WO2020224370A1 - 电池包和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池包和车辆，电池包包括电池模块、箱体组件以及第一粘接构件，箱体组件具有容置腔，电池模块位于容置腔内，电池模块包括多个沿水平方向依次排列的第一电池，第一电池包括电极组件和壳体，电极组件收容于壳体内，电极组件包括第一极片、第二极片和位于第一极片和第二极片之间的隔膜，电极组件为卷绕式且为扁平状，电极组件包括两个扁平面，两个扁平面沿竖直方向相互面对，箱体组件具有连接部，连接部位于电池模块沿竖直方向的一侧；壳体的外表面包括靠近连接部的第一表面，第一粘接构件连接第一表面和连接部，第一表面的面积A和第一粘接构件的弹性模量B满足关系式：0.02cm 2/MPa≤A/B≤9cm 2/MPa。

Description

电池包和车辆
本申请要求于2019年05月07日提交中国专利局、申请号为201910375558.0、申请名称为“电池包和车辆”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种电池包和车辆。
背景技术
二次电池具有能量密度大，使用寿命长、节能环保等优点，被广泛应用于新能源汽车、储能电站等不同领域。
电池包通常包括箱体组件和收容于箱体组件内的电池模块，电池模块包括多个依次排列的电池单体。在现有技术中，电池模块通过设置端板和侧板固定多个电池单体，端板通过螺栓固定在箱体组件上，而电池模块的电池单体并没有与箱体组件相互连接，因此电池模块整体的刚度较低。当电池模块震动时，处于电池模块中间位置的电池单体容易因夹持力不足而无法完全固定，从而引发安全风险。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电池包和车辆，其能保证电池的动力学性能和电池与箱体组件的连接强度。
为了实现上述目的，本发明提供了一种电池包和车辆。
一方面，本发明提供的电池包包括电池模块、箱体组件以及第一粘接构件，箱体组件具有容置腔，电池模块位于箱体组件的容置腔。电池模块包括多个沿水平方向依次排列的第一电池，第一电池包括电极组件和壳体；电极组件收容于壳体内，电极组件包括第一极片、第二极片和设置于第一极片和第二极片之间的隔膜。电极组件为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件包括两个扁平面，两个扁平面沿竖直方向相互面对；或者，电极组件为叠片式结 构，且第一极片、隔膜和第二极片沿竖直方向层叠。箱体组件具有连接部，连接部位于电池模块沿竖直方向的一侧。壳体的外表面包括第一表面，第一表面通过第一粘接构件与连接部相连接。第一表面的面积A和第一粘接构件的弹性模量B满足关系式：0.02cm 2/MPa≤A/B≤9cm 2/MPa。
作为本发明电池包的一种改进，第一表面的面积A和第一粘接构件的弹性模量B满足关系式：0.06cm 2/MPa≤A/B≤4cm 2/MPa。
作为本发明电池包的一种改进，第一表面的面积A为50cm 2-600cm 2，第一粘接构件的弹性模量B为150MPa-800MPa。
作为本发明电池包的一种改进，第一粘接构件的弹性模量B和第一粘接构件的厚度C满足关系式：2MPa·cm≤B·C≤500MPa·cm。
作为本发明电池包的一种改进，第一粘接构件的厚度C为0.05cm-0.5cm。
作为本发明电池包的一种改进，第一粘接构件为粘接胶，且所述粘接胶选自环氧树脂、聚氨脂以及丙烯酸树脂中的一种或几种。
作为本发明电池包的一种改进，电池模块沿水平方向的尺寸大于电池模块沿竖直方向的尺寸。
作为本发明电池包的一种改进，第一粘接构件与第一表面的接触面积为S1，壳体的外表面的总面积为S2，S1/S2的值大于6％。
作为本发明电池包的一种改进，壳体的外表面包括第二表面和两个第三表面，第一表面和第二表面沿竖直方向相互面对，两个第三表面沿水平方向相互面对。第一表面的面积、第二表面的面积均大于第三表面的面积。
作为本发明电池包的一种改进，电池模块包括多个沿水平方向依次排列的第二电池，第二电池和第一电池沿竖直方向层叠设置，并且第二电池位于第一电池靠近第二表面的一侧。所述电池包还包括第二粘接构件，第二粘接构件连接第二表面和第二电池。
作为本发明电池包的一种改进，壳体包括绝缘层和基体，所述绝缘层位于基体的外侧并且与第一粘接构件接触。
作为本发明电池包的一种改进，所述箱体组件包括上箱盖和下箱体，上箱盖与下箱体固定连接。连接部为下箱体的底壁，第一粘接构件设置于下箱体的底壁，并且第一表面通过第一粘接构件与下箱体的底壁相连接；或，连接部为上箱盖的顶壁，第一粘接构件设置于上箱盖的顶壁，并且第一表面通过第一粘接构件与上箱盖的顶壁相连接。
作为本发明电池包的一种改进，所述箱体组件包括上箱盖、下箱体和固定板，上箱盖与下箱体固定连接，连接部为固定板。固定板位于电池模块沿竖直方向的上侧，并且与上箱盖固定连接，第一粘接构件设置于固定板，并且第一表面通过第一粘接构件与固定板相连接；或，固定板位于电池模块沿竖直方向的下侧，并且与下箱体固定连接，第一粘接构件设置于固定板，并且第一表面通过第一粘接构件与固定板相连接。
另一方面，本发明还提供了一种车辆，该车辆包括车辆主体以及所述电池包，电池包位于车辆主体。
本发明的有益效果如下：第一电池由第一粘接构件固定到箱体组件，从而增大电池模块与箱体组件之间的连接强度，实现第一电池的固定，降低在电池包振动时安全风险。本发明将第一表面的面积A和第一粘接构件的弹性模量B综合考虑，当满足0.02cm 2/MPa≤A/B≤9cm 2/MPa时，可以同时保证第一电池的动力学性能和第一电池与箱体组件的连接强度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电池包的分解图；
图2为本发明实施例提供的电池包的第一电池的一实施例的示意图；
图3为图2的电极组件的剖视图；
图4为本发明实施例提供的电池包的第一电池的另一实施例的示意图；
图5为本发明实施例提供的电池包在第一电池膨胀前的示意图；
图6为本发明实施例提供的电池包在第一电池膨胀后的示意图；
图7为图6的虚线框部分的放大图；
图8为图6的壳体的示意图；
图9为电池在剪切强度测试中的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1电池模块
11第一电池
111电极组件
111a第一极片
111b第二极片
111c隔膜
111d扁平面
111e窄面
112壳体
112a第一表面
112b第二表面
112c第三表面
112d第四表面
113顶盖组件
113a顶盖板
113b电极端子
12第二电池
2箱体组件
21上箱盖
22下箱体
23固定板
3第一粘接构件
4第二粘接构件
5第三粘接构件
6夹具
7检测头
8金属板
X长度方向
Y宽度方向
Z竖直方向
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”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”是指两个以上(包括两个)；除非另有规定或说明，术语“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
在本发明的描述中，所有附图中箭头X所指方向为长度方向，箭头Y所指方向为宽度方向，箭头Z所指方向为竖直方向。水平方向为平行于水平面的方向，既可以是长度方向X也可以是宽度方向Y。另外，水平方向不仅包括绝对平行于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致平行于水平面的方向。竖直方向为垂直于水平面的方向，竖直方向不仅包括绝对垂直于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致垂直于水平面的方向。此外，本发明实施例描述的“上”、“下”、“顶”、“底”等方位词均是相对于竖直方向Z来进行理解的。
本发明实施例提供了一种车辆，车辆包括车辆主体以及电池包，电池包设置于车辆主体。其中，车辆为新能源汽车，其可以为纯电动汽车，也可以混合动力汽车或增程式汽车。车辆主体设置有驱动电机，驱动电机与电池包电连接，由电池包提供电能，驱动电机通过传动机构与车辆主体上的车轮连接，从而驱动汽车行进。优选地，电池包可水平设置于车辆主体的底部。
图1为本发明实施例提供的电池包的分解图。电池包包括电池模块1、箱体组件2以及第一粘接构件3。
箱体组件2包括上箱盖21和下箱体22，在图1中，上箱盖21和下箱体22呈分开状态。上箱盖21和下箱体22密封连接在一起，并在两者之间形成容置腔。其中，上箱盖21和下箱体22可以由铝、铝合金或其它金属制成。
电池模块1收容于箱体组件2的容置腔中。其中，电池模块1可以为一个或多个。当电池模块1设置为多个时，电池模块1可以沿长度方向X布置，也可以沿宽度方向Y布置。电池模块1包括多个沿水平方向依次排列的第一 电池11。其中，第一电池11为可重复充放电的二次电池。第一电池11可经由汇流排电连接。
电池模块1还包括两个端板(图中未示出)和扎带(图中未示出)，两个端板分别设置于多个第一电池11的沿水平方向的两端，扎带包围在多个第一电池11和两个端板的外周。端板可以由铝、铝合金等金属材料制成，也可以由绝缘材料制成。
参照图2，第一电池11包括电极组件111、壳体112和顶盖组件113。电极组件111收容于壳体112内，且电极组件111包括第一极片111a、第二极片111b和设置于第一极片111a和第二极片111b之间的隔膜111c。
壳体112可由金属材料或复合材料制成。例如，在一实施例中，壳体112整体由铝、铝合金或镀镍钢等金属材料制成。可替代地，在另一实施例中，壳体112也可包括基体和绝缘层，基体由铝、铝合金或镀镍钢等金属材料制成，绝缘层可通过涂覆或粘接等方式设置到基体的外表面；此时，金属材质的基体可以保证壳体112的强度，绝缘层可以改善壳体112的绝缘性能。
壳体112可具有六面体形状或其它形状。壳体112具有开口，电极组件111可经由开口放置到壳体112内。在本实施例中，开口位于壳体112沿宽度方向Y的一端。
顶盖组件113包括顶盖板113a和电极端子113b，电极端子113b设置到顶盖板113a上。顶盖板113a可以由铝、铝合金等金属材料制成，顶盖板113a的尺寸与壳体112的开口的尺寸相适配。顶盖板113a可通过焊接连接到壳体112并覆盖壳体112的开口，从而将电极组件111密封在壳体112内。
电极端子113b可通过焊接或铆接等方式固定于顶盖板113a。电极端子113b为两个且分别电连接于第一极片111a和第二极片111b。
在电极组件111中，第一极片111a和第二极片111b中的一个为正极极片，第一极片111a和第二极片111b中的另一个为负极极片，隔膜111c为设置于正极极片和负极极片之间的绝缘体。例如，第一极片111a为正极极片，第一极片111a包括第一集流体和涂覆于第一集流体表面的第一活性物质层，其中，第一集流体可为铝箔，第一活性物质层包括三元材料、锰酸锂或磷酸铁锂；第二极片111b为负极极片，第二极片111b包括第二集流体和涂覆于第二集流体表面的第二活性物质层，其中，第二集流体可为铜箔，第二活性物质层包括石墨或硅。
如图3所示，在一实施例中，电极组件111为卷绕式结构。具体地，第一极片111a、第二极片111b和隔膜111c均为带状结构，将第一极片111a、隔膜111c和第二极片111b依次层叠并卷绕两圈以上以形成电极组件111，并且电极组件111呈扁平状。在制备电极组件111时，电极组件111可先卷绕成中空的柱形结构，卷绕后再压平为扁平状。图3为电极组件111的外形轮廓的示意图，电极组件111的外表面包括两个扁平面111d和两个窄面111e，两个扁平面111d沿竖直方向Z相互面对，两个窄面111e沿长度方向X相互面对。其中，扁平面111d大致平行于电极组件111的卷绕轴且为面积最大的表面。扁平面111d可以是相对平整的表面，并不要求是纯平面。窄面111e至少部分为弧形。扁平面111d是相对于窄面111e而言，并且扁平面111d的面积大于窄面111e的面积。
如图4所述，在另一实施例中，电极组件111为叠片式结构。具体地，电极组件111包括多个第一极片111a和多个第二极片111b，隔膜111c设置于第一极片111a和第二极片111b之间。第一极片111a、隔膜111c和第二极片111b沿竖直方向Z层叠设置。在叠片式结构中，第一极片111a和第二极片111b均为片状且大体垂直于竖直方向Z。
电极组件111在充放电的过程中，极片会沿其厚度方向发生膨胀。在卷绕式的电极组件111中，沿垂直于扁平面111的方向的膨胀力最大；在叠片式的电极组件111中，沿第一极片111a和第二极片111b的堆叠方向的膨胀力最大。由此可见，电极组件111无论是采用卷绕式结构还是采用叠片式结构，电极组件111对壳体112施加最大膨胀力的方向均是朝向竖直方向Z。也就是说，在水平方向上，电极组件111对壳体112施加的膨胀力较小。在本发明实施例中，多个第一电池11沿长度方向X布置，因此，即使所有的电极组件111在长度方向X上膨胀力叠加在一起，也不会产生过大的合力，从而降低第一电池11被压坏的风险。
箱体组件2具有连接部，连接部位于电池模块1沿竖直方向Z的一侧。壳体112的外表面包括第一表面112a，第一表面112a通过第一粘接构件3与连接部相连接。第一表面112a位于壳体112的靠近连接部的一端，第一粘接构件3可设置于第一表面112a和连接部之间并连接第一表面112a和连接部。第一电池11和箱体组件2经由第一粘接构件3相连接。
在一实施例中，下箱体22的底壁可作为连接部，第一粘接构件3设置于 下箱体22的底壁；此时，第一电池11可靠近下箱体22的底壁设置，第一表面112a通过第一粘接构件3与下箱体22的底壁相连接。
在另一实施例中，上箱盖21的顶壁也可作为连接部，第一粘接构件3设置于上箱盖21的顶壁；此时，第一电池11可靠近上箱盖21的顶壁设置，且第一表面112a通过第一粘接构件3与上箱盖21的顶壁相连接。
在又一实施例中，箱体组件2还可包括固定板23，固定板23也可作为连接部。固定板23收容于容置腔并位于电池模块1沿竖直方向Z的上侧，且固定板23可经由紧固件固定于上箱盖21。第一粘接构件3设置于固定板23，且第一表面112a通过第一粘接构件3与固定板23相连接。固定板23与上箱盖21的顶壁之间可具有间隔，间隔可以避免上箱盖21因第一电池11沿竖直方向Z膨胀而发生变形。
在再一实施例中，参照图1，固定板23收容于容置腔并位于电池模块1沿竖直方向Z的下侧，且固定板23可经由紧固件固定于下箱体22。第一粘接构件3设置于固定板23，且第一表面112a通过第一粘接构件3与固定板23相连接。固定板23与下箱体22的底壁之间可具有间隔，间隔可以避免下箱体22因第一电池11沿竖直方向Z膨胀而发生变形。
第一粘接构件3可为固态的粘接胶。粘接胶在凝固之前为液态或膏状，粘接胶涂覆于连接部和第一电池11的第一表面112a之间并凝固，从而将第一电池11与箱体组件2牢固连接。粘接胶选自环氧树脂、聚氨脂以及丙烯酸树脂中的一种或几种。
在本实施例中，多个第一电池11经由第一粘接构件3固定到箱体组件2，从而增大电池模块1与箱体组件2之间的连接强度，实现第一电池11的固定，降低在电池包振动时的安全风险。
电极组件111在充放电的过程中，电极组件111对壳体112的周壁施加膨胀力，且壳体112的与第一表面112a对应的第一侧壁承受的膨胀力最大，最容易变形。由于与第一表面112a对应的第一侧壁的边缘会受到其它侧壁的束缚，而第一侧壁的中部区域受到的束缚力较小，所以当第一侧壁受到膨胀力的作用时，第一侧壁的中部区域会鼓起。对应地，参照图8，第一表面112a的中部区域与边缘区域之间会存在高度差h。
第一表面112a的面积为A。A的值越大，第一侧壁的中部区域受到的其它侧壁的束缚力越小，其变形的程度越大，也就是说，h的值越大。A的值越 小，第一侧壁的中部区域受到的其它侧壁的束缚力越大，其变形的程度越小，也就是说，h的值越小。
当电极组件111膨胀时，第一侧壁会对电极组件111施加反作用力。A的值越大，第一侧壁的变形程度也就越大，而第一侧壁通过变形可以释放膨胀力，对应地，也就可以减小第一侧壁会对电极组件111施加反作用力。A的值越小，第一侧壁的变形程度也就越小，而第一侧壁通过变形释放膨胀力的能力有限，对应地，第一侧壁会对电极组件111施加反作用力偏大。当电极组件111受到的反作用力过大时，第一极片111a和第二极片111b之间的电解液容易被挤出，导致部分区域浸润性降低，锂离子无法通过隔膜111c并引发析锂。
第一粘接构件3的弹性模量为B。B的值越大，第一粘接构件3的刚度也越大，受到压力时越不容易变形。B的值越小，第一粘接构件3的刚度也越小，受到压力时越容易变形。另外，在某种程度上，B的值与第一粘接构件3的粘接强度成正比。
当电极组件111膨胀时，第一侧壁会在膨胀力的作用下变形。同时，参照图6和图7，第一表面112a也会挤压第一粘接构件3。
B的值越大，第一粘接构件3越不容易变形；而由于第一粘接构件3与第一表面112a粘接在一起，所以第一粘接构件3也会阻挡第一表面112a的变形。也就是说，B的值越大，第一侧壁变形程度就越小，第一侧壁对电极组件111施加的反作用力也就越大，电极组件111中的电解液越容易被挤出，从而引发析锂风险。
B的值越小，第一粘接构件3越容易变形；也就是说，B的值越小，第一侧壁变形程度就越大，第一侧壁对电极组件111施加的反作用力也就越小，这样可以降低电解液被挤出的风险。然而，第一表面112a越容易变形，其中部区域与边缘区域之间的高度差h也就越大；参照图7和图8，虽然第一粘接构件3的与第一表面112a的中部区域接触的部分会被挤压，而第一粘接构件3的与第一表面112a的边缘区域接触的部分却容易被拉伸。B的值越小，第一粘接构件3的粘接强度越小，当第一粘接构件3被拉伸时，第一粘接构件3很容易与第一表面112a或连接部分离，导致第一电池11与连接部的连接强度变小，引发第一电池11与箱体组件2脱离的风险。
综上所述，第一表面112a的面积A和第一粘接构件3的弹性模量B对第 一电池11的动力学性能和第一电池11与箱体组件2的连接强度的影响显著。本发明实施例将第一表面112a的面积A和第一粘接构件3的弹性模量B综合考虑，当满足0.02cm 2/MPa≤A/B≤9cm 2/MPa时，可以同时保证第一电池11的动力学性能和第一电池11与箱体组件2的连接强度。
具体地，如果A/B<0.02cm 2/MPa，那么A的值较小，而B的值较大。当第一电池11的电极组件111发生膨胀时，由于A的值较小，所以第一侧壁的变形能力有限；而由于B的值较大，所以第一粘接构件3会进一步限制第一侧壁的变形。此时，第一侧壁的变形程度有限，因此，第一侧壁会对电极组件111施加较大的反作用力，电极组件111的电解液被挤出，导致部分区域浸润性降低，锂离子无法通过隔膜111c并引发析锂。
如果A/B>9cm 2/MPa，那么A的值较大，而B的值较小。当第一电池11的电极组件111发生膨胀时，由于A的值较大，所以第一侧壁的变形程度也就也大，对应地，第一表面112a越容易变形，第一表面112a的中部区域与边缘区域之间的高度差h也就越大。而由于B的值较小，所以第一粘接构件3无法有效地限制第一表面112a的变形，导致第一表面112a的中部区域与边缘区域之间的高度差h过大，第一粘接构件3的与第一表面112a的边缘区域接触的部分更容易被拉伸。当第一粘接构件3被拉伸时，第一粘接构件3很容易与第一表面112a或连接部分离，导致第一电池11与连接部的连接强度变小，引发第一电池11与箱体组件2脱离的风险。
优选地，第一表面112a的面积A和第一粘接构件3的弹性模量B满足关系式：0.06cm 2/MPa≤A/B≤4cm 2/MPa。
其中，第一表面112a的面积A为20cm 2-900cm 2，优选为50cm 2-600cm 2。第一粘接构件3的弹性模量B为100Mpa-1000Mpa，优选为150MPa-800MPa。
第一粘接构件3的厚度为C。当第一电池11的电极组件111发生膨胀时，第一粘接构件3的与第一表面112a的边缘区域接触的部分容易被拉伸。C的值越大，在第一粘接构件3与第一表面111a或连接部分离之前，第一粘接构件3可被拉伸的长度也就越大；反之，C的值越小，第一粘接构件3可被拉伸的长度也就越小。另外，B的值越小，第一粘接构件3也就容易被拉伸。
当第一电池11的电极组件111发生膨胀时，如果B的值较小，而A的值较大，那么第一表面112a越容易变形，第一表面112a的中部区域与边缘区域之间的高度差h也就越大。此时，第一粘接构件3的与第一表面112a的边缘 区域接触的部分需要被拉伸较大的长度，以避免第一粘接构件3与第一表面112或连接部分离。因此，C需要具有较大的值。
当第一电池11的电极组件111发生膨胀时，如果B的值较大，而A的值较小，那么第一表面112a越不容易变形，第一表面112a的中部区域与边缘区域之间的高度差h也就越小。此时，第一粘接构件3的与第一表面112a的边缘区域接触的部分只会被拉伸较小的长度。因此，C可以具有较小的值，以减少粘接胶的用量，降低成本，提高能量密度。
综上所述，第一粘接构件3的弹性模量B和第一粘接构件3的厚度C对第一电池11与箱体组件2的连接强度的影响显著。本发明实施例将第一粘接构件3的弹性模量B和第一粘接构件3的厚度C综合考虑，当满足2MPa·cm≤B·C≤500MPa·cm时，可以保证第一电池11与箱体组件2的连接强度。
而如果B·C<2MPa·cm，那么B和C的值均较小，第一粘接构件3容易与第一表面112或连接部分离。而如果B·C>500MPa·cm，C的值偏大，造成粘接胶的浪费，占用箱体组件2的内部空间。
第一粘接构件3的厚度C为0.02cm-1cm，优选为0.05cm-0.5cm。
第一表面112a的粗糙度为0.01μm-2μm。如果第一表面112a的粗糙度小于0.01μm，那么第一表面112a过于光滑，不利于第一表面112a与第一粘接构件3的粘接，降低第一表面112a与连接部的连接强度。
壳体112大致为六面体形状。具体地，参照图2和图5，壳体112还包括第二表面112b、两个第三表面112c和第四表面112d。第二表面112b位于壳体112沿竖直方向Z远离连接部的一端，第二表面112b与第一表面112a沿竖直方向Z相互相对。两个第三表面112c分别位于壳体112沿长度方向X的两端并沿长度方向X相互面对。第四表面112d位于壳体112沿宽度方向Y的一端。
在电极组件111膨胀前，第一表面112a和第二表面112b大体为垂直于竖直方向Z的平面，两个第三表面112c大体为垂直于长度方向X的平面，第四表面112d大体为平面且垂直于宽度方向Y。第一表面112a、第三表面112c及第四表面112d彼此可通过弧形的过渡面相连。第二表面112b、第三表面112c及第四表面112d彼此可通过弧形的过渡面相连。
第一表面112a的面积、第二表面112b的面积均大于第三表面112c的面积。电极组件111在充放电过程中产生气体，气体会对壳体112施加作用力， 从而加剧壳体112向外膨胀。在本实施例中，第一表面112a的面积、第二表面112b的面积均大于第三表面112c的面积，且第一表面112a和第二表面112b沿竖直方向Z相互面对，因此，气体对壳体112的最大作用力的方向是沿着竖直方向Z。相比于现有技术，进一步减小电池模组100的最大膨胀力。
第一粘接构件3与第一表面112a的接触面积为S1，壳体112的外表面的总面积为S2，S1/S2的值大于6％。其中，壳体112的外表面的总面积为第一表面111a、第二表面111b、两个第三表面111c、第四表面111d以及弧形过渡面的面积之和。
S1的值越大，第一粘接构件3与第一电池11的粘接力也就越大；反之，S1的值越小，第一粘接构件3与第一电池11的粘接力也就越小。而S2的值越大，第一电池11的体积、重量也就越大，第一电池11所需的粘接力也就越大；反之，S2的值越小，第一电池11所需的粘接力也就越小。本发明实施例综合考虑S1的值和S2的值，当S1/S2的值大于6％，可以保证第一粘接构件3与第一电池11的连接强度。
电池模块1还包括多个沿水平方向依次排列的第二电池12，第二电池12和第一电池11沿竖直方向Z层叠设置，并且第二电池12位于第一电池11靠近第二表面112b的一侧。第二电池12与第一电池11为相同的电池。
电池模块1沿水平方向的尺寸大于电池模块1沿竖直方向Z的尺寸。本发明实施例可以减少电池在竖直方向Z上堆叠的层数，以减小电池模块1的最大膨胀力，避免电池被压坏。另外，受到车辆主体的底盘高度尺寸的限制，电池模块1优选在竖直方向Z具有较小的尺寸。
参照图1，电池包还包括第二粘接构件4，第二粘接构件4连接第二表面112b和第二电池12。第二粘接构件4设置在第二表面112b和第二电池12之间，并将第一电池11和第二电池12粘接在一起。第二粘接构件4可为粘接胶。
第二表面112b的面积为D，第二粘接构件4的弹性模量为E。在本发明实施例中，第二表面112b的面积D与第一表面112a的面积A大体相同。第二粘接构件4和第一粘接构件3可采用相同的粘接胶，第二粘接构件4的弹性模量E与第一粘接构件3的弹性模量B大体相同。优选地，0.02cm 2/MPa≤D/E≤9cm 2/MPa。
参照图1和图5，电池包还包括第三粘接构件5，第三粘接构件5粘接相 邻两个第一电池11的第三表面112c。第三粘接构件5和第三表面112c的连接面积为S3，第三表面112c的面积为S4，S3/S4的值为0.25-0.8。如果S3/S4的值小于0.25，第三粘接构件5和第三表面112c之间的连接强度较差；在满足连接强度的前提下，可以减小S3的值，节省粘接胶，因此，S3/S4的值优选小于0.8。
下面结合实施例，对本发明作更具体的描述。
实施例1可按照下述步骤制备：
(i)将正极活性物质NCM523、导电剂乙炔黑、粘结剂PVDF按质量比96:2:2进行混合，加入溶剂NMP，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得正极浆料；将正极浆料均匀涂覆在铝箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，然后经过冷压、分切、裁片得到第一极片111a。
(ii)将负极活性物质石墨或石墨与其它活性物质按不同质量比得到的混合物、导电剂乙炔黑、增稠剂CMC、粘结剂SBR按质量比96.4:1:1.2:1.4进行混合，加入溶剂去离子水，在真空搅拌机作用下搅拌至体系呈均一状，获得负极浆料；将负极浆料均匀涂覆在铜箔上，室温晾干后转移至烘箱继续干燥，然后经过冷压、分切、裁片得到第二极片111b。
(iii)将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)按照按体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干燥的锂盐LiPF 6溶解于混合后的有机溶剂中，配制成浓度为1mol/L的电解液。
(iv)以聚乙烯膜作为隔膜。
(v)将第一极片111a、隔膜111c及第二极片111b层叠在一起并卷绕为多圈，卷绕后再压平为扁平状，以制备出电极组件111。电极组件111具有两个扁平面111d。
(vi)将电极组件111和顶盖组件113连接，然后将电极组件111放入壳体112内，再将顶盖组件113的顶盖板113a焊接于壳体112，最后经过注液、静置、化成、整形等工序，获得电池。其中，壳体112的平行于电极组件111的扁平面111d的第一表面111a的面积A为300cm 2。
(vii)在金属板8上涂布一层粘接胶，然后将壳体112的第一表面111a粘接到粘接胶上。
(viii)粘接胶固化后形成弹性模量B为100Mpa、厚度C为0.2cm的第一粘接构件3。
在此补充的时，可通过改变粘接胶在步骤(vii)中涂布的厚度来调整第一粘接构件3的厚度C，可通过调整粘接胶的组分来调整第一粘接构件3的弹性模量B。在步骤(viii)之后，可切除第一粘接构件3的一部分，并利用DMA-Q800检测仪检测第一粘接构件3的弹性模量B。电池在垂直于第一表面111a的方向上的厚度为5cm。
实施例2-35和对比例1-5采用同实施例1采用相同的制备方法，所不同的是第一表面111a的面积A、第一粘接构件3的弹性模量B和第一粘接构件3的厚度C，具体参数如表一所示。
下面针对实施例1-35和对比例1-5进行测试。
剪切强度测试：25℃下，对实施例1-35和对比例1-5中的电池以3库仑倍率充电、以1库仑倍率放电，进行2000个循环测试。循环测试完成后，将金属板8固定在剪切试验机的夹具6、将检测头7夹持电池，然后检测头7带动电池以5mm/min的速度沿平行于第一粘接构件3的方向移动，检测头7会自动生成拉力，并记录金属板8与电池分离时的拉力F。F/A的值为剪切强度。其中，当F/A的值大于2MPa时，满足电池对剪切强度的要求。剪切试验机可为美特斯(MTS)CMT5504微机控制电子万能试验机或美特斯(MTS)CMT4104-BZ微机控制电子万能试验机。
动力学性能测试：25℃下，对实施例1-35和对比例1-5中的电池以3库仑倍率充电、以1库仑倍率放电，进行2000个循环测试。循环测试完成后，拆解出电池中的第二极片111b，并观察第二极片的析锂情况。其中，第二极片111b的析锂区域的面积与第二极片111b的总面积之比小于5％则认为是轻微析锂，第二极片111b的析锂区域的面积与第二极片111b的总面积之比为5％-40％则认为是中度析锂，第二极片111b的析锂区域的面积与第二极片111b的总面积之比大于40％则认为是严重析锂。
为避免剪切强度测试和动力学性能测试彼此影响，各实施例为10组，5组进行剪切强度测试并计算平均值，5组进行动力学性能测试并计算平均值。
表1：实施例1-35和对比例1-5的参数及测试结果
Figure PCTCN2020083828-appb-000001
Figure PCTCN2020083828-appb-000002
Figure PCTCN2020083828-appb-000003
参照实施例1-35和对比例1-2，当A/B的值小于0.02cm 2/MPa时，壳体112会对电极组件111施加较大的反作用力偏大，电极组件111的电解液被挤出，导致部分区域浸润性降低，锂离子无法通过隔膜111c，导致第二极片111b大面积析锂。而当A/B大于等于0.02cm 2/MPa时，可以有效地减小电极组件111所承受的反作用力，并改善电极组件111的浸润性，降低第二极片111b析锂的面积。
参照实施例1-35和对比例3-5，当A/B的值大于9cm 2/MPa时，电池与金属板8之间的剪切强度小于2MPa，不满足电池对剪切强度的要求。在实际的电池包中，如果电池与箱体组件2之间的剪切强度小于2MPa，那么当电池包震动时，电池容易与箱体组件2分离。当A/B的值小于或等于9cm 2/MPa时，电池与金属板8之间的剪切强度大于2MPa，满足电池对剪切强度的要求。
根据实施例1-35和对比例1-5可知，当0.02cm 2/MPa≤A/B≤9cm 2/MPa时，可以同时保证电池的动力学性能和电池与箱体组件2之间的连接强度。
参照实施例1-10，当第一表面111a的面积A的值和第一粘接构件3的厚度C的值一定时，通过改变第一粘接构件3的弹性模量B，可以调整电池与金属板8之间的剪切强度。由实施例1-10可知，当面积A和厚度C一定时，B的值与剪切强度F/A的值大体成正比。
参照实施例5和实施例11-19，当第一粘接构件3的弹性模量B的值和第一粘接构件3的厚度C的值一定时，通过改变第一表面111a的面积A，可以调整电池与金属板8之间的剪切强度。由实施例5和实施例11-19可知，当弹性模量B和厚度C一定时，A的值与剪切强度F/A的值大体成反比。
参照实施例5和实施例26-30，当第一表面111a的面积A的值和第一粘接构件3的弹性模量B的值一定时，通过改变第一粘接构件3的厚度C，可以调整电池与金属板8之间的剪切强度。由实施例5和实施例26-30可知，当面积A和弹性模量B一定时，C的值与剪切强度F/A的值大体成正比。
参照对比例4-5，当A/B的值大于9时，电池与金属板8之间的剪切强度不足。不过依据对比例4-5可知，通过增大C的值，也可以增大电池与金属板8之间的剪切强度。

Claims (14)

  1. 一种电池包，其特征在于，包括电池模块(1)、箱体组件(2)以及第一粘接构件(3)；
    箱体组件(2)具有容置腔，电池模块(1)位于箱体组件(2)的容置腔；
    电池模块(1)包括多个沿水平方向依次排列的第一电池(11)，第一电池(11)包括电极组件(111)和壳体(112)；电极组件(111)收容于壳体(112)内，电极组件(111)包括第一极片(111a)、第二极片(111b)和设置于第一极片(111a)和第二极片(111b)之间的隔膜(111c)；
    电极组件(111)为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件(111)包括两个扁平面(111d)，两个扁平面(111d)沿竖直方向(Z)相互面对；或者，电极组件(111)为叠片式结构，且第一极片(111a)、隔膜(111c)和第二极片(111b)沿竖直方向(Z)层叠；
    箱体组件(2)具有连接部，连接部位于电池模块(1)沿竖直方向(Z)的一侧；
    壳体(112)的外表面包括第一表面(112a)，第一表面(112a)通过第一粘接构件(3)与连接部相连接；
    第一表面(112a)的面积A和第一粘接构件(3)的弹性模量B满足关系式：
    0.02cm 2/MPa≤A/B≤9cm 2/MPa。
  2. 根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，第一表面(112a)的面积A和第一粘接构件(3)的弹性模量B满足关系式：
    0.06cm 2/MPa≤A/B≤4cm 2/MPa。
  3. 根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，第一表面(112a)的面积A为50cm 2-600cm 2，第一粘接构件(3)的弹性模量B为150MPa-800MPa。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的电池包，其特征在于，第一粘接构件(3)的弹性模量B和第一粘接构件(3)的厚度C满足关系式：
    2MPa·cm≤B·C≤500MPa·cm。
  5. 根据权利要求4所述的电池包，其特征在于，第一粘接构件(3)的厚度C为0.05cm-0.5cm。
  6. 根据权利要求1或5所述的电池包，其特征在于，第一粘接构件(3) 为粘接胶，且所述粘接胶选自环氧树脂、聚氨脂以及丙烯酸树脂中的一种或几种。
  7. 根据权利要求6所述的电池包，其特征在于，第一粘接构件(3)与第一表面(112a)的接触面积为S1，壳体(112)的外表面的总面积为S2，S1/S2的值大于6％。
  8. 根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，电池模块(1)沿水平方向的尺寸大于电池模块(1)沿竖直方向(Z)的尺寸。
  9. 根据权利要求1-8任一项所述的电池包，其特征在于，
    壳体(112)的外表面包括第二表面(112b)和两个第三表面(112c)，第一表面(112a)和第二表面(112b)沿竖直方向(Z)相互面对，两个第三表面(112c)沿水平方向相互面对；
    第一表面(112a)的面积、第二表面(112b)的面积均大于第三表面(112c)的面积。
  10. 根据权利要求9所述的电池包，其特征在于，
    电池模块(1)包括多个沿水平方向依次排列的第二电池(12)，第二电池(12)和第一电池(11)沿竖直方向(Z)层叠设置，并且第二电池(12)位于第一电池(11)靠近第二表面(112b)的一侧；
    所述电池包还包括第二粘接构件(4)，第二粘接构件(4)连接第二表面(112b)和第二电池(12)。
  11. 根据权利要求9所述的电池包，其特征在于，壳体(112)包括绝缘层和基体，所述绝缘层位于基体的外侧并且与第一粘接构件(3)接触。
  12. 根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，
    所述箱体组件(2)包括上箱盖(21)和下箱体(22)，上箱盖(21)与下箱体(22)固定连接；
    连接部为下箱体(22)的底壁，第一粘接构件(3)设置于下箱体(22)的底壁，并且第一表面(112a)通过第一粘接构件(3)与下箱体(22)的底壁相连接；或，
    连接部为上箱盖(21)的顶壁，第一粘接构件(3)设置于上箱盖(21)的顶壁，并且第一表面(112a)通过第一粘接构件(3)与上箱盖(21)的顶壁相连接。
  13. 根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，
    所述箱体组件(2)包括上箱盖(21)、下箱体(22)和固定板(23)，上箱盖(21)与下箱体(22)固定连接，连接部为固定板(23)；
    固定板(23)位于电池模块(1)沿竖直方向(Z)的上侧，并且与上箱盖(21)固定连接，第一粘接构件(3)设置于固定板(23)，并且第一表面(112a)通过第一粘接构件(3)与固定板(23)相连接；或，
    固定板(23)位于电池模块(1)沿竖直方向(Z)的下侧，并且与下箱体(22)固定连接，第一粘接构件(3)设置于固定板(23)，并且第一表面(112a)通过第一粘接构件(3)与固定板(23)相连接。
  14. 一种车辆，其特征在于，包括：车辆主体以及如权利要求1～13中任一项所述的电池包；
    电池包位于车辆主体。
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