CN210224081U - 电池外壳、电池、电池模组和电池包 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池封装领域，公开了一种电池外壳、电池、电池模组和电池包。电池外壳的侧壁具有中空空间(2)；中空空间(2)内设置隔离件(5)，中空空间(2)被隔离件(5)分隔为相互隔离的第一空间(4)和第二空间(6)；第一空间(4)内设置有第一填充物，第二空间(6)内设置有第二填充物；隔离件(5)在受热时发生变形，使得第一空间(4)和第二空间(6)连通；第一空间(4)和第二空间(6)连通时，第一填充物和第二填充物混合吸热或反应吸热。在电池温度异常上升时，所述隔离件受热变形失去隔离效果，第一和第二填充物接触，发生溶解或溶解‑化学反应吸收大量的电池热量，提高电池安全性。

Description

电池外壳、电池、电池模组和电池包

技术领域

本实用新型涉及电池封装领域，具体地，涉及一种电池外壳、电池、电池模组和电池包。

背景技术

温度是影响电池性能的重要参数，电池在工作过程中温度的升高会影响电池容量、循环等性能。电池在过冲、挤压或针刺等情况下会导致电池温度的急剧上升而导致电池热失控引发起火或爆炸，因此，如何实现电池的散热提高电池的安全性能是行业关注的重点。

CN104953083A公开了一种防止电池起火爆炸的电芯结构。电芯本体的外部包裹有高温自裂密封装置，电芯壳体内侧设置有减振装置，减振装置与密封装置之间设置空腔，空腔内部填充灭火材料。

CN106299456A公开了一种降低锂离子电池组温度的方法，采用导热绝缘材料作为降温装置外壳，采用石蜡等材料作为降温材料，且置于降温装置外壳中密封处理，降温装置安装至电池组周围。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决电池热失控，电池不安全性的问题，提供了一种电池外壳、电池、电池模组和电池包。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面提供一种电池外壳，其中，所述电池外壳的侧壁具有中空空间2；所述中空空间2内设置隔离件5，所述中空空间2被所述隔离件5分隔为相互隔离的第一空间4和第二空间6；所述第一空间4内设置有第一填充物，所述第二空间6内设置有第二填充物；所述隔离件5在受热时发生变形，使得第一空间4和第二空间6连通；所述第一空间4和第二空间6连通时，所述第一填充物和第二填充物混合吸热或反应吸热。

优选地，所述隔离件5的厚度为1-100μm。

优选地，所述隔离件5为层状或袋状。

优选地，所述隔离件5为隔离袋，所述隔离袋将所述中空空间2分为内外不同的所述第一空间4和第二空间6，所述第一空间4位于所述隔离袋的内部，所述第二空间6位于所述隔离袋的外部。

优选地，所述第一空间4与第二空间6设置为上下结构。

优选地，所述隔离件5在受热温度为60-105℃时发生变形。

优选地，所述第一填充物为水或氢氧化钡水溶液；所述第二填充物为硝酸铵、氯化铵、硫酸铵或硝酸钾中的一种或多种。

优选地，所述第一填充物为氢氧化钡水溶液；所述第二填充物为硫酸铵和硝酸铵。

优选地，所述第一空间4与第二空间6的体积比为0.1-5:1。

本实用新型第二方面提供了一种电池，其中，所述电池包括：电池外壳和置于所述电池外壳中的电芯；所述电池外壳为本实用新型提供的电池外壳。

本实用新型第三方面提供一种电池模组，其中，所述电池模组包括多个本实用新型提供的电池。

本实用新型第四方面提供一种电池包，其中，所述电池包包括多个本实用新型提供的电池模组。

通过上述技术方案，当电池因过充，针刺或挤压等导致温度异常上升时，电池外壳中的隔离件就会受热收缩变形失去隔离效果，使得第二填充物和第一填充物接触，发生溶解过程，或者发生溶解-化学反应过程，从而吸收电池大量的热量，显著降低电池温度，延缓或阻止电池热失控，提高电池安全性，给人员逃离留有足够的时间。

本实用新型的其它特点和优点将在随后的具体实施方式予以详细说明。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的新型电池外壳的侧面示意图；

图2是根据本实用新型实施例的新型电池外壳的俯视图。

附图标记说明

1、内侧壳体 2、中空空间 3、电芯空间

4、第一空间 5、隔离件 6、第二空间

7、外侧壳体 8、底部壳体

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，应该理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

本实用新型提供了一种电池外壳，如图1、2所示，其中，所述电池外壳的侧壁具有中空空间2；所述中空空间2内设置隔离件5，所述中空空间2被所述隔离件5分隔为相互隔离的第一空间4和第二空间6；所述第一空间4内设置有第一填充物，所述第二空间6内设置有第二填充物；所述隔离件5在受热时发生变形，使得第一空间4和第二空间6连通；所述第一空间4和第二空间6连通时，所述第一填充物和第二填充物混合吸热或反应吸热。

本实用新型中，所述侧壁具有内侧壳体1和外侧壳体7，两者之间间隔设置围成所述中空空间2。内侧壳体1围成的空间用于容纳电芯。

本实用新型中，提供的电池外壳还包括设置在内侧壳体1和外侧壳体7的底端的底部壳体8。在内侧壳体1和外侧壳体7的上端可以设置橡胶密封件。电池外壳为敞口状态，待填充物加入后，采用橡胶条封住所述中空空间。所述电池外壳还包括设置顶盖壳体，用于提供所述电池外壳的封盖。

本实用新型中，形成所述电池外壳的材质没有特别限制，可以为钢、铝或者其它金属材料，优选为钢或铝。

本实用新型中，所述电池外壳的厚度是指内侧壳体、外侧壳体和底部壳体的厚度，所述厚度为0.1-3mm，优选地，所述厚度为0.3-1.2mm。由此综合兼顾到了电池的安全性和质量能量密度，既做到了对内部电芯的有效保护，又不会影响电池的质量能量密度。

本实用新型中，所述电池外壳的形状没有限制，优选为方形或圆筒形。

本实用新型中，中空空间2的宽度范围为0.5-20mm。中空空间2的宽度指外侧壳体7和内侧壳体1的间距。中空空间2的宽度越小，可放置的填充物越少，会影响提高电池安全性的效果，中空空间2的宽度越大，电池外壳占据的空间越大，会导致电池的体积能量密度降低。综合电池安全性和体积能量密度，中空空间2的宽度范围优选为3-10mm。

本实用新型中，设置的所述隔离件5可以隔离第一填充物和第二填充物，但是又可以在电池温度升高导致所述隔离件5在受热时变形，实现第一填充物和第二填充物相接触，接触时实现第二填充物溶解于第一填充物的过程中吸热，或第一填充物与第二填充物发生反应吸热提供降温作用。优选地，所述隔离件5在受热温度为60-105℃时发生变形。所述隔离件5选用的材料具有上述受热变形的性质。优选地，所述隔离件5为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。以上均为已知材料，分别对应具有热变形温度为80-85℃、100-105℃、55-70℃和80-82℃。所述隔离件5的热变形温度低时，可以对电池异常高温反应越快。再有考虑所述隔离件5的熔点，熔点低，可以在电池的快速升温中迅速熔化，释放更多的填充物，可快速对电池内部的异常高温做出反应，更有利于提高电池的安全性。优选所述隔离件5为聚乙烯膜。上述聚合物膜的具体选用均满足可以在受热温度为60-105℃时发生变形。所述隔离件5的厚度为1-100μm。隔离件5的厚度越薄，强度越低；而厚度越厚，隔离件5所占据的空间太多。综合考虑隔离件5的强度和体积，隔离件5的厚度优选为10-30μm。

本实用新型中，所述隔离件5为层状或袋状。所述隔离件5为层状时，如薄膜需放置在所述中空空间的中部；又因隔离件较软，还可以设置刚性网格支撑。所述隔离件5为袋状时，优选地，所述隔离件5为隔离袋，所述隔离袋将所述中空空间2分为内外不同的所述第一空间4和第二空间6，所述第一空间4位于所述隔离袋的内部，所述第二空间6位于所述隔离袋的外部。可以将所述第一填充物设置于所述隔离袋内，由此密封效果好，操作简便。所述第二填充物设置于所述隔离袋外部。当所述隔离件5受热变形时，第一填充物可直接冲破所述隔离袋而与第二填充物相接触，从而使第二填充物溶解，或使第二填充物溶解并发生化学反应，从而吸收大量热量，使电池快速降温。因此优选将第一填充物密封到隔离袋中。

本实用新型中，优选地，所述第一空间4与第二空间6设置为上下结构。即所述第一空间4设置在所述第二空间6的上方，可以所述第一空间4内设置的第一填充物更充分和快速地与所述第二空间6内设置的第二填充物相接触。

本实用新型中，所述第一空间4与第二空间6中分别填充的物料能够在隔离件5受热变形后进行混合的过程中实现吸热的效果。优选地，所述第二填充物为硝酸铵、氯化铵、硫酸铵或硝酸钾中的一种或多种。上述物质均为公知化学品，它们之间的任意组合也是容易获得的，优选所述第二填充物为硫酸铵和硝酸铵，例如硫酸铵和硝酸铵重量比1：9混合，或者选择纯的硫酸铵、纯的硝酸铵等。硝酸铵在水中的溶解度最高，极易溶于水吸收大量热量；硫酸铵在水中的溶解度高于氯化铵和硝酸钾，仅次于硝酸铵，且硫酸铵更易与第一填充物中的氢氧化钡发生反应，在溶解和反应时均可吸收大量热量。据此第二填充物和第一填充物接触时可以发生溶解过程，或者发生溶解-化学反应过程，可吸收更多的电池热量，显著降低电池温度。所述第一填充物为水或氢氧化钡水溶液，优选氢氧化钡水溶液。第一填充物为氢氧化钡水溶液时，第二填充物除了溶解吸热外还可以和第一填充物中的氢氧化钡发生化学吸热，使填充物吸收热量更多，对电池温度的降低效果更好，更有利于提高电池的安全性。

本实用新型中，所述氢氧化钡水溶液的浓度范围为0.01-0.3mol/L，优选0.1-0.3mol/L，由此发生化学反应吸收的热量更高，对电池的降温效果更好。

本实用新型中，第一填充物和第二填充物的总量占据所述中空空间2的比例优选为20-100体积％，更优选为50-100体积％，进一步优选为80-100体积％。第一填充物和第二填充物的总量占据中空空间2的比例高，所能吸收的热量高，降低电池的温度高，更有利于提高电池安全性。

本实用新型中，第一填充物和第二填充物分别填充于所述第一空间4与第二空间6中。优选地，所述第一空间4与第二空间6的体积比为0.1-5:1，优选为0.9-2.4:1。第二填充物太少，所吸收的热量有限，起到降低电池温度的作用也有限；第二填充物太多会导致第一填充物太少，所能溶解的第二填充物则会受到限制，同样会影响所吸收的电池热量。第一填充物和第二填充物填充所述第一空间4与第二空间6中，也可以相应满足上述优选条件，可以实现吸收电池热量多，电池降温效果明显。

本实用新型中，电池外壳底部壳体为实心，四周为中空结构，且中空空间2内均填有填充物(第一填充物和第二填充物)。电池外壳顶部为敞口状态，待填充物加入后，采用橡胶条封住中空空间。当因过充、针刺或挤压等导致电池温度异常上升时，隔离件5变形失去对第一填充物和第二填充物的隔离效果，使得第一填充物和第二填充物相接触，发生溶解过程，或者发生溶解-化学反应过程，从而吸收大量的电池热量，显著降低电池温度，延缓或阻止电池热失控，显著提高电池安全性。

采用本实用新型提供的电池外壳，可以延缓电池热失控，显著提高电池安全性，给人员逃离留有足够的时间。

本实用新型第二方面提供了一种电池，其中，所述电池包括：电池外壳和置于所述电池外壳中的电芯；所述电池外壳为本实用新型的电池外壳。

本实用新型第三方面提供了一种电池模组，其中，所述电池模组包括多个本实用新型提供的电池。

本实用新型第四方面提供了一种电池包，其中，所述电池包包括多个本实用新型提供的电池模组。

具体地，电芯放置于图1所示的内侧壳体1围成的电芯空间3中。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。以下实施例和对比例中，

电池的耐过充和针刺测试通过以下方法测定：

耐过充测试：在充放电测试仪上进行，将电池在0.1C倍率下充电至4.3V，

静置5min后在1C倍率下恒流充电，观察电池状态。

针刺测试：将电池在0.1C倍率下充电至4.3V，再将电池置于针刺试验

机上进行针刺实验。

实施例1

方形钢壳体的壳体厚度为0.3mm，中空空间的宽度为10mm，第二填充物为硝酸铵，第一填充物为水；第一空间与第二空间设置为上下结构，第一空间与第二空间的体积比为2.4:1；隔离件为薄膜厚度10μm的聚乙烯薄膜袋(受热温度为80-85℃时变形)；第二填充物先装入第二空间中，再将第一填充物密封于聚乙烯薄膜袋中再装入第一空间中，总填充比例为中空空间的80体积％，以此设计制作成电池外壳S1。

以镍钴锰酸锂LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂为正极材料，乙炔黑为导电剂，聚偏氟乙烯(PVDF)为粘结剂，N-甲基吡咯烷酮(NMP)为分散剂，按照质量比为正极材料：乙炔黑：PVDF：NMP＝95：3：2：50混合均匀后在铝箔上涂布，然后置于120℃烘箱中真空干燥24h，再经压片，滚切后制成正极片；

将石墨、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠和水按照质量比为95：3：2：50混合均匀后在铜箔上涂布，然后置于80℃烘箱中真空干燥24h，再经压片，滚切后制成负极片；

以celgard2400聚丙烯多孔膜为隔膜，含1mol/L的LiPF₆的碳酸乙烯酯(EC)和二甲基碳酸酯(DMC)的混合溶液(体积比为＝1:1)为电解液；在充满氩气的手套箱中，将正极片、隔膜和负极片卷绕成电芯装入电池外壳S1中，安装封板并注入电解液，完成试验电池的装配，得到电池样品S10。

实施例2

参照实施例1中方法制作电池外壳S2，不同的是，采用壳体厚度1.2mm的方形铝壳体，中空空间的宽度为3mm，总填充比例为中空空间的100％。

参照实施例1中方法制作电芯，并放入电池外壳S2中，得到电池样品S20。

实施例3

圆形钢壳体的壳体厚度为1.2mm，中空空间的宽度为5mm，第二填充物为硫酸铵，第一填充物为0.3mol/L的氢氧化钡水溶液，第一空间与第二空间设置为上下结构，第一空间与第二空间的体积比为0.9:1；隔离件为薄膜厚度30μm的聚乙烯薄膜袋(受热温度为80-85℃时变形)；第二填充物先装入第二空间中，再将第一填充物密封于聚乙烯薄膜袋中装入第一空间中，总填充比例为中空空间的90％，以此设计制作成电池外壳S3。

参照实施例1中方法制作电芯，并放入电池外壳S2中，得到电池样品S30。

实施例4

按照实施例3的方法制作电池外壳S4，不同的是，第二填充物为硫酸铵和硝酸铵按照质量比为1：9混合的混合物。

参照实施例1中方法制作电芯，并放入电池外壳S4中，得到电池样品S40。

对比例1

参照实施例1中方法制作电池样品DS10，不同的是，所用电池外壳为厚度0.3mm的实心钢外壳。

S10和DS10的耐过充测试，结果如表1所示。

表1

编号	电池状态
		实施例1	第60分钟防爆阀开启，第75分钟起火爆炸
对比例1	第46分钟防爆阀开启，第50分钟起火爆炸

通过表1的结果可以看出，采用普通钢外壳的DS10电池在第46分钟防爆阀开启，第50分钟起火爆炸，而采用新型电池外壳的S10电池在第60分钟时防爆阀开启，第75分钟才起火爆炸，说明在防爆阀开启前，电池温度已超过聚乙烯隔离物的热变形温度，使得硝酸铵开始溶解吸热，从而降低电池温度，减少电池内部产气，防爆阀开启时间延迟14分钟，即使防爆阀开启后，硝酸铵仍在溶解吸热，控制电池温度没有过快上升，使得电池直到第75分钟才起火爆炸。说明采用本实用新型的新型电池外壳起到了显著降低电池温度，延缓电池热失控，提高电池安全性的作用。

S10和DS10的针刺测试，结果如表2所示。

表2

通过表2的测试结果可以看出，采用普通刚外壳的DS10电池在刺穿瞬间冒烟，并在3秒钟后起火爆炸，而采用新型电池外壳的S10电池在刺穿瞬间冒烟，但1秒钟后烟雾减少，且10秒钟后烟雾不再冒出，说明在电池遭刺穿后温度上升导致聚乙烯薄膜袋变形，使得水和硝酸铵接触，硝酸铵快速溶解迅速降低电池温度，从而使烟雾逐渐不再冒出，由于电池温度的上升遭到遏制，使得电池最终并未起火爆炸。说明采用本实用新型的新型电池外壳，可以阻止针刺时电池的热失控，提高电池的安全性能，减少人们对电池安全性能的担忧。

同样，将实施例2-4的电池S20、S30、S40进行上述耐过充和针刺测试，可以获得与实施例1相同的保护效果。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于此。在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本实用新型所公开的内容，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (12)

1.一种电池外壳，其特征在于，所述电池外壳的侧壁具有中空空间(2)；所述中空空间(2)内设置隔离件(5)，所述中空空间(2)被所述隔离件(5)分隔为相互隔离的第一空间(4)和第二空间(6)；

所述第一空间(4)内设置有第一填充物，所述第二空间(6)内设置有第二填充物；

所述隔离件(5)在受热时发生变形，使得第一空间(4)和第二空间(6)连通；所述第一空间(4)和第二空间(6)连通时，所述第一填充物和第二填充物混合吸热或反应吸热。

2.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述隔离件(5)的厚度为1-100μm。

3.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述隔离件(5)为层状或袋状。

4.根据权利要求3所述的电池外壳，其特征在于，所述隔离件(5)为隔离袋，所述隔离袋将所述中空空间(2)分为内外不同的所述第一空间(4)和第二空间(6)，所述第一空间(4)位于所述隔离袋的内部，所述第二空间(6)位于所述隔离袋的外部。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电池外壳，其特征在于，所述第一空间(4)与第二空间(6)设置为上下结构。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的电池外壳，其特征在于，所述隔离件(5)在受热温度为60-105℃时发生变形。

7.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述第一填充物为水或氢氧化钡水溶液；所述第二填充物为硝酸铵、氯化铵、硫酸铵或硝酸钾中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的电池外壳，其特征在于，所述第一填充物为氢氧化钡水溶液；所述第二填充物为硫酸铵和硝酸铵。

9.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述第一空间(4)与第二空间(6)的体积比为0.1-5:1。

10.一种电池，其特征在于，所述电池包括：电池外壳和置于所述电池外壳中的电芯；所述电池外壳为权利要求1-9中任意一项所述的电池外壳。

11.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括多个权利要求10所述的电池。

12.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括多个权利要求11所述的电池模组。

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