一种带定向爆喷装置的电芯、电池单元以及电池包的制作方法

1.本实用新型涉及新能源电池技术领域，具体涉及一种带定向爆喷装置的电芯、电池单元以及电池包。


背景技术：

2.软包电芯包括内部的电芯极片(正极极片、负极极片)、隔膜、电解液、铝塑膜、tab(正极tab、负极tab)、顶封密封胶等等。简单来说，软包电芯的内部为化学物质，外部为0.12～0.15mm的铝塑膜封装，而铝塑膜一般有三层结构，内部为封装pp层通常厚度为0.025～0.075mm、中间为铝箔层通常厚度为0.075～0.12mm、外部为pa防护层通常厚度为0.025～0.05mm。由于铝塑膜厚度薄的情况下，其机械强度弱，基本上能够承受的压力很小，一般认为铝塑膜能够承受的压力为2.5atm左右是脆弱的材料；而且，由于封装采用内部pp层的热压融合，实际能长久承受的压力更小，一般认为在1.5atm 以下。电芯内部产生热失控的情况一般包括以下几种情况：内短路、过充、外短路、温度过高、电芯内部严重析锂、电芯受到外部的破坏等等情况。当软包电芯内部由于各种原因产生热失控，电芯内部在短时间内发热温度急剧升高、电芯内部产气较多压力急剧升高，电芯封装的铝塑膜因为强度较差会在较短的时间内开裂一般会形成爆破，因为铝塑膜在各个位置的强度基本一致，这就使得铝塑膜在任何位置都会形成开裂甚至爆破的可能，无法形成定向爆破，甚至无法在需要的位置形成开裂形成爆破，即无法形成定向爆喷。
3.根据国标gb38031，目前在整个电池系统层面需要实现一定程度可控的热蔓延甚至无热蔓延，对于软包电池系统是比较难以实现，由于电芯级别在各个方向都可能产生爆破、烟雾甚至火焰在各个方向都可能弥漫甚至爆喷，这个在模组级别在pack级别需要加强防护，才可能在电池系统级别实现国标gb38031关于热失控的要求，这个对于模组和pack的设计开发是比较难以实现的，或者说，会显著的增加模组pack的成本。如果在电芯级别能实现定向爆喷，那么模组/pack只需要在软包定向爆喷的方向做相关的防范，并不需要在所有的方向做防火处理。这样很显然简化了模组/pack的设计，会显著的降低模组pack热蔓延的防护要求，会显著降低模组pack的成本。


技术实现要素：

4.本实用新型为了在电芯级别实现定向爆喷，降低模组以及pack包热蔓延的防护需求，进而降低模组以及pack的成本，提供了一种带定向爆喷装置的电芯、电池单元以及电池包。
5.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种带定向爆喷装置的电芯，包括铝塑膜本体、防爆阀，所述铝塑膜本体具有封装电芯本体的电芯容置腔，所述铝塑膜本体的周侧面上的非封边位置形成有向外凸起的凸包结构，所述凸包结构内具有与所述电芯容置腔连通的装配腔，所述防爆阀安装在所述凸包结构上且与装配腔连通。
6.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在电芯的铝塑膜壳体上设置凸包结
构，并在凸包结构内形成装配腔，再在凸包结构上设置防爆阀，当电芯发生热失控的时候，热失控气体会在装配腔内聚集，进而从凸包结构上的防爆阀爆喷，凸包结构可以设置在铝塑膜本体周侧面的任意非封边位置，从而可以实现内部电芯本体的定向爆喷，很大程度上简化了模组以及pack包关于热蔓延的设计，有效降低了模组以及pack包的成本，显著提高了产品热蔓延的可靠性。
7.一种带定向爆喷装置的电芯，包括铝塑膜本体、防爆阀，所述铝塑膜本体具有封装电芯本体的电芯容置腔，所述电芯本体的周侧面上的非封边位置形成有向内凹陷的凹坑结构，所述凹坑结构与相对位置处的铝塑膜本体合围形成装配腔，所述防爆阀安装在与所述凹坑结构相对布置的铝塑膜本体上且与所述装配腔连通。
8.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过在电芯本体上设置凹坑结构，比如将极片设置成具有凹槽的异形极片，并在凹坑结构内形成装配腔，再在凹坑结构对应的了铝塑膜本体上设置防爆阀，当电芯发生热失控的时候，热失控气体会在装配腔内聚集，进而从凹坑结构对应的防爆阀爆喷，凹坑结构可以设置在铝塑膜本体周侧面的任意非封边位置，从而可以实现内部电芯本体的定向爆喷，很大程度上简化了模组以及pack包关于热蔓延的设计，有效降低了模组以及pack包的成本，显著提高了产品热蔓延的可靠性。
9.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
10.进一步，所述防爆阀设置在所述电芯的极耳所在的侧面上；优选的，所述防爆阀邻近所述极耳设置。
11.采用上述进一步方案的有益效果是：由于极耳所在侧面的封边位置相对薄弱，容易发生热失控，将防爆阀设置在极耳封边位置，使热失控气体能够迅速从防爆阀位置排出。
12.进一步，所述防爆阀包括支撑件以及防爆膜，所述支撑件具有泄压通道，所述泄压通道与所述电芯容置腔连通，所述防爆膜固定在所述支撑件上且将所述泄压通道完全覆盖住，所述凸包结构或凹坑结构上开设有装配孔，所述支撑件的外周侧壁固定在所述装配孔内。
13.采用上述进一步方案的有益效果是：当电芯内部由于种种原因发生热失控时，压力逐渐或者瞬间增大，温度也会逐渐或者瞬间增大，高温高压的气体充满在支撑件的泄压通道，当压力达到防爆膜设定的压力值时，防爆膜开裂，高温高压气体通过防爆膜形成定向爆喷。
14.进一步，所述支撑件的外周侧壁通过注塑成型结合在所述装配孔内，并使装配孔处的铝塑膜本体嵌合在所述支撑件的外周侧壁上形成的环形槽内。
15.采用上述进一步方案的有益效果是：为避免对铝塑膜等电芯基础结构造成不必要损伤，支撑件可采用低温注塑材料，例如pp材料等，然后再通过热压等低温注塑工艺将支撑件压合在铝塑膜本体的装配孔处，使支撑件与铝塑膜本体连接成为一个整体。
16.进一步，所述防爆阀还包括压圈，所述压圈将所述防爆膜压接固定在所述支撑件背离所述电芯容置腔的一端端面上。
17.采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置压圈，方便防爆膜的压接固定。
18.进一步，所述防爆阀还包括保护膜，所述保护膜固定在所述防爆膜背离所述电芯容置腔的一侧。
19.采用上述进一步方案的有益效果是：保护膜设置在防爆膜的最外面，能够保护防
爆膜，避免出现外在的人为破坏，保护膜一般采用粘接的方式与防爆膜或支撑件的外端端面连接成为整体。
20.进一步，所述防爆膜采用铝膜或铝膜与聚丙烯的复合体制成，所述防爆膜的厚度小于所述铝塑膜本体所用铝塑膜的厚度。
21.采用上述进一步方案的有益效果是：将防爆膜的厚度设置为小于铝塑膜的厚度，方便热失控气体冲破铝片进行爆喷。
22.一种电池单元，包括多个电芯，多个电芯堆叠布置，至少部分电芯采用上述的电芯。
23.本实用新型的有益效果是：本实用新型的电池单元能够从电芯级别实现定向爆喷，很大程度上简化了模组以及pack包关于热蔓延的设计，有效降低了模组以及pack包的成本，显著的提高了产品热蔓延的可靠性。
24.一种电池包，包括箱体以及上述的电池单元，所述箱体上设有排气通道，所述防爆阀与所述电池包内的排气通道连通。
附图说明
25.图1为本实用新型软包电池的主视结构示意图；
26.图2为图1中a-a剖面结构的局部放大示意图；
27.图3为本实用新型软包电池的立体结构示意图一；
28.图4为图3中a部的放大结构示意图；
29.图5为本实用新型软包电池的立体结构示意图二；
30.图6为图5中b部的放大结构示意图；
31.图7为本实用新型支撑件的立体结构示意图；
32.图8为本实用新型支撑件的剖视结构示意图。
33.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
34.100、电芯；
35.1、第一铝塑膜本体；11、装配孔；12、电芯容置腔；13、装配腔；14、极耳封边位置；15、凸包结构；
36.2、第二铝塑膜本体；3、防爆阀；31、支撑件；32、防爆膜；33、泄压通道；34、压圈；35、保护膜；36、环形槽；4、极耳；5、电芯本体；
37.a、第一铝塑膜本体周侧面的宽度；b、第二铝塑膜本体周侧面的宽度。
具体实施方式
38.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
39.实施例1
40.如图1～图8所示，本实施例的一种带定向爆喷装置的电芯100，包括铝塑膜本体、防爆阀3，所述铝塑膜本体具有封装电芯本体5的电芯容置腔12，所述铝塑膜本体的周侧面上的非封边位置形成有向外凸起的凸包结构15，所述凸包结构15内具有与所述电芯容置腔12连通的装配腔13，所述防爆阀3 安装在所述凸包结构15上且与装配腔13连通。其中，所述
凸包结构15可以在铝塑膜本体的封装区域周侧面的任意位置，即可以在铝塑膜本体整体厚度方向的周侧的任意位置，以图1为例，可以在侧封区域，也可以顶封区域。本实施例通过在电芯的铝塑膜壳体上设置凸包结构，并在凸包结构内形成装配腔，再在凸包结构上设置防爆阀，当电芯发生热失控的时候，热失控气体会在装配腔内聚集，进而从凸包结构上的防爆阀爆喷，凸包结构可以设置在铝塑膜本体周侧面的任意非封边位置，从而可以实现内部电芯本体的定向爆喷，很大程度上简化了模组以及pack包关于热蔓延的设计，有效降低了模组以及pack包的成本，显著提高了产品热蔓延的可靠性。
41.针对不同的封边形式以及极耳4设置位置，本实施例的防爆阀3可以选择多种装配位置。
42.防爆阀装配位置一，对于三封边电芯，可将防爆阀3设置在三封边电芯的非封边的一个周侧面上。
43.防爆阀装配位置二，对于三封边电芯，可以将防爆阀3设置在三封边电芯的其中一个封边所在的周侧面上，该封边未设置极耳4。
44.防爆阀装配位置三，对于三封边电芯，可以将防爆阀3设置在三封边电芯的其中一个封边所在的周侧面上，该封边设置有极耳4，如图1所示。
45.防爆阀装配位置四，对于四封边电芯，可以将防爆阀3设置在四封边电芯的其中一个封边所在的周侧面上，该封边未设置极耳4。
46.防爆阀装配位置五，对于四封边电芯，可以将防爆阀3设置在四封边电芯的其中一个封边所在的周侧面上，该封边设置有极耳4。
47.如图1和图2所示，本实施例的一个优选方案为，所述防爆阀3设置在所述电芯100的极耳4所在的侧面上；进一步优选的，所述防爆阀3邻近所述极耳4设置。由于极耳所在侧面的封边位置相对薄弱，容易发生热失控，将防爆阀设置在极耳封边位置14，使热失控气体能够迅速从防爆阀位置排出。
48.本实施例的另一个优选方案为，如图2所示，可根据封边所在平面，将铝塑膜本体划分为位于封边所在平面两侧的第一铝塑膜本体1和第二铝塑膜本体2，所述第一铝塑膜本体1和第二铝塑膜本体2相互扣合形成所述电芯容置腔12，所述第一铝塑膜本体1周侧面的宽度a大于第二铝塑膜本体2 周侧面的宽度b，所述防爆阀3设置在第一铝塑膜本体1的周侧面上。将防爆阀设置在宽度较宽的一侧铝塑膜壳体上，使防爆阀具有足够的安装空间，避免与铝塑膜本体的封边产生干涉。进一步的，如果第二铝塑膜本体2的宽度足够小，即只有一个铝塑膜本体的自身厚度，如图2所示，即封边在整个电芯的一侧，即留出了整个电芯的厚度用来装配防爆阀。
49.本实施例的防爆阀3可以采用现有技术任意结构的防爆阀，只能够实现泄压即可。本实施例还提供了一种防爆阀3的优选方案，具体如下。
50.如图2、图4～图8所示，所述防爆阀3包括支撑件31以及防爆膜32，所述支撑件31具有泄压通道33，所述泄压通道33与所述电芯容置腔12连通，所述防爆膜32固定在所述支撑件31上且将所述泄压通道33完全覆盖住，所述凸包结构以及凹坑结构上开设有装配孔11，所述支撑件31的外周侧壁固定在所述装配孔11内。当电芯内部由于种种原因发生热失控时，压力逐渐或者瞬间增大，温度也会逐渐或者瞬间增大，高温高压的气体充满在支撑件的泄压通道，当压力达到防爆膜设定的压力值时，防爆膜开裂，高温高压气体通过防爆膜形成
定向爆喷。
51.可选的，所述防爆膜32可以在铝塑膜本体内侧的装配腔13内，也可以在铝塑膜本体外侧的支撑件31上设置，都能够实现定向泄压的功能。
52.如图5～图8所示，所述支撑件31的外周侧壁通过注塑成型结合在所述装配孔11内，并使装配孔11处的铝塑膜本体嵌合在所述支撑件31的外周侧壁上形成的环形槽36内。为避免对铝塑膜等电芯基础结构造成不必要损伤，支撑件可采用低温注塑材料，例如pp材料等，然后再通过热压等低温注塑工艺将支撑件压合在铝塑膜本体的装配孔处，使支撑件与铝塑膜本体连接成为一个整体。低温注塑工艺采用常规的电池固边工艺设备，将铝塑膜本体的局部放入模具中，支撑件利用低温成型后，与铝塑膜本体结合在一起即可。
53.进一步的，如图2和图6所示，所述防爆阀3还包括压圈34，所述压圈34将所述防爆膜32压接固定在所述支撑件31背离所述电芯容置腔12的一端端面上。通过设置压圈，方便防爆膜的压接固定。
54.优选的，为了对防爆膜32进行保护，如图2和图6所示，所述防爆阀3 还包括保护膜35，所述保护膜35固定在所述防爆膜32背离所述电芯容置腔 12的一侧。保护膜设置在防爆膜的最外面，能够保护防爆膜，避免出现外在的人为破坏，保护膜一般采用粘接的方式与防爆膜或支撑件的外端端面连接成为整体。
55.其中，本实施例的保护膜35一般可采用热塑性塑料薄膜，例如，pe材料等，当发生热失控的时候，可以迅速熔化。
56.具体的，本实施例的所述防爆膜32热压复合在支撑件31上，所述防爆膜32采用铝膜或铝膜与聚丙烯的复合体制成，所述防爆膜32的厚度小于制备所述铝塑膜本体所用铝塑膜的厚度。铝塑膜采用聚丙烯pp、聚酰胺pa与铝膜复合而成。将防爆膜的厚度设置为小于铝塑膜的厚度，防爆膜为薄弱区域，其能承受的压力小于铝塑膜的强度，当电芯内部压力达到防爆膜的极限时，防爆膜开裂爆破,高温高压气体或者物质从防爆口喷出，形成爆破，在防爆后方向和位置的定向爆破。而且防爆膜的开裂防爆压力值可以设定，可以设置不同的厚度，达到不同的开裂防爆压力效果。
57.进一步的，所述防爆膜32的厚度为0.02～0.03mm，所述铝塑膜的厚度为0.075～0.12mm。具体的，所述防爆膜32的厚度可选0.02mm、0.022mm、 0.024mm、0.026mm、0.027mm、0.03mm，所述铝塑膜的厚度可选0.075mm、 0.078mm、0.08mm、0.085mm、0.09mm、0.095mm、0.01mm、0.12mm。
58.具体的，本实施例的泄压通道33的形状可以任意设置，例如可以采用圆形通道、椭圆形通道、方形通道、不规则形状的通道等，对应的，所述防爆膜32、保护膜35以及压圈34的形状也可以采用圆形、椭圆形、方形以及不规则形等。
59.本实施例的定向爆喷装置的电芯，当电芯内部由于种种原因，压力逐渐或者瞬间增大，温度也会逐渐或者瞬间增大，高温高压的其它充满在塑料支撑件的泄压通道，当压力达到防爆膜设定的压力值时，防爆膜开裂，高温高压气体通过防爆膜，快速融化外部的保护膜，高温高压气体形成爆破。本实施例可以从电芯级别进行定向爆喷，尤其针对软包电芯，在电芯内部热失控的条件下，可以通过防爆阀实现在特定方向的喷发，在特定方向的特定区域喷发高温高压物质，使得软包电芯的热失控能更好的预防和控制。
60.实施例2
61.本实施例的一种带定向爆喷装置的电芯，包括铝塑膜本体、防爆阀3，所述铝塑膜本体具有封装电芯本体5的电芯容置腔12，所述电芯本体5的周侧面上的非封边位置形成有向内凹陷的凹坑结构，所述凹坑结构与相对位置处的铝塑膜本体合围形成装配腔13，所述防爆阀3安装在与所述凹坑结构相对布置的铝塑膜本体上且与所述装配腔13连通。
62.本实施例通过在电芯本体上设置凹坑结构，比如将极片设置成具有凹槽的异形极片，并在凹坑结构内形成装配腔，再在凹坑结构对应的了铝塑膜本体上设置防爆阀，当电芯发生热失控的时候，热失控气体会在装配腔内聚集，进而从凹坑结构对应的防爆阀爆喷，凹坑结构可以设置在铝塑膜本体周侧面的任意非封边位置，从而可以实现内部电芯本体的定向爆喷，很大程度上简化了模组以及pack包关于热蔓延的设计，有效降低了模组以及pack包的成本，显著提高了产品热蔓延的可靠性。
63.其中，本实施例中，关于防爆阀的设置位置、设置结构等可参考实施例 1中所述的内容，在此不再赘述。
64.实施例3
65.本实施例提供了一种电池单元，包括多个电芯，多个电芯堆叠布置，至少部分电芯采用上述实施例1或/和实施例2的电芯。所述电池单元可以为多个电芯堆叠而成的层叠结构，也直接设置为电池模组。如果电池模组中具有多个上述实施例中的电芯，多个电芯的防爆阀3的布置位置设置在同一位置以及朝向可以朝向同一方向，这样的话，方便在电池模组以及后续的电池包上设置对应的泄压结构。当然，也可以根据需要将多个电芯的防爆阀3的布置位置设置在不同位置，将朝向也可以根据需要设置为需要的方向。
66.本实施例还提供了一种电池包，包括箱体以及上述的电池单元，所述箱体上设有排气通道，所述防爆阀3与所述电池包内的排气通道连通。
67.本实施例的电池单元以及电池包能够从电芯级别实现定向爆喷，很大程度上简化了模组以及pack包关于热蔓延的设计，有效降低了模组以及pack 包的成本，显著的提高了产品热蔓延的可靠性。
68.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
69.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
70.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。
71.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
72.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
73.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。