CN117096511A

CN117096511A - 电芯、电池模组及电池包

Info

Publication number: CN117096511A
Application number: CN202311347532.8A
Authority: CN
Inventors: 徐檑; 徐同力; 李龙
Original assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Svolt Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2023-10-18
Filing date: 2023-10-18
Publication date: 2023-11-21
Anticipated expiration: 2043-10-18
Also published as: CN117096511B

Abstract

本发明涉及电池技术领域，公开了电芯、电池模组及电池包，包括：壳体，壳体上开设有若干个开口；防爆阀、注液孔和极柱组件，分别对应若干个开口设置；壳体的抗拉强度为a，壳体的屈服强度为b，壳体的耐压强度为c，壳体的漏率为d，防爆阀的开启压力为e，若干个开口的面积占壳体的表面积的比例为f，满足：，，。本发明通过对结构强度性能和安全性能之间的比值进行控制，既保证了电芯壳体的结构强度，也保证了电芯的安全性能，从而使电芯能够安全运行。

Description

电芯、电池模组及电池包

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及电芯、电池模组及电池包。

背景技术

目前，随着新能源汽车行业的蓬勃发展，对于新能源汽车的安全性能要求越来越高。当电池发生内部电芯、模组短路或者是遭到碰撞、泡水等原因，其均会在很短时间内产生大量高温气体，积聚于电池内。因此，电池上通常会设置防爆阀，使得当电池运行异常使内部产生气体时，可以通过防爆阀排出气体，提高电池的安全性能，以免造成较大的安全事故。并且，电芯的结构强度对于电芯的安全运行也极为重要，当电芯受到挤压，需要保证电芯壳体不会坍塌。然而，现有技术中的电芯无法兼顾结构强度和安全性能，容易造成安全事故。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电芯、电池模组及电池包，以解决现有技术中的电芯无法兼顾结构强度和安全性能，容易造成安全事故的问题。

第一方面，本发明提供了一种电芯，包括：壳体，所述壳体上开设有若干个开口；防爆阀、注液孔和极柱组件，分别对应若干个所述开口设置；所述壳体的抗拉强度为a，所述壳体的屈服强度为b，所述壳体的耐压强度为c，所述壳体的漏率为d，所述防爆阀的开启压力为e，若干个所述开口的面积占所述壳体的表面积的比例为f，满足：，/>，。

有益效果：利用抗拉强度、屈服强度和耐压强度表征电芯壳体的结构强度性能，利用壳体的漏率、防爆阀的开启压力以及若干个开口占壳体的表面积的比例表征电芯壳体的安全性能，通过对结构强度性能和安全性能之间的比值进行控制，保证电芯在运行过程中壳体不会发生坍塌的同时，防爆阀可以正常开启，因此，既保证了电芯壳体的结构强度，也保证了电芯的安全性能，从而使电芯能够安全运行。

在一种可选的实施方式中，所述抗拉强度a的取值范围为100MPa至250MPa。

有益效果：在电芯受到挤压或碰撞时，能够有效避免壳体发生形变，并且对生产成本进行控制。

在一种可选的实施方式中，所述屈服强度b的取值范围为40MPa至200MPa。

在一种可选的实施方式中，所述耐压强度c的取值范围为0.6MPa至2.5MPa。

有益效果：能够有效避免壳体被内部极组刺破，并且对生产成本进行控制。

在一种可选的实施方式中，所述漏率d的取值范围为至。

有益效果：保证壳体具有足够的密封性能，避免壳体内的正极极片或者负极极片与壳体外的空气相接触而引发热失控，并且对生产成本进行控制。

在一种可选的实施方式中，所述防爆阀的开启压力e的取值范围为0.4MPa至1.2MPa。

有益效果：当壳体内部发生气体累积导致壳体内部压力过高时，使防爆阀开启实现排气，避免电池爆炸。

在一种可选的实施方式中，若干个所述开口的面积占所述壳体的表面积的比例f的取值范围为0.1%至10%。

有益效果：在实现防爆阀、注液孔以及极柱组件安装于壳体上的同时，保证壳体对内部极组提供足够的保护与支撑。

在一种可选的实施方式中，所述防爆阀设置于所述壳体上，和/或，所述防爆阀至少设置有一个。

第二方面，本发明还提供了一种电池模组，包括上述的电芯。

第三方面，本发明还提供了一种电池包，包括上述的电池模组。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例的电芯的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的壳体与防爆阀的配合结构示意图；

图3为本发明实施例的通过热失控测试的电芯的模拟结构示意图；

图4为本发明实施例的通过挤压测试的电芯的模拟结构示意图；

图5为本发明实施例的未通过热失控测试的电芯的模拟结构示意图；

图6为本发明实施例的另一种电芯的整体结构示意图；

图7为本发明实施例的又一种电芯的整体结构示意图；

图8为图7所示的电芯的另外一个角度的整体结构示意图；

图9为本发明实施例的第四种电芯的整体结构示意图；

图10为本发明实施例的第五种电芯的整体结构示意图。

附图标记说明：

1、壳体；101、壳主体；102、正极盖板；103、负极盖板；2、防爆阀；3、注液孔；4、极柱组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

下面结合图1至10，描述本发明的实施例。

根据本发明的实施例，一方面，提供了一种电芯，包括壳体1、防爆阀2、注液孔3和极柱组件4。壳体1上开设有若干个开口，防爆阀2、注液孔3和极柱组件4分别对应若干个开口设置。壳体1的抗拉强度为a，壳体1的屈服强度为b，壳体1的耐压强度为c，壳体1的漏率为d，防爆阀2的开启压力为e，若干个开口的面积占壳体1的表面积的比例为f，满足：，/>，。

利用抗拉强度、屈服强度和耐压强度表征电芯壳体1的结构强度性能，利用壳体1的漏率、防爆阀2的开启压力以及若干个开口占壳体1的表面积的比例表征电芯壳体1的安全性能，通过对结构强度性能和安全性能之间的比值进行控制，保证电芯在运行过程中壳体1不会发生坍塌的同时，防爆阀2可以正常开启，因此，既保证了电芯壳体1的结构强度，也保证了电芯的安全性能，从而使电芯能够安全运行。

需要说明的是，使用数值表征壳体1的整体结构强度，使用壳体1的漏率d、防爆阀2的开启压力e、若干个开口的面积占壳体1的表面积的比例f分别表征壳体1的安全性能。

具体的，对于公式一，当防爆阀2的开启压力e为一定值，/>数值越小，则说明壳体1结构强度越差，若是壳体1内部发生气体累积导致壳体1内部压力过高，壳体1内部的气体无法通过防爆阀2排出，而会导致壳体1发生破裂；/>数值越大，说明壳体1结构强度越好，则需要选用更好的材质制作壳体1，导致生产成本过大。当数值/>为一定值，防爆阀2的开启压力e越小，说明壳体1的安全性能越好，也即壳体1内部气体累积达到较小的压力值时，防爆阀2就会开启进行排气，电芯安全系数过高，则会使得电芯生产和使用成本增大；防爆阀2的开启压力e越大，说明壳体1的安全性能越差，也即壳体1内部气体累积达到较大的压力值时，防爆阀2才会开启进行排气，存在壳体1发生破裂的风险。

具体的，对于公式二，当若干个开口的面积占壳体1的表面积的比例f为一定值，/>数值越小，则说明壳体1结构强度越差，壳体1的结构强度无法满足对防爆阀2、注液孔3以及极柱组件4的安装与支撑；数值越大，说明壳体1结构强度越好，则需要选用更好的材质制作壳体1，导致生产成本过大。当数值/>为一定值，若干个开口的面积占壳体1的表面积的比例f越小，说明壳体1能够留有较大的面积实现对内部极组的防护与支撑，电芯整体的结构强度越好；若干个开口的面积占壳体1的表面积的比例f越大，说明防爆阀2占比面积可以越大，电芯的安全性能越好，但是当若干个开口的面积占壳体1的表面积的比例f过大，则无法保证对壳体1内部极组的有效防护与支撑，电芯整体的结构强度差。

具体的，对于公式三，当壳体1的漏率d为一定值，数值越小，则说明壳体1结构强度越差，当壳体1外的空气进入壳体1内部并与壳体1内部的正极极片或者负极极片相接触而引发热失控时，容易导致壳体1发生破裂；/>数值越大，说明壳体1结构强度越好，则需要选用更好的材质制作壳体1，导致生产成本过大。当数值/>为一定值，壳体1的漏率d越小，说明壳体1外的空气越不易进入壳体1内部，也即壳体1的气密性越好，不易引发热失控，但是电芯的加工难度会越大，加工成本过高；壳体1的漏率d越大，说明壳体1外的空气越容易进入壳体1内部，也即壳体1的气密性越差，越容易引发热失控，导致电芯爆炸。

在一个实施例中，抗拉强度a的取值范围为100MPa至250MPa。具体的，抗拉强度a可以为100MPa、110MPa、120MPa、125MPa、128MPa、130MPa、135MPa、140MPa、145MPa、148MPa、150MPa、155MPa、160MPa、170MPa、200MPa、250MPa等。通过对抗拉强度a的取值进行控制，在电芯受到挤压或碰撞时，能够有效避免壳体1发生形变，并且对生产成本进行控制。

在一个实施例中，屈服强度b的取值范围为40MPa至200MPa。具体的，屈服强度b可以为40MPa、50MPa、60MPa、65MPa、70MPa、80MPa、88MPa、90MPa、92MPa、95MPa、100MPa、110MPa、160MPa、120MPa、125MPa、128MPa、130MPa、135MPa、140MPa、145MPa、148MPa、150MPa、155MPa、160MPa、170MPa、200MPa等。通过对屈服强度b的取值进行控制，在电芯受到挤压或碰撞时，能够有效避免壳体1发生形变，并且对生产成本进行控制。

在一个实施例中，耐压强度c的取值范围为0.6MPa至2.5MPa。具体的，耐压强度c可以为0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa、1.3MPa、1.4MPa、1.7MPa、1.9MPa、2.1MPa、2.5MPa等。通过对耐压强度c的取值进行控制，能够有效避免壳体1被内部极组刺破，并且对生产成本进行控制。

在一个实施例中，漏率d的取值范围为至。具体的，漏率d可以为/>、/>、、/>、/>、/>、、/>、/>、/>、、/>、/>等。通过对壳体1的漏率d的取值进行控制，保证壳体1具有足够的密封性能，避免壳体1内的正极极片或者负极极片与壳体1外的空气相接触而引发热失控，并且对生产成本进行控制。

在一个实施例中，防爆阀2的开启压力e的取值范围为0.4MPa至1.2MPa。具体的，防爆阀2的开启压力e可以为0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、0.9MPa、1.0MPa、1.1MPa、1.2MPa等。当壳体1内部发生气体累积导致壳体1内部压力过高时，使防爆阀2开启实现排气，避免电池爆炸。

在一个实施例中，若干个开口的面积占所述壳体1的表面积的比例f的取值范围为0.1%至10%。具体的，若干个开口的面积占所述壳体1的表面积的比例f可以为0.1%、0.2%、0.3%、0.35%、0.4%、0.42%、1%、2%、4%、7%、8%、10%等。通过对若干个开口的面积占所述壳体1的表面积的比例进行控制，在实现防爆阀2、注液孔3以及极柱组件4安装于壳体1上的同时，保证壳体1对内部极组提供足够的保护与支撑。

在一个实施例中，如图1所示，防爆阀2设置于壳体1由长度方向和厚度方向所形成的表面上。也即，防爆阀2设置于壳体1的窄面上。

当然，在其他可替代的实施方式中，请参阅图9，防爆阀2也可以设置于正极盖板102和/或负极盖板103上。

在一个实施例中，如图1所示，防爆阀2间隔设置有两个。

值得说明的是，防爆阀2的数量可以根据实际需要具体设置，如图6所示，可以设置为一个，当然，也可以设置为更多个，例如三个、四个……等。

在一个实施例中，如图1所示，壳体1包括壳主体101、正极盖板102和负极盖板103，正极盖板102和负极盖板103分设于壳主体101相对的两端；极柱组件4包括正极组件和负极组件，正极组件对应正极盖板102设置，负极组件对应负极盖板103设置。

需要说明的是，如图1、图6和图9所示，电芯可以为刀片电芯；如图7、图8和图10所示，电芯也可以为方壳电芯。当然，电芯也可以为其他类型。

需要进一步说明的是，请参阅图7和图8，极柱组件4和防爆阀2可以分设于壳体1不同的侧面上，也即，极柱组件4对应盖板设置，防爆阀2对应壳主体101的侧面设置；可以理解的是，请参阅图10，极柱组件4和防爆阀2可以同时位于壳体1的盖板上，也即，壳体1包括壳主体101和盖板，盖板对应壳主体101一端的开口设置，极柱组件4（包括正极和负极）和防爆阀2均对应盖板设置。

下面实施例均以磷酸铁锂电芯为例进行实验验证。

表1 实施例与比较例测试结果

值得说明的是，公式一是指，公式二是指，公式三是指/>。

因此，由表1可以看出，在实施例1、实施例2、实施例3和实施例4中，公式一结果在范围内，公式二结果在/>范围内，公式三结果在/>范围内，实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的电芯均能够通过热失控测试以及挤压测试；然而，在比较例1中，公式一结果为1.64，不在/>范围内，比较例1的电芯未通过热失控测试。综上，当公式一结果、公式二结果和公式三结果落在本申请限定的范围内时，电芯热失控测试和挤压测试均可通过，也即，既保证了电芯壳体1的结构强度，也保证了电芯的安全性能。

下面对不同的电芯进行热失控测试完成实验验证。

表2 热失控测试实施例与比较例测试结果

由表2可以看出，在实施例5、实施例6、实施例7和实施例8中，公式一结果在范围内，公式二结果在/>范围内，公式三结果在/>范围内，实施例5、实施例6、实施例7和实施例8的电芯均能够通过热失控测试。然而，在比较例2中，公式一结果为1.62，公式一结果不在/>范围内；在比较例3中，公式二结果为81.38，公式二结果不在/>范围内；在比较例4中，公式三结果为52.02，公式三结果不在范围内；比较例2、比较例3和比较例4的电芯未通过热失控测试。综上，当公式一结果、公式二结果和公式三结果落在本申请限定的范围内时，电芯热失控测试可通过。

下面对不同的电芯进行挤压测试完成实验验证。

表3 挤压测试实施例与比较例测试结果

由表3可以看出，在实施例9、实施例10、实施例11和实施例12中，公式一结果在范围内，公式二结果在/>范围内，公式三结果在/>范围内，实施例9、实施例10、实施例11和实施例12的电芯均能够通过挤压测试。然而，在比较例5中，公式一结果为1.65，公式一结果不在/>范围内；在比较例6中，公式二结果为72.89，公式二结果不在/>范围内；在比较例7中，公式三结果为53.89，公式三结果不在范围内；比较例5、比较例6和比较例7的电芯未通过挤压测试。综上，当公式一结果、公式二结果和公式三结果落在本申请限定的范围内时，电芯挤压测试可通过。

需要说明的是，热失控测试是指对电芯持续加热，直至防爆阀2爆开，观察壳体1是否完整、电芯是否起火、爆炸。挤压测试是指对电芯挤压3mm，观察防爆阀2是否破裂、防爆阀2是否产生泄漏、电芯是否起火、爆炸。

根据本发明的实施例，另一方面，还提供了一种电池模组，包括上述的电芯。

根据本发明的实施例，再一方面，还提供了一种电池包，包括上述的电池模组。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims

1.一种电芯，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体上开设有若干个开口；

防爆阀、注液孔和极柱组件，分别对应若干个所述开口设置；

所述壳体的抗拉强度为a，所述壳体的屈服强度为b，所述壳体的耐压强度为c，所述壳体的漏率为d，所述防爆阀的开启压力为e，若干个所述开口的面积占所述壳体的表面积的比例为f，满足：

，

。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述抗拉强度a的取值范围为100MPa至250MPa。

3.根据权利要求1或2所述的电芯，其特征在于，所述屈服强度b的取值范围为40MPa至200MPa。

4.根据权利要求1或2所述的电芯，其特征在于，所述耐压强度c的取值范围为0.6MPa至2.5MPa。

5.根据权利要求1或2所述的电芯，其特征在于，所述漏率d的取值范围为至/>。

6.根据权利要求1或2所述的电芯，其特征在于，所述防爆阀的开启压力e的取值范围为0.4MPa至1.2MPa。

7.根据权利要求1或2所述的电芯，其特征在于，若干个所述开口的面积占所述壳体的表面积的比例f的取值范围为0.1%至10%。

8.根据权利要求1或2所述的电芯，其特征在于，所述防爆阀设置于所述壳体上，和/或，所述防爆阀至少设置有一个。

9.一种电池模组，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电芯。

10.一种电池包，其特征在于，包括权利要求9所述的电池模组。