CN104681749A - 电池、电池组以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池、包括该电池的电池组以及使用该电池组的车辆。其中，所述电池包括电池单元（3）以及密封连接的第一电池壳（1）和第二电池壳（2），所述电池单元电绝缘地设置在所述第一电池壳和所述第二电池壳之间，并且所述第二电池壳由硬质导热材料制成，所述第一电池壳由硬度和导热系数均低于所述第二电池壳的材料制成。本发明使电池的第一电池壳通过硬度和导热系数均低于第二电池壳的材料形成，以增加电池的可塑性和安全性；并且由于第二电池壳由硬质导热材料形成，因而电池具有优越的散热性能，而且由于不需要额外设置安全阀或安装装置等，因而本发明在提高电池散热能力的同时有助于降低电池的制作成本。

Description

电池、电池组以及车辆

技术领域

本发明涉及供电技术领域，具体地，涉及一种电池、电池组以及包括该电池组的车辆。

背景技术

电池作为储能电源现已广泛应用于各个领域的各种设备中，尤其是移动设备和动力设备。为满足人们便捷而高效的生活需求，各种设备都必须在不断提升功率的同时减小整体尺寸和重量，为这些设备提供稳定电源的电池也随之呈现出大容量、小型化、轻量化的设计趋势。

通常，电池包括壳体、封装在壳体里的电池单元以及暴露在壳体外的电极/极耳。电池工作时，即电池充放电的过程中，伴随着大量的热产生，这些热量通过壳体传递至外部。目前，以包装形式划分，电池可分为软包装电池、铝壳、钢壳电池、塑壳电池等形式，其中，后三种都属于硬壳包装电池。

对于软包装电池来说，其优点是形状可塑性好。而且，当电池内部出现问题时，可以自动涨破软包装以释放压力，从而避免发生电池的***，具有较好的安全性。但是，其缺点是软包电池所采用的软包装膜为多层复合结构，从而导致导热性能较差，使得电池内部不能快速降温，影响了电池寿命。

硬壳包装电池中，铝壳电池和钢壳电池因为其外壳是利于导热的金属，因而具有较好的传热性。但为了保证安全性，需要在金属外壳上加装安全阀或者其它安全装置，进而增加了成本和加工复杂程度。而塑料壳电池，其成本明显低于金属壳电池低，但同样面临散热效果差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池，该电池的可塑性好、安全性高并且导热性能较优。

为了实现上述目的，本发明提供一种电池，该电池包括电池单元以及密封连接的第一电池壳和第二电池壳，所述电池单元电绝缘地设置在所述第一电池壳和所述第二电池壳之间，并且所述第二电池壳由硬质导热材料制成，所述第一壳体由硬度和导热系数均低于所述第二电池壳的材料制成。

本发明的另一目的是提供一种电池组，以提高电池组的安全性和导热性。

为了实现上述另一目的，本发明提供一种包括上电池的电池组。

优选地，所述电池组包括多个所述电池，该多个电池堆叠地布置，并且任意相邻两个所述电池之间设置有散热介质层。

本发明的又一目的是提供一种车辆，该车辆能够可靠地获得电动动力。

为了实现上述又一目的，本发明提供一种车辆，该车辆包括本发明上述的电池组，该电池组用于为车辆提供动力。

根据上述技术方案，本发明使电池的第一电池壳通过硬度和导热系数均低于第二电池壳的材料形成，以增加电池的可塑性及安全性，并且由于第二电池壳通过硬质导热材料形成，因而电池具有优越的散热性能。而且由于不需要额外设置安全阀或安装装置等，因而本发明在提高电池散热能力的同时有助于降低电池的制作成本。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明第一实施方式的电池的剖视图；

图2是根据本发明第二实施方式的电池的剖视图；

图3是根据本发明的第三实施方式的电池的剖视图；

图4是根据实施例和对比例在电池中第一电池壳侧的正极耳处的最大温升-循环次数关系曲线图；

图5是根据实施例和对比例在电池中第一电池壳侧的负极耳处的最大温升-循环次数关系曲线图；

图6是根据本发明的优选实施方式的电池组的剖视图。

附图标记说明

1第一电池壳          2第二电池壳

3电池单元            4电绝缘层

5散热介质层          6热熔胶

11第一主体部         12第一延伸部

12a第一注液延伸部    12b第一非注液延伸部

21第二主体部         22第二延伸部

22a第二注液延伸部    22b第二非注液延伸部

23加长延伸部

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指附图中的上、下、左、右，“内、外”是指相对于部件轮廓的内、外。

参见图1至图3，本发明一方面涉及一种电池，该电池包括电池单元3以及密封连接的第一电池壳1和第二电池壳2，所述电池单元3电绝缘地设置在所述第一电池壳1和所述第二电池壳2之间。也就是说，第一电池壳1和第二电池壳2通过使对应的边缘部分密封地连接，从而形成一个容纳空间，这样，电池单元3便可以容纳在该容纳空间内。电池单元3与第一电池壳1和第二电池壳2之间电绝缘可以通过多种方式实现，如第一电池壳1和/或第二电池壳2本身为绝缘材料，可以与电池单元3电绝缘；或者在第一电池壳1和/或第二电池壳2为非绝缘材料时，可以增设电绝缘层，该电绝缘层可以是设置在第一电池壳1和/或第二电池壳2与电池单元3之间独立的隔层，也可以是涂敷在第一电池壳1和/或第二电池壳2的内壁面上的绝缘材料等，还可以是电池单元3中所用的隔膜材料等，以实现第一电池壳1和第二电池壳2与电池单元3之间的绝缘。

电池单元3通常包括正电极和负电极以及隔膜，正电极与负电极将堆叠在一起，并在正电极与负电极之间放置隔膜。为向外提供电压，电池通常还包括有与所述正电极电连接的正极耳以及与负电极电连接的负极耳，正极耳和负电极分别设置在第一电池壳1和/或第二电池壳2上。此外，本发明中的电池单元3既可以是包括一组正电极和负电极的电池单元，也可以是包括通过电绝缘层并联的多组正电极和负电极的电池单元。关于电池单元3中更详细结构和工作原理等均是本本领域技术人员所公知的，此处不再赘述。

为充分发挥电池各种包装形式的优点，本发明使第二电池壳2通过硬质导热材料形成，以提高或保持电池的散热性能。并且使上述的第一电池壳1通过硬度和导热系数均低于第二电池壳2的材料制成，以增加电池外壳的可塑性，在电池单元3出现问题时可以首先涨破第一电池壳1，以释放压力而增加安全性。并且，其中，硬度和导热系数均低于第二电池壳2的材料可以是各种软包装材料，这些软包装材料例如可以是由高分子材料和铝箔形成的铝塑复合膜，但不限于该铝塑复合膜。在发明中，硬质导热材料是指任何习知的可用来包装电池的硬壳材料，例如铝、钢、铜、金属合金等。由此可见，本发明的电池外壳通过两种不同材料的制成，从而可以使整个电池同时兼顾可塑性好、安全性高以及导热性好等各个优点，而且由于不需要额外设置安全阀或安装装置等，因而本发明有助于降低电池的制作成本。

基于这些优点，上述电池可适用于各种类型的电池，如镍氢电池、锂离子电池等，尤其适用于锂离子电池。因为电池外壳的散热性能高，所以可以很好地提高锂离子电池的使用寿命和性能。

具体实施方式中，本发明的第一电池壳1包括第一主体部11和自该第一主体部11向外延伸出的第一延伸部12，该第一延伸部12是沿第一主体部11外周的一部分或整个外周的边缘部分。同时，第二电池壳2包括第二主体部21和自该第二主体部21向外延伸的第二延伸部22，该第二延伸部22是沿第二主体部11外周的一部分或整个外周延伸的边缘部分。此外，第一主体部11和第二主体部21相对应，第一延伸部12和第二延伸部22相对应。该结构下，第一主体部11和第二主体部21围成上述电池单元3的容纳空间，位置相对应的第一延伸部12与第二延伸部22密封连接，以将电池单元3完全封装。通常，上述第一壳体1的第一主体部11和第一延伸部12一体形成，第二壳体2的第二主体部21和第二延伸部22一体形成。第一壳体1和第二壳体2之间相应部位的密封连接（如第一延伸部12与第二延伸部22之间的密封连接）可以通过热压工艺实现，例如通过热熔胶6来形成密封。由于极耳胶的耐热性较好，即使在电池发热的情况下也能保持良好的密封性，因而优选采用极耳胶作为热熔胶6。此外，本发明以下描述中所涉及的密封连接也可以是通过热压工艺实现的密封连接，但不限于此。

上述结构中，第一壳体1的第一主体部11和第二壳体2的第二主体部21是指至少部分与电池单元3直接或间接接触的部分，第一壳体1的第一延伸部12和第二电池壳2的第二延伸部22是指不与电池单元3直接或间接接触且有利于实现密封连接的部分。在图1至图3的具体实施方式中，第一延伸部12和第二延伸部22均呈平直的片状结构，但其不限于该结构，凡是能够实现密封连接的形状均可以采用，如可以为弯曲的薄片状，具有凹凸配合的薄片状等等。

此外，在基于能够容纳电池单元3的构思下，第一主体部11和第二主体部21也可以表现为多种形状。例如，参见图1的第一实施方式，第一主体部11和第二主体部21均设置成带有侧壁的凹形结构；在图2的第二实施方式中，第一主体部11设置成带有侧壁的凹形结构，同时第二主体部21设置成平直的片状结构；在图3的第三实施方式中，第一主体部11设置成平直的片状结构，第二主体部21设置成带有侧壁的凹形结构。可以看出，这些实施方式均是根据电池单元3的厚度等各种实际需要而可以进行任意选择的，这样设置的另一个好处是有利于简化制作工艺。而且，第一主体部11和第二主体部21也不限于上述底面为平直表面的凹形结构，其还可以是底面带有弧度的“n”形结构等各种实施方式。尤其是对于起到主要散热作用的第二主体部21，其在底面和侧壁上可以是各种带有凹凸结构交错设置的薄片。此外，在一些结构中，还可以在第二壳体2上加工凹槽，以为冷却介质提供流动通道，或者可以将第二壳体2的表面加工成粗糙表面等，上述结构变型等均可以增加第二壳体2的散热面积，从而提高散热效率。

由于第二电池壳2通过硬质导热材料形成，其中在第二电池壳2进一步由金属材料（如铝、铜或其他合金等）形成的情况下，第二电池壳2与电池单元3之间需要设置电绝缘层4，以实现两者的电绝缘。电绝缘层4独立地设置在第二电池壳2与电池单元3之间，也可以涂敷在第二电池壳2的内壁面上，也可以在电池单元3的制作过程中由隔膜延长而形成，优选地，电绝缘层4应当尽可能地完全覆盖电池单元3的表面，以避免第二壳体2与电池单元3之间可能发生接触。如在图1和图3所示的实施方式中，第二壳体2的第二主体部21形成为带有侧壁的凹形结构，该凹形结构下，电绝缘层4的形状优选地与第二主体部21的形状相适应，即电绝缘层4可以延伸至第二主体部21的侧壁，以使第二主体部21的侧壁与电池单元3之间电绝缘。

在电池的制作过程中，更确切地说，在电池注入电解液后通过热压工艺进行密封的过程中，需要在第一壳体1的第一延伸部12、第二壳体2的第二延伸部22以及两者之间的热熔胶6上施加一定的压力和温度。由于第二壳体2的导热性好，故第二壳体2的第二延伸部22会将该热压工艺传递的热量传导到电池的内部，这将引起电池内电解液的挥发。

为避免上述热传导对电池内部的影响，本发明可以对上述第一壳体1的第一延伸部12或第二壳体2的第二延伸部22进行改进。例如，在一些实施方式中，在第二壳体2中的部分第二延伸部22上设置加长延伸部23，并使该加长延伸部23同时与第一延伸部12和第二延伸部22均密封连接。设置加长延伸部23后，第二壳体2便可以通过该加长延伸部23进行密封连接操作。其中，加长延伸部23可以是由导热系数低于第二注液延伸部22a的各种材料制成，例如由硬度和导热系数均低于第二电池壳2的材料制成，并且其可以是与第一壳体1相同或不同的材料。优选地，加长延伸部23由软包装材料形成，更为优选地，采用上述铝塑复合膜。

更具体地，根据电池加注电解液的位置，本发明可以将第一延伸部12和第二延伸部22加以区分。即，第一延伸部12可以分为第一注液延伸部12a（未标号）和第一非注液延伸部12b（未标号），第二延伸部22可以分为与上述第一注液延伸部12a和第一非注液延伸部12b分别相对应的第二注液延伸部22a和第二非注液延伸部22b，并且第二注液延伸部22a自第二主体部21延伸出的长度短于对应的第一注液延伸部12a。这样，使得上述加长延伸部23可以连接在第二注液延伸部22a上，更确切地说，加长延伸部23可以密封连接在第二注液延伸部22a的外表面上，并与第一注液延伸部12a的一部分相对应。在未密封连接之前，在第一注液延伸部12a与加长延伸部23和第二注液延伸部22a之间形成用于加注电解液的通道，完成加注电解液之后，加长延伸部23与第一注液延伸部12a的一部分的内表面可通过热压工艺等密封连接。

由于第一非注液延伸部12b与第二非注液延伸部22b无需进行加注电解液操作，因而这两者可以直接密封连接。可以理解，软包装材料导热性能较差，因而加长延伸部23采用软包装材料制成后可以防止施加在其上的热量传递至电池内部，同时加长延伸部23与第一注液延伸部12a之间还能形成很好地密封结构。此外，第一非注液延伸部12b的长度应当根据能够实现密封且成本最少而进行确定，第一注液延伸部12a则优选为大于第一非注液延伸部12b的长度，以适应加长延伸部23的长度，有利于通过热压工艺密封连接。

参见图1、图2和图3，加长延伸部23呈平直的片状结构，在长度方向上，其一部分与第二注液延伸部22a的外表面密封连接，另一部分用于与第一注液延伸部12a的内表面密封连接。并且在图1和图3的实施方式中，由于第二壳体2的第二主体部21带有侧壁，因而加长延伸部23还可以与所述侧壁连接，以增强加长延伸部23的连接面积，防止加长延伸部23脱落。其中，加长延伸部23可以通过多种方式连接在第二注液延伸部22a上，例如也可以通过热压工艺连接，但不限于该连接方式。同样，为防止发生热传导引起电解液挥发，在热压工艺连接的情况下，加长延伸部23优选为在第二壳体2的制造过程中与第二注液延伸部22a进行连接，或者是在电池加注电解液之前进行加长延伸部23与第二注液延伸部22a的连接。

优选地，参考图4和图5所显示的实验数据，可以更加清楚地显示使用本发明的结构后，电池所具有的散热性能。其中，实施例的数据均通过采用图1所示的电池外壳结构而测得，对比例的数据均通过使用普通软包装电池结构而测得，并且实施例和对比例中的电池单元均为锂离子电池单元。

在相同的实验条件（包括相同的环境温度、湿度以及相同的空冷条件等）下，对两个电池进行多个循环实验（具体为2C充电和2C放电的循环次数），并分别测量两个电池在第一电池壳侧的正极耳处和负极耳处的最大温度，根据测得的温度数据绘制图4和图5的最大温升-循环次数关系曲线图。其中，需要说明的是，与周围环境相比，上述实施例和对比例中所采用的均是容量较小的电池（如1.5Ah），因而电池的整体发热量也较小，使得平均温升的绝对数值也相对于较小。对于容量较大的电池，其工作是发热量也大，故应更有利于发挥本发明的优势。

根据图4和图5显示的实验结果可以看出，在电池中第一电池壳侧的正极耳处和负极耳处，本发明的电池的最大温升都明显低于普通软包装电池的平均温升。由此说明，本发明的电池相对于普通软包装电池具有更优的散热性能。

因此，基于以上所述的电池，本发明另一方面可以涉及一种电池组，该电池组包括本发明的一个或多个电池，此外，电池组中还可以包括软包装电池和/或硬壳体电池，这些电池可通过串联或并联的方式集成在一个电池组中。例如，堆叠时，可以在堆叠的上下两端分别为软包装电池和本发明的电池交错堆叠，在堆叠的中部为硬壳体电池与本发明的电池交错堆叠，用于优化整个电池组的效能和成本。

当采用多个本发明的电池组装成电池组时，该电池组具有与完全由硬壳体电池组成的电池组基本相当的散热性能，同时因本发明的电池中采用了软包装壳体而使电池及电池组的安全性大幅提高，并且因省去了全硬壳体电池所必需的安全阀等部件而使成本显著降低。

参见图6，电池组中，多个电池堆叠地布置在一起。为提高电池组的整体散热性能，可以在任意相邻的两个电池之间设置散热介质层5。一种优选的实施方式中，可以使相邻两个电池的第二电池壳2相邻布置，并且将散热介质层5设置在两个第二电池壳2之间，这样，所有第二电池壳2上的热量不仅能够通过自身而散发至电池外部，而且还能够借助散热介质层5进一步散发至电池外部，有利于增强整个电池组的散热性能。其中，散热介质层5可以为多种导热材料层，优选为散热多孔介质层，更优选为泡沫金属层，这样，在增加非常少的重量和体积的情况下，电池组可以获得更好的散热效果，但不限于泡沫金属层。此外，在一种实施方式中，多个电池堆叠地布置可以使相邻电池的第一电池1和第二电池壳2相邻布置，这种情况下，相邻的第一电池壳1和第二电池壳2之间可以设置所述散热介质层5，也可以不设置所述散热介质层5，此处不对此进行限定。

对于采用图2和图3所示电池的实施方式进行堆叠组成电池组时，与图6的区别是堆叠顺序不一样，即可使相邻电池的第一壳体和第二壳体交错堆叠。这种堆叠方式使电池组内的传热更加均匀，整体传热效果会更好，有利于提高电池组的性能。

此外，本发明还可以提供一种包括上述电池组的车辆，该电池组用于为车辆提供动力。由于本发明的电池组具有较佳的散热性和安全性，因而能够安全可靠地为车辆提供动力。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (11)

1.一种电池，其特征在于，该电池包括电池单元（3）以及密封连接的第一电池壳（1）和第二电池壳（2），所述电池单元（3）电绝缘地设置在所述第一电池壳（1）和所述第二电池壳（2）之间，并且，所述第二电池壳（2）由硬质导热材料制成，所述第一电池壳（1）由硬度和导热系数均低于所述第二电池壳（2）的材料制成。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第一电池壳（1）包括第一主体部（11）和自所述第一主体部（11）向外延伸的第一延伸部（12），所述第二电池壳包括分别与所述第一主体部（11）和所述第一延伸部（12）相对应的第二主体部（21）和第二延伸部（22），部分所述第二延伸部（22）上设有与所述第一延伸部（12）以及第二延伸部（22）均密封连接的加长延伸部（23）。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述第一延伸部（12）分为第一注液延伸部（12a）和第一非注液延伸部（12b），所述第二延伸部（22）分为分别与第一注液延伸部（12a）和第一非注液延伸部（12b）相对应的第二注液延伸部（22a）和第二非注液延伸部（22b），所述第二注液延伸部（22a）自所述第二主体部（21）延伸出来的长度短于对应的所述第一注液延伸部（12a）的长度，所述加长延伸部（23）分为两部分，其中一部分连接至所述第二注液延伸部（22a）的外表面，另一部分连接至所述第一注液延伸部（12a）的内表面。

4.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述第一非注液延伸部（12b）与所述第二非注液延伸部（22b）之间通过热熔胶密封连接。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池，其特征在于，所述第一电池壳体（1）和/或所述加长延伸部（23）由软包装材料制成，优选为铝塑复合膜，优选地，所述第二电池壳体（2）由金属材料制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电池，其特征在于，所述电池为锂离子电池。

7.一种电池组，其特征在于，该电池组包括根据权利要求1至6中任意一项所述的电池。

8.根据权利要求7所述的电池组，其特征在于，所述电池组包括多个所述电池，该多个电池堆叠布置，并且任意相邻两个所述电池之间设置有散热介质层（5）。

9.根据权利要求8所述的电池组，其特征在于，相邻两个所述电池的所述第二电池壳（2）相邻布置，所述散热介质层（5）设置在两个所述第二电池壳（2）之间。

10.根据权利要求8或9所述的电池组，其特征在于，所述散热介质层（5）为泡沫金属层。

11.一种车辆，其特征在于，该车辆包括根据权利要求7至10中任一项所述的电池组，该电池组用于为车辆提供动力。