锂电池及电池装置的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂电池及电池装置。


背景技术：

2.近年来，世界各地对电动汽车(electric vehicle，ev)和电池储能站(battery energy storage system，bess)的迫切需求持续增长。在众多的储能技术中，锂电池以高效能、低自放电率、无记忆效应、长循环寿命等优点成为一种流行且占主导地位的存储介质，被广泛应用于电动汽车和电池储能站中。
3.锂电池在充放电过程中，由于内部电化学反应以及内部阻抗的存在，会产生大量的热量。若锂电池内部产生的大量热量没有得到有效地交换，会致使锂电池温度逐渐升高。当锂电池温度超过一定温度范围时，会影响锂电池的工作性能，严重的可能会导致锂电池燃烧起火或者爆炸等危险后果。在实际应用中，为了实现电动汽车更加普及的应用需求，锂电池必须要实现快速充放电性能，在短时间内大功率工作，因此锂电池内部会迅速产生大量热量。因此，为了保证电动汽车能够在合理的安全温度范围内正常运行，解决锂电池热安全问题非常重要。
4.然而，由于锂电池自身散热效果有限，必须借助一些外在冷却方式来加快热量的传递，以使锂电池在工作过程中可以保持在合理的温度范围内，减少对锂电池性能的影响，避免安全事故的发生。目前已经存在的一些冷却方式，虽然技术相对成熟，但是仍存在很多不足。例如，传统的气体冷却方式，直接利用电动汽车在行驶过程形成的空气流动对锂电池组进行散热，虽然成本较低，容易实现，但是容易造成锂电池内外温差较大，而较差的温度均匀性会影响锂电池的性能。又例如，虽然液体冷却可实现较高的冷却效率，但是整个冷却系统中需要设置液冷管路，结构复杂，维护较难。因此，亟需开发一种更加简单有效的锂电池散热方案。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提出了一种锂电池及电池装置，能够利用热管加快芯包组件内部的热量传递，降低芯包组件内部热量集中的风险，进而提升锂电池的散热效率，进一步均衡锂电池的内外温度，使锂电池工作时保持在合理的温度范围，减少热量集中对于锂电池性能的影响，此外，热管和翅片的结构设置简单方便，降低了锂电池的维护难度。
6.第一方面，本实用新型的实施例提供了一种锂电池，所述锂电池包括：芯包组件；热管，设于所述芯包组件的内部；以及至少一翅片，位于所述芯包组件的一侧，连接于所述热管并沿所述热管的径向朝外延伸，至少一所述翅片包括沿所述径向延伸的中空的腔体，所述翅片的表面设置有连通所述腔体的多个镂空孔。
7.在一实施例中，所述芯包组件包括两芯包和位于两所述芯包之间的导热片，所述热管卡接于所述导热片。
8.在一实施例中，所述热管包括第一子管以及第二子管，所述第一子管套设于所述
第二子管之外并卡接于所述导热片，所述第二子管伸出所述芯包组件并连接于至少一个所述翅片。
9.在一实施例中，所述第一子管远离所述翅片的一端设置有沿所述第一子管的轴向延伸的卡口，所述导热片伸入所述卡口中。
10.在一实施例中，所述翅片的所述表面开设有套接孔，以供所述第二子管穿过。
11.在一实施例中，所述翅片的数量为多个，多个所述翅片相互平行，且每相邻两所述翅片之间的间距相等。
12.在一实施例中，所述翅片为类圆柱形结构。
13.在一实施例中，每一所述翅片的多个所述镂空孔均匀分布。
14.在一实施例中，每一所述镂空孔呈蜂窝状。
15.第二方面，本实用新型的实施例提供了一种电池装置，所述电池装置包括热源以及所述锂电池，所述热源与所述锂电池的热管相接，所述热源用于在低温环境下对所述热管进行加热。
16.通过在锂电池芯包组件的内部设置热管，根据本实用新型的各方面能够利用热管加快芯包组件内部的热量传递，降低芯包组件内部热量集中的风险，进而提升锂电池的散热效率；通过在芯包组件的一侧设置至少一翅片，使至少一翅片连接于热管并沿热管的径向朝外延伸，并在至少一翅片中设置沿所述径向延伸的中空的腔体，在所述翅片的表面设置连通所述腔体的多个镂空孔，根据本实用新型的各方面能够进一步均衡锂电池的内外温度，使锂电池工作时保持在合理的温度范围，减少热量集中对于锂电池性能的影响，此外，热管和翅片的结构设置简单方便，降低了锂电池的维护难度。
附图说明
17.下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。
18.图1示出本实用新型实施例的锂电池的正视图。
19.图2示出本实用新型实施例的锂电池的立体结构图。
20.图3示出本实用新型实施例的热管和翅片的正视图。
21.图4示出本实用新型实施例的翅片的立体结构图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.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”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。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一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。
25.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
26.图1示出本实用新型实施例的锂电池的正视图。如图1所示，所述锂电池可包括芯包组件1、热管2以及至少一翅片3。其中，芯包组件1可包括至少两个芯包，每个芯包中可设置有诸如正极片、负极片以及隔膜等。每两个芯包之间可留置有空隙，该空隙的内部为所述芯包组件1的内部。热管2可设于所述芯包组件1的内部。示例性的，所述芯包组件1为长方体结构。芯包组件1的四周还可设置有壳体10，芯包组件1可放置于该壳体10中。
27.在一实施例中，所述至少一翅片3可位于所述芯包组件1的一侧。例如，参见图1，一翅片3可设置于所述芯包组件1的上侧。所述至少一翅片3可连接于所述热管2并沿所述热管2的径向朝外延伸，所述热管2的径向可以为图1中的水平方向。所述翅片3可以沿所述热管2的径向向左延伸，也可以沿所述热管2的径向向右延伸。
28.在本实用新型中，热管是一种导热元件，具有优异的导热性，并且可以维持较好的等温性。由于锂电池内部中心区域功能性较小，因此设置热管对锂电池自身性能影响较小。在电池温度过高时，锂电池中心区域温度是最高的，所以处于锂电池中心区域的热管可以快速将热量导出至电池其他部位，避免热量集中导致发生热失控，有利于使锂电池内部温度控制在合理范围之内。
29.在一实施例中，参见图1，至少一所述翅片3包括沿所述径向延伸的中空的腔体31，所述翅片的表面设置有连通所述腔体的多个镂空孔32。所述翅片3的数量以及所述镂空孔32的数量可以根据实际需要进行设置，本实用新型对此并不限定。
30.通过在锂电池芯包组件的内部设置热管，本实用新型实施例能够利用热管加快芯包组件内部的热量传递，降低芯包组件内部热量集中的风险，进而提升锂电池的散热效率；通过在芯包组件的一侧设置至少一翅片，使至少一翅片连接于热管并沿热管的径向朝外延伸，并在至少一翅片中设置沿所述径向延伸的中空的腔体，在所述翅片的表面设置连通所述腔体的多个镂空孔，本实用新型实施例能够进一步均衡锂电池的内外温度，使锂电池工
作时保持在合理的温度范围，减少热量集中对于锂电池性能的影响，此外，热管和翅片的结构设置简单方便，降低了锂电池的维护难度。
31.图2示出本实用新型实施例的锂电池的立体结构图。请参阅图2，所述芯包组件1可包括两个芯包，其中一个芯包的正极片11可与该芯包的正极端子101相接，另一个芯包的负极片13可与该芯包的负极端子102相接。示例性的，在正极片11的位置还可设置有与该正极片11相适配的负极片，在负极片12的位置还可设置有与该负极片13相适配的正极片。在实际应用中，所述芯包组件1的各个芯包的内部结构可以根据需要进行调整，本实用新型对此并不限定。
32.进一步地，所述芯包组件1还可包括位于两所述芯包之间的导热片12，所述热管2可卡接于所述导热片12。所述导热片12分别与相邻的两所述芯包的外表面相贴合，以使两所述芯包的热量可通过导热片12传递至所述热管2。示例性的，所述导热片12可以为镍箔。镍箔具有良好的导电性和导热性，制造技术较成熟，价格相对低廉。通过将所述热管卡接于所述导热片，本实用新型实施例能够利用导热片起到对热管固定支撑的作用，同时利用导热片的片状结构提升热量的传导效率。
33.参见图2，所述热管2可包括第一子管21以及第二子管22，所述第一子管21与所述第二子管22以所述热管2与所述芯包组件1的交界处为界，位于该交界处下方的热管可以称为所述第一子管21，位于该交界处上方的热管可以称为所述第二子管22。第一子管21用于汇聚电池内部热量，第二子管22用于将热量快速导出，两者连接共同作用。
34.进一步地，所述第一子管21套设于所述第二子管22之外并卡接于所述导热片12，所述第二子管22伸出所述芯包组件1并连接于至少一个所述翅片3。所述第一子管21以及所述第二子管22均可以为扁平中空结构，所述第一子管21的直径可以与所述第二子管22的直径相同，也可以不同。优选的，所述第一子管21的直径小于2mm，以更好的汇聚芯包组件1内部的热量；所述第二子管22的直径小于6mm，以将芯包组件1内部的热量快速传导至芯包组件1外。
35.在一实施例中，所述第一子管21远离所述翅片3的一端设置有沿所述第一子管的轴向延伸的卡口211，所述导热片12伸入所述卡口211中。通过卡口211能够使所述第一子管21牢固连接于所述导热片12。在图2中，所述第一子管21的轴向为竖直方向。所述第一子管21的长度小于所述导热片12沿所述第一子管21的轴向的宽度。示例性的，所述卡口211可以拱形门结构。
36.图3示出本实用新型实施例的热管和翅片的正视图。结合图3，所述翅片3的所述表面可开设有套接孔33，以供所述第二子管22穿过。所述翅片3的套接孔33的数量可以设置有一个，也可以设置有多个。例如，在图3中，顶端的翅片的套接孔33的数量可以设置有一个，图3中其他翅片的套接孔33的数量可以设置有两个。又例如，当图3的第二子管22的数量增加至两个时，顶盖的翅片的翅片孔33的数量也可以设置有两个。
37.其中，所述套接孔33可以设置为球状凸起或球状凹陷结构，以使所述翅片3与所述第二子管22紧密套接。所述套接孔33的具体尺寸可根据所述第二子管22的直径适应性调整，本实用新型对此并不限定。
38.在一实施例中，如图3所示，所述翅片3的数量可以为多个，多个所述翅片3相互平行，且每相邻两所述翅片3之间的间距相等。通过设置均匀分布的翅片，能够进一步均衡芯
包组件外的热量传导。在实际应用中，沿所述第二子管22的轴向，所述翅片3的疏密程度可以根据需要进行调整。例如，若所述第二子管22靠近所述第一子管21一端的热量集中现象较所述第二子管22远离所述第一子管21一端的热量集中现象更加明显，则可以在所述第二子管22靠近所述第一子管21的一端设置第一翅片组件，在所述第二子管22远离所述第一子管21的一端设置第二翅片组件，第一翅片组件中的每相邻两翅片之间的间距小于第二翅片组件中的每相邻两翅片之间的间距，即多个所述翅片的设置沿所述第二子管22的轴向朝向所述第一子管21的方向呈现由疏到密的特征。
39.图4示出本实用新型实施例的翅片的立体结构图。参见图4，所述翅片3可以为类圆柱形结构，类圆柱形结构的设置能够便于翅片的生产制作，减少边角料的产生。所述类圆柱形结构可以是圆柱形结构与所述镂空孔以及套接孔的组合。可以理解，所述翅片还可以设置为其他类似的结构，例如翅片的两端可以为椭圆形。
40.进一步地，每一所述翅片3的多个所述镂空孔32均匀分布。通过沿所述翅片3的轴向设置均匀分布的镂空孔32，能够进一步均衡热量在翅片3的传导，进而进一步均衡锂电池的内外温度，使锂电池工作时保持在合理的温度范围，减少热量集中对于锂电池性能的影响。
41.在一实施例中，每一所述翅片3的多个所述镂空孔32也可以沿所述翅片3的轴向非均匀分布。也就是说，沿所述翅片3的轴向，所述镂空孔32的疏密程度可以根据需要进行调整。例如，若所述翅片3与所述热管2的交界处的热量集中现象较所述翅片3远离所述热管2的两端的热量集中现象更加明显，则可以在所述翅片3与所述热管2的交界处设置第一镂空组件，在所述翅片3远离所述热管2的两端设置第二镂空组件，第一镂空组件中的每相邻两镂空孔之间的间距小于第二镂空组件中的每相邻两镂空孔之间的间距，即镂空孔的设置沿所述翅片3的轴向从中间到两端呈现由密到疏的特征。或者，第一镂空组件中的各镂空孔的面积小于第二镂空组件中的各镂空孔的面积。
42.进一步地，每一所述镂空孔32呈蜂窝状。由于翅片为蜂窝网状结构，具备极大的散热面积，与热管连接，可以将热管从电池内部导出的热量快速散出，从而达到有效降低锂电池温度，提升电池安全的效果。示例性的，在图4中，所述镂空孔32可以为正六边形。所述镂空孔32也可以设置为诸如正八边形等其他形状。将每一所述镂空孔32设置为蜂窝状，有利于翅片3的框架稳定，降低由于镂空孔设置不合理造成的材料磨损现象。值得注意的是，在图4中，镂空孔32并不会延伸至所述翅片3的边缘34，即所述翅片3的两端边缘处无镂空孔设置，如此能够增强所述翅片3末端的热量传导，降低翅片3末端的结构磨损。
43.在一实施例中，翅片3可采用铜制管状结构，翅片3的内表面涂覆有相变材料，形成相变材料层。例如，采用泡沫铜可制备该铜制管状结构。泡沫铜材料具有较高热导率，可以起到强化传热的作用。相变材料自身温度变化较小，可以起到热缓冲功能，结合泡沫铜翅片和相变材料，可以有效改善传统相变材料热导率低的问题。
44.综上，本实用新型通过在锂电池芯包组件的内部设置热管，能够利用热管加快芯包组件内部的热量传递，降低芯包组件内部热量集中的风险，进而提升锂电池的散热效率；通过在芯包组件的一侧设置至少一翅片，使至少一翅片连接于热管并沿热管的径向朝外延伸，并在至少一翅片中设置沿所述径向延伸的中空的腔体，在所述翅片的表面设置连通所述腔体的多个镂空孔，本实用新型实施例能够进一步均衡锂电池的内外温度，使锂电池工
作时保持在合理的温度范围，减少热量集中对于锂电池性能的影响，此外，热管和翅片的结构设置简单方便，降低了锂电池的维护难度。
45.此外，本实用新型还提供了一种电池装置，所述电池装置包括热源以及所述锂电池，所述热源与所述锂电池的热管2相接，所述热源用于在低温环境下对所述热管2进行加热。
46.举例来说，在低温情形下锂电池可能发生充电析锂现象。这是因为负极在低温时的嵌锂阻抗明显大于正极脱锂阻抗，虽然锂离子可以在低温下相对快速的从正极脱嵌，但是却无法及时嵌入到负极当中，从而引发析锂。析锂不仅使电池性能下降，循环寿命大幅缩短，还限制了电池的快充容量，并有可能引起燃烧、爆炸等灾难性后果。
47.因此，在本实用新型中，低温情形下通过对翅片加热，热量通过“翅片-热管”结构快速传入电池内部，位于锂电池中心区域的热管2将热量传递到电池各部位当中，保证电池内部温度控制在合理范围之内，达到给电池快速加热的目的。通过对热管2进行加热，有利于充电时防止锂电池析锂，刺破隔膜。同时，从放电的角度考虑，低温情况下通过加热热管2使锂电池保持在合理的工作温度范围，也有利于提高锂电池的放电能力。当电池温度过低不支持充电工况时，也可以在电池外部通过热源对热管2加热，实现升温聚热功能，达到电池充电工作条件。
48.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
49.以上对本实用新型实施例所提供的锂电池及电池装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型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实用新型的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例的技术方案的范围。

技术特征：
1.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括：芯包组件(1)；热管(2)，设于所述芯包组件(1)的内部；以及至少一翅片(3)，位于所述芯包组件(1)的一侧，连接于所述热管(2)并沿所述热管(2)的径向朝外延伸，至少一所述翅片(3)包括沿所述径向延伸的中空的腔体(31)，所述翅片(3)的表面设置有连通所述腔体(31)的多个镂空孔(32)。2.根据权利要求1所述的锂电池，其特征在于，所述芯包组件(1)包括两芯包和位于两所述芯包之间的导热片(12)，所述热管(2)卡接于所述导热片(12)。3.根据权利要求2所述的锂电池，其特征在于，所述热管(2)包括第一子管(21)以及第二子管(22)，所述第一子管(21)套设于所述第二子管(22)之外并卡接于所述导热片(12)，所述第二子管(22)伸出所述芯包组件(1)并连接于至少一个所述翅片(3)。4.根据权利要求3所述的锂电池，其特征在于，所述第一子管(21)远离所述翅片(3)的一端设置有沿所述第一子管(21)的轴向延伸的卡口(211)，所述导热片(12)伸入所述卡口(211)中。5.根据权利要求3所述的锂电池，其特征在于，所述翅片(3)的所述表面开设有套接孔(33)，以供所述第二子管(22)穿过。6.根据权利要求3-5任一项所述的锂电池，其特征在于，所述翅片(3)的数量为多个，多个所述翅片(3)相互平行，且每相邻两所述翅片(3)之间的间距相等，或者，多个所述翅片(3)沿所述第二子管(22)的轴向朝向所述第一子管(21)的方向由疏到密设置。7.根据权利要求1-5任一项所述的锂电池，其特征在于，所述翅片(3)为类圆柱形结构。8.根据权利要求1-5任一项所述的锂电池，其特征在于，每一所述翅片(3)的多个所述镂空孔(32)均匀分布。9.根据权利要求1-5任一项所述的锂电池，其特征在于，每一所述镂空孔(32)呈蜂窝状。10.根据权利要求1-5任一项所述的锂电池，其特征在于，所述翅片(3)的内表面涂覆有相变材料。11.一种电池装置，其特征在于，所述电池装置包括热源以及如权利要求1-10任一项所述的锂电池，所述热源与所述锂电池的热管(2)相接，所述热源用于在低温环境下对所述热管(2)进行加热。

技术总结
本实用新型涉及一种锂电池及电池装置，所述锂电池包括：芯包组件；热管，设于所述芯包组件的内部；以及至少一翅片，位于所述芯包组件的一侧，连接于所述热管并沿所述热管的径向朝外延伸，至少一所述翅片包括沿所述径向延伸的中空的腔体，所述翅片的表面设置有连通所述腔体的多个镂空孔。通过在锂电池芯包组件的内部设置热管，在芯包组件的一侧设置至少一翅片，本实用新型能够利用热管加快芯包组件内部的热量传递，降低芯包组件内部热量集中的风险，进而提升锂电池的散热效率，进一步均衡锂电池的内外温度，使锂电池工作时保持在合理的温度范围，减少热量集中对于锂电池性能的影响，此外，热管和翅片的结构设置简单方便，降低了锂电池的维护难度。电池的维护难度。电池的维护难度。


技术研发人员：蹇兴文 裴婷婷 陈利权 吴天宇 杨刚 李亚荣 陈翔 文曼 王振园
受保护的技术使用者：湖北亿纬动力有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/9/19