CN101662045B - 一种电极芯组件及含有该电极芯组件的电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电极芯组件，包括至少一个电极芯、隔圈和挡板；其中，电极芯包括上下两端面、两小侧面和两扁平大侧面；隔圈位于电极芯端面侧，挡板位于电极芯小侧面侧；隔圈和挡板固定连接。本发明所提供的电极芯组件，能很好的定位固定电极芯，防止电极芯在电池里窜动，特别防止动力电池组中小电极芯间出现相对位移，减少集流体破损、隔膜打皱、极片掉料等情况的发生，延长电池使用寿命，提高电池安全性能；且动力电池组的多个电极芯易于定位，组合装配容易，提高生产效率；同时本发明减少方形电池壳体与有圆弧形侧面的电极芯的相互摩擦，减少电极芯损伤，延长电池使用寿命，提高电池性能。

Description

一种电极芯组件及含有该电极芯组件的电池

技术领域

本发明涉及一种电极芯组件及含有该电极芯组件的电池。

背景技术

电池作为高比能量化学电源已经广泛应用于移动通讯、笔记本电脑、摄像机、照相机、便携式仪器仪表等领域，也是各国大力研究的电动汽车、空间电源的首选配套电源，成为可替代能源的首选，因此人们对二次电池的性能要求越来越高。

单体电池中的电极芯和电池组中多个小电极芯叠合而成的电极芯组，在一般的振动、颠簸情况下，很易在电池壳体里窜动，同时多个小电极芯间也容易出现相对位移，对电极芯有很大损伤，即易出现集流体破损、隔膜打皱、极片掉料等现象，降低电池性能、带来安全隐患等；同时在电极芯组的装配过程中，多个电极芯的组合定位也有一定的难度。同时现有方形电池壳体棱角与有圆弧形侧面的电极芯相互摩擦易损伤电极芯，减少电池的使用寿命，降低电池的性能。

且现有装配方形锂离子电池的过程：将电极芯的正(负)极极耳穿过通孔，隔圈的凸台将正负极耳隔开，将隔圈板与电极芯的顶部固定后，再将电极芯套装在电池壳中，最后盖板与电池壳密封连接。这样，隔圈板将盖板和电极芯隔开，防止了盖板与电极芯的直接接触，造成电池安全隐患。现有隔圈上的通孔形状，都是一个长方形的孔，极耳两侧特别是卷绕极耳两侧圆弧易被破坏，易造成极耳打皱，出现电池的短路等安全隐患。同时通孔顶部与底部等宽，造成装配时，极耳穿入槽内困难，降低了生产效率；或造成极耳不易固定，电池的移动、振荡，极耳极易在槽内晃动，造成极耳倾斜，至使负极耳与极芯顶部的正极片相接触，造成电池短路，带来安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电池的电极芯容易发生位移，难于定位，造成电极芯损伤，电池性能降低的缺点，提供一种能定位固定电极芯防止电极芯移动、损伤的电极芯组件。

一种电极芯组件，包括至少一个电极芯、隔圈和挡板；其中，电极芯包括上下两端面、两小侧面和两扁平大侧面；隔圈位于电极芯端面侧，挡板位于电极芯小侧面侧；隔圈和挡板固定连接。

本发明还提供了一种电池，包括电极芯组件、电池壳体和盖板，电极芯组件位于电池壳体内，盖板与电池壳体密封连接；电极芯组件中的电极芯通过隔圈通孔引出正负极耳至少一个与盖板连接，电极芯组件为上述电极芯组件。

本发明提供了一种电极芯组件，能定位固定电极芯，防止电极芯在电池里窜动，特别防止动力电池中小电极芯间出现相对位移，减少集流体破损、隔膜打皱、极片掉料等情况的发生，延长电池使用寿命，提高电池安全性能；同时动力电池组的多个电极芯易于定位，组合装配容易，提高生产效率；本发明也可减少方形电池壳体与有圆弧形小侧面的电极芯的相互摩擦，减少电极芯损伤，延长电池使用寿命，提高电池性能。

附图说明

图1为本发明电极芯组件的立体结构示意图；

图2为本发明电极芯组件的另一个立体结构示意图；

图3为本发明电极芯组件的隔圈与挡板的连接结构示意图；

图4为本发明电极芯组件的挡板俯视结构示意图；

图5为本发明电极芯组件隔圈的剖面示意图；

图6为本发明电极芯组件隔圈的立体结构示意图；

图7为本发明电极芯组件隔圈的俯视示意图。

具体实施方式

本发明的目的在于克服现有电池的电极芯容易发生位移，难于定位，造成电极芯损伤，电池性能降低的缺点，提供一种能定位固定电极芯防止电极芯移动、损伤的电极芯组件。

本发明提供一种一种电极芯组件，包括至少一个电极芯、隔圈和挡板；其中，电极芯包括上下两端面、两小侧面和两扁平大侧面；隔圈位于电极芯端面侧，挡板位于电极芯小侧面侧；隔圈和挡板固定连接。

根据电池或电池组的电极芯的相关卷绕情况，可以在电极芯的一端也可以在电极芯的两端分别引出极耳，因此可以在电池的一端设置绝缘隔圈，也可以在电池的两端分别设置隔圈绝缘，穿出极耳、电极引出端子等电流引出单元。

本发明为了进一步防止正负极耳的接触，防止电池短路，提高电池的安全性能，优选电极芯两端分别引出正负极耳，因此进一步优选，电池包括两个上述电池隔圈和两挡板，两隔圈分别位于电极芯两端面，用于引出正负极耳，两挡板分别位于电极芯两小侧面侧，即当电极芯为卷绕得到时电极芯两小侧面为圆弧面，隔圈与挡板固定连接。

为了实现对电极芯的固定，特别防止对电池或电池组大的颠簸、振荡，本发明的电极芯组件应结合牢固，本发明优选固定连接为卡扣连接，即可通过隔圈组侧面含有凸台，此凸台可以为任意形状，例如三角形、方形、圆形、及多边形，可以为实体或环形，同时与隔圈组连接的挡板对应含有卡扣连接的凹槽。此卡扣结构起到初定位的作用，通过在卡扣处采取焊接或粘接等方式进行加固，保证了电极芯组件的可靠性和稳定性。焊接技术为本领域人员公知的各种焊接技术，例如超声波焊、热熔焊、激光焊等；粘接技术为本领域人员公知的各种粘接技术，例如热熔胶粘接、环氧胶粘接等。

其中，挡板的宽度可以根据电极芯的型号和个数进行调整，例如，当用于固定保护单个电芯时，防止电极芯圆弧面的损伤，挡板的宽度根据电极芯的规格大小进行调配，根据常规电极芯的厚度5mm-50mm，一般优选为与电极芯厚度相当，进一步优选为比电极芯厚度大5％-20％。当用于固定多个电芯时，固定多个电极芯在同一条直线上，防止多个电芯间的相对位移，影响电池组性能，本发明的挡板宽度优选比多个平行设置的电芯的厚度之和大5％-20％。

挡板的长度为可以根据电芯长度进行调整，可为电芯长度的50％-150％，优选为电芯长度的80％-100％。

本发明优选挡板的形状为长方形，同时优选挡板边缘含有加强圆角，即加强了侧板强度，又利用了电极芯圆角与壳之间的死角，同时圆角与电极芯圆角相匹配，保护电极芯圆角，即当电极芯组件只包含一个电极芯时优选挡板面为圆弧面，当电极芯组件包含多个以电极芯大侧面间相互平行设置的电芯时，防止挡板占用电池内部空间，优选挡板边缘含有加强圆角即可，将平行电极芯组的两端电极芯圆角保护在内。使侧板的保护作用增加，增强了电极芯骨架的支撑强度，同时圆角对电极芯的圆弧侧面也有很好的保护。本发明优选挡板的材料为PP、PFA、PPS、PET等，便宜易得，易于与隔圈的固定连接；同时挡板也可以通过一般的注塑即可得到，简短易实现。同时本领域技术人员公知此种材料需耐电解液；机械强度较强，才能最佳实现本发明的固定保护电极芯的作用。充分利用了电极芯圆角处的空间，在现有的空间下，大大增加了侧面挡板的强度，同时圆角与电极芯圆角相匹配，保护电极芯圆角。

其中，隔圈可以为本领域技术人员公知的各种隔圈，将盖板和电极芯隔开，防止了盖板与电极芯的直接接触，造成电池安全隐患。本发明通过与挡板简单结合，实现对电极芯的固定，防止电极芯位移等。

本发明优选包括隔圈板和至少一个贯通隔圈板用于穿过极耳的通孔，其中，通孔长度方向包括中央部和端部，中央部含有一狭缝，端部为防止极耳边缘受挤压的大孔。其中，大孔的形状依据极耳两侧边缘的形状而定，特别针对于现有技术先进的动力电池的大电流引出卷绕极耳或卷绕引出端子，本发明优选大孔为端部含有圆弧的孔，保证卷绕极耳或引出端子的圆弧面不受挤压，防止极耳或引出端子折损或掉料。隔圈可以根据实际需要含有一个此种通孔，可以单独使用，或与其他常规通孔组合，多个通孔间相互平行；也可以只含有此种多个通孔，多个通孔间相互平行。隔圈的外形、形状、大小与电池壳体内型腔相匹配，电池不同，稍有差异，目的是起到绝缘作用，一般采用PP、PFA、PPS、PET等绝缘材料注塑而成，同时本领域技术人员公知隔圈需耐电解液。

同时本发明为了进一步防止正负极耳的接触，防止电池短路，提高电池的安全性能，优选电极芯两端分别引出正负极耳，本发明的隔圈可以优选为此种电极芯设计。同时本发明的隔圈也可以为普通一端引出正负极耳的电极芯设置，即隔圈上还含有隔绝正负极耳的凸台，此凸台位于穿过正负极耳的通孔的中间，防止正负极耳接触，防止电池短路。

其中，极耳固定孔与圆弧孔的连接本发明优选为平滑连接，如倒角或弧面，进一步实现极耳两侧圆弧不被破坏，有效改善极耳打皱等造成电池短路等安全隐患。

其中，本发明优选狭缝的宽度比需固定的极耳厚度大0.1％-100％，进一步优选大5％-50％；长度比需固定的极耳宽度小0.1％-100％，进一步优选5％-50％，实现对极耳的固定，防止极耳的位移，造成短路等。对于一般的极耳，极耳厚度为大0.02mm-0.2mm；极耳宽度为3mm-10mm，即本发明优选极耳固定孔的宽度为10mm-100mm，进一步优选30mm-80mm；长度为极耳宽度的5mm-60mm，进一步优选8mm-20mm，对于本发明优选的卷绕极耳，卷绕极耳厚度为0.3mm-3mm；极耳宽度为10mm-100mm，即本发明优选极耳固定孔的宽度为50mm-120mm，进一步优选80mm-120mm；长度为5mm-60mm，进一步优选8mm-20mm，不仅能更好的固定极耳，而且使卷绕极耳的圆弧边缘正好处于宽松的大孔区域，防止对圆弧边缘的挤压，造成对极耳的破坏。

其中，大孔的形状是依据极耳端部形状而设计的，本发明根据优选的卷绕极耳结构，优选大孔为末端含有圆弧的圆弧孔，在套壳的过程中，圆弧孔能给电极芯极耳特别是本发明优选的卷绕极耳圆角让出足够的空间，很好的保护电极芯极耳圆角边缘，电极芯极耳圆角不受挤压，不会产生折皱、掉料等现象。设置在极耳固定空两端，使极耳两侧圆弧处于宽松的环境，防止挤压发生调料、折损等情况，减少损伤，有效改善极耳打皱等造成电池短路等安全隐患。本发明优选圆弧孔的宽度为大于极耳厚度0.05mm，小于电极芯厚度，进一步优选为大于极耳厚度1mm，小于电极芯厚度的80％；同时为了易于实现，可优选圆弧孔的长度为小于极耳宽度2mm-150mm。

同时，本发明优选通孔的底部能固定电极芯，使电极芯与隔圈固定连接，很好的保证了穿过隔圈的极耳与电极芯的一体化，降低了电池移动时电极芯对极耳的作用力，进一步实现了极耳的固定，同时保证电极芯与极耳的相互连接，防止极耳脱落等电极芯的损坏；同时电极芯的隔膜边缘等保护在隔圈里，套壳时隔膜沿套壳方向折皱的风险降低，防止电池性能降低，提高了电池的生产效率；同时本发明不用再采用胶纸等固定电极芯两端，节约了胶纸，节约了成本，同时简化了工艺。

电极芯包括正极片、负极片和设置于正、负极片之间的隔膜；正极片延伸出隔膜的未覆料区为正极耳；负极片在另一端延伸出隔膜的未覆料区为负极耳；正极片、负极片和隔膜卷绕成电极芯，极耳、极耳与隔膜、电极芯边缘连接处及电极芯呈厚度渐变。因此，本发明优选隔圈的通孔在高度方向的形状可形象类似于喇叭口等一头大一头小的形状。小头为通孔顶部，较窄，易于固定极耳，防止电池移动、振荡等极耳在孔内晃动造成极耳的倾斜，避免负极耳与电极芯顶部的正极片相接触造成电池短路，提高电池的安全性能；大头为通孔底部用于固定厚度较大的电极芯，同时本发明优选通孔底部的内表面呈弧度渐变，形状可以形象类似于具有导向作用的楔形斜面，同时优选与极耳、极耳与隔膜、电极芯边缘连接处及电极芯呈厚度渐变的区域相配合，确保极耳前段顺利通过，极耳与电极芯结合部位不能通过，使得电极芯在长度方向位置相对固定。本发明根据一般电极芯的规格，优选通孔底部的最小宽度比极耳厚度大0.05mm，正好卡住电极芯。

本发明简单实现对极耳和电极芯的固定，且通孔的底部与通孔顶部的平滑连接，方便极耳的导向穿入，防止损伤极耳，造成极耳褶皱，提高工作效率和产品成品率。

同时为了方便折极耳，可以在隔圈板上在通孔一侧设置凸台，同时又利于占用空间，减少注液量，本发明优选凸台一底边与通孔一长度方向顶边重合，为了方便引出极耳引出端子，本发明优选只含有一个凸台，且只与通孔长度方向一条顶边重合，通孔长度方向另一条顶边相对来说低于此顶边，预留空置区域，方便极耳上的电极引出端子的引出。

当隔圈包括至少两个平行通孔时，本发明优选通孔间隔壁中间含有凹槽，使隔圈壁厚一致，大大改善了隔圈注塑时因壁厚不均导致的缩水变形现象。

凹槽两端连接横梁，横梁可以为任意形状，起到支撑隔圈的作用，加强隔圈的强度，本发明优选横梁的形状为扇形凸台，占用一定的体积空间，减少注电解液的量。

本发明还提供了一种电池，包括电极芯组件、电池壳体和盖板，电极芯组件位于电池壳体内，盖板与电池壳体密封连接；电极芯组件中的电极芯通过隔圈通孔引出正负极耳至少一个与盖板连接，电极芯组件为上述电极芯组件。

本发明适用于一般的电池或电池组，大大提高了电池或电池组的安全性能。

下面结合附图对本发明做进一步阐述。

如附图1和附图2为电极芯组件的立体结构示意图，电极芯组件由内部的电极芯(未画出)、和分别位于电极芯两端面的两个隔圈11和位于电极芯两个小侧面的挡板2组装而成；隔圈11的侧面含有一凸起14与挡板2上的凹槽21固定连接。

如附图3为电极芯组件的隔圈与挡板的一种连接方式的结构示意图，隔圈11的侧面含有一凸起14与挡板2上的凹槽21固定连接。

如附图4为电极芯组件的挡板的俯视结构示意图，侧面挡板2的边缘处增加与电极芯3相匹配的加强圆角22。

结合附图5和附图6电极芯组件的每个隔圈11包括隔圈板12和贯通隔圈板12用于穿过极耳的通孔13，通孔13长度方向包括中央部一狭缝131，和与此狭缝131平滑连接的两端部的宽度大于狭缝131的圆弧孔132；平行通孔间隔壁中间含有凹槽51，凹槽51两端连接扇形凸台52。

如附图7为电极芯组件的每个隔圈11的剖面图，通孔13的底部内表面1311与极耳32、极耳与电极芯边缘连接处31及电极芯3的厚度渐变相配合；隔圈板12上在通孔13一侧还设有用于折既耳的凸台15；平行通孔间隔壁中间含有凹槽51，凹槽51两端连接扇形凸台52。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)提供了一种电极芯组件，包括隔圈与挡板的一体组合，有效固定电极芯，避免电池在制造与使用过程电极芯在电池高度方向上的窜动，很好的保护了电极芯。且在套电池壳时，以隔圈为支撑骨架，改善了电极芯的受力方式，减小了套壳时外力对极芯的影响。

(2)电极芯组件的隔圈与挡板采用卡扣定位，同时又焊接或粘接成为整体，绝缘可靠性和稳定性加强。

(3)电极芯组件的挡板的加强圆角使侧板的强度大大增加，增强了电极芯骨架的支撑强度，同时圆角又对电极芯圆弧侧面做了保护。

(4)电极芯组件的隔圈通孔呈两头大中间窄的骨头形，在套隔圈时能够很好的保护卷绕后的极芯上极耳两侧的圆角不受破坏，有效改善由于极耳打皱导致的短路等隐患。

(5)电极芯组件的隔圈通孔底部含有导向楔形斜面，使电极芯在隔膜边缘处与极耳固定孔相配合，防止电极芯窜动，降低了振动、滑动对电极芯的影响；同时隔膜边缘保护在隔圈里，降低了套壳时隔膜沿套壳方向褶皱的风险。

(6)电极芯组件的隔圈板上设置凸台，占用空间，减少注液量，只含有一个凸台，且只与通孔长度方向一条顶边重合，通孔长度方向另一条顶边相对来说低于此顶边，预留空置区域，方便极耳上的电极引出端子的引出。

(7)电极芯组件的平行通孔间隔壁中间含有凹槽，含有凹槽，使隔圈壁厚一致，大大改善了隔圈注塑时因壁厚不均导致的缩水变形现象。

(8)电极芯组件的平行通孔间的凹槽两端连接扇形凸台横梁，起到支撑隔圈的作用，加强隔圈的强度，凸台形状为圆弧形，占用一定的体积空间，减少注电解液的量。

本发明能对电极芯进行很好的保护，防止电极芯在移动过程中受到损伤，改善电极芯在组装时的受力情况，避免产生隔膜打皱和极耳破损、极片掉料等现象，提高了电池性能的稳定性和安全可靠性。

Claims (18)

1.一种电极芯组件，包括至少一个电极芯、隔圈和挡板；所述电极芯包括上下两端面、两小侧面和两扁平大侧面；所述隔圈位于电极芯端面侧，所述挡板位于电极芯小侧面侧；所述隔圈和挡板固定连接，所述固定连接为卡扣连接；所述隔圈包括隔圈板和至少一个贯通隔圈板用于穿过电极芯引出极耳的通孔，所述通孔包括中央部和端部，所述中央部含有一狭缝，所述端部为防止极耳侧边挤压的大孔。

2.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述隔圈分别位于电极芯上下两端面侧，所述挡板分别位于电极芯两小侧面侧。

3.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述电极芯组件包括至少两个电极芯，所述电极芯大侧面间相互平行。

4.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述隔圈侧面含有凸起，所述与隔圈连接的挡板对应于凸起含有卡扣连接的凹槽。

5.根据权利要求1或2所述的电极芯组件，其特征在于，所述挡板边缘含有加强圆角。

6.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述隔圈包括隔圈板和至少两个贯通隔圈板用于穿过电极芯引出极耳的通孔，所述通孔相互平行。

7.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，中央部与端部的连接为平滑连接。

8.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述狭缝的宽度比需固定的极耳厚度大0.1％至100％；长度比需固定的极耳宽度小5％至50％。

9.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述大孔为末端含有圆弧的圆弧孔，所述圆弧孔的宽度比极耳厚度大0.05mm，所述圆弧孔的宽度小于电极芯厚度。

10.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述通孔高度方向包括接近于电池电极芯的底部和远离电池电极芯的顶部，所述通孔的底部能固定电极芯。

11.根据权利要求10所述的电极芯组件，其特征在于，所述通孔底部的内表面呈弧度渐变，所述通孔底部与通孔顶部平滑连接。

12.根据权利要求1所述的电极芯组件，其特征在于，所述隔圈板上在通孔一侧还设有用于折极耳的凸台。

13.根据权利要求6所述的电极芯组件，其特征在于，所述平行通孔间隔壁中间含有凹槽。

14.根据权利要求13所述的电极芯组件，其特征在于，所述凹槽两端连接横梁。

15.一种电池，包括电极芯组件、电池壳体和盖板，所述电极芯组件位于电池壳体内，所述盖板与电池壳体密封连接；所述电极芯组件中的电极芯通过隔圈的通孔引出极耳与盖板连接，所述电极芯组件为权利要求1-14任意一项所述的电极芯组件。

16.根据权利要求15所述的电池，其特征在于，所述电极芯为卷绕电极芯；所述电极芯两端分别引出正负极耳，所述正负极耳分别穿过电极芯组件两端的隔圈的通孔与盖板连接；所述正负极耳为卷绕极耳，宽度方向两端含有圆弧。

17.根据权利要求15或16所述的电池，其特征在于，所述极耳的厚度为0.1mm-10mm；极耳宽度为2mm-300mm。

18.根据权利要求15所述的电池，其特征在于，所述通孔底部的内表面与极耳、极耳与电极芯边缘连接处及电极芯的厚度渐变相配合。

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