CN212434735U - 电池组件 - Google Patents

Abstract

提供一种电池组件，包括电池单元和能够产生电磁场的元件，其中所述能够产生电磁场的元件通过所述电池单元供电；所述能够产生电磁场的元件在所述电池单元充电时产生磁场；所述磁场方向与所述电池单元的电极所处平面的夹角45～90°。本实用新型的电池组件利用电池单元供电产生磁场，约束充电过程中锂离子的运动从而避免产生枝晶，没有额外功率损耗。并且，该电池组件无需额外添置永磁体，成本低、不存在退磁问题、寿命长。

Description

电池组件

技术领域

本实用新型涉及化学电源技术领域，具体涉及电池组件。

背景技术

金属锂由于具有较高的理论比容量、低密度和最负的氧化还原电位而被认为是理想的电池负极材料。

目前，金属锂作为电池负极存在如下缺陷：(1)金属锂作为电池负极在电池循环过程中锂枝晶的产生易穿透电池隔膜从而导致电池内部短路，严重的会致使电池起火爆炸存在重大安全隐患；(2)在充放电过程中不断有锂枝晶的产生和分解，电极电流密度的不均匀分布使得枝晶的分解速率也不均匀，进而导致“死锂”的沉积缩短了电池的使用寿命；枝晶的生长增大了金属锂与电解液的接触面积，电池中的副反应加大了对电解质和金属锂的消耗，从而导致低的库伦效率和低的能量密度。

因此，锂离子电池循环过程中锂枝晶的问题亟待解决。

实用新型内容

为了克服锂离子电池循环过程中产生枝晶的缺陷，本实用新型提供一种电池组件。

提供一种电池组件，包括电池单元和能够产生电磁场的元件，其中所述能够产生电磁场的元件通过所述电池单元供电；所述能够产生电磁场的元件在所述电池单元充电时产生磁场；所述磁场方向与所述电池单元的电极所处平面的夹角45～90°。

本实用新型的电池组件利用电池单元供电产生磁场，约束充电过程中锂离子的运动从而避免产生枝晶，没有额外功率损耗。并且，该电池组件无需额外添置永磁体，成本低、不存在退磁问题、寿命长。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本实用新型一实施方式的电池组件的立体示意图。

图2是本实用新型另一实施方式的电池组件的示意图。

图3是本实用新型又一实施方式的电池组件的示意图。

图4是本实用新型再一实施方式的电池组件的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10-能够产生电磁场的元件；11-正极导线；12-负极导线

20-电池单元；21-正极端；22-负极端

30-软磁性材料

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

下面结合具体实施方式对本实用新型作详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种电池组件，包括电池单元20和能够产生电磁场的元件10。能够产生电磁场的元件10通过电池单元20供电，即能够产生电磁场的元件10的正极导线11与电池单元20的正极端21电连接、负极导线12与负极端电连接。能够产生电磁场的元件10在电池单元20充电时产生磁场。磁场方向与电池单元20的电极所处平面的夹角45～90°。

电池中导致枝晶产生的原因是分布不均匀的锂离子。在通电的电池中，电流所对应的锂离子运动速率是其热运动的高阶小量。即锂离子的运动可以视为方向随机，速度按M-B分布。电池施加垂直于电极方向的磁场时，离子运动沿平行于磁场的分量(锂离子垂直于电极的运动方向)不受影响，垂直于磁场的分量(锂离子平行于电极的运动方向)受洛伦兹力作螺旋线运动，从而使离子在水平方向上的分布被局限于一定范围内，该半径R＝mv/Be，在常温下，B＝0.4T时，R约为10E-5m。考虑到分布，绝大多数锂离子速度分量都低于此值，我们可以认为锂离子被局限在R半径的局域内。

无外加磁场时，锂离子在电池内部为可以认为是随机分布，满足正态分布概率。当局部锂离子过度富集，且无其他机制促使它均匀分布时，枝晶就出现了。当对电池充电时施加磁场时，在磁场的干预下枝晶成为小概率事件。对锂的局域化在不改变分布密度最大值时，降低了可参与分布的量的上限，从而降低了枝晶形成概率，提高了安全性。

要形成对锂离子有效约束的磁场，其磁感应强度不低于0.4T。优选，磁场强度为4.2～5.5T，在该磁场强度下，可以更加有效的防止锂枝晶的产生，同时可以设置合适的线圈，防止材料的浪费。以能够产生电磁场的元件10为线圈为例，电流产生的磁场强度B，可以由公式B＝nμ₀I/2R确定，其中n为线圈匝数，R为线圈半径。可以通过上述公式，根据预定强度的磁场，选择适当匝数的线圈。例如，假定线圈为环形，以大型客车电池组为例，半径为1m，通常工作电流为500A计算，为达到0.4T的内部磁场，n为1.2k，则需要1200圈线圈。能够产生电磁场的元件10也可以是其它能够产生电磁场的中空的元件，如图2所示，能够产生电磁场的元件10可以是环形筒。所述“环形筒”本领域技术人员可以理解，该环形筒不是闭合的，因为两端需分别连接正负极。所述“环形筒”的直径、高度等参数，本领域技术人员可以根据实际所需的磁场强度合理设置。能够产生电磁场的元件10除上述列举的两种外，还可以是其它任何形成的能够产生电磁场的元件，不限定为“中空”结构。

优选，能够产生电磁场的元件10产生的磁场是匀强磁场。可以通过如下方式使电池单元20处于匀强磁场中。如图1和2所示，电池单元20设置于能够产生电磁场的元件10的中空内部。或者如图3所示，能够产生电磁场的元件10对称地布置在电池单元20外侧。设置的能够产生电磁场的元件10的数量不以图中六个为限，可以是任何数值，只要能够产生匀强磁场即可。例如，能够产生电磁场的元件10包括两个线圈，两个线圈相隔一定距离平行设置，电池单元20设置于两个线圈之间的区域内。当然也可以采用其他的使电池单元20处于匀强磁场中的方式。

本实用新型的电池组件无需额外添置永磁体，成本低、不存在退磁问题、寿命长。当然，额外增加磁体也可以实现本实用新型的目的。如图4所示，可以在磁场中增加软铁磁性材料30，可以进一步提高内部的磁感应强度。磁场中软磁性材料30设置于磁场中磁感线穿过的位置增强磁场强度，软磁性材料30设置的数量和位置可以根据实际的需求合理选择。软磁性材料可以是任何适合的磁性材料，例如硅钢、铁镍合金、铁氧体等。软磁性材料可以是如图4所示的设置于电池外部，当然软磁性材料也可以设置于电池内部，只要不影响电池的正常充放电，可以选择适当种类的软磁性材料、设置于电池内部的任何位置，同样可以实现增强磁场强度的目的。

优选，能够产生电磁场的元件10在电池单元20放电时也产生磁场。

本实用新型的电池组件中的电池单元20可以是任何锂电池或锂离子电池。也适合任何形态电解液或电解质的锂电池。即可以是液态电解液电池，也可以是固态电解质电池。电池单元20可以是单体电池、电池模组或电池包。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种电池组件，其特征在于，包括电池单元和能够产生电磁场的元件，其中所述能够产生电磁场的元件通过所述电池单元供电；所述能够产生电磁场的元件在所述电池单元充电时产生磁场；所述磁场的磁场方向与所述电池单元的电极所处平面的夹角45～90°。

2.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述磁场是匀强磁场。

3.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述磁场的磁场强度≥4.0T。

4.根据权利要求3所述的电池组件，其特征在于，所述磁场强度为4.2～5.5T。

5.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，还包括软磁性材料，所述软磁性材料设置于所述磁场中磁感线穿过的位置。

6.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述能够产生电磁场的元件为线圈或环形筒。

7.根据权利要求6所述的电池组件，其特征在于，所述电池单元设置于所述线圈或所述环形筒的中空内部。

8.根据权利要求6所述的电池组件，其特征在于，所述电池单元设置于所述线圈或所述环形筒的外部。

9.根据权利要求6所述的电池组件，其特征在于，所述线圈在所述电池单元放电时产生磁场。

10.根据权利要求1所述的电池组件，其特征在于，所述电池单元为单体电池、电池模组或电池包。

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