[發(fā)明專利]用于高功率應(yīng)用的長(zhǎng)周期壽命棱柱型電池電芯

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201580066129.5
• 申請(qǐng)日: 2015-12-03
• 公開（公告）號(hào): CN107210387B
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 詹姆斯·D·霍奇;約瑟夫·C·特納;凱恩·W·斯托克;哈利·大衛(wèi)·霍斯金斯;埃里克·維拉里爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: K2能源處理公司;詹姆斯·D·霍奇;約瑟夫·C·特納;凱恩·W·斯托克;哈利·大衛(wèi)·霍斯金斯;埃里克·維拉里爾
• 主分類號(hào): H01M2/02
• 分類號(hào): H01M2/02;H01M2/10;H01M10/613;H01M10/625;H01M10/627;H01M10/647;H01M10/6551;H01M10/6555
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 王小衡;任慶威

公開了一種電池模塊。該電池模塊包括：殼體；設(shè)置在殼體內(nèi)的導(dǎo)熱翅片，其具有第一翅片表面和第二翅片表面，第一翅片表面和第二翅片表面限定殼體內(nèi)的各自的第一殼體腔和第二殼體腔。電池模塊還包括：第一電池電芯，其設(shè)置在第一殼體腔內(nèi)并接合第一翅片表面；以及第二電池電芯，其設(shè)置在第二殼體腔內(nèi)并接合第二翅片表面。導(dǎo)熱翅片適于將來(lái)自第一電池電芯和第二電池電芯的熱從殼體向外傳導(dǎo)。

背景技術(shù)

隨著大規(guī)模能量存儲(chǔ)系統(tǒng)被并入到諸如脈沖功率和定向能量的應(yīng)用中，對(duì)用于這樣的應(yīng)用的可靠、低維護(hù)電池的需要變得關(guān)鍵。因此，存在對(duì)能夠支持各種這樣的應(yīng)用的大高速率鋰離子電池的需要。

在當(dāng)前最新的電池電芯技術(shù)中，能夠高功率輸出的電芯通常限于小的通常為圓柱形的形式，因此熱管理問(wèn)題變得重要并且在大的電芯中壽命有限。然而，在大能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中對(duì)這樣的小電芯的使用通常需要大量可能復(fù)雜的電芯互連件并且歸因于對(duì)小電芯中的活性材料比率的高封裝和能以圓柱形電芯實(shí)現(xiàn)的相對(duì)低包裝密度兩者而降低電池能量密度。相反地，已經(jīng)在EV和大能量存儲(chǔ)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的使用的大“袋”電芯通常受限于相對(duì)低和中等的放電速率，因?yàn)殡娦净钚圆牧虾蛢?nèi)部極耳兩者中的自我加熱都在這些電芯經(jīng)受高充電或放電速率時(shí)產(chǎn)生熱管理問(wèn)題。另外，通常在這些大電芯中使用的鍍鋁聚酯薄膜包裝材料不提供由圓柱形電芯的金屬罐中的“卷芯”實(shí)現(xiàn)的高堆疊壓力。由于這個(gè)原因，無(wú)支撐的袋電芯將通常呈現(xiàn)相對(duì)快的阻抗增長(zhǎng)和功率和容量損失，因?yàn)樵诓僮髌陂g活性材料中的圓柱形體積變化引起電極部分地脫層。因此，為了在電池的壽命內(nèi)維持電芯的活性材料的緊密接觸，聚酯薄膜包必須利用外部機(jī)械支撐來(lái)強(qiáng)化。許多應(yīng)用還需要額外的強(qiáng)化來(lái)保護(hù)電芯不受機(jī)械損壞。

對(duì)于傳統(tǒng)電芯(圓柱形和棱柱型兩者)，用于將熱從操作電芯移除的主要路徑沿著用于將電流運(yùn)出電芯的金屬極耳。這樣是因?yàn)槠叫杏陔姌O對(duì)的導(dǎo)熱率比垂直于電極對(duì)的導(dǎo)熱率大許多倍。因此，許多電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過(guò)被動(dòng)地或通過(guò)某種主動(dòng)冷卻方案將熱從電芯互連件或電池互連件本身移除來(lái)進(jìn)行操作。該策略在中等放電速率時(shí)是足夠的，但是在具有高放電速率的高功率應(yīng)用中，電芯極耳中的內(nèi)部和外部?jī)烧叩慕苟鸁峥赡茏兊煤艽蟛⑶覙O耳中的因此的溫度上升降低，并且在極端情況下，甚至使極耳與電芯活性材料之間的ΔT反轉(zhuǎn)。這可以導(dǎo)致電芯活性材料中的過(guò)多的熱，其可以加速材料退化并縮短電池壽命。

發(fā)明內(nèi)容

公開了一種棱柱型電芯設(shè)計(jì)，其解決了電池堆疊壓力和熱管理問(wèn)題兩者以在大形式棱柱型設(shè)計(jì)中獲得小的圓柱形電芯的性能。

在與包含的附圖一起閱讀下面的詳細(xì)描述后，其他特征和實(shí)施例將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的第一實(shí)施例的透視圖；

圖2是圖1的電芯的分解圖，其圖示了內(nèi)部傳熱翅片；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的第二實(shí)施例的透視圖；

圖4是圖3的電芯的分解圖，其圖示了多個(gè)內(nèi)部傳熱翅片；以及

圖5是根據(jù)本發(fā)明的電池電芯的第三實(shí)施例的分解圖。

具體實(shí)施方式

盡管本發(fā)明容許采用許多不同形式的實(shí)施例，但是將在本文中詳細(xì)地描述其具體實(shí)施例，同時(shí)要理解，本公開內(nèi)容應(yīng)被認(rèn)為是本發(fā)明的原理的例示而不旨在將本發(fā)明限于說(shuō)明的具體實(shí)施例。

許多高功率電池電芯設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵目標(biāo)是要使電芯內(nèi)部阻抗最小化，其減少在放電期間的電壓跌落(并增大功率輸出)并且還減少在放電期間歸因于焦耳加熱的溫度上升。

然而,制造大高功率電芯不僅需要在高電流放電期間將電芯活性材料中的加熱最小化,而且需要有效地移除生成的任何熱。根據(jù)本發(fā)明的一方面，電池電芯(例如棱柱型電池電芯)被提供具有例如由擠壓鋁制成的殼,其具有激光焊接的端帽。鋁殼可以被形成具有外部脊，其可以用作幫助維持電芯組件上的內(nèi)部堆疊壓力的加強(qiáng)件而且用作當(dāng)個(gè)體電芯被組裝到電池中時(shí)允許冷卻在個(gè)體電芯之間的通道的支柱。