CN104183798B - 电池单体及电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池单体，包括封装结构体、电芯及极耳，所述封装结构体罩于所述电芯外部，直接封装所述电芯，所述极耳与所述电芯连接，并部分暴露于所述封装结构体外部，所述封装结构体包括上壳体与下壳体，所述上壳体及所述下壳体相互结合形成一密闭空间用于容纳所述电芯，所述上壳体的材料为软性材料，所述下壳体的材料为刚性材料，所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片层叠组成。本发明还涉及一种电池组，包括多个电池单体，所述多个电池单体相互叠加设置。

Description

电池单体及电池组

技术领域

本发明涉及一种电池单体及电池组。

背景技术

电池的安全性是影响环保电动汽车普及的最大瓶颈，动力电池组通常是由多个电池单体串联或者串并联而成。电池单体按照壳体的不同，有铝壳/钢壳电池和软包装电池两种。不论是铝壳/钢壳电池还是软包装电池，其内部电芯是由正极极片、隔膜、负极极片以层叠的结构形式组成，为使电池具有良好的性能，均需将电芯沿层叠方向压紧。

软包装电池单体通常用一层铝塑膜包装电芯，然后以抽真空的方式，利用包装结构内外的大气压差保证电芯的压紧。软包装电池具有设计灵活，安全性能好，可塑性较强等优点。然而，铝塑膜材质较软，使整个单体较软，形状不统一，使软包装电池在封装时难以稳固，并且边角很容易被刺破，降低了安全性。当前的铝壳/钢壳电池单体是在软包装电池的基础上，将软包装电池密封在一个钢性结构中，并向密封的钢性结构内充入氮气等气体，以取得使电芯压紧的效果。铝壳/钢壳电池具有强度好，外部组装简便的优点，但其可塑性不及软包装电池，当内部产生大量气体时，因外壳刚性较强不能排放内部气体，容易引起***等安全事故。

此外，现有软包装电池单体及铝壳/钢壳电池单体中，电芯外部均包覆一层铝塑膜，由于铝塑膜的导热系数的较低，对处于高倍率充放情况下的电池单体散热非常不利，容易引起安全隐患。同时，现有软包装电池单体及铝壳/钢壳电池单体都无法同时兼顾具有固定外形尺寸、散热好、防爆的特点。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供具有固定外形尺寸、能有效散热且防爆的电池单体及电池组。

一种电池单体，包括封装结构体、电芯及极耳，所述封装结构体罩于所述电芯外部，直接封装所述电芯，所述极耳与所述电芯连接，并部分暴露于所述封装结构体外部，所述封装结构体包括上壳体与下壳体，所述上壳体及所述下壳体相互结合形成一密闭空间用于容纳所述电芯，所述上壳体的材料为软性材料，所述下壳体的材料为刚性材料，所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片层叠组成。

一种电池组，包括多个所述电池单体，所述多个电池单体相互叠加设置。

相对于现有技术，本发明的电池单体具有以下有益效果：用封装结构体直接封装所述电芯，所述电芯的整体没有包覆铝塑膜，并且下壳体由刚性材料制成，热传导系数高，因此，电池工作中产生的热量可直接通过所述下壳体迅速传导至外部，有利于高倍率充放情况下的电池散热，提高电池的安全性。同时，上壳体由软性材料制成，当电池内部压力增加到一定程度时，会在薄弱的地方漏液，自行减压，提高电池单体的防爆性能。另外，下壳体采用刚性材料制造，具有较强的强度，有利于提高整个电池单体的支撑力，以及形成比较固定的形状便于安装。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的电池单体的示意图。

图2是本发明第一实施方式的电池单体沿II-II线的剖面图。

图3是本发明第一实施方式的电池单体的结构分解图。

图4是本发明第一实施方式的电池组的立体图。

图5是本发明第一实施方式的电池组的后视图。

图6是本发明第二实施方式的电池组的左视图。

图7是本发明第二实施方式的电池单体的示意图。

图8是本发明第二实施方式的电池单体沿VIII-VIII线的剖面图。

图9是本发明第二实施方式的电池单体的结构分解图。

图10是本发明第二实施方式的电池组的立体图。

图11是本发明第二实施方式的电池组的后视图。

图12是本发明第二实施方式的电池组的左视图。

图13是本发明第三实施方式的电池单体的示意图。

图14是本发明第三实施方式的电池单体沿XIV-XIV线的剖面图。

图15是本发明第三实施方式的电池单体的结构分解图。

图16是本发明第三实施方式的电池组的立体图。

图17是本发明第三实施方式的电池组的沿XVII-XVII线的剖面图。

图18是本发明第三实施方式的电池组的左视图。

主要元件符号说明

电池单体	10，20，30
		封装结构体	11，21，31
电芯	12，22，32
		极耳	13，23，33
上壳体	14，24，34
		第一主体	142，242，252，342，
第一侧板	144，244，254，344
		第二侧板	146，246，256，346
下壳体	15，25，35
		定位孔	16
第二主体	352
		侧边	354
第三侧板	3544
		第四侧板	3546
第五侧板	3548
		第一容纳空间	36
第二容纳空间	38

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的电池单体及电池组作进一步的详细说明。

请参阅图1至图3，本发明第一实施方式提供一种电池单体10，包括一封装结构体11、一电芯12及一极耳13。所述封装结构体11罩于所述电芯12外部，直接封装所述电芯12。所述极耳13与所述电芯12连接，并部分暴露在所述封装结构体11外部。

所述封装结构体11包括一上壳体14及一下壳体15。所述上壳体14及所述下壳体15相互结合形成一密闭空间用于容纳所述电芯12。所述上壳体14的材料为软性材料，所述下壳体15的材料为刚性材料。

所述上壳体14在远离所述下壳体15的方向上具有一凸起空间，所述空间的边缘具有向外延伸的侧边，所述侧边可固定于所述下壳体15上。所述上壳体14的空间可以容纳至少部分所述电芯12，所述空间的大小形状可以根据实际需要制定。只要能够确保所述电芯12能够被固定于所述上壳体14及所述下壳体15相互结合形成的密闭空间内，所述侧边的数量及所述侧边的形状不限。

请参阅图2，所述上壳体14为类似帽子形结构体，所述上壳体14的周边弯折成“Z”型台阶结构，使上壳体14具有一凹陷结构。具体地，该上壳体14包括矩形板状的第一主体142、四个分别从该第一主体142的四条边弯折延伸的第一侧板144，以及四个分别从第一侧板144的四条边向外弯折延伸的第二侧板146。所述第一主体142、与第一侧板144和第二侧板146可一体成型，且在该第一主体142的四条边形成“Z”型台阶结构。所述第一侧板144垂直于所述第一主体142，所述第二侧板146平行于所述第一主体142。四个所述第一侧板144相互连接，并同时与所述第一主体142连接，形成一凹陷结构，用于承载所述电芯12。四个所述第二侧板146相互连接，并同时与对应的四个所述第一侧板144相互连接，该四个第二侧板146相对于所述第一主体142向外延伸，使所述上壳体14成为帽子形结构。其中，为了实现所述电芯12整体能够被所述封装结构体11封装，所述第一侧板144在垂直于所述第一主体142方向上的长度大于或等于所述电芯12的厚度。

所述上壳体14的材料为软性材料，例如，铝塑膜。本实施例中，所述上壳体14的材料为铝塑膜。优选地，所述上壳体14的厚度为0.3mm～1mm。

所述下壳体15为一平面结构体，与所述上壳体14配合，形成一密闭空间用于承载所述电芯12。优选地，所述下壳体15为一矩形板状的平面结构体。所述下壳体15的面积大于上壳体14的面积。即，所述下壳体15的矩形板状的边缘不被所述上壳体14的所述第二侧板146的边缘所覆盖。所述下壳体15不被所述上壳体14的所述第二侧板146所覆盖的部分可以设置定位孔16，方便多个电池单体10叠加成电池组时进行固定。

所述下壳体15的材料为刚性材料，例如，为不锈钢、铝或镁铝合金。本实施例中，所述下壳体15的材料为铝。优选地，所述下壳体15的厚度为0.3mm～1mm。

进一步，优选地，所述下壳体15的内表面具有绝缘性能。所述下壳体15的内表面是指所述下壳体15靠近所述电芯12的表面。例如，当所述下壳体15的材料为铝材质时，可经阳极氧化获得绝缘性；另外，还可在所述下壳体15的内表面涂覆导热性较好的绝缘材料来获得绝缘性，如可涂覆绝缘材料或PP（聚丙烯)获得绝缘性。

所述电芯12由正极极片、隔膜、负极极片层叠组成。所述封装结构体11罩于所述电芯12外部，直接封装所述电芯12。所述直接封装所述电芯12是指，所述电芯12外部仅由所述封装结构体11封装，即直接被所述上壳体14及所述下壳体15所包覆，不再被其他材料包覆。更为具体地，指所述电芯12极片与所述封装结构体11之间没有其他封装材料，或所述电芯12极片与所述封装结构体11的内表面接触设置。所述电芯12中，所述正极极片、隔膜及负极极片的材料及制造方法可与现有技术相同。

所述极耳13设置在所述电芯12厚度方向上相对的两个表面上的任意一表面，其延伸方向平行于所述电芯12表面。具体地，所述极耳13与所述电芯12的厚度方向上相对的两个表面上的任意一表面共面设置。当所述封装结构体11将所述电芯12封装时，优选地，所述极耳13靠近所述下壳体15设置。所述极耳13的材料可为铝箔或镀镍铜箔，所述极耳13的厚度可根据实际需要进行选择，本实施方式中所述极耳13的厚度为0.2mm。

所述电池单体10使用时，所述上壳体14与平板类刚性面接触。当多个所述电池单体10叠加成电池组时，所述上壳体14与相邻的所述电池单体10的所述下壳体15相接触。所述下壳体15主要用于所述电池单体10与其它***固定框架的连接。当多个所述电池单体10叠加成电池组时，所述下壳体15主要用于多个所述电池单体10相互间位置的固定。

电池单体10的组装方法具体为：将所述软性材料冲压成所述上壳体14，将所述刚性材料冲压成所述下壳体15的形状，将设置有所述极耳13的所述电芯12放置在所述下壳体15上，然后通过热塑的方式使所述上壳体14及所述下壳体15结合在一起，形成所述封装结构体11，并使所述电芯12封装在所述封装结构体11内部，部分所述极耳13暴露于所述封装结构体11外部用于连接外电路。具体地，在上下壳体封装时，在封口处用极耳胶包裹极耳13做绝缘处理后进行热封，依靠上壳体14的微小形变实现封塑，使部分所述极耳13暴露于所述封装结构体11外部用于连接外电路。

本发明提供的电池单体10具有以下有益效果：用封装结构体11直接封装所述电芯12，所述电芯12的整体没有包覆铝塑膜，并且下壳体15由刚性材料制成，热传导系数高，因此，电池工作中产生的热量可直接通过所述下壳体15迅速传导至外部，有利于高倍率充放情况下的电池散热，提高电池的安全性。同时，上壳体14由软性材料制成，当电池内部压力增加到一定程度时，会在薄弱的地方漏液，自行减压，提高电池单体10的防爆性能。另外，下壳体15采用刚性材料制造，具有较强的强度，有利于提高整个电池单体10的支撑力，以及形成比较固定的形状便于安装。

另外，请参阅图4至图6，本发明第一实施方式还提供一种电池组100。所述电池组100包括层叠设置的多个电池单体10。具体地，层叠设置的多个所述电池单体10时，一电池单体10的所述上壳体14与相邻的电池单体10的所述下壳体15接触设置。该多个所述电池单体10通过定位孔16固定形成一整体结构。具体地，可使用螺栓等连接紧固元件，通过定位孔16将所述电池组100压紧。

在所述电池组100夹紧力的作用下，所述上壳体14为软性材料会发生形变，并将压紧力传递至电芯12，同时，所述下壳体15与所述电芯12对应的区域将发生轻微形变，在多个所述电池单体10叠加的方向上产生位移，将所述电池单体10内部的所述电芯12压紧，保证电池内正负极片及隔膜处于良好的接触状态，利于锂离子穿越隔膜、在正负极材料进行嵌入与脱嵌运动，保障电池高效率工作。因所述封装结构体11内部四周有有绝缘层保护，不会导致封装结构体11内壁破损，因此，所述上壳体14及所述下壳体15与所述电芯12对应的区域将发生轻微形变时不会破坏所述电芯12。

另外，请参阅图5及图6，所述电池组100中，所述下壳体15不被所述电芯12覆盖的部分可形成散热鳍片，下壳体15能将电池单体10中所述电芯12产生的热量传向四个侧边的鳍片，通过鳞片将热量导出电池组100，对电池的散热有积极作用。通过在所述定位孔16安装连接紧固元件，可方便的将所述电池组100压紧，增加电池组的传热能力，改善所述电池组100的热均衡性能。

请参阅图7至图9，本发明第二实施方式提供一种电池单体20，包括一封装结构体21、一电芯22及一极耳23。所述封装结构体21罩于所述电芯22外部，直接封装所述电芯22。所述极耳23与所述电芯22连接，并部分暴露在所述封装结构体21外部。

所述封装结构体21包括一上壳体24及一下壳体25。所述上壳体24及所述下壳体25相互结合形成一密闭空间用于容纳所述电芯22。所述上壳体24的材料为软性材料，所述下壳体25的材料为刚性材料。

本实施例中的所述电池单体20中，所述电芯22、所述极耳23及所述上壳体24的结构以及材料分别与第一实施方式中所述电池单体10中，所述电芯12、所述极耳13及所述上壳体14的结构以及材料相同。与第一实施方式中所述电池单体10不同之处在于：所述下壳体25与所述上壳体24的结构相同但材料不同，即，本实施例中的所述下壳体25及所述上壳体24的结构均与第一实施例中的所述上壳体14的结构相同；所述极耳23设置在所述电芯22厚度方向所在的平面上。

具体地，所述上壳体24包括矩形板状的第一主体242、四个分别从该矩形板的四条边延伸的第一侧板244，以及四个分别从第一侧板244的四条边延伸的第二侧板246。下壳体25包括矩形板状的第一主体252、四个分别从该矩形板的四条边延伸的第一侧板254，以及四个分别从第一侧板254的四条边延伸的第二侧板256。通过胶接、焊接或金属翻边包裹的方式使所述上壳体24的所述第二侧板246及所述下壳体25的所述第二侧板256结合在一起，形成所述封装结构体21，密封所述电芯22。另外，为了实现所述电芯22整体能够被所述封装结构体21封装，所述第一侧板244在垂直于所述第一主体242方向上的长度及所述第一侧板254在垂直于所述第一主体252方向上的长度和，大于或等于所述电芯22的厚度。

所述上壳体24与所述下壳体25结构相同且对称。为了更好的封装所述电芯22使所述电芯22不受破坏，且充分利用所述封装结构体21的空间，优选地，所述极耳23设置在所述电芯22厚度方向上的平面的中心。

本发明提供的所述电池单体20具有以下有益效果：用封装结构体21直接封装所述电芯22，所述电芯22的整体没有包覆铝塑膜，并且下壳体15由刚性材料制成，热传导系数高，因此，电池工作中产生的热量可直接通过所述下壳体25迅速传导至外部，有利于高倍率充放情况下的电池散热，提高电池的安全性。同时，上壳体24由软性材料制成，当电池内部压力增加到一定程度时，会在薄弱的地方漏液，自行减压，提高电池单体20的防爆性能。另外，下壳体25采用刚性材料制造，具有较强的强度，有利于提高整个电池单体20的支撑力，以及形成比较固定的形状便于安装。并且，所述上壳体24与所述下壳体25具有相同的形状，制造方法简单；所述上壳体24与所述下壳体25同为帽子形结构，在有效保护所述电池单体20的边角，防止所述电池单体20被刮伤损坏的同时，也可保证所述极耳23处在所述电池单体20的中心平面，可以适应特殊要求的安装。

另外，请参阅图10至图12，本发明第二实施方式还提供一种电池组200。所述电池组200包括层叠设置的多个所述电池单体20。具体地，层叠设置的多个所述电池单体20时，一电池单体20的所述上壳体24与相邻的电池单体20的所述下壳体25接触设置。多个所述电池单体20可通过粘结剂层叠结合，形成一整体结构。

所述电池组200中，刚性材料形成的下壳体25能够将电池组内部的热量快速导出；所述下壳体25的第二侧板256与所述上壳体24的第二侧板246重叠的部分形成散热鳍片，对所述电池组200的所述电池单体20间的热量传导有积极作用，能够增加电池组的内部传热能力，改善电池组的热均衡性能。

请参阅图13至图15，本发明第三实施方式提供一种电池单体30，包括一封装结构体31、一电芯32及一极耳33。所述封装结构体31罩于所述电芯32外部，直接封装所述电芯32。所述极耳33与所述电芯32连接，并部分暴露在所述封装结构体31外部。

所述封装结构体31包括一上壳体34及一下壳体35。所述上壳体34及所述下壳体35相互结合形成一密闭空间用于容纳所述电芯32。所述上壳体34的材料为软性材料，所述下壳体35的材料为刚性材料。所述上壳体34包括矩形板状的第一主体342、四个分别从该矩形板的四条边延伸的第一侧板344，以及四个分别从第一侧板344的四条边延伸的第二侧板346。

本实施例中的所述电池单体30中，所述电芯32、所述极耳33及所述上壳体34的结构以及材料与第一实施方式中所述电池单体10中，所述电芯12、所述极耳13及所述上壳体14的结构以及材料均相同。与第一实施方式中所述电池单体10不同之处在于：本实施例中所述下壳体35的结构与第一实施方式中的所述下壳体15的结构不同，且所述下壳体35与所述上壳体34的具体结合方式与第一实施方式中所述下壳体15与所述上壳体14的具体结合方式不同。

具体地，所述下壳体35包括矩形板状的第二主体352及三个分别从该矩形板的三条边延伸的台阶状的侧边354。所述三个侧边354可以相互连接。更为具体地，所述侧边354可以具有与所述第二主体352连接的第三侧板3544、远离该述所述第二主体352的第五侧板3548，以及所述将第三侧板3544与所述第五侧板3548连接的第四侧板3546，以共同形成该台阶状所述侧边354。所述第三侧板3544与所述第五侧板3548可以垂直于所述第二主体352，所述第四侧板3546可以平行于所述第二主体352。所述第三侧板3544在垂直于所述第二主体352方向上的长度小于或等于所述电芯32的厚度，利于多个电池单体30层叠时，相邻的两个所述下壳体35相互贴合固定。

请参阅图14，所述下壳体35与所述上壳体34的具体结合方式为：所述第二侧板346与所述第二主体352接触设置，使所述第一主体342、所述第一侧板344及所述第二主体352共同围成一密闭空间，用于封装所述电芯32；所述第一侧板344与所述侧边354间隔设置。

进一步，请参阅图17，所述第二主体352与多个所述第一侧板3554共同定义一第一容纳空间36，多个所述侧边354在所述第一容纳空间36远离所述第二主体352的一侧进一步定义一第二容纳空间38，所述第二容纳空间38与所述第二主体352相配合，能够在多个所述下壳体35相互叠加时容纳另一相同的所述下壳体35的所述第二主体352。所述第一容纳空间36用于容纳所述电芯32及所述上壳体34，所述第二容纳空间38用于部分容纳并配合另一相同的所述下壳体35，主要是容纳另一电池单体30的所述第二主体352及所述第三侧板3544。所述侧边354在垂直于所述第二主体352方向上的长度大于所述电芯32及所述上壳体34的厚度和，从而使所述下壳体35可以罩于所述电芯32及所述上壳体34外，并进一步使所述第二容纳空间38能够容纳相邻的所述下壳体35的部分所述侧边354外。所述侧边354的形状可以使中间间隔有所述电芯32及所述上壳体34的两个相邻的所述下壳体35沿相同方向叠加时仍能相互抵靠。具体地，所述下壳体35的所述侧边354的内侧与相邻的另一所述下壳体35的所述侧边354的外侧相抵靠。

本发明提供的所述电池单体30具有以下有益效果：用封装结构体31直接封装所述电芯32，所述电芯32的整体没有包覆铝塑膜，并且下壳体35由刚性材料制成，热传导系数高，因此，电池工作中产生的热量可直接通过所述下壳体35迅速传导至外部，有利于高倍率充放情况下的电池散热，提高电池的安全性。同时，上壳体34由软性材料制成，当电池内部压力增加到一定程度时，会在薄弱的地方漏液，自行减压，提高电池单体30的防爆性能。另外，下壳体35采用刚性材料制造，具有较强的强度，有利于提高整个电池单体30的支撑力，以及形成比较固定的形状便于安装。同时，因所述上壳体34与所述下壳体35具有相配合的侧板，所述上壳体34与所述下壳体35结合形成封装结构体31可直接进行卡固，不需通过热塑方式或粘结剂粘合，简化了工序。

另外，请参阅图16至图18，本发明第三实施方式还提供一种电池组300。所述电池组300包括层叠设置的多个所述电池单体30。该多个电池单体30可通过粘结剂层叠结合，形成一整体结构。

所述电池组300的多个所述下壳体35沿相同方向进行叠加，使多个所述电池单体30相互叠加设置。定义多个所述电池单体30叠加的方向为X。当多个所述电池单体30叠加时，在X方向上，该多个相互叠加的所述下壳体35相对位置固定，从而对所述第一容纳空间36中的所述电芯32及所述上壳体34进行固定。即，相邻的两个所述第二主体352之间间隔有一所述电芯32及所述上壳体34，在该X方向，所述第一主体342与相邻的电池单体30的所述第二主体352相接触并贴合。

在所述电池组300夹紧力的作用下，所述上壳体34为软性材料会发生形变，并将压紧力传递至电芯12，同时，所述下壳体35与所述电芯12对应的区域将发生轻微形变，在多个所述电池单体30叠加的方向上产生位移，将所述电池单体30内部的所述电芯32压紧，保证电池内正负极片及隔膜处于良好的接触状态，利于锂离子穿越隔膜、在正负极材料进行嵌入与脱嵌运动，保障电池高效率工作。因封装结构体内部四周有有绝缘层保护，不会导致封装结构体11内壁破损，因此，所述上壳体34及所述下壳体35与所述电芯32对应的区域将发生轻微形变时不会破坏所述电芯32。

另外，所述上壳体34与所述下壳体35具有相配合的侧板，能够形成外形尺寸统一的所述电池组300，可方便的对所述电池组300进行固定和压紧，刚性材料制成的所述下壳体35能将所述电池组300内部的热量快速导出；相互重叠的下壳体35的侧边有利于所述电池组300内各个所述电池单体30间的热量传导，增加所述电池组300内部的传热能力，改善所述电池组300的热均衡性能。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种电池单体，包括封装结构体、电芯及极耳，其特征在于，所述封装结构体罩于所述电芯外部，直接封装所述电芯，所述极耳与所述电芯连接，并部分暴露于所述封装结构体外部，所述封装结构体包括上壳体与下壳体，所述上壳体及所述下壳体相互结合形成一密闭空间用于容纳所述电芯，所述上壳体的材料为软性材料，所述下壳体的材料为刚性材料，所述电芯由正极极片、隔膜、负极极片层叠组成，所述下壳体为一平面结构体，所述下壳体的边缘不被所述上壳体的边缘覆盖。

2.如权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述下壳体的材料为不锈钢、铝或镁铝合金，所述上壳体为铝塑膜。

3.如权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述上壳体及所述下壳体的内表面具有绝缘性能。

4.如权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述上壳体在远离所述下壳体的方向上具有一凸起空间，所述空间的边缘具有侧边，所述侧边固定于所述下壳体上。

5.如权利要求4所述的电池单体，其特征在于，所述上壳体包括矩形板状的第一主体、四个分别从所述第一主体的四条边延伸的第一侧板，以及四个分别从第一侧板的四条边延伸的第二侧板，所述第一侧板垂直于所述第一主体，四个所述第一侧板相互连接，并同时与所述第一主体连接，所述第二侧板平行于所述第一主体，四个所述第二侧板相互连接，并同时与对应的四个所述第一侧板相互连接，该四个第二侧板相对于所述第一主体向外延伸。

6.一种电池组，包括多个如权利要求1至5中任意一项所述的电池单体，多个所述电池单体相互叠加设置。