CN108604660B - 具有双焊接结构的电池单元 - Google Patents

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Abstract

本公开内容提供了一种电池单元，该电池单元包括：具有其中堆叠包括正极、负极和插置在正极与负极之间的隔膜的电极的结构的两个或更多个电极组，其中电极组中的每一个包括位于一侧上的电极接片接头，并且电极接片接头经由导电连接构件电连接至引出到电池壳体的外部的电极引线，并且电极组中的每一个具有包括第一焊接接头和第二焊接接头的结构，第一焊接接头形成在导电连接构件的一端与电极接片接头之间，第二焊接接头形成在导电连接构件的另一端与电极引线之间。

Description

具有双焊接结构的电池单元
技术领域
本公开内容涉及一种具有双焊接结构的电池单元。
背景技术
随着化石燃料的使用迅速增加，对使用替代能源或清洁能源的需求增加。作为这种趋势的一部分，研究最活跃的领域是基于电化学的发电和储能。
目前，利用电化学能的电化学装置的典型例子是二次电池，且使用二次电池的领域逐渐增加。
根据电池壳体的形状，电池单元可划分为圆柱形电池、棱柱形电池、以及袋形电池，圆柱形电池配置成具有其中电极组件安装在圆柱形金属容器中的结构，棱柱形电池配置成具有其中电极组件安装在棱柱形金属容器中的结构，袋形电池配置成具有其中电极组件安装在由层压铝片制成的袋型壳体中的结构。
安装在电池壳体中的电极组件是可充放电的发电装置，其具有正极/隔膜/负极的层压结构，且被划分为果冻卷型和堆叠型，在果冻卷型中，长片型正极和负极在隔膜插置在正极与负极之间时卷绕，在堆叠型中，各自具有预定尺寸的多个正极和负极在隔膜插置在正极与负极之间时顺序地堆叠。
图1示意性地示出了典型的传统堆叠型电极组件的一般结构的侧视图。
参照图1，堆叠型电极组件1具有其中正极20和负极30与插置在二者之间的隔膜顺序地堆叠的结构，在正极20上，正极活性材料22涂覆在正极集流体21的两个表面上，在负极30上，负极活性材料32涂覆在负极集流体31的两个表面上。
在正极集流体21和负极集流体31中的每一个的一端上，未涂覆活性材料的多个正极接片41和负极接片51突出，以便分别电连接至构成电池的电极端子的正极引线60和负极引线(未示出)。
具体地，正极接片41和负极接片51分别耦接以具有密集形式并且连接至正极引线60和负极引线。这种结构可从图2a和图2b中更加容易看出，其中正极接片41和正极引线60的耦接部在局部放大图中示意性地示出。为了便于说明，仅在图2a和图2b中示出正极接片与正极引线的耦接结构，但这种结构也适用于负极接片与负极引线的耦接部。
参照这些附图，正极接片40在箭头方向上进行接触并且连接至正极引线60。正极引线60一般藉由焊接来耦接，并且正极引线60可在处于位于最上面的正极接片41的上表面上的状态时耦接，如图2a中所示，或者正极引线60可在处于位于最下面的正极接片42的下表面上的状态时耦接，如图2b中所示。
然而，在这种结构中，当通过增加电极堆叠的次数以增加电池的能量密度而使得电极组的厚度增加时，邻近于最外面的区域的电极接片应该形成得足够长以耦接至电极引线。因此，用作电极接片的电极未涂覆部的区域可能会增加，并且在集流体上涂覆有电极活性材料的区域可能会减小，因而电池的能够用于电池容量的部分可能会减少。
为了解决这一问题，在缩短电极接片的长度并弯曲电极接片且使它们紧密地接合到电极接片接头的过程中，应力集中在相对于电极引线的最外面的电极接片上，因而电极接片接头的结合力可能会减弱，断开的危险可能会增加，且安全性可能会下降。
因此，迫切需要一种能够通过最小化电极接片的长度来提高电池的能量密度，同时能够保持电极接片与电极引线之间的稳定连接状态的电池单元。
发明内容
技术问题
提供本公开内容以解决相关技术的上述问题和过去已认识到的技术问题。
本申请的发明人已经进行了深入研究和各种试验，并且已经证实，当形成在电池壳体中的每个电极组的一侧上的电极接片接头经由导电连接构件连接至电极引线时，电极接片接头与电极引线保持稳定的连接状态而不会断开，通过在最小化电极接片的长度的过程中增加涂覆有电极活性材料的区域来增加能量密度，从而实现本公开内容。
技术方案
本公开内容提供一种电池单元，该电池单元包括：
具有其中堆叠包括正极、负极和插置在正极与负极之间的隔膜的电极的结构的两个或更多个电极组，其中电极组中的每一个包括位于一侧上的电极接片接头，并且电极接片接头经由导电连接构件电连接至引出到电池壳体的外部的电极引线，并且电极组中的每一个具有包括第一焊接接头和第二焊接接头的结构，第一焊接接头形成在导电连接构件的一端与电极接片接头之间，第二焊接接头形成在导电连接构件的另一端与电极引线之间。
具体地，第一焊接接头和第二焊接接头可平行于电极引线形成，导电连接构件可具有在第一焊接接头和第二焊接接头之间的朝向电极主体或该电极主体的相反方向弯曲的弯曲部。
导电连接构件可由金属条制成，并且弯曲部例如可弯曲成具有在垂直截面中的圆弧形状。
在一个具体示例中，电池单元包括具有其中堆叠包括正极、负极和插置在正极与负极之间的隔膜的电极的结构的两个或更多个电极组，其中电极组中的每一个包括位于一侧上的电极接片接头，并且电极组中的每一个包括：第一焊接接头，在第一焊接接头中电极接片接头的一端直接耦接至引出到电池壳体的外部的电极引线；和第二焊接接头，在第二焊接接头中导电连接构件在第一焊接接头的相对位置处耦接至电极接片接头和电极引线。
例如，第一焊接接头可具有其中电极接片接头的一部分以弯曲状态耦接至电极引线的结构，第二焊接接头的尺寸可相对大于第一焊接接头的尺寸。
可选地，导电连接构件可具有其中第二焊接接头形成为与电极接片接头、和电极引线的外表面的形状相对应的弯曲状态的结构。
如上所述，包括在具有两种结构的电池单元中的电极组可由第一电极组和第二电极组构成；并且第一电极组和第二电极组可相对于电极引线对称地布置。
具体地，在形成电极组中的每一个的电极中，从活性材料涂覆部的一端向电极接片接头延伸的电极未涂覆部的弯曲角可相对于穿过电极组的中心的水平轴线对称。
例如，电极组中的每一个的最外面的电极可具有约20度至50度的弯曲角，但本公开内容并不限于此。
可选地，电极接片接头的一部分可在其中电极未涂覆部的弯曲角相对于穿过电极组的中心的水平轴线对称的状态下弯曲并耦接至电极引线。
电极引线的上表面和下表面可具有贴附于其的绝缘膜，用于确保电池壳体中的电绝缘。
电极组可在由层压片制成的电池壳体内与电解液密封在一起，电极组中的每一个可具有堆叠型电极组和堆叠/折叠型电极组。
此外，本公开内容包括一种包括该电池单元作为电源的装置。
有益效果
如上所述，根据本公开内容的电池单元具有其中形成在每个电极组一侧上的电极接片接头经由导电连接构件电连接至电极引线的结构，因此可以通过缩短电极接片的长度和增加涂覆电极活性材料的区域而增加能量密度。此外，通过防止用于形成电极接片接头的电极未涂覆部过度弯曲并且释放作用在电极接片上的应力，能够保持接片-引线耦接部的稳定连接状态并且能够确保电池的安全性。
附图说明
图1是从侧面看的传统的堆叠型电极组件的典型结构的示意图。
图2a和图2b是在图1的电极组件中正极接片耦接以具有密集形式并且连接至正极引线的一部分的放大图。
图3a是根据本公开内容的实施方式的通过将正极活性材料涂覆至包括在电极组中的正极集流体而制备的正极的示意图。
图3b是根据相关技术的通过将正极活性材料涂覆至包括在电池单元中的正极集流体而制备的正极的示意图。
图4是从侧面看的根据本公开内容实施方式的电池单元的内部的示意图。
图5是示出其中图4的电极接片接头与导电连接构件彼此连接的状态的局部放大图。
图6是图4的第一电极组的局部放大图。
图7是从侧面看的根据本公开内容实施方式的电池单元的内部的示意图。
图8是示出其中图7的电极接片接头与导电连接构件彼此连接的状态的局部放大图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述本公开内容的实施方式。然而，本文提供的描述是为了更好地理解本公开内容，本公开内容的范围并不限于此。
图3a图解了根据本公开内容的实施方式的通过将正极活性材料涂覆至包括在电极组中的正极集流体而制备的正极，图3b图解了根据相关技术的通过将正极活性材料涂覆至包括在电极单元中的正极集流体而制备的正极。
参照图3a，为了在纵向上在邻近于正极集流体101的一端的上部中形成未涂覆部102，可通过以下方式来制备正极100：将正极活性材料103涂覆至剩余部分，以便与该上部形成边界A-A’，并通过开槽(notching)去除未涂覆部102的除特定部分之外的剩余部分，以形成正极接片104。
参照图3b，为了在纵向上在邻近于正极集流体101的一端的上部中形成未涂覆部12，可通过以下方式来制备正极10：将正极活性材料13涂覆至剩余部分，以便与上部形成边界B-B’，并通过开槽去除未涂覆部12的除特定部分之外的剩余部分，以形成正极接片14。
根据本公开内容的正极100可与根据相关技术的正极10类似且通过相同的工艺制备。然而，正极接片104向上突出的长度L1可比相关技术的正极接片14的长度L2短，正极活性材料103的涂覆区域可形成为相对大于相关技术的正极活性材料13的涂覆区域。
也就是说，由于根据本公开内容的正极100经由如下所述的导电连接构件连接至电极引线，因此正极接片的长度可能不需要像传统的正极接片那么长。因此，根据本公开内容的正极的正极接片的长度可比传统的正极接片短，同时，涂覆正极活性材料的区域相对较宽。
为了便于说明，在图3a和图3b中仅示出了通过将正极活性材料涂覆在正极集流体上而制备的正极，但这种结构也适用于通过将负极活性材料涂覆在负极集流体上而制备的负极，因而与相同尺寸的电池单元相比，根据本公开内容的通过堆叠电极所制备的电池单元可具有相对较高的能量密度。
能量密度的这种相对差异可与图3a和图3b中示出的正极活性材料的涂覆区域的差异15成正比，例如位于边界A-A’与边界B-B’之间的区域15。
图4是从侧面看的根据本公开内容实施方式的电池单元的内部的示意图，图5是示出其中图4的电极接片接头与导电连接构件彼此连接的状态的局部放大图。
图4集中在电池单元的接片-引线耦接部，参照图4，在根据本公开内容的电池单元200的电池壳体201中，可全部包括第一电极组210和第二电极组220、电极接片接头211和221、导电连接构件230和240、以及电极引线250，第一电极组210和第二电极组220每一个都具有其中包括正极/隔膜/负极结构的电极(未示出)在垂直于地面的方向上堆叠的结构；在电极接片接头211和221中，从相应的电极组210和220在一个方向上伸出的电极接片彼此耦接以具有密集形式；导电连接构件230和240插置在电极接片接头211和221与电极引线250之间；电极引线250的一端连接至导电连接构件230和240，另一端引出至电池壳体201的外部。
一并参照图4和图5，可形成电极接片接头211和电极接片接头221，在电极接片接头211中，从第一电极组210在一个方向上伸出的电极接片210a以密集形式连接，在电极接片接头221中，从第二电极组220在一个方向上伸出的电极接片220a以密集形式连接。
位于电极接片接头211和221与电极引线250之间的导电连接构件230和240可包括使一端分别焊接至电极接片接头211和221的第一焊接接头231和241以及使另一端焊接至电极引线250的第二焊接接头232和242。
第一焊接接头231和241可平行于电极接片接头211和221的纵向形成，第二焊接接头232和242可平行于电极引线250的纵向形成。导电连接构件230和240的位于第一焊接接头231和241与第二焊接接头232和242之间的部分230a和240a可具有在朝向电极接片210a和220a所位于的电极主体210和220的方向上弯曲的形状，例如，圆弧的垂直截面形状。然而，根据本公开内容的电池单元200并不限于弯曲方向朝向电极主体210和220的结构，而且包括向电极主体210和220的相对侧弯曲的结构。
第一电极组210和第二电极组220可以以电极引线250的纵向作为中心轴线C-C’而对称地形成。
图6是图4的第一电极组的局部放大图。
包括在第一电极组210中的多个电极可包括到达活性材料涂覆部212的电极未涂覆部210a以及电极接片接头211，电极未涂覆部210a具有相对于穿过第一电极组210的中心的水平轴线X-X’的对称结构。
相对于水平轴线X-X’位于上侧的最外面的电极未涂覆部和位于下侧的最外面的电极未涂覆部与水平轴线X-X’形成的角可分别为θ1和θ2，θ1和θ2是彼此相同的角。
尽管在图6中仅示出由最外面的电极未涂覆部形成的角，但电极未涂覆部210a可具有相对于穿过第一电极组210的中心的水平轴线X-X’的对称结构，因此，位于上侧的最外面的电极未涂覆部与水平轴X-X’之间的电极未涂覆部以及位于下侧的最外面的电极未涂覆部与水平轴线X-X’之间的电极未涂覆部可具有相对于水平轴线X-X’相同的角。
在这样的结构的情况下，由于弯曲以形成电极接片的电极未涂覆部的角度可以是恒定的，因此与相关技术相比，电极未涂覆部不会那样剧烈弯曲以到达电极引线，因而可以防止过大的应力作用在电极接片部分上。此外，可防止应力作用不平衡，因为电极未涂覆部以对称结构形成。
图7是从侧面看的根据本公开内容实施方式的电池单元的透视图，图8是示出其中图7的包括在电池单元中的电极接片接头与导电连接构件彼此连接的状态的局部放大图。
参照图7，在根据本公开内容实施方式的电池单元300的电池壳体301中，可全部包括第一电极组310和第二电极组320、电极接片接头311和321、导电连接构件330和340、以及电极引线350，在电极接片接头311和321中，从电极组310和320中的每一个在一个方向上伸出的电极接片以密集形式耦接；导电连接构件330和340插置在电极接片接头311和321与电极引线350之间；电极引线350的一端连接至导电连接构件330和340，另一端引出至电池壳体301的外部，仅示出了电池单元300的一部分。
一并参照图6和图7，可在电池单元300的一侧形成电极接片接头311和电极接片接头321，在电极接片接头311中，从第一电极组310在一个方向上伸出的电极接片310a以密集形式连接，在电极接片接头321中，从第二电极组320在一个方向上伸出的电极接片320a以密集形式连接。
电极接片接头311和321的一端可包括第一焊接接头331和341、以及第二焊接接头332和342，第一焊接接头331和341形成为直接耦接至电极引线的一端，在第二焊接接头332和342中，位于第一焊接接头331和341的相对侧上的导电连接构件330和340分别耦接至电极接片接头311和321以及电极引线350。
位于电极引线350附近的电极接片接头311和321的一端可通过在局部弯曲状态下的焊接而耦接至电极引线350，以形成第一焊接接头331和341。
由于导电连接构件330和340分别耦接至电极引线350以及电极接片接头311和321，因此第二焊接接头332和342可相对大于第一焊接接头331和341并且可弯曲成对应于电极接片接头311和321以及电极引线350的外表面的形状。
第一电极组310和第二电极组320可以以电极引线350的纵向为中心轴线C-C’对称地形成。
本领域的技术人员应理解的是，在不背离本公开内容的精神和范围的情况下可做出各种修改。

Claims (15)

1.一种电池单元，包括：
每一个具有其中堆叠正极、负极和插置在所述正极与所述负极之间的隔膜的结构的两个或更多个电极组，
其中所述两个或更多个电极组中的第一电极组包括位于一侧上并且电连接至第一导电连接构件的第一电极接片接头，并且所述两个或更多个电极组中的第二电极组包括位于所述一侧上并且电连接至第二导电连接构件的第二电极接片接头，所述第一导电连接构件和所述第二导电连接构件二者电连接至引出到电池壳体的外部的电极引线，
其中所述第一导电连接构件和所述第二导电连接构件中的每一个具有包括第一焊接接头和第二焊接接头的结构，所述第一焊接接头形成在相应的导电连接构件的一端与相应的电极接片接头之间，所述第二焊接接头形成在相应的导电连接构件的另一端与所述电极引线之间，并且
其中所述第一焊接接头和所述第二焊接接头以及所述第一电极接片接头和所述第二电极接片接头平行于所述电极引线形成。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述第一导电连接构件和所述第二导电连接构件中的每一个具有在所述第一焊接接头与所述第二焊接接头之间的朝向电极主体或所述电极主体的相反方向弯曲的弯曲部。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其中所述第一导电连接构件和所述第二导电连接构件中的每一个由金属条制成，并且所述弯曲部弯曲成具有在垂直截面中的圆弧形状。
4.一种电池单元，包括：
每一个具有其中堆叠正极、负极和插置在所述正极与所述负极之间的隔膜的结构的两个或更多个电极组，
其中所述两个或更多个电极组中的第一电极组包括位于一侧上并且电连接至第一导电连接构件的第一电极接片接头，所述两个或更多个电极组中的第二电极组包括位于所述一侧上并且电连接至第二导电连接构件的第二电极接片接头，
其中所述第一电极接片接头和所述第二电极接片接头中的每一个的一端在相应的第一焊接接头中直接耦接至引出到电池壳体的外部的电极引线，
其中所述第一导电连接构件和所述第二导电连接构件中的每一个在相应的第二焊接接头中耦接至相应的电极接片接头和所述电极引线，所述第一导电连接构件和所述第二导电连接构件中的每一个在所述第一焊接接头的相对位置处耦接至所述相应的电极接片接头，并且
其中所述第二焊接接头的至少一部分和所述第一焊接接头沿所述电极引线的纵向形成。
5.根据权利要求4所述的电池单元，其中所述第一焊接接头具有其中相应的电极接片接头的一部分以弯曲状态耦接至所述电极引线的结构。
6.根据权利要求4所述的电池单元，其中所述第二焊接接头的尺寸相对大于所述第一焊接接头的尺寸。
7.根据权利要求4所述的电池单元，其中所述第一导电连接构件和所述第二导电连接构件中的每一个具有其中所述第二焊接接头形成为与相应的电极接片接头、和所述电极引线的外表面的形状相对应的弯曲状态的结构。
8.根据权利要求1和权利要求4中任一项所述的电池单元，
其中所述第一电极组和所述第二电极组相对于所述电极引线对称地布置。
9.根据权利要求8所述的电池单元，其中，在形成所述第一电极组和所述第二电极组中的每一个的电极中，从活性材料涂覆部的一端向相应的电极接片接头延伸的电极未涂覆部的弯曲角相对于穿过相应的电极组的中心的水平轴线对称。
10.根据权利要求9所述的电池单元，其中所述第一电极组和所述第二电极组中的每一个的最外面的电极具有20度至50度的弯曲角。
11.根据权利要求4所述的电池单元，其中所述第一电极组和所述第二电极组相对于所述电极引线对称地布置，
其中，在形成所述第一电极组和所述第二电极组中的每一个的电极中，从活性材料涂覆部的一端向相应的电极接片接头延伸的电极未涂覆部的弯曲角相对于穿过相应的电极组的中心的水平轴线对称，并且
其中所述相应的电极接片接头的一部分在其中所述电极未涂覆部的所述弯曲角相对于穿过所述相应的电极组的中心的所述水平轴线对称的状态下弯曲并耦接至所述电极引线。
12.根据权利要求1和权利要求4中任一项所述的电池单元，其中所述电极引线的上表面和下表面具有贴附于其的绝缘膜，用于确保所述电池壳体中的电绝缘。
13.根据权利要求1和权利要求4中任一项所述的电池单元，其中所述两个或更多个电极组在由层压片制成的所述电池壳体内与电解液密封在一起。
14.根据权利要求1和权利要求4中任一项所述的电池单元，其中所述两个或更多个电极组中的每一个是堆叠型电极组或堆叠/折叠型电极组。
15.一种包括根据权利要求1和权利要求4中任一项所述的电池单元作为电源的装置。
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