一种新型电池单体及其电池模块制造技术

一种新型电池单体，包含电池外壳、若干层循环交替堆叠的正极片、隔膜和负极片，相邻的正极片和负极片之间具有隔膜，所述正极集流体至少一个侧边向外延伸超出正极活性材料层及隔膜的边缘，此同一侧边负极集流体的边缘与负极活性材料层的边缘短于隔膜的边缘，但不短于正极活性材料层的边缘；所述正极集流体延伸至和与其相邻的电池外壳壳体或端盖连接，或延伸至与第一导热体连接，所述第一导热体和与其相邻的电池外壳壳体或端盖连接；所述正极集流体的延伸部分和第一导热体封闭于电池外壳内；与正极集流体或第一导热体连接的电池外壳壳体或端盖作为电池的正极散热面，所述的第一导热体由导热材料制成，将正极集流上的热量导至电池外壳壳体或端盖。池外壳壳体或端盖。池外壳壳体或端盖。

【技术实现步骤摘要】
一种新型电池单体及其电池模块


[0001]本技术属于电池
，具体涉及一种新型电池单体及其电池模块。

技术介绍

[0002]为了减轻传统燃油汽车带来的全球环境问题和资源问题，世界各国都在大力发展电动汽车产业。锂离子动力电池是电动汽车上的关键组成部分，直接影响和制约着电动汽车的动力性、经济型、可靠性和安全性。锂离子动力电池对工作温度要求很高，20
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50摄氏度是最佳工作温度，夏天要求快速散热，冬天要求快速加热，才能保证电池稳定高效工作。
[0003]目前，构成锂离子动力电池的主要材料是锰类、钴类、三元类和磷酸铁锂类化合物，这些材料都是导热性能差的材料，属于不良导热体的无机盐。由于目前电池结构的缺陷，厚度大的电池的热量很难从内部传出和导入，存在夏天无法快速均匀散热和和冬天无法快速均匀加热的严峻问题，使电动车无法在高热和高寒地区使用，需要安装复杂和昂贵的散热和加热系统，并消耗过多的能源，从而影响电池的寿命，甚至导致热失控，严重威胁车辆和人员安全。因此，如何使锂离子动力电池快速有效地散热和加热，已成为一个急待解决的技术问题。
[0004]目前电动汽车上普遍采用的动力电池散热系统主要是通过液冷或者风冷的方式将热量从动力电池单体的表面带走。但是，由于电池单体内部通常是由正极、隔膜、负极三层组件循环交替叠加构成的复合结构，并且隔膜的导热性较差，因此通过电池单体表面散热时，电池表面散热比电池内部快，使电池单体内部产生较大的温度梯度，导致电池芯温度不均匀，进而导致电池单体各部位衰降速率不一致，严重影响电池单体的使用寿命，而且表面接触散热效率较低。
[0005]现有常用的散热手段如：如申请号为201910949761.4的中国专利申请，公开了一种基于极耳散热的电动汽车软包动力电池包，其特征是：包括可闭合的壳体，所述壳体内设置有至少两列软包动力电池组，每列电池组具有多层软包动力电池单体；两列电池组之间设置有若干层液冷管道，所述液冷管道包括设置在两侧的进水管和设置在中间的出水管，所述软包动力电池单体具有正极耳和负极耳，所述正极耳和负极耳通过导热硅胶与液冷管道的外表面紧密贴合。
[0006]或者，更进一步地，每列电池组具有2n层电池单体，液冷管道具有n层，且每两层电池单体之间设置一液冷管道，电池单体的正极耳和负极耳设置于对应的液冷管道上/下表面。
[0007]该技术是在电池外部即两个单体电池之间设置导热硅胶，通过导热硅胶与液冷管道的外表面紧密贴合将电池产生的热量排出，其能够增强电池单体的散热效果，同时提高了电池单体之间的温度一致性。但是由于电池组或电池包是一定数量的电池单体密堆积的组合体，密集的导热硅胶和液冷管道都使电池组或电池包的体积大幅增加，占用了珍贵的电池组或电池包的体积，显著降低了电池组或电池包的成组率和电池系统的单位体积能量密度。
[0008]由上可见，现有电池单体的散热一般都是从电池单体的两个侧面进行散热，电池中间部分的热量无法及时导出，因此，电池各部分的温度不均匀。
[0009]其次，由于锂离子的活性高低取决于环境温度，温度越高，锂离子的活性越大，反之就越低。
[0010]当温度降低，锂离子的活性变低后，电池里的电解液会变得更加凝固，那么锂离子在电解液中流动时受到的阻力就比较大，很多锂离子都无法从负极到正极，那么电池输出的电流就会变小，进而导致纯电动车的续航里程下降。特别是在我国的北方地区，寒冷的天气可能直接导致纯电动车的续航严重缩水。
[0011]对于低温环境续航能力差的问题，当前车企用得较多的方式是通过加装PTC加热系统，就是在电池包周边加装PTC加热片，加热空气传热使得电池升温。有的汽车还在PTC 加热系统的基础上加装了柴油加温系统对电池包周围管路内的液体进行加热。
[0012]但此种对电池进行外部加热改善低温性能的技术手段，同样由于电池体积大，由外向内传热慢，电池内外存在温度阶梯差，即使电池外表面温度很高，可能电池内部温度依然很低，因此电池的温度并不均衡，无法有效提高低温性能。
[0013]综上所述，当前锂电池存在以下三个技术问题亟待解决其一：电池包的散热问题：电池内部热量无法及时导出，电池包不能有效散热。
[0014]其二：低温状态电池性能低：低温环境导致电池续航能力差。
[0015]其三：结构复杂且单位体积能量密度低。
[0016]因此，需要一种能够及时散热并具有良好的低温性能，结构简单、单位能量密度高电池的新型电池及电池包来满足实际需要。

技术实现思路

[0017]本技术的目的之一在于提供一种利用极片集流体导热的电池单体，其具有导热快，体积小的优点，能快速有效散热和自加热并保证电池具有高的单位体积能量密度。
[0018]本技术的目的之二在于提供一种电池模块，包含若干个电池单体和模块壳体，其具有导热快，体积小的优点，能快速有效散热和自加热并保证电池模块具有高的单位体积能量密度。
[0019]实现本技术目的一的技术方案有三种，分别如下：
[0020]第一种技术方案：
[0021]一种新型电池单体，包含电池外壳、端盖、若干层循环交替堆叠的正极片、隔膜和负极片，所述正极片、隔膜和负极片封闭于电池外壳内，所述正极片包含正极集流体和覆盖在其一侧面或两侧面上的正极活性材料层、所述负极片包含负极集流体和覆盖在其一侧面或两侧面上的负极活性材料层，相邻的正极片和负极片之间具有隔膜，其特征在于：所述正极集流体至少一个侧边向外延伸超出正极活性材料层及隔膜的边缘，此同一侧边负极集流体的边缘与负极活性材料层的边缘短于隔膜的边缘，但不短于正极活性材料层的边缘；所述正极集流体延伸至和与其相邻的电池外壳壳体或端盖连接，或延伸至与第一导热体连接，所述第一导热体和与其相邻的电池外壳壳体或端盖连接；所述正极集流体的延伸部分与第一导热体封闭于电池内；与正极集流体或第一导热体连接的电池外壳壳体或端盖作为电池的正极散热面，所述的第一导热体由导热材料制成，将每一片正极集流体上的热量以
相同的最短导热距离导至电池外壳壳体或端盖。
[0022]第二种技术方案
[0023]一种新型电池单体，包含电池外壳、端盖、若干层循环交替堆叠的正极片、隔膜和负极片，所述正极片、隔膜和负极片封闭于电池外壳内，所述正极片包含正极集流体和覆盖在其一侧面或两侧面上的正极活性材料层、所述负极片包含负极集流体和覆盖在其一侧面或两侧面上的负极活性材料层，相邻的正极片和负极片之间具有隔膜，其特征在于：所述负极集流体至少一个侧边向外延伸超出负极活性材料层及隔膜的边缘，此同一侧边的正极集流体的边缘与正极活性材料层边缘短于隔膜的边缘，且不超出负极活性材料层边缘；所述负极集流体延伸至和与其相邻的电池外壳壳体或端盖连接，或延伸至与第二导热体连接，所述第二导热体和与其相邻的电池外壳壳体或端盖连接；所述负极集流体的延伸部分与第二导热体封闭于电池外壳内；与负极集流体或第二导热体连接的电池外壳壳体或端盖作为电池的负极散热面；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型电池单体，包含电池外壳、若干层循环交替堆叠的正极片、隔膜和负极片，所述正极片、隔膜和负极片封闭于电池外壳内，所述正极片包含正极集流体和覆盖在其一侧面或两侧面上的正极活性材料层、所述负极片包含负极集流体和覆盖在其一侧面或两侧面上的负极活性材料层，相邻的正极片和负极片之间具有隔膜，其特征在于：所述正极集流体（11）至少一个侧边向外延伸超出正极活性材料层（12）及隔膜的边缘（31），此同一侧边负极集流体（21）的边缘（211）与负极活性材料层的边缘（221）短于隔膜的边缘（31），但不短于正极活性材料层（12）的边缘（121）；所述正极集流体（11）延伸至和与其相邻的电池外壳壳体（61）或端盖（62）连接，或延伸至与第一导热体（4）连接，所述第一导热体（4）和与其相邻的电池外壳壳体（61）或端盖（62）连接；所述正极集流体（11）的延伸部分和第一导热体（4）封闭于电池外壳（6）内；与正极集流体（11）或第一导热体（4）连接的电池外壳壳体（61）或端盖（62）作为电池的正极散热面（101），所述的第一导热体（4）由导热材料制成，将每一片正极集流体（11）上的热量以相同的最短导热距离导至电池外壳壳体或端盖。2.如权利要求1所述的新型电池单体，其特征在于：所述负极集流体（21）至少一个侧边向外延伸并超出负极活性材料层（22）及隔膜（3）的边缘，此同一侧边的正极集流体（11）的边缘（111）与正极活性材料层（12）的边缘（121）短于隔膜（3）的边缘（301），且不超出负极活性材料层（22）的边缘（221）；所述向外延伸的正极集流体（11）和负极集流体（21）分别位于不同的侧边；所述负极集流体（21）延伸至和与其相邻的电池外壳壳体（61）或端盖（62）连接，或延伸至与第二导热体（5）连接，所述第二导热体（5）和与其相邻的电池外壳壳体（61）或端盖（62）接触连接；所述负极集流体（21）的延伸部分和第二导热体（5）封闭于电池外壳（6）内；与负极集流体（21）或第二导热体（5）连接的电池外壳壳体（61）或端盖（62）作为电池的负极散热面（102）；所述第二导热体（5）由导热材料制成，将每一片负极集流体（21）上的热量以相同的最短导热距离导至电池外壳壳体（61）或端盖（62）。3.如权利要求1或2所述的新型电池单体，其特征在于：正极集流体（11）的延伸部分直接或弯折后和与其相邻的电池外壳壳体（61）或端盖（62）直接接触连接或锁紧连接、贴合连接或压紧连接或焊接连接或粘合连接或紧固连接。4.如权利要求1或2所述的新型电池单体，其特征在于：正极集流体（11）的延伸部分直接或弯折后与第一导热体（4）直接接触连接或锁紧连接、贴合连接或压紧连接或焊接连接或粘合连接或紧固连接。5.如权利要求2所述的新型电池单体，其特征在于：负极集流体的延伸部分直接或弯折后与和与其相邻的电池外壳壳体（61）或端盖（62）直接接触连接或锁紧连接、贴合连接或压紧连接或焊接连接或粘合连接或紧固连接。6.如权利要求2所述的新型电池单体，其特征在于：负极集流体（21）的延伸部分直接或弯折后与第二导热体（5）直接接触连接或锁紧连接、贴合连接或压紧连接或焊接连接或粘合连接或紧固连接。7.如权利要求1或2所述的新型电池单体，其特征在于：若干个或所有的正极集流体（11）延伸部分紧固连接。8.如权利要求2所述的新型电池单体，其特征在于：若干个或所有的负极集流体（21）延伸部分紧固连接。9.如权利要求1所述新型电池单体，其特征在于：所述第一导热体（4）为导热硅胶、金属
片或多金属片或热交换器或散热翅片或流体管道的一种。10.如权利要求 2所述新型电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，徐韬，朱良焱，
申请(专利权)人：福建福夏科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：