CN220544048U - 外壳组件、电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种外壳组件及电池单体，在电池单体组装过程中可向收容腔内注入过量的电解液，超量的电解液可由多孔弹性层吸收。在充放电循环过程中，电芯会发生膨胀并挤压多孔弹性层，从而使得多孔弹性层将所吸收的电解液释放至收容腔以弥补电解液的消耗。释放出的电解液能够沿扩散流道在多孔弹性层的表面扩散，从而使得电解液能够均匀浸润电芯。而且，循环次数越多电芯的膨胀量越大，多孔弹性层受到的挤压也越明显，故释放的电解液也越多。可见，多孔弹性层能够随着循环次数的增加逐渐释放电解液，从而不断对收容腔内的电解液进行均匀补充。因此，上述外壳组件及电池单体能够提升循环寿命。此外，本实用新型还提供一种电池及用电装置。

Description

外壳组件、电池单体、电池及用电装置

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种外壳组件、电池单体、电池及用电装置。

背景技术

随着新能源汽车的不断发展，对于动力电池的性能要求也越来越高。为了提高电池的导电性能、减小内阻并提升输出功率，一般会在电芯的负极掺硅，以在负极表面形成一层致密的硅化物膜，从而能够有效防止负极继续硅化。

但是，硅颗粒在电池充放电循环过程中会发生膨胀，从而造成锂离子脱嵌。脱嵌后的锂离子需要形成新的界面，并不断消耗电解液。为解决这一问题，可在电池内设置补液结构，补液结构可根据电解液的消耗情况补充电解液。但是，现有补液结构释放的电解液通常无法均匀在壳体内扩散，导致电芯无法被均匀的浸润，依然会引发电池的循环骤减，即循环跳水。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够均匀补充电解液的外壳组件及电池单体。

一种外壳组件，包括壳体及多孔弹性层，所述壳体形成有用于收容电芯及电解液的收容腔，所述多孔弹性层附着于所述壳体的内壁，所述多孔弹性层内部形成有孔隙，以使所述多孔弹性层能够吸收所述收容腔内的电解液，并能够在受挤压时将所吸收的电解液释放至所述收容腔内，所述多孔弹性层的表面形成有扩散流道，由所述多孔弹性层释放的电解液能够沿所述扩散流道在所述多孔弹性层的表面扩散。

在其中一个实施例中，所述壳体呈中空的圆柱形，所述多孔弹性层附着于所述壳体的圆柱面的内壁。

在其中一个实施例中，所述多孔弹性层设置为整面结构，所述多孔弹性层的表面高低起伏并形成波峰及波谷，且所述波谷构成所述扩散流道。

在其中一个实施例中，所述多孔弹性层设置为镂空结构，且所述多孔弹性层被镂空的区域构成所述扩散流道。

在其中一个实施例中，所述多孔弹性层包括多个相互之间间隔设置的条形涂层，且多个所述条形涂层之间的条形间隙构成所述扩散流道。

在其中一个实施例中，所述多孔弹性层包括多个相互之间间隔设置的螺旋状涂层，且多个所述螺旋状涂层之间的螺旋间隙构成所述扩散流道。

在其中一个实施例中，所述多孔弹性层包括多个呈散点分布的块状涂层，且多个所述块状涂层之间的间隙构成所述扩散流道。

在其中一个实施例中，所述孔隙为圆孔、条形通孔及曲线形通孔中的一种或几种的组合。

在其中一个实施例中，所述多孔弹性层的孔隙率为30％至82％。

在其中一个实施例中，所述多孔弹性层的孔隙率为35％至60％。

一种电池单体，包括电芯及如上述优选实施例中任一项所述的外壳组件，所述电芯收容于所述收容腔内。

上述外壳组件及电池单体，在电池单体组装过程中可向收容腔内注入过量的电解液，超量的电解液可由多孔弹性层吸收。在充放电循环过程中，电芯会发生膨胀并挤压多孔弹性层，从而使得多孔弹性层将所吸收的电解液释放至收容腔以弥补电解液的消耗。而且，循环次数越多电芯的膨胀量越大，多孔弹性层受到的挤压也越明显，故释放的电解液也越多。释放出的电解液能够沿扩散流道在多孔弹性层的表面扩散，从而使得电解液能够均匀浸润电芯。可见，多孔弹性层能够随着循环次数的增加逐渐释放电解液，从而不断对收容腔内的电解液进行均匀补充。因此，上述外壳组件及电池单体能够提升循环寿命。

此外，本实用新型还提供一种电池及用电装置。

一种电池，包括多个如上述优选实施例所述的电池单体。

一种用电装置，包括如上述优选实施例所述的电池单体或如上述优选实施例所述的电池。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本实用新型较佳实施例中电池单体的结构示意图；

图2为图1所示电池单体沿A-A的剖视图；

图3为图2所示电池单体中外壳组件的示意图；

图4为图3所示外壳组件的局部放大示意图；

图5为另一个实施例中电池单体中外壳组件的示意图；

图6为另一个实施例中电池单体中外壳组件的示意图；

图7为另一个实施例中电池单体中外壳组件的示意图；

图8为另一个实施例中电池单体中外壳组件的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型的限制。

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至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本实用新型公开了一种用电装置、电池及电池单体，上述用电装置包括上述电池或上述电池单体，并能够由上述电池或上述电池单体提供电能。其中，上述用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具、电动工具、储能设备、游乐设备、电梯和升降设备等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具或电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等；储能设备可以是储能墙、基站储能、集装箱储能等等；游乐设备可以是旋转木马、跳楼机等等。本申请对上述用电装置不做特殊限制。

对于新能源汽车而言，上述电池可以作为驱动电源，从而替代化石燃料提供驱动动力。

上述电池可以是电池包或电池模组。当上述电池为电池包时，电池包具体包括电池管理系统(BMS)及多个上述电池单体。多个电池单体之间可通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统进行通讯连接，以组成电池包，上述电池管理系统对各个电池单体的工作状态进行控制和监测。此外，多个电池单体也可先进行串联和/或并联，并与模组管理系统组成电池模组，再由多个电池模组通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统共同构成电池包。

其中，上述电池包或电池模组中的多个电池单体可安装于箱体、框架、支架等支撑结构上，各个电池单体之间、电池单体与电池管理系统之间可通过汇流部件进行电连接。上述电池单体可以是锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池，其外部轮廓可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状，但均不局限于此。具体在本实施例中，上述电池单体为锂离子圆柱电池。

请参阅图1、图2及图3，本实用新型较佳实施例中的电池单体10包括外壳组件100及电芯200。

外壳组件100包括壳体110及多孔弹性层120。壳体110可由铝、不锈钢等材料成型，内部形成有收容腔(图未示)，能够容纳电芯200、电解液等其他组件。而且，壳体110至少一端设置有开口，电芯200能够经开口装入壳体110内。壳体110的外部轮廓决定了电池单体10的外部轮廓。由于本实施例中的电池单体10为圆柱电池，故壳体110呈圆柱形。显然，在应用于其他类型的电池，如方形电池时，壳体110也可呈立方体形。

多孔弹性层120附着于壳体110的内壁，壳体110能够对多孔弹性层120提供支撑，以维持多孔弹性层120的形状稳定，从而方便装配。更具体的，本实施例中的壳体110呈中空的圆柱形，多孔弹性层120附着于壳体110的圆柱面的内壁。如此，多孔弹性层120的面积更大，能够围绕电芯200设置。显然，在其他实施例中，多孔弹性层120也可附着于壳体110的底面或顶面。

多孔弹性层120由高分子材料成型，具体可以是聚氨酯弹性体橡胶、聚二甲基硅氧烷、超高分子聚乙烯中的至少一种。多孔弹性层120的内部形成有孔隙(图未示)，上述孔隙可以是圆孔、条形通孔、曲线形通孔中的一种或几种的组合。具体的，在本实施例中，多孔弹性层120由高孔隙率的SEBS(线性三嵌共聚物)成型。通过高温熔化使SEBS与液态油充分溶合，并冷却形成胶体，再经过洗涤将溶于内部的油进行去除便能够得到内部具有孔隙的多孔结构。

多孔弹性层120内部的孔隙使得多孔弹性层120能够吸收收容腔内的电解液，并能够在受挤压时将所吸收的电解液释放至收容腔内。在电池单体10组装过程中，可向壳体110的收容腔内注入过量的电解液，超量的电解液可由多孔弹性层120吸收。通常清下，注液量相较于同型号未设置多孔弹性层120的电池需超过约20％。

电芯200收容于壳体110的收容腔内，是电池单体10的核心部件。其中，电芯200可以由正极片、负极片及在负极片与正极片之间起绝缘作用的隔膜通过叠片或卷绕的方式成型。为了适配壳体110的形状，本实施例中的电芯200也呈圆柱形，可通过卷绕的方式卷绕成圆柱形。

电芯200的负极掺硅，即负极片中掺入硅材料，所掺入的硅材料可以是纯硅、硅碳或硅氧。掺硅后的负极片表面能够形成一层致密的硅化物膜，从而能够有效防止负极片继续硅化，有助于改善电芯200的导电性能、减小内阻并提升输出功率。硅的膨胀率较大，在充放电循环过程中，负极片中掺杂的硅颗粒会发生膨胀。

在充放电循环过程中，负极片内的硅颗粒膨胀，从而导致电芯200发生膨胀并挤压多孔弹性层120。多孔弹性层120在受到电芯200挤压后会将所吸收的电解液释放至收容腔，以弥补电解液的消耗。而且，随着循环次数的越多，电芯200的膨胀量越大，多孔弹性层120受到的挤压也越明显，故释放的电解液也越多。也就是说，多孔弹性层120能够随着循环次数的增加逐渐释放电解液，从而不断对收容腔内的电解液进行补充。

请一并参阅图4，多孔弹性层120的表面形成有扩散流道1201，由多孔弹性层120释放的电解液能够沿扩散流道1201在多孔弹性层120的表面扩散。

扩散流道1201可以是多孔弹性层120表面形成的凹槽，也可是沿厚度方向贯穿多孔弹性层120的沟槽。由多孔弹性层120释放的电解液进入扩散流道1201后，能够沿扩散流道1201流动，使得电解液能够均匀进入收容腔的各处，从而均匀浸润电芯200。如此，能够避免多孔弹性层120补充进收容腔的电解液堆积在某区域而造成其他区域欠缺电解液。

此外，多孔弹性层120还可起到缓冲作用。在电芯200发生膨胀时，多孔弹性层120能够吸收电芯200的膨胀力，从而避免出现电芯200因与壳体110硬挤压而造成极片应力释放不均匀，能够优化极片的界面并延缓硅颗粒的破碎现象，有助于改善电池单体10的循环特性。

在本实施例中，多孔弹性层120的孔隙率为30％至82％。多孔弹性层120的孔隙率越大，其吸收及存储电解液的能力越强。

当多孔弹性层120的孔隙率低于30％时，多孔弹性层120吸收并存储的电解液不足，会导致后期无电解液可释放或释放前期每次给予的量低于需求量。但是，孔隙率过大会导致多孔弹性层120支撑结构不稳定。当多孔弹性层120的孔隙率大于82％时，电解液容易过量释放，从而导致在电池单体10的循环末期电解液的补给量不足。优选的，多孔弹性层120的孔隙率为35％至60％。

请再次参阅图3及图4，在本实施例中，多孔弹性层120设置为整面结构，多孔弹性层120的表面高低起伏并形成波峰及波谷，且波谷构成扩散流道1201。

具体的，可在壳体110的内壁连续涂布或镀层，以得到整面结构的多孔弹性层120。整面结构的多孔弹性层120由于中间未断开，故结构强度更高，支撑及缓冲效果更好。而且，在相同厚度下对电解液进行吸收及存储的能力更强，从而能够在满足电解液释放需求的前提下减小多孔弹性层120的厚度，有利于提升电池单体100的能量密度。

高低起伏的波峰及波谷能够多孔弹性层120的表面形成波浪纹结构，且波浪纹的内凹区域，即波谷所在区域构成扩散流道1201。波浪纹结构的扩散流道1201能够使释放电解液扩散更均匀，对改善循环的效果最佳。

此外，在其他实施例中，多孔弹性层120设置为镂空结构，且多孔弹性层120被镂空的区域构成扩散流道1201。也就是说，多孔弹性层120并通过非连续涂布或镀层的方式成型的，多孔弹性层120包括涂层区域及未涂布区域(镂空区域)。镂空区域在构成扩散流道1201的同时，还能够为多孔弹性层120提供缓冲区域。在多孔弹性层120受挤压形变压缩时，其涂层区域能够向侧面的镂空区域发生延展，从而避免壳体110承压过大。

如图5所示，在一个实施例中，多孔弹性层120包括多个相互之间间隔设置的条形涂层121，且多个条形涂层121之间的条形间隙构成扩散流道1201。由多个条形涂层121构成的多孔弹性层120成型较方便。而且，由于扩散流道1201呈长条形并沿上下方向延伸，故更有利于电解液沿上下方向流动及扩散。

如图6所示，在另一个实施例中，多孔弹性层120包括多个相互之间间隔设置的螺旋状涂层122，且多个螺旋状涂层122之间的螺旋间隙构成扩散流道1201。由于扩散流道1201呈螺旋状，并绕壳体110的中轴线螺旋上升，故沿扩散流道1201流动的电解液能够同时沿横向及纵向扩散，电解液的扩撒效果较佳。

如图7及图8所示，在另一个实施例中，多孔弹性层120包括多个呈散点分布的块状涂层123，且多个块状涂层123之间的间隙构成扩散流道1201。

具体的，块状涂层123可以呈矩形、三角形等规则形状，也可呈非规则形状，多个块状涂层123可以规则排布，也可随机分布。此时，扩散流道1201分布较为均匀，故电解液沿扩散流道1201扩散也更均匀。而且，块状涂层123在壳体110与电芯200之间分布更均匀，从而使得电解液也能够均匀向收容腔内释放。

上述外壳组件100及电池单体10，在电池单体10组装过程中可向收容腔内注入过量的电解液，超量的电解液可由多孔弹性层120吸收。在充放电循环过程中，电芯200会发生膨胀并挤压多孔弹性层120，从而使得多孔弹性层120将所吸收的电解液释放至收容腔以弥补电解液的消耗。而且，循环次数越多电芯200的膨胀量越大，多孔弹性层120受到的挤压也越明显，故释放的电解液也越多。释放出的电解液能够沿扩散流道1201在多孔弹性层120的表面扩散，从而使得电解液能够均匀浸润电芯200。可见，多孔弹性层120能够随着循环次数的增加逐渐释放电解液，从而不断对收容腔内的电解液进行均匀补充。因此，上述外壳组件100及电池单体10能够提升循环寿命。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种外壳组件，其特征在于，包括壳体及多孔弹性层，所述壳体形成有用于收容电芯及电解液的收容腔，所述多孔弹性层附着于所述壳体的内壁，所述多孔弹性层内部形成有孔隙，以使所述多孔弹性层能够吸收所述收容腔内的电解液，并能够在受挤压时将所吸收的电解液释放至所述收容腔内，所述多孔弹性层的表面形成有扩散流道，由所述多孔弹性层释放的电解液能够沿所述扩散流道在所述多孔弹性层的表面扩散。

2.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述壳体呈中空的圆柱形，所述多孔弹性层附着于所述壳体的圆柱面的内壁。

3.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述多孔弹性层设置为整面结构，所述多孔弹性层的表面高低起伏并形成波峰及波谷，且所述波谷构成所述扩散流道。

4.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述多孔弹性层设置为镂空结构，且所述多孔弹性层被镂空的区域构成所述扩散流道。

5.根据权利要求4所述的外壳组件，其特征在于，所述多孔弹性层包括多个相互之间间隔设置的条形涂层，且多个所述条形涂层之间的条形间隙构成所述扩散流道。

6.根据权利要求4所述的外壳组件，其特征在于，所述多孔弹性层包括多个相互之间间隔设置的螺旋状涂层，且多个所述螺旋状涂层之间的螺旋间隙构成所述扩散流道。

7.根据权利要求4所述的外壳组件，其特征在于，所述多孔弹性层包括多个呈散点分布的块状涂层，且多个所述块状涂层之间的间隙构成所述扩散流道。

8.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，所述孔隙为圆孔、条形通孔及曲线形通孔中的一种或几种的组合。

9.根据权利要求1至8任一项所述的外壳组件，其特征在于，所述多孔弹性层的孔隙率为30％至82％。

10.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，所述多孔弹性层的孔隙率为35％至60％。

11.一种电池单体，其特征在于，包括电芯及如上述权利要求1至10任一项所述的外壳组件，所述电芯收容于所述收容腔内。

12.一种电池，其特征在于，包括多个如上述权利要求11所述的电池单体。

13.一种用电装置，其特征在于，包括如上述权利要求11所述的电池单体或如上述权利要求12所述的电池。