CN111180798A - 电芯 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电芯,该电芯包括:极耳和熔断组件,该熔断组件与所述极耳电连接;其中,所述熔断组件包括导电胶或合金中的至少一种。通过本申请的上述技术方案,能够在大电流充放电情况下,对电芯形成有效的过充保护,不会对电芯的正常工作产生影响,并且成本较低。

Description

电芯
技术领域
本申请涉及储能领域,并且更具体地,涉及一种电芯。
背景技术
锂离子电池是一种高效的储能器件,其具有高电压、高比能量和长循环寿命的优势。锂离子电池已广泛应用于电子产品(例如,手机、笔记本电脑及数码相机等)、电动汽车、电动工具及储能电站中。然而,随着这些应用对于大倍率充放电需求的增加,原有的锂离子电池的过充保护装置,已无法适应现有的过充保护需求,尤其是在大倍率放电(例如,2C充电、8C放电等,其中C表示的是相对于锂离子电池标称容量的倍率单位)时,会导致过充保护装置错误的启动,从而造成无法正常放电的问题,且有些过充保护装置的成本较高。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题,本申请提供了一种电芯,其能够在大电流充放电情况下,对电芯形成有效的过充保护,不会对电芯的正常工作产生影响,并且成本较低。
本申请的技术方案是这样实现的:一种电芯包括:
极耳;以及熔断组件,与极耳电连接;其中,熔断组件包括导电胶或合金中的至少一种。
根据本申请的实施例,极耳还包括极耳引线,极耳通过熔断组件与极耳引线电连接;或者极耳与极耳引线电连接,熔断组件与极耳引线电连接。
根据本申请的实施例,熔断组件的横截面积为极耳或极耳引线的横截面积的5%-95%。
根据本申请的实施例,极耳引线包括:第一极耳引线,与极耳电连接;以及第二极耳引线,通过熔断组件与第一极耳引线电连接。
根据本申请的实施例,熔断组件包括导电胶和合金,导电胶包括:第一导电胶,与极耳电连接;以及第二导电胶,与极耳引线电连接;合金设置在第一导电胶与第二导电胶之间。
根据本申请的实施例,导电胶的横截面积等于合金的横截面积,且导电胶的横截面积为极耳和极耳引线中的横截面积的较小者的5%-95%。
根据本申请的实施例,熔断组件包括导电胶和合金,导电胶包括:第一导电胶,包括第一表面和与第一表面相对设置的第二表面,极耳与第一表面电连接,合金与第二表面电连接;以及第二导电胶,与第一导电胶之间具有间隙,包括第三表面和与第三表面相对设置的第四表面,极耳引线与第三表面电连接,合金与第四表面电连接。
根据本申请的实施例,第一导电胶的横截面积为极耳的横截面积的5%-95%,合金与第一导电胶之间的接触面积大于第二表面的表面积的10%;第二导电胶的横截面积为极耳引线的横截面积的5%-95%,合金与第二导电胶之间的接触面积大于第四表面的表面积的10%。
根据本申请的实施例,导电胶包括基体材料和导电金属粒子,基体材料包括环氧树脂、硅酮和聚合物之中的任意一种,导电金属粒子包括Au、Ag、Ni、Cu或碳系导电粒子之中的至少一种。
根据本申请的实施例,合金包括铋锡铅合金、铟铋合金、镓铟锡合金或镓铟锌合金中的至少一种,合金的熔点为90℃-110℃。
根据本申请的实施例,电芯还包括与极耳电连接的电芯本体、第一包装袋和第二包装袋,第一包装袋收容电芯本体,第二包装袋收容第一包装袋,熔断组件设置在第一包装袋与第二包装袋之间。
根据本申请的实施例,在第一包装袋与第二包装袋之间填充有防火材料或者吸热材料。
本申请的有益效果在于:
由于导电胶和合金具有优良的导电性,所以熔断组件具有极小的电阻,从而能够在正常大电流充放电情况下,仅在电芯过充,其内部温度达到设定值时对电芯起到过充保护的作用,因此不会对电芯的正常工作产生影响。同时,具有成本低的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本申请一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图2示出了根据本申请另一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图3示出了根据本申请另一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图4示出了根据本申请另一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图5示出了根据本申请另一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图6示出了根据本申请另一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图7示出了根据本申请另一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图8示出了根据本申请另一实施例的电芯的极耳的结构示意图;
图9a示出了根据本申请一实施例的将多个电芯封装在两层封装袋内的主视图;
图9b示出了图9a的俯视图;
图10a示出了在图9a中的两层封装袋之间设置防火材料或吸热材料的主视图;
图10b示出了图10a的俯视图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请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申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
以下将结合附图,对本申请的实施例进行具体描述。需要注意的是,以下各个实施例可以任意可能的方式相互组合或部分替换。并且,在各个附图中,相似的部件具有相同的参考标号。
参照图1至图8所示,本申请提供了一种电芯10,该电芯10包括极耳12和熔断组件14,熔断组件14与极耳12电连接。熔断组件14与极耳12可以采用任何可实施的固定方式进行连接,例如黏贴、热压焊和铆钉焊等。其中,熔断组件14包括导电胶或合金中的至少一种。在电芯过充时,当其内部温度达到设定值之后,导电胶熔化,进而失去粘结力使得极耳的阻值大大增加;或者合金熔化,使得极耳12与充电电路之间的电连接断开,电芯10停止充电,从而对电芯10起到过充保护的作用。
由于导电胶和合金具有优良的导电性,所以熔断组件14具有极小的电阻(自放电少),从而在正常大电流充放电情况下,仅在电芯及其电池过充,导致其内部温度达到设定值时,起到对电芯及其电池的过充保护的作用,因此不会对电芯及其电池的正常工作产生影响。同时,具有成本低的优点。
在本申请中,导电胶可以包括基体材料和导电金属粒子,导电金属粒子可以分散在基体材料中。基体材料可以包括环氧树脂、硅酮和聚合物等材料之中的任意一种。导电金属粒子可以包括Au、Ag、Ni、Cu或碳系导电粒子之中的至少一种。另外,导电胶的电阻率可以为5×10-8Ω·m-1×10-5Ω·m,以使熔断组件14具有极小的电阻(例如,0.01mΩ-0.1mΩ)。在一些实施例中,导电胶的电阻率可以为5×10-7Ω·m-5×10-6Ω·m。在一些实施例中,导电胶的电阻率可以为1×10-7Ω·m-1×10-6Ω·m。
在一些实施例中,导电胶的剥离强度可以为1N/m-1000N/m。在一些实施例中,导电胶的剥离强度可以为100N/m-800N/m。在一些实施例中,导电胶的剥离强度可以为300N/m-600N/m。在一些实施例中,导电胶的剪切强度可以为10MPa-50MPa。在一些实施例中,导电胶的剪切强度可以为20MPa-40MPa。在一些实施例中,导电胶的剪切强度可以为25MPa-35MPa。本申请的电阻率、剥离强度、剪切强度、熔点等性能参数可通过现有技术的测试方法来测量。
在本申请中,合金可以包括铋锡铅合金、铟铋合金、镓铟锡合金或镓铟锌合金等材料之中的至少一种。在一些实施例中,合金的熔点可以为90℃-110℃。在一些实施例中,合金的熔点可以为100℃-108℃。另外,合金的电阻率可以为1×10-7Ω·m-5×10-7Ω·m,以使熔断组件14具有极小的电阻。在一些实施例中,合金的电阻率可以为1×10-7Ω·m-2×10-7Ω·m。
应当理解的是,导电胶与合金的选材、形状以及与极耳的连接方式均可方便地根据实际情况进行设计,使其满足大电流(例如,50A)充放电时不发生动作的要求。这样,熔断组件14仅在过充且电芯的内部温度达到设定值时才会断开。在一些实施例中,温度的设定值在90℃至110℃的范围内。例如,温度的设定值可以为100℃,即熔断组件14在电芯的内部温度达到100℃(可以有些许的偏差,如±0.5℃)时断开。
电芯10可以包括由正极极片、负极极片和位于正极极片和负极极片之间的隔膜卷绕而形成的卷绕电芯。电芯10也可以是通过正极极片、负极极片和位于正极极片和负极极片之间的隔膜依序堆叠而成。电芯10也可以是通过卷绕方式与堆叠方式组合而成的电芯,本申请对此不进行限定。
在一些实施例中,如图1所示,极耳12还包括极耳引线16,极耳12通过熔断组件14与极耳引线16电连接。其中,熔断组件14的第一表面142与熔断组件14的第二表面144相对设置,极耳12与熔断组件14的第一表面142电连接,极耳引线16与熔断组件14的第二表面144电连接。在本实施例中,可以将熔断组件14的厚度H1制作得很小,且熔断组件14与极耳12和极耳引线16电连接的接触表面的表面积可以很大,使得熔断组件14具有极小的电阻(例如,0.01mΩ-0.1mΩ)。熔断组件14的厚度H1越小,熔断组件14与极耳12和极耳引线16的接触面积越大,则熔断组件14的电阻越小。在一些实施例中,熔断组件14的厚度H1为0.1mm-2mm。在一些实施例中,熔断组件14的厚度H1为0.5mm-2mm。
如图2所示,极耳12通过熔断组件14与极耳引线16电连接。其中,极耳12和极耳引线16均与熔断组件14的第一表面142电连接。在本实施例中,可以通过调节熔断组件14的厚度以及熔断组件14与极耳12的接触面积,使得熔断组件14具有极小的电阻。在一些实施例中,熔断组件14的电阻为0.01mΩ-0.1mΩ。在一些实施例中,熔断组件14的电阻为0.01mΩ-0.05mΩ。
结合参考图1和图2所示,其中熔断组件14可以是导热胶,也可以是合金。若熔断组件14的厚度H1过小,则其力学性能不够;若熔断组件14的厚度H1过大,则其导电性能不够并且电芯的能量密度会受到影响。在一些实施例中,熔断组件14的横截面积可以为极耳12或极耳引线16的横截面积的5%-95%。在一些实施例中,熔断组件14的横截面积可以为极耳12或极耳引线16的横截面积的20%-80%。应当理解,横截面积是指在垂直于熔断组件14的厚度方向H的平面上的截面面积,本申请中的横截面积可以此来理解。通过对熔断组件14进行适当的配置,对于设置有熔断组件14的电芯10,能够保证整个电芯10的内阻的增加量不大于0.1mΩ。因此,熔断组件14能够仅在电芯过充且电芯的内部温度达到设定值(例如,100℃)时,熔断组件14熔化,使得充电通路断路而起到对电芯的过充保护的作用,并且不会影响电芯及其电池的正常工作。
如图3和图4所示,极耳12还包括极耳引线16,极耳12与极耳引线16电连接,极耳引线16再与熔断组件14电连接。如图3所示,具体示出了两个电芯10与电连接部件20之间的连接,即两个电芯10的极耳12先与其本身的极耳引线16电连接,再与各自的熔断组件14电连接后,分别与电连接部件20连接。通过该电连接部件20可将多个电芯10并联或串联在一起。在一些实施例中,电连接部件20可以是电芯包装袋内的电路,也可以是电池或电池组中的电路或电路保护板(PCB),又或是应用设备中的电路,还可以是其他任意适当的用于电连接的部件,本申请不以此为限。
如图4所示,示出了两个电芯10之间可通过该熔断组件14连接在一起,即两个电芯10中的其中一个极耳12分别与两个极耳引线16连接,再通过熔断组件14将两个电芯10的其中一个极耳引线16电连接在一起。在一些实施例中,可通过熔断组件14将多个电芯10之间以串联或并联的形式电连接在一起。
如图5所示,在一些实施例中,极耳12还包括极耳引线16,其中,极耳引线16包括第一极耳引线162和第二极耳引线164,第一极耳引线162与极耳电连接,第二极耳引线164通过熔断组件14与第一极耳引线162电连接。具体的,如图5所示,熔断组件14的第一表面142与熔断组件14的第二表面144相对设置,第一极耳引线162与熔断组件14的第一表面142电连接,第二极耳引线164与熔断组件14的第二表面144电连接。在一些实施例中,熔断组件14的横截面积为极耳12或极耳引线16(即第一极耳引线162或第二极耳引线164)的横截面积的5%-95%,以使得整个电芯10在加入该熔断组件14后的内阻的增加量不大于0.1mΩ。
如图6所示,在一些实施例中,极耳12还包括极耳引线16,极耳12与第一极耳引线162电连接,第一极耳引线162与第二极耳引线164之间通过熔断组件14电连接。其中,第一极耳引线162和第二极耳引线164均与熔断组件14的第一表面142电连接。在一些实施例中,熔断组件14的横截面积为极耳12或极耳引线16(即第一极耳引线162或第二极耳引线164)的横截面积的5%-95%,以使得整个电芯10在加入该熔断组件14后的内阻的增加量不大于0.1mΩ。如图5和图6所示,熔断组件14可以是导热胶,也可以是合金。
如图7所示,在一些实施例中,熔断组件14可以包括导电胶18和合金19,导电胶18包括第一导电胶182和第二导电胶184。第一导电胶182与极耳12电连接,第二导电胶184与极耳引线16电连接,合金19设置在第一导电胶182与第二导电胶184之间。在本实施例中,熔断组件14中同时使用了导电胶18和合金19,可尽量减小导电胶18和合金19的厚度,增加第一导电胶182与极耳12之间的接触面积以及第二导电胶184与极耳引线16之间的接触面积,使得熔断组件14具有尽量小的电阻(例如,0.01mΩ-0.1mΩ。当电芯10的内部温度达到100℃左右时,导电胶和合金同时熔化,使得电芯10的充电通路断开,以起到对电芯10的过充保护作用。
此外,在一些实施例中,导电胶18的横截面积可以与合金19的横截面积相同。导电胶18的横截面积可以是极耳12和极耳引线16中的横截面积的较小者的5%-95%。例如,极耳12的横截面积小于极耳引线16的横截面积,则导电胶18的横截面积可以是极耳12的横截面积的5%-95%。在一些实施例中,第一导电胶182的厚度H2、第二导电胶184的厚度H3和合金19的厚度H4中的任意一者可以是0.1mm-1mm,并且第一导电胶182的厚度H2、第二导电胶184的厚度H3和合金19的厚度H4的总和(即,熔断组件14的厚度H1)可以是0.3mm-2mm,即熔断组件14的厚度可以是0.3mm-2mm。
如图8所示,在一些实施例中,熔断组件14包括导电胶18和合金19,导电胶18包括第一导电胶182和第二导电胶184,第一导电胶182与第二导电胶184之间具有间隙188。第一导电胶182包括第一表面181和与第一导电胶182相对设置的第二表面183,极耳12与第一导电胶182的第一表面181电连接,合金19与第一导电胶182的第二表面183电连接。第二导电胶184包括第三表面185和与第三表面185相对设置的第四表面187,极耳引线16与第三表面185电连接,合金19分别与第二表面183和第四表面187电连接。在本实施例中,可通过调节导电胶18或合金19的厚度,以及导电胶与极耳12之间、导电胶与极耳引线16之间、导电胶与合金19之间的接触面积,使得该熔断组件14具有尽量小的电阻(例如,0.01mΩ-0.1mΩ)。当电芯10的内部温度达到100℃左右时,导电胶和合金同时熔化,使得电芯10的充电通路断开,以起到对电芯10的过充保护作用。
在一些实施例中,第一导电胶182与第二导电胶184之间的间隙188的宽度小于5mm,以保证熔断组件14的力学性能不受到影响。在一些实施例中,第一导电胶182的横截面积为极耳12的横截面积的5%-95%,优选为20%-80%;第二导电胶184的横截面积为极耳引线16的横截面积的5%-95%,优选为20%-80%。在一些实施例中,合金19与第一导电胶182之间的接触面积大于第二表面183的表面积的10%,合金19与第二导电胶184之间的接触面积大于第四表面187的表面积的10%,以保证合金19与第一导电胶182的第二导电胶184之间具有足够的粘接力。在一些实施例中,第一导电胶182的厚度H2、第二导电胶184的厚度H3和合金19的厚度H4中的任意一者可以是0.1mm-1mm,并且第一导电胶182、第二导电胶184的厚度H2、H3和合金19的厚度H4的总和可以是0.2mm-2mm,即熔断组件14的厚度H1可以是0.2mm-2mm。
如图9a和图9b所示,在一些实施例中,本申请提供的电芯10还可以包括第一包装袋30和第二包装袋40,电芯10包括与极耳12电连接的电芯本体11。该电芯10可以是上述的电芯之中的任意一种。极耳引线16与熔断组件14的连接方式可以是上述连接方式之中的任意一种。第一包装袋30收容该电芯本体11,第二包装袋40收容第一包装袋30。第一包装袋30中填充有电解液50。熔断组件14设置在第一包装袋30与第二包装袋40之间。第一包装袋30和第二包装袋40可采用市场上现有的包装袋。在电芯10过充时,电芯温度会随着电芯电量的增加而升高,当电芯温度升高到一定温度时,第二包装袋40中的熔断组件14开始融化,使得电芯发生断路。由于熔断组件14设置在第一包装袋30与第二包装袋40之间,所以熔断组件14与电解液50不会发生副反应,此时电芯内部因过充而发生的副反应也停止,进而能够使得电芯10温度下降,从而避免电芯因过充而导致的热失效。
如图10a和图10b所示,与图9a和图9b所示的实施例不同的是第一包装袋30与第二包装袋40之间还具有填充物60。本实施例的其它方面与图9a和图9b所示的实施例类似,此处不再赘述。其中,第一包装袋30与第二包装袋40之间的填充物60可以是防火材料或者吸热材料。在电芯过充时,电芯温度会随着电芯电量的增加而升高。当填充物60为防火材料时,第一包装袋30与第二包装袋40之间填充的防火材料会发生分解并产生CO2。当电芯因温度升高发生热失效时,第一包装袋30与第二包装袋40之间的CO2起到灭火作用,从而防止电芯燃烧。当填充物60为吸热材料时,该吸热材料可以及时吸收电芯产生的热量(如因电芯过充时产生的热量),当电芯因过充而温度上升时,可以防止电芯温度进一步升高,从而避免电芯因其温度的进一步升高而发生热失控。
其中,防火材料可以根据具体电芯的过充温度进行选择。在一些实施例中,防火材料可以包括碳酸氢盐,碳酸氢盐可以包括碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢钡之中的任意一种。在一些实施例中,吸热材料可以根据具体的应用需求来选择,如可以是高比热容材料,高比热容材料可以包括液态或固态中的至少一种,液态可以是水,固态可以是石蜡。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请。尽管已经示出和描述了本申请的较佳实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种电芯,包括:
极耳;以及
熔断组件,与所述极耳电连接;其中,所述熔断组件包括导电胶或合金中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的电芯,其中,所述极耳还包括极耳引线,所述极耳通过所述熔断组件与所述极耳引线电连接;或者所述极耳与所述极耳引线电连接,所述熔断组件与所述极耳引线电连接。
3.根据权利要求2所述的电芯,其中,所述熔断组件的横截面积为所述极耳或所述极耳引线的横截面积的5%-95%。
4.根据权利要求2所述的电芯,其中,所述极耳引线包括:
第一极耳引线,与所述极耳电连接;以及
第二极耳引线,通过所述熔断组件与所述第一极耳引线电连接。
5.根据权利要求2所述的电芯,其中,所述熔断组件包括所述导电胶和所述合金,所述导电胶包括:
第一导电胶,与所述极耳电连接;以及
第二导电胶,与所述极耳引线电连接;
所述合金设置在所述第一导电胶与所述第二导电胶之间。
6.根据权利要求5所述的电芯,其中,所述导电胶的横截面积等于所述合金的横截面积,且所述导电胶的横截面积为所述极耳和所述极耳引线中的横截面积的较小者的5%-95%。
7.根据权利要求2所述的电芯,其中,所述熔断组件包括所述导电胶和所述合金,所述导电胶包括:
第一导电胶,包括第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面,所述极耳与所述第一表面电连接,所述合金与所述第二表面电连接;以及
第二导电胶,与所述第一导电胶之间具有间隙,包括第三表面和与所述第三表面相对设置的第四表面,所述极耳引线与所述第三表面电连接,所述合金与所述第四表面电连接。
8.根据权利要求7所述的电芯,其中,
所述第一导电胶的横截面积为所述极耳的横截面积的5%-95%,所述合金与所述第一导电胶之间的接触面积大于所述第二表面的表面积的10%;
所述第二导电胶的横截面积为所述极耳引线的横截面积的5%-95%,所述合金与所述第二导电胶之间的接触面积大于所述第四表面的表面积的10%。
9.根据权利要求1所述的电芯,其中,所述导电胶包括基体材料和导电金属粒子,所述基体材料包括环氧树脂、硅酮和聚合物之中的任意一种,所述导电金属粒子包括Au、Ag、Ni、Cu或碳系导电粒子之中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的电芯,其中,所述合金包括铋锡铅合金、铟铋合金、镓铟锡合金或镓铟锌合金中的至少一种,所述合金的熔点为90℃-110℃。
11.根据权利要求1至10中任一项权利要求所述的电芯,其中,所述电芯还包括与所述极耳电连接的电芯本体、第一包装袋和第二包装袋,所述第一包装袋收容所述电芯本体,所述第二包装袋收容所述第一包装袋,所述熔断组件设置在所述第一包装袋与所述第二包装袋之间。
12.根据权利要求11所述的电芯,其中,所述第一包装袋与所述第二包装袋之间填充有防火材料或者吸热材料。
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