电芯、电池模组及电池包的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其是涉及一种电芯、电池模组及电池包。


背景技术：

2.动力电池由于具有高电压、高比能量、良好的循环性能和清洁无污染等优点，被广泛应用于电动汽车领域。随着市场对高能量密度动力电池系统的需求越来越高，对于动力电池的安全要求也日益提高。然而，目前电动汽车的动力电池模组设计多出于装配及焊接工艺便捷性、电气防护安全设计和轻量化要求，对电芯间及模组热失控安全防护设计不足。尤其是能量密度较高的动力电池系统，一旦出现短路、挤压、过充等问题造成电池模组内部电芯触发热失控，其扩散速度较为迅速，可能危及车辆及人员安全。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种电芯、电池模组及电池包，通过在电芯的极耳上设置耐火绝缘涂层，当电芯发生热失控时，耐火绝缘涂层能够起到隔热绝缘效果，从而降低失控电芯对周围正常电芯的影响，保障车辆及人员安全。
4.本发明人研究发现，电芯热失控破裂后，产生的高温喷射物具有导电性，高温喷射物在对其周边区域内的电芯热环境产生恶劣影响的同时，其导电性也会造成电池包内部的复杂短路现象发生，进一步造成其他电芯的损坏。高温喷射物高温和导电两方面的作用共同导致了热失控的快速扩展。目前市面上对电池包的热失控扩展抑制方案，大多都只考虑到了单片电芯热失控后释放的热量波及周边电芯，而没有考虑其导电性喷射物造成的影响。
5.本实用新型提供的电芯，通过在电芯的极耳上设置第一涂层，第一涂层为耐火绝缘涂层，当电芯发生热失控破裂时，会产生具有导电性的高温喷射物，而该耐火绝缘涂层能够起到隔热绝缘效果，能够阻断导电性高温喷射物对周围正常电芯的影响，避免周围正常的电芯受到影响而发生短路，从而阻止热失控的进一步扩散，保障车辆及人员安全。
6.本实用新型的一种实施例提供一种电芯，所述电芯设有极耳，所述极耳上设有第一涂层，所述第一涂层为耐火绝缘涂层。
7.在一种可实现的方式中，所述电芯的外表面设有第二涂层，所述第二涂层为耐火涂层或耐火绝缘涂层。
8.在一种可实现的方式中，所述第一涂层和/或第二涂层的厚度为0.1-0.8mm，或0.2-0.5mm。
9.本实用新型的另一种实施例提供一种电池模组，包括以上所述的电芯。
10.在一种可实现的方式中，所述电池模组还包括第一汇流排，所述极耳与所述第一汇流排相连，所述第一汇流排的表面设有所述第一涂层。
11.在一种可实现的方式中，所述电池模组还包括栅格板，所述栅格板位于所述电芯与所述第一汇流排之间，所述栅格板上设有格栅，所述极耳穿过所述格栅后与所述第一汇
流排相连；所述栅格板为耐火绝缘栅格板。
12.在一种可实现的方式中，所述电芯于靠近所述栅格板的一侧与所述栅格板之间形成有第一空隙，所述第一空隙内设有耐火绝缘填充剂。
13.在一种可实现的方式中，所述格栅与所述极耳之间形成有第二空隙，所述第二空隙内设有所述耐火绝缘填充剂。
14.本实用新型的又一种实施例提供一种电池包，包括以上所述的电池模组。
15.在一种可实现的方式中，所述电池包还包括第二汇流排，所述第二汇流排与所述电池模组相连，所述第二汇流排的外表面设有第三涂层，所述第三涂层为耐火绝缘涂层。
16.在一种可实现的方式中，所述电池模组的数量为多个，所述第二汇流排包括总正汇流排、总负汇流排以及用于连接多个所述电池模组的第一汇流排的连接汇流排，所述总正汇流排、所述总负汇流排和所述连接汇流排中的至少其中一者的外表面设有所述第三涂层。
17.在一种可实现的方式中，所述第三涂层的厚度为0.1-0.8mm，或0.2-0.5mm。
18.本实用新型提供的电芯，通过在电芯的极耳上设置第一涂层，第一涂层为耐火绝缘涂层，当电芯发生热失控时，会产生具有导电性的高温喷射物，而该耐火绝缘涂层能够起到隔热绝缘效果，能够阻断导电性高温喷射物对周围正常电芯的影响，避免周围正常的电芯受到影响而发生短路，从而阻止热失控的进一步扩散，保障车辆及人员安全。此外，本技术提供的电池模组及电池包部件中也设置了耐火绝缘涂层，也能够阻断导电性高温喷射物对周围正常电芯的影响，从而阻止热失控的进一步扩散，保障车辆及人员安全。
附图说明
19.图1为本实用新型实施例中电芯的结构示意图。
20.图2为本实用新型实施例中电池模组的结构示意图。
21.图3为图2中栅格板的结构示意图。
22.图4为图2中第一汇流排的结构示意图。
23.图5为本实用新型实施例中电池包的结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
25.本实用新型的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
26.本实用新型的说明书和权利要求书中所涉及的上、下、左、右、前、后、顶、底等(如果存在)方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，方位词的使用不应限制本技术请求保护的范围。
27.如图1所示，本实用新型实施例提供一种电芯11，该电芯11设有极耳112，极耳112上设有第一涂层(图未示)，第一涂层为耐火绝缘涂层，第一涂层具有耐火绝缘功能。
28.具体地，通过在电芯11的极耳112上设置第一涂层，第一涂层为耐火绝缘涂层，当
电芯11发生热失控时，会产生具有导电性的高温喷射物，而该耐火绝缘涂层能够起到隔热绝缘效果，能够阻断导电性高温喷射物对周围正常电芯11的影响，避免周围正常的电芯11受到影响而发生短路，从而阻止热失控的进一步扩散。
29.具体地，第一涂层在极耳112上的设置范围为：第一涂层设置于极耳112上除用于与下述第一汇流排13连接的区域之外的所有表面。极耳112与第一汇流排13通常采用焊接连接以保证电导通(当然也可以采取其它连接方式，此处只是以焊接连接举例说明)，由于第一涂层具有绝缘性会影响导电性，为保证电导通，所以该连接区域表面通常不设置第一涂层。另外，在连接后该区域会被第一汇流排13覆盖，所以连接区域也不再有接触高温喷射物产生短路的可能。
30.作为一种实施方式，电芯11的外表面设有第二涂层(图未示)，第二涂层为耐火涂层或耐火绝缘涂层，第二涂层具有隔热耐火功能或隔热绝缘耐火功能。
31.作为一种实施方式，第一涂层和第二涂层的厚度为0.2-0.5mm。在该厚度范围下，既可以保障第一涂层和第二涂层的隔热耐火/绝缘功能，又不至于因为过厚而影响电芯11在模组内的安装。
32.作为一种实施方式，电芯11包括壳体111，第二涂层通过喷涂的方式覆盖于壳体111的外表面。
33.具体地，当电芯11为软包电芯时，电芯11的壳体111为铝塑膜外壳；当电芯11为方形电芯或圆柱电芯时，电芯11的壳体111为铝壳或钢壳等。通过在电芯11的壳体111的外表面设置第二涂层，当电芯11发生热失控后，该发生热失控的电芯11的壳体111表面的耐火涂层与相邻电芯11的壳体111表面的耐火涂层能够共同起到隔热效果，从而降低失控电芯11对周围正常电芯11的温度影响。
34.如图2所示，本实用新型实施例还提供一种电池模组，包括以上所述的电芯11。
35.如图1及图2所示，作为一种实施方式，电池模组1还包括第一汇流排13，第一汇流排13位于电芯11的一侧，极耳112与第一汇流排13相连，第一汇流排13的表面也设有第一涂层。
36.作为一种实施方式，第一涂层设置于第一汇流排13于远离电芯11一侧的端面。
37.作为另一种实施方式，第一涂层设置于第一汇流排13的所有表面，即在本实施方式中，第一涂层呈现为整体覆盖于极耳112和第一汇流排13表面的状态。
38.如图2至图4所示，作为一种实施方式，电池模组1还包括栅格板15，栅格板15为耐火绝缘栅格板，栅格板15位于电芯11与第一汇流排13之间，栅格板15上设有格栅152，第一汇流排13上设有通孔131，极耳112依次穿过格栅152和通孔131后通过焊接与第一汇流排13相连。
39.具体地，栅格板15为云母栅格板，其能够起到固定电芯11和第一汇流排13的作用，同时由于其材质为云母板，云母板具有耐火耐高温和绝缘的特性，当电芯11发生热失控时，电芯11于极耳112位置处的温度会显著升高甚至起火，而云母栅格板能够承受高温及火焰冲击，能够阻断导电性高温喷射物对周围正常电芯11的影响，防止热量和火焰的进一步扩散。
40.如图2所示，电芯11于靠近栅格板15一侧的端部与栅格板15之间形成有第一空隙151，第一空隙151内设有耐火绝缘填充剂(图未示)。同时，格栅152与极耳112之间形成有第
二空隙(图未示，为了方便极耳112从格栅152中穿过，格栅152的尺寸一般会大于极耳112的尺寸，故会在格栅152与极耳112之间形成空隙)，第二空隙内也设有耐火绝缘填充剂。该耐火绝缘填充剂能够附着在极耳112未与第一汇流排13接触的表面，耐火绝缘填充剂的材质可以与第一涂层的材质相同，从而使得电池模组1所有外露的导电部分(极耳112和第一汇流排13)均被耐火绝缘涂层包覆。
41.具体地，通过试验研究发现，动力电池热失控扩展的原因并非单纯的热传导。当单片电芯11发生热失控破裂后，产生的高温喷射物具有导电性，高温喷射物除了会因其具有的高温而影响周围的电芯11，同时其具有的导电性也会造成电池包内部发生复杂的短路现象，从而进一步加剧其他电芯11的损坏，即高温喷射物所具有的高温和导电性两方面特性的共同作用导致了热失控的快速扩展。在本实施例中，当某一电芯11发生热失控后，其释放出的高温导电喷射物受到第一涂层和耐火绝缘填充剂的阻隔绝缘，从而避免造成其他电芯11的系统高压短路，同时结合电芯11外表面第二涂层的隔热作用，使得造成动力电池热失控扩展的热因素与电因素都得到了有效地控制。
42.如图2所示，作为一种实施方式，电芯11的数量为多个，多个电芯11依次排列设置，相邻的电芯11之间通过第一汇流排13连接。
43.如图1及图2所示，作为一种实施方式，电芯11的相对两端均设有极耳112，第一汇流排13和栅格板15均分别设置于电芯11的相对两端，其中一端的第一汇流排13与电芯11其中一端的极耳112相连，另外一端的第一汇流排13与电芯11另外一端的极耳112相连。
44.如图5所示，本实用新型实施例还提供一种电池包，包括以上所述的电池模组1。
45.如图5所示，作为一种实施方式，电池包还包括第二汇流排2，第二汇流排2与电池模组1相连，第二汇流排2的外表面设有第三涂层(图未示)，第三涂层为耐火绝缘涂层，第三涂层具有隔热耐火和绝缘的功能，第三涂层的材质可以与第一涂层的材质相同。
46.如图5所示，作为一种实施方式，电池模组1的数量为多个，多个电池模组1依次排列设置，第二汇流排2包括总正汇流排21、总负汇流排22以及用于连接多个电池模组1的第一汇流排13的连接汇流排23，总正汇流排21和总负汇流排22用于连接外部电路，总正汇流排21、总负汇流排22和连接汇流排23均为铜排。总正汇流排21、总负汇流排22和连接汇流排23的外表面均设有第三涂层，从而避免单一电芯11热失控时高温导电喷射物引起的跨模组间的短路问题。
47.作为一种实施方式，第三涂层的厚度为0.2-0.5mm。在该厚度范围下，既可以保障第三涂层的隔热绝缘功能，又不至于因为过厚而影响电池模组1在电池包内的安装。
48.本实用新型所述的耐火绝缘涂层、耐火绝缘填充剂所用的材料包括且不限于耐火环氧树脂、耐火绝缘陶瓷微粒等。
49.本实用新型实施例提供的电池模组，通过在电芯11的壳体111的外表面设置第二涂层，第二涂层为耐火涂层，当电芯11发生热失控时，该发生热失控的电芯11的壳体111表面的耐火涂层与相邻电芯11的壳体111表面的耐火涂层能够共同起到隔热效果，从而降低失控电芯11对周围正常电芯的温度影响。同时，电芯11的极耳112上设有第一涂层，第一汇流排13的表面也设有第一涂层，电芯11与栅格板15之间的第一空隙151内以及格栅152与极耳112之间的第二空隙内均设有耐火绝缘填充剂，第二汇流排2的外表面设有第三涂层，即整个电芯11、电池模组1和电池包外露且带电的部分(除了相互之间需要电连接的部位外)
均设有耐火绝缘涂层，从而阻隔高温喷射物导致的电池包内部短路以及热影响，以降低电池包整体的热失控蔓延速度，而且该耐火绝缘涂层不占用多余的空间，故不影响电池的能量密度。
50.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。