CN209786121U - 电池模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池模块，其包括沿水平方向排列的多个电池单体。各电池单体包括电极组件、壳体和顶盖组件，电极组件收容于壳体内，顶盖组件连接于壳体。电极组件包括第一极片、第二极片和隔膜，隔膜将第一极片和第二极片隔开。电极组件为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件包括两个扁平面，两个扁平面沿竖直方向相互面对。第一极片卷绕为多圈，且相邻的两圈第一极片之间设有间隙。

Description

电池模块

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种电池模块。

背景技术

电池模块通常包括多个依次排列的二次电池，而各二次电池内部设有电极组件。在充放电过程中，电极组件会出现膨胀，而所述多个二次电池的电极组件产生的膨胀力会沿着排列方向叠加并形成过大的合力；所述合力挤压二次电池，导致二次电池无法正常工作，影响二次电池的寿命。

实用新型内容

鉴于背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种电池模块，其能减小电池模组的膨胀力，改善电池的性能。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电池模块，其包括沿水平方向排列的多个电池单体。各电池单体包括电极组件、壳体和顶盖组件，电极组件收容于壳体内，顶盖组件连接于壳体。电极组件包括第一极片、第二极片和隔膜，隔膜将第一极片和第二极片隔开。电极组件为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件包括两个扁平面，两个扁平面沿竖直方向相互面对。第一极片卷绕为多圈，且相邻的两圈第一极片之间设有间隙。

电极组件包括主体区和拐角区，拐角区设置于主体区沿水平方向的两端，主体区沿竖直方向的两端为扁平面。相邻两圈第一极片之间的间隙包括第一间隙，第一间隙位于拐角区。

相邻两圈第一极片之间的间隙还包括第二间隙，第二间隙位于主体区，且第一间隙的尺寸大于第二间隙的尺寸。

第一间隙的尺寸为20μm～80μm，第二间隙的尺寸为5μm～20μm。

第二极片设有第一凸起，第一凸起与拐角区位置对应。

第二极片还设有第二凸起，第二凸起与主体区位置对应，第一凸起的高度大于第二凸起的高度。

电极组件为多个且沿竖直方向层叠，相邻两个电极组件的扁平面接触。

电池模块沿水平方向的尺寸大于电池模块沿竖直方向的尺寸。

电池模块还包括端板和扎带，端板设置于所述多个电池单体沿水平方向的两端，扎带环绕在端板和所述多个电池单体的外侧。

顶盖组件位于电极组件的一侧，且电极组件和顶盖组件的布置方向垂直于竖直方向。

本实用新型的有益效果如下：在卷绕式的电极组件中，沿垂直于扁平面的方向的膨胀力最大，而在水平方向上，电极组件对壳体施加的膨胀力较小。在本申请中，多个电池单体沿水平方向布置，因此，即使所有的电极组件在水平方向上膨胀力叠加在一起，也不会产生过大的合力，从而降低电池单体被压坏的风险。本申请在相邻的两圈第一极片之间设置间隙。所述间隙可以为第一极片和第二极片预留膨胀空间，从而释放膨胀应力，减小电极组件变形程度。同时，电解液还能够经由所述间隙进入电极组件内部，从而提高浸润性，降低析锂的风险。

附图说明

图1为根据本实用新型的电池模块的一实施例的示意图。

图2为图1的电池单体的分解图。

图3为图2的电极组件的断面图。

图4为图3的第二极片在展开状态下的示意图。

图5为图4沿线A-A作出的断面图。

图6为根据本实用新型的电池模块的另一实施例的示意图。

图7为图6的电池单体的分解图。

其中，附图标记说明如下：

1 电池单体

11 电极组件

111 第一极片

112 第二极片

113 隔膜

114 主体区

114a 扁平面

115 拐角区

115a 窄面

12 壳体

13 顶盖组件

131 顶盖板

132 电极端子

2 端板

3 扎带

G1 第一间隙

G2 第二间隙

P1 第一凸起

P2 第二凸起

X 长度方向

Y 宽度方向

Z 竖直方向

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个以上(包括两个)；除非另有规定或说明，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

在本申请的描述中，所有附图中箭头X所指方向为长度方向，箭头Y所指方向为宽度方向，箭头Z所指方向为竖直方向。水平方向为平行于水平面的方向，既可以是长度方向X也可以是宽度方向Y。另外，水平方向不仅包括绝对平行于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致平行于水平面的方向。竖直方向为垂直于水平面的方向，竖直方向不仅包括绝对垂直于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致垂直于水平面的方向。此外，本申请描述的“上”、“下”、“顶”、“底”等方位词均是相对于竖直方向Z来进行理解的。

参照图1，在第一实施例中，本申请的电池模块包括沿水平方向排列的多个电池单体1。电池单体1可重复充放电的二次电池。优选地，多个电池单体1沿长度方向X排列。进一步地，电池模块的电池单体1还可沿竖直方向Z排成2-5层。在本申请的电池模块中，电池单体1沿长度方向X排列的个数大于电池单体1沿厚度方向Z堆叠的个数。

参照图2，各电池单体1包括电极组件11、壳体12和顶盖组件13，电极组件11收容于壳体12内，顶盖组件13连接于壳体12。

参照图3，电极组件11包括第一极片111、第二极片112和隔膜113，隔膜113将第一极片111和第二极片112隔开。

电极组件11为卷绕式结构。具体地，第一极片111、第二极片112和隔膜113均为带状结构，将第一极片111、隔膜113和第二极片112依次层叠并卷绕多圈以形成电极组件11，并且电极组件11呈扁平状。

第一极片111包括第一集流体和涂覆于第一集流体表面的第一活性物质层，第二极片112包括第二集流体和涂覆于第二集流体表面的第二活性物质层，隔膜113为设置于第一极片111和第二极片112之间的绝缘体。第一极片111和第二极片112中的一个为正极极片，第一极片111和第二极片112中的另一个为负极极片。其中，正极性的集流体可为铝箔，负极性的集流体可为铜箔。正极性的活性物质层包括三元材料、锰酸锂或磷酸铁锂，负极性的活性物质层包括石墨或硅。

壳体12可具有六面体形状或其它形状。壳体12具有开口，电极组件11可经由所述开口放置到壳体12内。在本实施例中，开口位于壳体12沿宽度方向Y的一端。顶盖组件13连接于壳体12且位于电极组件11沿宽度方向Y的一侧。

顶盖组件13包括顶盖板131和电极端子132，电极端子132设置到顶盖板131上。顶盖板131可以由铝、铝合金等金属材料制成，顶盖板131的尺寸与壳体12的开口的尺寸相适配。顶盖板131可通过焊接连接到壳体12并覆盖壳体12的开口，从而将电极组件11密封在壳体12内。

电极端子132可通过焊接或铆接等方式固定于顶盖板131。电极端子132为两个且分别电连接于第一极片111和第二极片112。

图2和图3示出电极组件11的外形轮廓，电极组件11的外表面包括两个扁平面114a和两个窄面115a，两个扁平面114a沿竖直方向Z相互面对，两个窄面115a沿长度方向X相互面对。其中，扁平面114a大致平行于电极组件11的卷绕轴且为面积最大的表面。扁平面114a可以是相对平整的表面，并不要求是纯平面。窄面115a至少部分为圆弧面。其中，扁平面114a的面积大于窄面115a的面积。

电极组件11在充放电的过程中，极片会沿其厚度方向发生膨胀。在卷绕式的电极组件11中，沿垂直于扁平面114a的方向的膨胀力最大，也就是说，在水平方向上，电极组件11对壳体12施加的膨胀力较小。在本申请中，多个电池单体1沿长度方向X布置，因此，即使所有的电极组件11在长度方向X上膨胀力叠加在一起，也不会产生过大的合力，从而降低电池单体1被压坏的风险。

为了固定所述多个电池单体1，参照图1，本申请的电池模块还包括端板2和扎带3，端板2为两个且分别设置于所述多个电池单体1沿水平方向的两端，扎带3环绕在端板2和所述多个电池单体1的外侧并将端板2和所述多个电池单体1夹持在一起。

在本申请的电池模块中，电池单体1沿长度方向X排列，且电极组件11在长度方向X上的膨胀量较小，因此，与已知技术相比，所有电池单体1在长度方向X的膨胀量的总和较小，产生的膨胀力较低。而由于膨胀力较低，所以本申请可以采用强度较小的扎带3来固定所有的电池单体1，无需担心扎带3在膨胀力的作用下断裂。扎带3具有较小的体积和重量，可以有效地提高电池模块的能量密度。

然而，在第一极片111和第二极片112膨胀时，如果第一极片111和第二极片112之间的膨胀应力得不到有效释放，将会造成卷绕式的电极组件11扭曲变形。在循环后期，膨胀应力还会挤出第一极片111和第二极片112之间的电解液，导致电极组件11的浸润性变差。

另外，由于本申请采用扎带3来固定电池单体1，其对壳体12的束缚力较弱。在竖直方向Z上，电极组件11会出现膨胀并挤压壳体12，而由于扎带3对壳体12的束缚力较弱，所以壳体12无法有效地限制电极组件11的扭曲变形。

因此，为了减小极片之间的膨胀力，降低电极组件11的扭曲变形，本申请优选在相邻的两圈第一极片111之间设置间隙。所述间隙可以为第一极片111和第二极片112预留膨胀空间，从而释放膨胀应力，减小电极组件11变形程度。同时，电解液还能够经由所述间隙进入电极组件11内部，从而提高浸润性，降低析锂的风险。

参照图3，卷绕式的电极组件11包括主体区114和拐角区115，拐角区115为两个且分别设置于主体区114沿水平方向的两端。主体区114为扁平状，其沿竖直方向Z的两端的表面即为电极组件11的扁平面114a。拐角区115的外表面即为窄面115a，窄面115a连接两个扁平面114a。

在主体区114，第一极片111和第二极片112沿竖直方向Z分为多层，在膨胀之前，主体区114的各层第一极片111大体为垂直于竖直方向Z的平板，主体区114的各层第二极片112大体为垂直于竖直方向Z的平板。

在拐角区115，第一极片111和第二极片112沿远离卷绕中心的方向分为多层；拐角区115的各层第一极片111大体为圆弧形，拐角区115的各层第二极片112大体为圆弧形。

在卷绕式的电极组件11中，拐角区115的膨胀应力最为集中，且拐角区115受壳体12的束缚力较小，因此，电极组件11的扭曲变形更易发生。因此，优选地，相邻两圈第一极片111之间的间隙包括第一间隙G1，第一间隙G1位于拐角区115。第一间隙G1可以为膨胀的第一极片111和第二极片112创造缓冲空间，从而释放膨胀应力，防止电极组件11因膨胀力应力集中而扭曲变形，改善电极组件11的循环性能和安全性能。

参照图3，在拐角区115，相邻两层的第一极片111的间距为d1，而所述两层第一极片111之间设有两层隔膜113和一层第二极片112，因此，d1减去两层隔膜113的厚度和一层第二极片112的厚度之后的值，即为第一间隙G1的尺寸。

优选地，相邻两圈第一极片111之间的间隙还包括第二间隙G2，第二间隙G2位于主体区114。第二间隙G2可以为膨胀的第一极片111和第二极片112创造缓冲空间，从而释放膨胀应力，防止电极组件11因膨胀力应力集中而扭曲变形，改善电极组件11的循环性能和安全性能。

主体区114的扁平面114a较为平整，膨胀时与壳体12的接触面积较大，相对而言，主体区114变形的程度会小于拐角区115的变形程度，因此，与第一间隙G1相比，第二间隙G2可具有较小的尺寸。另外，第二间隙G2直接影响电极组件11的厚度，因此，在电极组件11的成型过程中，通常会挤压电极组件11，以减小第二间隙G2的尺寸，降低电极组件11占用的空间，提高能量密度。因此，在本申请中，第一间隙G1的尺寸优选大于第二间隙G2的尺寸。

同样地，在主体区114，相邻两层的第一极片111的间距为d2，所述两层第一极片111之间设有两层隔膜113和一层第二极片112，而d2减去两层隔膜113的厚度和一层第二极片112的厚度之后的值即为第二间隙G2的尺寸。

第一间隙G1的尺寸为20μm～80μm。如果第一间隙G1的尺寸小于20μm，那么应力无法充分释放，导致拐角区115扭曲变形。如果第一间隙G1的尺寸大于80μm，那么会导致锂离子传输路径过长，容易引发析锂。

第二间隙G2的尺寸为5μm～20μm。主体区114膨胀时会挤压壳体12，如果第二间隙G2的尺寸小于5μm，在膨胀应力和壳体12的反作用力下，第二间隙G2容易消失，导致电解液被挤出主体区114，造成循环跳水。如果第二间隙G2的尺寸大于20μm，将会在较大程度上增大主体区114的厚度，降低电池单体1的能量密度。

参照图3至图5，第二极片112设有第一凸起P1，第一凸起P1与拐角区115位置对应。第一凸起P1可通过压制第二极片112而形成，压制成型后，第一凸起P1的内侧形成凹部。本申请通过在第二极片112上设置第一凸起P1，可以增大拐角区115的相邻两层的第一极片111的间距d1，从而在相邻两层的第一极片111形成第一间隙G1。而通过调整第一凸起P1的高度h1，可以调整第一间隙G1的尺寸。

第二极片112还设有第二凸起P2，第二凸起P2与主体区114位置对应。第二凸起P2也可通过压制第二极片112而形成，压制成型后，第二凸起P2的内侧形成凹部。本申请通过在第二极片112上设置第二凸起P2，可以增大主体区114的相邻两层的第一极片111的间距d2，从而在相邻两层的第一极片111形成第二间隙G2。而通过调整第二凸起P2的高度h2，可以调整第二间隙G2的尺寸。

参照图5，本申请的第一凸起P1的高度h1大于第二凸起P2的高度h2，这样可以使第一间隙G1的尺寸大于第二间隙G2的尺寸。

第一凸起P1和第二凸起P2可为圆形、长条形、多边形或椭圆形。参照图4，第一凸起P1为圆形且设置为多个，所述多个第一凸起P1阵列布置；第二凸起P2为圆形且设置为多个，所述多个第二凸起P2阵列布置。

第一间隙G1的尺寸与第一凸起P1的高度h1成正比，当对第一间隙G1尺寸的要求增大时，第一凸起P1的高度h1也需要相应地增大。而如果h1的值过大，第二极片112可能会出现不可逆的损伤。因此，本申请可在第一凸起P1的表面上涂覆颗粒，颗粒可以撑开隔膜113，并增大第一间隙G1的尺寸。换句话说，通过涂覆颗粒，降低对第一凸起P1的高度h1的要求。颗粒的粒径可为5μm～30μm。

电极组件11为多个且沿竖直方向Z层叠，相邻两个电极组件11的扁平面114a接触。在充放电过程中，各电极组件11会出现膨胀。在本申请中，电池单体1中的多个电极组件11沿竖直方向Z布置，所以多个电极组件11的膨胀力会在竖直方向Z上叠加。而在长度方向X上，所述多个电极组件11的膨胀较小，因此，在电池模块中，即使所有的电极组件11在长度方向X上膨胀力叠加在一起，也不会产生过大的合力，从而降低电池单体1被压坏的风险。

电池模块沿水平方向的尺寸大于电池模块沿竖直方向Z的尺寸。本申请可以减少电池单体1在竖直方向Z上堆叠的层数，以减小电池模块的最大膨胀力，避免电池单体1被压坏。另外，本申请的电池模块可应用于电动汽车，以作为电动汽车的动力系统。电池模块通常安装于电动汽车的底盘，而受到底盘高度尺寸的限制，电池模块在竖直方向Z上占用的空间更为宝贵。本申请通过沿长度方向X排列电池单体，并减少电池单体1在竖直方向Z上堆叠的层数，以降低电池模块在竖直方向Z上的尺寸。通过减小电池模块在竖直方向Z上的尺寸，可以增大底盘与地面的间距，提升电动汽车的越障能力。

参照图1，在电池模块中，顶盖组件13位于电极组件11的一侧，且电极组件11和顶盖组件13的布置方向垂直于竖直方向Z。换句话说，顶盖组件13位于电极组件11沿宽度方向Y的一侧。

在电池模块中，多个电池单体1需要通过汇流排电连接，而汇流排通常焊接于顶盖组件13的电极端子132。同时，电池模组还需要设置线束板来固定汇流排，并测量汇流排的电压信号、电流信号等。如果顶盖组件1313设置于电极组件11沿竖直方向Z的一侧，那么汇流排和线束板等构件也就需要在竖直方向Z上占用空间。而在电动汽车中，沿竖直方向Z的空间尤为宝贵，因此，本申请优选将顶盖组件13设置到电极组件11沿宽度方向Y的一侧，这样汇流排和线束板也可以设置到顶盖组件13沿宽度方向Y的一侧，从而在竖直方向Z上节省空间。

下面对本申请的电池模块的第二实施例进行说明。为了简化描述，以下仅主要介绍第二实施例与第一实施例的不同之处，未描述的部分可以参照第一实施例进行理解。

参照图6和图7，在第二实施例中，顶盖组件13设置于电极组件11沿竖直方向Z的一侧。在充放电的过程中，电极组件11在竖直方向Z上的膨胀力最大，而由于顶盖板131对电极组件11的束缚力较弱，所以无法有效地限制电极组件11的扭曲变形。

因此，为了减小极片之间的膨胀力，降低电极组件11的扭曲变形，本申请优选在相邻的两圈第一极片111之间设置间隙。所述间隙可以为第一极片111和第二极片112预留膨胀空间，从而释放膨胀应力，减小电极组件11变形程度。同时，电解液还能够经由所述间隙进入电极组件11内部，从而提高浸润性，降低析锂的风险。

Claims (10)

1.一种电池模块，其特征在于，包括沿水平方向排列的多个电池单体(1)；

各电池单体(1)包括电极组件(11)、壳体(12)和顶盖组件(13)，电极组件(11)收容于壳体(12)内，顶盖组件(13)连接于壳体(12)；

电极组件(11)包括第一极片(111)、第二极片(112)和隔膜(113)，隔膜(113)将第一极片(111)和第二极片(112)隔开；

电极组件(11)为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件(11)包括两个扁平面(114a)，两个扁平面(114a)沿竖直方向(Z)相互面对；第一极片(111)卷绕为多圈，且相邻的两圈第一极片(111)之间设有间隙。

2.根据权利要求1所述电池模块，其特征在于，

电极组件(11)包括主体区(114)和拐角区(115)，拐角区(115)设置于主体区(114)沿水平方向的两端，主体区(114)沿竖直方向(Z)的两端为扁平面(114a)；

相邻两圈第一极片(111)之间的间隙包括第一间隙(G1)，第一间隙(G1)位于拐角区(115)。

3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，

相邻两圈第一极片(111)之间的间隙还包括第二间隙(G2)，第二间隙(G2)位于主体区(114)，且第一间隙(G1)的尺寸大于第二间隙(G2)的尺寸。

4.根据权利要求3所述的电池模块，其特征在于，第一间隙(G1)的尺寸为20μm～80μm，第二间隙(G2)的尺寸为5μm～20μm。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的电池模块，其特征在于，第二极片(112)设有第一凸起(P1)，第一凸起(P1)与拐角区(115)位置对应。

6.根据权利要求5所述的电池模块，其特征在于，第二极片(112)还设有第二凸起(P2)，第二凸起(P2)与主体区(114)位置对应，第一凸起(P1)的高度大于第二凸起(P2)的高度。

7.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于，电极组件(11)为多个且沿竖直方向(Z)层叠，相邻两个电极组件(11)的扁平面(114a)接触。

8.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，电池模块沿水平方向的尺寸大于电池模块沿竖直方向(Z)的尺寸。

9.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，电池模块还包括端板(2)和扎带(3)，端板(2)设置于所述多个电池单体(1)沿水平方向的两端，扎带(3)环绕在端板(2)和所述多个电池单体(1)的外侧。

10.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于，顶盖组件(13)位于电极组件(11)的一侧，且电极组件(11)和顶盖组件(13)的布置方向垂直于竖直方向(Z)。