CN111213257A - 能量储存装置和能量储存模块 - Google Patents

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Abstract

能量储存装置和能量储存模块包括：外壳，其上安装有外部端子；容纳在外壳中的电极组件；一端连接到外部端子的导电轴部；容纳在外壳中的导电板部，导电轴部的另一端连接到该导电板部，并且电极组件连接到该导电板部。在外部端子的放置有汇流条的第一表面上形成凹部，并且外部端子的第二表面相对地面对外壳。导电轴部的一端在凹部的内部中与外部端子压力接触。形成在外部端子上的凹部被汇流条气密地覆盖。

Description

能量储存装置和能量储存模块
技术领域
本发明涉及一种能量储存装置和能量储存模块。
背景技术
可充电且可放电的能量储存装置被用于各种设备中，所述设备例如是移动电话和汽车。使用电能作为动力源的车辆，例如电动汽车(EV)或插电式(plug-in)混合电动汽车(PHEV)，需要大量的能量。因此，包括多个能量储存装置的大容量能量储存模块被安装在车辆上。
通常，能量储存装置被构造成将电极组件与电解液一起气密地容纳在壳中，所述电极组件通过将具有介于正极板和负极板之间的分隔件的正极板和负极板进行堆叠或卷绕而形成。经由集电器电连接至电极组件的正极外部端子和负极外部端子安装在壳的盖板上。
垫或绝缘板被设置在壳与端子之间以及壳与集电器之间。
专利文献1公开了具有角形壳(angular case)的锂离子二次电池。在所述壳的盖上形成有通孔。杆状的筒部插入通孔中，筒部的一个端部与壳中的第一凸缘部连接，并且筒部的另一端部与端子板(外部端子)连接。电极组件的片连接到第一凸缘部。
现有技术文件
专利文件
专利文件1：JP-A-2016-91659
发明内容
本发明要解决的问题
能量储存装置被要求表现出：在外部端子与集电器之间良好的机械和电连接性能、良好的气密性以及良好的防止电解质溶液从能量储存装置泄漏以及防止湿气侵入能量储存装置中的性能。
本发明是鉴于这样的情况而做出的，并且本发明的目的是提供一种能量储存装置和能量储存模块，该能量储存装置和能量储存模块显示出良好的气密性并且可以防止电解质溶液从该能量储存装置泄漏和湿气侵入到能量储存装置中。
解决问题的手段
根据本发明的能量储存装置和能量储存模块分别包括：外壳，其上安装有外部端子；容纳在外壳中的电极组件；一端连接到外部端子的导电轴部；容纳在外壳中的导电板部，导电轴部的另一端连接到导电板部，并且电极组件连接到导电板部，其中外部端子构造成在外部端子的第一表面上形成凹部，所述第一表面上放置有汇流条，并且外部端子的第二表面相对地面对外壳，导电轴部的一端在凹部的内部中与外部端子压力接触，并且形成在外部端子上的凹部被汇流条气密地覆盖。
发明的优点
根据本发明的能量储存装置和能量储存模块，凹部形成在外部端子的第一表面上，并且该凹部被汇流条气密地覆盖，并且因此，外部端子与导电轴部之间的压力接触部分被与外部隔离。因此，本发明的能量储存装置和能量储存模块可以获得良好的耐腐蚀性，并且可以抑制能量储存装置的电性能的降低和能量储存装置的寿命的缩短。
附图说明
图1是能量储存装置的示意性透视图。
图2是能量储存装置的示意性前视图。
图3是沿着图2中的线III-III截取的能量储存装置的示意性截面图。
图4是沿着图2中的线IV-IV截取的、能量储存装置的在盖板附近的一部分的局部放大截面图。
图5是包括多个能量储存装置的能量储存模块的示意图。
图6是沿着图5中的线VI-VI截取的能量储存装置的一部分的局部放大截面图。
具体实施方式
在下文中，参考示出根据实施方式的能量储存装置和能量储存模块的附图描述本发明。图1是能量储存装置的示意性透视图，图2是能量储存装置的示意性前视图。以下，针对能量储存装置1为锂离子二次电池(secondary battery)的情况进行说明。然而，能量储存装置1不限于锂离子二次电池。
如图1所示，能量储存装置1包括：壳2(外壳)，其具有盖板21和壳体20；正极端子4(外部端子)；负极端子5(外部端子)；外垫7、10；破裂阀6(rupture valve)，以及集电器9、12。正极端子4在其大致中心部分处具有凹部41，并且集电器12的端部机械地且电气地连接至凹部41。负极端子5在其大致中心部分处具有凹部51，并且集电器9的端部机械地且电气地连接至凹部51。集电器9、12的详细的连接结构在后面叙述。。
壳2例如由诸如铝、铝合金、不锈钢的金属或合成树脂制成。壳2具有长方形的平行六面体的形状(rectangular parallelepiped shape)，并且所述壳2容纳后述的电极组件3和电解质溶液(electrolyte solution)(图中未示出)。在该实施方式中，盖板21以竖直延伸的方式设置在能量储存装置1的安装表面(图中未示出)上。盖板21可以在图1中以朝上的方式设置。
如图2所示，正极端子4通过外垫10设置在盖板21的外表面的一个端部上，负极端子5通过外垫7设置在盖板21的的外表面的另一个端部上。正极端子4和负极端子5分别被配置为使得电极端子的平坦的外表面被暴露，并且导电构件例如汇流条(bus bar)(图中未示出)被焊接到所述外表面。破裂阀6设置在形成在盖板21上的正极端子4与负极端子5之间。
图3是沿着图2中的线III-III截取的能量储存装置1的示意性截面图。如图3所示，电极组件3包括多个正极板13、多个负极板14和多个分隔件15。当从图3的横向观察，正极板13、负极板14和分隔件15分别具有矩形形状。所述多个正极板13和所述多个负极板14被堆叠为使得正极板13和负极板14交替地堆叠并且分隔件15介于正极板13和负极板14之间。图3示出了一种状态，其中分别从所述负极板14延伸的负极片17被设置为在负极板14的远端侧彼此重叠，并接合到导电板部90的内表面(第二表面)接合。负极片17以弯曲的姿势容纳在壳2的内部，从而增强了能量储存装置1的能量密度(以使得在被负极端子5和负极板14之间的电流路径所占据的空间较小)。尽管未在图中示出，但是从正极板13延伸的正极片16(稍后描述)具有与负极片17相同的配置。
电极组件3可以是卷绕型电极组件，所述卷绕型电极组件通过对在平坦状态时具有介于正极板13和负极板14之间的分隔件15的长形的正极板13和长形的负极板14进行卷绕而获得。稍后描述集电器9(current collector)的安装结构。
正极板13是通过在正极基底箔的两个表面上形成正极活性物质层而获得的，所述正极基底箔是板状(片状)或细长条状的金属箔，所述金属箔由铝、铝合金或类似物制成。负极板14是通过在负极基底箔的两个表面上形成负极活性物质层而获得的，所述负极基底箔是板状(片状)或细长的带状的金属箔，所述金属箔由铜、铜合金或类似物制成。
作为用于形成正极活性物质层的正极活性物质或作为用于形成负极活性物质层的负极活性物质，可以使用已知的材料，只要该正极活性物质和负极活性物质能够吸留(occlude)和排出(discharge)锂离子。
作为正极活性物质，例如，可以使用聚阴离子化合物(如LiMPO4、LiM2SiO4、LiMBO3(M是从由Fe、Ni、Mn、Co或类似物组成的组中选出的一种、两种或更多种的过渡金属元素))、尖晶石化合物(如钛酸锂或锰酸锂)、锂过渡金属氧化物(如LiMO2(M是从由Fe、Ni、Mn、Co或类似物组成的组中选出的一种、两种或更多种的过渡金属元素))或类似物。
作为负极活性物质，例如，除了锂金属和锂合金(锂-铝、锂-硅、锂-铅、锂-锡、锂-铝-锡、锂-镓以及包含诸如伍德合金(wood alloy)的合金的锂金属)、可以吸留或放出锂离子的合金之外，还可以列举出碳材料(例如石墨、难石墨化碳、易石墨化碳、低温烧结碳、无定形碳等)、金属氧化物，锂金属氧化物(Li4Ti5O12等)、多磷酸化合物等。
分隔件15是使用片状或膜状的材料形成的，电解质溶液渗透进所述片状或膜状的材料内。作为形成分隔件15的材料，例如，可以列举出织造布(woven fabric)、非织造布(non-woven fabric)以及片状或膜状的微孔树脂。分隔件15将正极板13和负极板14彼此分离，并且同时将电解质溶液保持在正极板13和负极板14之间。
图4是沿图2中的线IV-IV截取的、能量储存装置1在盖板21附近的一部分的局部放大截面图。两个通孔210、211以沿盖板21的纵向方向间隔开的方式形成在盖板21中。破裂阀6设置在通孔210、211之间。
如图4所示，能量储存装置1在通孔211的附近具有负极端子5、外垫7、内垫8以及集电器9。
集电器9由铜制成，并且包括导电板部90、导电轴部91和模压部92。导电板部90设置在盖板21内。圆筒状的导电轴部91设置在导电板部90的外表面(第一表面)的大致中心部分处，并且穿过通孔211。模压部92形成在导电轴部91的沿导电轴部91的轴向方向的一端上。
导电轴部91可以与导电板部90一体地形成。或者，导电轴部91可以形成为与导电板部90分离的主体，并且可以通过焊接、模压(swaging)或类似方式而结合到导电板部90。导电轴部91可以是一个实心的部分。
内垫8例如由诸如聚苯硫醚(PPS)或聚丙烯(PP)的合成树脂制成。内垫8具有板部80、插入孔81、凸台82、边缘部83和压缩凸部84(compressed convex portions)。板部80介于导电板部90和盖板21的内表面之间，并在其大致中心部分处具有插入孔81。圆筒状的凸台82被设置成包围插入孔81并覆盖导电轴部91的外周。在板部80的内表面的外周边缘形成有向内突出的边缘部83。边缘部83覆盖导电板部90的侧面。在板部80的凸台82的外周侧的两个表面上分别形成有环状的压缩凸部84。压缩凸部84不限于环形，并且可以在圆周方向上以间隔开的方式形成多个压缩凸部84。压缩凸部84在模压的时候通过按压而被压缩。
负极端子5由铝制成，并具有长方形的板状形状。负极端子5在其第一表面(外表面)上具有圆孔状的凹部51。在该凹部51的底表面的中心部分中，形成有插入孔52(通孔)，导电轴部91穿过插入孔52。
负极端子5由铝制成，模压部92由铜制成，因此，在离子化倾向(ionizationtendency)方面，负极端子5和模压部92之间存在大的差异。假设一种情况，其中诸如水的液体侵入负极端子5与模压部92之间的接触部分，使得模压部92与负极端子5通过液体彼此导通，这时担心的是发生电作用(电腐蚀)。
外垫7由诸如PPS或PP的合成树脂制成。外垫7具有板部70、插入孔71和边缘部72。板部70介于盖板21的外表面和负极端子5的内表面之间。在板部70的大致中心部分处形成有插入孔71，并且凸台82插入到所述插入孔71中。在板部70的外表面的周缘形成有向外侧突出的边缘部72。边缘部72覆盖负极端子5的侧面。
导电板部90和负极片17各自的在盖板21的平面方向(纵向)上的尺寸(面积)被设定为大于负极端子5在盖板21的平面方向(纵向)上的尺寸。
如图4所示，能量储存装置1在通孔210的附近具有正极端子4、外垫10、内垫11以及集电器12。
集电器12由铝制成，并且包括导电板部120、导电轴部121和模压部122。导电板部120设置在盖板21内。圆筒形的导电轴部121设置在导电板部120的大致中心部分处，并且穿过通孔210。模压部122形成在导电轴部121的端部上。
导电轴部121可以与导电板部120一体地形成。或者，导电轴部121可以形成为与导电板部120分离的主体，并且可以通过焊接、模压(swaging)或类似的方法结合到导电板部120。
内垫11例如由诸如PPS或PP的合成树脂制成。内垫11具有板部110、插入孔111、凸台112、边缘部113和压缩凸部114。板部110介于导电板部120和盖板21的内表面之间，并且在其大致中心部分处具有插入孔111。圆筒状的凸台112被设置为包围插入孔111并覆盖导电轴部121的外周。在板部110的内表面的周缘上形成有向内突出的边缘部113。板部110在凸台112的外周侧的两个表面上分别形成有环状的压缩凸部114。压缩凸部114不限于环形，并且多个压缩凸部114可以在圆周方向上以间隔开的方式形成。
正极端子4由铝制成，并且具有长方形的板的形状。正极端子4在其第一表面(外表面)上具有圆孔状的凹部41。在凹部41的底面的中心部分中形成有供导电轴部121插入的插入孔42(通孔)。
通过将导电轴部121的端部模压到凹部41，形成模压部122，从而使得集电器12机械地且电气地连接到正极端子4。在正极端子4的表面上未形成镀层。正极端子4和集电器12均由铝制成，因此，在模压部122和正极端子4彼此接触的部分不发生电作用。
外垫10由诸如PPS或PP的合成树脂制成。外垫10具有板部100、插入孔101和边缘部102。板部100介于盖板21的外表面和正极端子4的内表面之间。在板部100的大致中心部分处形成有插入孔101，并且凸台112被插入到插入孔101中。在板部100的外表面的周缘上形成有向外突出的边缘部102。边缘部102覆盖正极端子4的侧面。
在本实施方式中，负极片17直接布置在导电轴部91下方，因此，从负极片17到负极端子5的电流路径是短的。导电板部90形成为大致平行于盖板21延伸的板的形状，因此，导电板部90在壳2内所占的体积是小的。从而，壳2中的电极组件3的体积占用能够被增大从而可以提高能量储存装置1的能量密度。尽管在壳体2中导电板部90占据的体积是小的，但是负极片17所连接到的内表面可以确保大的面积。从而，通过将导电板部90和负极片17各自的在盖板21的平面方向的尺寸设置为大于负极端子5的尺寸，负极片17与导电板部90之间的接触面积可以被增加以使得能量储存装置中电流路径中的电阻损耗可以被减小。以同样的方式，从正极片16到正极端子4的电流路径被缩短，并且正极片16与导电板部120之间的接触面积被增加，因此可以使电流路径的电阻损耗是小的。因此，即使当大电流在能量储存装置1中流动时，电流路径也被最低程度地熔化(minimally fused)。
可以通过使用多个能量储存装置1来制造能量储存模块。图5是包括多个能量储存装置1的能量储存模块26的示意图，图6是沿图5中的线VI-VI截取的能量储存装置1的一部分的局部放大的截面图。能量储存模块26包括：诸如盒和端板的保持器24；和被保持器24保持的所述多个能量储存装置1。所述多个能量储存装置1被布置成使得每个其上安装有外部端子的壁都指向相同的方向。在该实施例中，所述多个能量储存装置1的盖板都被从安装表面抬升，并且安装在盖板上的外部端子指向能量储存模块的一侧。在所述多个能量储存装置1中，相邻设置的能量储存装置被设置成一个能量储存装置的正极端子4和负极端子5和另一个能量储存装置的正极端子4和负极端子5在竖直方向上以倒置的方式布置。通过使用汇流条25(bus bar)将一个能量储存装置1的正极端子4和与一个能量储存装置1相邻设置的另一能量储存装置1的负极端子5彼此连接，多个能量储存装置1可以被串联连接。多个能量储存装置1可以通过连接相同的极彼此并联连接。
汇流条25具有矩形形状，并且汇流条25的一个端部相对地面对设置在凹部41内部中的模压部122与正极端子4之间的连接部分，并且覆盖凹部41。在凹部41的整个周边(periphery)上，汇流条25的一个端部与正极端子4焊接到彼此。以下，将汇流条25与正极端子4之间的焊接部分称为焊接部25a。凹部41由汇流条25的一个端部和焊接部25a密封，并且设置在该凹部41的内部中的模压部122与正极端子4之间的连接部，即通过模压形成的压力接触部分，被与外部隔离。
汇流条25的另一端部相对地面对设置在凹部51的内部中的模压部92和负极端子5之间的连接部分，并覆盖凹部51。在凹部51的整个周边上，汇流条25的另一端部与负极端子5焊接到彼此。以下，将汇流条25与负极端子5之间的焊接部分称为焊接部25b。凹部51由汇流条25的另一端部和焊接部25b密封，并且配置在该凹部51的内部中的模压部92与负极端子5之间的连接部分，即压力接触部分，被与外部隔离。
正极端子4与模压部122之间的连接部分或负极端子5与模压部92之间的连接部分，即压力接触部分，在其整个周边上被焊接到汇流条25，并且因此，凹部41、51被汇流条25气密地覆盖，并且被与外部隔离。因此，可以防止例如由于与外部空气中所含的湿气(moisture)或盐分反应而导致的在压力接触部分上的电腐蚀(galvanic corrosion)的发生。此外，可以防止电解质溶液从能量储存装置1泄漏并且防止湿气侵入能量储存装置1。焊接仅仅是用于实现气密密封的一个示例，并且正极端子4与模压部122之间的连接部分的整个周边或者负极端子5与模压部92之间的连接部分的整个周边与汇流条25之间可以例如通过使用粘接剂、密封环或类似物来进行密封。
铜构件被用作集电器9，铝构件被用作负极端子5。铜和铝之间的离子化倾向的差异相对来说是大的，因此，当铜和铝之间的接触部分暴露于外部空气，由于外部空气中含有湿气或盐分，很容易发生电腐蚀。作为防止电腐蚀的对策，考虑在集电器9上镀镍。然而，当负极片17和导电板部90是通过超声波焊接被焊接到彼此时，存在镍镀层剥落从而镍粉混入负极片17中的担忧。
作为防止电腐蚀的对策，还考虑了仅对导电轴部91施加镍镀层而不对导电板部90施加镍镀层。然而，当导电轴部91和导电板部90彼此一体地形成时，仅对导电轴部91施加镍镀层是困难的。在该实施例中，在不施加镍镀层的情况下防止了电腐蚀的发生。用于形成集电器9的构件不限于铜构件，并且用于形成负极端子5的构件不限于铝构件。
已经对能量储存装置1是锂离子二次电池的情况进行了描述。然而，能量储存装置1不限于锂离子二次电池。能量储存装置1可以是镍氢电池等其他二次电池，也可以是一次电池(primary battery)，也可以是电化学单元(electrochemical cell)，例如电容器。
本文公开的实施例在所有方面都是说明性的，并且不解释为限制本发明。实施例中描述的技术特征可以彼此组合，并且本发明的范围旨在包括权利要求和权利要求的等同范围内的所有修改。
附图标记说明
1：能量储存装置
2：壳
3：电极组件
4：正极端子(外部端子)
41：凹部
42：插入孔(通孔)
5：负极端子(外部端子)
51：凹部
52：插入孔(通孔)
9、12：集电器
90、120：导电板部
91、121：导电轴部
92、122：模压部
21：盖板
25：汇流条
25a，25b：焊接部
26：能量储存模块

Claims (6)

1.一种能量储存装置，包括：
外壳，所述外壳上安装有外部端子；
电极组件，所述电极组件被容纳在所述外壳中；
导电轴部，所述导电轴部具有连接到所述外部端子一端；和
导电板部，所述导电板部被容纳在外壳中，导电轴部的另一端连接到该导电板部，并且电极组件连接到该导电板部，
其中，所述外部端子被构造为使得在所述外部端子的第一表面上形成有凹部，在所述第一表面上放置有汇流条，并且所述外部端子的第二表面对向地面对所述外壳，
所述导电轴部的一端在所述凹部的内部中与所述外部端子压力接触，并且
形成在所述外部端子上的凹部被汇流条气密地覆盖。
2.根据权利要求1所述的能量储存装置，其中，所述导电板部形成为大致平行于所述外壳的盖板延伸的板的形状，并且所述导电板部具有与所述导电轴部的另一端连接的第一表面，所述导电板部还具有第二表面，所述电极组件的朝着盖板延伸的片连接到所述第二表面，其中，所述导电板部和所述片在盖板的平面方向上的尺寸被设置为大于所述外部端子在盖板的平面方向上的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的能量储存装置，其中，所述导电轴部通过使用与形成所述外部端子的材料不同的材料来形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的能量储存装置，其中，
与所述凹部连通的通孔被形成在所述外部端子中，
所述导电轴部的一端插入到所述通孔中，并且在所述凹部的内部内被模压。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的能量储存装置，其中
所述导电轴部具有铜构件，并且
所述外部端子具有铝部件。
6.一种能量储存模块，包括：
根据权利要求1至5中任一项所述的能量储存装置；和
汇流条，
其中，所述汇流条被焊接到所述外部端子的凹部的周边。
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