其包括沿一个方向排列的多个电池单元。

本发明的一些示例实施例包括二次电池模块，其包括用于阻止二次电池模块中的电池单元之间的热传递的机构。

本发明的以上和其它方面将在示例实施例的以下说明中被描述或者由示例实施例的以下说明而变得明显。

根据本发明一方面，一种二次电池模块，包括：沿一个方向排列的多个电池单元；在所述多个电池单元之间的多个绝缘片，所述绝缘片包括用于阻止所述多个电池单元之间的热传递的气凝胶；以及固定所述电池单元和所述绝缘片的外壳。

包含在所述绝缘片中的气凝胶颗粒的含量可在80％至90％的范围内。所述绝缘片中的气凝胶颗粒可包含二氧化硅(SiO₂)(也被称为硅石)，并且所述气凝胶颗粒可具有在10μm至100μm的范围内的尺寸。所述气凝胶颗粒可包括纳米尺寸的孔隙。每个所述绝缘片可具有0.3mm的厚度。胶带可进一步形成在所述电池单元与所述绝缘片之间。所述胶带和所述绝缘片可以1:3.5的厚度比形成。所述胶带的热导率可以是所述绝缘片的热导率的8至10倍。所述绝缘片可被形成为体积是所述电池单元的1.1％。

如上所述，根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块可防止或延缓来自模块内一电池单元的热或着火的产生蔓延到相邻的电池单元。

此外，根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块在电池单元之间包括具有优异的绝缘性能的气凝胶片，从而确保了轻质和安全性。

附图说明

图1是根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块的立体图；

图2是图1中所示的二次电池模块的分解立体图；

图3例示显示根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块的热传递的评估结果的照片；以及

图4是例示根据本发明的一些示例实施例的电池单元和绝缘片的剖开立体图。

具体实施方式

在下文中，将更加详细地描述本发明的一些示例实施例的方面。

本发明的各种实施例可以许多不同的形式实施，并且不应被解释为受限于在此阐述的示例实施例。相反，本公开的这些示例实施例被提供以使得本公开将是透彻和完整的，并将把本公开的发明构思传达给本领域技术人员。

此外，在附图中，为了简洁和清楚，各种部件的尺寸或厚度被夸大。相同的附图标记始终指代相同的元件。此外，将理解，当元件A被提及为被“连接到”元件B时，元件A可被直接连接到元件B，或者可以存在中间元件C并且元件A和元件B彼此间接连接。

在此使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而不旨在限制本公开。如在此使用的，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指示。进一步将理解，用语“包括或包含”当在本说明书中使用时明确说明存在所陈述的特征、数目、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、数目、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。

将理解，虽然用语“第一”、“第二”等可在此被用于描述各种构件、元件、区域、层和/或区段，但是这些构件、元件、区域、层和/或区段不应受这些用语限制。这些用语仅用于将一个构件、元件、区域、层和/或区段与另一个区分开。因此，例如，下面讨论的第一构件、第一元件、第一区域、第一层和/或第一区段可被称为第二构件、第二元件、第二区域、第二层和/或第二区段，而不脱离本公开的教导。

为了易于说明，诸如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等的空间相对用语可在此被用于描述如图中所例示的一个元件或特征与另外的元件或特征的关系。将理解，空间相对用语旨在包含除了图中所描绘的方位之外的设备在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件于是将被定位成在其它元件或特征的“上方”。因此，示例用语“下方”可包含上方和下方两种方位。

图1是根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块的立体图，图2是图1中所示的二次电池模块的分解立体图。

参见图1和图2，根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块100包括电池单元10、绝缘片20以及外壳18和19。

电池单元10在二次电池模块100中沿一个方向排列。在一个示例实施例中，电池单元10可包括多个电池单元，该多个电池单元可水平地布置成一排。电池单元10可具有大体六面体形状，具有两个长侧区域和四个短侧区域。每个电池单元10可包括电池壳体以及容纳在电池壳体中的电极组件和电解质。电极组件包括正极板、负极板以及介于正极板和负极板之间的隔板，并且电极组件与电解质相互反应以产生电化学能。

此外，电池壳体由盖组件14密封。盖组件14包括具有不同极性的正极端子11和负极端子12，以及排气孔13。排气孔13是电池单元10的安全构件，并且用作用于将由电池单元10产生的内部气体释放到外部的通道。相邻的电池单元10的正极端子11和负极端子12可通过汇流条15电连接，并且汇流条15可由例如螺母16固定。

二次电池模块100可用作使用外壳18和19容纳多个电池单元10的电源。外壳18和19可包括一对端板18和连接该一对端板18的侧面板19，该一对端板18被布置为从电池单元10的外侧彼此面对。多个电池单元10可沿一个方向排列，以便较宽的表面彼此面对，并且该一对端板18可在电池单元10的最外表面上彼此面对。

绝缘片20可介于电池单元10之间，并且可沿一个方向水平布置。在一个示例实施例中，绝缘片20介于多个电池单元10之间，并且包括用于阻止电池单元10之间的热传递的气凝胶。绝缘片20成形为具有长侧区域的矩形片，并具有较小的厚度，该长侧区域具有与每个电池单元10的两个长侧区域的宽度对应的宽度。

然而，为了防止绝缘片20突出到二次电池模块100的外部，绝缘片20可被形成为小于每个电池单元10的每个长侧区域的高度。此外，绝缘片20可被形成为具有足够大以阻止相邻的电池单元10之间的热传递的厚度。这里，绝缘片20的厚度可根据包含在绝缘片20中的材料或颗粒而变化。例如，根据本发明的一些示例实施例，绝缘片20可具有0.3mm的厚度。例如，如果绝缘片20的厚度小于0.3mm，则绝缘片20可能甚至由于轻微的外部冲击而容易地破裂。然而，如果绝缘片20的厚度大于0.3mm，则电池单元10之间的距离可能会过度增大，从而增大二次电池模块100的尺寸和/或体积。

根据一些示例实施例，绝缘片20包括作为绝热材料的气凝胶，用于阻止相邻的电池单元10之间的热传递。气凝胶包含作为主要组成部分的二氧化硅(SiO₂)。此外，绝缘片20包括80％或更多的气凝胶颗粒和剩余部分的粘合剂。根据一些示例实施例，绝缘片20中的气凝胶颗粒的百分比可在80％至90％的范围内。如果气凝胶颗粒的百分比小于80％，则相邻的电池单元10之间的热传递阻止效率可能不够高。如果气凝胶颗粒的含量大于90％，则粘合剂的含量可能较小，从而难以形成绝缘片20。

此外，气凝胶颗粒可具有10μm至100μm的尺寸，并且90％或更多的气凝胶颗粒可包括纳米尺寸的孔隙。因为绝缘片20可包括的气凝胶颗粒的90％或更多由纳米尺寸的孔隙形成，所以气凝胶颗粒的重量可以非常轻，并展示出优异的绝缘性能。

绝缘片20可被配置为使得极小的孔隙形成在由SiO₂骨架结构连接在一起的纳米复合材料中，并且空气占据着孔隙。因为由占据孔隙的空气形成的多孔层保留在SiO₂纳米复合材料孔隙中而不流通，所以展示最高绝热特性的空气可被用作绝热材料。

下面的表1显示与使用MICA作为绝热材料的相关领域绝缘片比较的使用气凝胶作为绝热材料的本发明的绝缘片的物理特性。根据表1，使用气凝胶的本发明的绝缘片和使用MICA的相关领域绝缘片具有相同的厚度，即0.3mm。

表1

如表1中所示，使用MICA作为绝热材料的绝缘片(如相关领域的绝缘片)的热导率为0.159W/mK，使用气凝胶作为绝热材料的绝缘片(如本发明的绝缘片)的热导率为0.034W/mK。也就是说，如表1中所例示，与使用MICA的相关领域的绝缘片相比，使用气凝胶作为绝热材料的绝缘片可具有以大约20％或更大幅度减小的热导率。也就是说，与使用MICA的绝缘片(如相关领域的绝缘片)相比，如本发明中的使用气凝胶作为绝热材料的绝缘片展示以大约20％或更大幅度提高的绝热效率。

图3例示显示根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块的热传递的评估结果的照片。

为了评估根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块的绝热效率，以下面的方式进行实验。

制备均包括介于多个电池单元之间的绝缘片的二次电池模块。这里，各个二次电池模块的电池单元具有60Ah的相同的电池容量。此外，在各个模块的第一电池单元被人为加热之后，评估相邻的第二电池单元和第三电池单元的热传递和事件发生。

示例1

气凝胶被用作绝热材料，并且使用具有0.3mm厚度的绝缘片。

示例2

MICA被用作绝热材料，并且使用具有0.3mm厚度的绝缘片。

示例3

通过在示例2中的绝缘片中形成孔来制备绝缘片。

实验结果被总结在下面的表2中。

表2

	第一电池单元	第二电池单元	第三电池单元
				示例1	人工加热	OK	OK
示例2	人工加热	NG	NG
				示例3	人工加热	NG	NG

在表2中，“OK”是指热不被传递并且没有事件发生，“NG”是指热被传递并且有事件发生。

如在示例1中，当使用气凝胶作为绝热材料的绝缘片介于电池单元之间时，由第一电池单元产生的热不被传递到第二电池单元和第三电池单元。然而，在使用MICA作为绝热材料的绝缘片介于电池单元之间的示例2和示例3中，由第一电池单元产生的热被传递到第二电池单元和第三电池单元。也就是说，如由实验结果所证实的，使用气凝胶作为绝热材料的绝缘片展示出优异的绝热效率。

参见图4，绝缘片20介于两个相邻的电池单元10之间。如图4中所示，绝缘片20被形成为具有与面对相邻的电池单元10的表面的每个长侧区域的尺寸对应的尺寸。此外，胶带21被粘贴在每个电池单元10的面对绝缘片20的长侧区域的外表面各处。因为胶带21被粘贴在每个电池单元10的长侧区域的外表面各处，所以绝缘片20的宽表面被固定粘附到相邻的电池单元10的长侧区域。这里，胶带21可由聚酰亚胺(PI)制成。

同时，胶带21具有比绝缘片20高的热导率。例如，当绝缘片20的热导率可为0.034W/mK时，由聚酰亚胺制成的胶带21的热导率可在0.28W/mK至0.34W/mK的范围内。也就是说，胶带21的热导率可以是绝缘片20的热导率的大约8至10倍。因此，为了最大化或增大绝热效率，具有较高热导率的胶带21的厚度可小于绝缘片20的厚度。胶带21和绝缘片20可以1:3.5的厚度比形成。例如，绝缘片20可被形成为具有0.3mm的厚度，而胶带21可被形成为具有0.085mm的厚度。如果胶带21的厚度小于0.085mm，则胶带21的粘合性可能较低，从而难以将绝缘片20粘附到电池单元10之间的区域。如果胶带21的厚度大于0.085mm，则绝缘片20的绝热效率可能被不期望地降低。

此外，绝缘片20可被形成为体积是电池单元10的1.1％。这里，绝缘片20的体积越大，则电池单元10之间的热传递阻止效率越高。然而，如果绝缘片20的体积增大，则二次电池模块100可能变得庞大。因此，绝缘片20的体积可为电池单元10的体积的1.1％。

通常，二次电池模块100包括多个电池单元10，其在充电和放电时可产生大量的热。这可能引起电池单元10中的热失控而熔化构成电池单元10的电极组件的隔板，这可能导致正极板与负极板之间的直接接触，从而引起电池单元10的短路。此外，由高温产生的热可能被传递到相邻或邻近的电池单元，并导致所布置的电池单元的连续爆炸问题。此外，在组装二次电池模块100的过程中，肉眼几乎不可见的金属杂质可能时常被插入到电池单元10之间的空隙中。由此，当二次电池模块100在使用中时，可能由于振动或冲击在电池单元10的表面上产生刮痕，从而由发生在电池单元10的表面上的绝缘击穿引起短路。

在根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块100中，提供了用于阻止相邻的电池单元10之间的热传递的绝缘片20。根据本发明的一些示例实施例的绝缘片20可由于优异的绝热效率而防止或抑制在一电池单元中产生的高温热被传递到其相邻的电池单元，该优异的绝热效率可归因于保持有具有绝热特性的空气层的纳米尺寸的SiO₂颗粒。

此外，因为绝缘片20包括能保持空气层的极小的孔隙，所以根据本发明的一些示例实施例的二次电池模块100可减小气凝胶绝缘片的重量，并可用轻质绝热材料展示出优异的绝缘性能。

虽然已经参考本发明的二次电池模块的示例实施例具体显示和描述了本发明的二次电池模块，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求书和其等价物所限定的本发明的精神和范围的情况下可对其做出各种形式和细节上的改变。

Claims

1.一种二次电池模块，包括：

沿一个方向排列的多个电池单元；

在所述多个电池单元之间的多个绝缘片，所述多个绝缘片包括用于阻止所述多个电池单元之间的热传递的气凝胶；以及

固定所述电池单元和所述绝缘片的外壳。

2.根据权利要求1所述的二次电池模块，其中所述绝缘片中的气凝胶颗粒的百分比在80％至90％的范围内。

3.根据权利要求1所述的二次电池模块，其中所述绝缘片中的气凝胶颗粒包含二氧化硅，并且所述气凝胶颗粒具有在10μm至100μm的范围内的尺寸。

4.根据权利要求3所述的二次电池模块，其中所述气凝胶颗粒包括纳米尺寸的孔隙。

5.根据权利要求1所述的二次电池模块，其中每个所述绝缘片具有0.3mm的厚度。

6.根据权利要求1所述的二次电池模块，进一步包括在所述电池单元与所述绝缘片之间的胶带。

7.根据权利要求6所述的二次电池模块，其中所述胶带和所述绝缘片以1:3.5的厚度比形成。

8.根据权利要求6所述的二次电池模块，其中所述胶带的热导率是所述绝缘片的热导率的8至10倍。

9.根据权利要求1所述的二次电池模块，其中所述绝缘片被形成为体积是所述电池单元的1.1％。