锂离子电池和相应的锂离子电池模组

文档序号:832536 发布日期:2021-03-30 浏览:33次 >En<

阅读说明:本技术 锂离子电池和相应的锂离子电池模组 (Lithium ion battery and corresponding lithium ion battery module ) 是由 刘冠伟 胡晓玮 于 2020-12-11 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种锂离子电池,该锂离子电池至少包括:壳体;布置在所述壳体内部的电芯,在所述电芯中设置有集流体;分别与所述集流体连接的至少一个正极耳和至少一个负极耳;其中,所述锂离子电池还设置有至少一个另外的极耳,所述另外的极耳与所述集流体连接并且配置成用于导出和/或导入热量。本发明还涉及一种相应的锂离子电池模组。能够有效地提高导热率,避免温度过高或过低的问题。(The invention relates to a lithium ion battery, which at least comprises: a housing; a cell disposed inside the housing, a current collector disposed in the cell; at least one positive tab and at least one negative tab connected to the current collector, respectively; wherein the lithium ion battery is further provided with at least one further tab, which is connected with the current collector and is configured for conducting away and/or conducting in heat. The invention also relates to a corresponding lithium ion battery module. The heat conductivity can be effectively improved, and the problem of overhigh or overlow temperature is avoided.)

锂离子电池和相应的锂离子电池模组

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池。本发明还涉及一种相应的锂离子电池模组。

背景技术

锂离子电池由于其环保节能、高能量密度等优点已经越来越广泛地取代了传统能源,作为动力源被应用到汽车、消费电子等领域中。

但是锂离子电池对于温度非常敏感,只有在合适的温度范围内才能高效率地充放电并且保持良好性能。对于锂离子电池而言,理想的工作温度一般处于15℃至35℃的范围内。更高的温度使得锂离子电池老化速度以及热阻增大速度加快并且由此导致使用寿命变短,甚至引发电池热失控等问题;而更低的温度使得锂离子电池的电解液的电导率降低、离子活性下降并且电池容量减小。

为了避免上述问题并且使锂离子电池处于稳定的温度范围中,在现有技术中通常利用加热片或者散热片与锂离子电池的壳体或铝塑膜大面积接触以进行热量交换。然而,这种措施不仅明显增大锂离子电池的厚度,而且由于沿厚度方向的低导热率不能实现所期望的温度控制效果。此外,也存在利用正负极耳进行热传导的技术方案,但这增大了正负极耳的设计难度并且可能会对正负极耳的导电性能产生不利影响。

发明内容

因此,本发明的目的在于提出一种改进的锂离子电池,所述锂离子电池能够有效地提高导热率,避免温度过高或过低的问题,由此始终能够在理想的温度范围内工作。此外,所述锂离子电池能够在不影响正负极耳的情况下简单地并且成本有利地制造。本发明的目的还在于提出一种相应的锂离子电池模组。

根据本发明的第一方面,提供一种锂离子电池,该锂离子电池至少包括:

-壳体;

-布置在所述壳体内部的电芯,在所述电芯中设置有集流体;

-分别与所述集流体连接的至少一个正极耳和至少一个负极耳;

其中,所述锂离子电池还设置有至少一个另外的极耳,所述另外的极耳与所述集流体连接并且配置成用于导出和/或导入热量。

相比于现有技术,根据本发明的锂离子电池借助于与集流体直接连接的至少一个另外的极耳将锂离子电池内部的热量沿集流体延伸方向从电池中导出或者将热量沿集流体延伸方向导入到电池中。在此,由于锂离子电池的集流体沿集流体延伸方向的连续性和高导热率,能够有效地提高锂离子电池的热交换能力并且避免出现温度过高或过低的情况。此外,所述至少一个另外的极耳的设置不影响锂离子电池的其它部件、例如正负极耳。因此,根据本发明的锂离子电池能够简单地并且成本有利地制造。

根据本发明的示例性实施方式,所述另外的极耳与加热装置和/或冷却装置以导热方式连接。

根据本发明的示例性实施方式,所述另外的极耳与所述正极耳和/或所述负极耳位于所述锂离子电池的相同侧上,或者,所述另外的极耳与所述正极耳和/或所述负极耳位于所述锂离子电池的不同侧上。

根据本发明的示例性实施方式,所述另外的极耳由与所述正极耳和/或所述负极耳的材料相同的材料制成;和/或,所述正极耳由铝制成;和/或,所述负极耳由镍或者铜镀镍制成。

根据本发明的示例性实施方式,所述另外的极耳以焊接或者铆接的方式与所述集流体连接。

根据本发明的示例性实施方式,所述另外的极耳具有密封胶片,所述密封胶片在所述锂离子电池封装时与所述壳体密封粘合。

根据本发明的示例性实施方式,所述集流体包括与所述正极耳连接的正极集流体和与所述负极耳连接的负极集流体,在所述正极集流体上敷设有正极活性材料层,在所述负极集流体上敷设有负极活性材料层,其中,所述正极集流体构造为铝箔,和/或,所述负极集流体构造为铜箔。

根据本发明的示例性实施方式,所述锂离子电池构造为软包锂离子电池;和/或,所述壳体构造为铝塑膜。

本发明的第二方面提出一种锂离子电池模组,所述锂离子电池模组包括至少一个根据本发明的锂离子电池,其中,所述锂离子电池模组具有用于与所述锂离子电池的另外的极耳连接的加热装置和/或冷却装置。

根据本发明的示例性实施方式,所述锂离子电池模组还具有温度传感器,借助于所述温度传感器能够检测所述锂离子电池的温度。

附图说明

下面,通过参看附图更详细地描述本发明,可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括:

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的锂离子电池的示意图;

图2示出了图1的锂离子电池沿剖面线A-A的剖视图;

图3示出了根据本发明的一个替代的示例性实施例的锂离子电池的示意图;

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的锂离子电池模组的示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白,以下将结合附图以及多个示例性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用于解释本发明,而不用于限定本发明的保护范围。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的锂离子电池10的示意图。在此,锂离子电池10示例性地构造为软包锂离子电池,即在液态锂离子电池上设置聚合物外壳。当然也可以考虑,锂离子电池10构造为金属外壳锂离子电池,例如钢壳或铝壳锂离子电池。相比于金属外壳锂离子电池,软包锂离子电池具有安全性好、重量小、循环寿命长以及设计灵活等优点。

如图1所示,锂离子电池10具有壳体1。在此,壳体1示例性地构造为铝塑膜。在壳体1内部布置有电芯2,所述电芯包含用于在电池的正负极之间传导电子的电解液,所述电解液示例性地由有机溶剂、电解质(锂盐)和添加剂组成。电芯2还具有配置成用于将电池的正负极分隔开并且防止正负极接触短路的隔膜,所述隔膜能够使电解质离子通过并且示例性地构造为耐有机溶剂的高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。在此,出于概要性原因未在附图中示出所述隔膜。

如图1所示,在电芯2中还设置有集流体3,所述集流体3配置成用于将电池活性物质产生的电流汇集起来并形成较大电流对外输出。集流体3示例性地构造为金属箔并且作为正极集流体和负极集流体由隔膜分隔开,这在图2中进一步阐释。

如图1所示,集流体3分别在锂离子电池10的两侧与一个正极耳4和一个负极耳5连接。正极耳4和负极耳5分别延伸超出壳体1并且分别作为锂离子电池10的正极和负极起作用。在此,也可以考虑设置本领域技术人员认为有意义的任意数量的正极耳或负极耳。

示例性地,正极耳4由铝制成,在正极高电位的情况下在正极耳4的铝表面形成致密的氧化膜并且由此避免腐蚀。

示例性地,负极耳5由镍或者铜镀镍制成,由此能够在保持低电阻的情况下有利地实现好的焊接效果。

示例性地,正极耳4和负极耳5均通过焊接与集流体3固定连接,所述焊接例如为超声波焊、激光焊或摩擦焊。此外,也可以考虑通过栓接或铆接将正负极耳和集流体3连接在一起。

示例性地,正极耳4和负极耳5均由金属带和密封胶片复合而成,即在极耳的金属带的两侧上敷设有密封胶片,在锂离子电池10封装时所述密封胶片通过加热与示例性地构造为铝塑膜的壳体1密封粘合在一起,由此能够有利地防止电解质泄露并且避免正负极耳的金属带与壳体1之间发生短路,这在图2中进一步阐释。

如图1所示,锂离子电池10还设置有至少一个另外的极耳6,所述另外的极耳相对于正极耳4和负极耳5而言布置在锂离子电池10的不同侧上并且延伸超出壳体1。所述另外的极耳6同样与集流体3连接并且配置成用于将锂离子电池10内部的热量导出和/或将外部的热量导入到锂离子电池10中。在此,由于集流体3沿集流体的延伸方向的连续性以及高导热率,能够实现热量经由所述另外的极耳6和集流体3的快速传递,由此能够有利地快速调节锂离子电池10的温度并且使锂离子电池10始终在理想的温度范围内工作。此外,所述另外的极耳6并不作为电极起作用,并且不会对已有的正极耳4和负极耳5产生不利影响,这降低了锂离子电池10的设计难度并且能够实现锂离子电池10的标准化和成本有利的制造。

示例性地,所述另外的极耳6与加热装置和/或冷却装置7以导热方式连接。在此,加热装置和冷却装置可以示例性地构造为集成式构件,并且配置成用于在温度过低时产生热量和在温度过高时排出热量。示例性地,加热装置和冷却装置也可以彼此分开地构造并且分别与所述另外的极耳6以导热方式连接。在此,加热装置和/或冷却装置7能够配属于锂离子电池10本身,但也可以考虑,加热装置和/或冷却装置7配属于锂离子电池10的外部环境或者锂离子电池模组。示例性地,加热装置构造为薄膜加热片,并且冷却装置构造为散热翅片或风扇,当然也可以考虑其它本领域技术人员认为有意义的加热装置和冷却装置。通过所述另外的极耳6与加热装置和/或冷却装置7的连接能够实现于锂离子电池10的热量的更有效的导入和/或导出。

图2示出了图1的锂离子电池10沿剖面线A-A的剖视图。

如图2所示,集流体3包括正极集流体3.1和负极集流体3.2,所述正极集流体与正极耳4连接,并且所述负极集流体与负极耳5连接。示例性地,正极集流体3.1构造为铝箔,而负极集流体3.2构造为铜箔。但是,本领域技术人员针对正极集流体3.1和/或负极集流体3.2也可以根据需要相应地考虑泡沫铝、多孔铝层、铜网、镍箔、多孔不锈钢等构型。

如图2所示,在正极集流体3.1的两侧上敷设有正极活性材料层8.1,并且在负极集流体3.2的两侧上敷设有负极活性材料层8.2,其中,正极活性材料层8.1示例性地由磷酸铁锂、钴酸锂或锰酸锂组成,负极活性材料层8.2示例性地由碳负极材料、锡基负极材料或含锂过渡金属氮化物负极材料组成。在此,正极集流体3.1和负极集流体3.2通过未示出的隔膜分隔开。

如图2所示,正极集流体3.1和负极集流体3.2分别与一个另外的极耳6连接,以便实现温度调节。当然也可以考虑,两个集流体中的仅一个集流体与另外的极耳6连接,或者,两个集流体分别与至少一个另外的极耳6连接。

示例性地,所述另外的极耳6由与正极耳4和/或负极耳5的材料相同的材料制成,由此能够成本有利地制造所述另外的极耳6并且简化所述另外的极耳6与集流体3的连接。示例性地,与正极集流体3.1连接的另外的极耳6由正极耳4的材料、例如铝制成,而与负极集流体3.2连接的另外的极耳6由负极耳5的材料、例如镍制成。

示例性地,所述另外的极耳6同样以焊接或者铆接的方式与集流体3连接,所述焊接例如可以是超声波焊、激光焊或摩擦焊。由此能够在将正极耳4和/或负极耳5与集流体3连接起来的加工步骤中以相同的工序连接所述另外的极耳6与集流体3,从而减少了加工步骤并且明显降低了加工成本。

如图2所示,所述另外的极耳6均从壳体1中伸出。在所述另外的极耳6的两侧上在与壳体1接触的部位处示例性地敷设有密封胶片9,所述密封胶片在锂离子电池10封装时通过加热与壳体1密封粘合在一起,从而实现所述另外的极耳6相对于壳体1的密封和绝缘。

图3示出了根据本发明的一个替代的示例性实施例的锂离子电池10的示意图。

如图3所示,正极耳4和负极耳5设置在锂离子电池10的同一侧上。当然也可以考虑,正极耳4和负极耳5设置在锂离子电池10的相邻侧或对置侧上。此外,还可以考虑,根据需要设置本领域技术人员认为有意义的任意数量的正负极耳。

如图3所示,在关于正极耳4和负极耳5的相同侧、相邻侧和对置侧上分别设置有一个另外的极耳6。也可以考虑,根据需要在锂离子电池10的各个侧上设置本领域技术人员认为有意义的任意数量的另外的极耳6。在此,这些另外的极耳6能够示例性地具有相同的或根据需要适宜性改变的形状和尺寸。

图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的锂离子电池模组100的示意图。

如图4所示,锂离子电池模组100包括至少一个、例如三个锂离子电池10,这些锂离子电池能够并联或串联地连接。锂离子电池模组100还包括至少一个加热装置和/或冷却装置7,所述加热装置和/或冷却装置分别与各个锂离子电池10的所述另外的极耳6以导热方式连接,由此能够借助于加热装置和/或冷却装置7对锂离子电池模组100中的所有锂离子电池10进行热管理。

示例性地,锂离子电池模组100还具有温度传感器20,所述温度传感器配置成用于检测锂离子电池10的温度。通过由温度传感器20所检测的温度与预先设定的理想工作温度的比较,能够可靠地并且快速地确定是否需要起动加热装置来产生热量或者起动冷却装置来排出热量。由此能够使得锂离子电池模组100中的锂离子电池10始终处于正常的工作温度范围内。

前面对于实施方式的阐释仅在所述示例的框架下描述本发明。当然,只要在技术上有意义,实施方式的各个特征能够自由地相互组合,而不偏离本发明的框架。

对于本领域的技术人员而言,本发明的其它优点和替代性实施方式是显而易见的。因此,本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反,本领域的技术人员可以在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。

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