电芯、模组、动力电池包和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及新能源车辆用电池领域，具体而言，涉及一种电芯、模组、动力电池包和车辆。


背景技术：

2.随着新能源行业的快速发展，以及国家政策对新能源和电动交通工具的大力支持，新能源行业正在快速发展，组成新能源领域的重要部分，即电动汽车增长迅速，电动汽车的核心是由大量电芯组成的模组，组成模组的单体电芯通常受温度的影响较大。电芯在充放电过程中会产生大量的热，由于模组的密封性较好，热量不易传递出去，这会导致模组中电芯的温度上升，并且在单个电芯发生热失控后，该电芯的周围温度会瞬间升高，热量会传递给周围多个电芯，进行热蔓延，导致周围这些电芯出现失效甚至是爆炸。因此，防止热失控电芯对其周围电芯产生影响是电池模组设计中需要尽快解决的一大问题。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于在不影响原有车辆电池的电芯和模组结构的情况下，以简便易行的方式使热失控的电芯瞬间产生的热量不能传递到周围电芯中，同时电芯内部因使用过程中产生的热量可以有效地传递到电芯外侧。
4.此外，本实用新型还旨在解决或者缓解现有技术中存在的其它技术问题。
5.本实用新型通过提供一种电芯、模组、动力电池包和车辆来解决上述问题，具体而言，根据本实用新型的一方面，提供了：
6.一种电芯，其中，其用于车辆的动力电池包的模组，所述电芯具有单向导热层，所述单向导热层由用于将所述电芯在工作时产生的热量向所述电芯外部导出以及阻止来自所述电芯外部的热量传递到所述电芯内部的单向导热材料制成，所述单向导热层涂覆于所述电芯的壳体外侧，所述单向导热层的厚度为0.01毫米至0.5毫米。
7.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述电芯具有电芯主体以及设置于所述电芯主体上的正极和负极，所述单向导热层仅仅涂覆于所述电芯主体的壳体外周面。
8.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述单向导热材料采用碳纤维材料，导热系数为≥700 w/mk。
9.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述电芯主体构造成圆柱体，所述正极和所述负极分别设置于所述电芯主体的对置的端面；或者
10.所述电芯主体构造成长方体，所述正极和所述负极设置于所述电芯主体的同一端面。
11.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述电芯构造成硬壳电芯或软包电芯。
12.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述电芯为锂离子电芯。
13.可选地，根据本实用新型的一种实施方式，所述硬壳电芯为铝壳电芯，或所述软包电芯的软包装材料为铝塑复合膜。
14.根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种模组，其中，其包括组装在一起的多个上述任一种电芯。
15.根据本实用新型的再一方面，本实用新型提供了一种动力电池包，其中，其包括多个上述模组。
16.根据本实用新型的又一方面，本实用新型提供了一种车辆，其中，其包括上述动力电池包。
17.所提供的电芯、模组、动力电池包和车辆的有益之处包括：1、本实用新型解决了模组中电芯出现热失控后产生的热量对其周围电芯的引起热蔓延影响，使整个模组中电芯的失效数量降到最低；2、本实用新型能够在正常电芯的充放电过程中，有效传递电芯内部产生的热量，避免电芯温度升高，延长模组使用寿命。
附图说明
18.参考附图，本实用新型的上述以及其它的特征将变得显而易见，其中，
19.图1示出了根据本实用新型的一种电芯的结构示意图；
20.图2示出了在正常状态下的电芯中的热量传导示意图；以及
21.图3示出了电芯发生热失控后的热量传导示意图。
具体实施方式
22.容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。
23.在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等或类似表述仅用于描述与区分目的，而不能理解为指示或暗示相应的构件的相对重要性。
24.参考图1，其示出了根据本实用新型的一种电芯的结构示意图。
25.所述电芯1用于车辆的动力电池包的模组，所述电芯1具有单向导热层11，所述单向导热层11由用于将所述电芯1在工作时产生的热量向所述电芯1外部导出以及阻止来自所述电芯1外部的热量传递到所述电芯1内部的单向导热材料制成，所述单向导热层11涂覆于所述电芯1的壳体外侧，所述单向导热层11的厚度为0.01毫米至0.5毫米。所述电芯1可以是锂离子电芯。电芯是动力电池的最小单位，也是电能存储单元，其要有较高的能量密度，以尽可能多地存储电能，使电动汽车拥有更远的续航里程。
26.根据上述技术方案可知，所述单向导热材料和所述单向导热层11可以有效地传递电芯内部产生的热量（也可参见图2，用箭头标示了散热方向），使电芯在进行充放电工作时产生的热量尽快地导出到壳体外部进行散热，提高电芯使用寿命。此外，所述单向导热材料和所述单向导热层11可以有效地阻止电芯外部的热量传递给电池内部（也可参见图3，用箭头标示了热量传递的受阻），避免热失控的电芯所产生的高温对其周围电芯内部结构的破
坏，有效地保护正常电芯的使用，且电芯内部不受到外部温度的影响。此外，由于所述单向导热层11的厚度较薄，可以采用涂覆的方式进行单向导热层的施加或构造，例如可以通过超薄层涂覆技术来实现单向导热层的涂覆。在该技术方案中，整个单向导热层11的厚度在0.01毫米至0.5毫米之间，因此不会影响原有电芯或模组的设计方案，只需要在加工电芯外壳的时候进行涂层涂覆，工艺方便易行。除此之外，这种涂层没有减弱原有电芯外壳结构强度的副作用，而且会增加原有电芯外壳的结构强度。由此，能够实现本实用新型的目的。在将电芯内部的热量散发到外部之后，电池模组有自身专门的其它散热装置，可以将这些传递出来的热量进一步散发出去。
27.应当理解，壳体外侧的涂覆位置包括了壳体的侧面外周以及壳体的上下端面上，本领域技术人员可以根据实际需要对具体的涂覆位置和涂覆范围进行调整，甚至是视单向导热材料而定可以涂覆于电芯的正、负极上。在如图所示的实施例中，所述电芯1具有电芯主体12以及设置于所述电芯主体12上的正极13和负极14，所述单向导热层11仅仅涂覆于所述电芯主体12的壳体外周面。这种设计方案是考虑到了来自于电芯的热量主要是产生于电芯主体12的外周面，而端面和正负两极产生的热量有限，因此可以在节省材料和工艺成本的情况下有的放矢地对电芯进行热管理，并且散热和阻热（在其它电芯出现热失控的情况下，热量也是主要通过电芯主体外周面传播出来，因此其它电芯的电芯主体外周面的单向导热层正好可以发挥作用）的技术效果基本保持不变。还应当理解，虽然在附图中的单向导热层11看上去只是在电芯主体12两边进行了涂覆，但这只是为了简化说明为目的的制图方式，事实上可以在整个电芯主体12的外周面上涂覆单向导热层11。
28.关于所述单向导热材料的具体选择，示例性的是，其采用碳纤维材料，导热系数为≥700 w/mk，由此能够具有良好的导热、散热能力。其具体可以是导热碳纤维、石墨烯或者含有导热碳纤维和/或石墨烯的复合材料。应当理解，采用碳纤维材料的意思是只要单向导热材料包括碳纤维材料就可以，并不排除其还可以同时具有其它材料的技术方案。其中，导热碳纤维是一种为热工设计所开发的高导热碳纤维材料，这种碳纤维在纤维方向上的导热系数可以超过铜，最高可以达到或超过700 w/mk，同时具有良好的机械性能、导电性能和优异的导热及辐射散热能力，由这种碳纤维制成的纤维状高导热碳粉本身呈纤维状，可以设计导热取向，这是区别于以往的碳粉和其它导热材料的最大不同和优势，可用在高分子复合材料的填充、开发电子电器用散热材料、解决高密度集成电子元器件、led等的散热问题。石墨烯是一种以sp
²
杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。
29.关于所述电芯1的结构和材料设计，如图所示，所述电芯主体12构造成圆柱体，所述正极13和所述负极14分别设置于所述电芯主体12的对置的端面。另外，在图中未示出的实施方式中，所述电芯主体12也可以构造成长方体，所述正极13和所述负极14设置于所述电芯主体12的同一端面。也就是说，本公开的单向导热层的技术构思可以适用于多种类型的电芯形状，并能够达到所想要的技术效果。当然，在本文中没有举例的、具有其它电芯主体形状或正负极位置的电芯也应当适用。
30.此外，所述电芯1可以构造成硬壳电芯或软包电芯。其中，硬壳电芯可以具体为铝（或钢）壳电芯或更具体地为铝合金（或不锈钢）壳方形电芯，而软包电芯的软包装材料可以
采用铝塑复合膜（铝塑膜）。硬壳和软包的主要区别就在于硬和软的封装结构，软包电芯的封装技术一般是采用聚合物外壳，在结构上采用了铝塑薄膜包装；而硬壳电芯一般都是采用钢壳或铝壳的封装结构。软包电芯的优点包括安全性能好，不会发生爆炸；重量轻；容量大；内阻小，极大地降低了电池的自耗电；以及设计灵活。硬壳电芯的优点包括安全，硬度高，具有相当的重量来保护电芯本身。另外，铝塑膜具有极高的阻隔性、良好的冷冲压成型性、耐穿刺性、耐电解液稳定性、电性能（包括绝缘性）。同理可见，本公开的单向导热层也可以适用于具有各种类型封装结构的电芯，并能够达到所想要的技术效果。
31.根据本实用新型的另外的方面，本实用新型还涉及：一种模组，其中，其包括组装在一起的多个上述任一种电芯1；以及一种动力电池包，其中，其包括多个上述模组。其中，当多个电芯被同一个外壳框架封装在一起，通过统一的边界与外部进行联系时，这就组成了一个模组。而当数个模组被bms（电池管理系统）和热管理系统共同控制或管理起来后，这个统一的整体就叫做电池包。
32.此外，所述动力电池包可装设在各种车辆上，包括轿车、货车、客车、混合动力车辆、纯电动汽车等等。因此，本实用新型的主题还旨在保护装设有本实用新型的动力电池包的各种车辆。
33.关于模组、动力电池包和车辆的各种实施方式和技术效果，请参阅上文有关电芯的内容进行解读，在此不再赘述。
34.综上所述，本实用新型在新能源锂电领域中公开了一种阻隔热蔓延的电芯制作工艺及电芯。所述解决方法主要为：在电池外壳上涂覆单向导热材料涂层，该涂层由单向导热材料组成，单向导热性使涂层具有正向传递热量和反向阻隔热量传递的特点，可以选择性地让电芯内部热量快速传递到电芯壳体外部，而电芯外部的热量会受到单项导热材料的阻止，不能传递到电芯内部，因此会减少电池模组中单颗电芯热失控产生的高温对周围正常电芯内部的影响。本实用新型所用的单向导热装置厚度在0.01至0.5毫米之间，例如通过采用先进的单向导热材料和超薄层涂覆技术，采用电芯壳体外部涂覆的方案，故易做到涂层分布均匀，使用该方案能有效解决单体电芯的散热和减少热失控电芯产生的高温对周围电芯的影响。
35.应当理解的是，所有以上的优选实施例都是示例性而非限制性的，本领域技术人员在本实用新型的构思下对以上描述的具体实施例做出的各种改型或变形都应在本实用新型的法律保护范围内。