一种可释放应力的锂离子电池模组的制作方法

1.本发明涉及一种可释放应力的锂离子电池模组，属于锂离子电池成组安全应用领域。


背景技术：

2.随着动力锂电池消费市场对能量密度的需求，高能量密度电芯被越来越多的关注和使用，如硅基负极锂离子电池和锂金属负极锂离子电池。然而，此类电芯都有一个共同的现象，在电池循环过程中同时伴随着较为明显的膨胀，电芯一旦成组后，膨胀就会引发明显的应力增长，而且应力上限值随着循环的进行呈现上升的趋势，尤其是在电池寿命末期，甚至可以达到1mpa以上的力，如此大的膨胀力如果不能得到释放,一方面可能会因为挤破电池壳体或铝塑膜，导致电池电解液泄露而失效，另一方面，即使电池没有破损，类似软包电池，较大的压力会将电解液从极片间挤出至电池内部周边空隙处，使得电池失去“血液”，离子传输受阻，电池失效。因此，为了避免应力过大引发电池过早的失效，需要在电池达到上限值时，能够及时的释放应力，延长电池的使用寿命。
3.常用的设计手段采用可压缩的泡棉或弹垫，在电芯成组过程中集成至模组或者系统中，用于提供膨胀空间。然后，考虑到系统体积成组效率，加入的泡棉厚度很有限，进而增加的可压缩空间也相对有限，尤其是在电芯长循环中后期，泡棉被极限压缩时，电芯的应力将得不到进一步的释放。
4.因此，在电芯承受的应力达到一定阈值时，能够进一步释放应力，延长电芯循环寿命，成为当前亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种可释放应力的锂离子电池模组，进一步释放电池承受应力，避免因循环应力过大引发的电池性能快速衰减，延长锂电池循环寿命，同时方便安装。
6.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
7.本发明提供了一种可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，包括：
8.两个侧板；
9.电芯堆，两个所述侧板分别固定在所述电芯堆的两侧，所述电芯堆包括若干电芯，若干所述电芯堆叠形成所述电芯堆，相邻两个所述电芯之间设置有绝缘隔层，每个所述电芯的极耳上设有斜凹坑；
10.底板，所述底板固定在所述电芯堆的底部，所述底板的两端分别与两侧的所述侧板之间连接。
11.优选所述侧板包括外板、内板以及连接在所述外板和内板之间的弹性部件，所述内板与所述电芯堆连接。
12.优选所述弹性部件为弹性筋，所述内板、外板和弹性筋一体挤压成形。
13.优选所述内板的尺寸小于所述外板的尺寸。
14.优选所述侧板包括挤压板和受压板，所述受压板上设置有若干受压槽，所述挤压板上设置有若干挤压筋，所述受压槽内设有吸能部件。
15.优选所述吸能部件弹性材料，所述弹性材料填充在所述受压槽内，当所述挤压板受压时插入至对应的所述受压槽内。
16.优选所述吸能部件包括若干牺牲式卸力筋，若干所述卸力筋沿着挤压方向排列，当所述挤压板受压时依次损坏所述卸力筋。
17.优选所述侧板包括弹性内侧板和系统梁，所述弹性内侧板包括主体板和连接在所述弹性内侧板一侧的若干回弹筋，所述回弹筋一端与所述挤压板连接，另一端与所述受压板之间抵接。
18.优选所述回弹筋与所述弹性内侧板之间的间距由所述一端向另一端逐渐增大，所述回弹筋包括多个，多个所述回弹筋沿着所述弹性内侧板的高度方向间隔设置。
19.优选所述绝缘隔层为弹性泡棉
20.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
21.所述电芯极耳设计有斜凹坑结构，在电芯膨胀导致较大位移时，为极耳提供缓冲，避免电芯极耳受拉时引发焊接部位被牵扯导致的电连接失效；
22.侧板采用挤压一体成型，兼顾结构支撑性能和弹性性能，释放模组边缘处的应力集中，避免应力过大导致的电芯失效和模组结构件失效；
23.采用侧板与压板配合式设计，中间填充可轻松替换的弹性材料，可根据电池实际膨胀力需要灵活选取不同弹性系数的材料进行填充，进而迎合不同体系电池的应力释放需求；
24.侧板采用牺牲式应力释放结构设计，在成组后电池应力达到阈值时，通过牺牲式结构的失效来释放应力；
25.侧板采用弹塑性结构件，一方面重量较小，可提高系统能量密度，另一方面，可轻松实验模组尺寸调节；
26.所述模组弹塑性结构兼顾导入设计，适用于成组效率较高的ctp(电芯至系统)设计方式，轻松实现电芯堆入箱。
附图说明
27.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
28.在附图中：
29.图1是本发明提供的可释放应力的锂离子电池模组的第一实施例的结构示意图；
30.图2是图1中的电芯的结构示意图及电芯c处的局部放大视图和极耳的俯视图；
31.图3(a)是图1中侧板的主视图，图3(b)是图1中侧板的侧视图，图3(c)是图1中侧板的俯视图，图3(d)是侧板的立体视图；
32.图4为本发明提供的可释放应力的锂离子电池模组的第二实施例的结构示意图；
33.图5为图4中的侧板的结构示意图以及侧板b处的局部放大视图；
34.图6为本发明提供的可释放应力的锂离子电池模组的第三实施例的结构示意图以及侧板a处的局部放大视图；
35.图7为本发明提供的可释放应力的锂离子电池模组的第四实施例的结构示意图；
36.图8(a)是图7中弹性内侧板的主视图，图8(b)是图7中弹性内侧板的侧视图，图8(c)是图7中弹性内侧板的俯视图，图8(d)是图7中弹性内侧板的立体视图。
37.附图标记说明：
38.1-001-侧板、1-002-底板、2-003-电芯堆、1-1-电芯、0011-极耳、00111-斜凹坑、1-0011-外板、1-0012-内板、1-0013-弹性筋、2-001-侧板、2-003-电芯堆、2-002-底板、2-0013-弹性材料、2-00111-挤压筋、2-001121-挤压槽、2-0011-挤压板、2-0012-受压板、3-001-侧板、3-002-底板、3-003-电芯堆、3-0011-挤压板、3-0012-受压板、3-00111-挤压筋、3-00121-受压槽、3-00122-卸力筋、4-001，4-002-侧板、4-003-电芯堆、4-004-系统梁、4-0021-弹性内侧板、4-0022-回弹筋。
具体实施方式
39.下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
40.本发明提供了一种可释放应力的锂离子电池模组，可实现硅基锂电池等高膨胀量电池成组运用过程中的应力释放，避免随着电芯运行，尤其是电池生命周期末期，由电芯产生的较大应力导致的电池失效和模组或系统结构失效，提升电池的循环寿命，保证电池安全运行。
41.实施例1
42.如图1至图3所示，本发明实施例1提供的可释放应力的锂离子电池模组，包括两个侧板1-001、电芯堆1-003和底板1-002。两个所述侧板1-001分别固定在所述电芯堆1-003的左侧和右侧，所述电芯堆1-003包括若干电芯1-1，若干所述电芯1-1堆叠形成所述电芯堆1-003，相邻两个所述电芯1-1之间设置有绝缘隔层，每个所述电芯1-1的极耳0011上设有斜凹坑00111；所述底板1-002固定在所述电芯堆1-003的底部，所述底板1-002的两端分别与两侧的所述侧板1-001之间连接形成支撑结构。
43.电芯的极耳0011设计有斜凹坑结构，所述斜凹坑可以由所述极耳弯曲形成斜凸起，斜凹坑结构在电芯001膨胀导致较大位移时，为极耳0011提供缓冲，避免电芯极耳0011受拉时引发焊接部位被牵扯导致的电连接失效。
44.所述绝缘隔层为弹性泡棉，电芯堆1-003内部布置有若干弹性泡棉，用来释放电芯001间的膨胀应力，侧板配合底板1-002后为电芯堆1-003提供外部结构支撑。
45.进一步的，所述侧板1-001均包括外板1-0011、内板1-0012以及连接在所述外板1-0011和内板1-0012之间的弹性部件1-0013，所述内板1-0012与所述电芯堆1-003连接。所述弹性部件1-0013为弹性筋，内板1-0012和外板1-0011之间形成有弹性筋结构，使得内外两块板受压时，具备压缩和回弹性能，进而用来释放电芯堆循环过程中尤其时生命周期末期较大的膨胀力，降低结构件承受较大应力失效的风险。
46.所述外板1-0011、内板1-0012和弹性筋1-0013一体挤压成形。侧板采用挤压一体成型，兼顾结构支撑性能和弹性性能，释放模组边缘处的应力集中，避免应力过大导致的电芯失效和模组结构件失效；
47.内板1-0012尺寸略小于外板1-0011，更有利于为电芯提供均匀压力，
48.本发明的可释放应力的锂离子电池模组技术，可实现硅基锂电池等高膨胀量电池成组运用过程中的应力释放，避免随着电芯运行，尤其是电池生命周期末期，由电芯产生的较大应力导致的电池失效和模组或系统结构失效，提升电池的循环寿命，保证电池安全运行。同时，电芯极耳的结构设计，进一步规避了膨胀引发的较大位移导致的结构极限拉扯，提高电芯极耳焊接处的结构可靠性能。
49.实施例2
50.如图4至图5所示，本发明的实施例2提供的可释放应力的锂离子电池模组，与实施例1不同在于，所述侧板2-001包括挤压板2-0011和受压板2-0012，所述受压板2-0012上设置有若干受压槽2-00121，所述挤压板2-0011上设置有若干挤压筋2-00111，所述受压槽2-00121内设有吸能部件。吸能部件为弹性材料2-0013，所述弹性材料填充在所述受压槽2-00121内，当所述挤压板受压时插入至对应的所述受压槽内。
51.所述受压槽2-00121和挤压筋2-00111设置有多个，多个所述受压槽2-00121之间以及多个所述挤压筋2-00111之间均间隔设置，所述挤压筋2-00111与所述受压槽2-00121一一对应，当挤压板2-0011和受压板2-0012靠近时，挤压筋2-00111优先挤压受压槽2-00121内的填充式弹性材料2-0013，进而实现挤压板2-0011的压缩和回弹功能，实现应力释放，填充式弹性材料2-0013的特性可根据具体电芯体系需要自由替换。
52.实施例3
53.如图6所示，本发明的实施例3提供的可释放应力的锂离子电池模组，与实施例2之间的不同在于，所述吸能部件包括若干牺牲式卸力筋3-00122，若干所述卸力筋3-00122沿着挤压方向排列，当所述挤压板3-0011受压时依次损坏所述卸力筋3-00122。
54.当电芯堆运行过程中压力过大时，挤压板3-0011受压，挤压筋3-00111向受压槽3-00121施压，牺牲式卸力筋3-00122受压，在应力达到一定阈值时，牺牲式卸力筋3-00122随着循环的进行，依次损坏牺牲，达到应力释放的目的，避免应力过大引发的结构件失效。
55.实施例4
56.如图7至图8所示，本发明的实施例4提供的可释放应力的锂离子电池模组，与实施例1之间的不同在于，所述侧板4-001，4-002包括弹性内侧板4-0021和系统梁4-004，所述弹性内侧板4-0021包括主体板4-0021和连接在所述弹性内侧板4-0021一侧的若干回弹筋4-0022，所述回弹筋4-0022一端与所述弹性内侧板4-0021连接，另一端与所述系统梁4-004之间抵接。所述回弹筋4-0022与所述弹性内侧板4-0021之间的间距由所述一端向另一端逐渐增大，所述回弹筋4-0022包括多个，多个所述回弹筋4-0022沿着所述弹性内侧板4-0021的高度方向间隔设置。
57.当电芯堆压力增大时，通过力的传递，最终通过弹性内侧板4-0021的压缩释放应力。具体应力释放实现方式如图8所示，为弹性内侧板4-0021三视图，弹性内侧板4-0021一侧平面与电芯堆4-003贴合，另一侧设计有回弹筋4-0022，回弹筋4-0022呈现下小上大结构形式，一方面方便与电芯成组后的电芯堆4-003置入系统内部，另一方面可压缩，最终实现
应力的释放。
58.通过以上实施例，可释放锂离子电池膨胀循环过程中的应力，尤其适用于在循环过程中膨胀明显的锂电池，如硅基负极锂离子电池和锂金属负极锂离子电池，成组后随着循环进行后期释放的较大应力，改善因循环应力过大引发的电池性能快速衰减，延长锂电池循环寿命，同时方便安装，尤其适用于有膨胀空间需求的锂电池成组应用，对电池的安全运行具有重要意义。
59.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，包括：两个侧板；电芯堆，两个所述侧板分别固定在所述电芯堆的两侧，所述电芯堆包括若干电芯，若干所述电芯堆叠形成所述电芯堆，相邻两个所述电芯之间设置有绝缘隔层，每个所述电芯的极耳上设有斜凹坑；底板，所述底板固定在所述电芯堆的底部，所述底板的两端分别与两侧的所述侧板之间连接。2.根据权利要求1所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述侧板包括外板、内板以及连接在所述外板和内板之间的弹性部件，所述内板与所述电芯堆连接。3.根据权利要求2所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述弹性部件为弹性筋，所述内板、外板和弹性筋一体挤压成形。4.根据权利要求3所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述内板的尺寸小于所述外板的尺寸。5.根据权利要求1所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述侧板包括挤压板和受压板，所述受压板上设置有若干受压槽，所述挤压板上设置有若干挤压筋，所述受压槽内设有吸能部件。6.根据权利要求5所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述吸能部件弹性材料，所述弹性材料填充在所述受压槽内，当所述挤压板受压时插入至对应的所述受压槽内。7.根据权利要求5所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述吸能部件包括若干牺牲式卸力筋，若干所述卸力筋沿着挤压方向排列，当所述挤压板受压时依次损坏所述卸力筋。8.根据权利要求2所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述侧板包括弹性内侧板和系统梁，所述弹性内侧板包括主体板和连接在所述弹性内侧板一侧的若干回弹筋，所述回弹筋一端与所述挤压板连接，另一端与所述受压板之间抵接。9.根据权利要求8所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述回弹筋与所述弹性内侧板之间的间距由所述一端向另一端逐渐增大，所述回弹筋包括多个，多个所述回弹筋沿着所述弹性内侧板的高度方向间隔设置。10.根据权利要求1所述的可释放应力的锂离子电池模组，其特征在于，所述绝缘隔层为弹性泡棉。

技术总结
本发明涉及一种可释放应力的锂离子电池模组，包括：两个侧板；电芯堆，两个所述侧板分别固定在所述电芯堆的左侧和右侧，所述电芯堆包括若干电芯，若干所述电芯堆叠形成所述电芯堆，相邻两个所述电芯之间设置有绝缘隔层，每个所述电芯的极耳上设有斜凹坑；底板，所述底板固定在所述电芯堆的底部，所述底板的两端分别与两侧的所述侧板之间连接。所述可释放应力的锂离子电池模组可实现硅基锂电池等高膨胀量电池成组运用过程中的应力释放，避免随着电芯运行，尤其是电池生命周期末期，由电芯产生的较大应力导致的电池失效和模组或系统结构失效，提升电池的循环寿命，保证电池安全运行。保证电池安全运行。保证电池安全运行。


技术研发人员：张志远 杨丹 刘浩 李世敬
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/8/1