CN108511639A - 基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖 - Google Patents

基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,包括金属硬连接件、金属护片、上盖板、上塑胶和两个电极柱,所述金属护片通过裸电芯的极耳与金属硬连接件相连,上盖板固定在上塑胶上,上盖板与上塑胶相配合,所述电极柱的一端与金属硬连接件电连接,电极柱的另一端穿过上塑胶和上盖板,所述电极柱与上塑胶密封连接。以上塑胶代替保持架,减小保持架占用的空间,提高电池内部空间利用率,将电池的能量密度至少提升7%;取消保持架后不必使用金属导体连接裸电芯和顶盖板的电极,缩短电路的距离,降低电池内阻,提高倍率性能,同时大幅度降低因内阻产生的热量,提高电池的安全性能。

Description

基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖
技术领域
本发明属于电池制造技术领域,具体涉及一种基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖。
背景技术
目前,对于电动汽车和储能电站,业内普遍采用硬壳电池,都希望提高电池内部空间的利用率。裸电芯与顶盖板连接的间隙区域普遍采用塑胶保持架的模式,将裸电芯与顶盖板隔开。不同容量的电池,根据容量大小设计保持架高度,保持架的高度一般在8~12mm不等,相当于占用了电芯8~12mm的高度空间,占用比例很大,影响了电池的能量密度。
因为现有动力电池极耳都是Y型结构,必须引入长度为30~54mm的金属导体(厚度和宽度根据电池容量设计)来连接裸电芯和顶盖板的电极组件,根据ρ=R*S/L(R电阻、S截面积、L长度、ρ电阻率),这就增加了电池的物理内阻,不利于倍率放电,倍率放电时产热量大,存在安全问题。再者,因为过长(30~54mm)的金属导体要窝在8~12mm空间里,会存在负极碰到壳体或盖板的安全隐患,所以必须增加保持架来防护。
保持架一般分左右两块,在组装工序将左右两块通过卡扣的形式连接在一起。那么就需增加工序和设备来完成保持架组合的动作,这也增加了企业的投入和生产成本。动力电池产线自动化是必然的趋势,而左右保持架的组合在自动化作业时,容易产生不良品,降低了产品合格率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足,提供一种基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,取消保持架,减少生产工序,提高电池内部空间利用率并减小电池内阻。
为了实现上述目的,本发明采用下述技术方案:基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,包括金属硬连接件、金属护片、上盖板、上塑胶、密封圈、固定件和两个电极柱,裸电芯的极耳设在金属护片与金属硬连接件之间,所述金属护片通过裸电芯的极耳与金属硬连接件相连,所述上盖板设有防爆阀,上盖板固定上塑胶,上盖板与上塑胶相配合,所述上塑胶设有泄压孔,所述电极柱的一端与金属硬连接件电连接,电极柱的另一端穿过上塑胶和上盖板,所述电极柱通过密封圈与上塑胶密封连接,电极柱通过固定件与上盖板固定连接。
进一步地,所述金属护片与裸电芯的极耳通过超声焊接固定在一起,所述金属硬连接件与裸电芯的极耳通过超声焊接固定在一起,所述金属硬连接件通过激光与电极柱平焊连接。
进一步地,所述上塑胶的高度为5~7mm。
进一步地,所述上塑胶的背面设有与金属硬连接件相配合的凹槽,所述金属硬连接件设在凹槽内。
进一步地,所述上盖板采用导电材料制成,所述电极柱包括正极柱和负极柱,所述固定件包括导电固定件和绝缘固定件,所述正极柱通过导电固定件与上盖板电连接,负极柱通过绝缘固定件与上盖板绝缘连接。
进一步地,所述上盖板和正极柱的材质均为铝,负极柱的为铜铝电极柱,与正极柱相连的金属硬连接件的材质为铝,与负极柱相连的金属硬连接件的材质为铜,与正极柱相连的金属护片的材质为铝,与负极柱相连的金属护片的材质为铜。
其中,动力电池顶盖,包括上盖板、上塑胶、密封圈、固定件和两个电极柱,所述上盖板设有防爆阀,上盖板固定上塑胶,上盖板与上塑胶相配合,所述上塑胶设有泄压孔,所述电极柱贯穿上塑胶和上盖板,电极柱通过密封圈与上塑胶密封连接,电极柱通过固定件与上盖板固定连接。
其中,极耳直引式平焊结构,包括金属硬连接件和金属护片,裸电芯的极耳设在金属护片与金属硬连接件之间,所述金属护片通过裸电芯的极耳与金属硬连接件相连。
本发明的有益效果是:
(1)现有电池顶盖普遍采用高度为12mm的保持架,本发明以高度为5~7mm的上塑胶代替保持架,减小保持架占用的空间,提高电池内部空间利用率,将电池的能量密度至少提升7%;
(2)传统电池顶盖采用长度为30~54mm的金属导体连接裸电芯和顶盖板的电极,为了避免该金属导体与电池的金属外壳接触造成短路,需要设置弯折工序将金属导体弯折为S形并设置在保持架内,采用极耳直引式平焊结构后不必使用长度为30~54mm的金属导体连接裸电芯和顶盖板的电极,同时也就取消弯折工序,生产成本低,产品合格率更高;
(3)采用耳直引式平焊结构后极耳被很好地固定在金属护片与金属硬连接件之间,所有导体位置固定,不会出现传统电池顶盖金属导体与电池的金属外壳接触造成短路的问题,设备安全性更强;
(4)在上塑胶的背面设有与金属硬连接件相配合的凹槽,将金属硬连接件设在凹槽内,这样一方面可以避免金属硬连接件占用额外的空间,进一步提升电池的能量密度,另一方面金属硬连接件可以很好地包覆于上塑胶内,进一步提升电池的安全性能;
(5)由于不必使用长度为30~54mm的金属导体连接裸电芯和顶盖板的电极,缩短电路的距离,降低电池内阻,提高倍率性能,同时大幅度降低因内阻产生的热量,提高电池的安全性能;
(6)取消组合保持架工序,进而取消该工序的设备投入和工序成本,降低生产企业的的生产成本,提高企业市场竞争力;
(7)电池生产工序减少,减少了因组合保持架带来的不良品,提高了产品的合格率,提高企业的利润率;
(8)由于裸电芯的极耳很薄,单层厚度只有6~15μm,将金属硬连接通过激光与电极柱焊接时容易破坏上层的极耳,影响电池性能,所以设置了金属护片,生产时先将金属护片与裸电芯的极耳通过超声焊接,然后将金属硬连接件与裸电芯的极耳通过超声焊接,使裸电芯的极耳位于金属护片与金属硬连接件之间,这样最终将金属硬连接件通过激光与电极柱焊接时不会破坏极耳,产品的质量更高,电池性能更好;
(9)传统软连接方式需要设置两块连接片,将裸电芯的极耳夹在两块连接片之间实现电连接,本发明采用极耳直引式平焊结构,裸电芯的极耳直接通过金属硬连接件与电极柱相连,设备用料更少,成本更低,可以提升生产企业的利润。
附图说明
图1为本发明动力电池顶盖板的爆炸视图;
图2为本发明动力电池顶盖板的结构示意图;
图3为本发明的等轴测视图;
图4为本发明的爆炸视图;
图5为本发明导电固定件的结构示意图;
附图中:
1‐上盖板,2‐密封圈,3‐负极柱,4‐绝缘固定件,5‐上塑胶,6‐导电固定件,7‐正极柱,8‐防爆阀,9‐防爆阀保护片,10‐极耳,11‐金属护片,12‐金属硬连接件,13‐裸电芯,14‐注液孔,15‐凹槽,16‐泄压孔,17‐卡接部,18‐安装孔。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式和说明书附图对本发明及其有益效果作进一步详细说明,但是,本发明的具体实施方式并不局限于此。
本发明公开了一种基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,如图3和图4所示,包括动力电池顶盖和极耳直引式平焊结构,动力电池顶盖通过极耳直引式平焊结构与裸电芯13的极耳10电连接。
作为本发明核心发明点之一,如图1和图2所示,所述极耳直引式平焊结构包括两个金属硬连接件12和四个金属护片11,裸电芯13的极耳10固定在金属护片11与金属硬连接件12之间,金属护片11通过裸电芯13的极耳10与金属硬连接件12相连,生产时先将金属护片11与裸电芯13的极耳10通过超声焊接,然后将金属硬连接件12与裸电芯13的极耳10通过超声焊接,使裸电芯13的极耳10位于金属护片11与金属硬连接件12之间,这样最终将金属硬连接件12通过激光与电极柱焊接时通过金属护片11保护极耳10不被焊烂或产生毛刺,产品的质量更高,电池性能更好。所述裸电芯13的极耳10与四个金属护片11和两个金属硬连接件12相连,金属硬连接件12与电极柱电连接,从而实现顶盖板的两个电极柱与裸电芯13极耳10的直接相连。不必使用长度为30~54mm的金属导体连接裸电芯13和顶盖板的电极,这样有利于缩短电路的距离,可以减小电池的物理内阻,也可以大幅度减少因导体过长产热,提高电池的安全性能。
进一步地,所述的四个金属护片11中,与正极柱7相连的金属护片11用铝护片,与负极柱3相连的金属护片11用铜护片。所述的两个金属硬连接件12中,与正极柱7相连的金属硬连接件12用铝硬连接,与负极柱3相连的金属硬连接件12用铜硬连接。
作为本发明核心发明点之二,所述动力电池顶盖包括上盖板1、上塑胶5和两个电极柱,所述上塑胶5上设有泄压孔16,上塑胶5不仅可以采用塑胶材质,同样可以采用其他类似的绝缘材料制成,将上塑胶5高度设为5~7mm,上塑胶5的下部可以取代保持架使用,减小保持架占用的空间,提高电池内部空间利用率,将电池的能量密度至少提升7%。所述上盖板1固定在上塑胶5上,上盖板1与上塑胶5相配合,上塑胶5基本覆盖顶盖板下部,上盖板1设有防爆阀8、防爆阀保护片9和注液孔14,所述电极柱的一端与金属硬连接件12电连接,电极柱的另一端穿过上塑胶5和上盖板1,所述电极柱与上塑胶5密封连接。为了防止电化学腐蚀,所述上盖板1采用导电材料制成,所述电极柱包括正极柱7和负极柱3,正极柱7与上盖板1电连接,负极柱3与上盖板1绝缘连接。
具体地,所述上盖板1和正极柱7的材质均为铝,负极柱3采用铜铝电极柱,与正极柱7相连的金属硬连接件12的材质为铝,与负极柱3相连的金属硬连接件12的材质为铜,与正极柱7相连的金属护片11的材质为铝,与负极柱3相连的金属护片11的材质为铜。其中,负极柱3与盖板连接的一端为铝材质,负极柱3与金属硬连接件12相连的一端为铜材质。
为了增强顶盖板的结构稳定性,所述动力电池顶盖还包括导电固定件6和绝缘固定件4,正极柱7通过导电固定件6与上盖板1相连,负极柱3通过绝缘固定件4与上盖板1相连,所述绝缘固定件4的材质为绝缘PPS塑胶,负极柱3与上盖板1间在500V电压下,绝缘电阻>200MΩ,导电固定件6的材质为导电PPS塑胶,正极柱7与上盖板1间电阻2~10000Ω。具体地,如图5所示,所述导电固定件6和绝缘固定件4上均设有卡接部17,所述上盖板1上设有与卡接部17相配合的安装孔18。固定件配合密封圈2可以固定两个电极柱的位置,提高设备的结构稳定性。
为了增强电极柱与上塑胶5之间连接处的密封性能,所述动力电池顶盖还包括密封圈2,电极柱通过密封圈2与上塑胶5相连,密封圈2采用氟橡胶材质,优选采用氟橡胶GF‐200S材质,电极柱与上塑胶5之间的密封泄漏率<10‐7Pa·m3/s。
实施例:
根据本发明的方案,生产制造了三个上塑胶5高度不同的动力电池顶盖样品并采用极耳直引式平焊结构与裸电池连接,然后将上述样品与传统使用支持架的电池进行比较(其他影响因素完全相同)。
其中,动力电池顶盖样品的上塑胶5采用PP HJ400材料制成,上盖板1采用AL3003‐H14材质制成,正极柱7采用AL3003‐H16材质制成,负极柱3采用Cu T2+AL1060‐H12的合金材质制成。样品中与正极柱7相连的金属护片11采用AL 1060材质制成,与负极柱3相连的金属护片11采用T2紫铜材质制成,与正极柱7相连的金属硬连接件12采用AL 1060O态材质制成,与负极柱3相连的金属硬连接件12采用T2紫铜材质制成。
对上述样品进行测试,测试结果如下表所示:
根据上述说明书的揭示和教导,本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此,本发明并不局限于上述的具体实施方式,凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换均属于本发明的保护范围。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。

Claims (8)

1.基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,其特征在于:包括金属硬连接件(12)、金属护片(11)、上盖板(1)、上塑胶(5)、密封圈(2)、固定件和两个电极柱,裸电芯(13)的极耳(10)设在金属护片(11)与金属硬连接件(12)之间,所述金属护片(11)通过裸电芯(13)的极耳(10)与金属硬连接件(12)相连,所述上盖板(1)设有防爆阀(8),上盖板(1)固定上塑胶(5),上盖板(1)与上塑胶(5)相配合,所述上塑胶(5)设有泄压孔(16),所述电极柱的一端与金属硬连接件(12)电连接,电极柱的另一端穿过上塑胶(5)和上盖板(1),所述电极柱通过密封圈(2)与上塑胶(5)密封连接,电极柱通过固定件与上盖板(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,其特征在于:所述金属护片(11)与裸电芯(13)的极耳(10)通过超声焊接固定在一起,所述金属硬连接件(12)与裸电芯(13)的极耳(10)通过超声焊接固定在一起,所述金属硬连接件(12)通过激光与电极柱平焊连接。
3.根据权利要求1所述的基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,其特征在于:所述上塑胶(5)的高度为5~7mm。
4.根据权利要求1所述的基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,其特征在于:所述上塑胶(5)的背面设有与金属硬连接件(12)相配合的凹槽(15),所述金属硬连接件(12)设在凹槽(15)内。
5.根据权利要求1所述的基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,其特征在于:所述上盖板(1)采用导电材料制成,所述电极柱包括正极柱(7)和负极柱(3),所述固定件包括导电固定件(6)和绝缘固定件(4),所述正极柱(7)通过导电固定件(6)与上盖板(1)电连接,负极柱(3)通过绝缘固定件(4)与上盖板(1)绝缘连接。
6.根据权利要求5所述的基于极耳直引式平焊结构的动力电池顶盖,其特征在于:所述上盖板(1)和正极柱(7)的材质均为铝,负极柱(3)的为铜铝电极柱,与正极柱(7)相连的金属硬连接件(12)的材质为铝,与负极柱(3)相连的金属硬连接件(12)的材质为铜,与正极柱(7)相连的金属护片(11)的材质为铝,与负极柱(3)相连的金属护片(11)的材质为铜。
7.动力电池顶盖,其特征在于:包括上盖板(1)、上塑胶(5)、密封圈(2)、固定件和两个电极柱,所述上盖板(1)设有防爆阀(8),上盖板(1)固定上塑胶(5),上盖板(1)与上塑胶(5)相配合,所述上塑胶(5)设有泄压孔(16),所述电极柱贯穿上塑胶(5)和上盖板(1),电极柱通过密封圈(2)与上塑胶(5)密封连接,电极柱通过固定件与上盖板(1)固定连接。
8.极耳直引式平焊结构,其特征在于:包括金属硬连接件(12)和金属护片(11),裸电芯(13)的极耳(10)设在金属护片(11)与金属硬连接件(12)之间,所述金属护片(11)通过裸电芯(13)的极耳(10)与金属硬连接件(12)相连。
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