CN220086120U - 一种电池及电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，提出了一种电池及电池组。该电池，包括：电芯，所述电芯包括电芯主体，所述电芯主体设有电芯孔；弹性支撑件，所述弹性支撑件设于所述电芯孔内，且所述弹性支撑件支撑所述电芯孔的孔壁的至少部分；所述弹性支撑件的孔隙率≥20％。本申请提供的电池通过在电芯主体的电芯孔内设置弹性支撑件，可以对电芯主体内部极片进行有效支撑，且可以在极片膨胀时进行缓冲，避免应力集中导致电芯主体内部极片掉料、引发析锂现象。因此，本申请提供的电池可以降低电芯向电芯孔塌陷的可能性，以提升电池的结构性能与安全性能。

Description

一种电池及电池组

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池及电池组。

背景技术

在现有节能减排的趋势下，电动车辆逐步成为汽车产业的重要组成部分。对于电动车辆来说，电池技术是其至关重要的一个环节。现有电池中，电池壳体内部设有电芯，电芯内可能设有中心孔，以提升电解液对于电芯的浸润效果。

值得注意的是，当电芯设有电芯孔，极片极易向电芯孔内部塌陷，从而导致极片开裂或极片掉料等风险，影响电池的安全性能。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池及电池组，该电池可以降低电芯向电芯孔塌陷的可能性，以提升电池的结构性能与安全性能。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

根据本实用新型的第一个方面，提供了一种电池，包括：

电芯，电芯包括电芯主体，电芯主体设有电芯孔；

弹性支撑件，弹性支撑件设于电芯孔内，且弹性支撑件支撑电芯孔的孔壁的至少部分；弹性支撑件的孔隙率≥20％。

需要说明的是，本申请提供的电池通过在电芯主体的电芯孔内设置弹性支撑件，可以对电芯主体内部极片进行有效支撑，且可以在极片膨胀时进行缓冲，避免应力集中导致电芯主体内部极片掉料、引发析锂现象。具体的，倘若电芯主体内的极片具有向电芯孔内坍塌的倾向，弹性支撑件可以对极片进行有效支撑，以降低极片坍塌的可能性，进而提升电池的结构性能与安全性能；而且，倘若电芯主体内的极片发生膨胀，由于弹性支撑件具有弹性，则弹性支撑件可以在电芯主体内极片的作用力下发生部分形变，以吸收至少部分电芯主体向内膨胀的体积，降低极片开裂或极片掉料的可能性，从而进一步提升电池的结构性能与安全性能。

同时，由于弹性支撑件堵塞了电芯孔，使得电芯整体电解液的浸润速率受到了限制，所以会导致电芯整体的循环寿命缩短。因而，本申请提供的电池通过调控弹性支撑件的孔隙率≥20％，可以优化电解液自弹性支撑件浸润电芯主体内部极片的效果，从而保证电芯得到稳定支撑的同时提升电池整体循环寿命，提升电池的结构性能与安全性能。

根据本实用新型的第二个方面，提供了一种电池组，包括如上述第一个方面中任意技术方案提供的一种电池。

需要说明的是，本申请提供的电池组中，电池通过在电芯主体的电芯孔内设置弹性支撑件，可以对电芯主体内部极片进行有效支撑，且可以在极片膨胀时进行缓冲，避免应力集中导致电芯主体内部极片掉料、引发析锂现象。具体的，倘若电芯主体内的极片具有向电芯孔内坍塌的倾向，弹性支撑件可以对极片进行有效支撑，以降低极片坍塌的可能性，进而提升电池、甚至是电池组的结构性能与安全性能；而且，倘若电芯主体内的极片发生膨胀，由于弹性支撑件具有弹性，则弹性支撑件可以在电芯主体内极片的作用力下发生部分形变，以吸收至少部分电芯主体向内膨胀的体积，降低极片开裂或极片掉料的可能性，从而进一步提升电池、甚至是电池组的结构性能与安全性能。

同时，由于弹性支撑件堵塞了电芯孔，使得电芯整体电解液的浸润速率受到了限制，所以会导致电芯整体的循环寿命缩短。因而，本申请提供的电池组中，电池通过调控弹性支撑件的孔隙率≥20％，可以优化电解液自弹性支撑件浸润电芯主体内部极片的效果，从而保证电芯得到稳定支撑的同时提升电池整体循环寿命，提升电池、甚至是电池组的结构性能与安全性能。

附图说明

为了更好地理解本申请，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本申请的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图标记在各个附图中表示相同或类似的部件。其中：

图1为本申请实施例提供的电池的立体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电池内结构的爆炸示意图；

图3为图2中弹性支撑件的放大示意图；

图4为图2中弹性支撑件的第二种放大示意图；

图5为本申请实施例提供的电池的第二种立体结构示意图。

附图标记说明如下：

100、电池；110、电芯主体；111、电芯孔；120、弹性支撑件；121、孔。

具体实施方式

下面将结合本申请示例实施例中的附图，对本申请示例实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本文中的描述的示例实施例仅仅是用于说明的目的，而并非用于限制本申请的保护范围，因此应当理解，在不脱离本申请的保护范围的情况下，可以对示例实施例进行各种修改和改变。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何组合和所有组合。特别地，提到“该/”对象或“一个”对象同样旨在表示可能的多个此类对象中的一个。

除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

进一步地，本申请的描述中，需要理解的是，本申请的示例实施例中所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请的示例实施例的限定。还需要理解的是，在上下文中，当提到一个元件或特征连接在另外元件(一个或多个)“上”、“下”、或者“内”、“外”时，其不仅能够直接连接在另外(一个或多个)元件“上”、“下”或者“内”、“外”，也可以通过中间元件间接连接在另外(一个或多个)元件“上”、“下”或者“内”、“外”。

参阅图1，其代表性地示出了本申请实施例提供的电池100的立体结构。在该示例性实施方式中，本申请实施例提出的电池100是以二次电池为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本申请实施例的相关设计应用于其他类型的电池100中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本申请实施例提出的电池100的原理的范围内。

配合参阅图2至图3，图2为本申请实施例提供的电池100内结构的爆炸示意图；图3为图2中弹性支撑件120的放大示意图；图4为图2中弹性支撑件120的第二种放大示意图；图5为本申请实施例提供的电池100的第二种立体结构示意图。以下将结合上述附图，对本申请实施例提出的电池100的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。

请参考图1至图3所示出的结构，本申请实施例提供的电池100包括：电芯和弹性支撑件120，电芯包括电芯主体110，电芯主体110设有电芯孔111；弹性支撑件120设于电芯孔111内，且弹性支撑件120支撑电芯孔111的孔壁的至少部分；弹性支撑件120的孔隙率≥20％。

需要说明的是，本申请实施例提供的电池100通过在电芯主体110的电芯孔111内设置弹性支撑件120，可以对电芯主体110内部极片进行有效支撑，且可以在极片膨胀时进行缓冲，避免应力集中导致电芯主体110内部极片掉料、引发析锂现象。具体的，倘若电芯主体110内的极片具有向电芯孔111内坍塌的倾向，弹性支撑件120可以对极片进行有效支撑，以降低极片坍塌的可能性，进而提升电池100的结构性能与安全性能；而且，倘若电芯主体110内的极片发生膨胀，由于弹性支撑件120具有弹性，则弹性支撑件120可以在电芯主体110内极片的作用力下发生部分形变，以吸收至少部分电芯主体110向内膨胀的体积，降低极片开裂或极片掉料的可能性，从而进一步提升电池100的结构性能与安全性能。

同时，由于弹性支撑件120堵塞了电芯孔111，使得电芯整体电解液的浸润速率受到了限制，所以会导致电芯整体的循环寿命缩短。因而，本申请实施例提供的电池100通过调控弹性支撑件120的孔隙率≥20％，可以优化电解液自弹性支撑件120浸润电芯主体110内部极片的效果，从而保证电芯得到稳定支撑的同时提升电池100整体循环寿命，提升电池100的结构性能与安全性能。

值得注意的是，“孔隙率”是指块状材料中孔隙体积与材料在自然状态下总体积的百分比；该孔隙率影响电解液以及气体自弹性支撑件120的贯穿效果。倘若孔隙率过小，会导致电解液难以自弹性支撑件120充分浸润电芯内部极片，进而会导致电池100循环寿命降低。同时，倘若孔隙率过小，还会导致气体难以快速通过弹性支撑件120，进而导致电池100无法正常泄压，而且，由于空气隔热层过小，也会导致弹性支撑件120受热、存在融化变形的风险。

应理解，为了满足弹性支撑件120的支撑效果，弹性支撑件120的孔隙率需要大于等于20％且小于等于80％。

需要说明的是，倘若孔隙率过大，会影响弹性支撑件120的整体结构强度，导致弹性支撑件120的结构强度较弱、难以对电芯进行支撑，进而会使得电芯存在局部应力集中导致掉料的风险。因而，本申请实施例中控制弹性支撑件120的孔隙率小于等于80％，以在保证电解液可以自弹性支撑件120有效浸润电芯主体110内部极片的前提下，保障弹性支撑件120对于电芯的支撑效果。

示例性的，在设置弹性支撑件120的孔隙率时，该孔隙率的值可以为以下数值中的一个。

20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、65％、70％、75％、80％。

在一个实施例中，弹性支撑件120的弹性模量为1MPa～200MPa。

一般地讲，对弹性体施加一个外界作用力，弹性体会发生形状的改变(称为“形变”)，“弹性模量”的一般定义是：单向应力状态下应力除以该方向的应变。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。

需要说明的是，由于弹性支撑件120具有弹性，所以通过定义弹性支撑件120弹性模量在上述范围，可以调整弹性支撑件120与电芯主体110在膨胀/收缩过程中的匹配程度，以提升弹性支撑件120对于电芯主体110的支撑效果，进而提升电池100的结构性能与安全性能。

示例性的，在具体设置弹性支撑件120的弹性模量的值时，可以设置为以下数值中的一个。

1MPa、2MPa、3MPa、4MPa、5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、20MPa、30MPa、40MPa、50MPa、60MPa、70MPa、80MPa、90MPa、100MPa、110MPa、120MPa、130MPa、140MPa、150MPa、160MPa、170MPa、180MPa、190MPa、191MPa、192MPa、193MPa、194MPa、195MPa、196MPa、197MPa、198MPa、199MPa、200MPa。

此外，值得注意的是，在具体设置本申请实施例提供的弹性支撑件120时，该弹性支撑件120的结构形式存在多种可能，至少为以下几种结构形式中的一种。

在一个具体的实施例中，请参考图2和图3所示出的结构，弹性支撑件120为柱状结构，且弹性支撑件120的制备材料为具有弹性的多孔材料。应理解，在本实施例中，多孔结构内孔的布置形式影响弹性支撑件120的孔隙率，由于弹性支撑件120整体为柱状，所以“孔的布置”为立体结构上的布置。

需要说明的是，多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔121构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。当弹性支撑件120采用具有弹性的多孔材料制成时，该弹性支撑件120除了能发挥支撑作用，还可以将电解液有效存储于电芯孔111内部，以保证电解液可以自弹性支撑件120充分浸润电芯主体110的内部极片，进而提升电池100的结构性能与安全性能。

在一个具体的实施例中，弹性支撑件120示例性的设置为海绵。

在另一个实施例中，请参考图4所示出的结构，弹性支撑件120为管状结构，管状结构沿电芯孔111延伸，且管状结构的内壁设有多个孔121。应理解，在本实施例中，孔121的数量以及尺寸影响弹性支撑件120的孔隙率。由于弹性支撑件120为管状，所以“孔的布置”更趋向于平面上的布置。

需要说明的是，当弹性支撑件120为管状结构时，弹性支撑件120可以稳定发挥支撑作用，且电解液可自管状结构的孔121进出管状结构的内侧以外侧，以保障电解液可以有效自弹性支撑件120浸润电芯内部极片，从而提升电池100的结构性能与安全性能。

当然，孔121的形状可以根据需求进行设置，并不限于图4中所示的矩形。

在一个实施例中，请继续参考图2所示出的结构，电芯主体110为圆柱状，电芯孔111为圆柱状。

需要说明的是，圆柱状的电芯主体110与电芯孔111，可以降低制备难度，以实现电芯的快速成型，降低电池100成本。

此外，当电芯孔111为圆柱状时，沿周向作用于电芯孔111内壁的应力大致相同，此时，弹性支撑件120可以沿周向方向较为一致的作用于各处内壁，以保证弹性支撑件120稳定地发挥支撑作用。

在一个实施例中，电芯孔111的直径范围为2mm～10mm。

应理解，倘若电芯孔111的直径过小，会影响弹性支撑件120在电芯孔111的置入操作，导致装配困难，影响装配效率；而且，当电芯孔111的直径较小，会使得弹性支撑件120的直径较小，导致弹性支撑件120无法有效发挥吸收电池100的膨胀量，降低支撑效果。倘若电芯孔111的直径过大，会导致电芯孔111在电池100内占用过多空间，降低影响电池100内的空间利用率，进而拉低电池100的能量密度。

因此，本申请实施例提供的电池100通设置电芯孔111的直径在2mm～10mm范围内，可以较好的均衡上述问题，以保证弹性支撑件120的支撑效果，进而提升电池100的结构性能与安全性能。

示例性的，在具体设置电芯孔111的直径时，可以设置电芯孔111的直径为以下尺寸中的一个。

2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm。

在一个实施例中，电芯主体110的直径为40mm～80mm。

需要说明的是，电芯孔111的直径与电芯主体110的直径之比需要满足一定关系，以保证电解液可以有效浸润电芯主体110内的极片，从而保障电池100的结构性能与安全性能。

示例性的，在具体设置电芯主体110的直径时，可以设置电芯主体110的直径为以下尺寸中的一个。

40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65mm、70mm、75mm、80mm。

值得注意的是，常见的电芯主体110主要包括卷绕式及层叠式两种。对于卷绕式的电芯主体110而言,其主要由正极片和负极片卷绕放置形成，对于层叠式的电芯主体110而言，其主要由正极片和负极片层叠放置形成。

无论是卷绕式或者层叠式的电芯主体110，在正极片与负极片均之间设有隔膜。正极片和负极片具有活性物质的部分构成电芯主体110，正极片和负极片不具有活性物质的部分构成电芯内的极耳。正极性的极耳和负极性的极耳可以共同位于电芯主体110的一端或是分别位于电芯主体110的两端。

在电池100的充放电过程中，正极性的活性物质和负极性的活性物质与电解液发生反应，极耳连接电极端子以形成电流回路。应理解，电解液是由电解质以及有机溶剂、添加剂组成。电解液是电池100内部重要的材料，它能够运输锂离子、提供电池100所需要的电源，是电池100发挥能量的关键部件。

在一个具体的实施例中，电芯主体110由料带卷绕而成；电芯孔111为料带卷绕而成的中心孔121。

应理解，当电芯主体110由卷绕形成时，电芯主体110又称为卷芯主体，该卷芯主体可以为如图2中所示的圆柱状。在形成卷芯本体时，一般会采用支撑件作为缠绕结构的内部支撑件。示例性的，以支撑件为柱状为例，形成电芯主体110的具体过程如下：采用料带围绕该支撑件形成卷芯；待卷绕完成形成电芯主体110后，电芯主体110内部的支撑件被撤出，以在电芯主体110形成电芯孔111。

值得注意的是，弹性支撑件120可以在电芯主体110形成后置入电芯孔111内；还可以在缠绕过程中，同步置入电芯孔111内，具体不再赘述。电芯孔111可以贯穿电芯主体110、以形成通孔结构，还可以贯穿部分电芯主体110，以形成盲孔结构。应理解，当电芯孔111为通孔结构时，弹性支撑件120可以沿电芯孔111的延伸方向支撑电芯孔111的全部或部分内壁，具体可以根据需求进行设置，在此不再赘述。

当电芯主体110为圆柱状时，电池100的形状存在多种可能，例如，如图1所示，电池100的电池壳体可以为圆柱状，以形成圆柱电池100，或者，如图5所示，电池壳体可以为六棱柱状，以形成六棱柱电池100。

在一个实施例中，电芯孔111具有开口，开口位于电芯主体110的至少一侧端面；电池100还包括电池壳体，电芯置于电池壳体内；电池壳体设有注液孔，且注液孔与电芯孔111的开口所在的电芯主体110的端面相对应。该结构设置，可以便于电解液自注液孔注入弹性支撑件120内部，以提升电解液对应电芯主体110内部极片的浸润效果。

在一个具体的实施例中，电池壳体设有注液孔，注液孔在电芯主体110的端面的正投影与电芯孔111的至少部分重合。

需要说明的是，该结构设置，可以提升电解液自注液孔进入弹性支撑件120内部的注入量，以优化电解液自弹性支撑件120浸润电芯主体110内部极片的效果，从而提升电池100的结构性能与安全性能。

值得注意的是，当弹性支撑件120为多孔结构时，可以设置：多孔结构中的孔121连通弹性支撑件120朝向电芯孔111的开口的一侧表面，以及，弹性支撑件120朝向电芯孔111孔壁的一侧表面，以便于电解液进入弹性支撑件120内部，进而有效浸润电芯。

请继续参考图1所示出的结构，当电池100为圆柱电池100时，电池壳体为圆柱状。示例性的，电池壳体包括壳体件和盖板，盖板密封壳体件的开口。该壳体件可以包括环状侧板和另一个盖板，该另一个盖板密封环状侧板的另一侧开口。

在一种可能的实施方式中，壳体件为一体成型式结构。需要说明的是，当壳体件为一体式成型结构时，不仅可以简化制备工艺，而且可以增强壳体件的强度，以提升使用寿命。

在应用本申请实施例提供的壳体件时，可将电芯自开口侧伸入壳体件内部，以完成电芯入壳操作。

本申请实施例还提供一种电池组。本申请实施例提供的电池组包括如上述任意技术方案提供的一种电池100。

需要说明的是，本申请实施例提供的电池组中，电池100通过在电芯主体110的电芯孔111内设置弹性支撑件120，可以对电芯主体110内部极片进行有效支撑，且可以在极片膨胀时进行缓冲，避免应力集中导致电芯主体110内部极片掉料、引发析锂现象。具体的，倘若电芯主体110内的极片具有向电芯孔111内坍塌的倾向，弹性支撑件120可以对极片进行有效支撑，以降低极片坍塌的可能性，进而提升电池100、甚至是电池组的结构性能与安全性能；而且，倘若电芯主体110内的极片发生膨胀，由于弹性支撑件120具有弹性，则弹性支撑件120可以在电芯主体110内极片的作用力下发生部分形变，以吸收至少部分电芯主体110向内膨胀的体积，降低极片开裂或极片掉料的可能性，从而进一步提升电池100、甚至是电池组的结构性能与安全性能。

同时，由于弹性支撑件120堵塞了电芯孔111，使得电芯整体电解液的浸润速率受到了限制，所以会导致电芯整体的循环寿命缩短。因而，本申请实施例提供的电池组中，电池100通过调控弹性支撑件120的孔隙率≥20％，可以优化电解液自弹性支撑件120浸润电芯主体110内部极片的效果，从而保证电芯得到稳定支撑的同时提升电池100整体循环寿命，提升电池100、甚至是组的结构性能与安全性能。

在一个实施例中，电池组为电池模组或电池包。

电池模组包括多个电池100，电池模组还可以包括端板和侧板，端板和侧板用于固定多个电池100。电池模组还可以包括托架，电池100可以固定于托架上。

电池包包括多个电池100和箱体，箱体用于固定多个电池100。

需要说明的是，电池包包括多个电池100，且多个电池100设置于箱体内。其中，多个电池100可以形成电池模组后安装于箱体内。或者，多个电池100可以直接设置在箱体内，即无需对多个电池100进行成组，利用箱体对多个电池100进行固定。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型创造后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例实施方式仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的保护范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (13)

1.一种电池，其特征在于，包括：

电芯，所述电芯包括电芯主体，所述电芯主体设有电芯孔；

弹性支撑件，所述弹性支撑件设于所述电芯孔内，且所述弹性支撑件支撑所述电芯孔的孔壁的至少部分；所述弹性支撑件的孔隙率≥20％。

2.如权利要求1所述的电池，其特征在于，所述弹性支撑件的孔隙率大于等于20％且小于等于80％。

3.如权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述弹性支撑件的弹性模量为1MPa～200MPa。

4.如权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述弹性支撑件为管状结构，所述管状结构沿所述电芯孔延伸，且所述管状结构的内壁设有多个孔。

5.如权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述弹性支撑件为柱状结构。

6.如权利要求5所述的电池，其特征在于，所述弹性支撑件为海绵。

7.如权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述电芯主体为圆柱状。

8.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述电芯孔的直径范围为2mm～10mm，所述电芯主体的直径为40mm～80mm。

9.如权利要求7所述的电池，其特征在于，所述电芯主体由料带卷绕而成；所述电芯孔为所述料带卷绕而成的中心孔。

10.如权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电池为圆柱电池。

11.如权利要求1或2所述的电池，其特征在于，所述电芯孔具有开口，所述开口位于所述电芯主体的至少一侧端面；

所述电池还包括电池壳体，所述电芯置于所述电池壳体内；所述电池壳体设有注液孔，且所述注液孔与所述电芯孔的开口所在的电芯主体的端面相对应。

12.如权利要求11所述的电池，其特征在于，所述注液孔在所述电芯主体的端面的正投影与所述电芯孔的至少部分重合。

13.一种电池组，其特征在于，包括如权利要求1-12任一项所述的电池。