电芯模组、电池及用电设备

技术领域

本发明实施方式涉及储能器件技术领域，特别是涉及一种电芯模组、电池及用电设备。

背景技术

锂离子电池以其特有的性能优势已在便携式电器(如手提电脑、摄像机、移动通讯)、电动汽车、航空航天等多个领域中得到普遍应用。

随着锂离子电池能量密度的日益提高，热失控风险也随之呈现上升趋势。一般地，锂离子电池包括电芯模组，电芯模组包括并排堆积的多个电芯。在电芯模组中首个发生热失控的电芯的失控行为，一般是随着电芯的异常膨胀，作为电芯受力薄弱点的头部顶封部处发生爆喷燃烧。失控电芯导致的明火灼烧使得其它电芯头部顶封部处烧穿，明火直接灼烧点燃电芯内部的可燃物质，如电解液、石墨等，导致了热蔓延的发生。由于热失控风险的存在，使得电池安全性能难以保障。

发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种电芯模组、电池及用电设备，以降低电芯单体热失控带来的危害，提高电池的安全性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电芯模组，包括：多个电芯单体，多个所述电芯单体堆叠设置，所述电芯单体包括电芯主体部和与所述电芯主体部连接的极耳，所述电芯主体部包括顶封部，所述极耳的一端设置于所述顶封部内，所述极耳的另一端穿过所述顶封部并延伸至所述电芯主体部外；隔火层，覆盖所述顶封部，且从所述顶封部延伸至所述电芯主体部外覆盖部分所述极耳。

在一些实施例中，还包括绝缘密封胶，所述绝缘密封胶用于密封所述极耳及所述顶封部的连接处。

在一些实施例中，所述隔火层覆盖所述绝缘密封胶。

在一些实施例中，所述隔火层包括芳纶纸、硅酸钙纤维层和阻燃油墨中至少一种。

在一些实施例中，所述隔火层为芳纶纸，所述芳纶纸的厚度为大于um。

在一些实施例中，所述隔火层为芳纶纸，所述芳纶纸的厚度大于50um。

在一些实施例中，所述隔火层为硅酸钙纤维层，所述硅酸钙纤维层的厚度大于0.5mm。

在一些实施例中，所述隔火层为硅酸钙纤维层，所述硅酸钙纤维层的厚度为1mm。

在一些实施例中，所述隔火层为阻燃油墨，所述阻燃油墨的厚度大于50um。

在一些实施例中，所述隔火层为阻燃油墨，所述阻燃油墨的厚度为100～200um。

在一些实施例中，还包括：隔热层，相邻两个所述电芯单体之间设置有一个所述隔热层。

在一些实施例中，所述隔热层与所述隔火层相接且互不重叠。

在一些实施例中，所述隔热层为可压缩隔热材料。

在一些实施例中，所述隔热层为泡棉。

本发明实施例还提供一种电池，包括上述的电芯模组。

本发明实施例还提供一种用电设备，包括上述的电池及负载，所述电池用于为所述负载供电。

在一些实施例中，所述用电设备包括电动车辆。

有益效果：本发明实施例提供的一种电芯模组、电池及用电设备通过设置隔火层，且隔火层覆盖电芯单体的顶封部，隔火层从顶封部延伸至电芯主体部外并覆盖部分极耳，这样可以增强顶封部耐火焰灼烧能力，降低电芯模组的热蔓延的危害程度，从而提高了电池的安全性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明且不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种电芯模组的平面示意图；

图2是图1所示的电芯模组中电芯单体的结构示意图；

图3是图1所示的电芯模组中某一电芯单体及隔热层的局部放大图；

图4是图3所示结构中附着有隔火层的示意图；

图5是图1所示的电芯模组中隔火层及密封胶的局部放大图；

图6是为测试结束后实施例3中一电芯模组中各电芯单体电压的数值。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”/“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“”、“外”、“垂直的”、“水平的”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请一并参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种电芯模组100的平面示意图，所述电芯模组100包括多个电芯单体10及隔火层20，多个所述电芯单体10堆叠设置，所述隔火层20覆盖于所述电芯单体10的顶部。

在本实施例中，所述顶部是指所述电芯单体10上连接有极耳的一端，具体可见下文描述。

请一并参阅图2和图3，所述电芯单体10包括电芯主体部11及与所述电芯主体部11连接的极耳12，所述电芯主体部11包括顶封部111，所述极耳12的一端设置于所述顶封部111内，所述极耳12的另一端穿过所述顶封部111并延伸至所述电芯主体部11外。

请参阅图4，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部112延伸至所述电芯主体部11外覆盖部分所述极耳12，以避免某一电芯单体10热失控后，其它电芯单体因火焰灼烧而失控。

电芯单体10发生热失控一般是随着电芯单体的异常膨胀，作为电芯单体受力薄弱点的顶封部易发生爆喷燃烧。热失控的电芯单体导致的明火灼烧使得其它电芯单体的顶封部被烧穿，明火直接灼烧并点燃电芯内部的可燃物质，如电解液、石墨等，导致了热蔓延的发生。

此外，由于电池模组100中，多个所述电芯单体10处于堆叠状态，电芯单体10的顶封部111的边缘弧度，使得各电芯单体的顶封部111之间存在一定间隙，这一间隙进一步允许了火焰的进入。

本文以所述电芯单体10的堆叠方向为所述电芯模组100的厚度方向，以所述电芯单体10向所述极耳13延伸的方向为所述电芯模组100的高度方向。

由于所述顶封部111的边缘存在一定的弧度，所述顶封部111的边缘和端部之间存在一定间隙，所述隔火层20从所述顶封部111的边缘起始开始覆盖并延伸至所述电芯主体部11外，这样使得，所述隔火层20不增加所述电芯模组100的厚度，避免影响所述电芯模组100的能量密度。

由于无法预测所述电芯模组100中具体哪个电芯单体10会优先发生热失控，故每个所述电芯单体10的顶封部111均设置有所述隔火层20。

所述隔火层20的设置，可以确保在所述电芯模组100中某一电芯单体10热失控产生明火后，火焰被所述隔火层20隔离，无法直接接触其它电芯单体的顶封部，使得其它电芯单体的顶封部结构不被破坏，抑制了因火焰灼烧而导致的热失控的热蔓延行为。

所述隔火层20可以通过粘接或涂覆等方法附着于所述顶封部111。

所述隔火层20包括芳纶纸、硅酸钙纤维层和阻燃油墨中的至少一种。

在所述隔火层20为芳纶纸时，所述芳纶纸的厚度大于50um，例如，所述芳纶纸的厚度范围为：100um～300um。下文将以芳纶纸的厚度范围在100um～300um之间为例进行说明。

在所述隔火层20为硅酸钙纤维层时，所述硅酸钙纤维层的厚度大于0.5mm，例如，所述硅酸钙纤维层的厚度为1mm。

在所述隔火层20为阻燃油墨时，所述阻燃油墨的厚度大于50um，例如，所述阻燃油墨的厚度为100～200um。

可以理解，若上述隔火层20存在缺陷，如裂纹或孔洞等，使得隔火层无法完全覆盖所述顶封部111，则所述隔火层20抑制火焰的效果会减弱。

请一并参阅图4和图5，在一些实施例中，所述电芯模组100还包括绝缘密封胶30，所述绝缘密封胶30用于密封所述极耳12及所述顶封部111的连接处。

所述隔火层20从所述顶封部111延伸至所述电芯主体部11外覆盖所述绝缘密封胶30并覆盖部分所述极耳12，以防止所述绝缘密封胶30被火焰融化。

考虑到所述电芯单体10热失控导致的接触热传导和明火灼烧都是引发其它电芯单体失控的重要因素，所述电芯模组100还包括隔热层40，在相邻两个所述电芯单体10之间均设置有一个所述隔热层40，所述隔热层40的设置可以减小因接触热传导导致其他电芯单体热失控的风险。

所述电芯主体部11还包括侧封部112，所述侧封部112与所述顶封部111连接，所述隔热层40可以与所述侧封部112等高，或者所述隔热层40的高度小于所述侧封部112的高度。

在本发明实施例中，为了达到较好的隔热效果，所述隔热层40与所述隔火层20相接且互不重叠(如图4所示)，以避免增加所述电池模组100的厚度，影响所述电芯模组100的能量密度。

所述隔热层40为可压缩隔热材料，如真空隔板、泡沫硅橡胶等，当然上述的隔热层40也可为普通泡棉，也可达到隔热的效果。

下面结合具体实施例和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，当然，本发明的实施方式并不限于此。

实施例1

在所述顶封部111设置隔火层20，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部111延伸至所述电芯主体部11外覆盖部分所述极耳12，所述隔火层20为芳纶纸，所述隔火层20的厚度为100um。相邻两所述电芯单体10之间设置隔热层40。通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体10进行过充以使该电芯单体失控。

实施例2

在所述顶封部111设置隔火层20，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部111延伸至所述电芯主体部11外覆盖部分所述极耳12，所述隔火层20为芳纶纸，所述隔火层20的厚度为200um。相邻两所述电芯单体10之间设置隔热层40。通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

实施例3

在所述顶封部111设置隔火层20，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部111延伸至所述电芯主体部11外覆盖部分所述极耳12。所述隔火层20为芳纶纸，所述隔火层20的厚度为300um，相邻两电芯单体之间设置隔热层40，通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

实施例4

在所述顶封部111设置隔火层20，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部111延伸至所述电芯主体部11外覆盖部分所述极耳12，所述隔火层20为硅酸钙层，所述隔火层20的厚度为1mm。相邻两所述电芯单体10之间设置隔热层40。通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

实施例5

在所述顶封部111设置隔火层20，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部111延伸至所述包装袋11外覆盖部分所述极耳12，所述隔火层20为阻燃油墨，所述隔火层20的厚度为100um。相邻两所述电芯单体10之间设置隔热层40。通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

实施例6

在所述顶封部111设置隔火层20，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部111延伸至所述电芯主体部11外覆盖部分所述极耳12，所述隔火层20为阻燃油墨，所述隔火层20的厚度为200um。相邻两所述电芯单体10之间设置隔热层40。通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

对比例1

所述顶封部111不设置隔火层20，相邻两所述电芯单体10之间设置普通泡棉，通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

对比例2

所述顶封部111不设置隔火层20，相邻两所述电芯单体10之间设置隔热层40，通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

对比例3

在所述顶封部111设置隔火层20，所述隔火层20覆盖所述顶封部111，且从所述顶封部111延伸至所述电芯主体部11外覆盖部分所述极耳12，所述隔火层20为有缺陷的芳纶纸(如裂纹)，所述隔火层20的厚度为200um。相邻两所述电芯单体10之间设置隔热层40。通过对所述电芯模组100中的一个电芯单体进行过充以使该电芯单体失控。

性能测试：

对实施例1-6及对比例1-3下的电芯模组进行热蔓延测试。

具体地，测试条件：所有电芯模组中的电芯单体均相同，为4.3V45Ah，测试之前所有电芯模组中的电芯单体均为满充状态。将被测电芯模组放置在测试台上，通过对每一电芯模组中同一位置的一个电芯单体进行过充而引发该电芯单体的热失控，如以22.5A恒流恒压充电至30V，再恒压充电时间0.5h直至该电芯单体发生热失控，充电下限电压保护值为1V，同时使用多路测温仪监控温度、电压。一组测10次，也即对同一实施例或对比例下的10个电芯模组在上述的测试条件下进行测试。测试完成后通过检测该电芯模组中其它电芯单体的外观、温度、电压等来判定其它电芯单体是否已经发生热失控，以此来检验所采用措施对抑制明火灼烧危害的效果，若该电芯模组中除因过充发生热失控的电芯单体外，其他电芯单体均未发生热失控，则该电芯模组通过测试，若该电芯模组中其他电芯单体发生热失控，则该电芯模组未通过测试，测试结果如表1所示。

表1实施例和对比例的热蔓延测试通过率

图6为测试结束后实施例3中一电芯模组中各电芯单体电压的数值。其中，横轴为电芯单体的序号，纵轴为电芯单体的电压值。

从图6中可以看出，第9号电芯单体为热失控电芯单体，其两极耳间的电压为0V，外观表现为完全烧毁。其它电芯单体的电压均为4.2V左右，外观表现为无破碎。该数据证明该电芯模组没有发生热失控的蔓延。

从表1可以看出，根据实施例1-3对比可知，隔火层20的厚度越厚，对抑制明火灼烧危害的效果。

根据实施例5-6对比可知，在隔火层20为阻燃油墨时，可有效抑制热失控带来的危害，阻燃油墨的厚度越销，对其的粘连或涂覆的工艺要求越高。

根据实施例1-6及对比例1对比可知，隔火层及隔热层的设置，可有效抑制热失控带来的危害。

根据实施例1-6及对比例2和对比例3对比可知，隔火层的设置可有效抑制热失控带来的危害。

本发明实施例还提供一种电池，包括上述的电芯模组100。

本发明实施例还提供一种用电设备，包括上述的电池及负载，所述电池用于为所述负载供电，所述用电设备可以包括电动车辆。

本发明实施例提供的一种电芯模组、电池及用电设备，通过隔火层的设置，可以增强电芯单体顶封部耐火焰灼烧能力，降低电芯模组的热蔓延的危害程度，从而提高了电池的安全性。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围。