CN109216595B - 一种动力电池顶盖组件、动力电池及电池模组 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种动力电池顶盖组件、动力电池及电池模组，其中的动力电池顶盖组件，包括：顶盖片，具有极柱孔；连接块，位于顶盖片的一侧，连接块的远离顶盖片的一侧具有第一凹槽；导电块，容纳于第一凹槽；第一极柱，穿过极柱孔、第一通孔和导电块，且与导电块连接；填充层，位于连接块和导电块之间且与连接块和导电块接触，用于提供从导电块至连接块的导电通路。本发明实施例提供的动力电池顶盖组件，把导电部位与受力支撑部位分开，使导电效果更好，降低了焊接截面承受的密封部件的挤压力，提高了连接界面的可靠性，解决了连接界面断裂的问题，从而延长了动力电池电极的使用寿命。
Description
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组件、动力电池及电池模组。
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，无法容易地将铜和铝采用超声波焊、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或都为铜。如果正极极柱为铝质，负极极柱为铜，那么就必须有一个铜铝转接的结构来实现电芯外部的两个连接块实现都为铝或都为铜。
以负极为例，为了实现铜铝转接，通常的解决方式为铜材质的负极极柱与铝材质的连接块铆接，或者利用摩擦焊接将负极极柱设置为两段，上段为铝材质并与铝材质的连接块焊接，下段为铜材质。然而，对于铜材质的负极极柱与铝材质的连接块铆接的方式而言，由于铜材质和铝材质极易发生氧化，如果不焊接会在两者的接触表面上形成氧化层进而增大电阻，同时电池应用过程中由于振动/冲击等外部原因引起铆接处的界面接触电阻波动，影响电芯过流导致电芯性能降低；对于摩擦焊接将负极极柱设置为两段的方式而言，由于铜铝摩擦焊接需要单个生产，一方面生产效率低成本较高，另一方面铜铝转接的界面长期处于拉应力状态，容易在铜铝转接的界面处发生断裂，影响电芯性能降低更甚至于失效，对于直径较小的极柱这种情况更为严重。
发明内容
鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明实施例提供了一种动力电池顶盖组件、动力电池及电池模组。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种动力电池顶盖组件，包括：
顶盖片，具有极柱孔；
连接块，位于所述顶盖片的一侧，所述连接块的远离所述顶盖片的一侧具有第一凹槽，所述第一凹槽的底部开设第一通孔；
导电块，容纳于所述第一凹槽；
第一极柱，穿过所述极柱孔、所述第一通孔和所述导电块，且与所述导电块连接；
填充层，位于所述连接块和所述导电块之间且与所述连接块和导电块接触，用于提供从所述导电块至所述连接块的导电通路。
可选择地，所述第一极柱和所述导电块的材质均具有第一基体金属，所述连接块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。
可选择地，所述第一极柱被焊接到所述导电块。
可选择地，所述导电块的远离所述顶盖片的一侧具有第二凹槽，所述第二凹槽的底部开设第二通孔，所述第一极柱穿过所述第二通孔并与所述导电块铆接固定。
可选择地，所述填充层接触所述第一凹槽的底面和所述第一凹槽的侧面，并且接触所述导电块的底面和所述导电块的侧面。
可选择地，所述第一极柱具有固定部，所述固定部位于所述顶盖片的远离所述连接块的一侧，并且所述固定部的横截面积大于所述极柱孔的横截面积；
所述动力电池顶盖组件包括密封圈，所述密封圈套设于所述第一极柱且所述密封圈的至少一部分位于所述固定部和顶盖片之间。
可选择地，所述导电块的外形设为圆柱形或者圆台形，所述连接块的所述第一凹槽与所述导电块的形状适配。
可选择地，所述导电块的远离所述顶盖片的端面以及所述第一极柱的远离所述顶盖片的端面均不凸出于所述连接块的远离所述顶盖片的端面。
可选择地，所述填充层的材质选自锡、锡合金、银、银合金、镍或镍合金中的任意一种。
可选择地，所述第一基体金属为铜，所述第二基体金属为铝。
根据本发明实施例的第二方面，还提供一种动力电池，包括：
电芯；
壳体，用于容置所述电芯且具有开口；
所述的动力电池顶盖组件，封闭所述壳体的开口。
根据本发明实施例的第三方面，还提供一种电池模组，包括：
两个以上所述的动力电池；
汇流排，联接相邻的动力电池，所述汇流排焊接于其中一个所述动力电池的所述连接块，且所述汇流排的材质和所述连接块的材质具有相同的基体金属。
本发明实施例提供的动力电池顶盖组件、动力电池以及电池模组，避免了连接块和导电块之间的连接界面长期处于拉应力状态，提高了连接界面的可靠性，解决了连接界面断裂的问题，从而延长了动力电池电极的使用寿命。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本发明实施例提供的动力电池电极的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的动力电池电极的装配示意图(图中省略了极柱)；
图3是本发明实施例提供的动力电池电极的装配完成示意图(图中省略了极柱)；
图4是本发明实施例提供的动力电池的电池顶盖的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的动力电池的电池顶盖的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的动力电池的电池顶盖的爆炸示意图；
图7是本发明实施例提供的动力电池的电池顶盖的剖视结构示意图；
图8是图7中A处的局部放大示意图；
图9是本发明实施例提供的动力电池的电池顶盖的剖视结构示意图；
图10是图9中B处的局部放大示意图。
图中：
100、第一电极组件；110、第一极柱；113、固定部；120、导电块；121、第二通孔；125、第二凹槽；130、连接块；131、第一通孔；135、第一凹槽；140、填充层；150、第二电极组件；
200、顶盖片；201、密封圈；202、第一绝缘部件；203、第二绝缘部件；204、防爆阀；205、绝缘定位块。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
如图1-10所示，本发明实施例提供一种动力电池顶盖组件，包括顶盖片200、第一电极组件100和第二电极组件150，第一电极组件100可以用于电连接动力电池的正极或者负极，相应地，第二电极组件150可以用于电连接动力电池的负极或者正极。下面以第一电极组件100电连接负极，第二电极组件150电连接正极的方式进行举例说明。第一电极组件100包括连接块130、导电块120、第一极柱110、填充层140，其中：顶盖片200具有极柱孔；连接块130位于顶盖片200的一侧，连接块130的远离顶盖片的一侧具有第一凹槽135，第一凹槽135的底部开设第一通孔131；导电块120容纳于第一凹槽135；第一极柱110穿过极柱孔、第一通孔131和导电块120，且与导电块120连接；填充层140位于连接块130和导电块120之间且与连接块130和导电块120接触，用于提供从导电块120至连接块130的导电通路。
第二电极组件150可以采用与第一电极组件100相同的结构成型，也可以采用其他的结构成型。
通常地，第一凹槽135和第二凹槽125的形状与第一极柱110适配，当第一极柱110为圆柱形时，第一凹槽135和第二凹槽125也为圆柱形，并且第一凹槽135和第二凹槽125围绕第一极柱110同轴布置，并在第一凹槽135和第二凹槽125之间形成圆筒形的间隙，对该间隙填充具有导电性的焊料，通过熔合焊接的方式成型，形成填充层140。第一极柱110通过导电块120、填充层140与连接块130导电，由于通过填充层140实现导电块120与连接块130之间的导电通路，使导电块120和连接块130可以使用不同的金属材质，并且通过熔合焊接的方式，使导电块120、连接块130和二者之间的填充层140具有更稳定的机械强度，能够承受更大的挤压力和拉伸力作用。
可选择地，第一极柱110采用方柱形、圆台形或者不规则的柱体结构，第一凹槽135、第二凹槽125也可以与第一极柱110进行适配设计，通过导电块120和连接块130及二者之间的填充层140整体成型后，也能够在提供导电通路的同时，具有良好的机械强度，能够承受更大的挤压力和拉伸力作用。
本发明实施例提供的动力电池顶盖组件，避免了连接块和导电块之间的连接界面长期处于拉应力状态，降低了焊接截面承受的密封部件的挤压力，提高了连接界面的可靠性，解决了连接界面断裂的问题，从而延长了动力电池电极的使用寿命。同时，由于填充层的存在，实现了导电块和连接块可以使用不同的金属材质。
可选择地，本实施例提供的动力电池顶盖组件，第一极柱110和导电块120的材质均具有第一基体金属，连接块130的材质具有第二基体金属，第一基体金属不同于第二基体金属。其中第一基体金属可以是铜或者铜合金，第二基体金属可以是铝或者铝合金。基体金属指的是组成合金的主要成分金属，例如第一极柱110的材质为纯铝、铝锰合金时，导电块120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。通过填充层140，将不同的基体金属材质的导电块120和连接块130之间实现连接，并形成导电通路，从而使导电块120与连接块130之间不仅具有良好的导电性，同时还具有良好的机械强度，能够承受更大的挤压力和拉伸力作用。
可选择地，本实施例提供的动力电池顶盖组件，第一极柱110被焊接到导电块120，从而避免了第一极柱110和导电块120由于形成氧化层从而增大电阻的情形。导电块120的远离顶盖片的一侧具有第二凹槽125，第二凹槽125的底部开设第二通孔121，第一极柱110穿过第二通孔121并与导电块120铆接固定，不仅可以避免第一极柱110的端部松动，还可以保证导电块120与连接块130之间的连接界面的稳定性，减少了连接界面断裂的风险。
可选择地，本实施例提供的动力电池顶盖组件，填充层140接触第一凹槽135的底面和第一凹槽135的侧面，并且接触导电块120的底面和导电块120的侧面，从而使导电块120与连接块130之间具有更大的导电面积，同时也使二者之间连接的机械强度更好，从而延长了动力电池顶盖组件的使用寿命。
可选择地，本实施例提供的动力电池顶盖组件，第一极柱110具有固定部113，固定部113位于顶盖片200的远离连接块130的一侧，并且固定部113的横截面积大于极柱孔的横截面积，从而使固定部113能够抵靠在顶盖片200的内侧表面，从而将第一极柱110固定于顶盖片200。
本实施例提供的动力电池顶盖组件，还包括密封圈201，密封圈201套设于第一极柱110且密封圈201的至少一部分位于固定部113和顶盖片200之间，密封圈能够对第一极柱110和顶盖片200之间的连接间隙进行密封，防止动力电池的电解液通过第一极柱110和顶盖片200之间的连接间隙泄漏出去，从而保证动力电池的使用安全。
可选择地，本实施例提供的动力电池顶盖组件，导电块120的远离顶盖片200的端面以及第一极柱110的远离顶盖片200的端面均不凸出于连接块130的远离顶盖片200的端面，从而保证连接块130与汇流排连接的表面平整，避免导电块120凸出于连接块130而使汇流排连接困难。
可选择地，本实施例提供的动力电池顶盖组件，填充层140的材质采用锡、锡合金、银、银合金、镍或镍合金中的任意一种，填充层140所采用的材质能够使导电块120和连接块130能够实现良好的连接，所以通常地，需要选用同时与导电块120和连接块130的材质都具有良好的界面连接性能的材料。
可选择地，本实施例提供的动力电池顶盖组件，在连接块130与顶盖片200之间设置第一绝缘部件202，使连接块130与顶盖片200之间绝缘；同时在顶盖片200的下部设有第二绝缘部件203，第二绝缘部件203设置在顶盖片200与第一极柱110之间，第二绝缘部件203能够使第一极柱110与顶盖片200之间绝缘。通过第一绝缘部件202和第二绝缘部件203的设计，可以使第一电极组件100与顶盖片200之间实现绝缘。
如图5-6所示，本发明实施例还提供一种动力电池，包括电芯、壳体和动力电池顶盖组件；壳体用于容置电芯且具有开口；动力电池顶盖组件封闭壳体的开口。
本发明实施例提供的动力电池，避免了连接块和导电块之间的连接界面长期处于拉应力状态，提高了连接界面的可靠性，解决了连接界面断裂的问题，从而延长了动力电池电极的使用寿命。同时，由于填充层的存在，实现了导电块和连接块可以使用不同的金属材质。
本发明实施例还提供一种电池模组，包括两个以上动力电池；以及
汇流排，联接相邻的动力电池，汇流排焊接于其中一个动力电池的连接块130，且汇流排的材质和连接块130的材质具有相同的基体金属。
动力电池之间可以是串联连接也可以是并联连接，或者可以是串联与并联相结合的方式连接。
本发明实施例提供的动力电池模组，避免了连接块和导电块之间的连接界面长期处于拉应力状态，提高了连接界面的可靠性，解决了连接界面断裂的问题，从而延长了动力电池电极的使用寿命。同时，由于填充层的存在，实现了导电块和连接块可以使用不同的金属材质。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。
Claims (10)
1.一种动力电池顶盖组件，其特征在于，包括：
顶盖片，具有极柱孔；
连接块，位于所述顶盖片的一侧，所述连接块的远离所述顶盖片的一侧具有第一凹槽，所述第一凹槽的底部开设第一通孔；
导电块，容纳于所述第一凹槽；
第一极柱，穿过所述极柱孔、所述第一通孔和所述导电块，且与所述导电块连接；
填充层(140)，位于所述连接块和所述导电块之间且与所述连接块和导电块接触，用于提供从所述导电块至所述连接块的导电通路；
所述第一凹槽的底面与所述导电块的底面相对设置；
所述填充层(140)接触所述第一凹槽的底面和所述第一凹槽的侧面，并且接触所述导电块的底面和所述导电块的侧面；
所述导电块(120)远离所述顶盖片(200)的一侧具有第二凹槽(125)，所述第二凹槽(125)与所述导电块(120)底端内壁形成台阶，所述第二凹槽(125)的底部开设第二通孔(121)，所述第一极柱(110)穿过所述第二通孔(121)并与所述台阶相抵，且与所述导电块(120)铆接固定。
2.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于，所述第一极柱(110)和所述导电块(120)的材质均具有第一基体金属，所述连接块(130)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。
3.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于，所述第一极柱(110)被焊接到所述导电块(120)。
4.根据权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于，所述第一极柱(110)具有固定部(113)，所述固定部(113)位于所述顶盖片(200)的远离所述连接块(130)的一侧，并且所述固定部(113)的横截面积大于所述极柱孔的横截面积；
所述动力电池顶盖组件包括密封圈(201)，所述密封圈(201)套设于所述第一极柱(110)且所述密封圈(201)的至少一部分位于所述固定部(113)和顶盖片(200)之间。
5.如权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于，
所述导电块(120)的外形设为圆柱形或者圆台形，所述连接块(130)的所述第一凹槽与所述导电块(120)的形状适配。
6.如权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于，
所述导电块(120)的远离所述顶盖片(200)的端面以及所述第一极柱(110)的远离所述顶盖片(200)的端面均不凸出于所述连接块(130)的远离所述顶盖片(200)的端面。
7.如权利要求1所述的动力电池顶盖组件，其特征在于，
所述填充层的材质选自锡、锡合金、银、银合金、镍或镍合金中的任意一种。
8.如权利要求2所述的动力电池顶盖组件，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。
9.一种动力电池，其特征在于，包括：
电芯；
壳体，用于容置所述电芯且具有开口；
如权利要求1-8之一所述的动力电池顶盖组件，封闭所述壳体的开口。
10.一种电池模组，其特征在于，包括：
两个以上权利要求9所述的动力电池；
汇流排，联接相邻的动力电池，所述汇流排焊接于其中一个所述动力电池的所述连接块(130)，且所述汇流排的材质和所述连接块(130)的材质具有相同的基体金属。
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