CN220510078U - 电芯、电源和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施方式提供一种电芯、电源和车辆，电芯包括外壳和极柱，外壳包括壳体、第一盖板和第二盖板，第一盖板和第二盖板分别安装于壳体的两端，外壳设有薄弱区，薄弱区位于第一盖板。极柱设置于外壳并位于薄弱区外。如此，当电芯发生热失控时，薄弱区能够被壳体内的高温气体冲破或高温熔穿，薄弱区有助于满足电芯内高压气体的排出，有助于降低电芯由于热失控爆炸的风险。此外，极柱位于薄弱区外有助于方便对薄弱区的加工，有助于降低加工薄弱区时对极柱造成损伤的风险，有助于保证极柱的正常工作。

Description

电芯、电源和车辆

技术领域

本实用新型涉及电芯技术领域，具体而言，涉及一种电芯、电源和车辆。

背景技术

锂离子电池具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。

然而，相关技术的锂离子电池的电芯的结构不合理，电芯存在热失控爆炸的风险。

实用新型内容

本实用新型实施方式提出了一种电芯、电源或车辆，以改善上述至少一个技术问题。

本实用新型实施方式通过以下技术方案来实现上述目的。

第一方面，本实用新型实施方式提供一种电芯，电芯包括外壳和极柱，外壳包括壳体、第一盖板和第二盖板，第一盖板和第二盖板分别安装于壳体的两端，外壳设有薄弱区，薄弱区位于第一盖板。极柱设置于外壳并位于薄弱区外。

在一些实施方式中，极柱设置于第二盖板。

在一些实施方式中，薄弱区位于第一盖板的其中一部分区域。

在一些实施方式中，电芯还包括防爆阀，防爆阀设置于外壳并位于薄弱区外。

在一些实施方式中，防爆阀设置于第一盖板。

在一些实施方式中，薄弱区还位于第二盖板。

在一些实施方式中，第一盖板包括相连接的盖板主体和减薄体，薄弱区位于减薄体，减薄体的厚度小于盖板主体的厚度。

在一些实施方式中，盖板主体的厚度为0.2mm至2mm，减薄体的厚度为0.02mm至0.198mm。

在一些实施方式中，第一盖板包括层叠分布的基层和至少两层防护层；

基层为铝蜂窝层、泡沫铝层或酚醛树脂芳纶纸层；

至少两层防护层包括防火层和隔热层，防火层为碳纤维层、玻璃纤维层、玄武岩纤维层或微珠层，隔热层为气凝胶层或耐烧蚀涂层。

在一些实施方式中，至少两层防护层还包括加强层，加强层位于基层背离第二盖板的一侧，加强层为碳纤维层、玻璃纤维层或玄武岩纤维层。

第二方面，本实用新型实施方式提供一种电源，电源为动力电池包或电池模组，电源包括箱体以及上述任一实施方式提供的电芯，电芯安装于箱体。

第三方面，本实用新型实施方式提供一种车辆，车辆包括车身以及电源，电源安装于车身。

本实用新型实施方式提供的电芯、电源和车辆，电芯包括外壳和极柱，外壳包括壳体、第一盖板和第二盖板，第一盖板和第二盖板分别安装于壳体的两端，外壳设有薄弱区，薄弱区位于第一盖板。极柱设置于外壳并位于薄弱区外。如此，当电芯发生热失控时，薄弱区能够被壳体内的高温气体冲破或高温熔穿，薄弱区有助于满足电芯内高压气体的排出，有助于降低电芯由于热失控爆炸的风险。此外，极柱位于薄弱区外有助于方便对薄弱区的加工，有助于降低加工薄弱区时对极柱造成损伤的风险，有助于保证极柱的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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示出了本实用新型实施方式提供的电芯的结构示意图。

图2示出了图1的电芯的纵向剖视示意图。

图3示出了图1的电芯的第一盖板的结构示意图。

图4示出了图2的电芯在A处的放大结构示意图。

图5示出了本实用新型实施方式提供的电源的结构示意图。

图6示出了本实用新型实施方式提供的车辆的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域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方式，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

相关技术的电芯为解决电芯热失控的问题，主要采用与普通铝壳电芯同样的防爆阀及平整的壳体设计，此种设计存在以下风险：1.防爆阀面积设计过小无法满足电芯的泄压需求，且开阀后容易被固体物质堵塞引发电芯单体爆炸。2.电芯底部为整体平整设计，若防爆阀失效，将可能导致电芯底部壳体整体脱出，使固体物质全部泄露，最终将使堵塞电源内泄火通道或电池壳体泄压阀引发更大安全隐患。

请一并参阅图1和图2，本实用新型实施方式提供一种电芯10，例如电芯10可以为圆柱电芯、方形电芯或其他形状的电芯等。

在一些实施方式中，电芯10包括外壳11和极柱12，外壳11包括壳体111、第一盖板112和第二盖板113。

壳体111可以采用金属材料例如铝材、钢材等，如此有助于提高壳体111的强度。

第一盖板112和第二盖板113分别安装于壳体111的两端，则第一盖板112和第二盖板113有助于提高壳体111的密封性，同时也有助于提高电芯10结构的紧凑性。

其中，第一盖板112和第二盖板113中的一个可以为电芯10的顶盖，第一盖板112和第二盖板113中的另一个可以为电芯10的底盖，具体可以根据实际情况进行设置。例如第一盖板112可以为电芯10的底盖，第二盖板113可以为电芯10的顶盖。

在一些实施方式中，外壳11设有薄弱区114，薄弱区114位于第一盖板112。如此，当电芯10发生热失控时，薄弱区114能够被壳体111内的高温气体冲破或高温熔穿，薄弱区114有助于满足电芯10内高压气体的排出，有助于降低电芯10由于热失控爆炸的风险。

此外，薄弱区114有助于降低外壳11的质量，有助于实现电芯10的轻量化。

在一些实施方式中，薄弱区114可以为第一盖板112通过蚀刻技术加工形成，薄弱区114可以呈圆弧状、半圆弧状、圆形状、方形状或其他形状，在此不做限制，满足薄弱区114可以泄压即可。

在一些实施方式中，极柱12设置于外壳11并位于薄弱区114外，例如在薄弱区114位于第一盖板112时，极柱12可以设置于第一盖板112并位于薄弱区114外，又例如在薄弱区114位于第一盖板112时，极柱12可以设置于第二盖板113。

如此，有助于方便对薄弱区114的加工，有助于降低加工薄弱区114时对极柱12造成损伤的风险，有助于保证极柱12的正常工作。此外，在电芯10发生热失控而导致薄弱区114被高温气体冲破或高温熔穿时，由于极柱12位于薄弱区114外，有助于降低高温气体损伤极柱12，方便后续对极柱12进行回收利用。

在一些实施方式中，极柱12可以设置于第一盖板112，或者，极柱12可以设置于第二盖板113。

以极柱12设置于第二盖板113为例进行说明。示例性地，当薄弱区114位于第一盖板112时，极柱12设置于第二盖板113，此时极柱12与薄弱区114分别位于两个盖板上，则对第一盖板112加工薄弱区114时无需考虑避让极柱12，只需要根据实际需求对第一盖板112进行薄弱区114的加工设计，有助于提高对第一盖板112的加工效率。

在一些实施方式中，薄弱区114可以位于第一盖板112除极柱12位置外的一个区域，薄弱区114也可以位于第一盖板112除极柱12位置外的一部分区域，具体可以根据实际情况进行设置。

以薄弱区114可以位于第一盖板112的其中一部分区域为例进行说明。示例性，薄弱区114可以位于第一盖板112的其中一部分区域，例如薄弱区114可以位于第一盖板112除极柱12位置外的多个区域，此时第一盖板112可以设有多个薄弱区114，当第一盖板112加工薄弱区114时，可以在第一盖板112除极柱12外的位置进行刻蚀加工，例如可以在第一盖板112除极柱12外的位置加工两个、三个、四个或其他数量的薄弱区114。

如此，薄弱区114位于第一盖板112的其中一部分区域有助于增加薄弱区114的面积，有助于增加电芯10热失控时的泄压面积，有助于更好地降低电芯10热失控时爆炸的风险。此外，薄弱区114位于第一盖板112的其中一部分区域也有助于保证第一盖板112在非薄弱区具备一定的强度，使得第一盖板112在薄弱区114被高温气体冲破或高温熔穿后仍能够保持在薄弱区114处的镂空结构形式，减少第一盖板122出现全部塌陷的情况，有助于降低热失控时第一盖板112全部塌陷而使电芯10内部的固体物质全部泄露的风险。

在一些实施方式中，电芯10还可以包括防爆阀13，防爆阀13设置于外壳11并位于薄弱区114外，例如外壳11可以设有安装部115以安装防爆阀13，在薄弱区114位于第一盖板112时，安装部115可以位于第一盖板112并位于薄弱区114外；又例如，在薄弱区114位于第一盖板112时，安装部115可以位于第二盖板113。

如此，当电芯10发生热失控时，防爆阀13有助于满足电芯10内高压气体的排出，防爆阀13可以与薄弱区114协作将电芯10内的高压气体排出，有助于更好地降低电芯10由于热失控爆炸的风险。此外，薄弱区114有助于降低电芯10内的固体物质堵塞防爆阀13而导致电芯10爆炸的风险。

在一些实施方式中，当薄弱区114位于第一盖板112时，防爆阀13可以设置于第一盖板112，此时薄弱区114和防爆阀13均位于第一盖板112上，如此有助于方便对第一盖板112的加工，电芯10可以仅对第一盖板112进行薄弱区114和防爆阀13安装位置的设置，有助于简化外壳11的制造。

如此，当电芯10发生热失控时，电芯10内的高压气体可以向第一盖板112的方向移动并通过薄弱区114和防爆阀13排出，有助于降低电芯10由于热失控而爆炸的风险。

在一些实施方式中，当薄弱区114位于第一盖板112时，防爆阀13可以设置于第二盖板113，此时薄弱区114和第一盖板112可以分别位于两个盖板上。当电芯10发生热失控时，电芯10内的高压气体靠近防爆阀13的一侧可以由防爆阀13排出，电芯10内的高压气体靠近薄弱区114的一侧可以由薄弱区114排出，有助于提高电芯10的泄压效率，有助于降低电芯10由于热失控爆炸的风险。

在一些实施方式中，薄弱区114还可以位于第二盖板113，此时第一盖板112和第二盖板113均设有薄弱区114，则当电芯10发生热失控时，电芯10内的高压气体靠近第一盖板112的一侧可以由第一盖板112的薄弱区114排出，电芯10内的高压气体靠近第二盖板113的一侧可以由第二盖板113的薄弱区114排出，如此有助于提高电芯10的泄压效率，有助于降低电芯10由于热失控爆炸的风险。

请参阅图3，在一些实施方式中，第一盖板112包括相连接的盖板主体1121和减薄体1122，薄弱区114位于减薄体1122，减薄体1122的厚度小于盖板主体1121的厚度。如此，有助于保证盖板主体1121具备一定的强度，有助于保证电芯10的正常工作。当电芯10发生热失控时，电芯10内的高压气体可以冲破减薄体1122，有助于降低电芯10由于热失控爆炸的风险。

在一些实施方式中，盖板主体1121的厚度为0.2mm至2mm，例如盖板主体1121的厚度可以大体为0.2mm、0.4mm、0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2mm或上述任相邻两个数值之间的任一数值，如此有助于保证盖板主体1121具有合适的厚度，有助于降低盖板主体1121厚度不足导致第一盖板112的强度不足在电芯热失控时第一盖板112全部塌陷的风险，也有助于降低盖板主体1121厚度过大导致第一盖板112质量过大，无法实现第一盖板112的轻量化的风险。其中，盖板主体1121的厚度允许在一定的误差范围内进行设计，满足盖板主体1121具有足够的强度即可。

减薄体1122的厚度为0.02mm至0.198mm，例如盖板主体1121的厚度可以大体为0.02mm、0.04mm、0.06mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.14mm、0.16mm、0.18mm、0.198mm或上述任相邻两个数值之间的任一数值，如此有助于保证减薄体1122具有合适的厚度，有助于降低减薄体1122厚度不足导致电芯10正常工作时减薄体1122被破坏的风险，也有助于降低减薄体1122厚度过大导致减薄体1122在电芯10热失控无法被高压气体冲破的风险。其中，减薄体1122的厚度允许在一定的误差范围内进行设计，满足减薄体1122具有合适的强度即可。

请参阅图4，在一些实施方式中，第一盖板112可以包括层叠分布的基层1123和至少两层防护层1124。防护层1124可以分布于基层1123的同一侧，或者，防护层1124可以分布于基层1123的相背两侧。第一盖板112可以包括两层、三层、四层或其他数量的防护层1124，如此有助于提高第一盖板112的强度和耐温性。

其中，第一盖板112在薄弱区114处和非薄弱区处的结构均可以包括基层1123和至少两层防护层1124。盖板主体1121和减薄体1122的结构均可以包括基层1123和至少两层防护层1124。

基层1123可以为铝蜂窝层、泡沫铝层或酚醛树脂芳纶纸层，如此有助于提高第一盖板112的刚度、隔热性和耐温性。

示例性地，基层1123可以为铝蜂窝层，基层1123也可以为泡沫铝层，基层1123还可以为酚醛树脂芳纶纸层，具体可以根据实际情况进行设置，满足第一盖板112具有合适的刚度、隔热性和耐温性即可。

在一些实施方式中，至少两层防护层1124可以包括防火层1125和隔热层1126。基层1123、防火层1125和隔热层1126可以依次层叠分布，或者，基层1123、隔热层1126和防火层1125可以依次层叠分布，或者，防火层1125、基层1123和隔热层1126可以依次层叠分布，或者，防火层1125、隔热层1126和基层1123可以依次层叠分布。

在一些实施方式中，防火层1125和隔热层1126的数量均可以为一层或多层。例如至少两层防护层1124可以包括一层防火层1125和一层隔热层1126，又例如，至少两层防护层1124可以包括一层防火层1125和多层隔热层1126，再例如，至少两层防护层1124可以包括多层防火层1125和多层隔热层1126，在其他实施方式中，至少两层防护层1124还可以包括其他数量的防护层1124。

其中，当至少两层防护层1124包括多层防火层1125和多层隔热层1126时，多层防火层1125和多层隔热层1126可以依次交错排布连接再涂覆于基层1123的一个表面，多层防火层1125和多层隔热层1126也可以分别位于基层1123的两个表面，在此不做限制。

在一些实施方式中，防火层1125可以为碳纤维层、玻璃纤维层、玄武岩纤维层或微珠层，则防火层1125有助于提高第一盖板112的防火性能，有助于保证电芯10周围温度可控，有助于降低电芯10间接导致周围结构燃烧的风险。

示例性地，防火层1125可以为碳纤维层，防火层1125也可以为玻璃纤维层，防火层1125也可以为玄武岩纤维层，防火层1125还可以为微珠层；在其他实施方式中，防火层1125也可以为碳纤维层、玻璃纤维层、玄武岩纤维层或微珠层中的至少两种的复合层，具体可以根据实际情况进行设置。

隔热层1126可以为气凝胶层或耐烧蚀涂层，气凝胶层的热导率为0.005W/m·K～0.05W/m·K，耐烧蚀涂层的热导率为0.02W/m·K～0.3W/m·K，则隔热层1126有助于提高第一盖板112的隔热性能，有助于降低第一盖板112的热传导率，从而有助于延长电芯10热失控后的热扩散时间。

示例性地，隔热层1126可以为气凝胶层，隔热层1126也可以为耐烧蚀涂层；在其他实施方式中，隔热层1126可以为气凝胶层和耐烧蚀涂层的复合层，具体可以根据实际情况进行设置。

其中，隔热层1126的厚度可以为0.5mm至20mm，例如隔热层1126的厚度可以大体为0.5mm、1mm、3mm、4.5mm、6mm、7.9mm、12mm、15mm、17mm、20mm或上述任相邻两个数值之间的任一数值，如此有助于保证隔热层1126具有合适的厚度，有助于保证隔热层1126具有合适的热传导率。

在一些实施方式中，隔热层1126可以涂覆于防火层1125上成为一个整体，隔热层1126和防火层1125可以复合固化一层高硅氧布，有助于进一步提高第一盖板112的防火效果。

在一些实施方式中，至少两层防护层1124还包括加强层1127，加强层1127位于基层1123背离第二盖板113的一侧，则加强层1127有助于进一步提高第一盖板112的强度，当防护层1124中的防火层1125或者隔热层1126中的一个或两个结构失效时，加强层1127有助于保证第一盖板112具有足够的强度，有助于保证电芯10的正常工作，有助于降低第一盖板112在电芯热失控时全部塌陷的风险。

其中，加强层1127可以为碳纤维层、玻璃纤维层或玄武岩纤维层，例如加强层1127可以为碳纤维层，加强层1127也可以为玻璃纤维层，加强层1127还可以为玄武岩纤维层；在其他实施方式中，加强层1127可以为碳纤维层、玻璃纤维层或玄武岩纤维层中的至少两种的复合层，具体可以根据实际情况进行设置。

加强层1127的树脂，可以是环氧树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯、聚酰亚胺树脂或不饱和聚酯，具体可以根据实际情况进行设置。如此，有助于保证第一盖板112在高温环境例如1500℃的温度条件下仍具备设计要求的力学性能，有助于保证电芯10的正常工作。

请参阅图5，本实用新型实施方式提供一种电源100，电源100为动力电池包或电池模组，电源100包括箱体20以及上述任一实施方式提供的电芯10，电芯10安装于箱体20。如此，薄弱区114有助于降低电芯10内的固体物质堵塞电源100内泄火通道或箱体20上的泄压阀的风险。

请参阅图6，本实用新型实施方式提供一种车辆1000，车辆1000包括车身200以及电源100，电源100安装于车身200，则电源100可以提供车辆1000工作的动力。车辆1000可以为混合动力电动车辆、纯电动车辆等新能源车辆。在其他实施方式中，车辆1000也可以为其他类型的车辆。

综上，本实用新型实施方式提供的电芯10、电源100和车辆1000，电芯10包括外壳11和极柱12，外壳11包括壳体111、第一盖板112和第二盖板113，第一盖板112和第二盖板113分别安装于壳体111的两端，外壳11设有薄弱区114，薄弱区114位于第一盖板112。极柱12设置于外壳11并位于薄弱区114外。如此，当电芯10发生热失控时，薄弱区114能够被壳体111内的高温气体冲破或高温熔穿，薄弱区114有助于满足电芯10内高压气体的排出，有助于降低电芯10由于热失控爆炸的风险。此外，极柱12位于薄弱区114外有助于方便对薄弱区114的加工，有助于降低加工薄弱区时对极柱12造成损伤的风险，有助于保证极柱12的正常工作。

在本实用新型中，除非另有明确的规定或限定，术语“装配”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，或一体连接；可以是机械连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通，也可以是仅为表面接触，或者通过中间媒介的表面接触连接。术语“多个”、“多层”是指数量大于或等于两个或两种。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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为特指或特殊结构。术语“一些实施方式”的描述意指结合该实施方式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方式或示例中。在本实用新型中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施方式或示例。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方式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实用新型中描述的不同实施方式或示例以及不同实施方式或示例的特征进行结合和组合。

以上实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本实用新型进行了详细的说明，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方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分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实用新型各实施方式技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种电芯，其特征在于，包括：

外壳，所述外壳包括壳体、第一盖板和第二盖板，所述第一盖板和所述第二盖板分别安装于所述壳体的两端，所述外壳设有薄弱区，所述薄弱区位于所述第一盖板；以及

极柱，所述极柱设置于所述外壳并位于所述薄弱区外。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述极柱设置于所述第二盖板。

3.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述薄弱区位于所述第一盖板的其中一部分区域。

4.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述电芯还包括防爆阀，所述防爆阀设置于所述外壳并位于所述薄弱区外。

5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述防爆阀设置于所述第一盖板。

6.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述薄弱区还位于所述第二盖板。

7.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一盖板包括相连接的盖板主体和减薄体，所述薄弱区位于所述减薄体，所述减薄体的厚度小于所述盖板主体的厚度。

8.根据权利要求7所述的电芯，其特征在于，所述盖板主体的厚度为0.2mm至2mm，所述减薄体的厚度为0.02mm至0.198mm。

9.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第一盖板包括层叠分布的基层和至少两层防护层；

所述基层为铝蜂窝层、泡沫铝层或酚醛树脂芳纶纸层；

所述至少两层防护层包括防火层和隔热层，所述防火层为碳纤维层、玻璃纤维层、玄武岩纤维层或微珠层，所述隔热层为气凝胶层或耐烧蚀涂层。

10.根据权利要求9所述的电芯，其特征在于，所述至少两层防护层还包括加强层，所述加强层位于所述基层背离所述第二盖板的一侧，所述加强层为碳纤维层、玻璃纤维层或玄武岩纤维层。

11.一种电源，所述电源为动力电池包或电池模组，其特征在于，所述电源包括：

箱体；以及

根据权利要求1至10任一项所述的电芯，所述电芯安装于所述箱体。

12.一种车辆，其特征在于，包括：

车身；以及

根据权利要求11所述的电源，所述电源安装于所述车身。