CN221551943U - 二次电池、电池包及运载工具 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种二次电池、电池包及运载工具，二次电池包括电芯和壳体，电芯包括沿第三方向堆叠设置的正极片、隔膜以及负极片；壳体包括两个第一盖板和两个第二盖板，电芯的两个第一平行侧边沿第一盖板设置，电芯的两个第二平行侧边沿第二盖板设置；其中，二次电池在第一方向上的长度为L，在第二方向上的宽度为W，在第三方向上的厚度为H，L/H≥20，且W/H≥15。上述二次电池中，其长度和厚度之间满足L/H≥20的关系式，同时宽度和厚度之间满足W/H≥15的关系式，即将二次电池设置为呈扁平状的大平板结构，该设置能够极大地提高电池包的体积能量密度，优化电流分布，有助于抑制电芯升温，使电芯温度分布均匀，提高了功率输出能力。

Description

二次电池、电池包及运载工具

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及二次电池、电池包及运载工具。

背景技术

锂离子电池作为一种新型二次电池，其具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，锂离子电池在便携式电器、电动工具、大型贮能、交通、动力电源等方面具有广阔的应用前景。锂离子电池作为绿色环保新能源，正向着高寿命、高安全、高倍率和低成本的方向发展。

相关技术中，锂离子电池在结构和体系设计时需要满足针刺要求，即使用一定直径的钢钉垂直刺穿电芯中心，不起火、不爆炸即为满足针刺要求。因此出现了刀片电池，薄而长的刀片电池已经广泛的投入了市场中，刀片电池结构优点是散热能力好、安全性能高，针刺无明火、无烟，不易热失控；还节省了空间，成组时可以跳过模组，大幅提高体积利用率，在同样的空间内装入更多电芯。与传统电池包相比，刀片电池的体积利用率提升50％以上，其续航里程大幅提升。

然而，上述电芯的传热无法有效地控制刀片电池的温差，进而会导致电池温度分布不均匀的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对电芯的传热无法有效控制刀片电池的温差，导致电池温度分布不均匀的问题，提供一种二次电池、电池包及运载工具。

本申请第一方面提供一种二次电池，其包括电芯和壳体，电芯包括堆叠设置的正极片、隔膜以及负极片；壳体包括沿第一方向相对设置的两个第一盖板，以及沿第二方向相对设置的两个第二盖板，电芯的两个第一平行侧边沿第一盖板设置，电芯的两个第二平行侧边沿第二盖板设置，正极片、隔膜以及负极片沿第三方向堆叠设置；其中，二次电池在第一方向上的长度为L，在第二方向上的宽度为W，在第三方向上的厚度为H，L/H≥20，且W/H≥15；第一方向、第二方向、第三方向两两垂直。

在其中一个实施例中，二次电池的长度范围为400mm≤L≤3000mm，二次电池的宽度范围为300mm≤W≤2000mm。

在其中一个实施例中，正极片的侧边形成有正极耳，正极耳的长度范围为L/4-L，正极耳的宽度范围为W/4-W，负极片的侧边形成有负极耳，负极耳的长度范围为L/4-L，正极耳的宽度范围为W/4-W，正极耳所对应的电芯侧边与负极耳所对应的电芯侧边不同。

在其中一个实施例中，正极耳与其所在侧边对应的第一盖板或第二盖板连接，负极耳与其所在侧边对应的第一盖板或第二盖板连接。

在其中一个实施例中，壳体还包括沿第三方向设置于电芯两侧的两个封板，第一盖板、第二盖板、封板中至少一个设置有注液孔。

本申请第二方面提供一种电池包，其包括电池单体和外壳，电池单体为上述任一实施例中的二次电池；外壳包括承载底板、沿第一方向延伸设置的两个第一边框和沿第二方向延伸设置的两个第二边框；其中，电池单体承载于承载底板上，且电池单体的长度方向沿第一边框布置，电池单体的宽度方向沿第二边框布置，电池单体的高度方向沿第三方向布置。

在其中一个实施例中，电池单体在第三方向上的堆叠数量为4-10个。

在其中一个实施例中，电池单体的体积之和为V1，电池包的体积为V0，且V1/V0≥0.7。

本申请第三方面提供一种运载工具，运载工具上安装有上述任一实施例中的电池包，电池包的第一边框设置方向与运载工具的长度方向平行或垂直，且电池包的第二边框设置方向与运载工具的长度方向平行或垂直。

在其中一个实施例中，运载工具上安装的电池包的数量为1个或多个。

上述二次电池中，其长度和厚度之间满足L/H≥20的关系式，同时宽度和厚度之间满足W/H≥15的关系式，即将二次电池设置为呈扁平状的大平板结构，该设置能够极大地提高电池包的体积能量密度，优化电流分布，有助于抑制电芯升温，使电芯温度分布均匀，提高了功率输出能力。

附图说明

图1为本申请一实施例中电池包安装在安装面上的示意图。

图2为本申请一实施例中电芯与第一盖板、第二盖板连接的示意图。

图3为本申请一实施例中壳体的示意图。

图4为本申请一实施例中电芯层叠前后的示意图。

图5为本申请另一实施例中电芯层叠前后的示意图。

图6为本申请另一实施例中电芯与第一盖板、第二盖板连接的示意图。

附图标号为：电池包1、安装面2、外壳10、电池单体20、电芯21、正极片211、正极耳211a、隔膜212、负极片213、负极耳213a、壳体22、第一盖板221、第二盖板222、注液孔223。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现这些术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等，这些术语指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，若有出现这些术语“第一”、“第二”，这些术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等，这些术语应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，若有出现第一特征在第二特征“上”或“下”等类似的描述，其含义可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，若元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。若一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。如若存在，本申请所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本申请一实施例提供一种运载工具，该运载工具用于载人或物，例如，运载工具可以为车辆。运载工具上安装有电池包1，该电池包1用于给运载工具供电。在一些实施例中，运载工具上安装的电池包1的数量为1个或多个。

参考图1所示，电池包1包括外壳10和电池单体20。电池单体20容纳在外壳10内部，壳体22用于保护电池单体20不受外力损害。外壳10包括承载底板、两个第一边框和两个第二边框。电池单体20设置于承载底板上，承载底板用于承载电池单体20。第一边框沿第一方向延伸设置，两个第一边框互相平行且相对设置，第二边框沿第二方向延伸设置，两个第二边框互相平行且相对设置。进一步地，电池单体20的长度方向沿第一边框布置，电池单体20的宽度方向沿第二边框布置，电池单体20的高度方向沿第三方向布置，第一方向、第二方向、第三方向两两互相垂直。

运载工具包括安装面2，安装面2用于安装电池包1。具体地，第一边框设置方向与运载工具的长度方向平行或垂直，电池包1的第二边框设置方向与运载工具的长度方向平行或垂直，承载底板用于与安装面2连接，以实现电池包1与运载工具的安装。

当电池包1数量为1个时，电池包1的承载底板的尺寸与运载工具上的安装面2大小相匹配。本申请揭示的实施例中，“承载底板与安装面2相匹配”可以解释为：承载底板的面积等于或略小于安装面2的面积。

在一些实施例中，电池单体20设置有多个，例如，电池单体20可以设置有4-10个，4-10个电池单体20在第三方向上依次堆叠。本申请揭示的实施例中，每个电池单体20之间互相平行且均与安装面2平行，将电池单体20与运载工具的安装面2平行设置，即电池单体20以平躺的方式设置于运载工具，当异物沿车辆前进方向水平刺入电芯21单体时，异物与电池单体20是相对平行的，这样不易造成热量聚集，能够有效地降低电池单体20受异物穿刺出现短路的风险。

在一些实施例中，多个电池单体20的体积之和为V1，电池包1的体积为V0，电池单体20体积之和与电池包1体积之间满足关系式：V1/V0≥0.7，例如，V1/V0可以为0.7、0.75、0.8、0.85、0.9等，优选地，V1/V0≥0.8。

本申请一实施例还提供一种二次电池，可以理解的是，本申请揭示的实施例中，该二次电池即为上述电池单体20，为了统一标号说明，下文将以电池单体20的名字对二次电池进行描述。电池单体20在第一方向上的长度为L，在第二方向上的宽度为W，在第三方向上的厚度为H，电池单体20的长度和厚度之间满足关系式：L/H≥20，二次电池的宽度和厚度之间满足关系式：W/H≥15。通过尺寸限定，可将电池单体20设置为呈扁平状的大平板结构，该设置能够极大地提高电池包1的体积能量密度，优化电流分布，有助于抑制电芯21升温，使电芯21温度分布均匀，提高了功率输出能力。

在一些实施例中，优选地，电池单体20的长度范围为400mm≤L≤3000mm，电池单体20的宽度范围为300mm≤W≤2000mm。

具体地，参考图2、图3所示，电池单体20包括电芯21和壳体22。电芯21设置于壳体22内部，在一些实施例中，可以采用铝壳作为电芯21的壳体22，壳体22用于保护电芯21不受外力损害。壳体22包括两个第一盖板221和两个第二盖板222，两个第一盖板221互相平行且沿第一方向相对设置，两个第二盖板222互相平行且沿第二方向相对设置，电芯21的两个第一平行侧边沿第一盖板221设置，电芯21的两个第二平行侧边沿第二盖板222设置。

参考图4、图5所示，电芯21包括正极片211、隔膜212以及负极片213，正极片211、隔膜212以及负极片213沿第三方向堆叠设置。正极片211的侧边形成有正极耳211a，正极耳211a的长度范围为L/4-L，正极耳211a的宽度范围为W/4-W；负极片213的侧边形成有负极耳213a，负极耳213a的长度范围为L/4-L，负极耳213a的宽度范围为W/4-W；本申请的极耳尺寸达到极片侧边尺寸的1/4及以上，即本申请的正极耳211a和负极耳213a为超长极耳，该设置能够提高二次电池的体积能量密度，优化电流分布。

正极耳211a所对应的电芯21侧边与负极耳213a所对应的电芯21侧边不同，本申请揭示的实施例中，该方案可理解为：正极耳211a和负极耳213a分别对应电芯21不同的侧边，或正极耳211a和负极耳213a对应同一个电芯21侧边的不同位置。进一步地，定义正极片211和负极片213的侧边对正极耳211a和负极耳213a进行描述。具体地，正极片211包括首尾依次连接的第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边，负极片213包括首尾依次连接的第五侧边、第六侧边、第七侧边和第八侧边，第一侧边和第五侧边对应电芯21的同一侧边，第二侧边和第六侧边对应电芯21的同一侧边，第三侧边和第七侧边对应电芯21的同一侧边，第四侧边和第八侧边对应电芯21的同一侧边。

如图4，在一些实施例中，可以在第一侧边、第二侧边形成正极耳211a，在第七侧边和第八侧边形成负极耳213a。该实施例中，正极片211与负极片213层叠后，位于正极片211第一侧边、第二侧边的正极耳211a与位于负极耳213a第七侧边、第七侧边的负极耳213a不重叠，即极耳所对应的电芯21侧边与负极耳213a所对应的电芯21侧边不同。

如图5，在其他实施例中，可以在第一侧边、第二侧边、第三侧边和第四侧边均形成正极耳211a，在第五侧边、第六侧边、第七侧边和第八侧边均形成负极耳213a。该实施例中，正极片211与负极片213层叠后，第一侧边的正极耳211a和第五侧边的负极耳213a对应相同的电芯21侧边，第二侧边的正极耳211a和第六侧边的负极耳213a对应相同的电芯21侧边，第三侧边的正极耳211a和第七侧边的负极耳213a对应相同的电芯21侧边，第四侧边的正极耳211a和第八侧边的负极耳213a对应相同的电芯21侧边。同时，同一电芯21侧边的正极耳211a和负极耳213a是间隔开的，这样使得同一电芯21侧边的正极耳211a和负极耳213a互相不重叠，即正极耳211a和负极耳213a对应同一个电芯21侧边的不同位置。

正极耳211a与其所在侧边对应的第一盖板221或第二盖板222连接，负极耳213a与其所在侧边对应的第一盖板221或第二盖板222连接。具体地，在,4所示的实施例中，正极片211与负极片213层叠后，第一侧边和第二侧边的正极耳211a分别与第一盖板221和第二盖板222连接，第七侧边和第八侧边的负极耳213a分别与另一个第一盖板221和另一个第二盖板222连接(如图2)。在图5所示的实施例中，正极片211与负极片213层叠后，第一侧边的正极耳211a和第五侧边的负极耳213a均与第一盖板221连接，第二侧边的正极耳211a和第六侧边的负极耳213a均与第二盖板222连接，第三侧边的正极耳211a和第七侧边的负极耳213a均与另一个第一盖板221连接，第四侧边的正极耳211a和第八侧边的负极耳213a均与另一个第二盖板222连接(如图6)。

对于只在单侧设置极耳的电芯21来说，其在使用过程中电流集中分布在电芯21的某一侧，会导致电芯21单侧温度高于其他部分，不利于电芯21的长久使用。而在本申请将单体电池设置为大平板扁平状结构的情况下，设置为单侧极耳会导致电芯21热量聚集得更多，通过将电芯21四个侧边都形成极耳，这样设置可以使电流均匀分布，从而避免电芯21单侧温度过高，提高了电芯21的使用寿命。

本申请揭示的实施例中，正极耳211a、负极耳213a与第一盖板221、第二盖板222之间可通过超声或激光滚焊的方式进行连接。

第一盖板221和第二盖板222上均设置有极柱，极柱包括正极柱和负极柱，正极柱与正极耳211a连接，负极柱与负极耳213a连接，正极柱和负极柱用于导通单体电池外部和内部的电流，以为外部的运载工具供电。

第一盖板221和第二盖板222上均设置有防爆组件。防爆组件包括防爆阀和防护件，防爆组件能够保证第一盖板221、第二盖板222和电芯21的密封性，同时还起到防爆的作用。以第一盖板221为例，第一盖板221上设置有防爆孔，防爆孔位于正极柱和负极柱之间，防爆阀和防护件间隔设置于防爆孔内。具体地，防爆阀设置于防爆孔靠近电芯21的侧面，在电池单体20内部压力过大的情况下，防爆阀能够自然打开泄压，防止电芯21爆炸，保证电池单体20的使用安全；进一步地，防爆阀配置为能够被爆破，当电池单体20内部的气体温度过热或者气压过高时，防爆阀能够被爆破开，在防爆孔处形成排气口，以及时对电池单体20内部进行排气泄压。更进一步地，防爆阀还能够防止电解液从防爆孔处溢出。防护件设置于防爆孔远离电芯21的侧面，防护件既能够防止外物挤压防爆阀，同时还能使防爆阀免受外界环境的污染。

壳体22还包括两个封板，两个封板互相平行且沿第三方向相对设置。可以理解的是，两个封板、两个第一盖板221和两个第二盖板222之间形成容纳空间，该容纳空间用于容纳电芯2。进一步地，第一盖板221、第二盖板222、封板中至少一个设置有注液孔223，如图3，本申请揭示的实施例中，注液孔223设置在封板上，注液孔223用于将电解液注入至壳体22内部。注液孔223设置有多个，由于二次电池的尺寸较大，电解液浸润较困难，通过在封板上设置多个注液孔223，能够提高电芯21的注液效率和电解液的浸润效率。

正极片211包括正极活性材料和正极集流体，负极片213包括负极活性材料和负极集流体。

正极活性材料的设置不做限制，在一些实施例中，正极活性材料包括但不限于：钴酸锂(LiCoO)、镍钴锰酸锂(LiNixMnyCo-x-yO，简称NMC)、镍钴铝酸锂(LiNiCoAlO，简称NCA)、锰酸锂(LiMnO)、磷酸锰铁锂(LiMnxFe-xPO，简称LMFP)、磷酸钒锂(LiV(PO))、磷酸钒氧锂(LiVOPO)、磷酸铁锂(LiFePO)、钛酸锂(LiTiO)及富锂锰基材料中的一种或多种。

负极活性材料的设置不做限制，在一些实施例中，负极活性材料包括石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂中的一种或多种。

在一些实施例中，正极集流体采用的金属箔片可以是铝箔。

在一些实施例中，负极集流体采用的金属箔片可以是铜箔。

在一些实施例中，隔膜212包括但不限于：聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜和以及由上述材料构成的多层复合膜。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二次电池，其特征在于，包括:

电芯，所述电芯包括堆叠设置的正极片、隔膜以及负极片；及

壳体，所述壳体包括沿第一方向相对设置的两个第一盖板，以及沿第二方向相对设置的两个第二盖板，所述电芯的两个第一平行侧边沿所述第一盖板设置，所述电芯的两个第二平行侧边沿所述第二盖板设置，所述正极片、所述隔膜以及所述负极片沿第三方向堆叠设置；

其中，所述二次电池在所述第一方向上的长度为L，在所述第二方向上的宽度为W，在所述第三方向上的厚度为H，L/H≥20，且W/H≥15；所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向两两垂直。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池的长度范围为400mm≤L≤3000mm，所述二次电池的宽度范围为300mm≤W≤2000mm。

3.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述正极片的侧边形成有正极耳，所述正极耳的长度范围为L/4-L，所述正极耳的宽度范围为W/4-W，所述负极片的侧边形成有负极耳，所述负极耳的长度范围为L/4-L，所述负极耳的宽度范围为W/4-W，所述正极耳所对应的电芯侧边与所述负极耳所对应的电芯侧边不同。

4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，所述正极耳与其所在侧边对应的所述第一盖板或所述第二盖板连接，所述负极耳与其所在侧边对应的所述第一盖板或所述第二盖板连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的二次电池，其特征在于，所述壳体还包括沿所述第三方向设置于所述电芯两侧的两个封板，所述第一盖板、所述第二盖板、所述封板中至少一个设置有注液孔。

6.一种电池包，其特征在于，包括：

电池单体，所述电池单体为如权利要求1-5任意一项所述的二次电池；及

外壳，包括承载底板、沿所述第一方向延伸设置的两个第一边框和沿所述第二方向延伸设置的两个第二边框；

其中，所述电池单体承载于所述承载底板上，所述电池单体的长度方向沿所述第一边框布置，所述电池单体的宽度方向沿所述第二边框布置，所述电池单体的高度方向沿所述第三方向布置。

7.根据权利要求6所述的电池包，其特征在于，所述电池单体在所述第三方向上的堆叠数量为4-10个。

8.根据权利要求6所述的电池包，其特征在于，所述电池单体的体积之和为V1，所述电池包的体积为V0，且V1/V0≥0.7。

9.一种运载工具，其特征在于，所述运载工具上安装有如权利要求6-8任意一项所述的电池包，所述电池包的第一边框设置方向与所述运载工具的长度方向平行或垂直，且所述电池包的第二边框设置方向与所述运载工具的长度方向平行或垂直。

10.根据权利要求9所述的运载工具，其特征在于，所述运载工具上安装的所述电池包的数量为1个或多个。