CN115966807A - 一种电池包及其电芯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池包及其电芯，其中，该电芯包括：电芯主体及设置于电芯主体的正极部分和负极部分，电芯主体内且位于其电芯化学材料层外设有相变吸热层。本方案在电芯层面设有相变吸热层，使得其具有相变吸热功能可以降低电芯充放电时的峰值温度，进而当采用这种具有相变吸热功能的电芯组装为电池包时，在满足电池包温度要求的情况下，还能够降低电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，从而有助于提高电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

Description

一种电池包及其电芯

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，特别涉及一种电池包及其电芯。

背景技术

随着新能源行业的迅猛发展，电池在新能源汽车、储能、移动电子产品、电动工具等领域广泛使用。电池包在充放电过程不可避免地会产生热量从而引起电池包温度升高，而电池包中的电芯是最主要的发热源头，电芯充放电过程中的所达到的最高温度会大大影响到电芯的循环寿命，而且电芯之间的温差过大也会影响到电池包的均衡性能，从而影响到整个电池包的使用寿命及可靠性。同时不同产品的电池包均趋于高倍率大功率充放电方向发展，导致电池包的温度及温差情况趋于恶化，因此有效控制电芯温度及电芯间温差至关重要。

目前的技术多在电池包层面上对电芯进行散热及温控，主要是在电池包的层面上，采用相关散热结构方案降低电芯及外界之间的传热热阻或增强与外界环境的热交换效率来达到降低电芯温度及控制温差的作用；当然制造出的电芯仅仅是一个发热源，电芯不具备自我温控的功能。

然而，仅仅依靠在电池包层面采用相关散热结构及散热物料对电池包进行散热，会增加电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，从而降低了电池包整体的能量密度。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电芯，在电芯层面设有相变吸热层，使得其具有相变吸热功能可以降低电芯充放电时的峰值温度，进而当采用这种具有相变吸热功能的电芯组装为电池包时，在满足电池包温度要求的情况下，还能够降低电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，从而有助于提高电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电芯，包括：电芯主体及设置于所述电芯主体的正极部分和负极部分，所述电芯主体内且位于其电芯化学材料层外设有相变吸热层。

优选地，所述电芯主体包括：由内往外依次包裹的所述电芯化学材料层、电芯封装层、第一绝缘层、所述相变吸热层和第二绝缘层；或，所述电芯主体包括：由内往外依次包裹的所述电芯化学材料层、电芯封装层和相变吸热绝缘层，且所述相变吸热绝缘层由所述相变吸热层和绝缘层复合而成；

所述正极部分和所述负极部分分别设置于所述电芯化学材料层。

优选地，所述相变吸热层由相变材料制成；

或，所述相变吸热绝缘层由相变吸热绝缘材料制成；其中，所述相变吸热绝缘材料由相变材料和绝缘材料制成。

优选地，所述相变材料的相变温度为25℃～75℃之间。

优选地，所述相变材料的相变焓值大于40J/g。

优选地，所述相变吸热层的厚度小于或等于所述电芯主体厚度的40％。

优选地，所述相变材料包括：固体相变材料。

优选地，所述相变材料为有机相变材料或无机相变材料。

一种电池包，包括：外壳组件、电气组件和若干个电芯模组，每个所述电芯模组由若干个电芯堆叠而成，所述电芯为如上所述的电芯。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的电芯，在电芯层面设有相变吸热层，使得其具有相变吸热功能可以降低电芯充放电时的峰值温度，进而当采用这种具有相变吸热功能的电芯组装为电池包时，在满足电池包温度要求的情况下，还能够降低电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，从而有助于提高电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

本发明还提供了一种电池包，由于采用了上述的电芯，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的电芯的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电芯的正面截图；

图3为图2的局部放大图；

图4为本发明实施例提供的电芯的侧面截图；

图5为图4的局部放大图；

图6为本发明另一实施例提供的电芯的正面截图；

图7为图6的局部放大图；

图8为本发明实施例提供的电池包的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的电池包的结构爆炸图。

其中，1为电芯主体，11为电芯化学材料层，12为电芯封装层，13为第一绝缘层，14为相变吸热层，15为第二绝缘层，16为相变吸热绝缘层，2为正极柱，3为负极柱，4为电池包，41为电芯模组，42为电气组件，43为外壳组件。

具体实施方式

本发明公开了一种具有相变吸热功能可以降低自身温度的电芯，在电芯层面上减少电芯需要散失到外界环境中的热量。当该种电芯堆叠组装为电池包时，一方面降低电池包的最高温度及温差，有利于电池包的使用寿命；另一方面减少了电池包层面的散热量。也就是说，本发明采取这种具有简要的吸热结构的电芯即可满足电池包的温度要求，从而降低电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，进而提高电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

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。

本发明实施例提供的电芯，如图1所示，包括：电芯主体1及设置于电芯主体1的正极部分和负极部分，电芯主体1内且位于其电芯化学材料层11外设有相变吸热层14。

需要说明的是，如图1所示，本方案的正极部分包括：正极柱2或正极片，负极部分包括：负极柱3或负极片。此外，本方案的相变吸热层14设置在电芯内，且包裹在电芯的电芯化学材料层11的外侧，而且该相变吸热层14为一种在达到自身相变温度时能够发生相变并提供相变潜热以吸收热量的相变材料，当具有上述相变吸热层14的电芯充放电时温度达到相变材料的相变温度时，相变材料利用其固有的相变潜热吸收热量，以此降低了电芯所能达到的峰值温度。也就是说，本方案的电芯具有相变吸热功能，可以降低自身温度，在电芯层面上减少电芯需要散失到外界环境中的热量；当采用该种电芯堆叠组装为电池包时，一方面可降低电池包的最高温度及温差，有利于电池包的使用寿命，另一方面可减少了电池包层面的散热量，更为重要的是，采用这种具有相变吸热功能的电芯组装为电池包时，能够降低电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，进而提高电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

由此不难看出的是，本方案在电芯内设有相变吸热层14，使得电芯本身具有了相变吸热功能，减少了电芯自身需要散失到外界环境中的热量。当采用这种具有相变吸热功能的电芯组装为电池包时，一方面可降低电池包中电芯的最高温度及温差，另一方面减少了电池包层面的散热量，更为重要的是能够降低电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，进而提高电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的电芯，在电芯层面设有相变吸热层，使得其具有相变吸热功能可以降低电芯充放电时的峰值温度，进而当采用这种具有相变吸热功能的电芯组装为电池包时，在满足电池包温度要求的情况下，还能够降低电池包中除电芯外的散热结构件的质量占比及体积占比，从而有助于提高电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

在本方案中，如图2至图5所示，电芯主体1包括：由内往外依次包裹(包覆)的电芯化学材料层11、电芯封装层12、第一绝缘层13、相变吸热层14和第二绝缘层15；或者，如图6和图7所示，电芯主体1包括：由内往外依次包裹(包覆)的电芯化学材料层11、电芯封装层12和相变吸热绝缘层16，且相变吸热绝缘层16由相变吸热层14和绝缘层复合而成；

正极部分和负极部分分别设置于电芯化学材料层11。也就是说，电芯主体1的结构包括但不限于上述两种形式。其中，在第一种结构形式中，相变吸热层14和绝缘层是分开的，且相变吸热层14被包裹在两个绝缘层之间；在第二种结构形式中，相变吸热层14和绝缘层是集成到一起的复合层。本方案如此设计，可使得具有相变吸热功能的电芯具有结构简单、吸热简便等特点。

此外，还需要说明的是，电芯化学材料层11包含了阳极材料、阴极材料、隔离膜、电解液等可实现电芯二次充放功能的化学物质；电芯封装层12为电芯化学材料层11提供容积空间，电芯化学材料层11封装在电芯封装层12内以使得电芯化学材料层11与外界隔离；而且在第一种结构形式中，相变吸热层14被包裹在第一绝缘层13和第二绝缘层15之间可起到两个作用，第一个作用为将相变吸热层14密封起来，第二个作用为电芯表面提供绝缘保护。并且在第二种结构形式中，电芯主体1的电芯化学材料层11外分别存在电芯封装层12和相变吸热绝缘层16，该相变吸热绝缘层16包覆在电芯封装层12外，当电芯充放电时电芯化学材料层11产生的热量传导入电芯封装层12后直接被相变吸热绝缘层16吸收，从而降低电芯自身的温度。当然，本方案的相变吸热绝缘层16兼具吸热降温、绝缘的功能。

具体地，相变吸热层14由相变材料制成；

或，相变吸热绝缘层16由相变吸热绝缘材料制成；当然，该相变吸热绝缘材料具有相变吸热和绝缘功能；其中，相变吸热绝缘材料由相变材料和绝缘材料制成。当然，本段所指的相变材料即为上文所述的相变材料。

进一步地，由于电芯充放电时电芯发热温度升高，而电芯在保证其性能的前提下所能承受的最高温度应小于80℃，根据电芯所能达到的最高温度选择相变温度适当低于该最高温度的相变材料，有利于相变吸热层14最大利用其相变潜热进行吸热，从而最大化地削减电芯最高温度，使相变吸热层14发挥最好的效果；作为优选，相变材料的相变温度为25℃～75℃之间。

再进一步地，众所周知，相变材料的相变焓值越大，其吸热量就越大，电芯自身的降温效果就越明显。但为了使得电芯具有良好的相变吸热功能；作为优选，相变材料的相变焓值大于40J/g。

在本方案中，为了使得电芯具有良好的体积占比，这就要求相变吸热层14的厚度不能过大也不能过小；作为优选，相变吸热层14的厚度小于或等于电芯主体1厚度的40％。

具体地，相变材料包括：固体相变材料。本方案如此选材，以便于使得相变吸热层14发生相变后能够保持原有形态，确保无液体析出。

进一步地，相变材料为有机相变材料或无机相变材料。其中，有机相变材料包括树脂基相变材料、微胶囊相变材料等聚合物基材相变材料；无机相变材料包括石墨相变材料等碳基材相变材料。

再进一步地，为了使得电芯封装层12具有良好的封装效果；作为优选，电芯封装层12的封装材料可以为铝塑膜或铝壳，但电芯封装材料不限于铝塑膜和铝壳。

本发明实施例还提供了一种电池包，如图8和图9所示，包括：外壳组件43、电气组件42和若干个电芯模组41，每个电芯模组41由若干个电芯堆叠而成，所述电芯为如上所述的电芯。由于本方案采用了上述的井下增压装置，因此其也就具有相应的有益效果，具体可以参照前面说明，在此不再赘述。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本发明提供了一种具有相变吸热功能可以控制自身温度的电芯，其主要包括：正极柱2/正极片、负极柱3/负极片和电芯主体1，如图1所示；其中，电芯主体1的结构组成有两种形式。

形式一：电芯主体1自内由外分为电芯化学材料层11、电芯封装层12、第一绝缘层13、相变吸热层14和第二绝缘层15，如图2和图3所示。

电芯化学材料层11包含了阳极材料、阴极材料、隔离膜、电解液等可实现电芯二次充放功能的化学物质。电芯封装层12为电芯化学材料层11提供容积空间，电芯化学材料层11封装在电芯封装层12内以使电芯化学材料层11与外界隔离，电芯封装层12可以为铝塑膜也可以为铝壳等封装材料。

在电芯封装层12外设置有第一绝缘层13、相变吸热层14和第二绝缘层15，相变吸热层14被包裹在第一绝缘层13和第二绝缘层15之间，如图4和图5所示。相变吸热层14为一种在达到自身相变温度时能够发生相变并提供相变潜热以吸收热量的相变材料，该种相变材料为一种固体相变材料，且发生相变后能够保持原有形态，无液体析出；所述相变材料可以是有机相变材料，也可以为无机相变材料。第一绝缘层13和第二绝缘层15起到两个作用，第一个作用为将相变吸热层14密封起来，第二个作用为电芯表面提供绝缘保护。

形式二：另一种具有相变吸热功能的电芯结构形式如图6和图7所示，其电芯主体1的电芯化学材料层11外分别存在电芯封装层12和相变吸热绝缘层16，所述相变吸热绝缘层16是将相变材料中添加绝缘材料，制成一种具有相变吸热和绝缘功能的新型相变吸热绝缘材料，该相变吸热绝缘层包覆在电芯封装层12外，当电芯充放电时电芯化学材料层11产生的热量传导入电芯封装层12后直接被相变吸热绝缘层16吸收，从而降低电芯自身的温度。所述相变吸热绝缘层16兼具吸热降温、绝缘的功能。

所述相变材料的相变温度范围要求为25℃～75℃之间。

所述相变材料的相变焓值要求大于40J/g，相变材料的相变焓值越大，其吸热量就越大，电芯自身的降温效果就越明显。

所述相变吸热层14的厚度不大于电芯主体1厚度的40％。

具有上述相变吸热层的电芯，当电芯充放电时温度达到相变材料的相变温度时，相变材料利用其固有的相变潜热吸收热量，从而降低了电芯的所能达到的峰值温度。

所述具有相变吸热功能的电芯不局限于锂离子电芯，也可以是钠离子电芯等其他化学形式能够实现二次充放的电芯。

本发明还提供了一种电池包，其包含一个或多个上述具有相变吸热功能的电芯，在一种实施例中，如图9所示，所述电池包由一个或多个小模组(电芯模组41)、电气组件和外壳组件构成；其中，小模组由一个或多个上述具有相变吸热功能的电芯堆叠而成。利用此种具有相变吸热功能的电芯做成的电池包，电芯充放电时产生的一部分热量被电芯自身的相变材料层吸收，一方面降低了电池包的峰值温度，另一方面缩小了电池包的温差。故采用简单的吸热方案即可满足电池包的温度要求，因而减少了电池包中除电芯外的散热结构件的质量及体积，进而提高了电池包整体的能量密度，同时有利于电池包的使用寿命。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电芯，包括：电芯主体及设置于所述电芯主体的正极部分和负极部分，其特征在于，所述电芯主体内且位于其电芯化学材料层外设有相变吸热层。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯主体包括：由内往外依次包裹的所述电芯化学材料层、电芯封装层、第一绝缘层、所述相变吸热层和第二绝缘层；或，所述电芯主体包括：由内往外依次包裹的所述电芯化学材料层、电芯封装层和相变吸热绝缘层，且所述相变吸热绝缘层由所述相变吸热层和绝缘层复合而成；

所述正极部分和所述负极部分分别设置于所述电芯化学材料层。

3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述相变吸热层由相变材料制成；

或，所述相变吸热绝缘层由相变吸热绝缘材料制成；其中，所述相变吸热绝缘材料由相变材料和绝缘材料制成。

4.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述相变材料的相变温度为25℃～75℃之间。

5.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述相变材料的相变焓值大于40J/g。

6.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述相变吸热层的厚度小于或等于所述电芯主体厚度的40％。

7.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述相变材料包括固体相变材料。

8.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述相变材料为有机相变材料或无机相变材料。

9.一种电池包，包括：外壳组件、电气组件和若干个电芯模组，每个所述电芯模组由若干个电芯堆叠而成，其特征在于，所述电芯为如权利要求1-8任意一项所述的电芯。

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