CN110071255B - 电芯及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，公开一种电芯及电池，其中，电芯包括：主体，所述主体包括第一壁；阻流器，所述阻流器设置于所述第一壁上。主体的第一壁靠近主体内部结构，相比于电芯密封边，其温度比较接近于主体内部温度；上述电芯中，由于阻流器直接粘贴于主体的第一壁上，进而，主体内部的热量可以通过该第一壁快速传导至阻流器，因此，该电芯的阻流器可以更加及时地触发，从而减小或切断电流、以达到有效保护电芯的作用。

Description

电芯及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯及电池。
背景技术
现有技术中的电芯结构中，一般会将电芯主体串联一个阻流器，当电芯主体异常升温时，该阻流器能切断或大幅降低电芯主体充放电电流，从而起到保护电芯的作用。
目前，阻流器一般通过双面胶粘贴于电芯主体的密封边上，且通过连接端子和转接片与电芯的极耳连接，从而实现与电芯主体的串联。然而，目前普遍的问题是阻流器触发(切断或大幅降低电流)动作存在较长延迟，因此，往往会出现电芯主体温度已经异常升高，阻流器仍不动作，或者阻流器动作时电芯主体已经达到过充状态，阻流器未起到保护电芯的作用。
发明内容
本发明公开了一种电芯及电池，用于改善阻流器对电芯的保护作用。
为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种电芯，包括：
主体，所述主体包括第一壁；
阻流器，所述阻流器设置于所述第一壁上。
第一壁靠近主体的内部结构，相对于电芯的密封边，第一壁的温度比较接近于主体内部温度；上述电芯中，由于阻流器设置于主体的第一壁上，进而，主体内部的热量可以通过该第一壁快速传导至阻流器，因此，该电芯的阻流器可以更加及时地触发，从而减小或切断电流、以达到有效保护电芯的作用。
可选地，所述阻流器包括壳体，所述壳体的开口朝向所述第一壁。
可选地，所述阻流器粘贴于所述第一壁上。
可选地，所述主体还设有第一边和第一极耳，所述第一边与所述第一壁相邻，所述第一极耳从所述第一边伸出，所述阻流器与所述第一极耳耦接。
可选地，所述第一极耳粘贴于第一壁和第一边中的至少一个上。
可选地，所述阻流器达到第一温度时触发、以减小经过的电流；所述阻流器耦接至所述第一极耳的路径的长度与所述路径的降温系数的乘积小于所述第一极耳的第二温度和所述第一温度的差值。
可选地，所述阻流器与所述第一极耳直接电连接。
可选地，所述电芯还包括第一连接端子，所述阻流器与所述第一连接端子电连接，所述第一连接端子与所述第一极耳电连接。
可选地，所述电芯还包括转接片，所述第一连接端子与所述转接片电连接，所述转接片与所述第一极耳电连接。
可选地，所述阻流器至所述第一极耳的连接路径采用焊接方式连接，每一焊接区域的焊接面积不小于该焊接区域内两个焊接体重叠面积的10％。
可选地，所述第一连接端子和所述转接片的材料为铜材料。
可选地，所述第一连接端子和所述转接片的表面涂覆有金刚石、石墨和硅材料中的至少一种。
可选地，所述第一连接端子的外部、所述转接片的外部、所述第一极耳的外部中至少一者包覆有多孔材料层。
一种电池，包括上述任一技术方案中所述的电芯。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种电芯的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的一种电芯的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种电芯的结构示意图；
图4为本发明另一实施例提供的一种电芯的俯视结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明实施例提供的一种电芯，包括：
主体1，该主体1包括第一壁13；
阻流器20，该阻流器20设置于主体1的第一壁13上；具体地，该阻流器 20与主体1串联，且在温度达到特定温度值后该阻流器20触发、阻流器20 触发后能够切断或减小经过的电流；具体地，上述特定温度值属于阻流器20 本身的特征参数。
主体1的第一壁13靠近主体1的内部结构，相比于电芯的密封边，其温度比较接近于主体1内部温度；上述电芯中，由于阻流器20设置于主体1的第一壁13上，主体1内部的热量可以通过该第一壁13快速传导至阻流器20 内，因此，该电芯的阻流器20可以更加及时地触发，从而切断或减小电流、以达到有效保护电芯的作用。
一种具体的实施例中，阻流器20通过绝缘粘接件固定于主体1上。
具体地，该绝缘粘接件可以包括双面胶，胶水或者胶带中的一种或几种。例如，如图4所示，绝缘粘接件可以包括双面胶3和胶带4，双面胶3位于主体1和阻流器20之间，阻流器20位于双面胶3与胶带4之间。
可选地，双面胶3与胶带4中可以设置导热介质层；该导热介质层可以选取导热效率高且绝缘性能较好的材料，例如金属氧化物材料、碳化物材料或者氮化物材料。
具体地，导热介质层可以为Al2O3、MgO、ZnO、SiO2、BeO、BN、AlN、Si3N4或者SiC材料中的至少一种。
如图1至图4所示，一种具体的实施例中，主体1包括第一极耳11；阻流器20与第一极耳11耦接。
主体可包括电极组件、电解质和包装壳，电极组件和电解质均设置于包装壳内。电解质可以是电解液，也可以是固态电解质。电极组件包括正极，负极和隔膜，隔膜设置于正极和负极之间。电极组件可以是由正极片、负极片以及隔膜卷绕而成的卷绕电芯，也可以由正极片、负极片以及隔膜堆叠形成的叠片电芯。第一极耳11设置在电极组件的其中一个极片上，可以设置在正极片上，也可以设置在负极片上。
如图1至图4所示，本申请的一种具体的实施例中，主体1包括第一边10，具体地，该第一边10可以是由包装膜密封形成的封边，第一极耳11从该第一边10伸出；可选地，第一边10和第一壁13均位于主体1的顶部，且第一边 10和第一壁13相邻。
具体地，如图2和图3所示，第一极耳11可以粘贴于第一壁13上；进一步地，第一极耳11还粘贴于第一边10上。
将第一极耳11粘贴于第一壁13和第一边10上，可以提高阻流器11在第一壁13上的稳定性，并可以减少第一壁13和第一极耳11的热量散失，从而保证主体1向阻流器20的热传导效率。
一种具体的实施例中，主体1还包括第二极耳12，该第二极耳12与第一极耳11的极性相反，且该第二极耳12也从第一边10伸出，该第二极耳12用于与外部电器件连接，具体地；第一极耳11、阻流器20、外部电器件、第二极耳12连接成一条电流通路，该电流通路即为主体1的充放电电路。
一种具体的实施例中，阻流器20耦接至第一极耳11路径的长度与该路径的降温系数的乘积小于第一极耳11的第二温度和阻流器20的第一温度的差值；其中，第一极耳11的第二温度为主体1过充时第一极耳11的温度，阻流器20的第一温度为阻流器20触发时阻流器20的温度；具体地，过充是指电芯主体1温度升高至发生燃烧或爆炸反应的临界状态。
具体地，设T2为第一极耳11的第二温度，T1为阻流器20的第一温度，L 为阻流器20至第一极耳11连接路径的长度，α为阻流器20至第一极耳11连接路径的降温系数，则上述电芯即满足下述公式：L·α<(T2-T1)，即满足 T1+L·α<T2，其中，T2为主体1过充时第一极耳11的温度，T1为阻流器20触发时阻流器20的温度，T1+L·α即为阻流器20触发时第一极耳11的温度，进而，公式T1+L·α<T2即表示该电芯满足：当阻流器20触发时第一极耳11的温度小于主体1过充时第一极耳11的温度，即，在主体1达到过充状态之前阻流器20 已经触发；综上所述，上述电芯中，阻流器20的触发动作较及时，可以避免主体1达到过充状态，进而，上述电芯中的阻流器20可以及时有效地实现保护电芯主体1的作用。
一种具体的实施例中，阻流器20与第一极耳11之间耦接，可以包括以下几种方式：
方式一，如图3所示，阻流器20与第一极耳11直接电连接；具体地，第一极耳11粘贴到第一壁13上，阻流器20焊接在第一极耳11覆盖第一壁13 的部分上。
方式二，如图2所示，电芯还包括第一连接端子21，阻流器20与第一连接端子21电连接，第一连接端子21与第一极耳11电连接，即阻流器20与第一极耳11之间通过第一连接端子21连接。
方式三，如图1所示，电芯中还可以包括转接片23，第一连接端子21和该转接片23电连接，该转接片23和第一极耳11电连接，即该转接片23连接于第一连接端子21和第一极耳11之间。
进一步地，电芯中还可以包括第二连接端子22，该第二连接端子22与阻流器20耦接，第一连接端子21和第二连接端子22通过阻流器20连接成一条电流通路，以用于接入电芯主体1的充放电电路中。
进一步地，电芯中还可以包括转出片24，该转出片24与第二连接端子22 耦接，用于将充放电电流传导至外部电器件。
在本申请的一种具体的实施例中，阻流器20至第一极耳11的连接路径采用焊接方式连接，如激光焊或电阻焊；进一步地，每一焊接区域的焊接面积不小于该焊接区域内两个焊接体重叠面积的10％。
具体地，例如，如图1所示，当阻流器20通过第一连接端子21和转接片 23实现与第一极耳11之间相连接时，阻流器20至第一极耳11的连接路径上有两处焊接区域，分别为第一连接端子21与转接片23之间的焊接区域、以及转接片23与第一极耳11之间的焊接区域；此时，这两个焊接区域中，每个焊接区域的焊点数量可以大于4个、只要能保证每个焊接区域内的焊接面积可以达到两个焊接体相互重叠接触面积的10％或以上。
如图1所示，一种具体的实施例中，第一连接端子21和转接片23均可以采用铜(Cu)材料制备，Cu的导热系数较高，具体地，100℃时，Cu的导热系数可以达到377W/mK，进而可以大大提高从该第一连接端子21和转接片 23向阻流器20内部的导热效率。
另一种具体的实施例中，可以在第一连接端子21和转接片23的表面涂覆导热性更好的材料，如金刚石、石墨或者硅材料，以使热量能够更有效地传导到阻流器20内部。或者，第一连接端子21的外部、转接片23的外部以及第一极耳11的外部均包覆有多孔材料层；即主体1至阻流器20的导热路径外部包覆有多孔材料层。多孔材料具有良好的隔热性能，采用多孔材料包覆主体1 至阻流器20的导热路径，可以有效减少该导热路径上的热量散失，以利于热量更有效地传导到阻流器20内部。
如图1至图4所示，一种具体的实施例中，阻流器20可以包括PTC(PositiveTemperature Coefficient)热敏电阻，PTC热敏电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高。例如，陶瓷PTC热敏电阻在居里温度以下具有小电阻，居里温度以上电阻阶跃性增加1000倍至百万倍。
具体地，阻流器20未触发时，电芯主体1的充放电电流不经过PTC热敏电阻，即PTC热敏电阻不接入电芯主体1的充放电电路中，而当阻流器20触发后，PTC热敏电阻即接入电芯主体1的充放电电路中，从而使充放电电路中的电阻大幅度增加，进而使充放电电流大幅度减小，甚至接近为零，因此达到保护电芯的作用。
另一种具体的实施例中，阻流器20可以包括热敏开关，例如金属弹片开关；具体地，阻流器20未触发时，热敏开关处于闭合状态，允许充放电电流通过；当阻流器20触发后，热敏开关断开，以使充放电电流被切断，从而达到保护电芯的作用。
再或者，阻流器20也可以包括电流保险丝；具体地，超过一定温度时，电流保险丝熔断，从而切断充放电电流，以达到保护电芯的作用。
一种具体的实施例中，阻流器20的壳体靠近第一壁13的一侧设有开口，以暴露出阻流器20内部的保护电路，保护电路即位于阻流器20内、与主体1 相串联的一段电路，属于电芯主体1充放电电路的一部分。从而，主体1的热量可以通过第一壁13直接传导至保护电路，从而可以使阻流器20及时触发、减小或切断充放电电流，以达到有效保护电芯的作用。
另外，本发明实施例还提供了一种电池，该电池包括上述任一实施例中的电芯。
接下来，以电容量为3Ah的电芯为例，对下述各例中的电芯做过充测试、并通过测试结果来分析各例电芯的安全性；过充是指电芯主体温度升高至发生燃烧或爆炸反应的临界状态。具体地，过充测试的操作为以1C的倍率过充到 12V，并在12V的电压下保持2小时。
各例电芯的具体情况如下：
对比例，阻流器粘贴于电芯主体的第一边上；阻流器与第一连接端子电连接，第一连接端子与转接片电连接，转接片和第一极耳电连接。
实施例一，阻流器粘贴于电芯主体的第一壁上；阻流器与第一连接端子电连接，第一连接端子与转接片电连接，转接片和第一极耳电连接。
实施例二，阻流器粘贴于电芯主体的第一壁上；阻流器与第一极耳直接电连接。
表1为各例电芯的过充通过率测试的测试结果，其中，各数据中的分母为过充测试次数，分子为过充测试通过的次数；由表1可以看出，本发明实施例 (实施例一和实施例二)提供的电芯的过充测试通过率相对于现有技术(对比例)中的常规电芯的过充测试通过率有了明显的提高；因此，综上测试结果可以看出，本发明实施例(实施例一和实施例二)提供的电芯的阻流器可以更加及时地触发，能够更有效地避免电芯主体达到过充状态，从而可以更有效地保护电芯。
表1实施例与对比例的过充测试结果
组别 实施例一 实施例二 对比例
过充通过率 8/10 10/10 1/10
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电芯，包括：主体和阻流器；
所述主体包括极耳、第一壁和第一边，所述第一边是由电芯的包装膜密封形成的封边，所述极耳从所述第一边伸出，所述第一壁为所述主体的侧壁，所述第一壁与所述第一边相邻，所述极耳包括第一极耳，所述阻流器与所述第一极耳通过第一连接端子耦接；
所述阻流器粘接在所述第一壁的外表面上，所述阻流器达到第一温度时触发、以减小经过的电流，所述阻流器的第一温度与所述第一极耳的第二温度满足以下关系：
T1+L·α<T2；
其中，T1为所述阻流器的第一温度，T2为所述第二极耳的第二温度，且所述第二温度为所述主体过充时所述第一极耳的温度，过充指所述主体的温度升高至发生燃烧或爆炸反应的临界状态，L为所述阻流器耦接至所述第一极耳的路径的长度，且L＞0，α为所述阻流器至所述第一极耳的路径的降温系数。
2.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述阻流器包括壳体，所述壳体的开口朝向所述第一壁。
3.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述阻流器粘贴于所述第一壁上。
4.根据权利要求1所述的电芯，其中，所述第一极耳粘贴于第一壁和第一边中的至少一个上。
5.根据权利要求1所述的电芯，还包括转接片，所述第一连接端子与所述转接片电连接，所述转接片与所述第一极耳电连接。
6.根据权利要求5所述的电芯，其中，所述阻流器至所述第一极耳的连接路径采用焊接方式连接，每一焊接区域的焊接面积不小于该焊接区域内两个焊接体重叠面积的10％。
7.根据权利要求5所述的电芯，其中，所述第一连接端子和所述转接片的材料为铜材料。
8.根据权利要求5所述的电芯，其中，所述第一连接端子和所述转接片的表面涂覆有金刚石、石墨和硅材料中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的电芯，其中，所述第一连接端子的外部、所述转接片的外部、所述第一极耳的外部中至少一者包覆有多孔材料层。
10.一种电池，其中，包括权利要求1至9任一项所述的电芯。
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