[发明专利]防止电池中单元的热失控传播

说明书

技术领域

所描述的实施例通常涉及电池，特别地是防止电池中的热失控传播。

背景技术

电池中的单元可以以称作热失控的放热过程的形式而失效。单元中的热失控过程可由电池单元的制造缺陷、错误处置或滥用或升高单元的温度，或将单元暴露在来自外部源的高温的任一因素所导致。高温通常导致单元中的反应速率增加，由此导致电池单元温度的进一步升高以及因此反应速率的进一步增加。作为该热失控过程的结果，电池中的单元将大量热量释放至环绕单元的区域中。

通常需要多个单元以达到较高电压以及储存足够能量从而使电池针对其既定使用有效。由于电池的单元通常非常紧密地包装在一起，因此如果单元组件一部分中的一个单元经历热失控，则该失效单元的高温可以触发附近单元的热失控。这个过程可以导致附近单元释放热量且贯穿电池中的其余单元而传播热失控过程，使得电池级联失效并且释放大量能量。

发明内容

本发明的实施例使得电池的部件能够从经历热失控的单元将热量分布掉。在一个实施例中，电池包括从经历热失控的单元将热量汲取掉的热导体以及保护其它单元免受热暴露的热绝缘。热导体和热绝缘体形成从经受热失控的单元汲取热量并跨越与该热导体接触的其它单元分布热量的传导路径。通过从失效单元汲取热量，环绕单元的温度保持足够低以防止该环绕单元经受热失控过程。

从经受热失控的单元汲取热量的传导路径的配置可以改变。在一个实施例中，使用两个传热母线（thermal bus），一个母线位于单元组件的每一侧。该组件中的每个单元与同耦合至邻近单元的母线相对的母线直接接触——即，相邻的单元与交替的母线直接接触。在该单元之间和环绕该单元的区域包括绝缘材料。

在另一实施例中，绝缘体环绕每个单元，且单个热母线从失控单元中将热量传导离开并跨越其它单元中的每个单元分布热量。这样的配置减慢从失效单元到热母线以及从传热母线到环绕失效单元的单元的热传导速率。

附图说明

图1图示了被配置为在热失控过程期间从失效单元散热的电池。

图2图示了根据本发明的实施例的在第一配置中用于在热失控过程期间从失效电池单元散热的热导体和绝缘体的配置。

图3图示了根据本发明的实施例的在第二配置中用于在热失控过程期间从失效电池单元散热的热导体和绝缘体的配置。

图4为图示了根据一个实施例的在经历热失控的第一单元及其邻近单元之间温度随时间变化的图表。

附图仅出于示意性目的而描绘本发明的各个实施例。根据以下描述，本领域技术人员将能够认识到可在不背离本文描述的本发明的原理的情况下采用本文中所图示的结构和方法的可替代实施例。

具体实施方式

电池包含容纳一个或多个电化学电池单元的单元组件。每个单元将所储存的化学能转换成电能。电池包括将两个或更多单元连接在一起的电连接件以使该电池可输出更高电压，和/或更大容量。在将化学能转换成电能的过程期间，单元可能产生热量，且足够高量的热量可能导致单元失效并且触阀热失控过程。本发明的实施例提供一种从电池的单元组件中的单元将热量耗散掉以防止热失控的机制。

图1图示了被配置为在热失控过程期间从失效单元散热并避免热失控过程传播的电池。所示出的电池100包括若干单元组件102，该单元组件中的每个单元组件包括若干单元106、导体108以及绝缘体110。电池100将电信号输出至连接至该电池的一个或多个装置以使得该电池可给该装置供电。

每个单元106将所储存的化学能转换成电能。单元106可以是将化学能不可逆得转换成电能的一次性电池单元或可充电的二次性电池单元。单元类型可以包括但不限于锂、锂-离子、锂-硫、镍-金属氢化物、镍-镉、碱性。在一个实施例中，单元106是包括聚合物电解质的锂-离子单元；在可替代实施例中，使用液体电解质。单元机械封装可以为盒、金属罐或塑料或复合结构。单元的化学成分可以包括能够产生电能的任何组合。每个单元还可以包括多个电极，该电极包含具有不同化学成分的阴极和阳极。阴极可包括但不限于：锂钴氧化物、锂镍锰钴、磷酸铁锂。阳极材料可包括但不限于：碳、硅等。