电池模组、电池及用电装置的制作方法

1.本技术涉及电池领域，具体而言，涉及一种电池模组、电池及用电装置。


背景技术：

2.电池模组内单体电池与单体电池之间的热失控扩散抑制，主要是选用固定尺寸的隔热材料，如气凝胶、云母板、相变材料等作为隔热层，依靠隔热材料的低导热特性来抑制高温传热，当单一单体电池热失控时，隔热层延缓热量传导速率，延缓隔热层背面的单体电池温度，从而延缓热扩散的速率。
3.隔热层的隔热性能优劣取决于隔热材料导热性能和隔热层的厚度，隔热材料导热系数越低、隔热层越厚隔热效果越好，热扩散抑制性能也越好；但是局限在于厚的隔热层不仅占用模组的尺寸空间，也造成模组的重量增重、成本上升、能量密度下降的缺点；另外，低导热系数的隔热材料成本较高，且导热材料的导热系数也无法无限的低，因此有限厚度的隔热材料无法满足隔热需求，导致起火燃烧几率大。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种电池模组、电池及用电装置，其能够改善有限厚度的隔热材料无法满足隔热需求，导致起火燃烧几率大的问题。
5.第一方面，本技术提供一种电池模组，其包括多个单体电池以及隔热垫，其中多个单体电池沿排列方向依次堆叠；隔热垫设置于相邻的两个单体电池之间，隔热垫包括至少一层受热膨胀层以及多层隔热层，隔热层与受热膨胀层依次交替层叠布置，其中第一层和最后一层均为隔热层，且第一层和最后一层分别与单体电池连接。
6.本技术实施例的技术方案中，对隔热垫进行改进，使其隔热层与受热膨胀层依次交替层叠布置，其中第一层和最后一层均为隔热层，利用两侧的隔热层保护受热膨胀层以降低受热膨胀层起火燃烧的风险，同时将有效厚度的隔热垫用在电池模组中时，当电池模组内任一单体电池发生热失控产生高温时，自隔热层向受热膨胀层定向传递热量，以使该单体电池周边的隔热垫中的受热膨胀层受热并基本沿其厚度方向发生定向膨胀，增加隔热垫的厚度，导致热失控单体电池与相邻的单体电池间的距离相继也变大，同时由于单体电池发生热失控时，热失控单体电池的防爆阀会喷出内部物质，使热失控单体电池的厚度萎缩变小，因此留置足够空间使隔热垫膨胀，进一步使热失控单体电池与相邻的正常单体电池之间的距离拉大，传热路径变长，热失控单体电池与相邻的正常单体电池间的导热变慢，等效为单体电池间隔热性能增强，从而延缓热失控单体电池对相邻的单体电池的影响，降低起火燃烧的风险，提高电池模组的安全性。
7.在一些实施例中，隔热垫与单体电池利用胶体直接粘接。利用粘接的方式将隔热垫与单体电池固定在一起，避免隔热垫移位，影响隔热垫延缓热扩散的效果。
8.在一些实施例中，隔热垫与单体电池直接接触连接。利用隔热垫与单体电池直接接触进行热传导，操作方便。
9.在一些实施例中，隔热垫包括一层受热膨胀层以及两层隔热层。也即是隔热垫为三明治结构，其结构简单，制作方便，具有较佳的延缓热扩散效果。
10.在一些实施例中，隔热垫在未膨胀时的厚度不超过10mm。由于隔热垫过厚会导致电池模组尺寸的增加，因此限制隔热垫在未膨胀时的厚度不超过10mm，从而避免电池模组尺寸的过度增加。
11.在一些实施例中，隔热垫在未膨胀时的厚度不超过5mm。限制隔热垫在未膨胀时的厚度不超过5mm，基本可避免电池模组整体尺寸的增加，保持电池模组原本的尺寸。
12.在一些实施例中，隔热层的材质为云母、玻纤布、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、陶瓷纤维布中的任一种。上述隔热层材质具有较佳的隔热耐热性、耐冲击性，从而有效提高隔热垫的隔热防火效果。
13.在一些实施例中，隔热层的材质为云母。云母不仅具有绝缘的特点，而且云母导热系数低，一般是0.2w/m
·
k左右，同时云母还具有优异的耐高温性能，可以耐明火灼烧，长时间耐温可以达到600-800℃。
14.第二方面，本技术提供了一种电池，其包括上述各实施例中的电池模组。
15.第三方面，本技术提供了一种用电装置，用电装置包括上述实施例中的电池，电池用于提供电能。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
17.图1为本技术一些实施例提供的电池的结构示意图；
18.图2为本技术一些可选实施例提供的单体电池与隔热垫的装配示意图；
19.图3为本技术一些实施例提供的单体电池与隔热垫的装配示意图。
20.图标：10-电池；100-箱体；200-电池模组；210-单体电池；211-防爆阀；220-隔热垫；221-受热膨胀层；223-隔热层。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本技术的保护范围。
22.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
23.在本技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同
的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
25.在本技术实施例的描述中，技术术语“中心”“高度”“厚度”“上”“下”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
26.在本技术实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术实施例中的具体含义。
27.目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
28.发明人注意到，实际使用过程中，虽然电池模组内单体电池与单体电池之间存在固定尺寸的隔热材料来抑制高温传热，但隔热层的隔热性能优劣取决于隔热材料导热性能和隔热层的厚度，厚的隔热层不仅占用模组的尺寸空间，也造成模组的重量增重、成本上升、能量密度下降的缺点；另外，低导热系数的隔热材料成本较高，且导热材料的导热系数也无法无限的低，因此有限厚度的隔热材料无法满足隔热需求。
29.为了缓解如何使隔热垫厚度不增加的前提下，提高隔热效果，申请人尝试引入受热膨胀材料在隔热垫内，同时为了使其基本沿厚度方向定向膨胀，以及避免受热膨胀材料过热燃烧等，对隔热垫的结构进行了改进，使隔热垫包括至少一层受热膨胀层以及多层隔热层，隔热层与受热膨胀层依次交替层叠布置，其中第一层和最后一层均为隔热层，且第一层和最后一层分别与单体电池连接。
30.在这样的设置中，利用受热膨胀层两侧的隔热层保护该受热膨胀层，降低受热膨胀层起火燃烧的风险，将有效厚度的隔热垫用在电池模组中时，当电池模组内任一单体电池发生热失控产生高温时，利用高温自隔热层向受热膨胀层定向传递，以使该单体电池周边的隔热垫中的受热膨胀层受热并基本沿其厚度方向发生定向膨胀，增加隔热垫的厚度，导致热失控单体电池与相邻的单体电池间的距离相继也变大，同时由于单体电池发生热失控时，热失控单体电池的防爆阀会喷出内部物质，使热失控单体电池的厚度萎缩变小，因此可留置足够空间使隔热垫膨胀，进一步使热失控单体电池与相邻的正常单体电池之间的距离拉大，传热路径变长，热失控单体电池与相邻的正常单体电池间的导热变慢，等效为单体电池间隔热性能增强，从而延缓热失控单体电池对相邻的单体电池的影响，降低起火燃烧的风险，提高电池模组的安全性。
31.本技术实施例公开的电池可以但不限用于车辆、船舶或飞行器等用电装置中。可以使用具备本技术公开的电池模组、电池等组成该用电装置的电源系统。
32.本技术实施例提供一种使用电池作为电源的用电装置，用电装置可以为但不限于手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，
电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
33.请参阅图1，本技术实施例提供一种电池10，其中电池10包括箱体100和电池模组200，电池模组200容纳于箱体100内。其中，箱体100用于为电池模组200提供容纳空间，箱体100可以采用多种形状，例如圆柱体、长方体等。
34.请参阅图1以及图2，本技术实施例提供的电池模组200包括：多个单体电池210以及隔热垫220，其中多个单体电池210沿排列方向依次堆叠；隔热垫220设置于相邻的两个单体电池210之间，隔热垫220包括至少一层受热膨胀层221以及多层隔热层223，隔热层223与受热膨胀层221依次交替层叠布置，其中第一层和最后一层均为隔热层223，且第一层和最后一层分别与单体电池210连接。
35.其中，单体电池210是指组成电池10的最小单元。多个单体电池210之间可串联或并联或混联，混联是指多个单体电池210中既有串联又有并联。多个单体电池210之间可直接串联或并联或混联在一起，本领域技术人员可根据实际需求进行设定，在此不做限定。
36.每个单体电池210可以为二次电池10或一次电池10；还可以是锂硫电池10、钠离子电池10或镁离子电池10，但不局限于此。单体电池210可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状等。
37.其中，单体电池210设有防爆阀211，防爆阀211可设置在单体电池210沿高度方向的顶面或者底面，防爆阀211被配置为当对应的单体电池210热失控时，该单体电池210内部产生的高温高压气体能向外喷出，避免爆炸，因此导致热失控单体电池210的厚度会有所萎缩变小。
38.隔热垫220用于在某单体电池210热失控时，隔热层223延缓热量传导至相邻的另一单体电池210的时间，从而延缓热扩散的速率。
39.隔热层223为隔热材料制备的层状结构，出于支撑及保护受热膨胀层221的需求，隔热层223应当具有一定的机械强度。
40.受热膨胀层221为受热可膨胀材料制备所得的层状结构。
41.可以理解的是，隔热层223的截面面积大小与受热膨胀层221的截面面积大小相适配或略大于受热膨胀层221的截面面积，此处的截面面积是指隔热层223与受热膨胀层221分别沿垂直于其厚度方向的截面面积。
42.可以理解的是，以单体电池210正常运行时，隔热层223向受热膨胀层221传输的温度作为预设温度，受热膨胀层221被配置为：当隔热层223向受热膨胀层221传输的温度大于预设温度时膨胀，通常预设温度为60℃，因此受热膨胀层221受热膨胀的最低温度应当大于60℃。可选地，为了避免误操作，受热膨胀层221受热膨胀的温度大于100℃，进一步可选地，受热膨胀层221受热膨胀的温度大于170℃。
43.受热可膨胀材料可直接购买于市面，例如受热可膨胀材料为树脂和可膨胀石墨的混合物等等，在此不做限定。
44.由于隔热层223与受热膨胀层221依次交替层叠布置，且第一层和最后一层均为隔热层223，因此受热膨胀层221的数量为n层，隔热层223的数量为n+1层，n为非0自然数。
45.如图2所示，一些可选实施例中，隔热垫220中受热膨胀层221的数量为两层，隔热层223的数量为三层，形成五明治结构，其中，图2中箭头指代受热后的受热膨胀层221的膨
胀方向。
46.本技术提供的上述实施例基于对隔热垫220进行改进，利用隔热层223保护受热膨胀层221且降低受热膨胀层221起火燃烧的风险，同时将有效厚度的隔热垫220用在电池模组200中，利用第一层和最后一层分别与单体电池210连接，从而当电池模组200内任一单体电池210发生热失控产生高温时，利用单体电池210自隔热层223向受热膨胀层221定向传递热量，以使该单体电池210周边的隔热垫220中的受热膨胀层221受热并基本沿其厚度方向发生定向膨胀，增加隔热垫220的厚度，导致热失控单体电池210与相邻的单体电池210间的距离相继也变大，同时由于单体电池210发生热失控时，热失控单体电池210的防爆阀211会喷出内部物质，使热失控单体电池210的厚度萎缩变小，因此留置足够空间使隔热垫220膨胀，进一步使热失控单体电池210与相邻的正常单体电池210之间的距离拉大，传热路径变长，热失控单体电池210与相邻的正常单体电池210间的导热变慢，等效为单体电池210间隔热性能增强，从而延缓热失控单体电池210对相邻的单体电池210的影响，降低起火燃烧的风险，提高电池模组200的安全性。
47.根据本技术的一些实施例，可选地，隔热垫220与单体电池210利用胶体直接粘接。
48.其中，胶体可预先设置在隔热垫220的第一层和第二层的外表面，也可以在实际安装过程中进行涂刷，在此不做限定。
49.利用粘接的方式将隔热垫220与单体电池210固定在一起，可避免隔热垫220移位，影响隔热垫220延缓热扩散的效果。
50.根据本技术的一些实施例，可选地，隔热垫220与单体电池210直接接触连接。
51.利用隔热垫220与单体电池210直接接触进行热传导，操作方便。
52.根据本技术的一些实施例，请参阅图3，可选地，隔热垫220包括一层受热膨胀层221以及两层隔热层223。其中，图3中箭头指代受热后的受热膨胀层221的膨胀方向。
53.其中，两层隔热层223的厚度可以相同也可以不同，同时受热膨胀层221的厚度可以大于或小于隔热层223的厚度，也可以与隔热层223的厚度相同，在此不做限定，本领域技术人员可根据实际的需求进行选择。
54.上述隔热垫220为隔热层223-受热膨胀层221-隔热层223的三明治结构，其结构简单，制作方便，具有较佳的延缓热扩散效果。
55.根据本技术的一些实施例，可选地，隔热垫220在未膨胀时的厚度不超过10mm。由于隔热垫220过厚会导致电池模组200尺寸的增加，因此限制隔热垫220在未膨胀时的厚度不超过10mm，从而避免电池模组200尺寸的过度增加。
56.根据本技术的一些实施例，可选地，隔热垫220在未膨胀时的厚度不超过5mm，例如隔热垫220在未膨胀时的厚度为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm等。
57.限制隔热垫220在未膨胀时的厚度不超过5mm，基本可避免电池模组200整体尺寸的增加，保持电池模组200原本的尺寸。
58.根据本技术的一些实施例，可选地，隔热层223的材质为云母、玻纤布、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、陶瓷纤维布中的任一种。
59.上述隔热层223材质具有较佳的隔热耐热性、耐冲击性，从而有效提高隔热垫220的隔热防火效果。
60.根据本技术的一些实施例，可选地，隔热层223的材质为云母。云母不仅具有绝缘
的特点，而且云母导热系数低，一般是0.2w/m
·
k左右，同时云母还具有优异的耐高温性能，可以耐明火灼烧，长时间耐温可以达到600-800℃。
61.根据本技术的一些实施例，参见图1以及图3，本技术提供了一种电池模组200，其包括多个单体电池210以及隔热垫220，多个单体电池210沿排列方向依次堆叠；隔热垫220设置于相邻的两个单体电池210之间，隔热垫220包括按照隔热层223-受热膨胀层221-隔热层223布置的一层受热膨胀层221以及两层隔热层223，两层隔热层223分别与相邻的两个单体电池210连接，其中隔热垫220在未受热膨胀时的厚度不超过5mm。从而当电池模组200内任一单体电池210发生热失控产生高温时，利用热失控单体电池210自隔热层223向受热膨胀层221定向传递热量，以使该热失控单体电池210周边的隔热垫220中的受热膨胀层221受热并基本沿其厚度方向发生定向膨胀，增加隔热垫220的厚度，导致热失控单体电池210与相邻的单体电池210间的距离相继也变大，单体电池210间隔热性能增强，从而避免热失控单体电池210热失控时延缓对相邻单体电池210的影响，降低起火燃烧的风险，提高电池模组200的安全性。
62.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本技术的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本技术并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。