CN115084713B - 一种电池封装件及钠离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池封装件及钠离子电池，包括包覆膜和由该包覆膜包覆的上金属箔、上绝缘层、电芯、下金属箔和下绝缘层；若干电芯呈矩形阵列状分布，电芯的正极共同连接一正极母线；电芯的负极共同连接一负极母线；在电芯的两个电极端分别覆盖有上绝缘层和下绝缘层；上金属箔设置在上绝缘层的上方，下金属箔设置在下绝缘层的下方，上金属箔和下金属箔均能够用于各个电芯热辐射的均衡。通过金属箔结构的覆盖式设计，能够实现电芯之间的热量传递，从而降低不同电芯之间的温差，继而避免不同电芯在不同温差下造成的寿命缩短、电性能降低等问题。
Description
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种电池封装件及钠离子电池。
背景技术
随着新能源汽车的发展，购车成本和行驶里程一直是新能源汽车的重要指标，而电池则是决定购车成本和新能源汽车行车安全的重要指标，新能源汽车的电池往往都是采用很多个电芯组合而成的组合体，由于电芯个体差异的不同，在充电时发热量也不同，若某个电芯的发热量过大，而使得电芯内阻和其他电芯内阻产生较大区别时，容易影响整个电池的充放电性能，严重时影响电芯的使用安全；此外，电芯过度发热以及膨胀都是电芯损坏的前兆，若不能及时发现而继续使用，容易进一步影响电池的正常使用，甚至造成其他电芯也受到影响，严重时可能发生漏液或着火等问题。
发明内容
为了对背景技术中提及的技术问题进行部分或全部解决，本方案提供了一种电池封装件及钠离子电池。
本发明所采用的技术方案为：
一种电池封装件，包括包覆膜和由该包覆膜包覆的上金属箔、上绝缘层、电芯、下金属箔和下绝缘层；若干电芯呈矩形阵列状分布，电芯的正极共同连接一正极母线；电芯的负极共同连接一负极母线；在电芯的两个电极端分别覆盖有上绝缘层和下绝缘层；上金属箔设置在上绝缘层的上方，下金属箔设置在下绝缘层的下方，上金属箔和下金属箔均能够用于各个电芯热辐射的均衡。
作为上述的池封装体的备选结构或补充设计：在电芯的每个2*2的阵列单元的中心处均设置有一个接触装置，该接触装置呈棱柱状，接触装置朝向电芯的一面弧面状；所述电池封装件还包括有关断电路，关断电路包括有供电单元和直流继电器；直流继电器的一个控制端与供电单元的一极电连接；供电单元的另一极电连接上金属箔；直流继电器的另一个控制端与下金属箔电连接；该直流继电器的受控端连接在电芯的引出线上；所述接触装置受挤压或受热时，能够将上金属箔与下金属箔电连通。
作为上述的池封装体的备选结构或补充设计：所述接触装置包括有外壳和接触器机构；所述外壳的外形匹配于电芯的阵列单元中心的空隙，并能够向接触器机构传递挤压力和温度；接触器机构设置在外壳内，并能够在承受挤压力或/和温度时，将上金属箔与下金属箔电连通。
作为上述的池封装体的备选结构或补充设计：所述外壳包括有两个端板和四个弧形膜；两个端板平行布置，四个弧形膜均设置于两个端板之间，且分别朝向于不同方向。
作为上述的池封装体的备选结构或补充设计：在两个端板中心的相对内侧分别设置有导向管；所述接触器机构包括有气囊和两个石墨动子；气囊呈梭子形，该气囊的两端分别密封连接于两个端板的导向管上，且气囊的外壁贴合于弧形膜；两个所述石墨动子分别可滑动的设置在两个导向管内，两个石墨动子之间通过接电线电连接；当电芯膨胀并挤压气囊时，所述石墨动子在气压作用下伸出导向管，穿过上绝缘层或下绝缘层后，与上金属箔或下金属箔电接触。
作为上述的池封装体的备选结构或补充设计：所述接触器机构包括有座板、石墨柱、导电片、第一弹片、第二弹片、接触帽、绝缘垫块和帽弹簧；在每个端板的内侧均设置一个座板；端板通过帽弹簧将接触帽抵于对应的端板上，接触帽的帽端穿过端板并与上金属箔或下金属箔电接触；在每个弧形膜上均设置有一个导电片，导电片与其中一个接触帽电连通；石墨柱设置在两个端板之间并与另一个接触帽电连通；在导电片上设置有第一弹片和第二弹片，第一弹片的自由端通过绝缘垫块抵于石墨柱的外壁上，第一弹片的端部能够在绝缘垫块受热熔化后与石墨柱电接触，第二弹片的端部悬空于石墨柱外壁的外侧，并能够在电芯膨胀时与石墨柱电接触。
作为上述的池封装体的备选结构或补充设计：在两个端板中心的相对内侧分别设置有导向管；所述接触器机构包括有推板、推臂、石墨动子和管套；在导向管内分别滑动设置有管套，在两个管套的外端分别设置有一个石墨动子，两个石墨动子电连通；所述推板设置在弧形膜上，并分别通过一个倾斜的推臂与管套相连；在电芯膨胀时推动所述推板移动，并带动所述石墨动子伸出导向管外且与上金属箔或下金属箔电接触。
作为上述的池封装体的备选结构或补充设计：所述导向管上设置有平行于其轴向的导向槽；所述管套的外壁上设置有与导向槽滑动配合的导向耳；在管套的外壁上还设置有导向环套，导向环套内穿入有可滑动的柄杆，柄杆与推臂可转动的连接并抵于导向耳上；在石墨动子与管套的内底壁之间设置有熔盐腔，熔盐腔内设置有压缩弹簧和可熔固体；可熔固体能够对压缩弹簧进行定形并在受热时熔化，并使压缩弹簧推动石墨动子与上金属箔或下金属箔电接触。
一种钠离子电池，采用上述的电池封装件，该电池封装件的电芯均采用钠离子电芯。
一种钠离子电池的生产方法，包括以下步骤：
A:将所述钠离子电芯选取多个，并排布成矩形阵列状；
B：在钠离子电芯的正极上焊接连接正极母线，在钠离子电芯的负极上焊接连接负极母线；
C：将上绝缘层和上金属箔先后覆盖在钠离子电芯的上方，将下绝缘层和下金属箔覆盖钠离子电芯的下方；
D：将包覆膜套设在上金属箔和下金属箔外，利用热风加热包覆膜，使得包覆膜受热收紧并定型形成钠离子电池。
本发明的有益效果为：
1、本方案中通过设计上金属箔和下金属箔，能够实现有效的传热，并且由于金属箔结构的覆盖式设计，当单个电芯放热量较大时，能够通过该金属箔将热量传递至其他放热量较小的电芯上，从而能够使得电池封装件在充放电过程中能够提高各个电芯之间温度的统一性，并降低不同电芯之间的温差，同时避免不同电芯在不同温差下造成的寿命缩短、电性能降低等问题；
2、此外，本方案中设置了关断电路，提供给直流继电器的接入结构，能够利用金属箔实现通电并构成控制直流继电器的回路，利用接触装置在温度、膨胀等因素下发生的通电控制，实现阻止充电的控制，实现正常电芯的保护。
附图说明
为了更清楚地说明本方案实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是电池封装件的爆炸结构图；
图2是电芯和接触装置的相对位置结构图；
图3是关断电路的电路图；
图4是一种接触装置的内部结构图；
图5是另一种接触装置的内部结构图；
图6是再一种接触装置的内部结构图。
图中：1-包覆膜；2-上金属箔；3-上绝缘层；31-上穿孔；4-正极母线；5-电芯；6-接触装置；601-端板；602-弧形膜；603-推板；604-推臂；605-接电线；606-压缩弹簧；607-石墨动子；608-导向管；609-管套；610-导向槽；611-柄杆；612-导向环套；614-导向耳；615-熔盐腔；617-气囊；619-帽弹簧；620-接触帽；621-导电片；622-第一弹片；623-第二弹片；624-绝缘垫块；625-石墨柱；626-座板；7-负极母线；8-下绝缘层；81-下穿孔；9-下金属箔；10-直流继电器；11-引出线；12-供电单元。
具体实施方式
下面将结合附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是一部分实施例，而非是全部，基于本方案中的实施例，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，都属于本方案的保护范围。
实施例1
新能源汽车所使用的电池往往是采用很多个电芯5组合而成的组合封装体，这种组合封装体往往因为生产批次、生产环境、生产误差等因素的不同，容易造成不同电芯5之间存在一定的个体差异。在电芯5进行充放电的过程中，不同的电芯5的发热量也不尽相同，而由于电芯5的温度会影响电芯5内部的内阻，若某个电芯5的发热量过大时，将使得该电芯5的内阻降低，不仅会影响该电芯5的寿命，还容易影响其他电芯5的充电性能，严重时甚至会影响电芯5的安全使用。
为了解决上述问题，本实施例设计了一种电池封装件，如图1至图6所示，本实施例的电池封装件包括了包覆膜1、上金属箔2、上绝缘层3、电芯5、下金属箔9和下绝缘层8等结构，其中，上金属箔2、上绝缘层3、电芯5、下金属箔9和下绝缘层8等均包覆在所述包覆膜1内。
若干电芯5呈矩形阵列状分布，电芯5的正极共同连接一正极母线4；电芯5的负极共同连接一负极母线7，从而使得电芯5通过所需的串并联联接，达到所需的电压、电流参数，正极母线4和负极母线7具体的串并联关系属于现有技术，此处不做详述。
在电芯5的两个电极端分别覆盖有上绝缘层3和下绝缘层8；上绝缘层3和下绝缘层8均采用可实现电隔离的薄膜，该上绝缘层3和下绝缘层8的阻热性应该足够低，从而保证电芯5向金属箔的传热效率。
上金属箔2设置在上绝缘层3的上方，下金属箔9设置在下绝缘层8的下方，上金属箔2和下金属箔9均能够用于各个电芯5热辐射的均衡。
本实施例中，通过金属箔结构的覆盖式设计，能够实现电芯5之间大范围的传热，当单个电芯5放热量较大时，能够通过该金属箔将热量传递至其他放热量较小的电芯5上，降低不同电芯5之间的温差，并使得各个电芯5的内阻变化更为统一，从而提高整个电池封装件的充放电性能；也能降低因单个电芯5温度太高并超过阈值而影响电芯5使用寿命的情况发生；此外，该金属箔结构还能够将外部热源所传递向电芯5的热量进行分散，从而避免单个电芯5受热而影响其电性能和寿命。
实施例2
如图1至图6所示，在实施例1的结构基础上，本实施例中设计了一种钠离子电池，该钠离子电池采用实施例1中所述的电池封装件，该电池封装件的电芯均采用钠离子电芯，即是将钠离子电芯5作为所述的电池封装件的电芯5进行使用。
此外，该钠离子电池的生产方法，可以具体的包括以下步骤：
A:将所述钠离子电芯5选取多个，并排布成矩形阵列状；
B：在钠离子电芯5的正极上焊接连接正极母线4，在钠离子电芯5的负极上焊接连接负极母线7；
C：将上绝缘层3和上金属箔2先后覆盖在钠离子电芯5的上方，将下绝缘层8和下金属箔9覆盖钠离子电芯5的下方；
D：将包覆膜1套设在上金属箔2和下金属箔9外，利用热风加热包覆膜1，使得包覆膜1受热收紧并定型形成钠离子电池。该包覆膜1可以采用可实现热收缩的薄膜结构。
实施例3
在实施例1或实施例2的结构基础上，若电芯5在使用过程中，某个电芯5发生恶化，其在充放电过程中将发出大量的热，严重时发生鼓包的问题；现有技术中，往往都是通过设置温度传感器的方式进行温度检测，而很难对电芯5是否发生鼓包进行判断或反馈控制。基于以上问题，设计了本实施例中的结构，如图1至图6所示。
本实施例设计了关断电路，如图1、图3所示，该关断电路能够在电芯5发生过热或膨胀时，能够断开电池封装件的引入线，避免继续充放电对电芯5的使用造成进一步恶化的问题，关断电路包括有供电单元12和直流继电器10；直流继电器10的一个控制端与供电单元12的一极电连接；供电单元12的另一极电连接上金属箔2；直流继电器10的另一个控制端与下金属箔9电连接；该直流继电器10的受控端连接在电芯5的引出线11上。供电单元12可以采用独立的电池或者直接采用电芯5。
电芯5的每个2*2的阵列单元的中心处均设置有一个接触装置6，如图1、图2、图3所示，该接触装置6呈棱柱状，接触装置6朝向电芯5的一面弧面状；该接触装置6能够在受挤压或受热时，将上金属箔2与下金属箔9电连通。从而使得直流继电器10带电，从而使得电芯5的引出线11处于电路断开状态。
上述所述接触装置6包括有外壳和接触器机构两个部分；所述外壳的外形匹配于电芯5的阵列单元中心的空隙，并能够向接触器机构传递挤压力和温度；所述外壳包括有两个端板601和四个弧形膜602；两个端板601平行布置，四个弧形膜602均设置于两个端板601之间，且分别朝向于不同方向，从而贴合于不同的电芯5的外周壁。接触器机构设置在外壳内，并能够在承受挤压力或/和温度时，将上金属箔2与下金属箔9电连通。
为了实现接触装置6的两端与上金属箔2和下金属箔9进行电导通的方式，本实施例设计了三种实现方式。
第一种实现方式中，如图1、图4所示，在两个端板601中心的相对内侧分别设置有导向管608；所述接触器机构包括有气囊617和两个石墨动子607；气囊617呈梭子形，该气囊617的两端分别密封连接于两个端板601的导向管608上，且气囊617的外壁贴合于弧形膜602；两个所述石墨动子607分别可滑动的设置在两个导向管608内，两个石墨动子607之间通过接电线605电连接；当电芯5膨胀并挤压气囊617时，所述石墨动子607在气压作用下伸出导向管608，穿过上绝缘层3或下绝缘层8后，与上金属箔2或下金属箔9电接触。
该实现方式在发生电芯5过热时，可以在气囊617中装入能够热膨胀的介质，从而推动两个石墨动子607分别穿过上穿孔31和下穿孔81并接触上金属箔2和下金属箔9，从而使得上金属箔2和下金属箔9发生电连通；或者，当电芯5发生膨胀时，也可以对弧形膜602进行挤压，从而利用空气推动两个石墨动子607移动。
第二种实现方式中，如图1、图5所示，所述接触器机构包括有座板626、石墨柱625、导电片621、第一弹片622、第二弹片623、接触帽620、绝缘垫块624和帽弹簧619；在每个端板601的内侧均设置一个座板626；端板601通过帽弹簧619将接触帽620抵于对应的端板601上，接触帽620的帽端穿过端板601并与上金属箔2或下金属箔9电接触；在每个弧形膜602上均设置有一个导电片621，导电片621与其中一个接触帽620电连通；石墨柱625设置在两个端板601之间并与另一个接触帽620电连通；在导电片621上设置有第一弹片622和第二弹片623，第一弹片622的自由端通过绝缘垫块624抵于石墨柱625的外壁上，第一弹片622的端部能够在绝缘垫块624受热熔化后与石墨柱625电接触，第二弹片623的端部悬空于石墨柱625外壁的外侧，并能够在电芯5膨胀时与石墨柱625电接触。
该实现方式中，位于上部的接触帽620在对应帽弹簧619的推力作用下，始终穿过上绝缘层3上的上穿孔31并与上金属箔2电接触；而位于下部的接触帽620在对应帽弹簧619的推力作用下，始终穿过下绝缘层8上的下穿孔81并与下金属箔9电接触；而当电芯5发生膨胀时，能够通过导电片621推动第二弹片623接触石墨柱625外壁，从而实现通电，当电芯5发生过热时，可以熔化绝缘垫块624，从而使得在第一弹片622本身的弹力作用下接触石墨柱625外壁实现通电。绝缘垫块624可以选取熔点满足于设计要求的市购产品。
第三种实现方式中，如图1、图6所示，在两个端板601中心的相对内侧分别设置有导向管608；所述接触器机构包括有推板603、推臂604、石墨动子607和管套609；在导向管608内分别滑动设置有管套609，在两个管套609的外端分别设置有一个石墨动子607，两个石墨动子607电连通；所述推板603设置在弧形膜602上，并分别通过一个倾斜的推臂604与管套609相连；在电芯5膨胀时推动所述推板603移动，并带动所述石墨动子607伸出导向管608外且与上金属箔2或下金属箔9电接触。所述导向管608上设置有平行于其轴向的导向槽610；所述管套609的外壁上设置有与导向槽610滑动配合的导向耳614；在管套609的外壁上还设置有导向环套612，导向环套612内穿入有可滑动的柄杆611，柄杆611与推臂604可转动的连接并抵于导向耳614上；在石墨动子607与管套609的内底壁之间设置有熔盐腔615，熔盐腔615内设置有压缩弹簧606和可熔固体；可熔固体能够对压缩弹簧606进行定形并在受热时熔化，并使压缩弹簧606推动石墨动子607与上金属箔2或下金属箔9电接触。
该实现方式中，当熔盐腔615内的可熔固体在被电芯5加热熔化时，能够由压缩弹簧606释放弹力，并推动两个石墨动子607分别接触两个金属箔；或者，在电芯5发生膨胀时，能够通过推板603传力至推臂604上，并推动管套609和石墨动子607向外移动，并接触两个金属箔，以实现两个金属箔之间的电连通。
本实施例由于每个电芯5都对应有四个接触装置6，四个接触装置6都能够分别连通两个金属箔，从而实现关断电路的通电，提高膨胀以及温度反馈的灵敏度，本关断电路若发生通电，则需要对整个电池封装件进行拆卸检查，否则无法再次充放电，如此就能够避免存在故障电芯5的情况下继续充电而引起的安全隐患。并且由于本方案的关断电路是一次性的，因此，可以在阈值设计时，进行相应的保留，从而使得电芯5的膨胀量以及发热温度的阈值达到默认需要更换的程度时，再保证四个接触装置6的电触发动作。
上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的举例，而并非对实施方式的限定；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本技术的保护范围内。
Claims (3)
1.一种电池封装件，其特征在于：包括包覆膜（1）和由该包覆膜（1）包覆的上金属箔（2）、上绝缘层（3）、电芯（5）、下金属箔（9）和下绝缘层（8）；若干电芯（5）呈矩形阵列状分布，电芯（5）的正极共同连接一正极母线（4）；电芯（5）的负极共同连接一负极母线（7）；在电芯（5）的两个电极端分别覆盖有上绝缘层（3）和下绝缘层（8）；上金属箔（2）设置在上绝缘层（3）的上方，下金属箔（9）设置在下绝缘层（8）的下方，上金属箔（2）和下金属箔（9）均能够用于各个电芯（5）热辐射的均衡；
在电芯（5）的每个2*2的阵列单元的中心处均设置有一个接触装置（6），该接触装置（6）呈棱柱状，接触装置（6）朝向电芯（5）的一面弧面状；所述电池封装件还包括有关断电路，关断电路包括有供电单元（12）和直流继电器（10）；直流继电器（10）的一个控制端与供电单元（12）的一极电连接；供电单元（12）的另一极电连接上金属箔（2）；直流继电器（10）的另一个控制端与下金属箔（9）电连接；该直流继电器（10）的受控端连接在电芯（5）的引出线（11）上；所述接触装置（6）受挤压或受热时，能够将上金属箔（2）与下金属箔（9）电连通；关断电路能够在电芯（5）发生过热或膨胀时断开电池封装件的引入线；
在上绝缘层（3）上设置有上穿孔（31），上穿孔（31）用于上金属箔（2）与接触装置（6）之间的电连通；在下绝缘层（8）上设置有下穿孔（81），下穿孔（81）用于下金属箔（9）与接触装置（6）之间的电连通；
所述接触装置（6）包括有外壳和接触器机构；所述外壳的外形匹配于电芯（5）的阵列单元中心的空隙，并能够向接触器机构传递挤压力和温度；接触器机构设置在外壳内，并能够在承受挤压力或/和温度时，将上金属箔（2）与下金属箔（9）电连通；
所述外壳包括有两个端板（601）和四个弧形膜（602）；两个端板（601）平行布置，四个弧形膜（602）均设置于两个端板（601）之间，且分别朝向于不同方向；
所述接触器机构为三种结构形式中的任意一种，第一种结构形式的接触器机构包括有气囊（617）和两个石墨动子（607）；在两个端板（601）中心的相对内侧分别设置有导向管（608）；气囊（617）呈梭子形，该气囊（617）的两端分别密封连接于两个端板（601）的导向管（608）上，且气囊（617）的外壁贴合于弧形膜（602）；两个所述石墨动子（607）分别可滑动的设置在两个导向管（608）内，两个石墨动子（607）之间通过接电线（605）电连接；当电芯（5）膨胀并挤压气囊（617）时，所述石墨动子（607）在气压作用下伸出导向管（608），穿过上绝缘层（3）或下绝缘层（8）后，与上金属箔（2）或下金属箔（9）电接触；
第二种结构形式的接触器机构包括有座板（626）、石墨柱（625）、导电片（621）、第一弹片（622）、第二弹片（623）、接触帽（620）、绝缘垫块（624）和帽弹簧（619）；在每个端板（601）的内侧均设置一个座板（626）；端板（601）通过帽弹簧（619）将接触帽（620）抵于对应的端板（601）上，接触帽（620）的帽端穿过端板（601）并与上金属箔（2）或下金属箔（9）电接触；在每个弧形膜（602）上均设置有一个导电片（621），导电片（621）与其中一个接触帽（620）电连通；石墨柱（625）设置在两个端板（601）之间并与另一个接触帽（620）电连通；在导电片（621）上设置有第一弹片（622）和第二弹片（623），第一弹片（622）的自由端通过绝缘垫块（624）抵于石墨柱（625）的外壁上，第一弹片（622）的端部能够在绝缘垫块（624）受热熔化后与石墨柱（625）电接触，第二弹片（623）的端部悬空于石墨柱（625）外壁的外侧，并能够在电芯（5）膨胀时与石墨柱（625）电接触；
第三种结构形式的接触器机构包括有推板（603）、推臂（604）、石墨动子（607）和管套（609）；在两个端板（601）中心的相对内侧分别设置有导向管（608）；在导向管（608）内分别滑动设置有管套（609），在两个管套（609）的外端分别设置有一个石墨动子（607），两个石墨动子（607）电连通；所述推板（603）设置在弧形膜（602）上，并分别通过一个倾斜的推臂（604）与管套（609）相连；在电芯（5）膨胀时推动所述推板（603）移动，并带动所述石墨动子（607）伸出导向管（608）外且与上金属箔（2）或下金属箔（9）电接触。
2.根据权利要求1所述的电池封装件，其特征在于：接触器机构采用第三种结构形式时，所述导向管（608）上设置有平行于其轴向的导向槽（610）；所述管套（609）的外壁上设置有与导向槽（610）滑动配合的导向耳（614）；在管套（609）的外壁上还设置有导向环套（612），导向环套（612）内穿入有可滑动的柄杆（611），柄杆（611）与推臂（604）可转动的连接并抵于导向耳（614）上；在石墨动子（607）与管套（609）的内底壁之间设置有熔盐腔（615），熔盐腔（615）内设置有压缩弹簧（606）和可熔固体；可熔固体能够对压缩弹簧（606）进行定形并在受热时熔化，并使压缩弹簧（606）推动石墨动子（607）与上金属箔（2）或下金属箔（9）电接触。
3.一种钠离子电池，其特征在于：采用权利要求1或2所述的电池封装件，该电池封装件的电芯（5）均采用钠离子电芯。
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