CN209658292U - 具有用于防止膨胀的结构的电池单元及由电池供电的装置 - Google Patents

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Abstract

具有用于防止膨胀的结构的电池单元及由电池供电的装置。本实用新型涉及一种电池单元，在该电池单元中，果冻卷型电极组件被容纳在电池壳体中，其中，所述电池壳体包括上表面、下表面和侧表面，所述电池壳体的侧表面包括隔离壁，所述隔离壁用于提供所述隔离壁和电极组件之间的间隔缓冲空间，以便通过接受所述电极组件膨胀的变形来防止所述侧表面的形状变形。

Description

具有用于防止膨胀的结构的电池单元及由电池供电的装置
技术领域
本实用新型涉及具有用于防止膨胀的结构的电池单元。
背景技术
由于与移动装置关联的技术的发展和对其需求的增加，对二次电池的需求也已经迅速地增加。在这些二次电池当中，具有高能量密度、高工作电压以及优异的电荷保持和寿命特性的锂二次电池被广泛用作包括移动装置的各种电子产品的能源。
根据电池壳体的形状，二次电池可以被分为其中电极组件被分别安装在圆柱形金属罐和棱柱形金属罐中的圆柱形电池和棱柱形电池以及其中电极组件被安装在由铝层压板制成的袋形壳体中的袋形电池。其中，圆柱形电池具有相对高的容量和优异的结构稳定性的优点。
此外，二次电池可以依据电极组件的正极/隔膜/负极结构进行分类，并且作为代表性示例，通常包括：果冻卷型(卷绕型)电极组件，该果冻卷型(卷绕型)电极组件被配置为具有其中各自具有长片形状的正极和负极被缠绕并且隔膜被插置在正极和负极之间的结构；层叠型(层压型)电极组件，该层叠型(层压型)电极组件被配置为具有其中各自具有预定尺寸的多个正极和负极分别依次层叠并且隔膜被插置在正极和负极之间的结构；以及层叠/折叠型电极组件，该层叠/折叠型电极组件被配置为具有其中具有预定尺寸的多个正极和负极层叠并且隔膜被插置在正极和负极之间以构成二分电池或完整电池并且接着缠绕多个二分电池或完整电池的结构。
其中，果冻卷型电极组件具有易于制造和单位重量的能量密度高的优点。然而，果冻卷型电极组件是通过将长片状的正极和负极密集排列进行缠绕以使横截面呈圆柱形或椭圆形结构来获得的。因此，在充电和放电期间由于电极的膨胀和收缩而引起的应力累积在电极组件中，并且当此应力累积超过一定限度时，电极组件会发生变形。结果，不能适当地保持电极之间的间隔，从而导致电池性能快速下降并且导致引起电池安全性下降的内部短路。
如上所述，由于果冻卷型电极组件的变形，容纳果冻卷型电极组件的电池外壳的形状凸出地膨胀，导致制造过程中的缺陷率增加。特别地，在圆柱形电池单元的情况下，考虑到电池壳体的外径尺寸往往是在不考虑电极组件膨胀的情况下进行设计的事实，对解决电池壳体变形这种问题的技术的需求高。
发明内容
技术问题
因此，已经在考虑到相关技术中出现的以上问题的情况下做出了本实用新型。
本申请的发明人已经进行了深入研究和各种实验，并且如随后所述的，发现当使用包括被配置为提供果冻卷型电极组件和电池壳体之间的缓冲空间的隔离壁的电池单元时，该缓冲空间容纳由于电极组件的膨胀而导致的电极组件的变形，使得防止电池壳体发生变形，因此得到本实用新型。
技术方案
为了实现以上目的，根据本实用新型的一方面，提供了一种电池单元，该电池单元被配置为使得果冻卷型电极组件被容纳在电池壳体中，并且所述电池单元包括：所述电池壳体，所述电池壳体包括上表面、下表面和侧表面，其中，所述电池壳体的所述侧表面包括在所述电池壳体和所述电极组件之间提供缓冲空间的隔离壁，所述缓冲空间容纳所述电极组件在所述电极组件膨胀时的变形，使得防止所述电池壳体的所述侧表面发生变形。
如上所述，根据本实用新型的电池单元包括隔离壁，所述隔离壁被设置在电池壳体的侧表面内侧并且在所述电极组件和所述电池壳体之间提供缓冲空间，由此所述隔离壁能够容纳由于所述电极组件的膨胀而导致的所述电极组件的变形。
由于在电池单元的充电和放电期间锂离子的反复嵌入和脱嵌，导致果冻卷型电极组件在体积上反复膨胀和收缩。换句话讲，当电池单元被充电和放电时，其整个体积在预定的数值范围内反复膨胀和收缩。因此，当电极组件膨胀时，应力集中在电池壳体中，并且这种现象成为电池劣化的原因。
另外，电极组件的这种膨胀和收缩是不可避免的，并且超出预定范围的膨胀导致电池单元的缺陷率增加。在这方面，根据本实用新型的电池单元包括在电极组件和电池壳体之间提供缓冲空间的隔离壁。因此，即使当电极组件膨胀并因此变形时，电池壳体的形状也不会受到影响，由此能够使电池单元的缺陷率降低。
电池壳体可以不受结构限制，只要它能够容纳果冻卷型电极组件并且能够在电池壳体的侧表面的内侧被设置有隔离壁即可，并且电池壳体可以是棱柱形电池壳体或圆柱形电池壳体。
考虑到即使当电极组件膨胀时电池壳体也不会发生变形的事实，根据本实用新型的电池单元可以被配置为使得缓冲空间的厚度大于膨胀后的电极组件的厚度增加量。缓冲空间可以被配置为使得相对于侧表面从隔离壁限定的间隙的范围为电极组件在膨胀之前和之后的厚度变化量的80％至110％，特别地为电极组件在膨胀之前和之后的厚度变化量的90％至110％，并且更特别地为电极组件在膨胀之前和之后的厚度变化量的100％。换句话讲，考虑到当电极组件在电极组件的最大膨胀时在体积上增大的部分被容纳在缓冲空间中时电池壳体不会发生变形并且当缓冲空间的间隙被设置成不必要地大时增大无用空间，相对于侧表面从隔离壁限定的间隙可以对应于电极组件在膨胀之前和之后的厚度变化量。
此外，考虑到能够防止在电池单元中形成无用空间，隔离壁可以被设置成与电极组件的外表面紧密接触，从而变形成与膨胀后的电极组件的形状对应的形状。
在一个特定示例中，电池壳体的侧表面和隔离壁可以由相同的材料制成。例如，电池壳体的侧表面和隔离壁可以由铝、铝合金或不锈钢制成，并且可以由具有高刚度的金属材料制成，使得即使当电极组件膨胀时，也防止了电池壳体发生变形。
本文中，响应于由于电极组件的体积膨胀而导致的电极组件变形，隔离壁发生变形，然而尽管电极组件的体积膨胀，电池壳体的侧表面也不会发生变形。因此，电池壳体的侧表面的厚度可以大于隔离壁的厚度。例如，相对于隔离壁的厚度，电池壳体的侧表面的厚度可以在100％至300％的范围内，并且更特别地在150％至250％的范围内。
在另一个特定示例中，电池壳体的侧表面和隔离壁可以由不同的材料制成。例如，电池壳体的侧表面可以由刚度高的铝、铝合金或不锈钢制成，使得尽管电极组件的体积膨胀，电池壳体的侧表面也不会发生变形。隔离壁可以由弹性材料制成，使得隔离壁响应于反复膨胀和收缩的电极组件的变形而发生变形。
另外，由于电极组件在充电和放电期间反复膨胀和收缩，因此当膨胀后的电极组件收缩到其原始状态时，隔离壁能够响应于收缩的电极组件的形状而恢复到其先前的形状，而没有保持膨胀的状态。
在根据本实用新型的电池单元中，考虑到电极组件在电极组件的整个外周面上发生变形而应力集中在电极组件的中心部分上，电极组件会变形，使得相对于电极组件的高度方向，电极组件的中心部分的外径的变化最大。
如此，考虑到电极组件的中心部分的外径变化最大，提供缓冲空间的隔离壁可以被配置为使得其高度大于电池壳体的高度的中点。因此，隔离壁的高度的范围可以为电池壳体的高度的60％至100％。
在一个特定示例中，如上所述，所述电池壳体包括上表面、下表面和侧表面，并且所述侧表面包括隔离壁。另一方面，在电极组件的体积膨胀时，电极壳体的下表面相对小，并因此可以具有单层结构。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种包括电池组作为电源的装置，该电池组包括作为单位单元的所述电池单元。
该装置可以是例如笔记本计算机、上网本、平板PC、移动电话、MP3、可穿戴电子装置、电力工具、电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)、插电式混合动力电动汽车(PHEV)、电动自行车(E-bike)、电动踏板车(E-scooter)、电动高尔夫球车、电力储存系统等，但是不限于此。
由于此装置的结构和制造方法在相关技术中是公知的，因此本文中将省略对其的详细描述。
附图说明
图1是示出根据本实用新型的实施方式的电池壳体的立体图。
图2是示出根据本实用新型的实施方式的电池单元的竖直截面图。
图3是图2的局部放大视图。
图4是示出在电极组件膨胀的状态下的电池单元的竖直截面图。
具体实施方式
图1是示意性地示出根据本实用新型的构成电池单元的电池壳体的立体图。
参照图1，电池壳体100是包括上表面(未示出)、下表面120和侧表面101的圆柱形电池壳体。隔离壁102按平行于电池壳体100的侧表面竖直延伸的方式设置在电池壳体100中，由此在隔离壁102和侧表面101之间限定出缓冲空间103，缓冲空间容纳电极组件在电极组件膨胀时的变形。因此，电池壳体100被构造成使得侧表面 101具有其中在侧表面101和隔离壁102之间限定出缓冲空间103的双层结构，而下表面120具有单层结构。虽然图1示出了圆柱形电池壳体，但是本实用新型的范围包括具有用于容纳果冻卷型电极组件的棱柱形电池壳体的电池单元，而不限于包括圆柱形电池壳体的电池单元。
图2是示意性地示出电极组件被容纳在图1的电池壳体中的状态的竖直截面图，并且图3是图2的示意性局部放大视图。
参照图2和图3，电极组件130被容纳在电池壳体100中，并且隔离壁102被设置成与电极组件130的外表面紧密接触。电池壳体100的侧表面101和隔离壁102 可以由相同的材料制成，或者可以由不同的材料制成。当侧表面101和隔离壁102 由相同的材料制成时，考虑到侧表面101和隔离壁102中的每一个的功能特性，侧表面101的厚度W2的范围可以被确定为隔离壁102的厚度W3的100％至300％。
另外，缓冲空间103可以被配置为使得相对于侧表面101从隔离壁102限定的间隙W1的范围为电极组件130在膨胀之前和之后的厚度变化量的80％至110％。此外，隔离壁102的高度的范围可以被确定为电池壳体100的高度的60％至100％。
图4是示意性地示出在电极组件膨胀的状态下的电池单元的竖直截面图。
参照图4，电极组件230膨胀，使得相对于电极组件230的高度方向，电极组件 230的中心部分的外径的变化最大。隔离壁202变形成与膨胀后的电极组件230的形状对应的形状，而电池壳体的侧表面201的外径即使在电极组件230膨胀时也没有变形。当电极组件230膨胀时，被设置成与电极组件230紧密接触的隔离壁202发生与膨胀后的电极组件230的形状对应的变形，由此隔离壁202膨胀并因此与电池壳体的侧表面201接触。当膨胀后的电极组件230收缩时，变形的隔离壁202能够恢复到其先前的形状。
如上所述，根据本实用新型的电池单元包括隔离壁，该隔离壁用于在电极组件和电池壳体之间提供缓冲空间，使得所述缓冲空间容纳由于电极组件的膨胀而导致的电极组件的变形。因此，即使电池组件在电池充满电时体积膨胀，缓冲空间也能够容纳电极组件的膨胀，使得能够防止电池壳体发生变形。
虽然已经出于例示目的描述了本实用新型的优选实施方式，但是本领域技术人员将要领会的是，可以在不脱离所附的权利要求中公开的本实用新型的范围和精神的情况下进行各种修改、添加和替代。
工业实用性
如上所述，根据本实用新型的电池单元包括被设置在电池壳体中并且被设置成与电极组件紧密接触的隔离壁以及在隔离壁与电池壳体的侧表面之间限定的缓冲空间。因此，即使当果冻卷型电极组件发生膨胀时，也能够防止电池壳体的外径变形。

Claims (14)

1.一种电池单元，该电池单元被配置为使得果冻卷型电极组件被容纳在所述电池单元的电池壳体中，其特征在于，所述电池单元包括：
所述电池壳体，所述电池壳体包括上表面、下表面和侧表面，
其中，所述电池壳体的所述侧表面包括在所述电池壳体和所述电极组件之间提供缓冲空间的隔离壁，所述缓冲空间容纳所述电极组件在所述电极组件膨胀时的变形，使得防止所述电池壳体的所述侧表面发生变形。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述电池壳体是棱柱形或圆柱形的电池壳体。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述缓冲空间被配置为使得相对于所述侧表面从所述隔离壁限定的间隙的范围为所述电极组件在膨胀之前和之后的厚度变化量的80％至110％。
4.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述隔离壁被设置成与所述电极组件的外表面紧密接触，使得所述隔离壁发生与膨胀后的所述电极组件的形状对应的变形。
5.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述电池壳体被配置为使得所述侧表面和所述隔离壁由相同的材料制成。
6.根据权利要求5所述的电池单元，其特征在于，所述电池壳体被配置为使得所述侧表面和所述隔离壁由铝、铝合金或不锈钢制成。
7.根据权利要求6所述的电池单元，其特征在于，所述电池壳体被配置为使得所述侧表面的厚度的范围为所述隔离壁的厚度的100％至300％。
8.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述电池壳体被配置为使得所述侧表面和所述隔离壁由不同的材料制成。
9.根据权利要求8所述的电池单元，其特征在于，所述电池壳体被配置为使得所述侧表面由铝、铝合金或不锈钢制成，并且所述隔离壁由弹性材料制成。
10.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，当膨胀后的所述电极组件收缩到所述电极组件的原始形状时，所述隔离壁恢复到所述隔离壁先前的形状。
11.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，相对于所述电极组件的高度方向，所述电极组件的中心部分的外径的变化最大。
12.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述隔离壁被配置为使得所述隔离壁的高度的范围为所述电池壳体的高度的60％至100％。
13.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，所述电池壳体的所述下表面具有单层结构。
14.一种由电池供电的装置，其特征在于，该装置包括根据权利要求1至13中的任一项所述的电池单元。
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