CN217239657U - 电池模组、电池包和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电池模组、动力电池包和车辆。该电池模组包括多个电芯单体，相邻两个所述电芯单体之间设有发泡金属层。与硅胶垫、泡沫垫等弹性吸收膨胀材料相比，本实用新型中通过采用发泡金属层来吸收电芯之间的膨胀力，不仅散热效果更好，更重要的是可以使电芯随着使用寿命减少及膨胀力的增加，电芯之间的约束力始终保持如初始状态的恒定力，确保电芯内部极片在整个生命周期内，极片始终是“健康”的，由此，可以有效解决因为电芯膨胀导致的析锂风险和内部异物由于膨胀力增加导致的刺破隔膜短路的问题，避免因生命后期电芯的膨胀力增大导致的析锂短路等风险的发生。

Description

电池模组、电池包和车辆

技术领域

本实用新型属于电池领域，具体而言，涉及电池模组、动力电池包和车辆。

背景技术

在新能源汽车领域，电池包的性能和安全直接影响着消费者的使用体验。电池包由单体电芯按照一定的电流路径或者一定矩阵形式阵列而成，有些是先由小数量的电芯单体串联(也有为增加电量，先并联再串联)成模块(也称模组)，再将模组串联成电池包，也有些是电芯全部直接串联。存在于电池包中的锂离子电芯在充放电过程中，锂离子嵌入负极片的石墨层内形成Li_xC₆，会导致石墨层间距增大(d002约由0.335nm增加至约0.37nm)，故石墨单颗粒体积膨胀率可达到10％以上，而负极片随着石墨充放电循环次数的增加，极负片实测膨胀率可达20％以上，加上正负极材料劣化粉化，以及SEI膜增加等因素，电芯内部挤压力(膨胀力)随着寿命的衰减，膨胀量不断的增大。

此外，众所周知，电芯内部的异物是由制造过程中引入的，且电芯制造过程较为复杂，至今没有一家公司可以真正杜绝制造过程中异物的引入。而电池内部一旦引入异物，没有任何有效手段探测和避免短路的发生，电芯在使用过程中膨胀力对异物施加压力，发生内部短路和电动车起火只是时间问题而已。

综上所述，锂离子电池在使用过程中膨胀是必然的。因此，需要采用一定手段吸收电芯的膨胀力，保持电芯内部“电极的健康”。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出电池模组、动力电池包和车辆，以解决因电芯膨胀导致的析锂风险和内部异物由于膨胀力增加导致的刺破隔膜短路的问题。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种电池模组。根据本实用新型的实施例，该电池模组包括：多个电芯单体，相邻两个所述电芯单体之间设有发泡金属层。与硅胶垫、泡沫垫等弹性吸收膨胀材料相比，本实用新型中通过采用发泡金属层来吸收电芯之间的膨胀力，不仅散热效果更好，更重要的是可以使电芯随着使用寿命减少及膨胀力的增加，电芯之间的约束力始终保持如初始状态的恒定力，确保电芯内部极片在整个生命周期内，极片始终是“健康”的，由此，可以有效解决因为电芯膨胀导致的析锂风险和内部异物由于膨胀力增加导致的刺破隔膜短路的问题，避免因生命后期电芯的膨胀力增大导致的析锂短路等风险的发生。

另外，根据本实用新型上述实施例的电池模组还可以具有如下附加的技术特征：

任选地，所述发泡金属层为发泡铝层、发泡镍层、发泡铜层或发泡铜镍层。

任选地，所述发泡金属层的孔隙率为50％～98％。

任选地，所述发泡金属层的厚度为0.1mm～3mm。

任选地，所述发泡金属层的发泡结构呈球状空隙或蜂窝状。

任选地，所述发泡金属层的可承受的压缩强度为50～1000kgf。

任选地，所述发泡金属层在所述电芯单体上的投影位于所述电芯单体内，所述发泡金属层边缘与所述电芯单体边缘之间的间距不大于10mm。

任选地，所述发泡金属层通过粘结层与所述电芯单体相连。

根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提出了一种电池包。根据本实用新型的实施例，该电池包包括上述电池模组。与现有技术相比，该电池包可以更有效地维持电芯在整个生命周期内的安全性，避免因生命后期电芯的膨胀力增大导致的析锂短路等风险的发生，安全性更高，使用寿命更长。

根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提出了一种车辆。根据本实用新型的实施例，该车辆包括上述电池包或上述电池模组。与现有技术相比，该车辆安全性更高，客户体验更好，市场竞争力强。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型一个实施例的电池模组的局部结构分解图。

图2是根据本实用新型一个实施例的发泡金属层的发泡结构图。

图3是根据本实用新型再一个实施例的发泡金属层的发泡结构图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

本申请主要是基于以下问题提出的：为了吸收电池的膨胀，目前市面上的电池包主要采用两种方式。一种是在电芯之间预留适当的间隙，但由于电芯外表面的中间区域无支撑力，电芯表面在没有拘束力情况下，会导致电池无限度膨胀，电芯内部极片无法均匀接触，进而导致极片接触界面失效；而若电芯之间预留的间隙过小，则会很快被膨胀填充，等效于无间隙，电芯之间的膨胀仍会受限制，锂离子在嵌入石墨的过程中，在此外力的限制下，会导致石墨层间距无法打开(受限)，锂离子无法嵌入，进而会沉积在负极表面形成锂枝晶，同时，电芯内部异物也因被施加过大压力导致穿透隔膜，导致安全事故的发生。另一种是在电芯之间采用可吸收膨胀力的材料(如硅胶垫、泡棉垫或气凝胶垫等)，此类压缩材料特性是在可压缩尺度内，压缩比率与压缩力基本呈正比关系，压缩比越高，压缩力就越大，这会导致在电芯生命初期，电芯膨胀量小，压缩材料对电芯施加的约束力较低；而到电芯生命后期，压缩材料给电芯施加的约束力又较高。由此，会导致电芯前期自由度过大，极片贴合度差，影响锂离子的传输；后期膨胀需要克服的压力过大，负极片容易析锂，同时电芯内部异物被施加过大压力易导致穿透隔膜，导致正负极片发生短路，电芯产生热失控，进而导致电动汽车发生起火爆炸等严重后果。

为此，在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种电池模组。根据本实用新型的实施例，该电池模组包括：多个电芯单体10，相邻两个电芯单体10之间设有发泡金属层20。与硅胶垫、泡沫垫等弹性吸收膨胀材料相比，本实用新型中通过采用发泡金属层来吸收电芯之间的膨胀力，不仅散热效果更好，更重要的是，当发泡金属承受压力时，会由于气孔塌陷导致发生不可恢复的形变，由此，采用发泡金属层可以利用发泡金属的恒定压缩力(溃缩)的特性(或者恒定吸收膨胀力特性)来保持电芯之间的约束状态，使电芯随着使用寿命减少及膨胀力的增加，电芯之间的约束力始终保持如初始状态的恒定力，确保电芯内部极片在整个生命周期内，极片始终是“健康”的。由此，可以有效解决因为电芯膨胀导致的析锂风险和内部异物由于膨胀力增加导致的刺破隔膜短路的问题，避免因生命后期电芯的膨胀力增大导致的析锂短路等风险的发生。

下面参考图1对本实用新型上述实施例的电池模组进行详细描述。

根据本实用新型的实施例，发泡金属层20可以为发泡铝层、发泡镍层、发泡铜层或发泡铜镍层(即材质为铝镍合金的发泡金属层)，上述发泡金属层不仅来源广，而且在压缩过程中(空隙逐渐溃缩，或气孔塌陷)产生的恒定压力特性可以给予电芯最合适的压缩约束力，由此既可以适应电芯的膨胀需求，又可以给予电芯适宜的压缩力，避免其自由膨胀。优选地，可以采用发泡铝层作为发泡金属层，金属铝质量更轻，且导热性相对较好，由此在满足吸收电芯膨胀需求的前提下，不仅更有利于降低电池的整体重量，还能实现较好的电芯散热效果。

根据本实用新型的具体实施例，发泡金属层20的孔隙率可以为50％～98％，例如可以为60％、70％、80％或90％等，发明人发现，若发泡金属层的孔隙率过低，其发生溃缩时所需的压缩力也较大，容易给电芯施加较大约束力，难以有效克服负极片析锂或电芯内部异物被施加过大压力易导致穿透隔膜的问题；而若发泡金属层的孔隙率过高，又难以获得较好的支撑效果；此外，针对发泡铝层、发泡镍层、发泡铜层和发泡铜镍层，其在恒定压力下的压缩比约可达到98％，而当压缩比进一步增大时，所需施加的外力会显著增加，由此，本实用新型中通过控制发泡金属层的孔隙率为上述范围，既可以使其具有适宜的支撑强度，还可以利用其压缩过程中(空隙逐渐溃缩，或气孔塌陷)产生的恒定压力的特性给予电芯最合适的压缩约束力，从而更有利于解决因为电芯膨胀导致的析锂风险和电芯内部异物由于膨胀力增加导致的刺破隔膜短路的问题。

根据本实用新型的具体实施例，发泡金属层20的厚度可以为0.1mm～3mm，例如可以为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm或2.5mm等，若相邻两个电芯之间的发泡金属层过薄，会很快被电芯膨胀填充，相当于未设置发泡金属层，难以有效解决因电芯膨胀产生的析锂风险或电芯内部异物刺破隔膜的问题，而若发泡金属层的厚度过厚，一方面会造成原料浪费，另一方面会导致泡沫金属层在电池中的质量占比和体积占比明显增加，进而影响电池的能量密度，本实用新型中通过控制发泡金属层为上述厚度范围，既可以有效解决电芯膨胀产生的析锂风险或电芯内部异物刺破隔膜的问题，还不会对电池能量密度产生明显的负面影响。

根据本实用新型的具体实施例，本实用新型中发泡金属层20的发泡结构并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要其能够在恒定压力下达到较高的压缩比(如90％以上，优选95％以上)即可，例如，发泡金属层20的发泡结构可以呈球状空隙(如图2所示)或蜂窝状(如图3所示)，由此更有利于对电芯膨胀产生恒定的约束力，避免出现电芯前期因膨胀自由度过大导致极片贴合度差，而后期膨胀需要克服的压力过大导致负极片容易析锂或电芯内部异物易穿透隔膜导致发生短路等问题。

根据本实用新型的具体实施例，发泡金属层20可承受的压缩强度可以为50～1000kgf(即50～1000公斤力)，例如可以为100kgf、200kgf、300kgf、400kgf、500kgf、600kgf、700kgf或800kgf等，发明人发现，电芯厚度越大，其产生的膨胀量越大，针对现有厚度的电芯，本实用新型中通过控制发泡金属层可承受的压缩强度为上述范围，既可以满足电芯的实际膨胀需求，又可以对电池膨胀产生适宜的约束力，避免其自由膨胀导致极片贴合效果较差进而影响离子传输，导致电池电化学性能差的问题。

根据本实用新型的具体实施例，发泡金属层20在电芯单体10上的投影可以位于电芯单体10内，且发泡金属层20边缘与电芯单体10边缘之间的间距可以不大于10mm，优选发泡金属层20与电芯单体10的尺寸一致，发明人发现，发泡金属层与电芯单体的尺寸越一致，越有利于对电芯膨胀产生均匀的约束力，若发泡金属层相对于电芯单体的尺寸过小，会导致电芯受力不均，反而会对应对电池膨胀问题起到相反的效果，本实用新型中通过控制发泡金属层为上述尺寸范围，可以在有效解决电芯膨胀产生析锂风险或电芯内部异物刺破隔膜问题的基础上兼顾发泡金属层的原料成本，同时不会对电池能量密度产生明显的负面影响。

根据本实用新型的具体实施例，发泡金属层20可以通过粘结层(未示出)与电芯单体10相连，例如，可以在发泡金属层上和/或电芯上与发泡金属层接触的一侧设置粘结层来实现二者的粘结和固定，再例如，该粘结层可以为双面胶等；再例如，粘结层可以连续设在发泡金属层和电芯之间的全部接触表面，或可以连续设在发泡金属层和电芯之间的部分接触表面，再或者可以间隔设在泡金属层和电芯之间的接触表面上，优选可以在保证粘结效果的前提下连续设在发泡金属层和电芯之间的部分接触表面或间隔设在泡金属层和电芯之间的接触表面上，由此既可以降低粘结层的原料成本，还有利于电芯散热和提高电池能量密度。

根据本实用新型的具体实施例，可以理解的是，本实用新型中的电池模组中除了电芯单体和泡沫金属层外，还可以包括箱体结构、隔板、盖板、汇流排等必要结构或常规结构，此处不再一一赘述。

根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提出了一种电池包。根据本实用新型的实施例，该电池包包括上述电池模组。与现有技术相比，该电池包可以更有效地维持电芯在整个生命周期内的安全性，避免因生命后期电芯的膨胀力增大导致的析锂短路等风险的发生，安全性更高，使用寿命更长。需要说明的是，针对上述电池模组所描述的特征及效果同样适用于该电池包，此处不再一一赘述。

根据本实用新型的第三个方面，本实用新型提出了一种车辆。根据本实用新型的实施例，该车辆包括上述电池包或上述电池模组。与现有技术相比，该车辆安全性更高，客户体验更好，市场竞争力强。需要说明的是，针对上述电池包或电池模组所描述的特征及效果同样适用于该车辆，此处不再一一赘述。另外，还需要说明的是，该车辆的具体种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要灵活选择，例如可以为新能源车辆或油电两用车辆等，再例如可以为汽车、电动车等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种电池模组，其特征在于，包括：多个电芯单体，相邻两个所述电芯单体之间设有发泡金属层。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述发泡金属层为发泡铝层、发泡镍层、发泡铜层或发泡铜镍层。

3.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述发泡金属层的孔隙率为50％～98％。

4.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述发泡金属层的厚度为0.1mm～3mm。

5.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述发泡金属层的发泡结构呈球状空隙或蜂窝状。

6.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述发泡金属层的可承受的压缩强度为50～1000kgf。

7.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述发泡金属层在所述电芯单体上的投影位于所述电芯单体内，所述发泡金属层边缘与所述电芯单体边缘之间的间距不大于10mm。

8.根据权利要求1或2所述的电池模组，其特征在于，所述发泡金属层通过粘结层与所述电芯单体相连。

9.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的电池模组。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求9所述的电池包或权利要求1～8中任一项所述的电池模组。

Images