本发明属于电池生产,具体涉及缓冲件及其制作或选取方法、全固态电池、电池模组及电池包。
背景技术:
1、近年来,日益严重的能源危机以及温室效应促使着全球对清洁能源的开发。锂离子电池因具有能量密度高、输出电压高、使用寿命长、循环性能好、自放电率低、无记忆效应和环境友好性等优异特点而获得突飞猛进的发展,迅速被应用于电动汽车、电子产品等诸多领域。然而随着电动车的普及,电池技术更新迭代越来越快,传统的液态电池在安全性、重量、体积等方面固态电池已经不具备优势,固态电池才是发展的主流方向。在中国电动汽车百人论坛上,指出固态电池部分核心材料已批量生产,固态电池已供无人机使用。
2、全固态电池采用固态电解质取代了液态电池中的电解液和隔膜,进一步提升了电池理论能量密度的同时,还从根本上避免了电解液泄露、降低甚至避免电池出现燃烧、爆炸等安全事故。
3、中国专利公开号:cn108063278a公开了一种全固态锂离子电池及其制备方法,全固态锂离子电池具有层状结构,依次层叠设置负极极片,无机陶瓷固态电解质层,硫化物固态电解质层,正极极片,硫化物固态电解质层,无机陶瓷固态电解质层,负极极片。
4、由此可见,固态电池(以下称为电芯)内部主要结构是正极极片、固态电解质层和负极极片层层叠加组成,锂离子的运动主要依赖于正极极片和负极极片的良好接触。在固态电池充放电过程中,锂离子运动,正、负极极片对锂离子的吸收和脱嵌,会导致极片组的厚度发生变化,当电池充电时,电池极片组的厚度逐渐增加;当电池放电时,电池极片组的厚度逐渐减少。在电池极片组厚度的变化过程中,极片之间的压力也会随之变化,将影响正极极片与负极极片的良好接触,接触差将导致容量衰减且伴有一定的安全风险,影响电池的性能。
5、对于液态电池来说,虽然电池充电时也会发生膨胀,但是液态电池的电解质是液态,锂离子的运动并不像固态电池中需要依赖于正极极片和负极极片的良好接触,电池的膨胀并不会影响锂离子运动。
6、所以,对于固态电池来说,如何使正、负极极片保持良好的接触,缓冲电池的膨胀,是亟须解决的问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是针对上述不足之处提供一种缓冲件及其制作或选取方法、全固态电池、电池模组及电池包,可在电池充电膨胀时,使极片组在一定的空间内膨胀,并保证正、负极极片良好的接触,提高电池性能,还可以使整个电池的最大膨胀量减少,缓冲电芯的膨胀。为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
2、一种缓冲件制作或选取方法,所述缓冲件适于被设置在极片组形成的电芯的一侧或两侧与电池壳体内壁的间隙之间,包括:
3、s1、获得各电池soc状态下的电芯有效膨胀力;
4、s2、获得各电池soc状态下的电芯有效膨胀位移;
5、s3、根据各电池soc状态下的电芯有效膨胀力、各电池soc状态下的电芯有效膨胀位移计算各电池soc状态下的缓冲件对应有效应力和有效应变;
6、s4、根据各电池soc状态下的缓冲件对应有效应力和有效应变绘制缓冲件应力应变图;
7、s5、根据缓冲件应力应变图制作或选取缓冲件。
8、进一步的,在s1中,改变电池的soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀力计算各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀力。
9、进一步的,在s2中,通过保持电芯厚度方向上的负载不变,改变电池的soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀位移计算各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀位移。
10、进一步的,在s3中,根据各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀力、极片组形成的电芯表面上划分区域的数量、极片组形成的电芯表面的面积计算各电池soc状态下缓冲件对应有效应力,根据各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于极片组形成的电芯表面和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定极片组形成的电芯表面和电池壳体之间的理论初始间隙计算各电池soc状态下缓冲件对应的有效应变。
11、进一步的,缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度相等。
12、进一步的,根据电池soc状态在最大时对应区域的膨胀位移和设定目标应变,获得缓冲件不受力时缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度;根据电池soc状态在最大时电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于电芯的极片组和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定电芯的极片组和电池壳体之间的理论初始间隙计算缓冲件的设定目标应变。
13、一种缓冲件,设置在极片组形成的电芯的一侧或两侧与电池壳体内壁的间隙之间,具有缓冲件应力应变图的应力应变特性;
14、缓冲件应力应变图根据各电池soc状态下缓冲件对应的有效应力和有效应变绘制;
15、根据各电池soc状态下的电芯有效膨胀力、各电池soc状态下的电芯有效膨胀位移计算各电池soc状态下的缓冲件对应的有效应力和有效应变。
16、进一步的,通过改变电池soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀力,计算各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀力。
17、进一步的,通过改变电池soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀位移,计算各电池soc状态对应的电芯有效膨胀位移。
18、进一步的,根据各电池soc状态对应的电芯有效膨胀力、极片组形成的电芯表面上划分区域的数量、极片组形成的电芯表面的面积,计算各电池soc状态下的缓冲件对应的有效应力;根据各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于极片组形成的电芯表面和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定极片组形成的电芯表面和电池壳体之间的理论初始间隙,计算各电池soc状态下的缓冲件对应的有效应变。
19、进一步的,缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度相等。
20、进一步的,根据电池soc状态在最大时对应区域的膨胀位移和设定目标应变,获得缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度;根据电池soc状态在最大时电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于电芯的极片组和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定电芯的极片组和电池壳体之间的理论初始间隙计算缓冲件的设定目标应变。
21、一种全固态电池,包括电池壳体和极片组形成的电芯;所述电芯置于电池壳体内;所述极片组一侧或两侧与壳体内壁的间隙之间设有缓冲件;所述极片组包括具有固态电解质的复合极片,或层叠设置的正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片、负极极片之间的固态电解质膜。
22、进一步的,缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度相等。
23、进一步的,缓冲件不受力时,所述缓冲件朝向极片组形成的电芯表面对应的挤压面的中部设有凸起;缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度构造为:所述凸起由中心向四周厚度逐渐变小。
24、进一步的,缓冲件采用上述的缓冲件。
25、一种电池模组,包括电池箱和若干个上述的全固态电池。
26、一种电池包,包括电池热管理模块和上述的电池模组;所述电池热管理模块电连接有控制器。
27、本发明的有益效果是:
28、本发明公开了一种缓冲件及其制作或选取方法、全固态电池、电池模组及电池包,包括获得各电池soc状态电芯有效膨胀力步骤、获得各电池soc状态电芯有效膨胀位移步骤、获得各电池soc状态缓冲件对应有效应力步骤、获得各电池soc状态缓冲件对应有效应变步骤、绘制缓冲件应力应变图步骤、制作或选取缓冲件步骤。本发明提供的缓冲件制作或选取方法及缓冲件,能选取对固态电池充电膨胀起到更好缓冲作用的缓冲件,在电池充电膨胀时,使极片组在一定的空间内膨胀,并保证正、负极极片良好的接触,提高电池性能,还可以使整个电芯的最大膨胀量减少。
1.一种缓冲件制作或选取方法,其特征在于,所述缓冲件适于被设置在极片组形成的电芯的一侧或两侧与电池壳体内壁的间隙之间,包括:
2.根据权利要求1所述的一种缓冲件制作或选取方法,其特征在于,在s1中,改变电池的soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀力计算各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀力。
3.根据权利要求2所述的一种缓冲件制作或选取方法,其特征在于,在s2中,通过保持电芯厚度方向上的负载不变,改变电池的soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀位移计算各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀位移。
4.根据权利要求3所述的一种缓冲件制作或选取方法,其特征在于,在s3中,根据各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀力、极片组形成的电芯表面上划分区域的数量、极片组形成的电芯表面的面积计算各电池soc状态下缓冲件对应有效应力,根据各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于极片组形成的电芯表面和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定极片组形成的电芯表面和电池壳体之间的理论初始间隙计算各电池soc状态下缓冲件对应的有效应变。
5.根据权利要求4所述的一种缓冲件制作或选取方法,其特征在于:缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度相等。
6.根据权利要求4所述的一种缓冲件制作或选取方法,其特征在于:根据电池soc状态在最大时对应区域的膨胀位移和设定目标应变,获得缓冲件不受力时缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度;根据电池soc状态在最大时电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于电芯的极片组和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定电芯的极片组和电池壳体之间的理论初始间隙,计算缓冲件的设定目标应变。
7.一种缓冲件,其特征在于:设置在极片组形成的电芯的一侧或两侧与电池壳体内壁的间隙之间,具有缓冲件应力应变图的应力应变特性;
8.根据权利要求7所述的一种缓冲件,其特征在于:通过改变电池soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀力,计算各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀力。
9.根据权利要求8所述的一种缓冲件,其特征在于:通过改变电池soc状态,根据监测的电池soc状态对应的极片组形成的电芯表面上各划分区域上的膨胀位移,计算各电池soc状态对应的电芯有效膨胀位移。
10.根据权利要求9所述的一种缓冲件,其特征在于:根据各电池soc状态对应的电芯有效膨胀力、极片组形成的电芯表面上划分区域的数量、极片组形成的电芯表面的面积,计算各电池soc状态下的缓冲件对应的有效应力;根据各电池soc状态下对应的电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于极片组形成的电芯表面和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定极片组形成的电芯表面和电池壳体之间的理论初始间隙,计算各电池soc状态下的缓冲件对应的有效应变。
11.根据权利要求10所述的一种缓冲件,其特征在于:缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度相等。
12.根据权利要求10所述的一种缓冲件,其特征在于:根据电池soc状态在最大时对应区域的膨胀位移和设定目标应变,获得缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度;根据电池soc状态在最大时电芯有效膨胀位移、设定的缓冲件位于电芯的极片组和电池壳体之间时的理论初始压缩量、设定电芯的极片组和电池壳体之间的理论初始间隙计算缓冲件的设定目标应变。
13.一种全固态电池,其特征在于:包括电池壳体和极片组形成的电芯;所述电芯置于电池壳体内;所述极片组一侧或两侧与壳体内壁的间隙之间设有缓冲件;所述极片组包括具有固态电解质的复合极片,或层叠设置的正极极片、负极极片以及设置在所述正极极片、负极极片之间的固态电解质膜。
14.根据权利要求13所述的一种全固态电池,其特征在于:缓冲件不受力时,缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度相等。
15.根据权利要求13所述的一种全固态电池,其特征在于:缓冲件不受力时,所述缓冲件朝向极片组形成的电芯表面对应的挤压面的中部设有凸起;缓冲件的与电池对应的背面和与极片组形成的电芯表面对应的挤压面之间的厚度构造为:所述凸起由中心向四周厚度逐渐变小。
16.根据权利要求13所述的一种全固态电池,其特征在于:缓冲件采用权利要求7~12任一项权利要求所述的缓冲件。
17.一种电池模组,其特征在于:包括电池箱和若干个如权利要求13~16任一项权利要求所述的全固态电池。
18.一种电池包,其特征在于:包括电池热管理模块和如权利要求17所述的电池模组;所述电池热管理模块电连接有控制器。
