CN108428819B - 动力电池顶盖结构 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种动力电池顶盖结构，包括第一电极组件、第二电极组件以及顶盖片，第一电极组件包括第一极柱、第一密封件以及第一连接块，第一极柱包括上段以及下段，上段以及第一连接块的材质具有第一基体金属，下段的材质具有第二基体金属，上段具有台阶部，下段与上段的底面相连，顶盖片上具有第一极柱孔，上段穿过第一极柱孔，台阶部以及下段位于顶盖片的下方，第一密封件包括同性密封部以及横向外延部，筒形密封部套设于上段上，横向外延部位于顶盖片的下表面与台阶部之间，上段的顶部与第一连接块相连，第二电极组件附接于顶盖片上。本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构能够有效避免上段与下段的结合面开裂甚至断开。

Description

动力电池顶盖结构
技术领域
本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种动力电池顶盖结构。
背景技术
在非水电解质二次电池中，作为正极极柱的构成材料适宜使用在正极电位下不溶解于非水电解质的铝或铝合金。作为负极极柱的构成材料多使用不与负极活性物质合金化的铜等。
动力电池成组时，汇流排(busbar)需要焊接在正极的连接块或者负极的连接块，由于汇流排多采用单一材质(例如铝或者铜)，同时铝的熔点比铜的熔点低、比热容高，无法容易地将铜材质和铝材质采用超声波焊、激光焊等方式焊接在一起，因此要求动力电池顶盖结构中正负极的连接块采用与汇流排相同的材质，也就是正负极的连接块都为铝材质或都为铜材质。在相关技术中，通常的解决方式为铜铝极柱摩擦焊接转换，即极柱的下部采用与对应电极一致的材料(例如铝质)，而上部则采用与汇流排一致的材料(例如铜质)，采用不同材质的两部分通过摩擦焊接完成连接。
然而，由于极柱在动力电池顶盖中不仅起到导电的作用，同时还要用于第一密封件和绝缘件的固定，因此装配完成后会受到第一密封件的挤压应力。这些挤压应力会将铜制部分和铝制部分分别向顶盖的上下两侧推挤，铜制部分与铝制部分的结合面长期受到拉应力作用，因此动力电池在使用一段时间后容易造成上述结合面开裂甚至断开，从而引发漏液情况的发生，这种情况在极柱直径较小时更是容易发生。
发明内容
本申请提供了一种动力电池顶盖结构，能够解决上述问题。
本申请实施例提供了一种动力电池顶盖结构，包括第一电极组件、第二电极组件以及顶盖片，
所述第一电极组件包括第一极柱、第一密封件以及第一连接块，所述第一极柱包括上段以及下段，所述上段的材质以及所述第一连接块的材质均具有第一基体金属，所述下段的材质具有第二基体金属，所述第一基体金属不同于所述第二基体金属，所述上段具有台阶部，所述下段与所述上段的底面相连，
所述顶盖片上具有第一极柱孔，所述上段穿过所述第一极柱孔，所述台阶部以及所述下段位于所述顶盖片的下方，所述第一密封件包括筒形密封部以及横向外延部，所述筒形密封部套设于所述上段上，且所述横向外延部位于所述顶盖片的下表面与所述台阶部之间，
所述第一连接块位于所述顶盖片的上方，所述上段的顶部与所述第一连接块相连，
所述第二电极组件附接于所述顶盖片上。
优选地，所述第一电极组件包括第一导电板，所述第一导电板的材质具有所述第二基体金属，所述第一导电板位于所述顶盖片的下方且具有第一穿孔，所述上段依次穿过所述第一穿孔以及所述第一极柱孔，所述第一穿孔内具有第一台阶段，所述台阶部与所述第一台阶段配合卡接，所述下段与所述第一导电板接触并电连接，所述横向外延部位于所述顶盖片的下表面与所述第一导电板之间。
优选地，所述下段与所述第一导电板焊接。
优选地，所述上段和所述下段采用冷轧法、热轧法、爆炸复合法、爆炸轧制法或摩擦焊进行相连。
优选地，所述横向外延部环绕所述第一穿孔，且与所述顶盖片的下表面以及所述第一导电板的上表面密封连接，所述下段与所述第一穿孔密封连接。
优选地，所述第一电极组件还包括第一下绝缘件，
所述第一下绝缘件位于所述顶盖片的下表面与第一导电板的上表面之间。
优选地，所述下段处于所述第一穿孔的内部。
优选地，所述下段的径向尺寸大于所述台阶部的径向尺寸，所述第一穿孔还具有第二台阶段，所述第二台阶段位于所述第一台阶段的下方，所述第二台阶段容纳所述下段。
优选地，所述下段的径向尺寸与所述台阶部的径向尺寸相等。
优选地，所述第一连接块上具有铆接孔，所述上段穿过所述铆接孔并与所述第一连接块铆接。
优选地，所述上段与所述第一连接块焊接。
优选地，
所述第一基体金属为铜，所述第二基体金属为铝；
或者，
所述第一基体金属为铝，所述第二基体金属为铜。
本申请实施例提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构能够将第一密封件对第一极柱所施加的挤压应力全部集中在上段，而不会同时作用于上段与下段，即上段与下段的结合面不会受到拉应力作用，从而有效避免上段与下段的结合面开裂甚至断开。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的动力电池的爆炸结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构的侧剖示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种第一极柱的具体结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种第一导电板的具体示意图；
图5为本申请实施例所提供的应用图4所示的第一极柱以及图5所示的第一导电板的动力电池顶盖结构在图2中A部分的局部放大示意图；
图6为本申请实施例所提供的另一种第一极柱的具体结构示意图；
图7为本申请实施例所提供的另一种第一导电板的具体示意图；
图8为本申请实施例所提供的应用图6所示的第一极柱以及图7所示的第一导电板的动力电池顶盖结构在图2中A部分的局部放大示意图。
附图标记：
1-动力电池顶盖结构；
10-第一电极组件；
100-第一极柱；
1000-上段；
1000a-台阶部；
1000b-铆接部；
1002-下段；
102-第一密封件；
1020-筒形密封部；
1022-横向外延部；
104-第一连接块；
1040-铆接孔；
106-第一导电板；
1060-第一穿孔；
1060a-第一台阶段；
1060b-第二阶梯段；
108-第一下绝缘件；
12-第二电极组件；
120-第二极柱；
122-第二密封件；
124-第二连接块；
126-第二导电板；
128-第二下绝缘件；
14-顶盖片；
2-裸电芯；
20-正极极耳；
22-负极极耳；
3-裸电芯绝缘层；
4-壳体。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的动力电池顶盖结构为参照。
如图1所示，本申请实施例提供了一种动力电池，包括动力电池顶盖结构1、裸电芯2、裸电芯绝缘层3以及壳体4。裸电芯2包括正极片、负极片以及位于正极片和负极片之间的隔膜，裸电芯2包裹裸电芯绝缘层3之后被放入壳体4内，之后盖上动力电池顶盖结构1并灌注电解液，构成完整的动力电池。
如图2所示，动力电池顶盖结构1包括第一电极组件10、第二电极组件12以及顶盖片14。第一电极组件10具有第一连接块104，第二电极组件12具有第二连接块124。为了便于成组，本实施例中的第一连接块104以及第二连接块124需要具有与汇流排相同的材质(例如都为铜制，或者都为铝制)需要说明的是，本发明中的所说的具有相同的材质，是指具有相同的基体金属(组成合金的主要成分金属叫基体金属)，例如第一连接块104的材质为纯铝、铝锰合金时，第二连接块124的材质可以为纯铝、铝锰合金，也可以为铝硅合金、铝镁合金，只要它们的基体金属都为铝即可。本实施例中将第一连接块104的材质具有的基体金属称为第一基体金属，例如第一连接块104采用纯铜或者铜合金(第一基体金属为铜)，或者采用纯铝或者铝合金(第一基体金属为铝)。以下以第一基体金属为铝为例进行说明。
裸电芯2具有正极极耳20以及负极极耳22，其中，正极极耳20为铝质，负极极耳22为铜质，因此，负极极柱需要进行铜铝转接。本实施例中，采用第一电极组件10电连接动力电池的负极，第一电极组件10除了具有第一连接块104之外，还包括第一极柱100、第一密封件102、第一导电板106以及第一下绝缘件108。
如图3和图6所示，第一极柱100包括上段1000以及下段1002，上段1000与第一连接块104的材质均具有第一基体金属，具体地，材质为铝质(第一基体金属为铝)，而下段1002的材质具有第二基体金属，第二基体金属不同于第一基体金属，具体地，下段1002的材质为铜质(第二基体金属为铜)。极耳下段1002与上段1000的底面可采用冷轧法、热轧法、爆炸复合法、爆炸轧制法或摩擦焊进行相连。通过冷轧法、热轧法、爆炸复合法和爆炸轧制法对下段1002与上段1000进行相连，保证下段1002与上段1000形成稳定的电传输面，从而有效避免因振动、冲击等外部因素引起下段1002与上段1000的接触电阻波动。上段1000具有一圈台阶部1000a，台阶部1000a最好位于上段1000的下部位置，从而留出足够的空间用于装配第一密封件102、第一导电板106以及第一下绝缘件108等部件。
如图5和图8所示，顶盖片14上具有第一极柱孔(图中未标号)，第一密封件102包括筒形密封部1020和横向外延部1022，筒形密封部1020套设于上段1000上，并随上段1000一起伸入第一极柱孔内，同时筒形密封部1020的底部在顶盖片14的下表面之下且横向外延，第一密封件102的横向外延的部分形成横向外延部1022。上段1000穿过第一极柱孔，其顶部位于顶盖片14的上方，而台阶部1000a以及下段1002均位于顶盖片14的下方，此时，第一密封件102的横向外延部1022位于顶盖片14的下表面与台阶部1000a之间。
下段1002可以直接用于与负极极耳22进行电连接，但一方面，负极极耳22与下段1002连接后，会对下段1002形成向下的拉应力，而拉应力便可能导致下段1002与上段1000的结合面发生开裂或断开；另一方面，下段1002的表面积太小，如果与负极极耳22之间直接连接，则可能导致过流面积较小，形成较高的电阻，造成发热等问题。
因此，本实施例中通过第一导电板106与负极极耳22进行连接(连接可以是直接连接，也可以是间接连接)。具体地，第一导电板106的材质为铜质(基体金属为铜)，即第一导电板106的材质和下段1002的材质均具有第二基体金属——铜。第一导电板106位于顶盖片14的下方，如图4和图7所示，第一导电板106上具有第一穿孔1060，第一穿孔1060内具有第一台阶段1060a，上段1000依次穿过第一穿孔1060以及第一极柱孔，并使台阶部1000a与第一台阶段1060a配合卡接，阻止第一导电板106朝下方移动，下段1002与第一导电板106接触并电连接。此时，第一导电板106会伸入到第一密封件102的横向外延部1022与顶盖片14的下表面之间。
由于第一导电板106的表面积较大，因此负极极耳22与第一导电板106之间可以拥有较大的接触面积，以降低电阻，减小发热量。与此同时，这种结构中，负极极耳22施加在第一导电板106上的向下拉应力会被第一台阶段1060a直接传递至台阶部1000a，从而避免负极极耳22对上段1000与下段1002的结合面产生拉应力。并且，在某些情况下，第一电极组件10的内部可能需要设置多个较小的第一极柱100对电量进行分散传递。
由于上段1000与下段1002采用不同材质，因此若上段1000与下段1002的结合面被浸泡在电解液中，便会发生电化学腐蚀现象，破坏二者的连接结构。因此，本实施例需要将上段1000与下段1002的结合面处于密封环境中，使之不会与电解液接触。
具体地，如图5和图8所示，本实施例中横向外延部1022环绕第一穿孔1060，通过横向外延部1022将顶盖片14的下表面以及第一导电板106的上表面密封，防止电解液由第一穿孔1060的顶部进入到第一穿孔1060内。与此同时，下段1002容纳于第一穿孔1060并且采用焊接等方式对下段1002和第一穿孔1060进行密封连接，一方面能够阻止电解液由第一穿孔1060的底部进入到第一穿孔内并抵达上段1000与下段1002的结合面，使结合面完全处于密封环境；另一方面也能够保证下段1002与第一导电板106形成稳定的电传输面，从而有效避免因振动、冲击等外部因素引起下段1002与第一导电板106的接触电阻波动。
在本实施例中，下段1002与第一导电板106之间可以采用多种连接方式，其中一种方式是将下段1002的径向尺寸完全超出第一穿孔1060的底部孔径，从而将下段1002的上表面与第一导电板106的下表面连接在一起。但这种连接方式会导致下段1002凸出第一导电板106，浪费动力电池内部空间。
较为优选的方式是将下段1002的径向尺寸与第一穿孔1060的底部孔径一致(这里所说的孔径一致指的是孔径的基本尺寸一致)，利用下段1002的外周面与第一穿孔1060的内周面连接。并且，在这种方式中，根据下段1002的径向尺寸与台阶部1000a之间的差异，还可对第一穿孔1060的结构进行调整。例如，若下段1002的径向尺寸大于台阶部1000a的径向尺寸(参见图3)，则可在第一穿孔1060内再增设第二阶梯段1060b，第二台阶段1060b位于第一台阶段1060a的下方(参见图4)，当台阶部1000a与第一台阶段1060a卡紧时，第二台阶段1060b容纳下段1002(参见图5)。而当下段1002的径向尺寸与台阶部1000a的径向尺寸相等(参见图6)时，则无需增设第二台阶段1060b(参见图7)，此时下段1002可与台阶部1000a一起被容纳在第一穿孔位于第一台阶段1060a下方的空间内(参见图8)。需要强调的是，下段1002的径向尺寸与台阶部1000a的径向尺寸相等指的是两者的基本尺寸相等，并未考虑公差值，为了方便装配，优选下段1002与台阶部1000a为间隙配合。
在本实施例中，当下段1002的径向尺寸超出上段1000较多，或者设置了第一导电板106时，为了防止第一极柱100或者第一导电板106与顶盖片14的下表面电连接，因此设置了第一下绝缘件108，第一下绝缘件108位于顶盖片14的下表面与下段1002或者第一导电板106的上表面之间，通常情况下，第一下绝缘件108会环绕第一密封件102。
第一连接块104位于顶盖片14的上方，上段1000的顶部与第一连接块104相连，同时对第一极柱100施加向上的拉力，从而使台阶部1000a对第一密封件102、第一导电板106以及第一下绝缘件108施加压应力，使三者紧固在顶盖片14的下方。
第一连接块104与上段1000可以采用很多方式进行连接，较为简便的方式是在第一连接块104上开设铆接孔1040，上段1000的顶端与铆接孔1040铆接。为了便于上段1000的顶端铆接变形，可以在上段1000的顶部设置铆接部1000b(参见图3和图6)，铆接部1000b在铆接过程中较易变形并卡住铆接孔1040(参见图5和图8)，完成铆接过程。除此之外，为了进一步提高第一极柱100与第一连接块104之间的连接强度以及避免第一极柱100与第一连接块104之间的接触电阻波动，本实施例还可在上段1000与铆接孔1040之间通过焊接进行加固。
由于动力电池的正极极耳20也为铝质，因此可以将第二电极组件12附接到顶盖片14上作为动力电池的正极输出端。如图2所示，此时，第二电极组件12除第二连接块124之外可包括第二极柱120、第二密封件122、第二导电板26以及第二下绝缘件128等部件。其中，第二极柱120也采用纯铝质，正极极耳20可直接通过第二极柱120与第二连接块124电连接。第二极柱120也穿过顶盖片14，并可通过第二密封件122等进行密封，除此之外，第二导电板126以及第二下绝缘件128等结构的连接方式以及作用也可参照第一导电板106以及第一下绝缘件108，在此不再赘述。
以上便是以第一电极组件10连接负极，第二电极组件12连接正极，并且汇流排以铝作为基体金属的实施例。
若汇流排以铜作为基体金属，则此时以第一电极组件10连接正极，第二电极组件12连接负极，也就是在动力电池的正极进行铜铝转接。具体地，只需将上述实施例中的第一导电板106、第一连接块104、第二连接块124、上段1000以及下段1002的基体金属进行相应调换，即此时第一导电板106、下段1002的基体金属为铝，而第一连接块104、第二连接块124以及上段1000的基体金属为铜。各部分的连接结构与上述实施例相同，在此不再赘述。
本申请实施例所提供的动力电池顶盖结构能够有效避免上段与下段的结合面开裂甚至断开。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化，基于本申请所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种动力电池顶盖结构，其特征在于，包括第一电极组件、第二电极组件以及顶盖片，
所述第一电极组件包括第一极柱、第一密封件以及第一连接块，所述第一极柱包括上段以及下段，所述上段的材质以及所述第一连接块的材质均具有第一基体金属，所述下段的材质具有第二基体金属，所述第一基体金属不同于所述第二基体金属，所述上段具有台阶部，所述下段与所述上段的底面相连，
所述顶盖片上具有第一极柱孔，所述上段穿过所述第一极柱孔，所述台阶部以及所述下段位于所述顶盖片的下方，所述第一密封件包括筒形密封部以及横向外延部，所述筒形密封部套设于所述上段，且所述横向外延部位于所述顶盖片的下表面与所述台阶部之间，
所述第一连接块位于所述顶盖片的上方，所述上段的顶部与所述第一连接块相连，
所述第二电极组件附接于所述顶盖片上。
2.如权利要求1所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述第一电极组件包括第一导电板，
所述第一导电板的材质具有所述第二基体金属，所述第一导电板位于所述顶盖片的下方且具有第一穿孔，所述上段依次穿过所述第一穿孔以及所述第一极柱孔，所述第一穿孔内具有第一台阶段，所述台阶部与所述第一台阶段配合卡接，所述下段与所述第一导电板接触并电连接，所述横向外延部位于所述顶盖片的下表面与所述第一导电板之间。
3.如权利要求2所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述下段与所述第一导电板焊接。
4.如权利要求1所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述上段和所述下段采用冷轧法、热轧法、爆炸复合法、爆炸轧制法或摩擦焊进行相连。
5.如权利要求3所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述横向外延部环绕所述第一穿孔，且与所述顶盖片的下表面以及所述第一导电板的上表面密封连接，所述下段与所述第一穿孔密封连接。
6.如权利要求2所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述第一电极组件包括第一下绝缘件，
所述第一下绝缘件位于所述顶盖片的下表面与第一导电板的上表面之间。
7.如权利要求2所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述下段处于所述第一穿孔的内部。
8.如权利要求7所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述下段的径向尺寸大于所述台阶部的径向尺寸，所述第一穿孔具有第二台阶段，所述第二台阶段位于所述第一台阶段的下方，所述第二台阶段容纳所述下段。
9.如权利要求7所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述下段的径向尺寸与所述台阶部的径向尺寸相等。
10.如权利要求1至9任一项所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述第一连接块上具有铆接孔，所述上段穿过所述铆接孔并与所述第一连接块铆接。
11.如权利要求10所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，所述上段与所述第一连接块焊接。
12.如权利要求1所述的动力电池顶盖结构，其特征在于，
所述第一基体金属为铜，所述第二基体金属为铝；
或者，
所述第一基体金属为铝，所述第二基体金属为铜。
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