CN219642903U - 电池模组、动力电池及汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池模组、动力电池及汽车，电池模组包括：电芯、连接管及泵送机，电芯设有容纳腔、第一注液口和第二注液口；第一注液口和第二注液口均与容纳腔连通；容纳腔用于容纳电解液；泵送机与连接管连接；连接管的一端连接第一注液口，连接管的另一端的连接第二注液口；泵送机用于使电解液在容纳腔和连接管之间循环。利用泵送机使得电解液在连接管及电芯的容纳腔之间循环，使得电解液内部的各种组分均匀分布在容纳腔的各个区域中。由此，相较于传统增加成膜添加剂的方式，动力电池的阻抗增加风险显著降低，且成本较低，还可以防止动力电池局部失效。

Description

电池模组、动力电池及汽车

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池模组、动力电池及汽车。

背景技术

当前新能源汽车已经被广泛使用。新能源汽车的能量来源主要为动力电池。动力电池主要是将其内部的电解液的化学能转化为电能，从而为汽车提供动力。因磷酸铁锂(分子式LiFePO4，简称LFP)具有较高的安全以及较低的成本，因此大部分动力电池使用LEP材料作为电解液的原材料。

但是，在较长的动力电池中，LEP材料容易出现因循环不畅导致的溶铁现象，溶铁现象主要是电解液内的含氟(F)锂盐与痕量水水解成氟化氢(HF)，HF会攻击LEP材料以及负极的固体电介质界面膜(solid electrolyte interphase，SEI)，LEP受到HF攻击后，会溶出铁元素，铁元素与破损后的SEI接触还原成铁杂质，进而会提高电池自放电程度，此外SEI破损后无法及时恢复也会产生析锂现象。

为了解决上述问题，对于较长的电池，需要在电解液中添加大量的成膜添加剂，以保证动力电池在循环过程中有充足的成膜添加剂，然而，大量的成膜添加剂会导致动力电池的阻抗变大，成本上升。另外，成膜添加剂在动力电池各个位置分布不均匀，还会导致动力电池局部失效。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种电池模组、动力电池及汽车，无需添加大量的成膜添加剂，增加了动力电池电解液循环的流畅性，且可以降低动力电池阻抗变大的风险，成本较低，防止动力电池局部失效。

本申请第一方面提供一种电池模组，包括：电芯、连接管及泵送机，电芯设有容纳腔、第一注液口和第二注液口；第一注液口和第二注液口均与容纳腔连通；容纳腔用于容纳电解液；泵送机与连接管连接；连接管的一端连接第一注液口，连接管的另一端的连接第二注液口；泵送机用于使电解液在容纳腔和连接管之间循环。

在一些实施例中，第一注液口和第二注液口位于电芯的相异的两侧。

在一些实施例中，第一注液口和第二注液口位于电芯相对的两侧。

在一些实施例中，电芯包括相对设置的第一端壁和第二端壁，第一注液口设于第一端壁上，第二注液口设于第二端壁上。

在一些实施例中，第一注液口在第二端壁上的投影与第二注液口在电芯的厚度方向上相互错开。

在一些实施例中，第一端壁上还设有第一极柱，第二端壁上还设有第二极柱，第一极柱和第二极柱中的一个为正极，另一个为负极。

在一些实施例中，电芯的数量为多个，多个电芯堆叠为电芯组；相邻两个电芯中，其中一个电芯的第一极柱和相邻另一个电芯的第二极柱位于电芯组沿长度方向的同一侧；其中一个电芯的第一注液口和相邻另一个电芯的第二注液口位于电芯组沿长度方向的的同一侧。

在一些实施例中，连接管的一端分别连接位于电芯组的第一侧的第一注液口和第二注液口，连接管的另一端分别连接位于电芯组的第二侧的第二注液口和第一注液口；第一侧和第二侧为电芯组沿长度方向相背的两侧。

在一些实施例中，连接管及泵送机的数量均为多个；每个电芯对应的连接一个连接管和一个泵送机，且每个电芯的第一注液口连接对应的连接管的一端，每个电芯的第二注液口连接对应的连接管的另一端。

在一些实施例中，连接管和泵送机的数量均为多个，电芯上设有多个第一注液口及多个第二注液口；多个连接管的一端分别连接多个第一注液口，多个连接管的另一端分别连接多个第二注液口；多个泵送机分别连接于多个连接管。

本申请第二方面提供一种动力电池，包括：电路板、外壳及本申请第一方面中任一项的电池模组，外壳设有安装腔，电路板及电池模组均安装于安装腔内，电芯和泵送机均与电路板电连接。

本申请第三方面提供一种汽车包括：整车控制器及本申请第二方面的动力电池，电路板与整车控制器电连接。

本申请实施例提供的电池模组，电芯上设有第一注液口及第二注液口，使用一个连接管连接在电芯的第一注液口和第二注液口之间。然后利用泵送机使得电解液在连接管及电芯的容纳腔之间循环，使得电解液内部的各种组分均匀分布在容纳腔的各个区域中。由此，相较于传统增加成膜添加剂的方式，无需添加大量的成膜添加剂，动力电池的阻抗增加风险显著降低，且成本较低，还可以防止动力电池局部失效。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本申请实施例提供的电池模组的部分结构示意图。

图2是图1中所示电池模组的电芯的结构示意图。

图3是图2中所示电芯的另一方向的结构示意图。

图4是图2中所示电芯的又一方向的结构示意图。

图5是本申请实施例提供的电池模组的结构示意图。

图6是图2中所示电芯的正极片的结构示意图。

图7是图6中所示正极片的VC含量测试结果表。

图8是图2中所示电芯的负极片的结构示意图。

图9是图8中所示负极片的Fe含量测试结果表。

图10是传统电芯的正极片的VC含量测试结果表。

图11是传统电芯的负极片的Fe含量测试结果。

附图标记说明：1000-电池模组，100-电芯，101-第一注液口，102-第二注液口，103-防爆阀，104-第一极柱，105-第二极柱，106-第一端壁，107-第二端壁，108-第一表壁，109-第二表壁，110-第一侧壁，111-第二侧壁，112-正极片，113-负极片，200-连接管，300-泵送机。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请实施例提供的汽车包括整车控制器及动力电池，动力电池包括电路板、外壳及电池模组1000(图1中所示)。外壳设有安装腔，电路板及电池模组1000均安装于安装腔内，电芯100与电路板电连接。电路板与整车控制器电连接。电路板监测动力电池的温度、电流以及电压等，并将监测到的温度、电流及电压发送至整车控制器，整车控制器可以根据接收到的温度、电流及电压确定动力电池是否正常。

本申请实施例中，请参考图1，电池模组1000包括电芯100、连接管200及泵送机300。连接管200可以为塑胶软管，也可以为硬质塑料管。泵送机300与上述的电路板电连接。

电芯100设有容纳腔、第一注液口101和第二注液口102；第一注液口101和第二注液口102均与容纳腔连通；容纳腔用于容纳电解液；泵送机300与连接管200连接。连接管200的一端连接第一注液口101，连接管200的另一端的连接第二注液口102；泵送机300用于使电解液在容纳腔和连接管200之间循环，电解液循环时，可以为在容纳腔内从第一注液口101流动至第二注液口102处，也可以从第二注液口102流动至第一注液口101处。

连接管200具体通过如下方式与电芯100连接：将连接管200的一端通过热熔方式固定在第一注液口101处，使得连接管200的管道与第一注液口101连通，且连接管200的管道与电芯100之间密封。然后对第二注液口102处施加负压，接着从连接管200的另一端处向连接管200注入电解液，电解液沿着连接管200经第一注液口101进入电芯100的容纳腔内。在电解液注满容纳腔后，通过热熔方式使得连接管200的另一端固定在第二注液口102处。最后再次使用胶封或者焊接方式，将连接管200的两端分别与第一注液口101处和第二注液口102处密封。

整车控制器可以通过电路板控制泵送机300，使得泵送机300在汽车启动后一直处于工作状态，以使电解液一直处于在连接管200和容纳腔之间循环的状态。也可以使得泵送机300每间隔固定时间启动一次，例如每间隔1个月、2个月、3个月或者半年等等时间，整车控制器控制泵送机300启动一次，且使得泵送机300工作预定时间，该预定时间使得电解液至少可以在连接管200和容纳腔内循环一次。每次启动泵送机300后，可以使得电解液在容纳腔内从第一注液口101流动至第二注液口102处，待电解液循环固定次数后，再使得电解液在容纳腔内从第二注液口102处流动至第一注液口处，以使电解液更加均匀的分布在容纳腔中。或者是，也可以在第一次启动泵送机300时，使得电解液在容纳腔内从第一注液口101流动至第二注液口102处，间隔固定时间第二次启动泵送机300时，使得电解液在容纳腔内从第二注液口102流动至第一注液口101处。

本申请实施例提供的电池模组1000，电芯100上设有第一注液口101及第二注液口102，使用一个连接管200连接在电芯100的第一注液口101和第二注液口102之间。然后利用泵送机300使得电解液在连接管200及电芯100的容纳腔之间循环，使得电解液内部的各种组分均匀分布在容纳腔的各个区域中。由此，相较于传统增加成膜添加剂的方式，无需添加大量的成膜添加剂，动力电池的阻抗增加风险显著降低，且成本较低，还可以防止动力电池局部失效。

其他实施例中，也可以在一个电芯100上设置多个第一注液口101和多个第二注液口102，本申请中多个意指两个以上。相对应的，设置多个连接管200及多个泵送机300，多个连接管200的一端分别连接多个第一注液口101，多个连接管200的另一端分别连接多个第二注液口102；多个泵送机300分别连接于多个连接管200。也即，一个电芯100上可以连接多个连接管200，进而增加电解液的循环效率。

本申请实施例中，第一注液口101和第二注液口102位于电芯100的相异的两侧。由此，使得容纳腔内的绝大部分或者全部电解液在容纳腔及连接管200之间循环，提升电解液循环的均匀性。

一些实施例中，第一注液口101和第二注液口102位于电芯100相对的两侧。请参考图2、图3和图4，具体的，电芯100为矩形片状，电芯100包括沿长度方向相对设置的第一端壁106和第二端壁107、沿厚度方向相对设置的第一表壁108和第二表壁109、沿宽度方向相对设置的第一侧壁110和第二侧壁111。本申请实施例中，第一注液口101设于第一端壁106上，第二注液口102设于第二端壁107上。且第一注液口101位于第一端壁106靠近第二表壁109的一侧，第二注液口102位于第二端壁107靠近第一表壁108的一侧，也即在厚度方向上，第一注液口101在第二端壁107上投影与第二注液口102相互错开，更具体的，第一注液口101在第二端壁107上投影与第二注液口102位于第二端壁107的对角线上。由此，使得容纳腔内的电解液充分进行循环，降低电解液滞留在容纳腔室内不参与循环的风险。

其他实施例中，第一注液口101和第二注液口102位于电芯100相对的两侧，还可以为第一注液口101可以设置于第一表壁108上，第二注液口102设置于第二表壁109上；或者是，第一注液口101设置在第一侧壁110上，第二注液口102设置在第二侧壁111上。

其他实施例中，第一注液口101和第二注液口102可以位于电芯100的相邻侧，例如，第一注液口101设置于第一端壁106上，第二注液口102设置于第一表壁108上。

其他实施例中，第一注液口101和第二注液口102也可以位于电芯100的相同侧。例如，第一注液口101和第二注液口102均设置在第一端壁106上。

本申请实施例中，请参考图2和图3，电池模组1000还包括防爆阀103，防爆阀103设于第一端壁106上。防爆阀103可以降低动力电池出现爆炸的风险，增加汽车安全系数。

本申请实施例中，请参考图3和图4，电池模组1000还包括第一极柱104和第二极柱105，第一极柱104和第二极柱105中的一个为正极柱，另一个为负极柱；第一极柱104设于第一端壁106上，第二极柱105设于第二端壁107上。第一极柱104和第二极柱105起到导电作用，便于将电芯100的电能导出至用电器件处。

一些实施例中，请参考图5，电池模组1000包括多个电芯100，例如2个、3个、4个、5个、6个等等数量，多个电芯100堆叠为电芯组，且相邻的两个电芯100中，其中一个电芯100的第一表壁108朝向另一个电芯100的第二表壁109；其中一个电芯100的第一极柱104和相邻的另一个电芯100的第二极柱105位于电芯组沿长度方向的同一侧，例如：图5中所示的电池模组1000包括六个电芯100，位于电芯组的第一侧(左侧)的六个极柱依次为：第一极柱104、第二极柱105、第一极柱104、第二极柱105、第一极柱104、第二极柱105；位于电芯组的第二侧(右侧)的六个极柱依次为第二极柱105、第一极柱104、第二极柱105、第一极柱104、第二极柱105、第一极柱104。换句话说，电芯组的第一侧(左侧)的第一极柱104和第二极柱105交替排列，电芯组的第二侧(右侧)的第二极柱105和第一极柱104交替排列。可以理解，电芯组的第一侧和电芯组的第二侧为沿长度方向相背的两侧。由此，便于六个电芯100依次串联。

同样的道理，位于电芯组第一侧(左侧)的第一注液口101和第二注液口102交替排列，位于电芯组的第二侧(右侧)的第二注液口102和第一注液口101交替排列。

一些实施例中，继续参考图5，连接管200的一端分别连接位于电芯组第一侧的多个第一注液口101和多个第二注液口102，连接管200的另一端分别连接位于电芯组的第二侧的多个第一注液口101和多个第二注液口102。也即多个电芯100共用一个连接管200，既能实现多个电芯100内电解液的循环，又能节省连接管200的数量，降低电池模组1000的体积。

其他实施例中，针对多个电芯100对应的设置的多个连接管200和多个泵送机300。每个电芯100对应的连接一个连接管200和一个泵送机300。且每个电芯100的第一注液口101连接对应的连接管200的一端，每个电芯100的第二注液口102连接对应的连接管200的另一端。也即，一个电芯100使用一个连接管200和一个泵送机300，进而可以提升电解液的循环效率。

其他实施例中，多个电芯100也可以卷绕成一个整体，此时，第一注液口101和第二注液口102可以设置在电芯100的同一侧。

本申请实施例提供的电池模组1000的性能测试结果明显优于传统电池。

以下具体说明电池模组1000的性能测试过程及结果。

(1)准备五个本申请实施例提供的电芯100。

(2)检测五个电芯100的容量：在25℃下，以0.33C恒流恒压对电芯100进行充电，其中1C按照电芯设计容量，本实施例中，1C表示154安培(A)。使得电芯100的电压达到至3.8V，搁置后再以0.33C恒流放电至2.0V。上述过程重复3次，记录电芯100第3次放出容量，该容量即为电芯100的容量C0，单位为A。

(3)使五个电芯100在45℃下进行温度循环：在25℃下，五个电芯100均以0.33C进行充放电三次，电压范围为2.0V-3.8V，标定第3次放电容量为电芯100的容量C0。标定容量后，在45℃下，以1C0恒流恒压充电至3.8V，截止电流为0.05C0；然后静置30min，以1C0恒流放电至2.0V，后静置30min。第一个电芯100不进行充放电，第二个电芯100充放电300次，第三个电芯100充放电500次，第四个电芯100充放电800次，第五个电芯100充放电1000次。

(4)在45℃循环后，将五个电芯100均放电至0％荷电状态(stateofcharge，SOC)，然后将五个电芯100的正极片112(图6)及负极片113(图8)均拆解出来。

(5)正极片112上的成膜添加剂测试：根据图6中所示的正极片112取样示意图，使用固定大小取样器在拆解出来的五个正极片112上进行取样，取样时，需要将正极片112所对的隔膜同时裁样，防止电解液快速挥发。每个正极片112取样出9个直径均为14mm的圆片，9个圆片代表正极片112的9个不同的区域。

然后，将每个正极片112的9个圆片浸泡在有机溶剂中，使用超声机超声摇晃装有9个圆片和有机溶剂的容器后，利用气相色谱质联用仪(gaschromatography-massspectrometer，GC-MS)测试得到9个圆片的成膜添加剂含量，单位为％。测试结果如图7中所示。

(6)负极片113上的铁元素测试：将五个负极片113在碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，DMC)溶剂中浸泡。待负极片113的锂盐溶出后，按照图8中所示的负极片113取样示意图，使用固定大小的取样器在五个负极片113上进行取样，取样时，需要将负极片113所对的隔膜同时裁样，防止电解液快速挥发。每个负极片113取样出9个直径均为14mm的圆片，9个圆片代表负极片113的9个不同的区域；将不同区域负极片113在碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，DMC)溶剂中浸泡，待负极片113的锂盐溶出后，使用电感耦合等离子体光谱法(inductively coupled plasma，ICP)对9个圆片进行铁元素含量的探测，单位为ppm。测试结果如图9中所示。

对传统的电芯采用同样的方法进行测试，测试完成后，生成图10和图11中所示的表格。图10中所示为传统电芯的正极片112的VC含量测试结果表，图11中所示为传统电芯的负极片113的Fe含量测试结果。

通过对比图7和图10可知，由于一次注液化成，在0th的时候，也即电芯100没有使用的情况下，传统电芯和本申请实施例提供的连接有连接管200的电芯100，①-⑨号位点的碳酸乙烯酯(vinylenecarbonate，VC)含量相差不大。但是经过300th的45℃高温循环后，传统电芯在④-⑥号位点的VC含量明显要低于其他位点。传统电芯之所以出现这个问题，主要是由于在电芯100充放电循环过程中，电池两个较大表面的力和热不均匀导致的，具体表现为：中央位置在循环过程中电解液被挤出或是温度较高导致消耗增加，而在传统电芯中只能通过电解液自身扩散来均衡，在现有高压实以及高装配比的电池下，电解液均衡速度无法满足实际需求，进而导致充放电循环后中央区域VC含量较低。

同样是经过300th的45℃高温循环后，本实施例的电芯100中①-⑨号位点的VC含量仍然能保持相同水平。原因在于，泵送机300可以加速电芯100的内部的电解液均衡，因此在充放电循环之后，电芯100各个区域的电解液一致性较好。

在后续的充放电500th、800th以及1000th之后，传统电芯的④-⑥号位点的VC含量同样明显要低于其他位点，而本申请实施例的电芯100中①-⑨号位点的VC含量仍然能保持相同水平。且随着循环增多，传统电芯的中央位置VC含量会减少至较低含量，而VC含量降低会使得负极片113表面破损的SEI膜无法重构。

通过对比图9和图11可知，循环过程中的VC含量和负极侧的Fe含量有较明显的关系。通过检测不同充放电循环圈数以及不同位置的负极片113的溶Fe含量可知，在充放电循环过程中，常规电芯100的中央区域④-⑥号位点的Fe含量的增幅要远高于其他位点。而本申请实施例的电芯100中①-⑨号位点的Fe含量无明显升高，这与表1中的VC含量挂钩，这主要是由于VC会在循环过程中补充破损的SEI膜，这可以防止杂质离子在负极片113得电子进而沉积在负极片113表面。

传统电芯由于中心位置VC含量降低、Fe含量升高且SEI无法重新补充，进而会发生析锂现象，表观现象为容量跳水。因此，传统电芯在300th后与本申请实施例的电芯100开始出现了稳定性的差异，在800th后就发生了容量跳水现象，在500th-800th时VC含量和Fe含量，传统电芯和本申请实施例的电芯100也有明显差异，这和容量跳水现象相对应，因此本申请实施例的电芯100可以继续稳定循环，而传统电芯会由于中央大面析锂问题使得容量迅速衰减。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。

Claims (12)

1.一种电池模组，其特征在于，包括：电芯、连接管及泵送机，所述电芯设有容纳腔、第一注液口和第二注液口；所述第一注液口和所述第二注液口均与所述容纳腔连通；所述容纳腔用于容纳电解液；所述泵送机与所述连接管连接；

所述连接管的一端连接所述第一注液口，所述连接管的另一端的连接所述第二注液口；所述泵送机用于使所述电解液在所述容纳腔和所述连接管之间循环。

2.根据权利要求1所述的电池模组，其特征在于，所述第一注液口和所述第二注液口位于所述电芯的相异的两侧。

3.根据权利要求2所述的电池模组，其特征在于，所述第一注液口和所述第二注液口位于所述电芯相对的两侧。

4.根据权利要求3所述的电池模组，其特征在于，所述电芯包括相对设置的第一端壁和第二端壁，所述第一注液口设于所述第一端壁上，所述第二注液口设于所述第二端壁上。

5.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于，所述第一注液口在所述第二端壁上的投影与所述第二注液口在电芯的厚度方向上相互错开。

6.根据权利要求4所述的电池模组，其特征在于，所述第一端壁上还设有第一极柱，所述第二端壁上还设有第二极柱，所述第一极柱和所述第二极柱中的一个为正极，另一个为负极。

7.根据权利要求6所述的电池模组，其特征在于，所述电芯的数量为多个，多个所述电芯堆叠为电芯组；相邻两个电芯中，其中一个所述电芯的第一极柱和相邻另一个所述电芯的第二极柱位于所述电芯组沿长度方向的同一侧；其中一个所述电芯的第一注液口和相邻另一个所述电芯的第二注液口位于所述电芯组沿长度方向的同一侧。

8.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述连接管的一端分别连接位于所述电芯组的第一侧的第一注液口和第二注液口，所述连接管的另一端分别连接位于所述电芯组的第二侧的第二注液口和第一注液口；所述第一侧和所述第二侧为所述电芯组沿长度方向相背的两侧。

9.根据权利要求7所述的电池模组，其特征在于，所述连接管及所述泵送机的数量均为多个；每个所述电芯对应的连接一个所述连接管和一个所述泵送机，且每个所述电芯的第一注液口连接对应的连接管的一端，每个所述电芯的第二注液口连接对应的连接管的另一端。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的电池模组，其特征在于，一个所述电芯对应连接多个连接管和多个泵送机；所述电芯上设有多个所述第一注液口及多个所述第二注液口；多个所述连接管的一端分别连接多个所述第一注液口，多个所述连接管的另一端分别连接多个所述第二注液口；多个所述泵送机分别连接于多个所述连接管。

11.一种动力电池，其特征在于，包括：电路板、外壳及权利要求1至10中任一项所述的电池模组，所述外壳设有安装腔，所述电路板及所述电池模组均安装于所述安装腔内，所述电芯和所述泵送机均与所述电路板电连接。

12.一种汽车，其特征在于，包括：整车控制器及权利要求11所述的动力电池，所述电路板与所述整车控制器电连接。