CN109728346B - 一种锂离子电池及电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及电池组，该锂离子电池包括壳体及位于壳体内的电池极芯和外部短路装置，所述电池极芯包括第一极片、第二极片及位于第一极片和第二极片之间的隔膜、与第一极片电连接的第一极耳、以及与第二极片电连接的第二极耳，所述外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片；所述第一导电片与第一极耳电连接；所述第二导电片与第二极耳电连接；所述第一导电片和/或第二导电片上设有孔，以此来提高外短路效果，改善电池的安全性能。

Description

一种锂离子电池及电池组

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池及电池组。

背景技术

现有的锂离子电池在使用过程中可能因异物刺入而导致内短路，即异物刺穿隔膜，正负极形成通道，从而电子可以通过，形成内短路。有在电池中增加外部短路装置，例如在电池极芯上并联一组导电片，导电片之间通过隔膜隔离，此时，当外物刺入电池时，电池极芯上的导电片发生接触使电池发生外短路释放电池能量，从而使电池处于安全状态，但现有的外部短路装置效果并不明显，内短路状态仍时有发生。

发明内容

为了解决现有外部短路装置作用不明显的技术问题，本发明提供了一种能更好实现外短路效果的锂离子电池及电池组。

本发明的第一个目的是提供一种锂离子电池，包括壳体及位于壳体内的电池极芯和外部短路装置，所述电池极芯包括第一极片、第二极片及位于第一极片和第二极片之间的隔膜、与第一极片电连接的第一极耳、以及与第二极片电连接的第二极耳，所述外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片；所述第一导电片与第一极耳电连接；所述第二导电片与第二极耳电连接；所述第一导电片和/或第二导电片上设有孔。

锂离子电池壳体内的电池极芯可以为一个也可以为多个，当为多个时，外部短路装置可以设置在任一一个电池极芯的外侧，也可以在所有的电池极芯的外侧都设置外部短路装置，一般在最外部的电池极芯的外侧设置。

优选地，所述外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片/隔膜/第一导电片。

优选地，所述外部短路装置包括至少两个重复的第一导电片/隔膜/第二导电片，且所述外部短路装置的外层为隔膜/第一导电片。

优选地，所述外部短路装置包括至少两个重复的第一导电片/隔膜/第二导电片。

优选地，所述第一极片为正极片，所述第一极耳为正极耳，所述第一导电片为铝片；所述第二极片为负极片，所述第二极耳为负极耳，所述第二导电片为铜片。

优选地，所述铝片厚度D_Al为0.01mm≤D_Al≤0.4mm。

优选地，所述铝片厚度D_Al为0.02mm≤D_Al≤0.2mm。

优选地，所述铜片厚度D_Cu为0.01mm≤D_Cu≤0.2mm。

优选地，所述铜片厚度D_Cu为0.015mm≤D_Cu≤0.1mm。

优选地，所述孔的边沿表面设有延伸出第一导电片和/或第二导电片表面的毛刺。

优选地，所述孔的截面为多边形。

优选地，所述孔的截面为三角形、四边形、五边形中的一种或几种。

优选地，所述孔的重心到孔的边沿的距离r为0.1mm≤r≤20mm。

优选地，所述孔的重心到孔的边沿的距离r为1mm≤r≤10mm。

优选地，所述相邻两孔的重心间的距离L为0.25mm≤L≤40mm。

优选地，所述相邻两孔的重心间的距离L为10mm≤L≤30mm。

本发明的第二个目的是提供一种电池组，所述电池组包括多个单体电池，所述单体电池包括上述锂离子电池。

本发明的发明人通过无数次实验发现，现有的外部短路装置效果不明显的原因在于导电片较厚且导电片表面平整、光滑，当电池发生异物刺入或被挤压过程中，很难发生实质性的接触，从而造成外短路的效果不理想。本发明通过在导电片上设孔，当电池发生异物刺入或受到挤压变形时，有利于刺穿导电片之间的隔膜，使得导电片之间有电子通过，形成短路，从而提高外短路效果，在电池发生热失控之前能有效的使自身实现外短路，电池自动由带电态转化为放电态，防止电池发生热失控导致的爆炸等严重的后果。进一步的，本发明采用了多个第一导电片和/或第二导电片并联，增大了导电片间接触短路的机率；进一步，本发明还降低了第一导电片和/或第二导电片的厚度，使得第一导电片和/或第二导电片更加柔软，有利于第一导电片和第二导电片更好的接触，提高短路效果；同时，优选，孔的边沿表面设有延伸出第一导电片和/或第二导电片表面的毛刺，更利于挤压时隔膜的刺破，从而增加第一导电片和第二导电片接触的机率，提高外短路效果。

附图

图1 为实施方式一的电池极芯与外部短路装置连接的结构示意图；

图2为实施方式二的电池极芯与外部短路装置连接的结构示意图；

图3为实施方式三的电池极芯与外部短路装置连接的结构示意图；

图4为实施方式四的电池极芯与外部短路装置连接的结构示意图；

图5 具有截面为三角形孔的铝片的结构示意图；

图6 具有截面为三角形孔的铜片的结构示意图；

图7 具有截面为四边形孔的铝片的结构示意图；

图8 具有截面为四边形孔的铜片的结构示意图；

图9 外部短路装置设在电池极芯单侧的结构示意图；

图10外部短路装置设在电池极芯两侧的结构示意图。

附图标示

1、铝片11；2、铜片12；3、正极耳21；4、负极耳22；5、正极片31；6、负极片32；7、隔膜4；8、电池极芯5。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面详细描述本发明的实施例，部分所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

锂离子电池一般包括壳体及位于壳体内的电池极芯，电池极芯可以为一个也可以为多个，电池极芯一般包括第一极片、第二极片及位于第一极片和第二极片之间的隔膜、与第一极片电连接的用于引出电池极芯电流的第一极耳、以及与第二极片电连接的用于引出电池极芯电流的第二极耳。第一极片、第二极片及隔膜可以采用卷绕或层叠的方式形成电池极芯，一般，卷绕式电池极芯的最外圈包覆有隔膜。多个电池极芯之间可以并列放置。

本发明的改进之处在于，所述壳体内还包括外部短路装置，外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片；所述第一导电片与第一极耳电连接，第一极耳与第一极片电连接；所述第二导电片与第二极耳电连接，第二极耳与第二极片电连接；所述第一导电片和/或第二导电片上设有孔，当电池发生异物刺入或受到挤压变形时，有利于刺穿第一导电片和第二导电片之间的隔膜，使得第一导电片和第二导电片之间有电子通过，形成短路，从而提高外短路效果，在电池发生热失控之前能有效的使自身实现外短路，电池自动由带电态转化为放电态，防止电池发生热失控导致的爆炸等严重的后果。

本发明的第二改进之处还在于采用了多个第一导电片和第二导电片并联，增大了第一导电片和第二导电片之间接触短路的机率。具体结构可以为外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片/隔膜/第一导电片，进一步的外部短路装置包括至少两个重复的第一导电片/隔膜/第二导电片，且所述外部短路装置的外层为隔膜/第一导电片，即外部短路装置包括第一导电片/隔膜/第二导电片……/隔膜/第一导电片，最外层的第一导电片的外层也可设置隔膜。具体结构还可以为外部短路装置包括至少两个重复的第一导电片/隔膜/第二导电片，即外部短路装置包括第一导电片/隔膜/第二导电片/隔膜/第一导电片/隔膜/第二导电片/……等。当电池极芯的最外圈为第一极片或第二极片而非隔膜时，可以在电池极芯外侧与外部短路装置之间设置隔膜，避免第一导电片（和/或第二导电片）与第一极片（和/或第二极片）之间导通。

具体的，第一极片可以为正极片31，优选，第一导电片为铝片11；第二极片可以为负极片32，优选，第二导电片为铜片12。当然，第一极片也可以为负极片32，优选，第一导电片为铜片11；第二极片可以为正极片31，优选，第二导电片为铝片11。

如附图9所示，外部短路装置可以设置在电池极芯5的单侧，也可以如附图10所示，外部短路装置设置在电池极芯5的两侧。此处以电池极芯5单侧设置外部短路装置为例进行说明，距离电池极芯5较近的第一导电片可以是与正极导通，也可以是与负极导通，具体的可以采用如下实施方式：

实施方式一，如附图1所示，所述电池极芯5采用层叠式极芯，层叠极芯的最外层极片为第一极片（正极片31），第一导电片（铝片11）与正极片31上的正极耳21电连接；第二导电片（铜片12）与第二极片（负极片32）上的负极耳22电连接。

实施方式二，如附图2所示，所述电池极芯5采用层叠式极芯，层叠极芯的最外层极片为第二极片（正极片31），第二导电片（铜片12）与正极片31上的正极耳21电连接；第一导电片（铝片11）与第一极片（负极片32）上的负极耳22电连接。

实施方式三，如附图3所示，所述电池极芯5采用层叠式极芯，层叠极芯的最外层极片为第一极片（负极片32），第一导电片（铝片11）与负极片32上的负极耳22电连接；第二导电片（铜片12）与第二极片（正极片31）上的正极耳21电连接。

实施方式四，如附图4所示，所述电池极芯5采用层叠式极芯，层叠极芯的最外层极片为第二极片（负极片32），第二导电片（铜片12）与负极片32上的负极耳22电连接；第一导电片（铝片11）与第一极片（正极片31）上的正极耳21电连接。

如外部短路装置设置在电池极芯5的两侧，可以参照如上方式设置另一侧，两侧的外部短路装置可以相同也可以不同，本发明没有限制。

本发明的进一步改进之处还在于，降低锂离子电池的外部短路装置中第一导电片和/或第二导电片的厚度。降低第一导电片和/或第二导电片的厚度使得第一导电片和/或第二导电片变得更加柔软，当电池发生异物刺入或受到挤压变形时，第一导电片和第二导电片能更好的接触，从而提高外短路效果。优选，第一导电片为铝片，铝片11的厚度D_Al为0.01mm≤D_Al≤0.4mm，进一步优选铝片11的厚度0.02mm≤D_Al≤0.2mm。优选，第二导电片为铜片，铜片的厚度D_Cu为0.01mm≤D_Cu≤0.2mm，进一步优选，铜片厚度D_Cu为0.015mm≤D_Cu≤0.1mm。

本发明的改进处之四在于第一导电片和/或第二导电片上的孔的边沿设有延伸出表面的毛刺，在第一导电片和/或第二导电片上设孔有利于当电池发生异物刺入或受到挤压变形时，有利于刺穿导电片之间的隔膜，形成短路，从而提高外短路效果。导电片上的孔的截面可以是其他任意形状，优选，孔的截面为多边形，进一步优选，孔的截面为三角形、四边形、五边形中的一种或几种。孔的位置可以是无规则无规律的，优选，孔的重心到孔的边沿的距离r为0.1mm≤r≤20mm，进一步优选，r为1mm≤r≤10mm；相邻两孔的重心间的距离L为0.25mm≤L≤40mm，进一步优选L为10mm≤L≤30mm。相邻的第一导电片上孔与第二导电片上孔的相对位置可以是任意的，优选，相邻的第一导电片上孔与第二导电片上孔不完全重合，发生挤压时，孔上的毛刺可以刺穿隔膜，使第一导电片和第二导电片间更好的接触实现外短路。在第一导电片和/或第二导电片上设置孔，并保持第一导电片和/或第二导电片上相邻两孔的距离，能进一步保证外部短路装置效果最大化同时节约第一导电片和/或第二导电片，此处第一导电片和/或第二导电片上孔的孔径大小及孔径分布并不仅限于此，可随实际需要进行调整，这也是在本发明保护范围的。

本发明同时提供一种电池组，包括多个单体电池，所述单体电池包括如前所述的锂离子电池。

锂离子电池在使用过程中因异物刺入导致隔膜破坏，引起内部短路的发生，在电池中增加外部短路装置，可以使得当外物刺入时，外部短路装置发生短路释放电池能量，电池从而处于更安全的状态。本发明的改进的目的是为了提高外短路效率，增加电池安全性能。

具体的，实施例1，如图9所示，锂离子电池包括壳体及位于壳体内的电池极芯5和位于电池极芯5一侧外的外部短路装置，所述电池极芯5包括正极片31、负极片32及位于正极片31和负极片32之间的隔膜4、与正极片31电连接的正极耳21、以及与负极片32电连接的负极耳22，所述外部短路装置包括依次设置的铝片11/隔膜4/铜片/隔膜4/铝片11/隔膜4/铜片；铝片11与正极耳21连接；所述铜片与负极耳22连接。其中，在铝片11上设有截面为三角形的孔（如附图5所示），孔的重心到孔的边沿的距离r为8mm，相邻孔的重心间的距离L为25mm，铝片11的厚度为30µm，同时在铝片11上套设隔膜4利于组装。在铜片12上设有截面为三角形的孔（如附图6所示），孔的重心到孔的边沿的距离r为8mm，相邻孔的重心间的距离L为25mm，铜片12的厚度为20µm。同时铝片11、铜片12表面不光滑，在孔处有一定的毛刺。将两个套设有隔膜4的铝片11及两个铜片依次间隔叠放在电池极芯5的单侧，铝片11和铜片12不相邻。本实施例的电池极芯5采用常用的电池极芯5，在此不再赘述。当电池发生异物刺入或被挤压过程中，导致电池极芯5的隔膜4刺穿而引起内部短路的发生，在外部设置短路装置，可以使电池发生外短路释放能量，从而使得电池处于更安全的状态。本实施例中，在铜片12和铝片11上设三角形孔，孔的边沿表面设延伸出铜片12和铝片11表面的毛刺，这有利于刺穿外部短路装置中的隔膜4，增加铜片12和铝片11接触的几率，提高外短路效果；在外部短路装置中增加铜片12和铝片11，有利于增加铜片12和铝片11接触的机率，从而更好的提高短路效果；降低铜片12和铝片11的厚度，使得铜片12和铝片11变得更加柔软，有利于铜片12和铝片11更好的接触，提高短路效果。

实施例2，如附图10所示，锂离子电池包括壳体及位于壳体内的电池极芯5和位于电池极芯5两侧外的外部短路装置，所述电池极芯5包括正极片31、负极片32及位于正极片31和负极片32之间的隔膜4、与正极片31电连接的正极耳21、以及与负极片32电连接的负极耳22，所述外部短路装置包括依次设置的隔膜4/铝片11/隔膜4/铜片12/隔膜4/铝片11/隔膜4/铜片12；铝片11与正极耳21连接；铜片12与负极耳22连接，即在电池极芯5的两侧均设有两个铝片11、两个铜片12。其中，在铝片11上设有截面为四边形的孔（如附图7所示），孔的重心到孔的边沿的距离r为8mm，相邻孔的重心间的距离L为25mm，铝片11的厚度为40µm，同时在铝片11上套设隔膜4利于组装。在铜片12上设有截面为四边形的孔（如附图8所示），孔的重心到孔的边沿的距离r为8mm，相邻孔的重心间的距离L为25mm，铜片12的厚度为30µm。同时铝片11、铜片12表面不光滑，在孔处有一定的毛刺。将两个套设有隔膜4的铝片11及两个铜片12依次间隔叠放在电池极芯5的一侧，铝片11和铜片12不相邻，同样，在电池极芯5的另一侧也一样设置两个套设有隔膜4的铝片11及两个铜片12。本实施例的电池极芯5采用常用的电池极芯5，在此不再赘述。当电池发生异物刺入或被挤压过程中，导致电池极芯5的隔膜4刺穿而引起内部短路的发生，在外部设置短路装置，可以使电池发生外短路释放能量，从而使得电池处于更安全的状态。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括壳体及位于壳体内的电池极芯和外部短路装置，所述电池极芯包括第一极片、第二极片及位于第一极片和第二极片之间的隔膜、与第一极片电连接的第一极耳、以及与第二极片电连接的第二极耳，所述外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片；所述第一导电片与第一极耳电连接；所述第二导电片与第二极耳电连接；所述第一导电片和第二导电片上设有孔，所述孔的边沿表面设有延伸出所述第一导电片和所述第二导电片表面的毛刺，所述第一导电片上的孔与所述第二导电片上的孔不完全重合。

2.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述外部短路装置包括依次设置的第一导电片/隔膜/第二导电片/隔膜/第一导电片。

3.根据权利要求2所述锂离子电池，其特征在于，所述外部短路装置包括至少两个重复的第一导电片/隔膜/第二导电片，且所述外部短路装置的外层为隔膜/第一导电片。

4.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述外部短路装置包括至少两个重复的第一导电片/隔膜/第二导电片。

5.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述第一极片为正极片，所述第一极耳为正极耳，所述第一导电片为铝片；所述第二极片为负极片，所述第二极耳为负极耳，所述第二导电片为铜片。

6.根据权利要求5所述锂离子电池，其特征在于，所述铝片的厚度D_Al为0.01mm≤D_Al≤0.4mm。

7.根据权利要求6所述锂离子电池，其特征在于，所述铝片的厚度D_Al为0.02mm≤D_Al≤0.2mm。

8.根据权利要求5所述锂离子电池，其特征在于，所述铜片的厚度D_Cu为0.01mm≤D_Cu≤0.2mm。

9.根据权利要求8所述锂离子电池，其特征在于，所述铜片的厚度D_Cu为0.015mm≤D_Cu≤0.1mm。

10.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述孔的截面为多边形。

11.根据权利要求10所述锂离子电池，其特征在于，所述孔的截面为三角形、四边形、五边形中的一种或几种。

12.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述孔的重心到孔的边沿的距离r为0.1mm≤r≤20mm。

13.根据权利要求12所述锂离子电池，其特征在于，所述孔的重心到孔的边沿的距离r为1mm≤r≤10mm。

14.根据权利要求1所述锂离子电池，其特征在于，所述相邻两孔的重心间的距离L为0.25mm≤L≤40mm。

15.根据权利要求14所述锂离子电池，其特征在于，所述相邻两孔的重心间的距离L为10mm≤L≤30mm。

16.一种电池组，包括多个单体电池，其特征在于，所述单体电池为权利要求1所述锂离子电池。

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