一种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，尤指一种电池及电池装置。


背景技术：

2.三元锂电池由于其能量密度高、低温性能优良等优势，是目前汽车动力电池的主流技术方案之一，但仍存在以下劣势：
3.1、三元锂电池中必须的钴元素在我国储量少，导致三元锂电池的制作成本较高，并且，制作高镍电池需要比较严格的工艺环境，如此一来拉高了三元锂电池的生产成本；
4.2、由于镍元素具有较活泼的化学性能，使得三元锂电池的安全问题也比较突出；
5.3、三元锂电池的制作材料耐高温性能较差，在高温环境下，很难保证正常的工作状态。
6.尽管当前已有多种抑制热失控的技术被研发及应用，但一方面热抑制技术对制作工艺及材料性质的要求较高，这无疑提高了生产制造成本，另一方面采用增强隔热抑制热传导的方式虽然可以抑制热失控，但占用了电池模组或电池包内部可设计及应用的空间。


技术实现要素：

7.本实用新型实施例提供了一种电池及电池装置，通过将两种具有不同耐热性的电芯组和使用以制作电池，可以提高电池的耐热性，进而提高电池的安全性能，延长使用寿命，并且在一定程度上可以有利于降低制作成本；同时，在将该电池应用至电池装置中时，无需额外再增加隔热材料，从而可以实现空间的有效利用。
8.第一方面，本实用新型实施例提供了一种电池，包括：沿着第一方向叠层设置的多个电芯；
9.所述多个电芯包括：至少一个第一电芯和至少一个第二电芯；
10.对于全部所述电芯中位于最外侧的两个所述电芯：至少一个所述电芯为所述第一电芯；
11.所述第一电芯的耐热性大于所述第二电芯的耐热性。
12.通过将两种具有不同耐热性的电芯组和使用以制作电池，且对于全部电芯中位于最外侧的两个电芯：至少一个电芯为第一电芯，如此，通过耐热性较高的第一电芯，可以对耐热性稍差的第二电芯起到一定的保护作用，以提高电池的耐热性，进而提高电池的安全性能，延长使用寿命，并且在一定程度上可以有利于降低制作成本。
13.第二方面，本实用新型实施例提供了一种电池装置，包括：如本实用新型实施例提供的上述电池。
14.通过将两种具有不同耐热性的电芯组和使用以制作电池，且对于全部电芯中位于最外侧的两个电芯：至少一个电芯为第一电芯，如此，通过耐热性较高的第一电芯，可以对耐热性稍差的第二电芯起到一定的保护作用，以提高电池装置的耐热性，进而提高电池装置的安全性能，延长使用寿命，并且在一定程度上可以有利于降低制作成本；同时，在将上
述该电池应用至电池装置中时，无需额外再增加隔热材料，从而可以实现空间的有效利用。
附图说明
15.图1为本实用新型实施例中提供的一种电池的结构示意图；
16.图2为本实用新型实施例中提供的另一种电池的结构示意图；
17.图3为本实用新型实施例中提供的一种电芯的排布方式的示意图；
18.图4为本实用新型实施例中提供的另一种电芯的排布方式的示意图；
19.图5为本实用新型实施例中提供的一种电芯的结构示意图；
20.图6为本实用新型实施例中提供的多个电芯的连接方式的等效电路图；
21.图7为本实用新型实施例中提供的多个电芯的另一种连接方式的等效电路图；
22.图8为本实用新型实施例中提供的电芯的极耳的结构示意图；
23.图9为本实用新型实施例中提供的壳体的结构示意图；
24.图10为本实用新型实施例中提供的一种电池装置的结构示意图；
25.图11为本实用新型实施例中提供的另一种电池装置的结构示意图。
26.10-电芯，11、x11、x51、x21、x31-第一电芯，12、x22、x32、x42、x12-第二电芯，20-壳体，11a、11c、12a、12a’、12c、12c
’‑
正极极耳，11b、11d、12b、12d-负极极耳，21-正极输出端，22-负极输出端，23-第三输出端，24-本体，100、101、102、103、104-电池，a1-正极极片，a2-隔膜，a3-负极极片，b1-第一并联结构，b2-第二并联结构。
具体实施方式
27.下面将结合附图，对本实用新型实施例提供的一种电池及电池装置的具体实施方式进行详细地说明。需要说明的是，所描述的实施例仅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，本领域普通技术人员在没有做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。
28.需要说明的是，在本实用新型实施例中提及的多个，可以理解为：两个及两个以上。
29.本实用新型实施例提供了一种电池，如图1和图2所示，包括：沿着第一方向f1叠层设置的多个电芯10；
30.多个电芯10包括：至少一个第一电芯11和至少一个第二电芯12；
31.对于全部电芯中位于最外侧的两个电芯：至少一个电芯为第一电芯11；
32.第一电芯11的耐热性大于第二电芯12的耐热性。
33.通过将两种具有不同耐热性的电芯组和使用以制作电池，且对于全部电芯中位于最外侧的两个电芯：至少一个电芯为第一电芯，如此，通过耐热性较高的第一电芯，可以对耐热性稍差的第二电芯起到一定的保护作用，以提高电池的耐热性，进而提高电池的安全性能，延长使用寿命，并且在一定程度上可以有利于降低制作成本。
34.需要强调的是，在电池包括壳体，且全部电芯均位于壳体内时，将全部电芯中位于最外侧的两个电芯中的至少一个设置为第一电芯，使得沿第一方向上第一电芯可以更加靠近壳体设置，在壳体外界具有较高的热量和温度时，通过第一电芯可以对热量和温度在一定程度上形成阻隔，避免对耐热性稍差的第二电芯造成不良影响，从而对第二电芯起到一
定的保护作用，提高电池的安全性和可靠性。
35.在具体实施时，在本实用新型实施例中，在对第一电芯和第二电芯进行设置时，可以包括以下几种方式：
36.方式1：
37.可选地，在本实用新型实施例中，对于全部电芯中位于最外侧的两个电芯：仅有一个电芯为第一电芯。
38.例如，如图2所示，图中示出了一个第一电芯11和一个第二电芯12，所以这两个电芯也为位于最外侧的两个电芯，同时，这两个电芯中仅有一个第一电芯，即第一电芯11位于第二电芯12的左侧面。
39.当然，在实际情况中，第一电芯和第二电芯的设置数量并不限于一个，此处只是以图2所示为例进行说明而已。
40.如此，可以有利于提高电池的耐热性能，进而有利于提高电池的安全性和可靠性。
41.方式2：
42.可选地，在本实用新型实施例中，全部电芯中位于最外侧的两个电芯均为第一电芯。
43.例如，如图1所示，图中示出了两个第一电芯11和两个第二电芯12，位于最外侧的两个电芯，分别为最左侧的电芯和最右侧的电芯，且这两个电芯均为第一电芯，也即两个第二电芯12被两个第一电芯11夹在了中间。
44.如此，通过将位于最外侧的两个电芯均设置为第一电芯，使得第一电芯可以将第二电芯夹在中间，可以避免外界热量电池内第二电芯造成不良影响，避免电池出现热失控，从而提高电池的耐热性和安全性。
45.可选地，在本实用新型实施例中，在此种方式2中，第一电芯和第二电芯的设置数量并不限于图1所示，也就是说，位于第二电芯两侧的第一电芯的数量可以相同，也可以不同，例如但不限于，位于第二电芯的其中一侧的第一电芯设置有多个，位于另一侧的第一电芯设置有一个，未给出图示，具体可以根据实际需要进行设置，只要第二电芯两侧分别设置有第一电芯即可。
46.并且，设置在两个第一电芯之间的第二电芯的数量，同样可以根据实际需要进行设置，在此并不限定。
47.说明一点，可选地，由于此种方式2中，因第二电芯的左右两侧分别设置有第一电芯，所以在将多个此种结构的电池进行组和使用时，并不需要像上述方式1中那样，对各电池的位置进行特殊设置，而是直接、随意地将多个此种结构的电池进行排列设置即可。
48.总之，在具体实施时，在对第一电芯和第二电芯进行设置时，可以采用上述方式1或方式2，以提高设计的灵活性，满足不同应用场景的需要。
49.当然，上述方式1和方式2是基于全部电芯的最外侧的两个电芯进行设置的，除此之外，还可以从第一电芯和第二电芯的排布方式的角度进行设置，具体可以采用以下方式：
50.可选地，在本实用新型实施例中，第二电芯包括：沿着第一方向相对设置的两个侧面，第一电芯至少位于第二电芯的其中一个侧面。
51.也就是说，对于任一第一电芯而言，其两个侧面中可以有至少一个侧面设置有第二电芯。
52.如此，可以实现全部电芯中位于最外侧的两个电芯中至少一个电芯为第一电芯，也即通过耐热性较高的第一电芯，可以对耐热性稍差的第二电芯起到一定的保护作用，以提高电池的耐热性，进而提高电池的安全性能，延长使用寿命，并且在一定程度上可以有利于降低制作成本。
53.可选地，在本实用新型实施例中，第二电芯的两个侧面均设置有第一电芯。
54.如此，可以通过第一电芯对第二电芯进行有效保护，以有效提高电池的耐热性，进而有效提高电池的安全性能，有效延长使用寿命。
55.下面对第一电芯和第二电芯的排布方式举例说明。
56.例如，以电池中设置有五个电芯，且存在三个第二电芯，两个第一电芯为例，那么：
57.如图3所示，五个电芯的排布次序可以依次为：第二电芯(记为x12)、第一电芯(记为x21)、第二电芯(记为x32)、第二电芯(记为x42)、第一电芯(记为x51)；
58.也就是说，第二电芯x12和第一电芯x51为全部电芯中位于最外侧的两个电芯，并且，第二电芯x32的左侧面设置有第一电芯x21，第二电芯x42的右侧面设置有第一电芯x51，第二电芯x12的右侧面设置有第一电芯x21。
59.又例如，以电池中设置有三个电芯，且存在一个第二电芯，两个第一电芯为例，那么：
60.如图4所示，三个电芯的排布次序可以依次为：第一电芯(记为x11)、第二电芯(记为x22)、第一电芯(记为x31)；
61.也就是说，第一电芯x11和第一电芯x31为全部电芯中位于最外侧的两个电芯，并且，第二电芯x22的两个侧面均设置有第一电芯，分别为x11和x31。
62.当然，对于第一电芯和第二电芯的排布方式，并不限于图3和图4所示，此处只是以图3和图4所示为例进行说明，在具体实施时，可以根据实际需要进行设置，只要能够保证第一电芯至少位于第二电芯的其中一个侧面即可。
63.可选地，在本实用新型实施例中，第一电芯包括第一正极极片，第二电芯包括第二正极极片；
64.第一正极极片的耐热性大于第二正极极片的耐热性。
65.例如，如图5所示，图中示出了正极极片a1、隔膜a2和负极极片a3，三者沿着f1方向层叠设置，以形成一极片组，而电芯中可以包括至少一个这样的极片组。
66.说明一点，可选地，图5中示出的极片组的结构可以适用于第一电芯，此时图5中的正极极片可以为第一正极极片；当然，图5中示出的极片组的结构也可以适用于第二电芯，此时图5中的正极极片可以为第二正极极片。
67.如此，由于第一正极极片的耐热性大于第二正极极片的耐热性，所以可以使得第一电芯的耐热性大于第二电芯的耐热性，从而提高电池的耐热性和安全性。
68.具体地，在本实用新型实施例中，第一电芯和第二电芯可以均为叠片式电芯或卷绕式电芯，具体可以根据实际需要进行选择，在此并不限定，以满足不同应用场景的需要。
69.具体地，在本实用新型实施例中，第一正极极片包括第一电极材料，第二正极极片包括第二电极材料，第一电极材料的耐热性大于第二电极材料的耐热性。
70.如此，由于第一电极材料的耐热性大于第二电极材料的耐热性，可以使得第一正极极片的耐热性大于第二正极极片的耐热性，进而使得第一电芯的耐热性大于第二电芯的
耐热性，从而提高电池的耐热性和安全性。
71.具体地，在本实用新型实施例中，第一电极材料包括磷酸铁锂材料，第二电极材料包括含锂三元系氧化物材料。
72.其中，磷酸铁锂材料在应用至电池中时，可以表现出以下优势：
73.制作成本低；
74.安全性高；
75.循环寿命更长等。
76.具体地，磷酸铁锂电池的热失控温度一般在500℃以上，而含锂三元系氧化物电池的热失控温度一般低于300℃，一些高镍电池的热失控温度更是低于100℃，相比之下，磷酸铁锂电池在汽车高速行驶及快速充电过程中自燃风险较低，安全性更好。
77.而含锂三元系氧化物电池的能量密度较高，且耐低温能力较好，同时在应用时对荷电状态的估算精度较高。
78.因此，将磷酸铁锂材料与含锂三元系氧化物相结合，一方面，可以提高电池的耐高温性能，提高安全性，另一方面，可以提高电池的能量密度和耐低温能力，同时还可以提高对荷电状态的估算精度，使得电池的综合性能得到了较大的提升。
79.具体地，在本实用新型实施例中，第一电极材料除了可以包括磷酸铁锂材料之外，还可以包括用于实现电极功能的材料，同时第二电极材料除了可以包括含锂三元系氧化物材料之外，还可以包括用于实现电极功能的材料，在此并不限定。
80.可选地，在本实用新型实施例中，各电芯并联连接。
81.例如，如图6所示的等效电路图，该图是以图1所示的结构为基础的，在图6中，斜线填充的方块表示第一电芯，白色填充的方块表示第二电芯，图中示出了两个第一电芯和两个第二电芯，其中：两个第一电芯和两个第二电芯均并联连接。
82.如此，可以使得电池具有较大的容量和能量，进而使得电池可以提供较多的电能，从而提高电池的性能。
83.当然，可选地，在本实用新型实施例中，各电芯的连接方式，除了上述连接方式之外，还可以设置为：
84.各第一电芯并联连接形成第一并联结构，各第二电芯并联连接形成第二并联结构，第一并联结构与第二并联结构串联连接。
85.例如，如图7所示的等效电路图，该图是以图1所示的结构为基础的，在图7中，斜线填充的方块表示第一电芯，白色填充的方块表示第二电芯，图中示出了两个第一电芯和两个第二电芯，其中：
86.两个第一电芯并联连接形成第一并联结构b1；
87.两个第二电芯并联连接形成第二并联结构b2；
88.之后，第一并联结构b1与第二并联结构b2串联连接。
89.如此，在保证电池可以提供较多的电能的同时，还可以灵活设计各电芯的连接方式，提高设计的灵活性，满足不同应用场景的需要。
90.具体地，在本实用新型实施例中，第一并联结构与第二并联结构的容量相同。
91.如此，在对电池充电时，使得各并联结构可以充满电，进而使得电池可以提高较多的电能，从而提高电池的性能。
92.具体地，在本实用新型实施例中，第二电芯包括：两个正极极耳和一个负极极耳；第一电芯包括：一个正极极耳和一个负极极耳；
93.电池还包括壳体，各电芯均位于壳体内，壳体包括：正极输出端、负极输出端和第三输出端；
94.第二电芯的其中一个正极极耳、以及第一电芯的正极极耳均与正极输出端电连接；
95.第二电芯的负极极耳、以及第一电芯的负极极耳均与负极输出端电连接；
96.第二电芯的另一个正极极耳与第三输出端电连接；
97.第三输出端用于：采集第二并联结构的电压值。
98.例如，如图8所示，图中示出了两个第一电芯11，以及两个第二电芯12，同时给出了两个第一电芯11和两个第二电芯12的连接关系；其中：
99.11a和11c分别为两个第一电芯11的正极极耳，11b和11d分别为两个第一电芯11的负极极耳；
100.12a、12a’为其中一个第二电芯12的两个正极极耳，12c、12c’为另一个第二电芯12的两个正极极耳，12b和12d分别为两个第二电芯12的负极极耳；
101.并且，为了实现两个第一电芯并联连接，其中一个第一电芯(如图中左侧的第一电芯11)的正极极耳11a与另一个第一电芯(如图中右侧的第一电芯11)的正极极耳11c电连接，同时再与壳体20的正极输出端(图8中用“+”表示)电连接；其中一个第一电芯(如图中左侧的第一电芯11)的负极极耳11b与另一个第一电芯(如图中右侧的第一电芯11)的负极极耳11d电连接；
102.为了实现两个第二电芯并联连接，其中一个第二电芯(如图中左侧的第二电芯12)的其中一个正极极耳12a与另一个第二电芯(如图中右侧的第二电芯12)的其中一个正极极耳12c电连接，同时再与第一电芯(如图中右侧的第一电芯11)的负极极耳11d电连接，实现与并联连接后的第二电芯进行串联连接；其中一个第二电芯(如图中左侧的第二电芯12)的另一个正极极耳12a’与另一个第二电芯(如图中右侧的第二电芯12)的另一个正极极耳12c’电连接，同时再与壳体20的第三输出端(图8中用“+
’”
表示)电连接；其中一个第二电芯(如图中左侧的第二电芯12)的负极极耳12b与另一个第二电芯(如图中右侧的第二电芯12)的负极极耳12d电连接，同时再与壳体20的负极输出端(图8中用
“‑”
表示)电连接。
103.如此，通过第三输出端的设置，结合负极输出端，可以单独采集第二并联结构的电压值，且在采集第二并联结构的电压值时，无需受到第一并联结构的限制，从而可以实现对第二并联结构的电压值的监控。
104.具体地，在本实用新型实施例中，如图9所示，正极输出端用21表示，负极输出端用22表示，第三输出端用23表示，壳体的本体用24表示；其中：
105.正极输出端21和负极输出端22可以设置为：
106.突出于本体24表面的结构(如图9所示)；
107.或，设置于本体24内，使得正极输出端21和负极输出端22背离本体24的一侧表面与所在本体24的表面在同一平面内，未给出图示；
108.第三输出端23可以设置为：
109.突出于本体24表面的结构(如图9所示)；
110.或，设置于本体24内，使得第三输出端23背离本体24的一侧表面与所在本体24的表面在同一平面内，未给出图示；
111.或，将第三输出端23所在本体24的表面称之为第一表面，本体24在第一表面设置有通孔或插槽，第二电芯的正极极耳对应通孔或插槽设置，使得第二电芯的正极极耳可以通过通孔或插槽与外界电连接，未给出图示。
112.可选地，在本实用新型实施例中，电池除了可以包括电芯和壳体之外，还可以包括：电解液、以及其他可以用于实现电池功能的结构，在此并不限定。
113.需要强调的是，通过对电芯的设置，也即将两种具有不同耐热性的电芯混合排布使用，将磷酸铁锂材料置于外侧或易接近热源的地方，将含锂三元系氧化物材料夹在中间，从而，可以利用磷酸铁锂材料的高安全性能，保护相对“暴躁”怕热的含锂三元系氧化物材料，进而利用磷酸铁锂材料的高安全性、高耐热性提升纯含锂三元系氧化物材料的电池的安全性能，延长其使用寿命，并在一定程度上降低生产及制造中的成本。
114.并且，利用含锂三元系氧化物材料的高能量密度，可以保证电芯具有较大的容量或能量，也即利用含锂三元系氧化物材料的高能量密度及良好低温性能，提升纯磷酸铁锂材料的电池的体积能量密度及低温性能，并提升了其在应用中系统对荷电状态的估算精度。
115.因此，通过对电池的设计，从提升安全性能、保证良好的综合电性能、降低成本等多个方面实现了较大的提升，得到了一种综合性能较好、安全性高、性价比高的电池。
116.基于同一实用新型构思，本实用新型实施例提供了一种电池装置，如图10所示，包括：如本实用新型实施例提供的上述电池100。
117.可选地，在本实用新型实施例中，电池装置可以为：电池组(如图10所示)、电池模组(未给出图示)或电池包(未给出图示)。
118.可选地，在本实用新型实施例中，电池装置包括的电池100的数量可以为多个，如图10中所示的四个，但并不限于四个，在实际情况中，电池装置包括的电池100的数量可以根据实际需要进行设置，在此并不限定。
119.可选地，在本实用新型实施例中，电池设置有至少两个，且针对每个电池包括的多个电芯中位于最外侧的两个电芯：其中一个电芯为第一电芯，另一个电芯为第二电芯；
120.对于相邻的两个电池的任一个：第二电芯位于同一电池中的第一电芯与另一个电池之间。
121.也就是说，结合图11所示，其中101、102、103和104均表示电池，若每个电池中，最左边的电芯为第一电芯(即斜线填充的方块)，最右边的电芯为第二电芯(即白色填充的方块)时，此种结构的电池具有ab面，a面对应第一电芯，b面对应第二电芯；或者，a面对应第二电芯，b面对应第一电芯；
122.所以在将多个此种结构的电池进行组和使用时，各电池的ab面的设置位置为：abababab
……
；
123.也就是说，其中一个电池的a面需要与相邻的电池的b面相邻设置；或者说，每个电池的第一电芯均位于最左侧(如图11所示)或均位于最右侧(未给出图示)。
124.如此，通过对各电池的排序设置，可以有效避免相邻电池的热量对第二电芯造成不良影响，从而可以提高电池装置的耐热性和安全性，避免出现热失控，提高电池装置的可
靠性。
125.可选地，在本实用新型实施例中，电池装置除了可以包括电池之外，还可以包括其他可以用于实现电池装置功能的结构，在此并不限定。
126.需要说明的是，将本实用新型实施例提供的上述电池应用至电池装置中时，可以在一定程度上缩减隔热材料的成本及厚度，贡献出更大的设计及利用空间。
127.同时，在电池装置中的某个电池内部发生热失控时，若最外侧的电芯均为第一电芯，而第二电芯设置在内部时，通过第一电芯可以将第二电芯与外界进行隔绝，由于第一电芯的耐热性较好，使得电池自身具有抑制热失控的效果，使得热量不易传送至相邻的电池，从而避免热失控的进一步扩大，最大程度地降低对其他电池的影响，有效提高了电池装置的可靠性。
128.显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。