CN209880740U - 二次电池和电池模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种二次电池和电池模块。电池模块包括多个二次电池。二次电池包括电极组件、壳体和顶盖组件。壳体具有容纳腔室，容纳腔室沿高度方向的一端具有开口。电极组件收容于壳体的容纳腔室，顶盖组件连接于壳体并覆盖壳体的开口。电极组件包括第一极片、第二极片和隔膜，隔膜将第一极片和第二极片隔开。电极组件为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件包括两个扁平面，两个扁平面沿高度方向相互面对；或者，电极组件为叠片式结构，且第一极片、隔膜和第二极片沿高度方向层叠。第一极片包括第一集流体和涂覆于第一集流体表面的第一活性物质层，第一活性物质层的厚度为150μm‑250μm。

Description

二次电池和电池模块

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种二次电池和电池模块。

背景技术

电池模块通常包括多个依次排列的二次电池，而各二次电池内部设有电极组件。在充放电过程中，电极组件出现膨胀，而所述多个二次电池的电极组件产生的膨胀力会沿着排列方向叠加并形成过大的合力；所述合力挤压二次电池，导致二次电池无法正常工作，影响二次电池的寿命。

实用新型内容

鉴于背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种二次电池和电池模块，其能减小二次电池的膨胀力，提高能量密度。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种二次电池和电池模块。

二次电池包括电极组件、壳体和顶盖组件。壳体具有容纳腔室，容纳腔室沿高度方向的一端具有开口。电极组件收容于壳体的容纳腔室，顶盖组件连接于壳体并覆盖壳体的开口。电极组件包括第一极片、第二极片和隔膜，隔膜将第一极片和第二极片隔开。电极组件为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件包括两个扁平面，两个扁平面沿高度方向相互面对；或者，电极组件为叠片式结构，且第一极片、隔膜和第二极片沿高度方向层叠。第一极片包括第一集流体和涂覆于第一集流体表面的第一活性物质层，第一活性物质层的厚度为150μm-250μm。

第一活性物质层包括石墨或硅基材料。

第一活性物质层的重量小于0.22g/1540.25mm²。

在长度方向上，隔膜的两端均超出第一活性物质层，且隔膜的各端超出第一活性物质层的尺寸为3mm-15mm。

隔膜包括基材和设置于基材表面的保液层。

电极组件为多个且沿高度方向层叠。在高度方向上，所述多个电极组件的尺寸之和为T，容纳腔室的深度为H，T/H的值为0.85-0.95。

顶盖组件包括顶盖板和绝缘构件，绝缘构件设置于顶盖板的靠近电极组件的一侧。所述二次电池还包括缓冲构件，缓冲构件设置于绝缘构件的靠近电极组件的一侧，缓冲构件为多孔结构且具有弹性。

缓冲构件包括主体部和延伸部，主体部位于绝缘构件和电极组件之间，延伸部从主体部沿长度方向的端部朝远离绝缘构件的方向延伸，且延伸部位于电极组件沿长度方向的外侧。

顶盖组件还包括电极端子和集流构件，电极端子设置于顶盖板，集流构件连接电极端子和电极组件。在长度方向上，延伸部位于集流构件和电极组件之间。

电池模块包括所述的二次电池。二次电池为多个且依次排列，且所述多个二次电池的排列方向垂直于高度方向。

本实用新型的有益效果如下：在本申请的二次电池中，电极组件在高度方向上的膨胀力最大，而在高度方向上，电极组件对壳体施加的膨胀力较小。在本申请的电池模块中，所述多个二次电池的排列方向垂直于高度方向，因此，即使所有的电极组件在排列方向上的膨胀量叠加在一起，也不会产出过大的合力，从而避免二次电池被压坏，保证二次电池的性能和寿命。同时，本申请的活性物质层可以具有较大的厚度，以提高二次电池的能量密度。

附图说明

图1为根据本实用新型的电池模块的示意图。

图2为根据本实用新型的二次电池的分解图。

图3为根据本实用新型的二次电池的剖视图。

图4为根据本实用新型的二次电池的电极组件的一示意图。

图5为根据本实用新型的二次电池的电极组件的另一示意图。

其中，附图标记说明如下：

1 电极组件

11 第一极片

111 第一集流体

112 第一活性物质层

12 第二极片

121 第二集流体

122 第二活性物质层

13 隔膜

131 基材

132 保液层

14 扁平面

15 窄面

2 壳体

21 容纳腔室

3 顶盖组件

31 顶盖板

32 绝缘构件

33 电极端子

34 集流构件

4 缓冲构件

41 主体部

42 延伸部

5 端板

6 扎带

X 长度方向

Y 宽度方向

Z 高度方向

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个以上(包括两个)；除非另有规定或说明，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

参照图1，本申请的电池模块包括二次电池、端板5、扎带6及汇流排。二次电池为多个且沿依次排列。本申请的二次电池可为棱柱形的锂离子电池。所述多个二次电池的排列方向可平行于各二次电池的宽度方向Y。端板5为两个且分别设置于所述多个二次电池沿排列方向的两端，扎带6环绕在端板5和所述多个二次电池的外侧并将端板5和所述多个二次电池夹持在一起。汇流排将所述多个二次电池以串联、并联或串并联的方式连接在一起。

本申请的电池模块可应用于电动汽车，以作为电动汽车的动力系统。当电池模块安装于电动汽车时，二次电池的高度方向Z大体垂直于水平面。其中，二次电池的高度方向Z、长度方向X和宽度方向Y相互垂直。

下面详细说明本申请的二次电池。

参照图2和图3，本申请的二次电池包括电极组件1、壳体2和顶盖组件3。

电极组件1包括第一极片11、第二极片12和隔膜13，隔膜13将第一极片11和第二极片12隔开。

如图4所示，在一实施例中，电极组件1为卷绕式结构。具体地，第一极片11、第二极片12和隔膜13均为带状结构，将第一极片11、隔膜13和第二极片12依次层叠并卷绕两圈以上以形成电极组件1，并且电极组件1呈扁平状。图4示出电极组件1的外形轮廓，电极组件1的外表面包括两个扁平面14和两个窄面15，两个扁平面14沿高度方向Z相互面对，两个窄面15沿宽度方向Y相互面对。其中，扁平面14大致平行于电极组件1的卷绕轴且为面积最大的表面。扁平面14可以是相对平整的表面，并不要求是纯平面。窄面15至少部分为弧形。扁平面14是相对于窄面15而言，并且扁平面14的面积大于窄面15的面积。

在另一实施例中，电极组件1为叠片式结构。具体地，电极组件1包括多个第一极片11和多个第二极片12，隔膜13设置于第一极片11和第二极片12之间。第一极片11、隔膜13和第二极片12沿高度方向Z层叠设置。在叠片式结构中，第一极片11和第二极片12均为片状且大体垂直于高度方向Z。

图5为本申请的电极组件1的示意图，其仅示出一层第一极片11、一层隔膜13和一层第二极片12，第一极片11、隔膜13和第二极片12的其它层省略。

参照图5，第一极片11包括第一集流体111和涂覆于第一集流体111表面的第一活性物质层112。其中，第一活性物质层112同时涂覆于第一集流体111的两个表面。第一集流体111沿长度方向X的一端具有未涂覆第一活性物质层112的第一空白区域。

第二极片12包括第二集流体121和涂覆于第二集流体121表面的第二活性物质层122。其中，第二活性物质层122同时涂覆于第二集流体121的两个表面。第二集流体121沿长度方向X的一端具有未涂覆第二活性物质层122的第二空白区域。

壳体2内部形成有容纳腔室21，以收容电极组件1和电解液。容纳腔室21沿高度方向Z的一端具有开口，而电极组件1可经由所述开口放置到壳体2内。壳体2可由铝或铝合金等导电金属的材料制成。高度方向Z与容纳腔室21的延伸方向平行。

顶盖组件3包括顶盖板31、绝缘构件32、电极端子33及集流构件34。顶盖板31可以由铝、铝合金等金属材料制成，顶盖板31的尺寸与壳体2的开口的尺寸相匹配。顶盖板31可通过焊接连接到壳体2并覆盖壳体2的开口，从而将电极组件1密封在壳体2的容纳腔室21内。

绝缘构件32设置于顶盖板31的内侧，也就是顶盖板31的靠近电极组件1的一侧。绝缘构件32将顶盖板31与电极组件1隔开，以降低短路风险。

电极端子33设置于顶盖板31且突出到顶盖板31的外侧。电极端子33可通过焊接或铆接等方式固定于顶盖板31。电极端子33和集流构件34均为两个，一个集流构件34连接第一空白区域和一个电极端子33，另一个集流构件34连接第二空白区域和另一个电极端子33。第一空白区域和第二空白区域可通过超声波焊接与集流构件34相连。

电极组件1在充放电的过程中，极片会沿其厚度方向发生膨胀。在卷绕式的电极组件1中，沿垂直于扁平面14的方向的膨胀力最大；在叠片式的电极组件1中，沿第一极片11和第二极片12的堆叠方向的膨胀力最大。由此可见，电极组件1无论是采用卷绕式结构还是采用叠片式结构，电极组件1在高度方向Z上的膨胀力最大。也就是说，在二次电池的排列方向上，电极组件1对壳体12施加的膨胀力较小。

在本申请的电池模块中，所述多个二次电池的排列方向垂直于高度方向Z，因此，即使所有的电极组件1在排列方向上的膨胀量叠加在一起，也不会产出过大的合力，从而避免二次电池被压坏，保证二次电池的性能和寿命。

在本申请中，电池模块的膨胀力较低，所以本申请可以采用强度较小的扎带6来固定所有的二次电池，无需担心扎带6在膨胀力的作用下断裂。扎带6具有较小的体积和重量，可以有效地提高电池模块的能量密度。

在公知领域中，提高活性物质层(即第一活性物质层112和第二活性物质层122)的重量是提升能量密度最简单的方法。然而，活性物质层的重量增大时，其厚度也会相应地增大，在充放电时的膨胀量也更大。同时，较厚的活性物质层对膨胀力比较敏感，当膨胀力偏大时，容易引发电极组件1的循环跳水。

在现有技术的电池模块中，电极组件1产生的膨胀力较大，这对于对膨胀力敏感的化学体系的循环性能非常不利。因此，在现有技术中，活性物质层厚度通常只有几十微米，以降低电极组件1循环跳水的风险。也就是说，在现有技术中，二次电池的能量密度偏低。

而在本申请的电池模块中，即使所有的电极组件1在排列方向上的膨胀量叠加在一起，也不会产出过大的合力。因此，本申请的活性物质层可以具有较大的厚度，以提高二次电池的能量密度。

具体地，第一极片11的第一活性物质层112的厚度可为150μm-250μm。其中，参照图5，所述厚度是指位于第一集流体111一侧的第一活性物质层112的厚度。

在充放电的过程中，负极性的活性物质层的膨胀比较严重，因此，在现有技术中，负极性的活性物质层一般具有较小的厚度。而本申请的电池模块的膨胀力较小，所以负极性的活性物质层可以具有较大的厚度。因此，优选地，第一活性物质层112为负极性的活性物质层，其包括石墨或硅基材料。第一集流体111可为铜箔。

对应地，第二极片12为正极极片，第二集流体121为铝箔，第二活性物质层122包括三元材料、锰酸锂或磷酸铁锂。

第一活性物质层112的重量小于0.22g/1540.25mm²。在此补充说明的是，此处的重量指的是位于第一集流体111一侧的第一活性物质层112的重量。当第一活性物质层112的厚度一定时，其重量越大，且密度也就越大，在使用过程中的膨胀量也就越大。如果第一活性物质层112的重量大于0.22g/1540.25mm²，那么可能会导致膨胀力偏大，影响电极组件1的性能。

第二活性物质层122的重量小于0.35g/1540.25mm²。

参照图3，电极组件1为多个且沿高度方向Z层叠。在充放电过程中，各电极组件1会出现膨胀。在本申请中，二次电池中的多个电极组件1沿高度方向Z布置，所以多个电极组件1的膨胀力会在高度方向Z上叠加。而在宽度方向Y上，所述多个电极组件1的膨胀较小，因此，在电池模块中，即使所有的电极组件1在宽度方向Y上膨胀力叠加在一起，也不会产生过大的合力，从而降低二次电池被压坏的风险。

在高度方向Z上，所述多个电极组件1的尺寸之和为T，容纳腔室21的深度为H，T/H的值为0.85-0.95。

在工作过程中，所述多个电极组件1的膨胀量会在高度方向Z上叠加，当膨胀到一定程度时，所述多个电极组件1的膨胀力会挤压绝缘构件32和顶盖板31，导致顶盖板31变形，影响二次电池的外观和性能。而T/H的值越大，电极组件1与绝缘构件32在高度方向Z上的间距也就越小，顶盖板31所受到的膨胀力也就越大。因此，优选地，T/H的值小于等于0.95，以在电极组件1和绝缘构件32之间预留一定的间隙，所述间隙可以吸收电极组件1的膨胀，减小顶盖板31的变形。

当然，T/H的值越小，电极组件1的厚度也就越小，二次电池的能量密度也就越低。因此，优选地，T/H的值大于等于0.85，以保证二次电池的能量密度。

在二次电池的工作过程中，第二活性物质层122中的锂离子需要嵌入到第一活性物质层112；而为了使锂离子能够尽可能的嵌入第一活性物质层112，降低析锂风险，在长度方向X上，第一活性物质层112的两端均超出第二活性物质层122。

为了避免短路，隔膜13需要将第一活性物质层112和第二活性物质层122完全隔开。因此，参照图5，在长度方向X上，隔膜13的两端均超出第一活性物质层112。隔膜13可以在厚度方向Z上完全覆盖第一活性物质层112，以降低短路风险。

隔膜13的超出第一活性物质层112的部分未被第一活性物质层112覆盖，该部分能够吸收壳体12内的电解液，并将电解液输送到电极组件1的内部，提高电极组件1的浸润性。为了提高隔膜13吸收电解液的效率，优选地，隔膜13的各端超出第一活性物质层112的尺寸大于等于3mm。另外，如果隔膜13的各端超出第一活性物质层112的尺寸过大，将导致隔膜13占用过多的空间，降低能量密度，因此，优选地，隔膜13的各端超出第一活性物质层112的尺寸小于等于15mm。

隔膜13包括基材131和设置于基材131表面的保液层132。基材131可为PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PET(聚对苯二甲酸类塑料)、环氧乙烷、环氧丙烷、聚氧乙烯、聚氯乙烯、MEEP(聚磷腈)、PEG(聚乙二醇)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙二醇二甲醚、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚丙乙烯酸等有机物。保液层132可为Al₂O₃涂层、芳纶涂层或聚多巴胺层。保液层132可以提高隔膜13的保液能力，提高浸润性。

参照图3，所述二次电池还包括缓冲构件4，缓冲构件4设置于绝缘构件32的靠近电极组件1的一侧，缓冲构件4为多孔结构且具有弹性。缓冲构件4可以限制电极组件1的晃动，避免集流构件34和电极组件1的连接处撕裂。

缓冲构件4为多孔结构，内部吸附有电解液。当电极组件1膨胀时，电极组件1的膨胀力作用在缓冲构件4。缓冲构件4具有弹性，其可以通过压缩来释放电极组件1的膨胀力。同时，缓冲构件4被压缩时，其内部的电解液流出，从而提高电极组件1的浸润性。

缓冲构件4包括主体部41和延伸部42，主体部41位于绝缘构件32和电极组件1之间，延伸部42从主体部41沿长度方向X的端部朝远离绝缘构件32的方向延伸，且延伸部42位于电极组件1沿长度方向X的外侧。主体部41可以限制电极组件1在高度方向Z上的晃动，并能够通过压缩来释放电极组件1的膨胀力。延伸部42为两个且分别位于电极组件1沿长度方向X的两侧。

在二次电池中，多个电极组件1沿高度方向Z布置，壳体2底部的电解液很难直接进入靠近顶盖板31的电极组件1中。也就是说，越靠近顶盖板31的电极组件1的浸润性越差，容易出现析锂问题。

而缓冲构件4的延伸部42能够吸收壳体2内的电解液，并通过毛细作用将壳体2底部的电解液传输到靠近顶盖板31的电极组件1中，从而提高浸润性。另外，当电极组件1压缩主体部41时，主体部41内的电解液可通过延伸部42传输到靠近顶盖板31的电极组件1中。总之，本申请通过设置延伸部42，增加电解液的传输路径，减小所述多个电极组件1的浸润性的差异，提高浸润性，降低析锂风险，延长二次电池的使用寿命。

优选地，延伸部42与隔膜13沿长度方向X的端部直接接触，这样可以便于隔膜13直接吸收延伸部42中的电解液。

当二次电池震动时，电极组件1可能会沿长度方向X晃动，引发集流构件34和电极组件1的连接处撕裂的风险。在本申请中，在长度方向X上，延伸部42位于集流构件34和电极组件1之间。延伸部42可以限制电极组件集流构件34和电极组件1的相对位移，降低集流构件34和电极组件1的连接处撕裂的风险，提高二次电池的使用寿命。

Claims (10)

1.一种二次电池，其特征在于，包括电极组件(1)、壳体(2)和顶盖组件(3)；

壳体(2)具有容纳腔室(21)，容纳腔室(21)沿高度方向(Z)的一端具有开口；

电极组件(1)收容于壳体(2)的容纳腔室(21)，顶盖组件(3)连接于壳体(2)并覆盖壳体(2)的开口；

电极组件(1)包括第一极片(11)、第二极片(12)和隔膜(13)，隔膜(13)将第一极片(11)和第二极片(12)隔开；

电极组件(1)为卷绕式结构且为扁平状，且电极组件(1)包括两个扁平面(14)，两个扁平面(14)沿高度方向(Z)相互面对；或者，电极组件(1)为叠片式结构，且第一极片(11)、隔膜(13)和第二极片(12)沿高度方向(Z)层叠；

第一极片(11)包括第一集流体(111)和涂覆于第一集流体(111)表面的第一活性物质层(112)，第一活性物质层(112)的厚度为150μm-250μm。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，第一活性物质层(112)包括石墨或硅基材料。

3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，第一活性物质层(112)的重量小于0.22g/1540.25mm²。

4.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，在长度方向(X)上，隔膜(13)的两端均超出第一活性物质层(112)，且隔膜(13)的各端超出第一活性物质层(112)的尺寸为3mm-15mm。

5.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，隔膜(13)包括基材(131)和设置于基材(131)表面的保液层(132)。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

电极组件(1)为多个且沿高度方向(Z)层叠；

在高度方向(Z)上，所述多个电极组件(1)的尺寸之和为T，容纳腔室(21)的深度为H，T/H的值为0.85-0.95。

7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

顶盖组件(3)包括顶盖板(31)和绝缘构件(32)，绝缘构件(32)设置于顶盖板(31)的靠近电极组件(1)的一侧；

所述二次电池还包括缓冲构件(4)，缓冲构件(4)设置于绝缘构件(32)的靠近电极组件(1)的一侧，缓冲构件(4)为多孔结构且具有弹性。

8.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，

缓冲构件(4)包括主体部(41)和延伸部(42)，主体部(41)位于绝缘构件(32)和电极组件(1)之间，延伸部(42)从主体部(41)沿长度方向(X)的端部朝远离绝缘构件(32)的方向延伸，且延伸部(42)位于电极组件(1)沿长度方向(X)的外侧。

9.根据权利要求8所述的二次电池，其特征在于，

顶盖组件(3)还包括电极端子(33)和集流构件(34)，电极端子(33)设置于顶盖板(31)，集流构件(34)连接电极端子(33)和电极组件(1)；

在长度方向(X)上，延伸部(42)位于集流构件(34)和电极组件(1)之间。

10.一种电池模块，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的二次电池；

二次电池为多个且依次排列，且所述多个二次电池的排列方向垂直于高度方向(Z)。