电池芯结构以及使用的电池组的制作方法

1.本新型有关于一种电池芯结构，其有助于疏导电池热失控(thermal runaway)的能量，特别是使用该电池芯结构的电池组。


背景技术：

2.二次电池主要包括镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池、锂高分子电池，锂电池具有能量密度高、操作电压高、使用温度范围大、无记忆效应、寿命长、可历经多次充放电等优点，并被广泛的使用在可携式电子产品如手机、笔记本电脑、数字相机等，近年来更扩及汽车领域。
3.电池芯(battery cell)的构造主要包括正极材料、电解液、负极材料、隔离膜及壳体，其中隔离膜将正极材料及负极材料隔开以避免短路，而电解液则设置在多孔隙的隔离膜中，并作为离子电荷的传导工作。壳体用以包覆上述的正极材料、隔离膜、电解液及负极材料，一般而言壳体通常由金属材质所制成。
4.锂电池是使用具激烈化学活性材料的强力电池，常有安定性方面的问题，若锂电池温度过热可能会急遽反应而导致热失控。如果无法有效地围堵或疏导热失控的电池芯产生的能量，会有电池爆炸的风险。


技术实现要素：

5.本新型的一目的，在于提供一种用于电池的壳体，其有助于疏导电池热失控(thermal runaway)的能量。
6.为了达到上述目的，本新型提出一种壳体，用以容置一电极组件，该壳体的横截面的外缘呈一六边形。该壳体具有一管状结构，包括一容置空间，所述电极组件设置在该容置空间中。较佳地，该管状结构的管壁为实心。该管状结构可为双边开口或单边开口。在一实施例中，该管状结构为单边开口，换言之，该壳体为一罐体。
7.如前述的六边形的外缘的配置，本新型能够达成多个电池芯的紧密排列或堆栈，进而有助于疏导电池热失控的能量。因此，所述六边形较佳为一凸六边形(所有内角的角度皆小于180度)且为一等边六边形。另外，所述六边形可为正六边形或非正六边形。
8.如前述的壳体，其材质为一金属。所述金属包括但不限于钢或铝合金。
9.如前述的壳体，其藉由冲压制程形成。在部分具体实施例中，该壳体藉由冲压制程一体成型。
10.本新型的另一目的，在于提供一种电池芯，其使用如前述的壳体，而有助于疏导电池热失控的能量。特别是，作为电池组的电池单元时，有助于疏导电池热失控的能量。
11.为了达到上述目的，本新型提出一种电池芯，包括如前述的壳体，以及一电极组件，该电极组件设置于该壳体内。
12.所述电极组件可包含一正极，一负极，及一隔离单元，设置于该正极及该负极之间。该正极包括一正极材料，该负极包括一负极材料。该隔离单元的实例包括但不限于具有
多孔结构的隔离膜。此处使用的电极组件相关技术属于本领域中所习知者，本文中不再赘述。
13.在本新型的部分实施例中，该负极与该壳体电性连接。换言之，该壳体可作为电池负端(negative terminal)。
14.根据本新型，该壳体的横截面的外缘呈一六边形。该壳体具有一管状结构，包括一容置空间。所述电极组件设置在该容置空间中。
15.较佳地，该管状结构的管壁为实心。该管状结构可为双边开口或单边开口。在一实施例中，该管状结构为单边开口，亦即，该壳体为一罐体。
16.如前述的电池芯，其中所述壳体为金属材质，例如，钢或铝合金。此外，该壳体可藉由冲压制程形成。
17.本新型的又一目的，在于提供一种电池组，其包括复数个如前述的电池芯，使得当其中一第一电池芯热失控时，其能量能够藉由所述壳体平均地分散给至少一个相邻的电池芯，有效降低电池爆炸的风险。
18.为了达到上述的目的，本新型提出一种电池组，其包含复数个如前述的电池芯，所述电池芯以蜂巢状的方式排列。换言之，所述电池芯藉由如前述的壳体紧密地排列或堆栈，使其横截面呈现一蜂巢状模式。
19.如前述的电池组，其中所述壳体为金属材质，例如，钢或铝合金。
20.如前述的电池组，其中所述壳体的藉由一冲压制程来形成。
附图说明
21.图1为本新型一实施例的立体示意图。
22.图2为本新型一实施例的剖面示意图。
23.图3为本新型一实施例的剖面示意图。
24.图4为本新型另一实施例的立体示意图。
25.图5为本新型一实施例的剖面示意图。
26.附图标记说明：100-电池芯；100a～100g-电池芯a～电池芯g；10-壳体；102-外缘；104-内缘；12-电极组件；121-正极；122-正极材料；123-负极；124-负极材料；125-隔离单元；13-正端；14-负端；200-电池组；e-能量。
具体实施方式
27.请参阅图1及图2，电池芯100包括一壳体10，用以容置一电极组件12。该壳体10具有一管状结构，该管状结构包括一容置空间。电极组件12设置在所述容置空间中。较佳地，该管状结构的管壁为实心。在本实施例中，该管状结构为单边开口，换言之，该壳体为一罐体。此外，该壳体10的横截面的外缘102呈六边形。在本实施例中，壳体10的横截面的内缘104配合电极组件的形状而呈圆形，但本实用新型不以此为限。例如，配合电极组件的形状，壳体10的横截面的内缘104也可以呈方形(正方形或长方形)或其他形状。
28.如前述的六边形的外缘102的配置，本实用新型能够达成多个电池芯100的紧密排列或紧密堆栈，进而有助于疏导电池热失控(thermal runaway)的能量。较佳地，壳体10为金属材质，且壳体10对应于所述六边形的每一边的表面为一实质平坦的面，使多个电池芯
100在排列或堆栈时，相邻的两壳体10所对应的表面得以紧密贴合，配合金属材质，电池热失控的热能能够有效地分散至相邻的电池芯100。
29.所述六边形较佳为一凸六边形(所有内角的角度皆小于180度)，且较佳为一等边六边形。此外，所述六边形可为正六边形或非正六边形，于本实用新型中不加以限制，能够促成多个电池芯100的紧密排列或紧密堆栈之六边形皆可采用。
30.配合参阅图3，其为本实用新型电池芯一实施例的纵剖面图。如图所示，电极组件12设置在壳体10内。电极组件12主要包含正极121、负极123及隔离单元125。正极121包括一正极材料122，负极123包括一负极材料124。隔离单元125设置于正极121及负极123之间。正极121可藉由引线与电池正端13电性连接。隔离单元125为一具有多孔结构的隔离膜。较佳地，壳体10与负极123电性连接。如此一来，壳体10整体皆属于电池负端14。
31.接着请参阅图4及图5，电池组200包括复数个电池芯100或100a～100g，以蜂巢状方式排列。如图所示，复数个电池芯100或100a～100g藉由壳体10的六边形柱体结构紧密地排列或堆栈，使其横截面呈现一蜂巢状模式。
32.配合参阅图1，较佳地，壳体10为金属材质，且壳体10对应于所述六边形的每一边的表面为一实质平坦的面，多个电池芯100在排列或堆栈时，相邻的两壳体10所对应的表面因而得以紧密贴合。如此一来，阻隔不同电池芯的电极组件之间的物质，实质上仅有金属材质的壳体10，使得电池热失控的热能能够有效地藉由壳体10分散至相邻的电池芯100。
33.因此，当电池组200中的电池芯a(100a)发生热失控时，能量e基本上能够平均地向相邻的电池芯b(100b)、电池芯c(100c)、电池芯d(100d)、电池芯e(100e)、电池芯f(100f)及电池芯g(100g)传导，甚至，热能会再分散至比电池芯b～电池芯g(100b～100g)更外围(相对于电池芯a(100a))的一或多个电池芯100。
34.传统的电池组是由圆柱形电池芯所组成，电池芯之间通常留有空间，不利于热的传导。相较之下，本实用新型的电池组的电池芯为六边形的柱体，电池芯能够紧密排列或紧密堆栈在一起，使得电极组件之间的物质实质上仅有壳体，而无其他信道或其他组件的设置。因此，电池热失控的热能能够有效地藉由壳体直接分散至相邻的多个电池芯，或进一步传导至更远的电池芯，降低热失控继续加剧以及电池爆炸的风险。
35.在一实例中，热失控的电池芯a(100a)从约160-200℃的触发温度上升至高达600℃。相邻的电池芯b～电池芯g(100b～100g)的温度约等于室温(25℃)。若热失控的电池芯a(100a)的温度要下降至约150℃，则相邻的电池芯需吸收的能量约为h
×
450，其中h为各电池芯的热容量。若能量平均分散至相邻的6个电池芯b～电池芯g(100b～100g)，则相邻的电池芯b～电池芯g(100b～100g)每个接收的能量为h
×
75，可造成电池芯b～电池芯g(100b～100g)的温度各上升75℃。即使热能的分散有不平均的情形，造成一相邻的电池芯上升的温度更多，例如，100℃，该相邻的电池芯的温度也仅会达到约125℃，仍远低于160℃的热失控触发温度。
36.以上所述者，仅为本新型的较佳实施例而已，并非用来限定本新型实施之范围，即凡依本新型申请专利范围所述之形状、构造、特征及精神所为之均等变化与修饰，均应包括于本新型之申请专利范围内。