CN220400725U - 动力电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电池技术领域，尤其是涉及一种动力电池，动力电池包括：外壳；极组，极组设置于外壳内；膨胀抵抗层，膨胀抵抗层设置于外壳内，膨胀抵抗层位于极组与外壳之间；膨胀抵抗层能够发生弹性形变，以在极组发生膨胀时限制极组的膨胀幅度。本申请提供的动力电池，有效控制并缓解极组的膨胀情况，避免极组自由膨胀而引发壳体外鼓变形、厚度增加，影响电池的使用寿命和安全性，还降低了极组内产生气泡、极片发生界面析锂的风险，进一步降低电池过度膨胀的风险，提高了电池的循环寿命。

Description

动力电池

技术领域

本申请涉及电池技术领域，尤其是涉及一种动力电池。

背景技术

锂离子动力电池是目前主流的电动汽车能量存储装置之一，电池性能直接影响动力系统的相关参数，进而影响消费者的驾乘体验。锂离子电池内部正极主要为三元或磷酸铁锂材料，负极主要为石墨，近几年硅材料也大量应用；在使用过程中因内部正负极材料不断膨胀，尤其是硅材料膨胀会造成电池壳体外鼓，厚度增加，影响电池使用寿命、模组及PACK结构性能。

目前常用的方法是控制正负极材料的膨胀，开发低膨胀材料，开发有效粘结剂，或者加强电池外部结构件来抑制电池变形，但以上均无法大幅改善循环。另外从膨胀角度考虑，电池在组装为模组或者PACK后，膨胀空间有限，膨胀越大，电池的正负极片、隔膜间的挤压力就越大，导致挤压力大的地方隔膜孔隙减少，电解液量减少，极片易发生析锂，循环恶化。因此需要降低电池的装配比(极组厚度/壳体内部厚度)来增大膨胀空间，但减小装配比会导致电池在生产预充化成时因界面贴合不好导致气体无法排除，或者界面析锂等问题，产生安全隐患。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种动力电池，以在一定程度上解决现有技术中存在的现有的电池在使用一段时间后极组会发生膨胀，容易导致电池变形、影响电池的使用寿命的技术问题。

本申请提供了一种动力电池，包括：外壳；

极组，所述极组设置于所述外壳内；

膨胀抵抗层，所述膨胀抵抗层设置于所述外壳内，所述膨胀抵抗层位于所述极组与所述外壳之间；

所述膨胀抵抗层能够发生弹性形变，以在所述极组发生膨胀时限制所述极组的膨胀幅度。

在上述技术方案中，进一步地，所述外壳包括：

下壳体，所述极组和所述膨胀抵抗层均设置于所述下壳体内；

盖板，所述下壳体设置有装配口，所述盖板设置于所述装配口；所述盖板设置有极柱，所述极组设置有极耳，所述极耳与所述极柱相连接。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述极组的数量为至少一个，当所述极组的数量多于一个时，所述极组顺次排布于所述下壳体内；

所述膨胀抵抗层包括膨胀压缩板，顺次排布的所述极组中，首个所述极组与所述下壳体之间设置有一个所述膨胀压缩板，末尾一个所述极组与所述下壳体之间设置有另一个所述膨胀压缩板。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述膨胀压缩板的其中面积最大的一侧面正对所述极组的面积最大的一侧面设置，所述膨胀压缩板的长度不小于所述极组的长度，所述膨胀压缩板的宽度不小于所述极组的宽度。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述膨胀压缩板包括：

压缩表层；

压缩内层，所述压缩内层设置于所述压缩表层内，当所述极组发生膨胀挤压所述膨胀压缩板时，所述压缩表层和所述压缩内层能够发生弹性形变对所述极组施加反作用力。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述压缩表层具有壳体结构，所述压缩内层填充于所述压缩表层的内部空间，所述压缩内层具有气孔结构。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述膨胀压缩板初始状态和膨胀状态，所述膨胀压缩板以所述初始状态装配至所述下壳体内，所述压缩内层吸附气体后以所述膨胀状态限位于所述下壳体与所述极组之间。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述盖板设置有注液口，所述压缩表层设置有导通部，所述压缩表层的内部空间能够通过所述导通部与所述注液口相连通。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述膨胀压缩板的所述初始状态与所述膨胀状态之间的压缩比为50％-90％；

在所述初始状态下，所述膨胀压缩板的厚度为0.1mm-5mm。

在上述任一技术方案中，进一步地，所述膨胀抵抗层具有耐电解液腐蚀性。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供的动力电池包括：外壳；极组，极组设置于外壳内；膨胀抵抗层，膨胀抵抗层设置于外壳内，膨胀抵抗层位于极组与外壳之间；膨胀抵抗层能够发生弹性形变，以在极组发生膨胀时限制极组的膨胀幅度。

本申请提供的动力电池，有效控制并缓解极组的膨胀情况，避免极组自由膨胀而引发壳体外鼓变形、厚度增加，影响电池的使用寿命和安全性，还降低了极组内产生气泡、极片发生界面析锂的风险，进一步降低电池过度膨胀的风险，提高了电池的循环寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的动力电池的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的动力电池的结构爆炸示意图；

图3为本申请实施例提供的动力电池的膨胀压缩板的初始状态示意图；

图4为本申请实施例提供的动力电池的膨胀压缩板的膨胀状态示意图；

图5为本申请实施例提供的动力电池的部分结构示意图；

图6为本申请实施例提供的动力电池的膨胀压缩板的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的动力电池的膨胀压缩板的另一结构示意图。

附图标记：

1-外壳，101-下壳体，1011-第一壁板，1012-第二壁板，102-盖板，103-极柱，104-注液口，2-极组，201-极耳，3-膨胀压缩板，301-压缩表层，302-压缩内层，303-导通部。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。

基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请的描述中，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”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参照图1至图7描述根据本申请的实施例所述的动力电池。

参见图1至图7所示，本申请的实施例提供了一种动力电池，本动力电池包括外壳1、极组2和膨胀抵抗层，其中，极组2装配于外壳1内，膨胀抵抗层设置于外壳1内，并且膨胀抵抗层设置在外壳1与极组2之间，膨胀抵抗层在受到外力作用时能够发生弹性形变。当极组2发生膨胀而发生形变时，极组2挤压膨胀抵抗层，膨胀抵抗层发生形变，能够抵消极组2的膨胀，从而有效避免极组2膨胀导致外壳1鼓起而发生形变，同时膨胀抵抗层能够对极组2施加反向作用力，限制极组2膨胀，避免极组2过度膨胀，从而能够降低极组2内隔膜间的挤压力，降低极组2内极片发生析锂的风险。

进一步地，外壳1包括：下壳体101的盖板102，下壳体101的上端形成有装配口，用于将极组2和膨胀抵抗层装配至下壳体101中，盖板102盖设于装配口，以将极组2和膨胀抵抗层封装于外壳1内。优选地，外壳1可采用目前VDA、MEB尺寸或者他非标准结构。

需要说明的是，下壳体101可以由金属或塑料材质制成，更优选地，本实施例中，下壳体101由铝制成，优选地，下壳体101的壁厚为0.3-0.8mm；盖板102可由金属、塑料、陶瓷或橡胶材料制成，优选地，本实施例中，盖板102由铝制成。

进一步地，本动力电池还包括绝缘密封组件(图中未示出)，其中，绝缘密封组件设置于盖板102，绝缘密封组件分隔极柱103和盖板102，绝缘密封组件用于在极柱103与盖板102之间起到密封作用，还起到分隔、绝缘作用，避免极柱103与盖板102接触而发生短路等情况。

盖板102上设置有极柱103，极组2设置有极耳201，极耳201与极柱103相连接，连接方式可以但不限于为焊接，从而实现极组2通过极柱103对外供电，需要说明的是，盖板102上极柱103的数量为两个，两个极柱103分别为正极柱和负极柱，而极组2的极耳201包括正极耳和负极耳，正极耳与正极柱相连接，负极耳与负极柱相连接。

进一步地，极组2还包括多个极片，多个极片顺次堆叠，相邻两个极片之间通过隔膜分隔，其中极片分为正极片和负极片，多个正极片和多个负极片按照正极片-隔膜-负极片……的顺序排布形成极组2，需要说明的是，正极片、负极片以及隔膜可采用卷绕或叠片的组装方式形成极组2。

正极片包括：正极集流体、正极活性物质、正极粘结剂和正极导电剂，正极导电剂和正极活性物质通过正极粘结剂的作用附着在正极集流体上，其中，正极集流体优选为铝箔，正极集流体的厚度优选为8-16μm，其中正极活性物质优选为镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂中的至少一种。正极粘接剂优选为PVDF(聚偏二氟乙烯，简称PVDF，是一种高度非反应性热塑性含氟聚合物)。正极导电剂优选炭黑和/或碳纳米管。

负极片包括：负极集流体、负极活性物质、负极粘结剂和负极导电剂，负极导电剂和负极活性物质通过负极粘结剂的作用附着在负极集流体上，其中，负极集流体优选铜箔，厚度优选为4-10μm。负极活性物质优选石墨、氧化硅或硅碳。负极粘结剂优选PAA(聚丙烯酸)、SBR(丁苯胶乳)、CMC(羧甲基纤维素)中的至少一种，负极导电剂优选炭黑和/或碳纳米管。

隔膜材质可选为PP、PE、无纺布等，优选地，隔膜表面可加涂陶瓷、PVDF等，隔膜厚度优选为1-200μm，材优选PE材质，表面涂覆陶瓷和PVDF进行功能改善。

进一步地，盖板102上还设置有注液口104，注液口104用于向壳体内注入电解液。优选地，电解液为PC、EC、DEC、DMC、EMC中的一种或多种作为溶剂，六氟磷锂、三氟甲基磺酸酰胺锂、三氟甲基磺酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种作为锂盐，以及VC、VEC、FEC、PS、PST、AN、SN、DTD中的一种或多种作为添加剂组成，其中，锂盐优选为六氟磷锂。需要说明的是，盖板102上还设置有防爆阀、OSD装置(翻转片装置)等电池能够实现对外供电的必要装置和部件，这部分内容本领域技术人员完全能够理解，不一一列举。

更进一步地，极组2的数量可以为一个，可以但不限于为一个、两个、四个，本实施中，极组2相对外壳1的装配比为80％～90％，优选地，在本实施例中，极组2的数量为多个，多个极组2在外壳1内顺次排布，优选地，多个极组2沿外壳1的厚度方向顺次排布。

极组2呈长方体状，外壳1也呈长方体状，每一个极组2均具有面积最大的两侧表面，相邻两个极组2面积最大的表面相互贴合，每一个外壳1也具有面积最大的两个侧壁板，定义该两个侧壁板分别为第一壁板1011和第二壁板1012，多个顺次排布的极组2中的首个极组2的面积最大一侧表面正对第一壁板1011的内壁面设置，多个顺次排布的极组2中的末尾一个极组2的面积最大一侧表面正对第二壁板1012的内壁面设置。

进一步地，膨胀抵抗层包括膨胀压缩板3，优选地，膨胀压缩板3的数量优选为两个，其中一个膨胀压缩板3设置于首个极组2与第一壁板1011之间，另一个膨胀压缩板3设置于末尾一个极组2与第二壁板1012之间。

膨胀压缩板3呈矩形平板状，优选地，膨胀压缩板3的长度不小于极组2的长度，膨胀压缩板3的宽度不小于极组2的宽度，从而使得膨胀压缩板3面对极组2的一侧表面能够覆盖极组2的侧表面，当多个极柱103中的一个或多个极组2发生膨胀时，膨胀压缩板3能够承受极组2膨胀产生的挤压力，膨胀压缩板3在外壳1与极组2之间通过自身发生弹性形变的方式抵消极组2膨胀的挤压力，同时膨胀压缩板3对极组2施加反向作用，以限制极组2发生过度膨胀。

进一步地，膨胀压缩板3包括压缩内层302以及包覆压缩内层302的压缩表层301，其中，压缩表层301具有长方体的壳状结构，压缩内层302的形状与压缩表层301的内部空间相适配，压缩内层302和压缩表层301均能够发生形变，使得膨胀压缩板3整体均能够发生形变，优选地，压缩表层301由塑料或者合金、塑料复合材料制成，压缩内层302由塑料或者硅橡胶制成，并且压缩内层302具有多孔的气凝胶结构，压缩内层302布满压缩表层301的内部空间，当对压缩表层301的内部空间进行抽真空时，能够将膨胀压缩板3压缩至厚度较小(相较于下述的膨胀状态)的初始状态，以便将膨胀压缩板3以初始状态装配至下壳体101内，当对压缩表层301的内部空间充气时，膨胀压缩板3可由初始厚度膨胀至厚度较大的膨胀状态，将膨胀压缩板3安置于下壳体101内之后再对压缩表层301充气或对压缩表层301局部刺破使压缩表层301内部破真空的方式，使膨胀压缩板3膨胀至与第一壁板1011、第二壁板1012和机组贴合，以确保膨胀压缩板3能够在极片发生膨胀时起到限制极组2膨胀的作用。

需要说明的是，本实施例中，压缩表层301和压缩内层302均具有耐电解液腐蚀性，确保本动力电池在充放电过程中的稳定性，避免膨胀压缩板3抵抗极组2膨胀的能力失效。

优选地，压缩表层301的厚度为0.02-0.1mm，整个膨胀压缩板3从膨胀状态抽真空至初始状态的压缩比(这里的压缩比指的是膨胀压缩板3压缩前后的厚度比例)为50-90％，更优选地，膨胀压缩板3在初始状态下的厚度为0.1-5mm。

进一步地，压缩表层301设置有导通部303，优选地，导通部303设置于压缩表层301的上壁面，导通部303具有筒状结构或管状结构，导通部303远离压缩表层301的一端朝向盖板102上的注液口104延伸，但导通部303并不与注液口104直接连接或连通，在将极组2和膨胀压缩板3安装至下壳体101后，可通过注液口104向位于盖板102下方的导通部303进行充气，或者刺破处于紧封状态的导通部303，以使导通部303能够自然进气，从而使得压缩表层301的内部空间进气而膨胀，压缩内层302也逐渐膨起直到整个膨胀压缩板3被夹持在下壳体101与极组2之间。

本申请提供的动力电池的工作原理如下：

(1)将辊压后的正极片、负极片按照预定尺寸模切成形，以使正极片和负极片能够用于本申请中的极组2。

(2)将多个正极片和多个负极片按照按隔膜/负极/隔膜/正极/隔膜/的顺序堆叠或卷绕成极组2后对极组2进行整形，使正极片、负极片和隔膜紧密接触。

(3)将极组2的负极耳与盖板102上的负极柱连接，将极组2的正极耳与盖板102上的正极柱连接。

(4)将处于初始状态的膨胀压缩板3按照上述的设置方式装配至下壳体101中，并确保膨胀压缩板3的导通部303延伸至注液口104的下方。

(5)固定盖板102，完成盖板102与下壳体101的封装，并经注液口104向下壳体101内注入电解液。

(6)待电解液完全浸入极组2后，经注液口104刺破膨胀压缩板3的导通部303，使膨胀压缩板3自然进气膨胀至膨胀状态。

(7)最后封盖注液口104。

本动力电池在装配完成而尚未充电时，每一组正极片与负极片之间的隔膜与正极片和负极片紧密接触，保持了良好界面，在电池充电过程中极片(这里的极片包括正极片和负极片，以下同理)发生一定程度的膨胀，极组2两侧的膨胀压缩板3受到挤压力而压缩，同时膨胀压缩板3反向作用于极组2抑制极片自由膨胀，极片中的活性材料颗粒的位移受到限制，避免粘结剂因大限度膨胀而与活性材料脱离，保证极片上的活性材料与活性材料之间、活性材料与集流体之间接触紧密，从而确保集流体上涂层结构的稳定性。

此外，膨胀压缩板3对极组2施加的反向挤压力使得锂离子的迁移距离变短，电池内部的极化阻力变小，充放电性能得到改善，放电过程中，极片厚度减小，膨胀压缩板3的厚度反弹，保证了放电过程中极片变薄时正极片于负极片间的良好界面。

综上所述，本申请提供的动力电池，有效控制并缓解极组2的膨胀情况，避免极组2自由膨胀而引发壳体外鼓变形、厚度增加，影响电池的使用寿命和安全性，还降低了极组2内产生气泡、极片发生界面析锂的风险，进一步降低电池过度膨胀的风险，提高了电池的循环寿命。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种动力电池，其特征在于，包括：

外壳；

极组，所述极组设置于所述外壳内；

膨胀抵抗层，所述膨胀抵抗层设置于所述外壳内，所述膨胀抵抗层位于所述极组与所述外壳之间；

所述膨胀抵抗层能够发生弹性形变，以在所述极组发生膨胀时限制所述极组的膨胀幅度。

2.根据权利要求1所述的动力电池，其特征在于，所述外壳包括：

下壳体，所述极组和所述膨胀抵抗层均设置于所述下壳体内；

盖板，所述下壳体设置有装配口，所述盖板设置于所述装配口；所述盖板设置有极柱，所述极组设置有极耳，所述极耳与所述极柱相连接。

3.根据权利要求2所述的动力电池，其特征在于，所述极组的数量为至少一个，当所述极组的数量多于一个时，所述极组顺次排布于所述下壳体内；

所述膨胀抵抗层包括膨胀压缩板，顺次排布的所述极组中，首个所述极组与所述下壳体之间设置有一个所述膨胀压缩板，末尾一个所述极组与所述下壳体之间设置有另一个所述膨胀压缩板。

4.根据权利要求3所述的动力电池，其特征在于，所述膨胀压缩板的其中面积最大的一侧面正对所述极组的面积最大的一侧面设置，所述膨胀压缩板的长度不小于所述极组的长度，所述膨胀压缩板的宽度不小于所述极组的宽度。

5.根据权利要求3所述的动力电池，其特征在于，所述膨胀压缩板包括：

压缩表层；

压缩内层，所述压缩内层设置于所述压缩表层内，当所述极组发生膨胀挤压所述膨胀压缩板时，所述压缩表层和所述压缩内层能够发生弹性形变对所述极组施加反作用力。

6.根据权利要求5所述的动力电池，其特征在于，所述压缩表层具有壳体结构，所述压缩内层填充于所述压缩表层的内部空间，所述压缩内层具有气孔结构。

7.根据权利要求5所述的动力电池，其特征在于，所述膨胀压缩板初始状态和膨胀状态，所述膨胀压缩板以所述初始状态装配至所述下壳体内，所述压缩内层吸附气体后以所述膨胀状态限位于所述下壳体与所述极组之间。

8.根据权利要求5所述的动力电池，其特征在于，所述盖板设置有注液口，所述压缩表层设置有导通部，所述压缩表层的内部空间能够通过所述导通部与所述注液口相连通。

9.根据权利要求7所述的动力电池，其特征在于，所述膨胀压缩板的所述初始状态与所述膨胀状态之间的压缩比为50％-90％；

在所述初始状态下，所述膨胀压缩板的厚度为0.1mm-5mm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的动力电池，其特征在于，所述膨胀抵抗层具有耐电解液腐蚀性。