CN210429889U - 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(3)；所述中空空间(3)内设置填料；所述填料能够受热分解产生惰性气体。采用本实用新型的电池外壳，当电池外壳内放置的电芯由于过充、针刺或挤压等导致温度异常上升时，填料能够分解产生惰性气体，有效提高空气中不可燃气体浓度，防止电池被快速点燃引爆，从而延缓电池热失控，显著提高电池安全性。

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时低安全性的问题，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3；所述中空空间3内设置填料；所述填料能够受热分解产生惰性气体。

优选地，所述填料的热分解温度范围为60-200℃。

优选地，所述填料的热分解温度范围为80-120℃。

优选地，所述填料占据所述中空空间(3)的20-100体积％。

优选地，所述填料占据所述中空空间(3)的50-100体积％。

优选地，所述中空空间3的宽度为0.5-20mm。

优选地，所述中空空间3的宽度为2-5mm。

优选地，所述电池外壳包括内侧壳体1、外侧壳体4和底部壳体5；其中内侧壳体1与底部壳体5的一部分围成电芯空间2，内侧壳体1、外侧壳体4与底部壳体5的另一部分围成中空空间3。

优选地，内侧壳体1、外侧壳体4和底部壳体5的厚度为0.1-3mm；内侧壳体1、外侧壳体4和底部壳体5的材质为钢或铝。

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。

通过上述技术方案，本实用新型提供了一种具有中空结构的电池外壳，在该中空结构中设置能够受热分解的化合物，当电池外壳内放置的电芯由于过充、针刺或挤压等导致温度异常上升时，该化合物能够受热分解产生惰性气体，有效提高空气中不可燃气体浓度，防止电池被快速点燃引爆，从而延缓电池热失控，显著提高电池安全性。

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、电芯空间 3、中空空间

4、外侧壳体 5、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。

本实用新型第一方面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3；所述中空空间3内设置填料；所述填料能够受热分解产生惰性气体。

本实用新型中，优选地，所述电池外壳包括内侧壳体1、外侧壳体4和底部壳体5；其中内侧壳体1与底部壳体5的一部分围成电芯空间2，内侧壳体1、外侧壳体4与底部壳体5的另一部分围成中空空间3。

本实用新型中，所述电池外壳的顶部为敞口状态，待填料加入所述中空空间3后，采用橡胶条封住。当电池温度上升导致填充物分解时，橡胶条可很容易被冲开，使得惰性气体逸出。

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。优选地，内侧壳体1、外侧壳体4和底部壳体5的材质为钢或铝。

本实用新型中，所述电池外壳的厚度是指内侧壳体1、外侧壳体4和底部壳体5的厚度。优选地，内侧壳体1、外侧壳体4和底部壳体5的厚度为0.1-3mm，优选为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，即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，所述填料在受热时分解，分解温度越低，越早分解，分解温度越高，越晚分解。综合电池日常使用状态及各填充物分解温度，优选地，所述填料的热分解温度范围为60-200℃，优选所述填料的热分解温度范围为80-120℃。例如当电池达到80℃时，说明电池已发生不可逆的损坏，并处于危险阶段，此时填料分解产生惰性气体可以有效提高空气中不可燃气体浓度，防止电池被快速点燃引爆。优选地，所述填料为碳酸铵、碳酸氢铵、碳酸氢钠、碳酸氢锂、碳酸氢钾和碳酸氢镁中的至少一种。上述填料均为公知化学品，它们之间的任意组合也是容易获得的，优选所述填料为碳酸氢铵和碳酸氢镁。当有多种化合物组合时，组成的组合物仍然能够受热分解，例如碳酸氢铵和碳酸氢镁按照任意重量比混合，碳酸氢铵和碳酸氢钾按照任意重量比混合，碳酸氢铵、碳酸氢镁和碳酸氢钾按照任意重量比混合等。

本实用新型中，优选地，所述占据所述中空空间3的20-100体积％，更优选为50-100体积％，进一步优选为80-100体积％。占据中空空间3的比例高，所能产生的惰性气体量越大，有利于提高电池安全性。

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。

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2中。

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。

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5mm，填料为碳酸氢铵(分解温度为80℃)，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

方形铝壳体的壳体厚度1.2mm，中空空间的宽度2mm，填料为碳酸氢铵，填充比例为中空空间的100％，以此设计制作成新型电池外壳S2。

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，填料为碳酸氢镁(分解温度为80℃)，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，填料为碳酸氢铵和碳酸氢镁按照质量比为1:1混合的混合物(分解温度为80℃)。

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

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40分钟时填充物碳酸氢铵分解使得橡胶条被冲开，碳酸氢铵分解时吸热使得电池内部温度有所下降，虽然随着过充的进行电池内部温度仍继续升高，但直到第57分钟防爆阀才开启，第65分钟才起火爆炸。采用新型防爆阀可以延缓过充时电池热失控的时间，给人们留出了处理事故的时间。

S10和DS10的针刺测试，结果如表2所示。

表2

编号	电池状态
		实施例1	冒烟，电池外壳橡胶条被冲开，第3分钟起火爆炸
对比例1	冒烟，3秒钟起火爆炸

通过表2的测试结果可以看出，采用普通钢外壳的DS10电池在刺穿瞬间冒烟，并在3秒钟后起火爆炸，而采用本实用新型的电池外壳的S10电池在刺穿瞬间冒烟，且同时电池外壳橡胶条被冲开，碳酸氢铵受热分解产生的惰性气体和电池冒出的烟充斥在一起，使得烟雾未被快速点燃，电池未快速爆炸。但电池仍在第三分钟起火爆炸，这时因为碳酸氢铵受热分解产生的惰性气体经过一段时间的扩散，浓度已经很低，已不能阻止电池冒出的易燃烟雾被点燃。但从电池冒烟开始，人们有近3分钟的逃生时间，说明采用本实用新型提供的电池外壳，可以延缓针刺时电池热失控的时间，可以大大减少人们对电池及电动汽车的担忧。

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(3)；所述中空空间(3)内设置填料；所述填料能够受热分解产生惰性气体。

2.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述填料的热分解温度范围为60-200℃。

3.根据权利要求2所述的电池外壳，其特征在于，所述填料的热分解温度范围为80-120℃。

4.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述填料占据所述中空空间(3)的20-100体积％。

5.根据权利要求4所述的电池外壳，其特征在于，所述填料占据所述中空空间(3)的50-100体积％。

6.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述中空空间(3)的宽度为0.5-20mm。

7.根据权利要求6所述的电池外壳，其特征在于，所述中空空间(3)的宽度为2-5mm。

8.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，所述电池外壳包括内侧壳体(1)、外侧壳体(4)和底部壳体(5)；其中内侧壳体(1)与底部壳体(5)的一部分围成电芯空间(2)，内侧壳体(1)、外侧壳体(4)与底部壳体(5)的另一部分围成中空空间(3)。

9.根据权利要求1所述的电池外壳，其特征在于，内侧壳体(1)、外侧壳体(4)和底部壳体(5)的厚度为0.1-3mm；内侧壳体(1)、外侧壳体(4)和底部壳体(5)的材质为钢或铝。

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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