电池包、电池模组、车辆以及储能装置的制作方法

文档序号:21314874发布日期:2020-06-30 20:43阅读:203来源:国知局
电池包、电池模组、车辆以及储能装置的制作方法
本申请属于电池领域,尤其涉及一种电池包、电池模组、车辆以及储能装置。
背景技术
:在电动汽车电池包能量密度日益升高的环境下,长寿命是必须攻克的难关之一,这也是影响用户体验十分重要的一个指标,也是各家电池企业以及新能源车企一直追求优化的方向。在一个电池包内,电化学体系会影响电池的寿命,除此之外,外部环境对电池寿命的也起到至关重要的影响,其中影响较为严重的为电池在循环过程中会发生膨胀,相邻电池膨胀后互相挤压,从而造成电池性能的恶化,严重时还会引发安全问题。相关技术中,为了缓解电池的膨胀,目前最多的研究集中在电池包/电池模组中相邻电池之间预留一定的间隙,但间隙会占用电池包内部空间,如果电池包内电池数量较大,间隙预留过大,每两个相邻电池之间均预留间隙,由此势必会严重降低电池包的空间利用率;但如果间隙预留过小,又无法有效的缓解电池的膨胀。因此,如何合理设计相邻电池之间的间隙,使得既可以缓解电池的膨胀,又不会过多占用电池包内部空间,进而使得电池包的综合性能得到最大化,是目前急需解决的问题。技术实现要素:为了至少解决上述一种问题,本申请的目的在于提供一种电池包,其既能缓解电池的膨胀,延长电池的循环使用寿命,又能够充分利用电池包的排布空间。为了实现上述目的,在本申请的第一方面,提供了一种电池包,所述电池包包括至少一个电池序列,所述电池序列包括若干个电池;所述电池的厚度沿第一方向延伸,若干个所述电池沿所述第一方向依次排列以形成所述电池序列;至少一个所述电池包括外壳和封装于所述外壳内的极芯,至少两个相邻的电池之间具有间隙,该间隙与所述电池的厚度的比例为c,c满足如下关系式:(a-b)<c<(a×t),其中,a表示为所述电池的膨胀率;b表示为所述极芯的压缩率;t表示为所述电池有利压缩后的厚度与所述电池被压缩前的厚度的百分比。在本申请的一些实施方式中,a表示为电池在第一方向上的膨胀率,b表示为极芯在第一方向上的压缩率。在本申请的一些实施方式中,a=(电池膨胀后的厚度-电池膨胀前的厚度)/电池膨胀前的厚度×100%,b=(极芯被压缩前的厚度-极芯被压缩后的厚度)/极芯被压缩前的厚度×100%,t=电池有利压缩后的厚度/电池被压缩前的厚度×100%。在本申请的一些实施方式中,所述电池膨胀前的厚度为所述电池在使用前的初始厚度,所述电池膨胀后的厚度为所述电池的容量衰减至初始容量的80%以下时测得的厚度。在本申请的一些实施方式中,所述外壳包括具有开口的壳本体和盖板,所述盖板与所述壳本体的开口密封连接,以共同围成密封的容纳腔室,所述极芯位于所述容纳腔室内;所述电池膨胀前的厚度为所述盖板沿所述第一方向的尺寸;所述电池膨胀后的厚度为沿第一方向虚拟夹持所述电池的两平行平面间的间距。在本申请的一些实施方式中,b表示为所述极芯在第一方向的临界压缩率,所述极芯被压缩后的厚度为所述极芯在被压缩损坏前的临界厚度。在本申请的一些实施方式中,所述电池的有利压缩后的厚度大于所述极芯被压缩后的临界厚度。在本申请的一些实施方式中,所述极芯被压缩前的厚度为所述极芯在使用前的初始厚度;所述极芯被压缩后的厚度为所述极芯被压缩后所述极芯沿第一方向上两个相对表面之间的平均距离。在本申请的一些实施方式中,所述极芯被压缩后的厚度为向所述极芯施加压强p1,预定时间后,测得的所述极芯的厚度。在本申请的一些实施方式中,所述压强沿所述第一方向施加于所述极芯的外表面上,p1=0.5mpa~0.7mpa,所述预定时间t1=60s~180s。在本申请的一些实施方式中,a=(电池膨胀后的厚度-电池膨胀前的厚度)/电池膨胀前的厚度×100%,b=(电池的使用前的初始厚度-极芯被压缩后的厚度)/电池的使用前的初始厚度×100%,t=电池有利压缩后的厚度/电池被压缩前的厚度×100%。在本申请的一些实施方式中,所述电池被压缩前的厚度为所述电池被压缩前直流内阻为r1时测得的厚度,所述电池有利压缩后的厚度为向所述电池施加压强p2,所述电池的直流内阻为r2时测得的厚度,其中,r1和r2满足:(r1-r2)/r1×100%=2%~8%。在本申请的一些实施方式中,所述压强p2沿所述第一方向施加于所述电池的外表上。在本申请的一些实施方式中,所述电池被压缩前的厚度为所述电池在荷电状态为20%soc~80%soc的情况下被压缩前测得的厚度;所述电池有利压缩后的厚度为所述电池在荷电状态为20%soc~80%soc的情况下被压缩后测得的厚度。在本申请的一些实施方式中,所述相邻两个电池之间的间隙为相邻两个电池在使用前的间隙;所述电池的厚度为电池在使用前的初始厚度。在本申请的一些实施方式中,所述外壳包括具有开口的壳本体和盖板,所述盖板与所述壳本体的开口密封连接,以共同围成密封的容纳腔室,所述极芯位于所述容纳腔室内;所述两个相邻电池之间的间隙包括第一间隙,所述第一间隙为所述两个相邻电池位于同一侧的两个盖板之间的最小距离,所述电池的厚度为所述盖板沿所述第一方向的尺寸。在本申请的一些实施方式中,所述外壳包括具有开口的壳本体和盖板,所述盖板与所述壳本体的开口密封连接,以共同围成密封的容纳腔室,所述极芯位于所述容纳腔室内;所述电池沿所述第一方向具有两个相对的第一表面;所述两个相邻电池之间的间隙包括第二间隙,所述第二间隙为所述两个相邻的电池相对的两个第一表面之间的最小间距;所述电池的厚度为所述盖板沿所述第一方向的尺寸。在本申请的一些实施方式中,所述电池在使用前的第二间隙大于所述电池在使用后的第二间隙。在本申请的一些实施方式中,a的取值范围为5.8%-17.5%,b的取值范围为3.21%-8.8%,t的取值范围为81%-97%。在本申请的一些实施方式中,所述电池的长度沿第二方向延伸,所述电池的长度为400-2500mm;所述的第二方向与所述第一方向不同。在本申请的一些实施方式中,封装于所述外壳内的极芯包括多个,多个所述极芯分成若干个极芯组,所述极芯组间串联。在本申请的一些实施方式中,所述外壳与所述极芯之间还设有封装膜,所述极芯封装在封装膜内。在本申请的第二方面,提供了一种电池模组,所述电池模组包括至少一个电池序列,所述电池序列包括若干个电池;所述电池的厚度沿第一方向延伸,若干个所述电池沿所述第一方向依次排列以形成所述电池序列;至少一个所述电池包括外壳和封装于所述外壳内的极芯,至少两个相邻的电池之间具有间隙,该间隙与所述电池的厚度的比例为c,c满足如下关系式:(a-b)<c<(a×t),其中,a表示为所述电池的膨胀率;b表示为所述极芯的压缩率;t表示为所述电池有利压缩后的厚度与所述电池被压缩前的厚度的百分比。在本申请的第三方面,提供了一种电池包,包括上述电池模组。在本申请的第四方面,提供了一种车辆,包括上述电池包。在本申请的第五方面,提供了一种储能装置,包括上述电池包。通过上述技术方案,在本申请取得的有益效果为:在相邻电池间预留间隙以便于为电池的膨胀提供缓冲空间时,综合考量了电池的膨胀率、极芯的压缩率以及对电池性能有利的压缩厚度等多重因素的影响,并将上述多因素的影响进行合理的特定设计,由此,电池间的间隙设计的会更加科学、合理。根据上述关系式预留的间隙既不会使电池间的间隙设置过大,浪费电池包的空间,也不会使电池间的间隙设置过小,起不到缓冲作用,由此,既可以提高电池包的寿命,同时又能兼顾到电池包的空间利用率。附图说明图1是本申请提供的电池包;图2是本申请提供的电池序列;图3是本申请提供的电池;图4是本申请提供的电池的剖面图。附图标记:200、电池包,201、电池序列,202、托盘;100、电池,101、外壳,1011、盖板,1012、壳本体,102、极芯,1021、正极耳,1022、负极耳。具体实施方式本申请提供了一种电池包200,所述电池包200至少包括一个电池序列201,电池序列201包括若干个电池100;电池100的厚度沿第一方向(图中a表示为第一方向,b表示为第二方向)延伸,若干个电池100沿第一方向依次排列以形成电池序列201;至少一个电池200包括外壳101和封装于所述外壳101内的极芯102,至少两个相邻的电池100之间具有间隙,该间隙与电池100的厚度的比例为c,c满足如下关系式:(a-b)<c<(a×t),其中,a表示为所述电池100的膨胀率;b表示为所述极芯102的压缩率;t表示为所述电池100的有利压缩后的厚度与所述电池100被压缩前的厚度的百分比。在该申请中,电池包200中可以包括1个或多个电池序列201,含有多个电池序列201时,多个电池序列201之间串联和/或并联形成电池包200,每个电池序列201中包括两个或两个以上的电池100,在实际生产中,电池100的数量以及电池序列201的数量可以根据实际需要来设定,本申请不作限定。电池100的厚度沿第一方向延伸,若干电池100沿第一方向依次排列,可以理解为,至少一个电池序列201中,多个电池100沿其厚度方向排列,电池100在厚度方向上相对的两个表面的面积最大,电池100沿厚度方向排列,换句话说,电池100以大面对大面的方式依次排列,由于面积较大的表面更加容易发生膨胀,在电池100之间预留的一定的间隙,可以给电池100的膨胀预留缓冲空间。电池100膨胀时会产生热量,电池100之间预留一定的间隙,该间隙还可以充当散热通道,例如风道,电池100面积较大的面散热效果更好,从而可以提高电池包200或电池模组的散热效率,进而提高电池包200的安全性能。在上述方案中,相邻两个电池100之间预留间隙可以理解为电池100之间不设置任何结构件,单纯预留一定的空间,也可以理解相邻两个电池100之间设置其他结构件使电池100与电池100之间通过该结构件隔开。需要说明的是,当相邻两个电池100之间设置结构件,电池100之间的间隙应该理解为该结构件两侧的电池100之间的距离,而不能理解该结构件与电池100之间的间距。应当说明的是,结构件可以与该结构件两侧的电池100之间预留一定的间隙又可以直接接触,当结构件与位于两侧的电池100直接接触时,结构件应当具有一定的柔性,可以为电池100的膨胀起到缓冲作用。作为结构件包括但不限于气凝胶,导热结构胶或者是隔热棉等。本申请中,当电池包200包括多个电池序列201时,相邻两个电池之间的间隙应该是指同一个电池序列201中相邻两个电池100之间的间距,而不是指不同两个电池序列201中相邻两个电池100之间的间距。当然,不同电池序列201中相邻两个电池100的间隙也可以参照上述的关系式来设定,本申请对此不作限定。同一个电池序列201中,可以每相邻两个电池100之间均预留一定的间隙,也可以部分相邻两个电池100之间预留一定的间隙。需要说明的是,相邻两个电池100的间隙会随着电池100的工作时间的增加而有所变化,但无论是处于工作中还是工作后或者是电池100出厂前,相邻两个电池100的间隙只要满足上述关系时的技术方案则均落在本申请的保护范围内。本申请中,电池100可以为全固态电池或凝胶聚合物电池,也可以为液态电池,可以为软包电池,也可以为方形电池,极芯102包括正极片、固态电解质层和负极依次卷绕或堆叠形成的电极组件,或者极芯102包括正极片、隔膜、负极依次卷绕或堆叠形成的电池组件(极芯102中还包括电解液)。电池100的膨胀与电池100的厚度相关,电池100的厚度越大,电池100越容易发生膨胀,因而在设定相邻两个电池100之间的间隙时需考虑电池100的厚度的因素。在电池100老化过程中,随着电池100容量的衰减,电池100外壳101内部的极芯102的厚度会逐渐增大,电池100会发生膨胀,不同电化学体系的电池100的膨胀性能各有不同,电池100的膨胀率a表征了电池100的膨胀性能,参数a越大,电池100越容易膨胀,参数a越小,电池100越不容易发生膨胀。电池100的膨胀性能a直接影响电池100的寿命,因而在设定相邻两个电池100之间的间隙是需充分考虑电池100的膨胀性能。在电池100发生膨胀时,位于外壳101内部的极芯102的自由膨胀会受到一定的约束,由于外壳101的限制,极芯102在其膨胀方向上相当于受到了压缩,不同电化学体系的极芯102可被压缩的能力不同,极芯102的压缩率b表征了极芯102压缩性能,电芯的寿命与极芯102可被压缩的程度有直接关系,b过小,会造成极芯102被过度压缩,加速电池100的寿命的衰减,一个较优的b值有利于电池100电化学寿命的正常发挥。因而,在设定预留间隙时,需要综合考虑极芯102压缩性能因素的影响。电池100一旦发生膨胀,电池100内部的正极片、负极片和隔膜之间会产生间隙,彼此之间贴合的不紧密,增大锂离子的传质阻力,不利于锂离子的传播。因此,相邻两个电池100之间的适度的挤压对电池100内的界面有整形作用,可以保证正极片、隔膜和负极片之间的紧密贴合,减小锂离子的传质阻力,提高锂离子的传递速率,促进电池100内部动力学,延长电池100寿命,参数t则表征了电池100的膨胀应力对电池100寿命的促进作用。本申请的发明人经过多次实验发现,当c≤(a-b)时,电池100的容量随着循环往往发生加速衰减的现象。当c>a×t时,电池100的容量随着循环发生加速衰减并伴有产气鼓包现象。本申请的发明人综合考虑以上因素,经过多次实验发现,当将相邻两个电池100之间的间隙与电池100的厚度比c的大小限定在上述范围时,电池100之间预留的间隙即可满足电池100自由膨胀的需求,避免相邻电池100过度挤压,造成电池100外壳101受力不均匀,产生析锂和电池100跳水等现象的发生,提高电池100的循环寿命,又可以避免电池100之间预留的间隙过大,浪费电池100的排布空间,降低电池包200的体积利用率,同时,该间隙的设定还可以给相邻电池100之间提供适度的挤压空间,保证极芯102内部界面贴合的更加紧密,提高电池100的锂离子传质能力,提高电池100的综合性能。电池100一旦发生膨胀,电池100的体积会同时向电池100的长度、宽度和厚度等各个方向发生膨胀,电池100以及极芯102在各个方向上的膨胀率不同,压缩率也不同,但对于电池100和极芯102,无论是长度方向的膨胀率或压缩率、还是厚度方向上的膨胀率或压缩率、又或者是宽度方向的膨胀率或压缩率,只要满足本申请提供的关系式,均落在本申请的保护范围。电池100在厚度方向相对的两个表面由于面积较大,膨胀或者收缩的更加明显,因此,在本申请的一个实施方式中,a表示为电池100在第一方向的膨胀率;相应的,b表示为极芯102在第一方向上的压缩率,电池100的厚度方向与第一方向平行,极芯102的厚度方向与第一方向平行。在本申请的一些实施方式中,电池100在第一方向上的膨胀率的计算公式:a=(电池100膨胀后的厚度-电池100膨胀前的厚度)/电池100膨胀前的厚度×100%;极芯102在第一方向上的压缩率的计算公式:b=(极芯102被压缩前的厚度-极芯102被压缩后的厚度)/极芯102被压缩前的厚度×100%,相邻两个电池100之间的间隙与电池100膨胀前的厚度的计算公式:c=相邻两个电池100之间的间隙/电池100使用前的初始厚度;t的计算公式:t=电池100有利压缩后的厚度/电池100被压缩前的厚度×100%。在上述方案中,电池100膨胀前的厚度可以理解为电池100在使用前的初始厚度,电池100膨胀后的厚度可以理解为电池100在使用后的厚度。“使用前”可以理解为电池100在装配完成后待出厂或者已出厂但还未开始给外部提供电能之前”;“使用后”可以理解为电池100给外部提供电能之后。例如,电池包200装配在电动车,使用前的状态可以理解为新车的状态;使用后的状态应该为,车行驶一段里程后的状态。在一些实施方式中,电池100在膨胀后的厚度为电池100的容量衰减至初始容量的80%以下的测得厚度,当电池100的容量衰减至初始容量的80%以下时,电池100处于电池100生命末期,此时的充电能力最弱,尤其是膨胀力对其影响最大,在电池100的容量衰减至初始容量的80%以下时测得的厚度满足上述关系时,可以保证电池100在全寿命周期内的正常运行。所以本申请电池100膨胀后的厚度优选为电池100的容量衰减至初始容量的80%以下的测得厚度。初始容量是指电池100在使用前的容量,“使用前”同上述解释,此处不再赘述。在本申请的一些实施方式中,外壳101包括具有开口的壳本体1012和盖板1011,盖板1011分别与壳本体1012的开口密封连接,以共同围成密封的容纳腔室,极芯102位于容纳腔室内。壳本体1012可以只有一端开口,对应的盖板1011只有1个,壳本体1012也可以两端开口,对应的盖板1011有两个。在上述实施方式中,由于盖板1011的强度较高,相对比壳本体1012而言,不容易发生膨胀,即使,电池100在工作一段时间后,内部产生化学反应,盖板1011的膨胀也可忽略不计,因而电池100膨胀前的初始厚度或者说电池100使用前的初始厚度可以近似等于盖板1011沿第一方向的尺寸来计算,也就是,盖板1011沿电池100厚度方向的尺寸近似等于电池100的厚度。电池100使用一段时间后,在电池100厚度方向上相对的两个表面,膨胀的比较明显,且越靠近该表面的中心,电池100膨胀的越明显,此时,电池100每个点的厚度不太一致,在实际测试电池100膨胀后的厚度时,可采用如下两种测试方法:方法一、计算电池100的平均厚度,在电池100的壳本体1012上按照一定的间距任意选取n个点,分别测定n个点的厚度,分别记为d1、d2、d3……dn,电池100膨胀后的厚度为d=(d1+d2+d3+……dn)/n。在该种方法中,n越大,n个点分布的越均匀,计算的结果误差越小,优选的,n≥5。方法二、电池100膨胀后的厚度可以理解为沿第一方向虚拟夹持所述电池100的两平行平面间的间距,换句话说,测量电池100在厚度方向上相对的两个表面之间的最大距离,或者说是,电池100膨胀最为明显的某个点的厚度来近似等于电池100膨胀后的厚度。在实际测试中,可先用两个表面平整的板体沿第一方向分别夹持电池100的两个表面,保持两个板体互相平行,两个板体之间的距离记为电池100膨胀后的厚度。“夹持”应该理解,板体刚刚贴合在电池100壳本体1012的表面,板体并未对壳本体1012施加作用力,也就是说,板体和壳本体1012相互之间未相互挤压。以上两种方法仅供参考,本申请并不限定电池100膨胀后的厚度的测试方法,在实际应用中,采用其他方法测试的电池100膨胀后的厚度只要满足上述关系式,均落在本申请的保护范围内。在上述方案中,极芯102压缩前的厚度为极芯102在使用前的初始厚度,“极芯102使用前”可以理解为,正极、隔膜、负极依次堆叠或卷绕形成的电极组件在未装入电池100外壳101之前沿第一方向的厚度,在极芯102装入外壳101,电池100使用一段时间后,外壳101内部的极芯102会逐渐膨胀,极芯102的初始厚度不容易测量,为了便于计算极芯102的压缩率,可使用以下两种方法近似计算极芯102的初始厚度:方法一、极芯102的初始厚度=电池100的使用前的初始厚度-2×外壳101的厚度。虽然极芯102在初始装入外壳101后,极芯102并不一定与外壳101的内表面完全贴合,极芯102与外壳101内表面之间存在间隙,但为了提高电池100的容量,该间隙一般会非常小,可忽略不计,因而方法一的计算得出的极芯102初始厚度的误差较小。在该方法中,电池100的使用前的初始厚度可参照上述解释,此处不再赘述。方法二、使用电池100使用前的初始厚度代替极芯102的初始厚度来近似计算极芯102的压缩率。极芯102的压缩率b=(电池100使用前的初始厚度-极芯102被压缩后的厚度)/电池100使用前的初始厚度×100%。电池100在刚装配完成未出厂前,外壳101内的极芯102与外壳101之间的间隙一般较小,外壳101的厚度也较小,极芯102的初始厚度可近似等于电池100的初始厚度,为了便于计算,因而,在计算极芯102压缩率的公式中,可使用电池100使用前的初始厚度代替极芯102的初始厚度来近似计算极芯102的压缩率。极芯102压缩后的厚度为极芯被压缩后极芯在第一方向上两个相对的表面之间的平均距离。该平均距离的测量方式可参照上文方法一测量电池的膨胀后的厚度,此处不再赘述。上述两种方法仅供参考,本申请对极芯102的初始厚度以及极芯压缩后的厚度的测量方法不作限定,采用其他方法获得的极芯102的初始厚度只要满足上述关系时,均落在本申请的保护范围内。在本申请的一些实施方式中,b表示极芯102在厚度方向上的临界压缩率,极芯102被压缩后的厚度为极芯102在被压缩损坏前的临界厚度,该临界厚度可以在电池100生命周期的任一时刻,极芯102能被最大程度压缩后测得。即,极芯在厚度方向上的临近压缩率b=(极芯被压缩前的厚度-极芯的临界厚度)/极芯被压缩前的厚度×100%。极芯102被压缩损坏前的状态为极芯102的临界状态,在临界状态下,可以理解,为当极芯102被压缩到此种状态后,电池100出现容量加速衰减的情况。在设置相邻电池100间的间隙时要充分考虑到电池100在使用过程中电池100的膨胀可能会对极芯102产生的挤压。极芯102的临界压缩率表征了极芯102可以适当的承受一定程度的挤压,在极芯102临界压缩率的范围内,即使相邻两个电池100件互相挤压,也不会损坏电池100的性能,一旦超过极芯102被压缩的临界厚度,代表极芯102不能继续被压缩,否则极芯102被损坏严重,电池100的性能会恶化,电池100的寿命减少。鉴于此,只要电池100间的间隙在预留时能够使得极芯102的压缩率在极芯102的临界压缩率范围内即可,由此,可以合理的设计电池100间的间隙。在极芯102中,正极片或负极片上的活性材料层在充放电时发生膨胀收缩,因而有时会发生来自活性材料层的活性材料的剥离、脱落,成为内部短路的原因。另外,上述活性材料层的膨胀收缩还会导致正极片与负极片与隔膜之间贴合的不紧密,影响了锂离子的传质,电池100的内阻增加,导致电池100的循环特性变差。因此,为了防止活性材料层的膨胀收缩,对电池100一定程度上的挤压可以防止活性材料层的进一步膨胀,使得正极片、负极片和隔膜在膨胀的情况下仍然紧密贴合,不会影响锂离子的传质能力,有利于电池100的循环性能的提高。因而,相邻电池100之间的间隙不是越大越好,越大不仅不利于电池包200能量密度的提高,还会导致电池100的循环性能进一步恶化。在设置相邻电池100的间隙时,适度的考虑相邻电池100的相互挤压显然是有利于电池100循环性能的发挥的。电池100有利压缩后厚度为在促进电池100性能的前提下压缩电池100后测得的厚度。电池100有利压缩后的厚度大于极芯102被压缩后的临界厚度。这是因为电池100极片与隔膜中间或多或少存在一定的间隙,这些间隙会增大电池100内部锂离子运输的阻抗,有利压缩主要作用是消除电池100极片、隔膜之间的间隙,降低阻抗,而临界厚度是电池100在临界压缩下,不仅消除了电池100极片、隔膜间的间隙,还会进一步压缩正极片和负极片中的孔隙,电池100的厚度会进一步减小,因而,电池100有利压缩后的厚度大于极芯102被压缩后的临界厚度。在本申请中,电池100的生命周期是从电池100制成后到电池100容量衰减到初始容量的80%的时间。电池100制成是指电池100装配完成待出厂前或者已出厂但还未开始给外部提供电能之前。也就是说,在测量极芯102的压缩率时,可以是电池100使用前,也可以是电池100使用后。极芯102压缩后的厚度的测量方法可以参照上面电池100膨胀后的厚度的测试方来测试。在本申请的一些实施方式中,极芯102被压缩后的厚度为向所述极芯102施加压强p1,预定时间后,测得的所述极芯102的厚度。在本申请的一些实施方式中,压强p1沿第一方向施加于极芯102的外表面上,p1=0.5mpa~0.7mpa,预定时间t1=60s~180s。极芯102的厚度方向与第一方向平行。在本申请的一些实施方式中,极芯102压缩率的测试方法包括如下步骤:s1、获取极芯102在使用前的初始厚度b0;该初始厚度记为极芯102在压缩前的厚度,s2、向步骤s1中极芯102施加压强p1,预定时间t1后,获取极芯102的厚度b1,b1=(b0-b1)/b0×100%。其中,步骤s1中,极芯102在使用前的厚度b0可采用上述两种方法得到,此处不再赘述。步骤s2中,可以在电池100生命周期的任意时刻,将极芯102从外壳101内拆解出来,并向极芯102表面施加一定的压强。电池100一旦发生膨胀,极芯102在厚度方向上的两个表面由于受到外壳101的约束而受到的压缩量最大,且极芯102在厚度方向的两个表面的表面积较大,承受的压缩性能较好,因而,步骤s2中,在一些优选的方式中,压强沿着极芯102的厚度方向施加,压强的大小优选p1=0.5mpa~0.7mpa,预定时间t1=60s~180s;在该范围内压强大小和压缩时间可以保证极芯102能最大程度的被压缩但性能不恶化。在本申请中,参数t则表征了对电池100性能有益的压缩。在实际生产中,如何判定需要多大的压缩厚度(即有利压缩后厚度)才对电池100的性能有益,本领域技术人员可根据实际的生产情况来决定,例如,可通过测定交流阻抗的电荷转移阻抗(rct)来计算有利压缩后的厚度。在一些实施方式中,电池100被压缩前的厚度为该电池100被压缩前直流内阻为r1时测得的厚度,电池100有利压缩后的厚度为向该电池100施加压强p2,电池100的直流内阻为r2时测得的厚度,其中,r1和r2满足:(r1-r2)/r1×100%=2%~8%。在本申请的具体的实施方式中,为了测定更加简便,优选利用电池100的直流内阻来判定电池100的有利压缩厚度。在一些实施方式中,参数t的测试方法包括如下步骤:所述电池100的压缩率t的测量方法包括如下步骤:s1、获取电池100被压缩前的厚度t0和被压缩前的直流内阻r1;s2、向步骤s1的电池100施加压强p2,获取电池100的直流内阻为r2时电池100的被压缩后的厚度t1,t1即为电池100有利压缩后的厚度;其中r1和r2满足:(r1-r2)/r1×100%=2%~8%。则t的计算公式t=(t0-t1)/t0×100%。在上述测试方法中,电池100被压缩前的厚度t0可以是电池100生命周期内任意时刻的厚度,电池100被压缩后的厚度t1也可以是电池100生命周期内任意时刻的压缩后的厚度。步骤s2中,压强p2的大小不作限定,只要满足(r1-r2)/r1×100%=2%~8%即可,电池100在经过有利压缩后,消除了极芯102内部,极片和隔膜之间的间隙,电池100的内阻r2下降,有利于锂离子的传输,由此能够促进电池100的性能。优选的,电池100被压缩前的厚度为电池100在荷电状态为20%soc~80%soc的情况下电池100被压缩前测得的厚度;电池100被压缩后的厚度为电池100在荷电状态为20%soc~80%soc的情况下电池100被压缩后测得的厚度。在电池100荷电状态为20%soc~80%soc可以比较准确的测量电池100的直流内阻,更加精准的定量分析对电池100性能有益的压缩量。优选的,压强沿所述电池100的厚度方向施加,压强的施加时间t2=60s~180s。根据本申请提供的电池包200,外壳101包括具有开口的壳本体1012和盖板1011,盖板1011分别与壳本体1012的两端开口密封连接,以共同围成密封的容纳腔室,极芯102位于所述容纳腔室内。两个电池100之间的间隙包括第一间隙,第一间隙为两个相邻电池100位于同一侧的两个盖板1011之间的最小距离,电池100的厚度为盖板1011沿所述第一方向的尺寸。在上述实施方式中,由于盖板1011的强度较高,相对比壳本体1012而言,不容易发生膨胀,即使,电池100在工作一段时间后,内部产生化学反应,电池100膨胀,会挤压相邻的电池100,第一间隙会发生变化(如逐渐增大),但该变化较小,可以忽略不计,或者即使变化,第一间隙与电池100的厚度的比例仍然满足上述关系式。在上述实施方式中,壳本体1012两端分别设有盖板1011,电池100沿厚度方向排列成电池序列201时,两个电池100之间的间隙是指位于电池序列201同一端的两个盖板1011之间的最小间距,而非位于电池100不同端的两个盖板1011之间的间距。在本申请的一些实施方式中,电池100沿第一方向具有两个相对的第一表面,两个相邻电池100之间的间隙包括第二间隙,第二间隙为两个相邻的电池100的外壳101相彼此面对的两个第一表面之间的最小间距;电池100的厚度为盖板1011沿第一方向的尺寸。第一间隙为电池100在使用前的间隙,第二间隙为电池100在使用后的间隙,电池100在使用前的第一间隙大于电池100在使用后的第二间隙。“使用前”可以理解为电池100在装配完成后待出厂或者已出厂但还未开始给外部提供电能之前”;“使用后”可以理解为电池100给外部提供电能之后。例如,电池100组装成电池包200并装配在电动车,使用前的状态可以理解为新车的状态;使用后的状态应该为,车行驶一段里程后的状态。在该实施方式中,第二间隙是指两个相邻的电池100相对的两个第一表面之间的最小间距,该间距会随着电池100的使用时间的增加而逐渐减小,主要是因为,电池100发生膨胀后,相邻两个大面之间的间距会逐渐减小。根据本申请提供的电池包200,a的取值范围5.8%-17.5%。b的取值范围3.21%-8.8%,当b<3.21%时,电芯可压缩能力低,电芯容易由于膨胀力导致循环衰减,当b>8.8%时,电芯的压缩量过大,证明原极芯102中间隙过大,容量衰减也易加剧,并伴有产气。t的取值范围81%-97%,当t<81%,表明电池极芯102中间隙较多,对电池100有利的压缩量较大。当t>97%,表明电池极芯102内部多余间隙较少,对电池100有利的压缩量较小。根据本发明提供的电池包200,电池100的长度沿第二方向延伸,电池100的长度为400~2500mm,进一步地,电池100的长度为600-1000mm,更进一步地,电池100的长度为1000mm-2000mm,再进一步的地,电池100的长度为1300mm-2200mm。在本申请中,更适用于长度大于400mm的电池100,电池100一旦发生膨胀,导致相邻两个电池100的外壳101接触后,接触的部位会对电池100内部施加朝向极芯102的压力,电池100越长,相比现在市面上的短电池100,相邻电池100之间的接触部位就越长,这就极易引起在长度方向上不同区域电池100所受到的朝向内部极片的挤压力分布不均匀,不均匀的压力分布极易造成电池100析锂,从而使电池100发生安全问题或跳水等现象。在本申请的一些实施方式中,封装于外壳101内的极芯102包括多个,多个所述极芯102分成若干个极芯102组,极芯102组间串联。换句话说,外壳101内串联有多个极芯102组,每个极芯102组至少包括一个极芯102,通过在电池100内设置多个极芯102组,与现有只设置一个极芯102的方式相比,可以更方便地制造出长度较长的电池100。常规情况下,一旦电池100较长,内部用作集流体的铜铝薄的长度即会相应增加,大大提高了电池100内部的电阻,无法满足当前越来越高的功率及快充的要求。在电池100长度相同的情况下,在外壳101内部设置多个极芯102组,本实施例还可以极大的减小电池100内部的电阻,避免高功率输出、快充等情况下电池100过热等带来的问题。同时,可以提高电池100的容量,节约电池100的制造成本。在本申请的一些实施方式中,外壳101与极芯102之间还设有封装膜,极芯102封装在所述封装膜内。也就说,将极芯102先封装在封装膜内,再在封装膜外套设外壳101,由此实现对极芯102的二次封装,提高电池100的密封性能。可以理解的是,封装膜内还注入有电解液。因此,通过上述方式,还可以避免电解液与外壳101的接触,避免外壳101的腐蚀或者电解液的分解。在上述方案中,封装膜可以一体设置,多个极芯102封装在同一个封装膜内,极芯102分成若干个极芯102组,每个极芯102组中至少包括一个极芯102,同一个极芯102组中的多个极芯102并联,极芯102组间串联,由此可以提高电池100的容量,减少制造成本。封装膜也可以含有多个,极芯102组含有至少一个极芯102,每个封装膜内封装有一个极芯102组以形成极芯102组件,极芯102组件间串联。换句话说,多个极芯102组的封装膜为相互独立,封装膜的数量与极芯102组的数量一一对应,每个极芯102组单独封装在一个封装膜,该种实施方式,在多个极芯102组制备完成后,可在每个极芯102组外单独套一个封装膜,然后极芯102组件再串联。在一些实施例中,封装膜的材料可以包括聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)或者多层复合膜。例如,封装膜为多层复合膜时,封装膜可以包括层叠的非金属外层膜和非金属内层膜。其中,内层膜包覆在极芯102的外周,外层膜包覆在非金属内层膜上,即内层膜位于外层膜和极芯102之间。内层膜具有较好的化学稳定性,例如可以采用具有抗电解液腐蚀特性的材料,比如可以是聚丙烯pp、聚乙烯pe或者聚对苯二甲酸乙二酯pet,或者可以是上述材料中的多种组合。外层膜为防护层,利用外层膜可以阻止空气尤其是水汽、氧等渗透,其材料例如可以采用聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰胺或聚丙烯,或者可以是上述材料的多种组合。本申请的实施例中,外层膜的熔点大于内层膜的熔点,从而可以在热熔密封时,外层膜不会被熔融,而内层膜能够及时熔融以保证密封性能的优良。进一步地,外层膜和内层膜的熔点差可以在30-80°之间,如两者熔点差可以是50°或70度等,具体的材料选择可以根据实际需要而定。本申请的实施例中,非金属外层膜和非金属内层膜之间采用胶黏剂粘结复合。具体的粘结剂可以根据非金属外层膜和非金属内层膜的性能进行选择,例如,采用pp和pet膜复合,由于两者相容性不佳,容易分层,优选聚烯烃类胶黏剂进行粘结,形成复合膜。在另一些实施方式中,封装膜可以铝塑复合膜。在本申请中,电池100可以为软包电池,相应的,外壳101可以为铝塑膜,电池也可以为硬壳电池,相应的,外壳101为金属壳体,金属壳体包括但不限于铝壳或钢壳。在本申请的第二方面,提供了一种电池模组,所述电池模组包括至少一个电池序列201,所述电池序列201包括若干个电池100;所述电池100的厚度沿第一方向延伸,若干个所述电池100沿所述第一方向依次排列以形成所述电池序列201;至少一个所述电池包200括外壳101和封装于所述外壳101内的极芯102,至少两个相邻的电池100之间具有间隙,该间隙与所述电池100的厚度的比例为c,c满足如下关系式:(a-b)<c<(a×t),其中,a表示为所述电池100的膨胀率;b表示为所述极芯102的压缩率;t表示为所述电池100有利压缩后的厚度与所述电池100被压缩前的厚度的百分比。在本申请的一些实施方式中,a表示为电池100在第一方向上的膨胀率,b表示为极芯102在第一方向上的压缩率。在一些实施方式中,a=(电池100膨胀后的厚度-电池100膨胀前的厚度)/电池100膨胀前的厚度×100%,b=(极芯102被压缩前的厚度-极芯102被压缩后的厚度)/极芯102被压缩前的厚度×100%,t=电池100有利压缩后的厚度/电池100被压缩前的厚度×100%。在本申请的一些实施方式中,所述电池100膨胀前的厚度为所述电池100在使用前的初始厚度,所述电池100膨胀后的厚度为所述电池100的容量衰减至初始容量的80%以下时测得的厚度。在本申请的一些实施方式中,所述外壳101包括具有开口的壳本体1012和盖板1011,所述盖板1011与所述壳本体1012的开口密封连接,以共同围成密封的容纳腔室,所述极芯102位于所述容纳腔室内;所述电池100膨胀前的厚度为所述盖板1011沿所述第一方向的尺寸;所述电池100膨胀后的厚度为沿第一方向虚拟夹持所述电池100的两平行平面的间距的最小值。在本申请的一些实施方式中,b表示为所述极芯102在第一方向的临界压缩率,所述极芯102被压缩后的厚度为所述极芯102在被压缩损坏前的临界厚度;。在本申请的一些实施方式中,所述电池100的有利压缩后的厚度大于所述极芯102被压缩后的临界厚度。在本申请的一些实施方式中,所述极芯102被压缩前的厚度为所述极芯102在使用前的初始厚度;所述极芯102被压缩后的厚度为所述极芯102被压缩后所述极芯沿第一方向上两个相对表面之间的平均距离。在本申请的一些实施方式中,所述极芯102被压缩后的厚度为向所述极芯102施加压强p1,预定时间后,测得的所述极芯102的厚度。在本申请的一些实施方式中,所述压强沿所述第一方向施加于所述极芯102的外表面上,p1=0.5mpa~0.7mpa,所述预定时间t1=60s~180s。在本申请的一些实施方式中,a=(电池膨胀后的厚度-电池膨胀前的厚度)/电池膨胀前的厚度×100%,b=(电池的使用前的初始厚度-极芯被压缩后的厚度)/电池的使用前的初始厚度×100%,t=电池有利压缩后的厚度/电池被压缩前的厚度×100%。在本申请的一些实施方式中,所述电池100被压缩前的厚度为所述电池100被压缩前直流内阻为r1时测得的厚度,所述电池100有利压缩后的厚度为向所述电池100施加压强p2,所述电池100的直流内阻为r2时测得的厚度,其中,r1和r2满足:(r1-r2)/r1×100%=2%~8%。在本申请的一些实施方式中,所述压强沿所述第一方向施加于所述电池100的外表面上。在本申请的一些实施方式中,所述电池100被压缩前的厚度为所述电池100在荷电状态为20%soc~80%soc的情况下被压缩前测得的厚度;所述电池100有利压缩后的厚度为所述电池100在荷电状态为20%soc~80%soc的情况下被压缩后测得的厚度。在本申请的一些实施方式中,所述相邻两个电池100之间的间隙为相邻两个电池100在使用前的间隙;所述电池100的厚度为电池100在使用前的初始厚度。在本申请的一些实施方式中,所述外壳101包括具有开口的壳本体1012和盖板1011,所述盖板1011与所述壳本体1012的开口密封连接,以共同围成密封的容纳腔室,所述极芯102位于所述容纳腔室内;所述两个相邻电池100之间的间隙包括第一间隙,所述第一间隙为所述两个相邻电池100位于同一侧的两个盖板1011之间的最小距离,所述电池100的厚度为所述盖板1011沿所述第一方向的尺寸。在本申请的一些实施方式中,所述电池100沿所述第一方向具有两个相对的第一表面;所述两个相邻电池100之间的间隙包括第二间隙,所述第二间隙为所述两个相邻的电池100的外壳101相对的两个第一表面之间的最小间距;所述电池100的厚度为所述盖板1011沿所述第一方向的尺寸。在本申请的一些实施方式中,所述电池100在使用前的第二间隙大于所述电池100在使用后的第二间隙。在本申请的一些实施方式中,a的取值范围为5.8%-17.5%,b的取值范围为3.21%-8.8%,t的取值范围为81%-97%。在本申请的一些实施方式中,所述电池100的长度沿第二方向延伸,所述电池100的长度为400-2500mm;所述的第二方向与所述第一方向不同。在本申请的一些实施方式中,封装于所述外壳101内的极芯102包括多个,多个所述极芯102分成若干个极芯102组,所述极芯102组间串联。在本申请的一些实施方式中,所述外壳101与所述极芯102之间还设有封装膜,所述极芯102封装在封装膜内。本申请提供的电池100模组寿命长,安全性能高。在本申请的第三方面,提供了一种电池包200,包括上述电池模组。本申请提供的电池包200寿命长,安全性能高,体积利用率高。在本申请的第五方面,提供了一种储能装置,包括上述电池包200。在本申请的第四方面,提供了一种车辆,包括上述电池包200。在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;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。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。在本说明书的描述中,参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本申请的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本申请的范围由权利要求及其等同物限定。下面结合具体实施例,进一步阐述本申请,这些实施例仅用于说明本申请,而不用于限制本申请的使用范围。实施例1如图1所示,一种电池包200,包括托盘202和位于托盘内的电池序列201,电池序列201包括多个电池100,多个电池100的厚度沿第一方向a延伸,多个电100池的长度沿第二方向b延伸,多个电池100沿第一方向a依次排列形成电池序列201;相邻两个电池设有间隙s。每个电池100包括外壳(铝壳)101,铝壳101包括具有两端开口的壳本体1012和两个盖板1011,盖板1011与壳本体1012的开口连接以共同围成密封的容纳腔室,极芯102位于所述容纳腔室内;极芯102有多个,每个极芯封装在封装膜内(图中未画出),每个极芯包括用于引出电流的正极耳1021和负极耳1022,正极耳1021和负极耳1022沿极芯的长度方向分设在极芯的相对两端,多个极芯102沿电池的长度方向依次排列形成极芯串,相邻两个极芯102中的一个极芯102的正极耳1021和另一个极芯102的负极耳电连接,以使多个极芯102互相串联。一、电池相关的参数的测量方法(1)测量电池膨胀率a电池包工作一段时间,测量电池100的盖板1011沿第一方向a(电池的厚度方向)的尺寸,记为电池膨胀前的初始厚度为d,测量电池沿厚度方向上虚拟夹持电池两个平行平面之间的距离(参考说明书中记载的测量电池膨胀后的厚度的方法二测量),记为电池膨胀后的厚度d1,电池的膨胀率a=(d1-d)/d×100%。(2)测量极芯的压缩率b将极芯从铝壳中拆解出来,极芯压缩前的厚度使用电池膨胀前的初始厚度d来代替,浆极芯置于万能压缩测试机中,沿第一方向a(极芯的厚度方向)施加0.7ma的压强,之后,测量极芯沿厚度方向上虚拟夹持极芯两个平行表面之间的距离(参照说明书中记载的测量电池膨胀后的厚度的方法二测量),记为压缩后的厚度b1,极芯的可压缩率=(d-b1)/d×100%。(3)测量t测量电池在荷电状态为80%soc时电池的厚度t0(参考说明书中记载的测量电池膨胀后的厚度的方法二测量),再将电池以1c电流,充电30s,测量电池的直流内阻(dcir),其中dcir=(充电前电压v1-充电结束最高点电压v2)/电流,、再将电池置于万能压缩测试机中,沿着电池的厚度方向施加压强,直到电池的dcir下降5%(1c电流,量充电30s,按照上述方法测量),测量此时电池的厚度t1,则电池的有利压缩比t=t1/t0。二、电池包循环性能的测试在25℃下,将实施例和对比例的电池以0.75c的倍率充电、以0.75c倍率放电,进行满充满放循环测试,记录电池包中每个电池的容量衰减,直到某一个电池容量降低为80%。输出循环圈数。其中,正极材料为磷酸铁锂的电压范围为2.5~3.8v,三元电池的电压范围为3~4.2v。下面实施例均以磷酸铁锂电池为例。表1实施例和对比例的测试结果实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例1对比例2对比例3电池容量(ah)142141141142143141143140142电池电量(wh)454.4451.2451.2454.4457.6451.2457.6454.4454.4电池膨胀率a12.1411.8111.7712.3512.2511.9312.0211.9811.86极芯压缩率b3.244.013.563.413.663.873.473.593.61相邻电池的间隙s9.358.318.979.8210.0310.015.086.2114.58电池有利压缩比t0.860.920.850.890.90.860.870.850.89a-b8.97.88.218.948.598.068.558.398.25a*t10.440410.865210.004510.991511.02510.259810.457410.18310.5554循环圈数(容量衰减至80%)242621652287248925452588122314651753从表中实验数据可以看出,当相邻两个电池之间的间隙与电池的厚度的比落在本申请限定的范围内时,电池的寿命答复提高,过大、过小均会造成电池容量的衰减。当前第1页12
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1