CN116247393A - 一种自动补液的方形电池结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种自动补液的方形电池结构，包括外壳体、第一极柱、第二极柱、电芯，所述电芯位于所述外壳体围成的空间内，所述第一极柱与所述第二极柱外伸出所述外壳体，所述第一极柱与所述第二极柱分别与所述电芯电连接，所述自动补液的方形电池还包括补液组件，所述补液组件位于所述外壳体围成的空间内，所述补液组件中设置有电解液，所述自动补液的方形电池在充放电使用过程中，电解液能从所述补液组件内溢出；本申请的自动补液的方形电池便于提高梯次利用情况下电池的循环性能及电性能。
Description
技术领域
本申请电池领域，尤其涉及梯次利用的方形电池。
背景技术
随着新能源行业的推进，对锂电池的应用越来越广，尤其是新能源汽车的普及，但也随之而来产生大量的废旧新能源车电池，这些电池虽不能再满足新能源汽车的需求，但仍可以梯次利用满足其他如储能领域的需求；
目前的锂电池体系，随着循环的进行，电芯尺寸不断膨胀，且随着内部SEI等材料的形成，不断消耗电池内部可用于电芯循环的电解液，其中电芯循环所需的电解液数量减少是影响电池性能的重要因素。
电池电芯在装配到壳体内的过程中，会对壳体内注液，电解液会接触电芯，在装配完成后，电池使用过程中，随着使用的循环过程，在循环后期，电池壳体内的电解液消耗殆尽，会造成电芯内的部分活性物质无法获得电解液，从而造成电池容量大规模衰减；另外，随着使用的循环过程增加，电芯在不断膨胀，尤其对于目前容量较高的含硅负极电池，由于硅的体积膨胀大于300%，且随着循环过程的充放电进行，硅的伴随着体积膨胀和收缩，一方面造成电芯体积变化，另一方面不断产生新的SEI膜（正负电极表面由于电解液分解产生的固态或半固态膜），造成了电解液的持续消耗及卷芯的不断增厚。
这就造成了现有电池在用于梯次电池利用过程中，由于循环后电解液不足，使得大量活性物质无法充放电，从而引起容量的突然大幅衰减的问题。
申请内容
为解决现有技术中存在的问题，本申请公开一种自动补液的方形电池结构，包括外壳体、第一极柱、第二极柱、电芯，所述电芯位于所述外壳体围成的空间内，所述第一极柱与所述第二极柱外伸出所述外壳体，所述第一极柱与所述第二极柱分别与所述电芯电连接，所述自动补液的方形电池还包括补液组件，所述补液组件位于所述外壳体围成的空间内，所述补液组件中设置有电解液，所述自动补液的方形电池在充放电使用过程中，电解液能从所述补液组件内溢出，因为随着电芯在装配到壳体内的过程中，会对壳体内注液，电解液会接触电芯，在装配完成后，电池使用过程中，随着使用的循环过程，在循环后期，电池壳体内的电解液消耗殆尽，会造成电芯内的部分活性物质无法获得电解液，从而造成电池容量大规模衰减；另外，随着使用的循环过程增加，电芯在不断膨胀，尤其对于目前容量较高的含硅负极电池，由于硅的体积膨胀大于300%，且随着循环过程的充放电进行，硅的伴随着体积膨胀和收缩，一方面造成电芯体积变化，另一方面不断产生新的SEI膜（正负电极表面由于电解液分解产生的固态或半固态膜），造成了电解液的持续消耗及电芯的不断增厚。本申请通过在电芯及壳体之间，设置含有电解液的补液组件，（在电池装配过程中，仍然需要对壳体内注电解液，设置含有电解液的补液组件并不与此冲突），且随着循环的进行，膨胀的电芯压缩补液组件，使得电解液从补液组件内溢出，一方面补液组件也给膨胀的电芯提供了膨胀缓冲空间；另一方面，可以给循环过程中的电芯补充电解液，避免因为部分活性物质无法得到电解液而造成电池容量的下降，从而提高了电池的整体循环寿命，增加了电池的循环利用率，尤其在用于梯次电池利用过程中，减缓了现有电池由于循环后电解液不足，使得大量活性物质无法充放电，从而引起容量的突然大幅衰减的问题。
所述补液组件位于所述电芯与所述外壳体之间。
所述补液组件包括补液包、封口限位部、弹性紧固件，所述补液包具有开口，电解液可从所述补液包的开口溢出所述补液组件，在竖直方向，所述补液包的开口超出所述电芯，超出电芯可以是补液包的开口超出电芯上端、也可以超出电芯下端、或同时超出电芯上下端，现有电芯一般为卷绕电芯或叠片形成的电芯，尤其对于卷绕形成的电芯，卷绕电芯的外表面为绕圈隔膜或绕圈负极片，沿竖直方向，每层的隔膜均超出电芯的正极片及负极片，当补液包的开口超出电芯时，从补液包溢出的电解液，能首先进入几乎每层的隔膜的上下端，进而通过每层的隔膜进入卷绕电芯的内部，从而能够让电芯内部尽量多的活性物质能够获得新补充的电解液，防止活性物质因无法获得电解液而失效。
所述补液包包括外包膜、内包膜，电解液位于所述外包膜及所述内包膜围成的空间内，所述外包膜与所述内包膜的上端或下端构成所述补液包的开口。
所述补液包的开口处，所述内包膜与所述外包膜之间设置有所述封口限位部，所述内包膜位于所述弹性紧固件及所述封口限位部之间，沿竖直方向，所述弹性紧固件超出所述电芯，所述弹性紧固件在电解液从所述补液包中溢出前后均处于拉伸状态，所述外包膜位于所述内包膜的外侧，所述补液包的开口处，所述外包膜与所述封口限位部固定且密封连接，当方形电池在使用之前，处于拉伸状态的弹性紧固件将所述内包膜压紧在所述封口限位部上，由于外包膜与封口限位部固定且密封连接，且此时电芯的膨胀很小，所以补液包中的电解液无法从补液包的开口处溢出，当方形电池在使用过程中，随着电池充放电循环的进行，电芯膨胀，但外壳体几乎不膨胀，从而电芯与外壳体之间的补液包就会收到膨胀电芯的挤压，从而使得补液包中的电解液受挤压冲击补液包的开口处，随着膨胀的加剧，弹性紧固件无法再将内包膜压紧到封口限位部上，从而电解液冲开内包膜与封口限位部并从内包膜与封口限位部之间的空间溢出。
所述封口限位部相对于所述弹性紧固件的表面为内凹的弧形结构，可以对弹性紧固件更好的限位，防止弹性紧固件脱离封口限位部，从而对电解液的溢出造成影响。
所述外包膜与所述外壳体之间设置有粘贴件，沿垂直所述外包膜的方向，所述粘贴件的投影覆盖所述弹性紧固件的投影。
所述补液组件包括前补液组件、后补液组件，所述前补液组件及所述后补液组件位于所述电芯的宽度方向的两侧，沿所述电芯的长度方向，所述电芯的长度大于所述前补液组件及所述后补液组件的长度；
所述补液组件包括左补液组件、右补液组件，所述左补液组件及所述右补液组件位于所述电芯的长度方向的两侧，沿所述电芯的宽度方向，所述电芯的宽度大于所述左补液组件及所述右补液组件的宽度，此处的补液组件的宽度指的是补液组件在电芯宽度方向上的尺寸，并不是将补液组件拿出之后的常规意义上的宽度。
所述前补液组件及所述后补液组件相对于所述电芯对称设置，所述左补液组件及所述右补液组件相对于所述电芯对称设置，所述电芯的水平方向截面包括平直段及位于所述平直段两边的弧形段，所述弧形段位于所述平直段的两侧且相对于所述平直段对称设置；
沿所述电芯的长度方向，所述平直段的长度大于等于所述前补液组件及所述后补液组件的长度，且所述电芯的宽度方向，所述弧形段的投影与所述前补液组件及所述后补液组件的投影不重叠，由于在方形电池的水平截面的四角，由于方形壳体的结构，决定了方形电池的四角壳体与电芯之间存在空间，且该空间随着电芯的膨胀不会有太大变化，也可以说如果把补液组件设置到方形电池的四角，则随着电芯膨胀，补液组件在电池四角位置无法被挤压出来，从而造成电池内部空间的浪费，影响电池整体能量密度。
所述电芯包含负极片，所述负极片中的负极活性物质包含硅。
本申请公开的方法具有如下优点：
本申请通过在卷芯及壳体之间，设置含有电解液的补液组件，且随着循环的进行，膨胀的电芯压缩补液组件，使得电解液从补液组件内溢出，一方面补液组件也给膨胀的电芯提供了膨胀缓冲空间；另一方面，可以给循环过程中的电芯补充电解液，避免因为部分活性物质无法得到电解液而造成电池容量的下降，从而提高了电池的整体循环寿命，增加了电池的循环利用率，尤其在用于梯次电池利用过程中，减缓了现有电池由于循环后电解液不足，使得大量活性物质无法充放电，从而引起容量的突然大幅衰减的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请常规方形电池整体结构及AA切面位置示意图。
图2是本申请常规方形电池的AA切面后结构示意图。
图3是本申请自动补液的方形电池整体结构及AA、BB、CC切面位置及长度方向L、宽度方向W、高度方向H示意图。
图4是本申请自动补液的方形电池AA截面示意图。
图5是本申请自动补液的方形电池CC截面示意图。
图6是本申请自动补液的方形电池的电芯的平直段和弧形段示意图。
图7是本申请自动补液的方形电池BB截面示意图及放大位置D示意。
图8是本申请图7中放大位置D的放大图及第一实施方式的补液组件的截面图。
图9是本申请后补液组件的正视图。
图10是本申请第二实施方式的补液组件的截面图。
图11是本申请第三实施方式的补液组件的截面图。
实施方式
下面将结合本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述；
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。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下面将结合本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述；本申请中涉及的方位表述，如上、下等，均以本申请视图排布方式来定位。
图1-2为现有的常规方形电池1结构，而常规方形电池1包括外壳体11、第一极柱12、第二极柱13、电芯14，所述电芯14位于外壳体11内部，所述第一极柱12与所述第二极柱13外伸出所述外壳体11，所述第一极柱12与所述第二极柱13分别与所述电芯14电连接。电芯14在装配到外壳体11内的过程中，会对外壳体11内注液，电解液会接触电芯14，在装配完成后，电池使用过程中，随着使用的循环过程，在循环后期，电池外壳体11内的电解液消耗殆尽，会造成电芯14内的部分活性物质无法获得电解液，从而造成电池容量大规模衰减；另外，随着使用的循环过程增加，电芯14在不断膨胀，尤其对于目前容量较高的含硅负极电池，由于硅的体积膨胀大于300%，且随着循环过程的充放电进行，硅的伴随着体积膨胀和收缩，一方面造成电芯14体积变化，另一方面不断产生新的SEI膜（正负电极表面由于电解液分解产生的固态或半固态膜），造成了电解液的持续消耗及电芯的不断增厚。
这就造成了现有电池在用于梯次电池利用过程中，由于循环后电解液不足，使得大量活性物质无法充放电，从而引起容量的突然大幅衰减的问题
为解决现有技术中存在的问题，如图3-11所示，本申请公开一种自动补液的方形电池2结构，包括外壳体11、第一极柱12、第二极柱13、电芯14，所述电芯14位于所述外壳体11围成的空间内，所述第一极柱12与所述第二极柱13外伸出所述外壳体11，所述第一极柱12与所述第二极柱13分别与所述电芯14电连接，所述自动补液的方形电池2还包括补液组件，所述补液组件位于所述外壳体11围成的空间内，所述补液组件中设置有电解液，所述自动补液的方形电池2在充放电使用过程中，电解液能从所述补液组件内溢出，因为随着电芯14在装配到壳体内的过程中，会对壳体内注液，电解液会接触电芯14，在装配完成后，电池使用过程中，随着使用的循环过程，在循环后期，电池壳体内的电解液消耗殆尽，会造成电芯14内的部分活性物质无法获得电解液，从而造成电池容量大规模衰减；另外，随着使用的循环过程增加，电芯14在不断膨胀，尤其对于目前容量较高的含硅负极电池，由于硅的体积膨胀大于300%，且随着循环过程的充放电进行，硅的伴随着体积膨胀和收缩，一方面造成电芯14体积变化，另一方面不断产生新的SEI膜（正负电极表面由于电解液分解产生的固态或半固态膜），造成了电解液的持续消耗及电芯14的不断增厚。本申请通过在电芯14及壳体之间，设置含有电解液的补液组件，（在电池装配过程中，仍然需要对壳体内注电解液，设置含有电解液的补液组件并不与此冲突），且随着循环的进行，膨胀的电芯14压缩补液组件，使得电解液从补液组件内溢出，一方面补液组件也给膨胀的电芯14提供了膨胀缓冲空间；另一方面，可以给循环过程中的电芯14补充电解液，避免因为部分活性物质无法得到电解液而造成电池容量的下降，从而提高了电池的整体循环寿命，增加了电池的循环利用率，尤其在用于梯次电池利用过程中，减缓了现有电池由于循环后电解液不足，使得大量活性物质无法充放电，从而引起容量的突然大幅衰减的问题。
所述补液组件位于所述电芯14与所述外壳体11之间。
如图8所示，以后补液组件及第一实施方式的补液组件为例，后补液组件包括补液包341、封口限位部4、弹性紧固件5，所述补液包341具有开口，电解液可从所述补液包341的开口溢出所述补液组件，在竖直方向，所述补液包341的开口超出所述电芯14，超出电芯14可以是补液包341的开口超出电芯14上端、也可以超出电芯14下端、或同时超出电芯14上下端，现有电芯14一般为卷绕电芯14或叠片形成的电芯14，尤其对于卷绕形成的电芯14，卷绕电芯14的外表面为绕圈隔膜或绕圈负极片，沿竖直方向，每层的隔膜均超出电芯14的正极片及负极片，当补液包341的开口超出电芯14时，从补液包341溢出的电解液，能首先进入几乎每层的隔膜的上下端，进而通过每层的隔膜进入卷绕电芯14的内部，从而能够让电芯14内部尽量多的活性物质能够获得新补充的电解液，防止活性物质因无法获得电解液而失效。
所述补液包341包括外包膜3412、内包膜3411，电解液位于所述外包膜3412及所述内包膜3411围成的空间内，所述外包膜3412与所述内包膜3411的上端或下端构成所述补液包341的开口。
所述补液包341的开口处，所述内包膜3411与所述外包膜3412之间设置有所述封口限位部4，所述内包膜3411位于所述弹性紧固件5及所述封口限位部4之间，沿竖直方向，所述弹性紧固件5超出所述电芯14，所述弹性紧固件5在电解液从所述补液包341中溢出前后均处于拉伸状态，所述外包膜3412位于所述内包膜3411的外侧，所述补液包341的开口处，所述外包膜3412与所述封口限位部4固定且密封连接，当方形电池在使用之前，处于拉伸状态的弹性紧固件5将所述内包膜3411压紧在所述封口限位部4上，由于外包膜3412与封口限位部4固定且密封连接，且此时电芯14的膨胀很小，所以补液包341中的电解液无法从补液包341的开口处溢出，当方形电池在使用过程中，随着电池充放电循环的进行，电芯14膨胀，但外壳体11几乎不膨胀，从而电芯14与外壳体11之间的补液包341就会收到膨胀电芯14的挤压，从而使得补液包341中的电解液受挤压冲击补液包341的开口处，随着膨胀的加剧，弹性紧固件5无法再将内包膜3411压紧到封口限位部4上，从而电解液冲开内包膜3411与封口限位部4并从内包膜3411与封口限位部4之间的空间溢出。
所述封口限位部4相对于所述弹性紧固件5的表面为内凹的弧形结构，可以对弹性紧固件5更好的限位，防止弹性紧固件5脱离封口限位部4，从而对电解液的溢出造成影响。
所述外包膜3412与所述外壳体11之间设置有粘贴件6，沿垂直所述外包膜3412的方向，所述粘贴件6的投影覆盖所述弹性紧固件5的投影。
所述补液组件包括前补液组件33、后补液组件34，所述前补液组件33及所述后补液组件34位于所述电芯14的宽度方向的两侧，沿所述电芯14的长度方向，所述电芯14的长度大于所述前补液组件33及所述后补液组件34的长度；
所述补液组件包括左补液组件32、右补液组件31，所述左补液组件32及所述右补液组件31位于所述电芯14的长度方向的两侧，沿所述电芯14的宽度方向，所述电芯14的宽度大于所述左补液组件32及所述右补液组件31的宽度，此处的补液组件的宽度指的是补液组件在电芯14宽度方向上的尺寸，并不是将补液组件拿出之后的常规意义上的宽度。
所述前补液组件33及所述后补液组件34相对于所述电芯14对称设置，所述左补液组件32及所述右补液组件31相对于所述电芯14对称设置，所述电芯14的水平方向截面包括平直段142及位于所述平直段142两边的弧形段141，所述弧形段141位于所述平直段142的两侧且相对于所述平直段142对称设置；
沿所述电芯14的长度方向，所述平直段142的长度大于等于所述前补液组件33及所述后补液组件34的长度，且所述电芯14的宽度方向，所述弧形段141的投影与所述前补液组件33及所述后补液组件34的投影不重叠，由于在方形电池的水平截面的四角，由于方形壳体的结构，决定了方形电池的四角壳体与电芯14之间存在空间，且该空间随着电芯14的膨胀不会有太大变化，也可以说如果把补液组件设置到方形电池的四角，则随着电芯14膨胀，补液组件在电池四角位置无法被挤压出来，从而造成电池内部空间的浪费，影响电池整体能量密度。
左补液组件32、右补液组件31、前补液组件33均与后补液组件34的结构相同，只是大小或未知不同；
图8中所示的第一实施方式的补液组件，补液包上下两端均具有开口；
图10所示的第二实施方式的补液组件，补液包只在上端具有开口，由于电芯内部的正负极片之间具有隔离膜，电解液可以在隔离膜之间存储及传递，所以只有一端开口，也可以让电解液传遍整个电芯；
图11所示的第三实施方式的补液组件，补液包只有上端具有开口，与第二实施方式的区别在于，封口限位部除了具有内凹的弧形部，在内凹弧形部的下方还具有外凸的弧形部，从而外凸的弧形部能够防止弹性紧固件从封口限位部滑落，而封闭补液包，起不到开关补液的作用。
可以理解，本申请同时也包括第四种实施方式的补液组件，补液包的上下两端均具有开口，封口限位部与第三实施方式的封口限位部相同。
所述电芯14包含负极片，所述负极片中的负极活性物质包含硅。
本申请公开的方法具有如下优点：
本申请通过在卷芯及壳体之间，设置含有电解液的补液组件，且随着循环的进行，膨胀的电芯14压缩补液组件，使得电解液从补液组件内溢出，一方面补液组件也给膨胀的电芯14提供了膨胀缓冲空间；另一方面，可以给循环过程中的电芯14补充电解液，避免因为部分活性物质无法得到电解液而造成电池容量的下降，从而提高了电池的整体循环寿命，增加了电池的循环利用率，尤其在用于梯次电池利用过程中，减缓了现有电池由于循环后电解液不足，使得大量活性物质无法充放电，从而引起容量的突然大幅衰减的问题。
Claims (10)
1.一种自动补液的方形电池结构，包括外壳体、第一极柱、第二极柱、电芯，所述电芯位于所述外壳体围成的空间内，所述第一极柱与所述第二极柱外伸出所述外壳体，所述第一极柱与所述第二极柱分别与所述电芯电连接，其特征在于所述自动补液的方形电池还包括补液组件，所述补液组件位于所述外壳体围成的空间内，所述补液组件中设置有电解液，所述自动补液的方形电池在充放电使用过程中，电解液能从所述补液组件内溢出。
2.根据权利要求1所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述补液组件位于所述电芯与所述外壳体之间。
3.根据权利要求2所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述补液组件包括补液包、封口限位部、弹性紧固件，所述补液包具有开口，电解液可从所述补液包的开口溢出所述补液组件。
4.根据权利要求3所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述补液包包括外包膜、内包膜，电解液位于所述外包膜及所述内包膜围成的空间内，所述外包膜与所述内包膜的上端或下端构成所述补液包的开口。
5.根据权利要求4所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述补液包的开口处，所述内包膜与所述外包膜之间设置有所述封口限位部，所述内包膜位于所述弹性紧固件及所述封口限位部之间，沿竖直方向，所述弹性紧固件超出所述电芯，所述弹性紧固件在电解液从所述补液包中溢出前后均处于拉伸状态，所述外包膜位于所述内包膜的外侧，所述补液包的开口处，所述外包膜与所述封口限位部固定且密封连接。
6.根据权利要求5所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述封口限位部相对于所述弹性紧固件的表面为内凹的弧形结构。
7.根据权利要求6所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述外包膜与所述外壳体之间设置有粘贴件，沿垂直所述外包膜的方向，所述粘贴件的投影覆盖所述弹性紧固件的投影。
8.根据权利要求7所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述补液组件包括前补液组件、后补液组件，所述前补液组件及所述后补液组件位于所述电芯的宽度方向的两侧，沿所述电芯的长度方向，所述电芯的长度大于所述前补液组件及所述后补液组件的长度；
所述补液组件包括左补液组件、右补液组件，所述左补液组件及所述右补液组件位于所述电芯的长度方向的两侧，沿所述电芯的宽度方向，所述电芯的宽度大于所述左补液组件及所述右补液组件的宽度。
9.根据权利要求8所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述前补液组件及所述后补液组件相对于所述电芯对称设置，所述左补液组件及所述右补液组件相对于所述电芯对称设置，所述电芯的水平方向截面包括平直段及位于所述平直段两边的弧形段，所述弧形段位于所述平直段的两侧且相对于所述平直段对称设置；
沿所述电芯的长度方向，所述平直段的长度大于等于所述前补液组件及所述后补液组件的长度，且所述电芯的宽度方向，所述弧形段的投影与所述前补液组件及所述后补液组件的投影不重叠。
10.根据权利要求9所述的一种自动补液的方形电池结构，其特征在于，所述电芯包含负极片，所述负极片中的负极活性物质包含硅。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310339024.9A CN116247393A (zh) | 2023-04-01 | 2023-04-01 | 一种自动补液的方形电池结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN116247393A true CN116247393A (zh) | 2023-06-09 |
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ID=86629682
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Cited By (1)
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-
2023
- 2023-04-01 CN CN202310339024.9A patent/CN116247393A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN116759672A (zh) * | 2023-08-15 | 2023-09-15 | 江苏正力新能电池技术有限公司 | 一种壳体、电池和用电设备 |
| CN116759672B (zh) * | 2023-08-15 | 2023-11-17 | 江苏正力新能电池技术有限公司 | 一种电池壳体、电池和用电设备 |
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