CN112331926B - 一种电池包、车辆及储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池包、车辆及储能装置，属于电池技术领域。电池包包括外框架和电池组，电池组设置于外框架内，电池组包括沿第三方向叠加设置的两个以上的单体电池；单体电池具有沿第一方向的第一尺寸、沿第二方向的第二尺寸和沿第三方向的第三尺寸，第一方向和第二方向相互垂直且均为水平方向，第三方向为竖直方向，第一尺寸/第三尺寸>30且第二尺寸/第三尺寸>30。简化了电池包内部结构，大幅提高了电池包体积利用率；使得电池包的生产工艺得到了优化，由此使得电池包生产中的合格率得到提高，电池包的精度得到提升，质量稳定性增加。

Description

一种电池包、车辆及储能装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池包、车辆及储能装置。
背景技术
新能源汽车技术的发展，对汽车续航里程、动力性能等方面提出越来越高的要求，对于作为主要动力源的电池模组的能量密度的要求越来越高。目前，为了提高续航里程，目前常规的做法是通过使用新材料来提高电芯性能，但已知的多种材料均已面临性能极限，新材料的开发或成本过高或在实际使用过程依然面临无法产业化的问题。由此，提高模组效率成为一种可选的途径。
目前，模组中的电池以并联、串联共存的方式进行连接，由于软包电芯的力学强度问题，模组内部通常设置有额外的安装和连接结构，这些结构极大的占用了模组的内部空间，降低了模组的体积能量密度；并且由于电池包内部的支撑、连接结构复杂，从而使得电池包生产工艺复杂，进而使得电池包成品率低，电池包的质量稳定性差。
因此，亟需一种体积利用率高且成品合格率高的电池包、车辆及储能装置，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电池包、车辆及储能装置，实现了电池包和储能装置的体积利用率高及体积能量密度高的目的，进而提高了车辆的续航能力；且提高了电池包生产中的合格率，提高了电池包的精度以及质量稳定性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电池包，包括外框架和电池组，所述电池组设置于所述外框架内，所述电池组包括沿第三方向叠加设置的两个以上的单体电池；
所述单体电池具有沿第一方向的第一尺寸、沿第二方向的第二尺寸和沿所述第三方向的第三尺寸，所述第一方向和所述第二方向相互垂直且均为水平方向，所述第三方向为竖直方向，所述第一尺寸/所述第三尺寸>30且所述第二尺寸/所述第三尺寸>30。
本领域技术人员可以理解的是，由于电池包是水平放置在电动汽车中，因此，水平方向指的是电池包在整车中的长度和宽度的安装方向，第一方向为整车的长度方向，第二方向为整车的宽度方向；作为一种实施方式，第一方向为电池包的长度方向，第二方向为电池包的宽度方向，即电池包的长度方向与整车的长度方向相同；可以替换的，第一方向为电池包的宽度方向，第二方向为电池包的长度方向，即整车的长度方向与电池包的宽度方向相同。
对于多数的车辆而言，车身长度为2000mm-6000mm比如3000mm、3500mm、4000mm、4500mm；车身宽度为1500mm-2000mm，比如1600mm、1800mm。
电池包在第一方向上的尺寸与车身长度的比值a满足：40%≤a≤80%，比如40%、50%、60%、70%、80%；优选地，55%≤a≤70%；
电池包在第二方向上的尺寸与车身宽度的比值b满足：40%≤a≤90%，比如40%、50%、60%、70%、80%；优选地，55%≤b≤80%。
一个电池组指的是单体电池在第三方向即竖直方向层叠形成的电池集合体，一个单体电池只设有一个外包装结构，一个单体电池可以包括一个或多个极芯，一个单体电池中的所有极芯共有一个外包装结构，外包装结构的使用没有特别限定，可以是软包或者能够对单体电池形成支撑力的外包装结构；软包可以是现有技术中常见的铝塑膜；所有能够对单体电池形成支撑力的外包装结构可以是铝壳或钢壳，本领域技术人员可以理解的是，任何不与发明构思相违背的已知的外包装结构均能用于本发明中。
作为一种实施方式，所述单体电池在所述第一方向上的所述第一尺寸大于所述单体电池在所述第二方向上的所述第二尺寸，且所述电池组沿所述第一方向的尺寸大于所述电池组沿所述第二方向的尺寸。作为一种特别的实施方式，所述电池组中所述单体电池在所述水平方向上的数量为1个。
作为一种实施方式，所述电池包在所述水平方向上设置有2个以上的所述电池组，可以在所述第一方向上，也可以在所述第二方向上。设置方向的不同会使得电池组和单体电池在水平方向上的尺寸发生变化；比如，当在第一方向上设置3个电池组，而在第二方向上设置1个电池组，这使得电池组沿第二方向的尺寸可能大于电池组沿第一方向的尺寸。
优选的，所述电池包在所述第一方向上包括n个电池组，所述电池组在所述第二方向上包括m个电池组，则m*n≤12个，比如12、10、9。进一步优选地，m*n≤8，比如8、6。最优选地，m*n≤比如4、2；当m*n=2时，优选在第一方向上即电池包的长度方向上设置2个电池组。
优选地，第一尺寸/第三尺寸>30、所述第二尺寸/第三尺寸>30且第一尺寸/第三尺寸的比值与第二尺寸/第三尺寸的比值不同。由于电池包的长方形结构，与之对应的，长方形的单体电池结构有利于电池包体积利用率的提高。
优选地，第一尺寸/第三尺寸>50。进一步优选地，第一尺寸/第三尺寸>100。
更进一步优选地，第一尺寸/第三尺寸>300。最优选地，第一尺寸/第三尺寸>500且第一尺寸/第三尺寸<1500。
优选地，所述电池组在所述第三方向即竖直方向上设置有50-100层所述单体电池。由此，使得单体电池具有极小的厚度且在水平方向上具有较大的面积，由于省略了单体电池在水平方向上的连接、支撑结构，由此得到了体积能量密度更大的电池包结构。作为一种实施方式，单体电池的厚度介于1mm-2mm之间。
需要指出的是，一般情况下，由于电池包的体积、电压平台是定制的，在电池的材料体系是确定的情况下，单体电池的电压平台和实际所需要的单体电池的个数是一定的，继而导致单体电池的体积是一定的，因此，单体电池的第一尺寸、第二尺寸和第三尺寸的调节是相互作用不可分割的整体，且由于电池包还需要考虑散热、力学强度等方面的问题，使得单体电池不可能无限制的减小厚度。
作为一种电池包的优选技术方案，所述电池包还包括第一支撑结构和第二支撑结构，所述第一支撑结构设置于多层所述单体电池的底层并用于支撑固定底层的所述单体电池，任意相邻的两层所述单体电池之间均设置有所述第二支撑结构。
对第一支撑结构和第二支撑结构没有特别的限定，可以为单一支撑结构或复合而成的支撑结构。作为一种实施方式，电池组直接与车辆底盘接触，由此，可通过在汽车底盘设置强化结构来形成第一支撑结构，或将第一支撑结构设置在汽车底盘上，通过一体成型的方式将两者固定连接为一体。
作为一种电池包的优选技术方案，所述电池包还包括散热结构，所述散热结构设置于所述第一支撑结构和/或所述第二支撑结构上。需要说明的是，在实际应用的过程中，散热结构与第一支撑结构和第二支撑结构可以是相互独立的两个结构，或者散热结构与第一支撑结构或第二支撑结构一体成型。
作为一种电池包的优选技术方案，所述电池包还包括相变散热层，所述相变散热层设置于任意相邻的两层所述单体电池之间。
所述相变散热层为石蜡、聚乳酸中的一种或两种。
电池组或单体电池的水平截面形状为规则的多边形或非规则的多边形，比如三角形、长方形、菱形等。优选地，电池组或单体电池的水平截面的形状为规则的三角形、四边形、五边形、六边形或其他多边形中的一种。当电池包中包含两个及以上的电池组时，电池组或单体电池的水平截面的形状为规则的三角形、四边形、五边形、六边形或其他多边形中的一种或两种以上，比如为了提高体积利用率，采用多种不同截面形状的电池组进行叠合，以尽量避免不必要的空隙，比如菱形四边形和三角形的组合。
当电池组或单体电池的水平截面形状为非长方形时，第一尺寸为单体电池的侧边在第一方向上的投影的最大尺寸；同理，第二尺寸为单体电池的侧边在第二方向上的投影的最大尺寸；技术人员可以理解，每个侧边在第一方向、第二方向均有一个投影，“侧边在第一方向上的投影的最大尺寸”指的是所有侧边在第一方向上的最长的投影所对应的尺寸，比如对于形状为三角形的电池组合单体电池，三条边在第一方向上的投影尺寸分别为12cm、9cm、10cm，则第一尺寸为12cm；同理，可以确定第二尺寸。
对第一尺寸和第二尺寸的投影的侧边没有特别限定，第一尺寸所对应的侧边与第二尺寸所对应的侧边可以相同也可以不同。
作为一种实施方式，单个单体电池具有单一的厚度或不同的厚度，当单个单体电池具有不唯一的厚度尺寸时，即单体电池在第三方向即竖直方向上的投影的上下两条边中的任意一条不是水平的直线时，第三尺寸是指单体电池在竖直方向上的投影的形状在竖直方向上具有的最大长度。
作为一种实施方式，不同电池组或一个电池组中，单体电池具有相同或不同的厚度，在一个电池组中，不同位置的单体电池具有不同的散热要求或力学强度，在不违背本发明构思的情况下，将不同电池组或单个电池组中的不同单体电池设计成具有不同的厚度。
作为一种特殊的实施方式，所述单体电池包括沿所述第一方向或所述第二方向上依次设置的多个极芯叠层形成的极芯组和设置在所述极芯组外边缘的绝缘体，所述极芯包括一个正极、一个负极、介于所述正极和所述负极之间的固态电解质和所述固态电解质外侧的绝缘体支撑层，所述固态电解质和所述绝缘体支撑层的厚度相同。
优选地，所述正极和所述负极的长度为所述固态电解质和所述绝缘体支撑层的长度之和的0.9-1.1倍。
所述绝缘体支撑层的杨氏模量E1>1.5GPa。优选地，E1>2.5Gpa。进一步优选地，E1>3.5GPa。
所述绝缘体的杨氏模量E2>4.5GPa。优选地，E2>5.5GPa。进一步优选地，E2>6.5GPa。
作为一种实施方式，绝缘体支撑层和绝缘体使用绝缘的树脂材料或陶瓷材料组成，所述绝缘指的是不能让电子和锂离子通过。
所述正极包括正极集流体和正极活性物质层。作为本发明优选的技术方案，所述正极的正极活性物质层中包括正极活性物质。
优选地，所述正极活性物质包括LiCoO2，LiMnO2，LiNiO2，LiVO2，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4，LiTi5O12、Li(Ni0.5Mn1.5)O4、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4或LiNbO3中的任意一种或至少两种的组合。
其中，LiCoO2，LiMnO2，LiNiO2，LiVO2，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有岩盐层状结构，LiMn2O4，LiTi5O12、Li(Ni0.5Mn1.5)O4具有尖晶石结构，LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiNbO3具有橄榄石结构。同时，已知的涂层形式也是可以使用的，比如LiNbO3等。
优选地，所述正极活性物质层中还包括固体电解质材料、导电材料或粘合材料中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述固体电解质材料包括硫化物固体电解质材料和/或氧化物固态电解质材料。
优选地，所述导电材料包括乙炔黑、导电碳黑、科琴黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述粘合材料包括偏聚氟乙烯、羟甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述正极活性物质层的厚度为1μm-500μm，例如1μm、5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm等，优选为50μm-200μm。
优选地，所述正极活性物质层的表面包覆有涂层。
正极活性物质层表面包覆涂层的目的在于抑制正极活性物质与固体电解质材料的反应。
优选地，所述涂层的材料包括LiNbO3、Li3PO4或LiPON中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述涂层的厚度为1nm-20nm，例如1nm、2nm、5nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm等。
所述负极包括负极集流体和负极活性物质层，所述负极活性物质层包括金属活性物质、碳活性物质或氧化物活性物质中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述金属活性物质包括Si、Sn、In、Si-Al合金或Si-In合金中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述碳活性物质包括石墨、硬碳或软碳中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述氧化物活性物质包括Li4Ti5O12。
优选地，所述负极活性物质层中还包括固体电解质材料、导电材料或粘合材料中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述固体电解质材料包括硫化物固体电解质材料和/或氧化物固态电解质材料。
优选地，所述导电材料包括乙炔黑、导电碳黑、科琴黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述粘合材料包括偏聚氟乙烯、羟甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述负极活性物质层的厚度为1μm-500μm，例如1μm、5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm等，优选为50μm-200μm。
优选地，所述固态电解质选自氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质中的一种或几种。
所述氧化物固态电解质作为氧化物系固体电解质，具体而言，可示例LiPON(磷酸锂氧氮化物)、Li1.3Al0.3Ti0.7(PO4)3、La0.51Li0.34TiO0.74、Li3PO4、Li2SiO2、Li2SiO4等。
本发明所使用的聚合物固态电解质通常含有金属盐和聚合物。在根据本发明的单体电池为锂电池的情况下，可以使用锂盐作为金属盐。作为锂盐，可以使用上述无机锂盐和有机锂盐中的至少任意一种。作为聚合物，只要与锂盐形成络合物就没有特别限定，例如可举出聚环氧乙烷等。
作为硫化物固态电解质，例如可举出Li2S－P2S5、Li2S－P2S5－LiI、Li2S－P2S5－Li2O、Li2S－P2S5－Li2O－LiI、Li2S－SiS2、Li2S－SiS2－LiI、Li2S－SiS2－LiBr、Li2S－SiS2－LiCl、Li2S－SiS2－B2S3－LiI、Li2S－SiS2－P2S5－LiI、Li2S－B2S3、Li2S－P2S5－ZmSn(其中，m、n为正数。Z为Ge、Zn、Ga的任一者)、Li2S－GeS2、Li2S－SiS2－Li3PO4、Li2S－SiS2－LixMOy(其中，x、y为正数。M为P、Si、Ge、B、Al、Ga、In的任一者。)。予以说明，上述「Li2S－P2S5」的记载是指使用包含Li2S和P2S5的原料组合物而成的硫化物固体电解质材料，关于其它记载也同样。
硫化物固体电解质材料除了上述离子传导体还可以含有卤化锂。作为卤化锂，例如可举出LiF、LiCl、LiBr和LiI，其中优选LiCl、LiBr和LiI。硫化物固体电解质材料中的LiX(X＝F、I、Cl、Br)的比例例如在5mol％～30mol％的范围内，可以在15mol％～25mol％的范围内。
作为本发明所使用的固体电解质，除了上述以外，例如可举出Li2Ti(PO4)3-AlPO4(Ohara玻璃)等。
在水平方向上叠层形成的极芯组的两端各自设置有电极压板，电极压板上设置有电极线，电极压板和电极线都由导电材料制成，因此，电极压板和电极线能够从单体电池取出电流，单体电池之间可以采用并联的连接方式或串联的连接方式，相应的连接方式通过常规的电极线的连接方式的调整即可。
特别优选地，一个单体电池包括并列设置的多个极芯组，极芯组与极芯组之间设置有绝缘体，并列的极芯组之间通过串联或并联连接。每个极芯组的两端各自设置有电极压板，电极压板上设置有电极线，电极压板和电极线都由导电材料制成，因此，电极压板和电极线能够从极芯组取出电流，通过内置线路使得极芯组之间实现并联或串联连接。
为达上述目的，本发明还提供了一种车辆，包括如上所述的电池包。
为达上述目的，本发明还提供了一种储能装置，包括如上所述的电池包。
相较于现有技术，本发明扩大了单体电池在水平方向的横截面积，电池包在第三方向即竖直方向设置多个单体电池，使得集成得到的电池包具有如下效果：
1)电池包的体积利用率得到显著提高，即电池包的体积能量利用率大幅度提高。由于扩大了单体电池在水平方向上的横截面积，使得电池包在水平方向上设置的单体电池的个数得到了有效减少，甚至可以减少到只有一个单体电池，节省了电池包在水平方向的支撑、连接结构，将传统电池包中水平、竖直方向双向固定结构简化为单一的水平固定结构，简化了电池包内部结构，大幅提高了电池包体积利用率；由于电池包的内部结构得到了大幅度的简化，使得电池包的生产工艺得到了优化，由此使得电池包生产中的合格率得到提高，电池包的精度得到提升，误差降低，电池包的质量稳定性增加。
2)由于电池包在水平方向的横截面积大于竖直方向的横截面积，将散热结构设置于水平截面上，使得单体电池和电池包在水平方向上的散热性能得到增加，提高了电池包内部温度的一致性。
3)由于单体电池内部设置有自支撑结构，使得电池在水平方向上的支撑强度得到显著提高，增大了单体电池在水平方向上的横截面积，提高了电池包体积利用率。
4)大幅降低了电池包厚度，为车辆底盘以及储能装置的空间利用提供了更多空间。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的第一种电池组的排布方式示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的第二种电池组的排布方式示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的第一种电池包的主视图；
图4是本发明具体实施方式提供的第一种电池包的俯视图；
图5是本发明具体实施方式提供的第二种电池包的主视图；
图6是本发明具体实施方式提供的第二种电池包的俯视图。
附图标记：
1、正极集流体；2、正极活性物质层；3、固态电解质；4、负极活性物质层；5、负极集流体；6、绝缘体支撑层；7、绝缘体；
100、单体电池。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1-图6所示，本实施例提供了一种电池包，包括外框架和电池组，电池组设置于外框架内，电池组包括沿第三方向叠加设置的两个以上的单体电池；单体电池具有沿第一方向的第一尺寸、沿第二方向的第二尺寸和沿第三方向的第三尺寸，第一方向和第二方向相互垂直且均为水平方向，第三方向为竖直方向，第一尺寸/第三尺寸>30且第二尺寸/第三尺寸>30。
相较于现有技术，本实施例中的电池包扩大了单体电池100在水平方向的横截面积，电池包在第三方向即竖直方向设置多个单体电池100，使得集成得到的电池包具有如下效果：电池包的体积利用率得到显著提高，即电池包的体积能量利用率大幅度提高。由于扩大了单体电池100在水平方向上的横截面积，使得电池包在水平方向上设置的单体电池100的个数得到了有效减少，甚至可以减少到只有一个单体电池100，节省了电池包在水平方向的支撑、连接结构，将传统电池包中水平、竖直方向双向固定结构简化为单一的水平固定结构，简化了电池包内部结构，大幅提高了电池包体积利用率及体积能量密度，进而提高了车辆的续航能力；由于电池包的内部结构得到了大幅度的简化，使得电池包的生产工艺得到了优化，由此使得电池包生产中的合格率得到提高，电池包的精度得到提升，误差降低，电池包的质量稳定性增加。
本领域技术人员可以理解的是，由于电池包是水平放置在电动汽车中，因此，水平方向指的是电池包在整车中的长度和宽度的安装方向，第一方向为整车的长度方向，第二方向为整车的宽度方向；作为一种实施方式，第一方向为电池包的长度方向，第二方向为电池包的宽度方向，即电池包的长度方向与整车的长度方向相同；可以替换的，第一方向为电池包的宽度方向，第二方向为电池包的长度方向，即整车的长度方向与电池包的宽度方向相同。
一个电池组指的是单体电池100在第三方向即竖直方向层叠形成的电池集合体，一个单体电池100只设有一个外包装结构，一个单体电池100可以包括一个或多个极芯，一个单体电池100中的所有的极芯共有一个外包装结构，外包装结构的使用没有特别限定，可以是软包或者能够对单体电池100形成支撑力的外包装结构；软包可以是现有技术中常见的铝塑膜；所有能够对单体电池100形成支撑力的外包装结构可以是铝壳或钢壳，本领域技术人员可以理解的是，任何不与发明构思相违背的已知的外包装结构均能用于本发明中。需要注意的是，当电池组中的单体电池100叠加设置较多时，在电池包使用过程中电池包外包裹的铝塑膜可能会发生磨损，导致电池包性能下降甚至失效，因此，当电池组中单体电池100叠加数量较多时，使用刚性外壳对叠加设置的电池组进行包装是有利的。
优选地，沿第三方向上相邻两层的单体电池100之间可以通过粘结胶进行固定，任何已知的不与本发明构思相违背的粘结胶均能用于本发明中。
作为一种实施方式，单体电池100在第一方向上的第一尺寸大于单体电池100在第二方向上的第二尺寸，且电池组沿第一方向的尺寸大于电池组沿第二方向的尺寸。作为一种特别的实施方式，电池组中单体电池100在水平方向上的数量为1个。
作为一种实施方式，电池包在水平方向上设置有2个以上的电池组，可以在第一方向上，也可以在第二方向上，设置方向的不同会使得电池组和单体电池100在水平方向上的尺寸发生变化；比如，当在第一方向上设置3个电池组，而在第二方向上设置1个电池组，这使得电池组沿第二方向的尺寸可能大于电池组沿第一方向的尺寸。
优选的，电池包在第一方向上包括n个电池组，电池组在第二方向上包括m个电池组，则m*n≤12个，比如12、10、9。进一步优选地，m*n≤8，比如8、6。最优选地，m*n≤比如4、2；当 m*n=2时，优选在第一方向上即电池包的长度方向上设置2个电池组。
优选地，第一尺寸/第三尺寸>30、第二尺寸/第三尺寸>30且第一尺寸/第三尺寸的比值与第二尺寸/第三尺寸的比值不同。由于电池包的长方形结构，与之对应的，长方形的单体电池100结构有利于电池包体积利用率的提高。
优选地，第一尺寸/第三尺寸>50。进一步优选地，第一尺寸/第三尺寸>100。更进一步优选地，第一尺寸/第三尺寸>300。最优选地，第一尺寸/第三尺寸>500且第一尺寸/第三尺寸<1500。
优选地，电池组在第三方向即竖直方向上设置有50-100层单体电池100，由此，使得单体电池100具有极小的厚度且在水平方向上具有较大的面积，由于省略了单体电池100在水平方向上的连接、支撑结构，由此得到了体积能量密度更大的电池包结构；作为一种实施方式，单体电池100的厚度介于1mm-2mm之间。进一步优选地，电池组的层数大于100层时，每层电池组沿第一方向的尺寸小于1mm。
需要指出的是，一般情况下，由于电池包的体积、电压平台是定制的，在电池的材料体系确定的情况下，单体电池100的电压平台和实际所需要的单体电池100的个数是一定的，继而导致单体电池100的体积是一定的，因此，单体电池100的第一尺寸、第二尺寸和第三尺寸的调节是相互作用不可分割的整体，且由于电池包还需要考虑散热、力学强度等方面的问题，使得单体电池100不可能无限制的减小厚度。
优选地，电池包还包括第一支撑结构和第二支撑结构，第一支撑结构设置于多层单体电池100的底层并用于支撑固定底层的单体电池100，任意相邻的两层单体电池100之间均设置有第二支撑结构。
对第一支撑结构和第二支撑结构没有特别的限定，可以为单一支撑结构或复合而成的支撑结构。作为一种实施方式，电池组直接与车辆底盘接触，由此，可通过在汽车底盘设置强化结构来形成第一支撑结构，或将第一支撑结构设置在汽车底盘上，通过一体成型的方式将两者固定连接为一体。
优选地，电池包还包括散热结构，散热结构设置于第一支撑结构和/或第二支撑结构上。需要说明的是，在实际应用的过程中，散热结构与第一支撑结构和第二支撑结构可以是相互独立的两个结构，或者散热结构与第一支撑结构或第二支撑结构一体成型。由于电池包在水平方向的横截面积大于竖直方向的横截面积，将散热结构设置于水平截面上，使得单体电池100和电池包在水平方向上的散热性能得到增加，提高了电池包内部温度的一致性。任何已知的，不与本发明构思相违背的散热结构均能用于本发明中，包括但不限于风冷结构或水冷结构。进一步优选的，电池包还可以包括温度探测结构或监控装置，以对单体电池100的温度进行监测。需要说明的是，温度探测结构以及监控装置是本领域中较为成熟的技术，具体的控制原理及控制结构在此不再赘述。
优选地，电池包还包括相变散热层，相变散热层设置于任意相邻的两层单体电池100之间。可选地，相变散热层为石蜡、聚乳酸中的一种或两种。当单体电池100发热达到一定程度时，相变散热层会发生相变，进而吸收单体电池100使用过程中产生的热量，提高电池包使用的安全性。
电池组或单体电池100的水平截面形状为规则的多边形或非规则的多边形，比如三角形、长方形、菱形等。优选地，电池组或单体电池100的水平截面的形状为规则的三角形、四边形、五边形、六边形或其他多边形中的一种。当电池包中包含两个及以上的电池组时，电池组或单体电池100的水平截面的形状为规则的三角形、四边形、五边形、六边形或其他多边形中的一种或两种以上，比如为了提高体积利用率，采用多种不同截面形状的电池组进行叠合，以尽量避免不必要的空隙，比如菱形四边形和三角形的组合。
当电池组或单体电池100的水平截面形状为非长方形时，第一尺寸为电池组或单体电池100的侧边在第一方向上的投影的最大尺寸；同理，第二尺寸为电池组或单体电池100的侧边在第二方向上的投影的最大尺寸；技术人员可以理解，每个侧边在第一方向、第二方向均有一个投影，“侧边在第一方向上的投影的最大尺寸”指的是所有侧边在第一方向上的最长的投影所对应的尺寸，比如对于形状为三角形的电池组合单体电池100，三条边在第一方向上的投影尺寸分别为12cm、9cm、10cm，则第一尺寸为12cm；同理，可以确定第二尺寸。
对第一尺寸和第二尺寸的投影的侧边没有特别限定，第一尺寸所对应的侧边与第二尺寸所对应的侧边可以相同也可以不同。
作为一种实施方式，单个单体电池100具有单一的厚度或不同的厚度，当单个单体电池100具有不唯一的厚度尺寸时，即单体电池100在第三方向即竖直方向上的投影的上下两条边中的任意一条不是水平的直线时，第三尺寸是指单体电池100在竖直方向上的投影的形状在竖直方向上具有的最大长度。
作为一种实施方式，不同电池组或一个电池组中，单体电池100具有相同或不同的厚度，在一个电池组中，不同位置的单体电池100具有不同的散热要求或力学强度，在不违背本发明构思的情况下，将不同电池组或单个电池组中的不同单体电池100设计成具有不同的厚度。
作为一种特殊的实施方式，单体电池100包括沿第一方向或第二方向上依次设置的多个极芯叠层形成的极芯组和设置在极芯组外边缘的绝缘体7，极芯包括一个正极、一个负极、介于正极和负极之间的固态电解质3和固态电解质3外侧的绝缘体支撑层6，固态电解质3和绝缘体支撑层6的厚度相同。由于单体电池100内部设置有自支撑结构绝缘体支撑层6，使得单体电池100在水平方向上的支撑强度得到显著提高，减少了采用额外的安装和连接支撑结构支撑单体电池100，增大了单体电池100在水平方向上的横截面积，在相同的体积情况下，单体电池100的厚度可以减小，使得电池包在厚度方向上占用更小的体积；在相同的体积下，电池包容易容纳更多的单体电池100，提高了电池包体积利用率。
优选地，绝缘体支撑层6设置于正极活性物质层2和负极活性物质层4之间的区域的边缘位置。进一步优选地，正极活性物质层2和负极活性物质层4之间的区域的环向边缘位置均设置有绝缘体支撑层6，单体电池100内具有的自支撑结构即绝缘体支撑层6，使得单体电池100能够承受沿第一方向的压力。
优选地，正极和负极的长度为固态电解质3和绝缘体支撑层6的长度之和的0.9-1.1倍。
绝缘体支撑层6的杨氏模量E1>1.5GPa。优选地，E1>2.5Gpa。进一步优选地，E1>3.5GPa。
绝缘体7的杨氏模量E2>4.5GPa。优选地，E2>5.5GPa。进一步优选地，E2>6.5GPa。
作为一种实施方式，绝缘体支撑层6和绝缘体7使用绝缘的树脂材料或陶瓷材料组成，绝缘指的是不能让电子和锂离子通过。
正极包括正极集流体1和正极活性物质层2。作为本发明优选的技术方案，正极的正极活性物质层2中包括正极活性物质。
优选地，正极活性物质包括LiCoO2，LiMnO2，LiNiO2，LiVO2，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiMn2O4，LiTi5O12、Li(Ni0.5Mn1.5)O4、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4或LiNbO3中的任意一种或至少两种的组合。
其中，LiCoO2，LiMnO2，LiNiO2，LiVO2，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2具有岩盐层状结构，LiMn2O4，LiTi5O12、Li(Ni0.5Mn1.5)O4具有尖晶石结构，LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiNbO3具有橄榄石结构。同时，已知的涂层形式也是可以使用的，比如LiNbO3等。
优选地，正极活性物质层2中还包括固体电解质材料、导电材料或粘合材料中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，固体电解质材料包括硫化物固体电解质材料和/或氧化物固态电解质材料。
优选地，导电材料包括乙炔黑、导电碳黑、科琴黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，粘合材料包括偏聚氟乙烯、羟甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，正极活性物质层2的厚度为1μm-500μm，例如1μm、5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm等。在本实施例中，正极活性物质层2的厚度优选为50μm-200μm。
优选地，正极活性物质层2的表面包覆有涂层。
正极活性物质层2表面包覆涂层的目的在于抑制正极活性物质与固体电解质材料的反应。
优选地，涂层的材料包括LiNbO3、Li3PO4或LiPON中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，涂层的厚度为1nm-20nm，例如1nm、2nm、5nm、8nm、10nm、12nm、14nm、16nm、18nm或20nm等。
负极包括负极集流体5和负极活性物质层4，负极活性物质层4包括金属活性物质、碳活性物质或氧化物活性物质中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，金属活性物质包括Si、Sn、In、Si-Al合金或Si-In合金中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，碳活性物质包括石墨、硬碳或软碳中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，氧化物活性物质包括Li4Ti5O12。
优选地，负极活性物质层4中还包括固体电解质材料、导电材料或粘合材料中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，固体电解质材料包括硫化物固体电解质材料和/或氧化物固态电解质材料。
优选地，导电材料包括乙炔黑、导电碳黑、科琴黑或碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，粘合材料包括偏聚氟乙烯、羟甲基纤维素钠或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，负极活性物质层4的厚度为1μm-500μm，例如1μm、5μm、10μm、50μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm等。在本实施例中，负极活性物质层4的厚度优选为50μm-200μm。
优选地，固态电解质3选自氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质中的一种或几种。
氧化物固态电解质作为氧化物系固体电解质，具体而言，可示例LiPON(磷酸锂氧氮化物)、Li1.3Al0.3Ti0.7(PO4)3、La0.51Li0.34TiO0.74、Li3PO4、Li2SiO2、Li2SiO4等。
本发明所使用的聚合物固态电解质通常含有金属盐和聚合物。在根据本发明的单体电池100为锂电池的情况下，可以使用锂盐作为金属盐。作为锂盐，可以使用上述无机锂盐和有机锂盐中的至少任意一种。作为聚合物，只要与锂盐形成络合物就没有特别限定，例如可举出聚环氧乙烷等。
作为硫化物固态电解质，例如可举出Li2S－P2S5、Li2S－P2S5－LiI、Li2S－P2S5－Li2O、Li2S－P2S5－Li2O－LiI、Li2S－SiS2、Li2S－SiS2－LiI、Li2S－SiS2－LiBr、Li2S－SiS2－LiCl、Li2S－SiS2－B2S3－LiI、Li2S－SiS2－P2S5－LiI、Li2S－B2S3、Li2S－P2S5－ZmSn(其中，m、n为正数。Z为Ge、Zn、Ga的任一者)、Li2S－GeS2、Li2S－SiS2－Li3PO4、Li2S－SiS2－LixMOy(其中，x、y为正数。M为P、Si、Ge、B、Al、Ga、In的任一者。)。予以说明，上述「Li2S－P2S5」的记载是指使用包含Li2S和P2S5的原料组合物而成的硫化物固体电解质材料，关于其它记载也同样。
硫化物固体电解质材料除了上述离子传导体还可以含有卤化锂。作为卤化锂，例如可举出LiF、LiCl、LiBr和LiI，其中优选LiCl、LiBr和LiI。硫化物固体电解质材料中的LiX(X＝F、I、Cl、Br)的比例例如在5mol％～30mol％的范围内，可以在15mol％～25mol％的范围内。
作为本发明所使用的固体电解质，除了上述以外，例如可举出 Li2Ti(PO4)3-AlPO4(Ohara玻璃)等。
在水平方向上叠层形成的极芯组的两端各自设置有电极压板，电极压板上设置有电极线，电极压板和电极线都由导电材料制成，因此，电极压板和电极线能够从单体电池100取出电流，单体电池100之间可以采用并联的连接方式或串联的连接方式，相应的连接方式通过常规的电极线的连接方式的调整即可。
特别优选地，一个单体电池100包括并列设置的多个极芯组，极芯组与极芯组之间设置有绝缘体7，并列的极芯组之间通过串联或并联连接。每个极芯组的两端各自设置有电极压板，电极压板上设置有电极线，电极压板和电极线都由导电材料制成，因此，电极压板和电极线能够从极芯组取出电流，通过内置线路使得极芯组之间实现并联或串联连接。
以下示例和对比例均是以3C充电电流对电池包进行快充为例，具体数据见表1。
示例1、示例2、示例3和对比例1中，电池包的尺寸均为长*宽*高（mm）=2000*1400*1350。
对比例1
单体电池100的尺寸中的长*宽*高（mm）=180*200*13，单体个数（长*宽*竖直方向）=9*6*8，单体电池总体积/电池包体积=47.5%，其电池包的升高温度为19.0℃。
示例1
单体电池100的尺寸中的长*宽*高（mm）=600*1250*1，单体个数（水平方向*竖直方向）=3*100，单体电池总体积/电池包体积=59.5%，其电池包的升高温度为15.6℃。
示例2
单体电池100的尺寸中的长*宽*高（mm）=1840*1250*2，单体个数（竖直方向）55，单体电池总体积/电池包体积66.9%，其电池包的升高温度为13.9℃。
示例3
单体电池100的尺寸中的长*宽*高（mm）=1880*1250*3，单体个数（竖直方向）=39，单体电池总体积/电池包体积=72.7%，其电池包的升高温度为11.8℃。
采用本实施例提供的电池包其单体电池体积/电池包体积的百分数均高于普通电池包的单体电池体积/电池包体积的百分数。在本实施例提供的三个示例中，当电池包体积以及单体电池100的宽度一定时，单体电池100的长度和高度逐渐增大及单体电池100个数逐渐减小的过程中，电池包升温逐渐减小，其单体电池总体积/电池包体积的百分数逐渐增加。分析其原因，是由于当单体电池100的长度和高度逐渐增大过程中，当电池包体积一定的情况下，可进一步减小单体电池100之间的支撑结构的使用，从而使得单体电池总体积/电池包体积百分数逐渐增加。需要注意的是，由于本实施例提供的单体电池100的形状为水平方向面积较大，竖直方向的厚度较低，因此，在调整单体电池100沿竖直方向的厚度时，需保证单体电池100和电池包整体的结构强度以及散热效果。
表1
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本实施例还提供了一种车辆，该车辆包括上述的电池包。车辆可以包括商用车、特种车、电动自行车、电动摩托车、电动滑板车等需要使用电池包为其提供电能，以驱动其行驶的电动车。由于大幅降低了电池包厚度，为车辆底盘的空间利用提供了更多空间。
一些实施例中，电池包设置在电动车的底部，第一支撑结构和第二支撑结构可由电动车本身的结构实现，从而减轻整车的重量。由于电动车底盘处的安装空间较大，将电池包设置在电动车的底盘处，可以尽可能地提高单体电池100的数量，从而提高电动车的续航能力。
对于多数的车辆而言，车身长度为2000mm-6000mm比如3000mm、3500mm、4000mm、4500mm；车身宽度为1500mm-2000mm，比如1600mm、1800mm。
电池包在第一方向上的尺寸与车身长度的比值a满足：40%≤a≤80%，比如40%、50%、60%、70%、80%。优选地，在本实施例中，55%≤a≤70%。
电池包在第二方向上的尺寸与车身宽度的比值b满足：40%≤a≤90%，比如40%、50%、60%、70%、80%。优选地，在本实施例中，55%≤b≤80%。
本实施例还提供了一种储能装置，该储能装置包括上述的电池包。本实施例中的储能装置可以用于家用备用电源、商用备用电源、户外电源、电站的调峰储能设备、各种交通工具的动力电源等。由于大幅降低了电池包厚度，为储能装置的空间利用提供了更多空间。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种电池包，其特征在于，包括外框架和电池组，所述电池组设置于所述外框架内，所述电池组包括沿第三方向叠加设置的两个以上的单体电池（100）；
所述单体电池（100）具有沿第一方向的第一尺寸、沿第二方向的第二尺寸和沿所述第三方向的第三尺寸，所述第一方向和所述第二方向相互垂直且均为水平方向，所述第三方向为竖直方向，所述第一尺寸/所述第三尺寸>30且所述第二尺寸/所述第三尺寸>30；所述单体电池（100）的厚度介于1mm-2mm之间；
所述单体电池（100）包括沿所述第一方向或所述第二方向上依次设置的多个极芯叠层形成的极芯组和设置在所述极芯组外边缘的绝缘体（7），所述极芯包括一个正极、一个负极、介于所述正极和所述负极之间的固态电解质（3）和位于所述固态电解质（3）外侧的绝缘体支撑层（6），所述绝缘体支撑层（6）设置于所述正极和所述负极之间，所述固态电解质（3）和所述绝缘体支撑层（6）的厚度相同；所述正极和所述负极的长度为所述固态电解质（3）和所述绝缘体支撑层（6）的长度之和的0.9-1.1倍；
所述绝缘体支撑层（6）的杨氏模量E1>1.5GPa；
所述绝缘体（7）的杨氏模量E2>4.5Gpa；
所述电池包还包括第一支撑结构和第二支撑结构，所述第一支撑结构设置于多层所述单体电池（100）的底层并用于支撑固定底层的所述单体电池（100），任意相邻的两层所述单体电池（100）之间均设置有所述第二支撑结构。
2.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述第一尺寸大于所述第二尺寸，且所述电池组沿所述第一方向的尺寸大于所述电池组沿所述第二方向的尺寸。
3.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述第一尺寸/所述第三尺寸的比值与所述第二尺寸/所述第三尺寸的比值不同。
4.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池组在所述第三方向上设置有50-100层所述单体电池（100）。
5.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池包在所述第一方向上包括n个所述电池组，所述电池组在所述第二方向上包括m个所述电池组，则m*n≤12个。
6.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括散热结构，所述散热结构设置于所述第一支撑结构和/或所述第二支撑结构上。
7.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括相变散热层，所述相变散热层设置于任意相邻的两层所述单体电池（100）之间。
8.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1~7任一项所述的电池包。
9.一种储能装置，其特征在于，包括如权利要求1~7任一项所述的电池包。
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