CN117691264A - 电池壳体、电池外壳及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池技术领域，公开了电池壳体、电池外壳及电池，包括：主体，主体围合形成容纳空间，主体形成有激光熔覆区，激光熔覆区由主体的外表面沿主体的壁厚方向向内延伸，或者是，激光熔覆区由主体的内表面沿主体的壁厚方向向外延伸；沿主体的周向，激光熔覆区间隔设置有若干个。本发明采用激光熔覆的方式，使加工形成的主体上形成有激光熔覆区，加强电池壳体的整体结构强度，当电池发生热失控时，电池壳体不易破裂，避免引发安全事故，当电池装入电池包后，电池壳体不易弯曲变形，保证电池的性能。

Description

电池壳体、电池外壳及电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及电池壳体、电池外壳及电池。
背景技术
动力电池一般包括电池内部结构和电池外部结构，电池内部结构主要包括电芯极组，电池外部结构也即电池外壳，主要包括电池盖板和电池壳体。电池壳体为电芯极组提供容纳空间，并与电池盖板通过焊接配合形成封闭空间，进而形成完整的电池结构。
电池壳体通常采用板材弯折成型，并采用高频焊接或激光焊接工艺将板材的对接处进行焊接。为实现降低生产成本和轻量化目标，电池壳体的壁厚往往偏薄，导致电池壳体的强度不足。当电池发生热失控时，电池壳体容易发生破裂，导致电池失效，发生安全事故；当电池装入电池包后，电池壳体易于弯曲变形，严重影响电池性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电池壳体、电池外壳及电池，以解决现有技术中电池壳体强度不足，容易破裂或变形的问题。
第一方面，本发明提供了一种电池壳体，包括：主体，所述主体围合形成容纳空间，所述主体形成有激光熔覆区，所述激光熔覆区由所述主体的外表面沿所述主体的壁厚方向向内延伸，或者是，所述激光熔覆区由所述主体的内表面沿所述主体的壁厚方向向外延伸；沿所述主体的周向，所述激光熔覆区间隔设置有若干个。
有益效果：采用激光熔覆的方式，使加工形成的主体上形成有激光熔覆区，加强电池壳体的整体结构强度，当电池发生热失控时，电池壳体不易破裂，避免引发安全事故，当电池装入电池包后，电池壳体不易弯曲变形，保证电池的性能。
在一种可选的实施方式中，所述激光熔覆区至少对应所述主体的棱边设置。
有益效果：通过提高主体棱边处的结构强度，从而提高电池壳体整体的结构强度，有效保证电池壳体不易破裂且不易弯曲变形。
在一种可选的实施方式中，所述主体通过沿板材的长度方向弯折成型，所述板材的两侧对接并焊接设置，若干个所述激光熔覆区沿所述板材的长度方向间隔设置。
在一种可选的实施方式中，沿所述板材的长度方向依次间隔设置有四个所述激光熔覆区，其中，位于所述板材中间位置的两个所述激光熔覆区的中心距为b，位于所述板材边缘的一个所述激光熔覆区和与其相邻的另一个所述激光熔覆区的中心距为a，所述主体的宽度为Y，所述主体的厚度为Z，满足a=Y，b=Z。
在一种可选的实施方式中，所述主体的壁厚H为0.3mm至3mm。
在一种可选的实施方式中，所述激光熔覆区的厚度h占所述主体的壁厚H的1/3至2/3；和/或，所述激光熔覆区的厚度h为0.1mm至2mm。
有益效果：使激光熔覆区具有合适的厚度，既能够使电池壳体的结构强度提升，又便于激光熔覆区的加工。
在一种可选的实施方式中，所述激光熔覆区的宽度l为2.5mm至6.8mm。
有益效果：使激光熔覆区具有合适的宽度，保证激光熔覆区能够对主体的棱边处进行覆盖。
在一种可选的实施方式中，所述主体的长度X为300mm至2000mm，所述主体的宽度Y为40mm至150mm，所述主体的厚度Z为12mm至55mm；或者是，所述主体的长度X为100mm至600mm，所述主体的宽度Y为50mm至250mm，所述主体的厚度Z为10mm至100mm；或者是，所述主体的长度X为600mm至1500mm，所述主体的宽度Y为50mm至250mm，所述主体的厚度Z为10mm至100mm。
第二方面，本发明还提供了一种电池外壳，包括上述的电池壳体。
第三方面，本发明还提供了一种电池，包括上述的电池外壳。
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池壳体的主视图；
图2为用于制作图1所示的电池壳体的板材的示意图；
图3为图1中电池壳体的立体图。
附图标记说明：
1、主体；101、激光熔覆区。
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至图3，描述本发明的实施例。
根据本发明的实施例，一方面，提供了一种电池壳体，包括主体1。主体1围合形成容纳空间。主体1形成有激光熔覆区101，激光熔覆区101由主体1的外表面沿主体1的壁厚方向向内延伸，或者是，激光熔覆区101由主体1的内表面沿主体1的壁厚方向向外延伸。沿主体1的周向，激光熔覆区101间隔设置有若干个。
采用激光熔覆的方式，使加工形成的主体1上形成有激光熔覆区101，加强电池壳体的整体结构强度，当电池发生热失控时，电池壳体不易破裂，避免引发安全事故，当电池装入电池包后，电池壳体不易弯曲变形，保证电池的性能。
值得说明的是，请参阅图1，主体1的周向即为图1所示主体1的围合方向。
需要说明的是，激光熔覆技术是利用高能量密度激光束将具有不同成分、性能的合金与基材（电池壳体板材）表面快速熔化、扩展和凝固，在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，此涂层与基材界面为冶金结合，构成一种新的复合材料，以弥补基材所缺少的高性能，此技术可以提高基材强度，提高基材表面耐磨性，改善电池壳体性能，避免易破裂及弯曲变形问题。
需要进一步说明的是，上述的不同成分、性能的合金可为钛合金、镁合金、铝合金等高强度合金材料。激光熔覆技术的工艺参数主要包括激光输出功率、激光光斑尺寸、光斑振幅和振荡频率、扫描速度、涂层厚度等，激光熔覆技术所使用的激光可为皮秒激光、飞秒激光等。可以根据不同的使用工况对工艺参数以及激光类型进行调整。
值得说明的是，激光熔覆技术具有以下优势：激光作用时间短，能量密度高，因此基体材料热影响区小，并且由于加工应力而产生的变形亦较小，熔覆成品率高；熔覆层组织细小均匀，结构致密，微观缺陷少，因而硬度一般较高，耐磨、耐蚀等性能也更为优越；涂层与基材界面为冶金结合，熔覆层成分及稀释率可控，易实现选区熔覆和自动化制备；对环境的污染小。
在一个实施例中，如图1所示，激光熔覆区101对应主体1的棱边设置。通过提高主体1棱边处的结构强度，从而提高电池壳体整体的结构强度，有效保证电池壳体不易破裂且不易弯曲变形。
值得说明的是，请参阅图1，主体1呈方形结构，方形结构具有四条棱边，相应的，激光熔覆区101设置有四个，四个激光熔覆区101与四条棱边一一对应设置。
当然，在其他可替代的实施方式中，主体1的非棱边区域，也即主体1的面域内，也可以设置有激光熔覆区101。
值得说明的是，在相关技术中，刀片电池壳体的长度较长，当电池壳体的强度较低时，易于发生弯曲变形。因此，在相关技术中，为了增加刀片电池壳体的强度，防止壳体弯曲变形，保持极组形状，通常会在电芯极组与电池壳体的配合面之间增加侧板结构。可以理解的是，侧板结构的设置会占用电池内部空间，降低电池内部空间利用率，并且会导致成本的增加。
应用本实施例的电池壳体，通过在主体1上（尤其是棱边处）形成激光熔覆区101，提高电池壳体自身结构强度，进而保证电池不易弯曲变形。因此，无需额外设置侧板结构，减小对电池内部空间的占用，提高电池内部空间利用率，并且降低生产成本。
进一步的，电池壳体自身强度的增加，使得电池成品强度增加。在刀片电池装入PACK包中，其长而薄的形状优势在于散热性能好且本身可以作为结构件，叠加无模组的CTP、CTC技术， 可以提升电池整包安全性和能量体积密度、降低成本。
在一个实施例中，如图1和图2所示，主体1通过沿板材的长度方向弯折成型，板材的两侧对接并焊接设置，若干个激光熔覆区101沿板材的长度方向间隔设置。
值得说明的是，请参阅图1和图2，板材的长度即为弯折成型后主体1的周长，主体1的壁厚即为板材的板厚。
在一个实施例中，如图1和图2所示，沿板材的长度方向依次间隔设置有四个激光熔覆区101，其中，位于板材中间位置的两个激光熔覆区101的中心距b，位于板材边缘的一个激光熔覆区101和与其相邻的另一个激光熔覆区101的中心距为a；主体1的宽度为Y，主体1的厚度为Z，满足a=Y，b=Z。因此，当板材弯折成型后，激光熔覆区101可对应主体1的棱边设置。
需要说明的是，请参阅图2，四个激光熔覆区101由左至右进行升序排序，第二个激光熔覆区101与第一个激光熔覆区101的中心距a等于主体1的宽度Y，第二个激光熔覆区101与第三个激光熔覆区101的中心距b等于主体1的厚度Z。进一步的，第三个激光熔覆区101与第四个激光熔覆区101的中心距同样为a且等于主体1的宽度Y。
在一个实施例中，如图1和图2所示，主体1的壁厚H为0.3mm至3mm。也即，板材的板厚为0.3mm至3mm。
在一个实施例中，如图2所示，激光熔覆区101的厚度h占主体1的壁厚H的1/3至2/3；和/或，激光熔覆区101的厚度h为0.1mm至2mm。
值得说明的是，请参阅图1和图2，在主体1的壁厚方向（也即板材的板厚方向）上，激光熔覆区101只占据一部分。从而，使激光熔覆区101具有合适的厚度，既能够使电池壳体的结构强度提升，又便于激光熔覆区101的加工。
在一个实施例中，如图2所示，激光熔覆区101的宽度l为2.5mm至6.8mm。
值得说明的是，请参阅图1，在主体1的棱边处形成圆角结构，通常圆角结构的内圆角半径r为1mm，因此圆角结构的外圆角半径R=r+H，外圆角半径R的取值范围则为1.3mm至4mm，可得每个圆角结构外圆角处的长度（圆形周长的1/4，也即1/4×2×π×R）为2.04mm至6.28mm。将激光熔覆区101的宽度设置为略大于（通常长出0.5mm）圆角结构外圆角处的长度，从而，使激光熔覆区101具有合适的宽度，保证激光熔覆区101能够对主体1的棱边处进行覆盖。
当然，在其他可替代的实施方式中，激光熔覆区101的厚度以及宽度可根据实际需要具体选择。
在一个实施例中，如图1所示，主体1的长度X为300mm至2000mm，主体1的宽度Y为40mm至150mm，主体1的厚度Z为12mm至55mm。可选地，X=500mm，Y=120mm，Z=16mm。
当然，在其他可替代的实施方式中，主体1的长度X为100mm至600mm，主体1的宽度Y为50mm至250mm，主体1的厚度Z为10mm至100mm；或者是，主体1的长度X为600mm至1500mm，主体1的宽度Y为50mm至250mm，主体1的厚度Z为10mm至100mm。
值得说明的是，电池壳体可以为铝材质、钢材质等材料。
下面对不同的激光熔覆后的板材进行强度、延伸及硬度测试。
对于第一种板材，板材的材质为AL3003，板材的长度为272mm（也即，2×Y+2×Z，其中Y=120mm，Z=16mm），板材的宽度为500mm（也即X=500mm），板材的厚度H为1.2mm，测试结果如表1和表2所示。
表1 实施例实验结果
表2 对比例实验结果
对于第二种板材，板材的材质为AL3003，板材的长度为272mm（也即，2×Y+2×Z，其中Y=120mm，Z=16mm），板材的宽度为500mm（也即X=500mm），板材的厚度H为2.4mm，测试结果表3和表4所示。
表3 实施例实验结果
表4 对比例实验结果
由表1和表3可以看出，每个表格中实施例1至实施例15中设置有激光熔覆区的板材，在屈服强度、抗拉强度、延伸率以及硬度方面均优于原材质板材（也即未设置激光熔覆区的板材）。因此，通过在主体1上设置激光熔覆区101，能够提高电池壳体的结构性能。
值得说明的是，对激光熔覆后的板材取拉伸样条，将拉伸样条放置拉力机上，直至样条拉断，记录样条的屈服强度、抗拉强度和延伸率。取板材的激光熔覆区域作为样本，使用维氏硬度计用一块金属棒压入样本表面，测定深度，根据深度确定样本的硬度值。
根据本发明的实施例，另一方面，还提供了一种电池外壳，包括上述的电池壳体。
在一个实施例中，电池外壳还包括盖板，盖板对应电池壳体的端部开口设置。
根据本发明的实施例，再一方面，还提供了一种电池，包括上述的电池外壳。
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 (10)

1.一种电池壳体，其特征在于，包括：
主体，所述主体围合形成容纳空间，所述主体形成有激光熔覆区，所述激光熔覆区由所述主体的外表面沿所述主体的壁厚方向向内延伸，或者是，所述激光熔覆区由所述主体的内表面沿所述主体的壁厚方向向外延伸；沿所述主体的周向，所述激光熔覆区间隔设置有若干个。
2.根据权利要求1所述的电池壳体，其特征在于，所述激光熔覆区至少对应所述主体的棱边设置。
3.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其特征在于，所述主体通过沿板材的长度方向弯折成型，所述板材的两侧对接并焊接设置，若干个所述激光熔覆区沿所述板材的长度方向间隔设置。
4.根据权利要求3所述的电池壳体，其特征在于，沿所述板材的长度方向依次间隔设置有四个所述激光熔覆区，其中，位于所述板材中间位置的两个所述激光熔覆区的中心距为b，位于所述板材边缘的一个所述激光熔覆区和与其相邻的另一个所述激光熔覆区的中心距为a，所述主体的宽度为Y，所述主体的厚度为Z，满足a=Y，b=Z。
5.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其特征在于，所述主体的壁厚H为0.3mm至3mm。
6.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其特征在于，所述激光熔覆区的厚度h占所述主体的壁厚H的1/3至2/3；和/或，所述激光熔覆区的厚度h为0.1mm至2mm。
7.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其特征在于，所述激光熔覆区的宽度l为2.5mm至6.8mm。
8.根据权利要求1或2所述的电池壳体，其特征在于，所述主体的长度X为300mm至2000mm，所述主体的宽度Y为40mm至150mm，所述主体的厚度Z为12mm至55mm；或者是，
所述主体的长度X为100mm至600mm，所述主体的宽度Y为50mm至250mm，所述主体的厚度Z为10mm至100mm；或者是，
所述主体的长度X为600mm至1500mm，所述主体的宽度Y为50mm至250mm，所述主体的厚度Z为10mm至100mm。
9.一种电池外壳，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电池壳体。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求9所述的电池外壳。
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