CN219917245U - 一种电池电芯结构、电池及电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池电芯结构、电池及电池模组，所述电池电芯结构包括相互并联的多个极组以及至少一个隔断筒；多个极组从里到外依次间隔分布；任意相邻的两个极组之间，设置有隔断筒。本实用新型公开的电池电芯结构、电池及电池模组，设计科学，其采用多极组并联的结构，相邻的极组之间通过隔断筒相分隔，能够有效降低电池的内应力，又能实现快速散热，同时不损失电池的能量密度和电解液分布均匀性，具有重大的实践意义。

Description

一种电池电芯结构、电池及电池模组

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池电芯结构、电池及电池模组。

背景技术

目前，锂离子电池具有比能量高、循环使用次数多、存储时间长等优点，不仅在便携式电子设备(如移动电话、数码摄像机和手提电脑)上得到广泛应用，而且也广泛应用于电动汽车、电动自行车以及电动工具等大中型电动设备方面，因此对锂离子电池的性能要求越来越高。

其中，圆柱锂离子电池具有高能量密度、低BMS管理难度、高安全性、高生产效率和低成本等优势。目前，圆柱形电池内部均为单极组卷绕结构，为了提升电池的容量和能量密度，电池直径向着更大的趋势发展。随着电池直径的增大，圆柱形电池存在几个问题至今仍未解决，成为圆柱电池广泛应用的阻力。具体如下：

一是电池内部应力会随着电池直径的增大而增大，极组内外层应力差异悬殊，导致循环后期电池跳水(电池跳水即电池容量突然衰减)；

二是极组内部的电解液浸润性会变差，导致电池内阻大、极化大，电池倍率性能差；

三是电池产热会增加，导致循环过程中电池的快速衰减。

因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够解决以上技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种电池电芯结构、电池及电池模组。

为此，本实用新型提供了一种电池电芯结构，其包括相互并联的多个极组以及至少一个隔断筒；

多个极组从里到外依次间隔分布；

任意相邻的两个极组之间，设置有隔断筒。

此外，本发明还提供了一种电池，包括如前所述的电池电芯结构。

另外，本发明还提供了一种电池模组，包括多个如前所述的电池。

由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种电池电芯结构、电池及电池模组，设计科学，其采用多极组并联的结构，相邻的极组之间通过隔断筒相分隔，能够有效降低电池的内应力，又能实现快速散热，同时不损失电池的能量密度和电解液分布均匀性，具有重大的实践意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种电池电芯结构放置于电池壳中时的横截面示意图，也即一种电池的横截面示意图；

图2为本实用新型提供的一种电池中采用的隔断筒的结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种电池中的正极耳或负极耳的结构示意图一，此时极耳是单极耳，电池极片处于展开状态；

图4为本实用新型提供的一种电池中的正极耳或负极耳的结构示意图二，此时极耳是全极耳，电池极片处于展开状态；

图中，1为电池极片，2为单极耳，3为集流体，4为全极片，5为隔断筒；

6为电池壳，7为最外层极组，8为中间极组，9为最内层极组；

51为通孔，52为开口缝隙；

501为第一隔断筒，502为第二隔断筒。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。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专利中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

参见图1至图4，本实用新型提供了一种电池电芯结构，包括相互并联的多个极组以及至少一个隔断筒5；

多个极组从里到外依次间隔分布；

任意相邻的两个极组之间，设置有隔断筒5。

在本实用新型中，具体实现上，每个极组，均是卷绕结构的极组。

在本实用新型中，具体实现上，多个极组通过连续卷绕的方式形成一个电池极组组合(即电池电芯结构)，极组之间通过隔断筒相互分隔开；

需要说明的是，所述极组的数量至少为两个，不设上限，电池极组组合(即电池电芯结构)的直径可以无限大。

在本实用新型中，具体实现上，所述极组，通过正极片、负极片和隔膜卷绕形成；

所述隔膜，位于正极片和负极片之间的位置。

在本实用新型中，具体实现上，每个极组均设置有多个极耳，极组间的并联通过极耳的并联实现。

所述多个极耳，包括正极耳和负极耳(即至少有一个极耳是正极耳，以及至少有一个极耳是负极耳)；

多个极组的正极耳相互并联后，与电池的正极输出端(例如电池壳6的底部)相连接；

多个极组的负极耳相互并联后，与电池的负极输出端(例如是设置于电池壳6顶部的电池盖)相连接。

优选地，多个极组的正极耳焊接在一起；

多个极组的负极耳焊接在一起。

需要说明的是，多个极组的极耳通过焊接的方式(例如超声波焊接)连接，最终以焊接的方式将正极耳和负极耳，分别与电池壳体上的正极柱和负极柱连接。

具体实现上，所述极耳是单极耳或全极耳；

参见图3所示，单极耳2，设置于电池极片1(正极片和/或负极片)的集流体3上；该集流体3未涂覆活性物质涂层。

参见图4所示，全极耳5，是位于电池极片1(正极片和/或负极片)的上侧或者下侧的、未涂覆活性物质涂层的集流体。

优选地，当正极耳是单极耳时，所述正极耳为铝极耳；

当负极耳是单极耳时，所述负极耳为铜镀镍极耳。

优选地，当正极耳是全极耳时，所述正极耳为铝箔；

当负极耳是全极耳时，所述负极耳为铜箔。

需要说明的是，全极耳的极耳材质与极片的集流体相同，正极耳优选铝箔，负极耳优选铜箔。

在本实用新型中，具体实现上，隔断筒5的横截面形状为C形。

在本实用新型中，具体实现上，隔断筒5为镂空形状。因此，可以降低能量密度的损失，同时不阻碍电解液传输，保证内圈极组和外圈极组中电解液的分布均匀性，提升电池的倍率性能。

在本实用新型中，具体实现上，隔断筒5为绝缘导热筒

在本实用新型中，具体实现上，隔断筒5是采用镂空结构的筒体，具体结构如下：

隔断筒5的整体形状为中空的圆柱形；

隔断筒5的上下两端敞开(即完全开口)；

隔断筒5的侧壁设置有垂向分布的开口缝隙52；

优选地，开口缝隙52为0.5～1mm，如0.6mm、0.8mm或0.9mm等。

优选地，隔断筒5的四周侧壁设置有多个通孔51；

需要说明的是，在本实用新型中，通孔51能够发挥特殊的作用，具体包括：一是不阻碍电解液流动，减小电池内阻，二是可以减轻隔断筒5的重量，从而提高电池的能量密度。

需要说明的是，隔断筒5的开口缝隙52不宜过宽，避免造成极组变形。当外部极组的压缩应力大于内部极组时，开口缝隙的宽度可以根据外部极组的压缩应力自由调节(即缩小)，当内部膨胀力大于外部压缩应力时，开口间隙的宽度可以增大，保证内外极组应力的均匀性。

经过检验，对于本实用新型，隔断筒5的应用，可以平衡多个极组之间的膨胀应力，提升电池的散热能力，同时不损失电池能量密度和电解液分布均匀性，提升电池的循环性能、倍率性能和低温性能。

具体实现上，开口缝隙52的上下两端角部为弧形(具体是圆弧形)的角部，能够避免应力集中。

具体实现上，当所述电池包括内外分布的内层极组和外层极组(即两个极组)时，隔断筒5的横截面直径大于或者等于内层极组的横截面直径，并且小于或等于外层极组的横截面直径。

具体实现上，隔断筒5的垂向高度，小于或者等于极组中隔膜的垂向高度。

需要说明的是，在本实用新型中，隔断筒5的绝缘导热材料，可以采用现有公知的绝缘导热材料，此外，还可以采用无机金属氧化物(或者氮化物)与聚丙烯PP(或者聚对苯二甲酸乙二醇酯PET)的复合材料，其中无机金属氧化物(或者氮化物)在复合材料中的质量占比为20～60％，例如可以为20％、30％、40％、50％或60％；聚丙烯PP(或者聚对苯二甲酸乙二醇酯PET)在复合材料中的质量占比为40～80％，例如可以为80％、70％、60％、50％或40％。

需要说明的是，隔断筒5具有一定的刚度、不易变形，并且采用耐电解液腐蚀的材质制成，以及具有绝缘导热性。

此外，参见图1，本实用新型还提供了一种电池，所述电池具有如上所述的电池电芯结构。

优选的，所述电池为圆柱型电池。

在本实用新型中，具体实现上，所述电池，包括电池壳6；

所述电池壳内，设置有从里到外依次间隔分布的最内层极组9、中间极组8和最外层极组7，以及第一隔断筒501和第二隔断筒502；

第一隔断筒501，设置于最外层极组7和中间极组8之间；

第二隔断筒502，设置于中间极组8和最内层极组9之间。

在本实用新型中，具体实现上，所述电池为圆柱锂离子电池。

进一步地，本实用新型还提供了一种电池模组，包括多个如上所述的电池。

为了更加清楚地理解本实用新型的技术方案，下面说明本实用新型的应用过程。

参见图1所示，当需要装配的电池包括内外间隔分布的最内层极组9、中间极组8和最外层极组7等三个极组以及第一隔断筒501和第二隔断筒502等两个隔断筒时，极组的入壳处理过程如下：

首先，将正极片、负极片与隔膜通过正常卷绕的方式形成最内层极组9，再将正极片、负极片与隔膜通过与第一隔断筒501直径相同的卷轴卷绕成中间极组8，再将正极片、负极片与隔膜通过与第二隔断筒502直径相同的卷轴卷绕成最外层极组7。

然后，开始入壳：首先将最外层极组7放置在顶部开口的、中空的电池壳6中，再将第一隔断筒501放置在最外层极组7中，然后再将中间极组8放置在第一隔断筒501中，再将第二隔断筒502放置在中间极组8中，再将最内层极组9放置在第二隔断筒502中，从而完成三个极组以及第一隔断筒501和第二隔断筒502这两个隔断筒的入壳操作。

其中，最内层极组9、中间极组8和最外层极组7以及第一隔断筒501和第二隔断筒502均与电池壳6同圆心放置。此外，第一隔断筒501和第二隔断筒502，均与电池壳6底部接触，以固定隔断筒5。

需要说明的是，第一隔断筒501和第二隔断筒502的结构均如图2所示，只是横截面的直径大小不同。

然后，将最内层极组9、中间极组8和最外层极组7的正极耳以及负极耳分别通过超声波焊接在一起，形成并联结构，最终将正极耳和负极耳分别焊接在电池壳6的底部和电池盖上。

与现有技术相比较，本实用新型提供的电池，具有如下有益效果：

1、本实用新型采用多极组并联的电池电芯结构，多极组中间放置C形的隔断筒，起到调节极组内部应力的作用，使内外极组应力均匀化，进一步提升电池的循环性能。

2、本实用新型的隔断筒是镂空形状，可以降低能量密度的损失，同时不阻碍电解液传输，保证内圈极组和外圈极组中电解液的分布均匀性，提升电池的倍率性能。

3、本实用新型的隔断筒具有绝缘导热功能，能够避免电池内部短路，还可以将电池内部产生的热量迅速传递至电池壳释放出来，提升电池的循环性能。同时，在加热条件下进行低温充放电的过程中，通过隔断筒能够将加热的温度迅速传递至极组中，提升电池的低温性能。

4、本实用新型的设计，适用于直径无限大的圆柱形电池。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池电芯结构，其特征在于，包括相互并联的多个极组以及至少一个隔断筒(5)；

多个极组从里到外依次间隔分布；

任意相邻的两个极组之间，设置有隔断筒(5)。

2.如权利要求1所述的电池电芯结构，其特征在于，每个极组，均是卷绕结构的极组；

所述极组，通过正极片、负极片和隔膜卷绕形成；

所述隔膜，位于正极片和负极片之间的位置。

3.如权利要求1所述的电池电芯结构，其特征在于，每个极组均设置有多个极耳；

所述多个极耳，包括正极耳和负极耳；

多个极组的正极耳相互并联后，与电池的正极输出端相连接；

多个极组的负极耳相互并联后，与电池的负极输出端相连接。

4.如权利要求3所述的电池电芯结构，其特征在于，所述极耳是单极耳或全极耳；

当正极耳是单极耳时，所述正极耳为铝极耳；

当负极耳是单极耳时，所述负极耳为铜镀镍极耳；

当正极耳是全极耳时，所述正极耳为铝箔；

当负极耳是全极耳时，所述负极耳为铜箔。

5.如权利要求1所述的电池电芯结构，其特征在于，隔断筒(5)的横截面形状为C形；

和/或，隔断筒(5)为镂空形状；

和/或，隔断筒(5)为绝缘导热筒。

6.如权利要求1所述的电池电芯结构，其特征在于，隔断筒(5)的上下两端敞开；

隔断筒(5)的侧壁设置有垂向分布的开口缝隙(52)。

7.如权利要求6所述的电池电芯结构，其特征在于，隔断筒(5)的四周侧壁设置有多个通孔(51)；

和/或，开口缝隙(52)的上下两端角部为弧形的角部；

和/或，隔断筒(5)的垂向高度，小于或者等于极组中隔膜的垂向高度。

8.一种电池，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的电池电芯结构。

9.如权利要求8所述的电池，其特征在于，所述电池，包括电池壳(6)；

所述电池壳内，设置有从里到外依次间隔分布的最内层极组(9)、中间极组(8)和最外层极组(7)，以及第一隔断筒(501)和第二隔断筒(502)；

第一隔断筒(501)，设置于最外层极组(7)和中间极组(8)之间；

第二隔断筒(502)，设置于中间极组(8)和最内层极组(9)之间。

10.一种电池模组，其特征在于，包括多个如权利要求8或9所述的电池。