CN220544154U - 一种电芯及电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电芯及电池组，涉及电池技术领域，所述电芯为圆柱体电芯，所述电芯的长度/直径≤1.0，所述电芯的上表面设置有盖板，所述盖板上设置有关于盖板中心对称的至少2个防爆阀。本实用新型提供的一种电芯及电池组，在相同容量下，增加直径设计，降低长度设计，整体呈矮胖形状而非细长形状，能够降低电芯内阻，降低产热量；当卷芯直径增大后，单个防爆阀的偏心设计会造成气体逃逸通道较长，存在潜在失效隐患，本实用新型在盖板上设置至少2个防爆阀，且防爆阀关于极柱对称设计，能够使的气体逃逸通道更均匀，增强安全性。

Description

一种电芯及电池组

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别涉及一种电芯及电池组。

背景技术

现有电池封装设计分为方形、软包及圆柱三类，其中圆柱电芯往往设计为长圆柱体形状，即电芯的长度远大于直径(长度/直径>2)，存在内阻大，发热大的缺点，且由于长度大，导致内部热失控时，内部产生的高压气体到防爆阀距离远，响应速度较低，容易造成防爆阀来不及打开，存在壳体直接撕裂“炸膛”的风险。

授权公告号为CN214797558U的中国实用新型专利公开了一种大直径中空结构电芯及电池组，其提出的具有中空结构的电芯，外直径大于高度，可有效降低内阻和散热，且通过内部中空结构设计，可在中空结构内设置散热装置，提高电芯散热性和安全性。然而，该专利并没有考虑增大电芯直径后，由于防爆阀偏心存在的潜在安全隐患，且卷芯直径增加后还会带来注液难度增加的问题，此外，中空结构的设计本身还存在电芯结构复杂、装配组装难度高等问题。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种电芯及电池组，结构简单，且能够在降低电芯内阻的同时保证电芯的安全性能。

为了实现上述目的，本实用新型的第一方面，提供了一种电芯，所述电芯为圆柱体电芯，所述电芯的长度/直径≤1.0，所述电芯的上表面设置有盖板，所述盖板上设置有关于盖板中心对称的至少2个防爆阀。

优选的，所述盖板中央设置有极柱，所述防爆阀关于所述极柱对称设置。

优选的，所述盖板上还设置有至少2个注液孔，所述注液孔关于所述极柱对称设置。

优选的，所述防爆阀和所述注液孔均匀分布在所述盖板上。

优选的，所述电芯的壳体采用金属材料制造，所述电芯的一极设置在所述盖板上，另一极为所述壳体。

优选的，当所述壳体为铝壳时，所述盖板为负极盖板，所述盖板中央设置有端子，所述端子为负极端子，所述端子与所述盖板之间设置有上塑胶，所述端子的中央铆接有负极柱。

优选的，所述电芯的卷芯的负极耳与负极盖板之间通过负极连接片相连。

优选的，所述电芯的卷芯的正极耳与所述壳体的底部通过正极连接片相连。

本实用新型的第二方面，提供了一种电池组，包括多个前述提供的一种电芯，多个电芯排列形成模组。

优选的，每个所述电芯均为盖板朝上的方式放置，所述电芯的底面采用冷却板液冷散热。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的一种电芯及电池组，在相同容量下，增加直径设计，降低长度设计，整体呈矮胖形状而非细长形状，能够降低电芯内阻，降低产热量；当卷芯直径增大后，单个防爆阀的偏心设计会造成气体逃逸通道较长，存在潜在失效隐患，本实用新型在盖板上设置至少2个防爆阀，且防爆阀关于极柱对称设计，能够使的气体逃逸通道更均匀，增强安全性。

2、本实用新型提供的电芯为单盖板设计，底部无极柱，电芯成模组后底部可形成大面，方面直接贴冷却板冷却，实现快速散热，降低温升，提高了电芯的安全性，提升了电芯寿命。

3、本实用新型考虑到卷芯直径增大后，单个注液孔偏心设计容易造成注液不均和注液较慢，注液将更困难，因此提出盖板注液孔数量设计≥2个，且关于极柱对称，能够加快注液速率及电解液浸润效果，可有效提升注液速度及效果。

本实用新型附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型提供的电芯的结构示意图；

图2为盖板的结构示意图。

其中，1、盖板，101、防爆阀，102、注液孔，103、极柱，104、上塑胶，105、端子，201、负极连接片，202、正极连接片，3、壳体，4、卷芯。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供了一种电芯及电池组，电芯外形为“飞碟”形状，采用单盖板结构设计，结构简单，且设计了关于极柱对称分布的至少2个防爆阀，能够在降低电芯内阻的同时保证电芯的安全性能。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种电芯，该电芯为圆柱体电芯，电芯的长度小于等于电芯的直径，电芯的上表面设置有盖板1，盖板1上设置有关于盖板1中心对称的至少2个防爆阀。

与传统“细长”形状的圆柱体电芯相比，本实施例中的电芯，增加了直径设计，降低了长度设计，形似飞碟形态。

具体而言，本实施例中的电芯为单盖板圆柱电芯，包括壳体3和盖板1，盖板1设置在电芯的上表面，与壳体3相连，盖板1和壳体3共同形成用于容纳卷芯4的空腔。

本实施例提供的电芯，在相同容量下，增加直径设计，降低长度设计，整体呈矮胖形状而非细长形状，形似“飞碟”。产品设计尺寸为：直径≥40mm，长度≥20mm，且长度/直径≤1.0。

电芯欧姆内阻R_cell计算公式如下：

R_cell＝R_ct+R_cw+R_cf+R_ce+R_se+R_ae+R_af+R_aw+R_at；

其中，R_ct：正极耳内阻，R_cw：正极焊点内阻，R_cf：正极集流体内阻，R_ce：正极粉料内阻(电解液)，R_se：隔膜内阻(电解液)，R_ae：负极粉料内阻(电解液)，R_af：负极集流体内阻，R_aw:负极焊点内阻，R_at：负极耳内阻。

由于极耳内阻和电焊内阻极小，可忽略不计，则有：

R_cell＝R_cf+R_ce+R_se+R_ael+R_af；

其中，

令则有

其中，ρ_集为正极集流体电阻率，W_正为正极片宽度，S_截面积为正极片横截面积，L_正为正极片长度，d_厚为正极集流体厚度，R₁为第一系数。

同理，R_ce＝R₂×W_正/L_正，R_se＝R₃×W_隔/L_隔，R_ae＝R₄×W_负/L_负，R_af＝R₅×W_负/L_负；

此时

其中，W_隔为隔膜宽度，L_隔为隔膜长度，W_负为负极片宽度，L_负为负极片长度，R₂为第二系数，R₃为第三系数，R₄为第四系数，R₅为第五系数；

由于电芯中正极片、负极片、隔膜三者的长度差异很小，宽度差异也很小，则可认为正极片、负极片、隔膜的长度和宽度相同，此时：

R_cell＝(R₁+R₂+R₃+R₄+R₅)×W_正/L_正＝R_s×W_正/L_正；

其中，R_s为内阻系数，正极片宽度W_正越小，正极片长度L_正越长，电芯的欧姆内阻越小，进一步推导可知电芯长度越小，电芯直径越大，基于此，本实施例设定长度/直径≤1.0，区别于行业内普遍设计长度/直径>2。

如图2所示，盖板1的中央设置有极柱103，以防爆阀的数量为2个为例，2个防爆阀101关于极柱103对称设置。传统细长形状的圆柱电芯上通常设置一个防爆阀，然而，当卷芯直径增大后，一个防爆阀的设计会导致防爆阀过于偏心，单个防爆阀的偏心设计会造成气体逃逸通道较长，存在潜在失效隐患。本实施例中的防爆阀数量≥2个，且关于极柱对称，这种防爆阀的设计能使得气体逃逸通道更均匀，加强了电芯使用时的安全性。

盖板1上还设置有至少2个注液孔102，注液孔102同样关于极柱103对称设置。当卷芯直径增大后，传统一个注液孔的设计方式，会导致注液孔过于偏心，而注液孔偏心设计容易造成注液不均、注液较慢。本实施例中注液孔数量≥2个，且关于极柱对称，这种注液孔的设计能加快注液速率及电解液浸润效果，可有效提升注液速度及效果。

多个防爆阀101和注液孔102可以间隔设置、均匀分布在盖板1上，防爆阀和注液孔的形状可以为圆形，也可以根据实际需要设计为不规则形状。

此外，本实施例中的电芯为单盖板结构设计，此时壳体带电。当壳体为钢壳时，盖板为正极，壳体为负极，当壳体为铝壳时，盖板为负极，壳体为正极，电芯底部为壳体，作为大面增加散热面积，降低温升，提升电芯寿命，可在电芯组成模组后直接贴冷却板进行散热。

本实施例中的壳体为铝壳，此时的盖板为负极盖板，盖板中央设置有端子105，端子105为负极端子，极柱103铆接在端子105的中心位置。端子105与盖板1的本体之间设置有上塑胶104。

电芯的壳体3为金属壳体，通常采用铝壳或者钢壳，本实施例中为铝壳；电芯的卷芯4的上下表面分别设置有负极连接片201和正极连接片202，卷芯4的负极耳与负极盖板之间通过负极连接片201相连，卷芯4的正极耳与壳体3底部通过正极连接片202相连。

以下以三种电芯产品的实例为例，对本实施例提出的方案进行进一步介绍。

1、以现有双盖板直径33mm、长度136mm电芯为例，其正极片宽度122mm、长度2300mm，电芯长度/直径＝136/33＝4.12。采用本实施例提出的“飞碟”结构设计，直径设计为54mm，则同样的容量和群裕度时其正极片宽度为45mm、长度为6300mm，由于是单盖板设计，电芯长度比正极片宽度长10mm，此时电芯长度54mm，则长度/直径＝54/54＝1.00，满足设计要求≤1.0；假设原电芯欧姆内阻为R₀，新内阻R₁₁＝45/122×2300/6300＝0.13R₀，欧姆内阻大大降低，同时原设计散热面积为圆柱侧面＝33×3.14×136＝14092mm²，新设计散热面积为圆柱侧面+底面＝54×3.14×54+54×54×3.14/4＝11445mm²，散热面积比＝11445/14092×100％＝81.2％，根据产热Q＝I²R，由于R只有原来13％，散热面积变化不大，此时电芯充放电温升可大大降低；

2、同样以现有双盖板直径33mm、长度136mm电芯为例，正极片宽度122mm、长度2300mm，电芯长度/直径＝136/33＝4.12。采用“飞碟”结构设计，直径设计为65mm，则同样的容量和群裕度时其正极片宽度为31mm、长度为9150mm，电芯长度为41mm，则长度/直径＝41/65＝0.63，满足设计要求≤1.0；原电芯欧姆内阻为R₀，新内阻R₁₂＝31/122×2300/9150＝0.06R₀，欧姆内阻大大降低，同时原设计散热面积为圆柱侧面＝33×3.14×136＝14092mm²，新设计散热面积为圆柱侧面+底面＝65×3.14×41+65×65×3.14/4＝11685mm²，散热面积比＝11685/14092×100％＝82.9％，产热Q＝I²R，由于R只有原来6％，散热面积变化不大，此时电芯充放电温升可大大降低；

3、同样以现有双盖板直径33mm、长度136mm电芯为例，其正极片宽度122mm、长度2300mm；若容量需要增加为原先10倍，按照原电芯长度/直径4.12设计，其直径需要设计为65mm，长度为269mm，此时其正极片宽度255mm、长度10900mm，假设原电芯欧姆内阻为R₀，直接放大设计欧姆内阻R₂＝255/122×2300/10900＝0.44R₀；若采用“飞碟”尺寸设计，直径设计为150mm，则极片宽度为56mm、长度50200mm，电芯长度66mm，则长度/直径＝66/150＝0.44，满足设计要求≤1.0，则“飞碟”设计电芯欧姆内阻R₁₃＝56/122×2300/50200＝0.02R₀，内阻极大降低，同时原设计散热面积为圆柱侧面＝65×3.14×269＝54903mm²，新设计散热面积为圆柱侧面+底面＝150×3.14×66+150×150×3.14/4＝48749mm²，散热面积比＝48749/54903×100％＝88.8％，根据产热Q＝I²R，由于R只有原来2％，散热面积变化不大，此时电芯充放电温升可大大降低。

本实施例提供的一种电芯及电池组，在相同容量下，增加直径设计，降低长度设计，控制长度/直径≤1.0，整体呈矮胖形状而非细长形状，能够降低电芯内阻，降低产热量；当卷芯直径增大后，单个防爆阀的偏心设计会造成气体逃逸通道较长，存在潜在失效隐患，本实用新型在盖板上设置至少2个防爆阀，且防爆阀关于极柱对称设计，能够使的气体逃逸通道更均匀，增强安全性；

电芯为单盖板设计，底部无极柱，电芯成模组后底部可形成大面，方面直接贴冷却板冷却，实现快速散热，降低温升，提高了电芯的安全性，提升了电芯寿命。

考虑到卷芯直径增大后，单个注液孔偏心设计容易造成注液不均和注液较慢，注液将更困难，因此本实施例提出盖板注液孔数量设计≥2个，且关于极柱对称，能够加快注液速率及电解液浸润效果，可有效提升注液速度及效果。

实施例二

本实施例在实施例一的基础上，进一步提供了一种电池组，电池组中包括多个实施例一种提供的一种电芯，多个电芯排列形成模组。

以实施例一中提出的第2种电芯产品实例为例，该电芯为容量为15Ah的铁锂电芯，直径65mm，长度41mm，取15pcs电芯制成5P3S模组，负极盖板朝上，底面大面采用冷却板液冷散热，中间采用半圆环状冷却扁管散热。当电池组以0.5C持续放电2h时，过程模组温升在10℃以内，散热优秀。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯为圆柱体电芯，所述电芯的长度/直径≤1.0，所述电芯的上表面设置有盖板，所述盖板上设置有关于盖板中心对称的至少2个防爆阀。

2.如权利要求1所述的一种电芯，其特征在于，所述盖板中央设置有极柱，所述防爆阀关于所述极柱对称设置。

3.如权利要求2所述的一种电芯，其特征在于，所述盖板上还设置有至少2个注液孔，所述注液孔关于所述极柱对称设置。

4.如权利要求3所述的一种电芯，其特征在于，所述防爆阀和所述注液孔均匀分布在所述盖板上。

5.如权利要求1所述的一种电芯，其特征在于，所述电芯的壳体采用金属材料制造，所述电芯的一极设置在所述盖板上，另一极为所述壳体。

6.如权利要求5所述的一种电芯，其特征在于，当所述壳体为铝壳时，所述盖板为负极盖板，所述盖板中央设置有端子，所述端子为负极端子，所述端子与所述盖板之间设置有上塑胶，所述端子的中央铆接有负极柱。

7.如权利要求5所述的一种电芯，其特征在于，所述电芯的卷芯的负极耳与负极盖板之间通过负极连接片相连。

8.如权利要求5所述的一种电芯，其特征在于，所述电芯的卷芯的正极耳与所述壳体的底部通过正极连接片相连。

9.一种电池组，其特征在于，包括多个权利要求1-8任一项所述的一种电芯，多个电芯排列形成模组。

10.如权利要求9所述的一种电池组，其特征在于，每个所述电芯均为盖板朝上的方式放置，所述电芯的底面采用冷却板液冷散热。