申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2018-11-12

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN109494339B

主分类号：H01M50/579

分类号：H01M50/579;H01M10/058;H01M10/0525

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2019.04.12#实质审查的生效;2019.03.19#公开

摘要：本发明公开一种防止机械滥用引发热失控的电池。正极极耳和负极极耳位于电池内部单元的一侧；电池内部单元的数量为N个，各电池内部单元从上至下依次包括隔膜、正极材料、正极集流体、正极材料、隔膜、负极材料、负极集流体、负极材料和隔膜，正极材料、负极材料分别包覆在正极集流体、负极集流体的两侧；正极集流体和负极集流体上分别设置有集流体预留片，集流体预留片用于将电流分别引出至正极极耳和负极极耳，正极集流体、负极集流体采用对称的易碎结构，并且集流体小单元的连接处相对脆弱，使得电池在遭受机械损伤时，集流体发生局部脱离，将整体的内短路限制在被破坏范围内，能够有效防止机械破坏所引起的电池热失控。

主权项：1.一种防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，所述电池包括：外壳、正极极耳、负极极耳、电池内部单元和电解液；所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电池内部单元的一侧；所述电池内部单元的数量为N个，各所述电池内部单元从上至下依次包括隔膜、正极材料、正极集流体、正极材料、隔膜、负极材料、负极集流体、负极材料和隔膜，所述正极材料、所述负极材料分别包覆在所述正极集流体、所述负极集流体的两侧；所述正极集流体和所述负极集流体上分别设置有集流体预留片，所述集流体预留片用于将电流分别引出至所述正极极耳和所述负极极耳，所述正极集流体和所述负极集流体均采用对称的易碎结构，并且集流体小单元的连接处相对脆弱，在遭受机械破坏时，破坏点附近的集流体结构连同正极材料、负极材料将从电池主体上脱离；所述正极集流体和所述负极集流体采用具有良好导电性的金属材料；所述正极集流体和所述负极集流体表面均采用镂空结构或压痕结构，所述镂空结构填充有所述正极材料和所述负极材料；所述镂空结构或所述压痕结构将所述正极集流体、所述负极集流体分割成若干个正极集流体小单元、负极集流体小单元；所述集流体预留片与所述正极集流体小单元、所述负极集流体小单元相连接；所述外壳设置于多个紧密贴合的所述电池内部单元的外侧，所述电解液在电池封装前灌注在外壳内部的各所述电池内部单元间。

全文数据：一种防止机械滥用引发热失控的电池技术领域本发明涉及电池研究领域，特别是涉及一种防止机械滥用引发热失控的电池。背景技术发展以车用动力电池为能量源的新能源汽车已成为缓解当前环境恶化和能源紧缺的重要途径，高活性、高循环寿命、高能量密度的锂离子动力电池为纯电动汽车续驶里程带来了卓越而显著的提升，但同时动力电池热失控引起的着火甚至爆炸屡屡发生，威胁着乘客的生命和财产安全，电动汽车的产业应用急需一种行之有效的热失控防护方法。当单体电池、电池模组或电池系统在遭受机械撞击时，将产生严重的变形，进而导致隔膜的穿刺，引发电池内短路。当内短路发生时，电池内部能量在瞬间被释放，进而导致电池起火、燃烧甚至爆炸等事故。由于电池隔膜非常脆弱，因此电池对于机械破坏的容忍度很低，当电池遭受碰撞、针刺时，很容易触发电池的热失控，而目前还没有有效的防止机械破坏引发的电池热失控事故的方法。虽然动力电池系统在上市之前都要经过严格的测试，例如：过充、短路、挤压等，但是热失控事故依然存在。同时，电池针刺和挤压也是测试标准中最难通过的。目前，对于机械破坏引发热失控事故的预防和防护方法主要从以下几个方面展开。一是优化电池箱结构，增加电池箱结构强度；二是强化电池单体结构，例如增加电池外壳厚度；三是利用预警策略，提前对于热失控的发生进行预警等。对于强化电池箱结构和单体结构的方法，将增加电池箱的整体质量，不利于整车轻量化，而且，当撞击力足够大时，电池箱和单体电池也是会遭受破坏，热失控事故无法避免。对于预警的方法，只能给乘客提供更多的逃离时间，而无法改变热失控事故发生的事实。因此，以上方法都没有从根本上解决电池单体对于机械破坏的容忍度。发明内容本发明的目的是提供一种防止机械滥用引发热失控的电池，可有效防止机械破坏所引起的电池热失控。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种防止机械滥用引发热失控的电池，所述电池包括：外壳、正极极耳、负极极耳、电池内部单元和电解液；所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电池内部单元的一侧；所述电池内部单元的数量为N个，各所述电池内部单元从上至下依次包括隔膜、正极材料、正极集流体、正极材料、隔膜、负极材料、负极集流体、负极材料和隔膜，所述正极材料、所述负极材料分别包覆在所述正极集流体、所述负极集流体的两侧；所述正极集流体和所述负极集流体上分别设置有集流体预留片，所述集流体预留片用于将电流分别引出至所述正极极耳和所述负极极耳，所述正极集流体和所述负极集流体均采用对称的易碎结构，并且集流体小单元的连接处相对脆弱；所述外壳设置于多个紧密贴合的所述电池内部单元的外侧，所述电解液在电池封装前灌注在外壳内部的各所述电池内部单元间。可选的，所述正极集流体、所述负极集流体表面采用镂空结构，所述镂空结构填充有所述正极材料、所述负极材料。可选的，所述正极集流体、所述负极集流体表面采用压痕结构，所述压痕结构填充有所述正极材料、所述负极材料。可选的，所述镂空结构或压痕结构的形状是任意可变的。可选的，所述镂空结构或所述压痕结构将所述正极集流体、所述负极集流体分割成若干个正极集流体小单元、负极集流体小单元；所述集流体预留片与所述正极集流体小单元、所述负极集流体小单元相连接。可选的，各所述电池内部单元之间紧密贴合。可选的，电池内部单元个数根据电容容量和电池厚度确定。可选的，所述正极集流体和所述负极集流体采用具有良好导电性的金属材料。根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种防止机械滥用引发热失控的电池，其中正极集流体、负极集流体采用对称的易碎结构，在遭受机械破坏时，破坏点附近的集流体结构将脱离正极集流体、负极集流体主体，从而切断破坏点附近的内短路电流，防止电池被破坏部分热失控的扩展。因此本发明中的电池在遭受机械破坏时，可以将整体的内短路限制在被破坏范围内，而不会引发电池整体的内短路和热失控。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明中电池外部结构图；图2为本发明中电池内部单元结构三视图；图3为本发明中图2的局部放大图；图4为本发明中电池内部单元结构轴测图；图5为本发明中图4的局部放大图；图6为本发明中电池正极集流体结构示意图；图7为本发明中电池负极集流体结构示意图；图8为本发明原理图；图9为本发明中一种具有方形镂空结构的集流体实施例的示意图；图10为本发明中一种具有方形压痕结构的集流体实施例的示意图；图11为本发明中一种具有弧形压痕结构的集流体实施例的示意图；图12为本发明中一种具有交错镂空结构的集流体实施例的示意图；图13为本发明中一种具有交错压痕结构的集流体实施例的示意图；图14为本发明中一种具有圆形压痕结构的集流体实施例的示意图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的目的是提供一种防止机械滥用引发热失控的电池，可有效防止机械破坏所引起的电池热失控。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。图1为本发明中电池外部结构图；图2为本发明中电池内部单元结构三视图；图3为本发明中图2的局部放大图；图4为本发明中电池内部单元结构轴测图；图5为本发明中图4的局部放大图；图6为本发明中电池正极集流体结构示意图；图7为本发明中电池负极集流体结构示意图。如图1-7所示，一种防止机械滥用引发热失控的电池，所述电池包括：外壳101、正极极耳102、负极极耳103、电池内部单元200和电解液；所述正极极耳102和所述负极极耳103位于所述电池内部单元的一侧；所述电池内部单元的数量为N个，电池内部单元有规律地单元交替出现，各所述电池内部单元从上至下依次包括隔膜203、正极材料204、正极集流体206、正极材料204、隔膜203、负极材料205、负极集流体207、负极材料205和隔膜203，所述正极材料204、所述负极材料205分别包覆在所述正极集流体206、所述负极集流体207的两侧；所述正极集流体206和所述负极集流体207上分别设置有正极集流体预留片201和负极集流体预留片202，所述集流体预留片用于将电流分别引出至所述正极极耳102和所述负极极耳103，所述正极集流体206和所述负极集流体207均采用对称的易碎结构；在遭受机械破坏时，破坏点附近的集流体结构连同正极材料204、负极材料205将从电池主体上脱离，从而切断破坏点附近的内短路电流，防止电池被破坏部分热失控的扩展。具有该结构的电池集流体，在遭受机械破坏时，可以将整体的内短路限制在被破坏范围内，而不会引发电池整体的内短路和热失控。所述外壳101设置于多个紧密贴合的所述电池内部单元的外侧，所述电解液在电池封装前灌注在外壳内部的各所述电池内部单元间。图8为本发明原理图。图中206-1表示集流体小单元1，206-2表示集流体小单元2。所述正极集流体206、所述负极集流体207表面均采用镂空结构或压痕结构，所述镂空结构填充有所述正极材料204、所述负极材料205。所述镂空结构或压痕结构的形状是任意可变的，但是要保证电池整体的结构和电流通过能力。在不增加电池厚度和重量的基础上，可以增大单体电池中正负极活性材料的容量，从而增加电池整体容量，提高电池能量密度。所述镂空结构或所述压痕结构将所述正极集流体206、所述负极集流体207被分割成若干个正极集流体小单元、负极集流体小单元；所述集流体预留片与所述正极集流体小单元、所述负极集流体小单元相连接。电流可以自由通过各个正极集流体小单元、负极集流体小单元。图9为本发明中一种具有方形镂空结构的集流体实施例的示意图；图10为本发明中一种具有方形压痕结构的集流体实施例的示意图；图11为本发明中一种具有弧形压痕结构的集流体实施例的示意图；图12为本发明中一种具有交错镂空结构的集流体实施例的示意图；图13为本发明中一种具有交错压痕结构的集流体实施例的示意图；图14为本发明中一种具有圆形压痕结构的集流体实施例的示意图。各所述电池内部单元之间紧密贴合。电池内部单元个数根据电容容量和电池厚度确定。所述正极集流体206和所述负极集流体207采用具有良好导电性的金属材料。本发明提供的一种防止机械滥用引发热失控的电池，其中正极集流体、负极集流体采用对称的易碎结构，并且集流体小单元的连接处相对脆弱，在遭受机械破坏时，破坏点附近的集流体结构将脱离正极集流体、负极集流体主体，从而切断破坏点附近的内短路电流，防止电池被破坏部分热失控的扩展。因此本发明中的电池在遭受机械破坏时，可以将整体的内短路限制在被破坏范围内，而不会引发电池整体的内短路和热失控。同时，由于正负极集流体采用镂空或压痕结构，因此，在不增加电池厚度和重量的基础上，可以增大单体电池中正负极活性材料的容量，从而增加电池整体容量，提高电池能量密度。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

权利要求：1.一种防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，所述电池包括：外壳、正极极耳、负极极耳、电池内部单元和电解液；所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电池内部单元的一侧；所述电池内部单元的数量为N个，各所述电池内部单元从上至下依次包括隔膜、正极材料、正极集流体、正极材料、隔膜、负极材料、负极集流体、负极材料和隔膜，所述正极材料、所述负极材料分别包覆在所述正极集流体、所述负极集流体的两侧；所述正极集流体和所述负极集流体上分别设置有集流体预留片，所述集流体预留片用于将电流分别引出至所述正极极耳和所述负极极耳，所述正极集流体和所述负极集流体均采用对称的易碎结构，并且集流体小单元的连接处相对脆弱；所述外壳设置于多个紧密贴合的所述电池内部单元的外侧，所述电解液在电池封装前灌注在外壳内部的各所述电池内部单元间。2.根据权利要求1所述的防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，所述正极集流体、所述负极集流体表面均采用镂空结构，所述镂空结构填充有所述正极材料、所述负极材料。3.根据权利要求1所述的防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，所述正极集流体、所述负极集流体表面采用压痕结构，所述压痕结构填充有所述正极材料、所述负极材料。4.根据权利要求2或3所述的防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，所述镂空结构或压痕结构的形状是任意可变的。5.根据权利要求2或3所述的防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，所述镂空结构或所述压痕结构将所述正极集流体、所述负极集流体分割成若干个正极集流体小单元、负极集流体小单元；所述集流体预留片与所述正极集流体小单元、所述负极集流体小单元相连接。6.根据权利要求1所述的防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，各所述电池内部单元之间紧密贴合。7.根据权利要求1所述的防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，电池内部单元个数根据电容容量和电池厚度确定。8.根据权利要求1所述的防止机械滥用引发热失控的电池，其特征在于，所述正极集流体和所述负极集流体采用具有良好导电性的金属材料。

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