ES3060457T3 - Battery cell, battery, electrical device, and battery cell manufacturing method - Google Patents

Battery cell, battery, electrical device, and battery cell manufacturing method

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ES3060457T3 ES21860576T ES21860576T ES3060457T3 ES 3060457 T3 ES3060457 T3 ES 3060457T3 ES 21860576 T ES21860576 T ES 21860576T ES 21860576 T ES21860576 T ES 21860576T ES 3060457 T3 ES3060457 T3 ES 3060457T3
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Abstract

Se proporcionan una celda de batería (20), una batería (100), un dispositivo eléctrico y un método de fabricación de la celda de batería (20). La celda de batería (20) comprende una carcasa (1), un elemento protector (4), un núcleo de batería (5), un elemento elástico (6), un primer elemento permeable al aire (7) y un segundo elemento permeable al aire (3). El elemento protector (4) está montado en la pared interior de la carcasa (1) y divide el espacio interior de la misma en una primera cámara y una segunda cámara. El núcleo de batería (5) está dispuesto dentro de la primera cámara. El elemento elástico (6) está dispuesto dentro de la segunda cámara y se encuentra entre la carcasa (1) y el elemento protector (4). El elemento protector (4) está configurado para permitir que el elemento elástico (6) se comprima cuando el núcleo de batería (5) se expande y se extienda cuando el núcleo de batería (5) se contrae. El primer elemento permeable al aire (7) está montado sobre el elemento protector (4) y se utiliza para la comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda, de modo que el aire dentro de la primera cámara puede pasar a través del primer elemento permeable al aire (7) para entrar en la segunda cámara. El segundo elemento permeable al aire (3) está montado sobre la carcasa (1) y se utiliza para la comunicación unidireccional entre la segunda cámara y el espacio exterior de la carcasa (1), de modo que el aire dentro de la segunda cámara puede pasar a través del segundo elemento permeable al aire (3) para salir de la carcasa (1). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Celda de batería, batería, dispositivo eléctrico y método de fabricación de celda de batería
[0003] CAMPO TÉCNICO
[0004] La presente solicitud se refiere al campo técnico de las baterías y, en particular, a una celda de batería, una batería, un dispositivo de consumo de energía y un método de fabricación de una celda de batería.
[0005] ANTECEDENTES
[0006] La conservación de la energía y la reducción de emisiones son la clave para el desarrollo sostenible de la industria automovilística. Los vehículos eléctricos se han convertido en una parte importante del desarrollo sostenible de la industria automovilística debido a sus ventajas en cuanto a la conservación de la energía y la protección del medio ambiente. La tecnología de baterías es un factor importante para el desarrollo de los vehículos eléctricos.
[0007] Durante la carga y descarga de una batería, un núcleo de batería se expande y afecta al rendimiento de seguridad de la batería.
[0008] El documento US 2019/198908 A1 divulga una celda de batería que comprende una carcasa con un elemento de protección que separa un espacio interior en una primera cámara y una segunda cámara; un núcleo de batería está dispuesto en la primera cámara, y un elemento elástico está dispuesto en la segunda cámara, estando configurado el elemento de protección de manera que el elemento elástico se comprime con la expansión del núcleo de batería y se estira con la contracción del núcleo de batería.
[0009] SUMARIO
[0010] La presente solicitud proporciona una celda de batería, una batería, un dispositivo de consumo de energía y un procedimiento de fabricación de una celda de batería, que pueden aliviar el problema de que un núcleo de batería se expanda y afecte al rendimiento de seguridad de la batería.
[0011] En un primer aspecto, la presente solicitud proporciona una celda de batería, que incluye:
[0012] una carcasa;
[0013] un elemento protector montado en una pared interna de la carcasa y que separa un espacio interior de la carcasa en una primera cámara y una segunda cámara;
[0014] un núcleo de batería dispuesto en la primera cámara;
[0015] un elemento elástico dispuesto en la segunda cámara y situado entre la carcasa y el elemento protector, estando configurado el elemento protector de manera que el elemento elástico se comprime con la expansión del núcleo de batería y se estira con la contracción del núcleo de batería;
[0016] un primer componente permeable al gas montado en el elemento protector y configurado para una comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara para permitir que el gas en la primera cámara entre en la segunda cámara a través del primer componente permeable al gas; y
[0017] un segundo componente permeable al gas montado en la carcasa y configurado para una comunicación unidireccional entre la segunda cámara y un espacio exterior de la carcasa para permitir que el gas en la segunda cámara sea descargado fuera de la carcasa a través del segundo componente permeable al gas.
[0018] En una solución técnica de una realización de la presente solicitud, una celda de batería comprende una carcasa, un elemento protector, un núcleo de batería, un elemento elástico, un primer componente permeable al gas y un segundo componente permeable al gas. El elemento protector está montado en una pared interna de la carcasa y puede separar un espacio interior de la carcasa en una primera cámara y una segunda cámara. El núcleo de batería está dispuesto en la primera cámara. El elemento elástico está dispuesto en la segunda cámara. El núcleo de batería puede estar aislado del elemento elástico mediante el elemento protector, lo que puede proteger el núcleo de batería y evitar el contacto directo entre el elemento elástico y el núcleo de batería para no causar daños al núcleo de batería, y puede proteger el elemento elástico y evitar que una solución electrolítica en el núcleo de batería cause corrosión en el elemento elástico.
[0019] El elemento protector está configurado de manera que el elemento elástico se comprime con la expansión del núcleo de batería y se estira con la contracción del núcleo de batería. Cuando el núcleo de batería se expande, el elemento elástico se comprime para absorber la presión debida a la expansión del núcleo de batería, lo que evita el aumento del volumen global de la carcasa y el deterioro del rendimiento de la batería; y cuando el núcleo de batería se contrae, el elemento elástico puede estirarse y recuperarse para mantener el contacto estrecho en la interfaz entre las láminas de electrodo en el interior del núcleo de batería, y el elemento elástico también puede soportar el núcleo de batería para evitar la aparición de un hueco entre la carcasa y el núcleo de batería y no afectar así a la estabilidad del núcleo de batería.
[0020] El gas generado por el núcleo de batería durante su uso puede ser descargado desde la primera cámara a la segunda cámara a tiempo a través del primer componente permeable al gas, y el gas puede ser descargado desde la segunda cámara al exterior de la carcasa a través del segundo componente permeable al gas, lo que evita que el gas permanezca en el interior de la carcasa y afecte a las interfaces de las láminas de electrodo, a la impregnación de la solución electrolítica en las láminas de electrodo y al rendimiento de la batería.
[0021] El elemento elástico y los componentes permeables al gas también se prevén en la realización de la presente solicitud, lo que no sólo puede satisfacer la necesidad de aliviar un cambio del volumen de la celda de batería, sino también absorber la tensión de hinchamiento de la celda de batería cuando la celda de batería se carga y se expande, y mantener el contacto estrecho de la interfaz entre una lámina de electrodo positivo y una lámina de electrodo negativo cuando la batería se descarga, de manera que se construya un modo de funcionamiento de batería respirante; y, debido a la existencia del primer componente permeable al gas y del segundo componente permeable al gas, cuando la celda de batería genera gas, el gas generado puede ser descargado hacia el exterior de la celda de batería en tiempo real, garantizando así la estabilidad del rendimiento de la celda de batería. En algunas realizaciones, el elemento protector comprende una porción flexible, y la porción flexible es capaz de deformarse con el estiramiento y la compresión del elemento elástico. Mediante la deformación de la porción flexible, el elemento protector puede deformarse con el estiramiento y la compresión del elemento elástico, permitiendo así que el elemento elástico se comprima con la expansión del núcleo de batería o recupere su forma original con la contracción del núcleo de batería.
[0022] En algunas realizaciones, un material de la porción flexible comprende al menos uno de caucho de nitrilo, caucho de silicona, fluororresina y polipropileno. Estos materiales pueden hacer que la textura de la porción flexible sea relativamente blanda y se deforme fácilmente, a fin de lograr el propósito de deformación con el estiramiento y la compresión del elemento elástico.
[0023] En algunas realizaciones, la celda de batería comprende además un deflector dispuesto en la segunda cámara, estando el deflector dispuesto en un lado interno de la porción flexible, y el elemento elástico está dispuesto entre el deflector y la carcasa.
[0024] Mediante la disposición del deflector y la colocación del elemento elástico entre el deflector y la carcasa, se puede evitar la generación, por parte del elemento elástico, de una gran fuerza de compresión sobre las láminas de electrodo en el núcleo de batería para no causar daños a las láminas de electrodo. Mediante la disposición del deflector, también se puede evitar el contacto directo entre el elemento elástico y la porción flexible, se evita que el extremo afilado del elemento elástico perfore la porción flexible, se protege eficazmente la porción flexible y se mejora la vida útil del elemento protector.
[0025] En algunas realizaciones, un material del deflector comprende resina de terileno. Este material puede satisfacer el requisito de dureza y el coste es relativamente bajo.
[0026] En algunas realizaciones, el elemento protector comprende una primera porción protectora y una porción telescópica acoplada entre la primera porción protectora y la carcasa, el elemento elástico está dispuesto entre la primera porción protectora y la carcasa, y la porción telescópica se alarga o acorta bajo la acción del elemento elástico.
[0027] Mediante la extensión o acortamiento de la porción telescópica, puede realizarse el propósito de deformación del elemento protector con el estiramiento y la compresión del elemento elástico, de modo que el elemento elástico pueda deformarse con la expansión o contracción del núcleo de batería.
[0028] En algunas realizaciones, la porción telescópica comprende una porción de conexión telescópica de tipo ondulado. La porción de conexión de tipo ondulado tiene la capacidad de alargarse o acortarse y puede estirarse y comprimirse con el estiramiento y la compresión del elemento elástico, de modo que el elemento elástico se deforme con la expansión o contracción del núcleo de batería.
[0029] En algunas realizaciones, el elemento elástico comprende un muelle, y una longitud del muelle oscila entre 2 mm y 10 mm. Si el muelle es demasiado largo, la longitud de la carcasa aumentará y el área ocupada por la celda de batería aumentará. Si el muelle es demasiado corto, es posible que se vea afectada la capacidad de estiramiento y compresión del muelle y se reduzca la capacidad de aliviar la expansión del núcleo de batería.
[0030] En algunas realizaciones, la celda de batería comprende una pluralidad de elementos elásticos, y la pluralidad de elementos elásticos se distribuyen uniformemente en la segunda cámara en múltiples filas.
[0031] Mediante la disposición de la pluralidad de elementos elásticos, puede mejorarse la capacidad de soporte del núcleo de batería, y la pluralidad de elementos elásticos se distribuyen uniformemente, lo que puede proporcionar un soporte uniforme para el núcleo de batería y evitar que el núcleo de batería sea comprimido parcialmente y dañado.
[0032] En algunas realizaciones, el primer componente permeable al gas comprende una primera válvula unidireccional permeable al gas o una membrana unidireccional permeable al gas.
[0033] La válvula unidireccional permeable al gas tiene una alta resistencia estructural y una larga vida útil. La disposición de la membrana unidireccional permeable al gas es relativamente conveniente y no ocupa demasiado espacio. La membrana unidireccional permeable al gas puede permitir el paso de gas y aislar un líquido, lo que evita que la solución electrolítica en la primera cámara entre en la segunda cámara.
[0034] En algunas realizaciones, el segundo componente permeable al gas comprende una segunda válvula unidireccional permeable al gas. El segundo componente permeable al gas está expuesto en una superficie externa de la carcasa, el segundo componente permeable al gas adopta una válvula permeable al gas, que tiene una alta resistencia estructural, y la vida útil del segundo componente permeable al gas puede mejorarse eficazmente. En algunas realizaciones, la celda de batería comprende además una válvula antiexplosiva dispuesta en la carcasa, el primer componente permeable al gas comprende una primera válvula unidireccional permeable al gas, y una presión de apertura de la primera válvula unidireccional permeable al gas y una presión de apertura de la segunda válvula unidireccional permeable al aire son ambas inferiores a una presión de apertura de la válvula antiexplosiva. Esta configuración puede permitir que la primera válvula unidireccional permeable al aire y la segunda válvula unidireccional permeable al aire se abran antes de que se abra la válvula antiexplosiva, lo que evita que la válvula antiexplosiva se detone antes de abrir la primera válvula unidireccional permeable al aire y la segunda válvula unidireccional permeable al aire, para no provocar que la carcasa alivie la presión de forma prematura.
[0035] En un segundo aspecto, la presente solicitud proporciona una batería, que comprende la celda de batería en la realización anterior.
[0036] En un tercer aspecto, la presente solicitud proporciona un dispositivo de consumo de energía, que comprende la batería en la realización anterior.
[0037] En un cuarto aspecto, la presente solicitud proporciona un procedimiento de fabricación de una celda de batería, que comprende:
[0038] proporcionar una carcasa;
[0039] montar un elemento protector en una pared interna de la carcasa, separando el elemento protector un espacio interior de la carcasa en una primera cámara y una segunda cámara;
[0040] disponer un núcleo de batería en la primera cámara;
[0041] disponer un elemento elástico en la segunda cámara, estando situado el elemento elástico entre la carcasa y el elemento protector, y estando configurado el elemento protector de manera que el elemento elástico se comprime con la expansión del núcleo de batería y se estira con la contracción del núcleo de batería;
[0042] montar un primer componente permeable al gas en el elemento protector, estando configurado el primer componente permeable al gas para una comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara para permitir que el gas en la primera cámara entre en la segunda cámara; y
[0043] montar un segundo componente permeable al gas en la carcasa, estando configurado el segundo componente permeable al gas para una comunicación unidireccional entre la segunda cámara y un espacio exterior de la carcasa para permitir que el gas en la segunda cámara sea descargado fuera de la carcasa.
[0044] La descripción anterior es meramente una visión general de las soluciones técnicas de la presente solicitud. Para comprender mejor los medios técnicos de la presente solicitud, puede llevarse a cabo de acuerdo con el contenido de la memoria, y, a fin de hacer que los objetivos, características y ventajas anteriores y otros de la presente solicitud sean más evidentes y comprensibles, las realizaciones específicas de la presente solicitud se proporcionarán de forma específica a continuación.
[0045] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0046] Con el fin de ilustrar las soluciones técnicas en las realizaciones de la presente solicitud con mayor claridad, a continuación se hará una breve descripción de los dibujos adjuntos requeridos en las realizaciones de la presente solicitud. Aparentemente, los dibujos acompañantes descritos a continuación son solo algunas realizaciones de la presente solicitud, y podrían obtenerse otros dibujos basándose en estos dibujos acompañantes por los expertos en esta materia sin esfuerzos creativos.
[0047] La FIG.1 es un diagrama estructural esquemático de un dispositivo de consumo de energía divulgado en algunas realizaciones de la presente solicitud;
[0048] la FIG.2 es un diagrama estructural esquemático de una batería divulgada en algunas realizaciones de la presente solicitud;
[0049] la FIG. 3 es un diagrama estructural esquemático de una celda de batería divulgada en algunas realizaciones de la presente solicitud;
[0050] la FIG.4 es una vista en sección transversal de una sección a lo largo de A-A en la FIG.3;
[0051] la FIG.5 es una vista principal de un elemento estructural constituido por un elemento protector y una carcasa en una celda de batería divulgada en algunas realizaciones de la presente solicitud;
[0052] la FIG.6 es una vista en sección transversal de una sección a lo largo de B-B en la FIG.5;
[0053] la FIG. 7 es una vista lateral de un elemento estructural constituido por un elemento protector y una carcasa en una celda de batería divulgada en algunas realizaciones de la presente solicitud; y
[0054] la FIG.8 es una vista en sección transversal de una sección a lo largo de C-C en la FIG.7.
[0055] En los dibujos anexos, los dibujos anexos no están dibujados a escala real.
[0056] Descripción de los signos de referencia:
[0057] 1000, vehículo; 100, batería; 200, controlador; 300, motor;
[0058] 10, caja; 101, primer cuerpo de cubierta; 102, segundo cuerpo de cubierta; 20, celda de batería;
[0059] 1, carcasa; 2, terminal; 3, segundo componente permeable al gas; 4, elemento protector; 5, núcleo de batería; 6, elemento elástico; 7, primer componente permeable al gas; 8, lengüeta; 9, deflector.
[0060] DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES
[0061] A continuación se describirán en detalle las realizaciones de las soluciones técnicas de la presente solicitud con referencia a los dibujos adjuntos. Las realizaciones siguientes tienen por objeto únicamente ilustrar las soluciones técnicas de la presente solicitud de forma más clara y, por tanto, se proporcionan únicamente a título de ejemplo, y no pueden utilizarse para limitar el ámbito de protección de la presente solicitud.
[0062] A menos que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen los mismos significados que los comúnmente entendidos por los expertos en la materia a la que pertenece la presente solicitud. Los términos y expresiones que se usan en el presente documento tienen simplemente la finalidad de describir realizaciones específicas, pero no pretenden limitar la presente solicitud. Las expresiones "que comprende" y "que tiene" y cualquiera de sus variaciones en la memoria descriptiva y las reivindicaciones de la presente solicitud, así como también en la descripción breve de los dibujos descritos anteriormente, pretenden abarcar la inclusión no excluyente.
[0063] En la descripción de las realizaciones de la presente solicitud, los términos técnicos tales como "primero" y "segundo" se utilizan únicamente para distinguir diferentes objetos, y no deben entenderse como una indicación o implicación de importancia relativa o una indicación implícita de la cantidad de características técnicas indicadas, un orden específico o una relación de prioridad. Además, el término "vertical" no es estrictamente vertical, sino dentro de un margen de error admisible. "Paralelo" no es estrictamente paralelo, sino dentro de un rango de error permitido.
[0064] El término "realización" mencionado en el presente documento significa que las características, estructuras o características específicas descritas con referencia a la realización pueden estar incluidas en al menos una realización de la presente solicitud. La expresión en varias ubicaciones de la memoria no se refiere necesariamente a la misma realización, ni a una realización independiente o alternativa que sea mutuamente exclusiva con respecto a otra realización. Los expertos en la materia entienden, de manera explícita e implícita, que las realizaciones descritas en el presente documento pueden combinarse con otra realización.
[0065] En la descripción de las realizaciones de la presente solicitud, el término "y/o" es solo una relación de asociación que describe objetos asociados, lo que significa que puede haber tres relaciones. Por ejemplo, A y/o B pueden representar tres situaciones: Solo existe A, existen tanto A como B y solo existe B. Además, en la presente, el carácter "/" indica en general que los objetos asociados antes y después de este están en una relación de "o".
[0066] En la descripción de las realizaciones de la presente solicitud, la expresión "una pluralidad de" significa dos o más, a menos que se defina explícita y específicamente lo contrario. Del mismo modo, "una pluralidad de grupos" significa dos o más grupos, y "una pluralidad de láminas" significa dos o más láminas, a menos que se defina explícita y específicamente lo contrario.
[0068] En la descripción de las realizaciones de la presente solicitud, las orientaciones o relaciones posicionales indicadas por los términos técnicos, tales como "centro", "en sentido longitudinal", "en sentido transversal", "longitud", "anchura", "espesor", "arriba", "abajo", "frente", "parte posterior", "izquierda", "derecha", "vertical", "horizontal", "superior", "inferior", "interior", "exterior", "sentido horario", "sentido antihorario", "dirección axial", "dirección radial" y "dirección circunferencial" son orientaciones o relaciones posicionales mostradas basadas en los dibujos, y los términos se emplean únicamente para la comodidad de describir las realizaciones de la presente solicitud y para simplificar la descripción, en lugar de indicar o implicar que un aparato o elemento indicado debe tener una orientación específica, y debe construirse y funcionar en una orientación específica, lo que no debe entenderse como una limitación de las realizaciones de la presente solicitud.
[0070] En la descripción de las realizaciones de la presente solicitud, a menos que se especifique y defina explícitamente lo contrario, los términos técnicos tales como "instalación", "interconexión", "conexión" y "fijación" deben entenderse en un sentido amplio; por ejemplo, pueden ser una conexión fija o una conexión desmontable, o una conexión integrada; pueden ser una conexión mecánica, o una conexión eléctrica; y pueden ser una conexión directa, o una conexión indirecta a través de un medio intermedio, o una comunicación entre los interiores de dos elementos o la relación de interacción de dos elementos. Aquellos expertos ordinarios en la materia pueden apreciar los significados específicos de los términos anteriores en las realizaciones de la presente solicitud de acuerdo con condiciones específicas.
[0072] En la actualidad, a partir del desarrollo de la situación del mercado, la aplicación de las baterías de tracción es cada vez más amplia. Las baterías de tracción no sólo se aplican a sistemas de almacenamiento de energía, como centrales hidroeléctricas, térmicas, eólicas y solares, sino que se aplican ampliamente al transporte eléctrico, como bicicletas eléctricas, motocicletas eléctricas, vehículos eléctricos, así como a muchos campos, como equipos militares y aeroespaciales. Con la expansión continua de los campos de aplicación de las baterías de tracción, también se expande constantemente la demanda del mercado de baterías de tracción.
[0074] El inventor de la presente solicitud observó que, a medida que un material activo positivo y un material activo negativo intercalan y desintercalan iones durante el ciclo de carga-descarga de una batería, un espesor de acumulación de reacción secundaria de un sistema de núcleo de batería, el desprendimiento de una capa de lámina de grafito y similares provocan que el núcleo de batería se abombe, es decir, una lámina de electrodo positivo y una lámina de electrodo negativo se expanden hacia fuera. La expansión de las láminas de electrodo tiene un efecto adverso sobre el rendimiento y la vida útil de la batería. Por ejemplo, la compresión con una fuerza puede provocar la reducción de la porosidad de las láminas de electrodo, afectar a la impregnación de una solución electrolítica en las láminas de electrodo, provocar un cambio de la trayectoria de transmisión de los iones y dar lugar al problema del recubrimiento de litio; y cuando están sometidas a una gran fuerza de compresión durante mucho tiempo, las láminas de electrodo pueden romperse, causando el riesgo de un cortocircuito en la batería, y así sucesivamente.
[0076] Con el fin de aliviar el problema de la fuerza de hinchamiento en el interior de la batería, el solicitante ha comprobado, mediante investigación, que puede disponerse un dispositivo de amortiguación de presión en el interior de la batería para constituir un núcleo de batería con función de respiración. La tensión de hinchamiento del núcleo de batería puede absorberse mediante el dispositivo de amortiguación de presión. Cuando un electrodo negativo se expande, el volumen del dispositivo de amortiguación de presión se contrae; y cuando el electrodo negativo se contrae, el volumen del dispositivo de amortiguación de presión se recupera, lo que evita un cambio repentino en el volumen global del núcleo de batería, garantizando así la estabilidad del rendimiento de la batería.
[0077] El solicitante ha investigado además y ha descubierto que, aunque el dispositivo de amortiguación de presión puede desempeñar un papel de amortiguación de la presión para adaptarse al efecto del cambio de volumen del núcleo de batería debido a la contracción y expansión, para una batería de metal de litio, si se adopta un material de espuma metálica tridimensional como electrodo negativo y se adopta una solución electrolítica con grave producción de gas, tal como bis(trifluorometanosulfonil)imida de litio, además de resolver el problema del cambio de volumen debido a la carga y descarga, es necesario abordar el problema de cómo descargar el gas generado durante la conversión química y el uso de la batería a tiempo; de lo contrario, el gas puede afectar a las interfaces de las láminas de electrodo, deteriorando así el rendimiento de la batería.
[0078] Sobre la base de las consideraciones anteriores, a fin de resolver simultáneamente los problemas de que el volumen del núcleo de batería puede cambiar durante el uso y de que puede generarse gas en el interior de la batería y no descargarse a tiempo, el inventor ha llevado a cabo una investigación en profundidad y ha diseñado una celda de batería, que está provista tanto de un elemento elástico como de un componente permeable al gas. Cuando el volumen de un núcleo de batería cambia, la tensión de hinchamiento del núcleo de batería puede absorberse mediante el elemento elástico, lo que evita un gran cambio repentino en el volumen del núcleo de batería y no afecta a la estabilidad del rendimiento de la batería; y cuando se genera gas en el interior de la batería, el gas puede ser descargado hacia el exterior de la batería a tiempo a través del componente permeable al gas, lo que evita que el gas afecte a las interfaces de las láminas de electrodo y, por tanto, no deteriora el rendimiento de la batería.
[0079] Mediante la disposición del elemento elástico, cuando el volumen del núcleo de batería se expande, el elemento elástico se comprime; y cuando el volumen del núcleo de batería se contrae, la deformación del elemento elástico se recupera. Por lo tanto, puede mantenerse la estabilidad del volumen global de la batería mediante el elemento elástico, lo que evita un gran cambio del volumen global de la batería, para no afectar a la conexión de otros componentes en el interior de la batería ni a la estabilidad del rendimiento de la batería.
[0080] Durante la conversión química y el uso de la batería, cuando el gas generado en el interior de la batería hace que la presión de gas en el interior de la batería sea superior a la presión fuera de la batería, el gas puede descargarse hacia el exterior de la batería a tiempo a través del componente permeable al gas, lo que evita que el gas afecte a las interfaces de las láminas de electrodo y, por tanto, no deteriora el rendimiento de la batería.
[0081] La celda de batería divulgada en la realización de la presente solicitud puede utilizarse en, pero no se limita a, un dispositivo de consumo de energía, tal como un vehículo, un barco o un vehículo aéreo. Puede utilizarse un sistema de alimentación que tenga el dispositivo de consumo de energía compuesto por la celda de batería, la batería o similares divulgados en la presente solicitud, lo cual contribuye a aliviar y ajustar automáticamente el deterioro de la fuerza de hinchamiento del núcleo de batería, complementar el consumo de la solución electrolítica y mejorar la estabilidad del rendimiento de la batería y la vida útil de la batería.
[0082] Una realización de la presente solicitud proporciona un dispositivo de consumo de energía que utiliza una batería como fuente de alimentación, y la batería está configurada para proporcionar energía eléctrica al dispositivo de consumo de energía. El dispositivo de consumo de energía puede ser, pero no se limita a, un teléfono móvil, un dispositivo portátil, un ordenador de red, un electro-móvil, un vehículo eléctrico, un barco, una nave espacial, un juguete eléctrico, una herramienta eléctrica y similares. Por ejemplo, la nave espacial incluye un avión, un cohete, un transbordador espacial, una nave espacial y similares; el juguete eléctrico incluye un juguete eléctrico fijo o móvil, tal como una consola de juegos, un juguete de vehículo eléctrico, un juguete de barco eléctrico y un juguete de avión eléctrico; y la herramienta eléctrica incluye una herramienta eléctrica de corte de metal, una herramienta eléctrica de rectificado, una herramienta eléctrica de montaje y una herramienta ferroviaria eléctrica, como un taladro eléctrico, una rectificadora eléctrica, una llave eléctrica, un destornillador eléctrico, un martillo eléctrico, un taladro de impacto eléctrico, un vibrador para hormigón y un cepillo eléctrico.
[0083] Para facilitar la descripción, las realizaciones siguientes se explicarán mediante un ejemplo en el que un dispositivo de consumo de energía de acuerdo con una realización de la presente solicitud es un vehículo 1000.
[0084] Haciendo referencia a la figura 1, la figura 1 es un diagrama estructural esquemático de un vehículo 1000 proporcionado en algunas realizaciones de la presente solicitud. El vehículo 1000 puede ser un vehículo propulsado por combustible, un vehículo que funciona con gasolina o un vehículo de nueva energía, y el vehículo de nueva energía puede ser un vehículo eléctrico de batería, un vehículo híbrido, un vehículo de autonomía extendida o similares. El vehículo 1000 puede estar provisto internamente de una batería 100, y la batería 100 se puede disponer en la parte inferior, el morro o la cola del vehículo 1000. La batería 100 se puede configurar para suministrar energía al vehículo 1000. Por ejemplo, la batería 100 puede usarse como fuente de alimentación operativa del vehículo 1000. El vehículo 1000 puede incluir, además, un controlador 200 y un motor 300. La batería 100 está configurada para proporcionar energía eléctrica para el funcionamiento del motor 300 y otros componentes del vehículo, y el controlador 200 está configurado para controlar el funcionamiento del motor 300, por ejemplo, para una demanda de potencia de trabajo del vehículo 1000 durante el arranque, la navegación y el funcionamiento.
[0085] En algunas realizaciones de la presente solicitud, la batería 100 puede servir no solo como fuente de alimentación operativa del vehículo 1000, sino que también puede utilizarse como fuente de alimentación de accionamiento del vehículo 1000, reemplazando o reemplazando parcialmente el combustible o el gas natural para proporcionar potencia motriz para el vehículo 1000.
[0086] Haciendo referencia a la figura 2, la figura 2 es una vista de despiece de una batería 100 proporcionada en algunas realizaciones de la presente solicitud. La batería 100 incluye una caja 10 y una celda de batería 20, y la celda de batería 20 se aloja en la caja 10. La caja 10 está configurada para proporcionar un espacio de alojamiento para la celda de batería 20 y la caja 10 puede ser una variedad de estructuras. En algunas realizaciones, la caja 10 puede comprender un primer cuerpo de cubierta 101 y un segundo cuerpo de cubierta 102, el primer cuerpo de cubierta 101 cubre el segundo cuerpo de cubierta 102 y viceversa, el primer cuerpo de cubierta 101 y el segundo cuerpo de cubierta 102 definen conjuntamente un espacio de alojamiento para alojar la celda de batería 20. El segundo cuerpo de cubierta 102 puede ser una estructura hueca con un extremo abierto, el primer cuerpo de cubierta 101 puede ser una estructura en forma de placa, y el primer cuerpo de cubierta 101 cubre el lado de apertura del segundo cuerpo de cubierta 102 para permitir que el primer cuerpo de cubierta 101 y el segundo cuerpo de cubierta 102 definan conjuntamente el espacio de alojamiento; o tanto el primer cuerpo de cubierta 101 como el segundo cuerpo de cubierta 102 pueden ser estructuras huecas con un lado abierto, y el lado de apertura del primer cuerpo de cubierta 101 cubre el lado de apertura del segundo cuerpo de cubierta 102. Por supuesto, la caja 10 formada por el primer cuerpo de cubierta 101 y el segundo cuerpo de cubierta 102 puede adoptar diversas formas, tales como un cilindro, un paralelepípedo.
[0088] En la batería 100, se puede proporcionar una pluralidad de celdas de batería 20. La pluralidad de celdas de batería 20 puede estar en conexión en serie, en paralelo o en serie-paralelo, y la conexión en serie-paralelo significa que la pluralidad de celdas de batería 20 están conectadas en serie y en paralelo. La pluralidad de celdas de batería 20 pueden estar en conexión directa en serie, en paralelo o en serie-paralelo, y, a continuación, el conjunto constituido por la pluralidad de celdas de batería 20 se aloja en la caja 10. Por supuesto, la batería 100 puede adoptar una forma de módulo de batería compuesto por la pluralidad de celdas de batería 20 primero en conexión en serie, en paralelo o en serie-paralelo, y múltiples módulos de batería están luego en conexión en serie, en paralelo o en serie-paralelo para formar un conjunto, que se aloja en la caja 10. La batería 100 puede comprender además otra estructura. Por ejemplo, la batería 100 puede comprender además un componente de barra colectora configurado para realizar la conexión eléctrica entre la pluralidad de celdas de batería 20.
[0090] La celda de batería 20 puede comprender una batería secundaria de ion de litio, una batería primaria de ion de litio, una batería de litio-azufre, una batería de sodio/litio-ión, una batería de ion de sodio, una batería de ion de magnesio, o similares, lo cual no está limitado en las realizaciones de la presente solicitud. La celda de batería puede ser cilíndrica, plana, cuboide o de otra forma, lo cual tampoco está limitado en las realizaciones de la presente solicitud. La celda de batería se divide generalmente en tres tipos según la forma de empaquetamiento: una celda de batería cilíndrica, una celda de batería prismática y una celda de batería tipo bolsa, lo que no está limitado por la realización de la presente solicitud.
[0092] Con referencia a la FIG.3 y a la FIG.4, la FIG.3 es un diagrama estructural esquemático de una celda de batería 20 proporcionada en algunas realizaciones de la presente solicitud, y la FIG.4 es una vista en sección transversal de una sección a lo largo de A-A en la FIG. 3. La celda de batería 20 se refiere a la unidad más pequeña para constituir la batería. Como se muestra en la FIG. 3, la celda de batería 20 comprende una carcasa 1, y dos terminales 2 están dispuestos en la parte superior de la carcasa 1. Como se muestra en la FIG. 4, la celda de batería 20 comprende además un conjunto de electrodos y otros componentes funcionales.
[0094] La carcasa 1 es un componente configurado para proporcionar un espacio de alojamiento para alojar el conjunto de electrodos, una solución electrolítica y otros componentes en su interior. La carcasa 1 comprende un cuerpo de alojamiento con una abertura y una tapa extrema para cerrar la abertura. El cuerpo de alojamiento y la tapa extrema pueden ser componentes independientes, la abertura se proporciona en el cuerpo de alojamiento, y la tapa extrema cubre la abertura para formar el entorno interno de la celda de batería 20. Sin limitación, la tapa extrema y el cuerpo de alojamiento pueden estar integrados. Concretamente, la tapa extrema y el cuerpo de alojamiento pueden formar una cara de conexión común primero antes de que otros componentes se coloquen en la carcasa, y cuando sea necesario encapsular el interior del cuerpo de alojamiento, la tapa extrema cubre entonces el cuerpo de alojamiento. El cuerpo de alojamiento puede adoptar diversas formas y tamaños, tales como un paralelepípedo, un cilindro, un prisma hexagonal. Concretamente, la forma del cuerpo de alojamiento puede determinarse de acuerdo con la forma y el tamaño específicos del conjunto de electrodos. El material del cuerpo de alojamiento puede ser diverso, por ejemplo, cobre, hierro, aluminio, acero inoxidable, aleación de aluminio, plástico, lo cual no está especialmente limitado en las realizaciones de la presente solicitud.
[0096] El cuerpo de alojamiento es un conjunto configurado para acoplarse con la tapa extrema para formar el entorno interno de la celda de batería 20, y la tapa extrema es un componente que cubre la abertura del cuerpo de alojamiento para aislar el entorno interno de la celda de batería 20 del entorno externo. Sin limitación, la forma de la tapa extrema puede adaptarse a la forma del cuerpo de alojamiento para acoplarse con el cuerpo de alojamiento. Opcionalmente, la tapa extrema puede estar hecha de un material con cierta dureza y resistencia, y de este modo, la tapa extrema no se deforma fácilmente cuando se comprime y se expande, de modo que la resistencia estructural de la celda de batería 20 es mayor y puede mejorarse el rendimiento de seguridad. Los terminales 2 y otros componentes pueden estar dispuestos en la tapa extrema. Los terminales 2 pueden estar configurados para conectarse eléctricamente con el conjunto de electrodos para proporcionar o recibir energía eléctrica de la celda de batería 20. En algunas realizaciones, puede disponerse además un mecanismo de alivio de presión en la tapa extrema, estando configurado el mecanismo de alivio de presión para aliviar la presión interna cuando la presión o la temperatura internas de la celda de batería 20 alcanzan un umbral. El material de la tapa extrema puede ser diverso, por ejemplo, cobre, hierro, aluminio, acero inoxidable, aleación de aluminio, plástico, lo cual no está especialmente limitado en las realizaciones de la presente solicitud. En algunas realizaciones, un lado interno de la tapa extrema puede estar provisto además de un elemento aislante, y el elemento aislante puede estar configurado para aislar componentes de conexión eléctrica en el cuerpo de alojamiento de la tapa extrema para reducir el riesgo de cortocircuito. A modo de ejemplo, el material del elemento aislante puede ser plástico, caucho o similar.
[0097] El conjunto de electrodos es un componente en la celda de batería 20 que sufre una reacción electroquímica. La carcasa 1 puede contener uno o más conjuntos de electrodos. El conjunto de electrodos se forma principalmente enrollando o apilando una lámina de electrodo positivo y una lámina de electrodo negativo, y generalmente se dispone un separador entre la lámina de electrodo positivo y la lámina de electrodo negativo. El conjunto de electrodos comprende un núcleo de batería 5 y dos lengüetas 8 que se extienden desde el núcleo de batería 5. Partes de la lámina de electrodo positivo y de la lámina de electrodo negativo que tienen materiales activos constituyen el núcleo de batería 5 del conjunto de electrodos, y partes de la lámina de electrodo positivo y de la lámina de electrodo negativo que no tienen los materiales activos constituyen respectivamente las dos lengüetas 8 del conjunto de electrodos. Una lengüeta positiva y una lengüeta negativa pueden estar situadas en un extremo del núcleo de batería 5 conjuntamente o en dos extremos del núcleo de batería 5, respectivamente. Durante la carga y descarga de la batería, el material activo positivo y el material activo negativo reaccionan con la solución electrolítica, y las lengüetas 8 se conectan a los terminales 2 para formar un circuito de corriente. El conjunto de electrodos puede ser una estructura enrollada o una estructura laminada, y las realizaciones de la presente solicitud no se limitan a ello.
[0098] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, con referencia a la FIG.3 y, además, a la FIG.4, la FIG. 4 es una vista en sección transversal de una sección a lo largo de A-A en la FIG. 3. La presente solicitud proporciona una celda de batería 20. La celda de batería 20 comprende una carcasa 1, un elemento protector 4, un núcleo de batería 5, un elemento elástico 6, un primer componente permeable al gas 7 y un segundo componente permeable al gas 3.
[0099] El elemento protector 4 está montado en una pared interna de la carcasa 1 y separa un espacio interior de la carcasa 1 en una primera cámara y una segunda cámara; el núcleo de batería 5 está dispuesto en la primera cámara; y el elemento elástico 6 está dispuesto en la segunda cámara y situado entre la carcasa 1 y el elemento protector 4, y el elemento protector 4 está configurado de manera que el elemento elástico 6 se comprime con la expansión del núcleo de batería 5 y se estira con la contracción del núcleo de batería 5.
[0100] La carcasa 1 está básicamente cerrada, y el interior de la carcasa 1 tiene un espacio de almacenamiento, y el elemento protector 4, el núcleo de batería 5 y otros componentes están dispuestos en el interior de la carcasa 1. La carcasa 1 puede ser cilíndrica, paralelepipédica o de otra forma.
[0101] El elemento protector 4 está montado en la pared interna de la carcasa 1, y el espacio interior de la carcasa 1 puede separarse en dos cámaras mediante el elemento protector 4, de modo que se aísle el núcleo de batería 5 del elemento elástico 6. El núcleo de batería 5 está situado en la primera cámara, y el elemento elástico 6 está situado en la segunda cámara y entre la carcasa 1 y el elemento protector 4.
[0102] Mediante la disposición del elemento protector 4, el núcleo de batería 5 puede aislarse eficazmente del elemento elástico 6, lo que puede proteger el núcleo de batería 5 y evitar daños en el núcleo de batería 5 debidos a la compresión entre el elemento elástico 6 y el núcleo de batería 5, y puede proteger eficazmente el elemento elástico 6 y evitar que la solución electrolítica en el núcleo de batería 5 corroa el elemento elástico 6.
[0103] El elemento protector 4 está configurado de manera que el elemento elástico 6 se comprime con la expansión del núcleo de batería 5 y se estira con la contracción del núcleo de batería 5, y el elemento protector 4 puede deformarse con el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6. Cuando el volumen del núcleo de batería 5 se expande, el elemento elástico 6 se comprime; y cuando el volumen del núcleo de batería 5 se contrae, el elemento elástico 6 se estira y se recupera hasta un estado natural. Durante la deformación del elemento elástico 6, el elemento protector 4 también se deforma con el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6, de modo que el elemento elástico 6 pueda comprimirse o estirarse.
[0104] Mediante la disposición del elemento elástico 6, puede absorberse la tensión de hinchamiento del núcleo de batería 5, lo que evita un cambio repentino del volumen global de la celda de batería 20 debido a la expansión del núcleo de batería 5, se evita la reducción de la porosidad de las láminas de electrodo causada por la compresión de la lámina de electrodo con una fuerza, afecta a la impregnación de la solución electrolítica en las láminas de electrodo, se evita además la rotura de las láminas de electrodo debido a una gran fuerza de compresión durante mucho tiempo y la aparición del riesgo de un cortocircuito en la batería, y similares.
[0105] El primer componente permeable al gas 7 está montado en el elemento protector 4, y el primer componente permeable al gas 7 está configurado para la comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara para permitir que el gas en la primera cámara entre en la segunda cámara a través del primer componente permeable al gas 7. El segundo componente permeable al gas 3 está montado en la carcasa 1, y el segundo componente permeable al gas 3 está configurado para la comunicación unidireccional entre la segunda cámara y un espacio exterior de la carcasa 1 para permitir que el gas en la segunda cámara sea descargado fuera de la carcasa 1 a través del segundo componente permeable al gas 3.
[0107] Durante el uso de la celda de batería 20, el núcleo de batería 5 puede generar gas para aumentar gradualmente la presión en la primera cámara, y, en ese momento, el gas en la primera cámara puede descargarse a tiempo a través del primer componente permeable al gas 7, lo que evita que el gas afecte a la impregnación de la solución electrolítica en el núcleo de batería 5 en las láminas de electrodo, a fin de no reducir el rendimiento de la batería. El gas entra en la segunda cámara a través del primer componente permeable al gas 7, y cuando la presión en la segunda cámara es mayor que la presión de gas fuera de la carcasa 1, el gas en la segunda cámara puede descargarse hacia el exterior de la carcasa 1 a través del segundo componente permeable al gas 3, lo que evita que el gas permanezca en el interior de la carcasa 1.
[0109] Tanto el primer componente permeable al gas 7 como el segundo componente permeable al gas 3 son componentes para la comunicación unidireccional, y el gas puede entrar en la segunda cámara desde la primera cámara a través del primer componente permeable al gas 7, pero no puede entrar en la primera cámara desde la segunda cámara a través del primer componente permeable al gas 7, lo que puede evitar así la entrega inversa del gas a la primera cámara cuando la presión del gas en la segunda cámara es alta, a fin de no afectar al rendimiento del núcleo de batería 5. De manera similar, el gas puede descargarse hacia el exterior de la carcasa 1 desde la segunda cámara a través del segundo componente permeable al gas 3, pero el gas fuera de la carcasa 1 no puede entrar en la segunda cámara desde el espacio exterior de la carcasa 1 a través del segundo componente permeable al gas 3, lo que impide que el gas externo entre en la segunda cámara a través del segundo componente permeable al gas 3, para no afectar a la presión en la carcasa 1.
[0111] Las realizaciones de la celda de batería proporcionada en la presente solicitud no sólo pueden satisfacer la necesidad de aliviar un cambio del volumen de la celda de batería, sino que pueden también absorber la tensión de hinchamiento de la celda de batería cuando la celda de batería se carga y se expande, y mantener el contacto estrecho de la interfaz entre la lámina de electrodo positivo y la lámina de electrodo negativo cuando la batería se descarga, de modo que se construya un modo de funcionamiento de batería respirante; y, debido a la existencia del primer componente permeable al gas y del segundo componente permeable al gas, cuando la celda de batería genera gas, el gas generado puede descargarse hacia el exterior de la celda de batería en tiempo real, garantizando así la estabilidad del rendimiento de la celda de batería.
[0113] Además, en las realizaciones de la presente solicitud, la disposición del elemento elástico 6 y del primer componente permeable al gas 7 y del segundo componente permeable al gas 3 no es independiente entre sí, sino interrelacionada. El inventor ha descubierto por investigación que, en la técnica relacionada, algunos elementos elásticos están dispuestos en el núcleo de batería, lo que puede aumentar la dificultad de fabricación del núcleo de batería y causar una calidad inestable del núcleo de batería. A fin de superar estos problemas, el inventor ha mejorado la ubicación de disposición del elemento elástico 6. En las realizaciones de la presente solicitud, el núcleo de batería 5 está dispuesto en la primera cámara, y el elemento elástico 6 está dispuesto en la segunda cámara. Por tanto, el elemento elástico 6 está situado fuera del núcleo de batería 5, la disposición del elemento elástico 6 no afecta a la fabricación del núcleo de batería 5, el núcleo de batería 5 puede fabricarse por separado de acuerdo con un método predeterminado, y el elemento elástico 6 puede disponerse fuera de los diversos tipos de núcleo de batería 5. Sobre la base de la ubicación de disposición del elemento elástico 6, el inventor ha investigado además y ha descubierto que hay al menos dos problemas que deben resolverse. Un problema es que, en la técnica relacionada, un componente permeable al gas se dispone normalmente en la tapa extrema de la carcasa 1, pero otros componentes, tales como terminales 2 y una válvula antiexplosiva, se disponen además en la tapa extrema. Por lo tanto, el espacio restante en la tapa extrema es limitado, la disposición del componente permeable al gas en la tapa extrema puede estar limitada por el espacio, y también es necesario considerar la interferencia con otros componentes, tales como los terminales 2 y la válvula antiexplosiva. El segundo problema es que, en las realizaciones de la presente solicitud, el elemento protector 4 separa el espacio interior de la carcasa 1 en dos cámaras relativamente independientes; el gas generado en el núcleo de batería 5 durante el uso puede aumentar la presión interna de la primera cámara; con el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6, la presión interna de la segunda cámara puede cambiar; por lo tanto, además de descargar el gas en la primera cámara a tiempo, es necesario ajustar la presión en la segunda cámara. Por lo tanto, sobre la base de estas consideraciones, el inventor ha diseñado dos componentes permeables al gas, el primer componente permeable al gas 7 se dispone en el elemento protector 4 para la comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara, y el segundo componente permeable al gas 3 se dispone en la carcasa 1 para la comunicación unidireccional entre la segunda cámara y el espacio exterior de la carcasa 1. De este modo, el gas en la primera cámara puede descargarse a tiempo, y la presión en la segunda cámara puede ajustarse. En comparación con la solución técnica de disponer dos componentes permeables al gas en la carcasa, de acuerdo con las soluciones técnicas de las realizaciones de la presente solicitud, puede reducirse el número de aberturas en la carcasa 1, y la primera cámara, la segunda cámara y el espacio exterior de la carcasa 1 pueden estar en comunicación unidireccional para permitir que el gas sea descargado gradualmente con la expansión del núcleo de batería 5 y el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6, formando una estructura que realiza la integridad y la cooperación de la absorción de la tensión de hinchamiento del núcleo de batería y la descarga del gas.
[0114] En algunas realizaciones de la presente solicitud, el elemento protector 4 está conectado a una pared lateral de la carcasa 1, y de este modo, el elemento elástico 6 puede disponerse en un lado del núcleo de batería 5 a lo largo de la dirección de expansión del núcleo de batería 5, de modo que el elemento elástico 6 se deforme con la expansión y la contracción del núcleo de batería 5. Otra ventaja de esta disposición es que el segundo componente permeable al gas 3 puede disponerse en una cara lateral de la carcasa 1 en lugar de en la tapa extrema en la parte superior de la carcasa 1, y de este modo, el segundo componente permeable al gas 3 no necesita compartir espacio con otros componentes en la tapa extrema, tales como los terminales 2 y la válvula antiexplosiva, para facilitar la disposición del segundo componente permeable al gas 3. Además, el segundo componente permeable al gas 3 se dispone en la cara lateral de la carcasa 1, de modo que el gas no queda bloqueado por otros componentes, tales como los terminales 2 y la válvula antiexplosiva, cuando se descarga, lo que favorece la descarga más fluida del gas.
[0115] En algunas realizaciones de la presente solicitud, el elemento protector 4 tiene forma de U, lo que facilita la formación de una segunda cámara cerrada junto con la pared interna de la carcasa 1, y las cámaras en el espacio interior de la carcasa 1 distintas de la segunda cámara constituyen la primera cámara.
[0116] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, el primer componente permeable al gas 7 comprende una primera válvula unidireccional permeable al gas o una membrana unidireccional permeable al gas. La válvula unidireccional permeable al gas tiene una alta resistencia estructural y una larga vida útil. La disposición de la membrana unidireccional permeable al gas es relativamente conveniente, y no ocupa demasiado espacio. La membrana unidireccional permeable al gas puede permitir el paso de gas y aislar un líquido, lo que evita que la solución electrolítica en la primera cámara entre en la segunda cámara.
[0117] La membrana unidireccional permeable al gas puede seleccionarse entre productos acabados existentes, tales como una membrana unidireccional permeable al gas VAP, y la membrana permeable al aire comprende múltiples capas de materiales, que pueden permitir el paso de gas pero no de un líquido, y pueden aislar la solución electrolítica para evitar que la solución electrolítica se fugue a través de la membrana permeable al gas, para no reducir el desperdicio de la solución electrolítica.
[0118] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, el segundo componente permeable al gas 3 comprende una segunda válvula unidireccional permeable al gas. El segundo componente permeable al gas está expuesto en una superficie externa de la carcasa 1, el segundo componente permeable al gas adopta una válvula permeable al gas, que tiene una alta resistencia estructural, y la vida útil del segundo componente permeable al gas puede mejorarse eficazmente.
[0119] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, la celda de batería comprende además una válvula antiexplosiva dispuesta en la carcasa 1, el primer componente permeable al gas 7 comprende una primera válvula unidireccional permeable al gas, y una presión de apertura de la primera válvula unidireccional permeable al gas y una presión de apertura de la segunda válvula unidireccional permeable al aire son ambas inferiores a una presión de apertura de la válvula antiexplosiva. Esta configuración puede permitir que la primera válvula unidireccional permeable al aire y la segunda válvula unidireccional permeable al aire se abran antes de que se abra la válvula antiexplosiva, lo que evita que la válvula antiexplosiva se detone antes de abrir la primera válvula unidireccional permeable al aire y la segunda válvula unidireccional permeable al aire, para no provocar que la carcasa 1 alivie la presión de forma prematura.
[0120] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, con referencia a la FIG.5 y a la FIG.6, la FIG.5 es una vista principal de un elemento estructural constituido por un elemento protector y una carcasa de una celda de batería divulgada en algunas realizaciones de la presente solicitud, y la FIG.6 es una vista en sección transversal de una sección a lo largo de B-B en la FIG.5. El elemento protector 4 comprende una porción flexible, y la porción flexible es capaz de deformarse con el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6.
[0121] La porción flexible es una porción que es relativamente blanda y se deforma fácilmente con respecto a otras porciones.
[0122] Mediante la deformación de la porción flexible, el elemento protector 4 puede deformarse con el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6, permitiendo así que el elemento elástico 6 se comprima con la expansión del núcleo de batería 5 o recupere su forma original con la contracción del núcleo de batería 5.
[0123] Un material de la porción flexible puede comprender al menos uno de caucho de nitrilo, caucho de silicona, fluororresina y polipropileno. La textura de la porción flexible es relativamente blanda y se deforma fácilmente, a fin de lograr el propósito de deformación con el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6. Mientras tanto, la porción flexible tiene un efecto de aislamiento, que puede proteger eficazmente el núcleo de batería 5 del contacto directo con el elemento elástico 6 y evitar que el núcleo de batería 5 sea dañado debido a la compresión del elemento elástico 6, y puede proteger eficazmente el elemento elástico 6 y evitar que el elemento elástico 6 sea corroído por la solución electrolítica.
[0124] La porción flexible puede ser una parte del elemento protector 4, es decir, una parte del elemento protector 4 es flexible mientras que la otra parte es rígida, lo que puede mejorar la dureza global del elemento protector 4. La porción flexible también puede constituir la totalidad del elemento protector 4, es decir, la totalidad del elemento protector 4 es flexible y tiene una mejor capacidad de deformación.
[0125] Como se muestra en la FIG.6, de acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, la celda de batería comprende además un deflector 9 dispuesto en la segunda cámara, estando el deflector 9 dispuesto en un lado interno de la porción flexible, y el elemento elástico 6 está dispuesto entre el deflector 9 y la carcasa 1.
[0126] Mediante la disposición del deflector 9 y la colocación del elemento elástico 6 entre el deflector 9 y la carcasa 1, puede evitarse la generación, por parte del elemento elástico 6, de una gran fuerza de compresión sobre las láminas de electrodo en el núcleo de batería 5 para no causar daños a las láminas de electrodo. Mediante la disposición del deflector 9, también puede evitarse el contacto directo entre el elemento elástico 6 y la porción flexible, se evita que el extremo afilado del elemento elástico 6 perfore la porción flexible, se protege eficazmente la porción flexible y se mejora la vida útil del elemento protector 4.
[0127] El deflector 9 puede ser una estructura en forma de placa plana, o adoptar otra forma estructural como cuerpo principal.
[0128] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, un material del deflector 9 comprende resina de terileno. Este material puede satisfacer el requisito de dureza y el coste es relativamente bajo.
[0129] De acuerdo con otras realizaciones de la presente solicitud, el elemento protector 4 comprende una porción protectora y una porción telescópica acoplada entre la porción protectora y la carcasa 1, el elemento elástico 6 está dispuesto entre la porción protectora y la carcasa 1, y la porción telescópica se alarga o acorta bajo la acción del elemento elástico 6.
[0130] La porción telescópica es una porción que es extensible y puede acortarse. Mediante la extensión o el acortamiento de la porción telescópica, puede lograrse el propósito de deformación del elemento protector 4 con el estiramiento y la compresión del elemento elástico 6, de modo que el elemento elástico 6 pueda deformarse con la expansión o contracción del núcleo de batería 5.
[0131] El elemento elástico 6 está dispuesto entre la porción protectora y la carcasa 1, lo que puede evitar el contacto entre el elemento elástico 6 y la porción telescópica, y evitar que el elemento elástico 6 afecte al estiramiento y la compresión de la porción telescópica, de modo que no interfiera con el estiramiento y la compresión de la porción telescópica.
[0132] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, la porción telescópica comprende una porción de conexión telescópica en forma de onda. La porción de conexión en forma de onda tiene la capacidad de alargarse o acortarse, tal como un fuelle. Cuando se superponen múltiples segmentos del fuelle, la longitud del fuelle se acorta; y cuando múltiples segmentos del fuelle se despliegan relativamente, la longitud del fuelle se alarga. La porción de conexión en forma de onda comprende una pluralidad de segmentos de conexión superponibles. Cuando la pluralidad de segmentos de conexión se superponen, la longitud global de la porción de conexión en forma de onda se acorta; y cuando la pluralidad de segmentos de conexión se despliegan relativamente, la longitud global de la porción de conexión en forma de onda se alarga.
[0133] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, el elemento elástico 6 comprende un muelle, y una longitud del muelle oscila entre 2 mm y 10 mm. Si el muelle es demasiado largo, la longitud de la carcasa 1 aumentará y el área ocupada por la celda de batería aumentará. Si el muelle es demasiado corto, es posible que se vea afectada la capacidad de estiramiento y compresión del muelle y se reduzca la capacidad de aliviar la expansión del núcleo de batería.
[0134] Además del muelle, el elemento elástico 6 puede adoptar elementos elásticos tales como caucho.
[0135] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, con referencia a la FIG.7 y a la FIG.8, la FIG.7 es una vista lateral de un elemento estructural constituido por un elemento protector y una carcasa en una celda de batería divulgada en algunas realizaciones de la presente solicitud, y la FIG.8 es una vista en sección transversal de una sección a lo largo de C-C en la FIG.7. La celda de batería comprende una pluralidad de elementos elásticos 6, y la pluralidad de elementos elásticos 6 se distribuyen uniformemente en la segunda cámara en múltiples filas. Mediante la disposición de la pluralidad de elementos elásticos 6, puede mejorarse la capacidad de soporte del núcleo de batería 5, y la pluralidad de elementos elásticos 6 se distribuyen uniformemente, lo que puede proporcionar un soporte uniforme para el núcleo de batería 5 y evitar que el núcleo de batería 5 sea comprimido parcialmente y dañado.
[0136] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, la presente solicitud proporciona además una batería, que comprende la celda de batería de acuerdo con cualquiera de las soluciones anteriores.
[0137] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, la presente solicitud proporciona además un dispositivo de consumo de energía, que comprende la batería de acuerdo con cualquiera de las soluciones anteriores, y la batería está configurada para proporcionar energía eléctrica para el dispositivo de consumo de energía.
[0138] El dispositivo de consumo de energía puede ser cualquiera de los dispositivos o sistemas mencionados anteriormente que utilicen baterías.
[0139] La presente solicitud proporciona además un procedimiento de fabricación de una celda de batería, y el procedimiento comprende:
[0140] proporcionar una carcasa 1;
[0141] montar un elemento protector 4 en una pared interna de la carcasa 1, separando el elemento protector 4 un espacio interior de la carcasa 1 en una primera cámara y una segunda cámara;
[0142] disponer un núcleo de batería 5 en la primera cámara;
[0143] disponer un elemento elástico 6 en la segunda cámara, estando situado el elemento elástico 6 entre la carcasa 1 y el elemento protector 4, y estando configurado el elemento protector 4 de manera que el elemento elástico 6 se comprime con la expansión del núcleo de batería 5 y se estira con la contracción del núcleo de batería 5; montar un primer componente permeable al gas 7 en el elemento protector 4, estando configurado el primer componente permeable al gas 4 para la comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara para permitir que el gas en la primera cámara entre en la segunda cámara; y
[0144] montar un segundo componente permeable al gas 3 en la carcasa 1, estando configurado el segundo componente permeable al gas 3 para la comunicación unidireccional entre la segunda cámara y un espacio exterior de la carcasa 1 para permitir que el gas en la segunda cámara sea descargado fuera de la carcasa 1.
[0145] Los efectos positivos de las diversas realizaciones de la celda de batería de la presente solicitud son también aplicables a una batería, un dispositivo de consumo de energía y un procedimiento de fabricación de una celda de batería, por lo que no se repetirán aquí en detalle.
[0146] De acuerdo con algunas realizaciones de la presente solicitud, con referencia a las FIG.3 a 8, la presente solicitud proporciona una celda de batería prismática, y la celda de batería comprende una carcasa 1, terminales 2, un segundo componente permeable al aire 3, un elemento protector 4, un núcleo de batería 5, un elemento elástico 6, un primer componente permeable al aire 7, lengüetas 8 y un deflector 9.
[0147] La carcasa 1 comprende un cuerpo de alojamiento con una abertura en la parte superior y una tapa extrema para cerrar la abertura del cuerpo de alojamiento. Dos terminales 2 se disponen en la tapa extrema en la parte superior de la carcasa 1. El núcleo de batería 5 comprende una lámina de electrodo negativo conectada a una lengüeta negativa, una lámina de electrodo positivo conectada a una lengüeta positiva, un separador que separa la lámina de electrodo positivo y la lámina de electrodo negativo, y una solución electrolítica para conducir iones de litio. En un ejemplo de la dirección mostrada en la FIG. 4, el elemento protector 4 está montado en una pared interna derecha de la carcasa 1 para separar un espacio interior de la carcasa 1 en una primera cámara y una segunda cámara, y la primera cámara está situada a la izquierda de la segunda cámara. El núcleo de batería 5, las lengüetas 8 y otros componentes están dispuestos en la primera cámara, y el elemento elástico 6 está dispuesto en la segunda cámara. El deflector 9 está montado en una cara de pared del elemento protector 4 situada en el interior de la segunda cámara, un extremo del elemento elástico 6 se apoya en el deflector 9, y el otro extremo se apoya en una pared interna de la carcasa 1. El deflector 9 puede adoptar una placa plana de plástico duro con un espesor de 1 mm, una anchura de 46 mm y una longitud de 80 mm. Todo el elemento protector 4 está hecho de un material flexible, tal como caucho de nitrilo, caucho de silicona, fluororresina o polipropileno. Se disponen dos filas de elementos elásticos 6 en la segunda cámara, cada fila comprende 5 elementos elásticos 6, y el espacio entre dos elementos elásticos 6 adyacentes en cada fila es igual. El primer componente permeable al gas 7 está montado en la parte superior del elemento protector 4 y está configurado para la comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara. El segundo componente permeable al gas 3 está dispuesto en el centro de una cara lateral derecha de la carcasa 1 y está configurado para la comunicación unidireccional entre la segunda cámara y un espacio exterior de la carcasa 1. Las dos lengüetas 8 se extienden respectivamente desde la parte superior del núcleo de batería 5, y las dos lengüetas 8 están conectadas eléctricamente a los dos terminales 2, respectivamente.
[0148] Cuando el núcleo de batería 5 se expande, el núcleo de batería 5 comprime el elemento elástico 6 para comprimir el elemento elástico 6, y el elemento elástico 6 absorbe el cambio del volumen causado por la expansión del núcleo de batería 5, lo que evita un cambio repentino del volumen global de la celda de batería. Cuando el núcleo de batería 5 se contrae, la deformación del elemento elástico 6 se recupera, lo que puede mantener la estabilidad del núcleo de batería 5 en la carcasa 1. Mientras tanto, durante la expansión u otros períodos de funcionamiento, si se genera gas en el interior del núcleo de batería 5, el gas puede entrar en la segunda cámara desde la primera cámara a través del primer componente permeable al gas 7 en cualquier momento, y descargarse hacia el exterior de la carcasa 1 desde la segunda cámara a través del segundo componente permeable al aire 3, de modo que se evite que el gas afecte a las interfaces de las láminas de electrodo en el núcleo de batería 5 y a la impregnación de la solución electrolítica en las láminas de electrodo y reduzca el rendimiento de la batería.
[0150] En algunas realizaciones de la presente solicitud, el elemento elástico 6 comprende un muelle compresible, y el intervalo de deformación del muelle compresible es del 5 % al 60 % de la longitud total del muelle en el estado natural. Este intervalo de deformación es relativamente amplio y puede satisfacer el cambio de la tensión de hinchamiento en todo el ciclo de vida de la celda de batería. La resistencia del muelle compresible oscila entre 0,2 MPa y 2,6 MPa, y la resistencia máxima del muelle compresible es inferior a la tensión de hinchamiento en el interior de la batería, de modo que el muelle pueda absorber la tensión de hinchamiento de la batería para construir un modo de funcionamiento de batería respirante y mantener el contacto de interfaz en el interior de la batería. Además, la resistencia del muelle compresible es siempre inferior en 3 MPa a la resistencia a la rotura de la carcasa 1, como se muestra en la Tabla 1 a continuación, que muestra la relación correspondiente entre la deformación y la resistencia del muelle compresible.
[0152] Tabla 1. Relación correspondiente entre deformación y resistencia de un muelle compresible:
[0154]
[0157] Además, el primer componente permeable al gas 7 puede adoptar una primera válvula unidireccional permeable al gas, y el segundo componente permeable al gas 3 puede adoptar una segunda válvula unidireccional permeable al gas. La condición de apertura de la primera válvula unidireccional permeable al gas y de la segunda válvula unidireccional permeable al gas es que la presión interna de aire de la celda de batería alcance 0,03~0,05 MPa, y las presiones de apertura de la primera válvula unidireccional permeable al gas y de la segunda válvula unidireccional permeable al gas son siempre inferiores en 0,9±0,2 MPa a la presión de apertura de la válvula antiexplosiva dispuesta en la tapa extrema en la parte superior de la carcasa 1.
[0159] Aunque la presente solicitud ha sido descrita con referencia a las realizaciones preferidas de la misma, pueden introducirse diversas modificaciones sin apartarse del ámbito de la presente solicitud. En particular, siempre que no exista un conflicto estructural, las distintas características técnicas mencionadas en las distintas realizaciones podrán combinarse de cualquier manera. La presente solicitud no está limitada a las formas de realización específicas divulgadas en el presente documento, e incluye todas las soluciones técnicas que estén dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
1. Una celda de batería (20), que comprende:
una carcasa (1);
un elemento protector (4) montado en una pared interna de la carcasa (1) y que separa un espacio interior de la carcasa (1) en una primera cámara y una segunda cámara;
un núcleo de batería (5) dispuesto en la primera cámara;
un elemento elástico (6) dispuesto en la segunda cámara y situado entre la carcasa (1) y el elemento protector (4), estando configurado el elemento protector (4) de manera que el elemento elástico (6) se comprime con la expansión del núcleo de batería (5) y se estira con la contracción del núcleo de batería (5);
un primer componente permeable al gas (7) montado en el elemento protector (4) y configurado para la comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara para permitir que el gas en la primera cámara entre en la segunda cámara a través del primer componente permeable al gas (7); y
un segundo componente permeable al gas (3) montado en la carcasa (1) y configurado para la comunicación unidireccional entre la segunda cámara y un espacio exterior de la carcasa (1) para permitir que el gas en la segunda cámara sea descargado fuera de la carcasa (1) a través del segundo componente permeable al gas (3).
2. La celda de batería (20) según la reivindicación 1, en la que el elemento protector (4) comprende una porción flexible, y la porción flexible es capaz de deformarse con el estiramiento y la compresión del elemento elástico (6).
3. La celda de batería (20) según la reivindicación 2, en la que un material de la porción flexible comprende al menos uno de caucho de nitrilo, caucho de silicona, fluororresina y polipropileno.
4. La celda de batería (20) según la reivindicación 2, que comprende además un deflector (9) dispuesto en la segunda cámara, estando el deflector (9) dispuesto en un lado interno de la porción flexible, y estando el elemento elástico (6) dispuesto entre el deflector (9) y la carcasa (1).
5. La celda de batería (20) según la reivindicación 4, en la que un material del deflector (9) comprende resina de terileno.
6. La celda de batería (20) según la reivindicación 1, en la que el elemento protector (4) comprende una primera porción protectora y una porción telescópica acoplada entre la primera porción protectora y la carcasa (1), el elemento elástico (6) está dispuesto entre la primera porción protectora y la carcasa (1), y la porción telescópica se alarga o acorta bajo la acción del elemento elástico (6).
7. La celda de batería (20) según la reivindicación 6, en la que la porción telescópica comprende una porción de conexión telescópica en forma de onda.
8. La celda de batería (20) según la reivindicación 1, en la que el elemento elástico (6) comprende un muelle, y una longitud del muelle oscila entre 2 mm y 10 mm.
9. La celda de batería (20) según la reivindicación 1, en la que la celda de batería (20) comprende una pluralidad de elementos elásticos (6), y la pluralidad de elementos elásticos (6) se distribuyen uniformemente en la segunda cámara en múltiples filas.
10. La celda de batería (20) según la reivindicación 1, en la que el primer componente permeable al gas (7) comprende una primera válvula unidireccional permeable al gas o una membrana unidireccional permeable al gas.
11. La celda de batería (20) según la reivindicación 1, en la que el segundo componente permeable al gas (3) comprende una segunda válvula unidireccional permeable al gas.
12. La celda de batería (20) según la reivindicación 11, que comprende además una válvula antiexplosiva dispuesta en la carcasa (1), comprendiendo el primer componente permeable al gas (7) una primera válvula unidireccional permeable al gas, y siendo una presión de apertura de la primera válvula unidireccional permeable al gas y una presión de apertura de la segunda válvula unidireccional permeable al aire ambas inferiores a una presión de apertura de la válvula antiexplosiva.
13. Una batería (100), que comprende la celda de batería (20) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
14. Un dispositivo de consumo de energía, que comprende la batería (100) según la reivindicación 13, estando configurada la batería (100) para suministrar energía eléctrica para el dispositivo de consumo de energía.
15. Un método de fabricación para una celda de batería (20), que comprende:
proporcionar una carcasa (1);
montar un elemento protector (4) en una pared interna de la carcasa (1), separando el elemento protector (4) un espacio interior de la carcasa (1) en una primera cámara y una segunda cámara;
disponer un núcleo de batería (5) en la primera cámara;
disponer un elemento elástico (6) en la segunda cámara, estando situado el elemento elástico (6) entre la carcasa (1) y el elemento protector (4), estando configurado el elemento protector (4) de manera que el elemento elástico (6) se comprime con la expansión del núcleo de batería (5) y se estira con la contracción del núcleo de batería (5); montar un primer componente permeable al gas (7) en el elemento protector (4), estando configurado el primer componente permeable al gas (7) para la comunicación unidireccional entre la primera cámara y la segunda cámara para permitir que el gas en la primera cámara entre en la segunda cámara; y
montar un segundo componente permeable al gas (3) en la carcasa (1), estando configurado el segundo componente permeable al gas (3) para la comunicación unidireccional entre la segunda cámara y un espacio exterior de la carcasa (1) para permitir que el gas en la segunda cámara sea descargado fuera de la carcasa (1).
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