CN111384348A - 二次电池和电池模组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二次电池和电池模组。电池模组包括多个依次排列的二次电池。二次电池包括电极组件、壳体以及顶盖组件。壳体具有容纳腔室，电极组件收容于容纳腔室。电极组件包括多个电极单元，所述多个电极单元沿容纳腔室的轴向层叠设置。顶盖组件包括顶盖板和防爆片，顶盖板连接于壳体且位于电极组件沿轴向的一侧。顶盖板设有通孔，防爆片连接于顶盖板并覆盖通孔。顶盖板在靠近电极组件的一侧具有第一内表面，防爆片在靠近电极组件的一侧具有第二内表面，第一内表面与电极组件的距离小于第二内表面与电极组件的距离。在电池模组中，所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种二次电池和电池模组。
背景技术
电池模组通常包括多个依次排列的二次电池，而各二次电池内部设有电极组件。在充放电过程中，电极组件会在二次电池的排列方向上膨胀，而所述多个二次电池的电极组件产生的膨胀力会沿着排列方向叠加并形成过大的合力；所述合力挤压二次电池，导致二次电池无法正常工作，影响二次电池的寿命。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种二次电池和电池模组，其能避免防爆片破裂，改善二次电池的性能和寿命。
为了实现上述目的，本发明提供了一种二次电池和电池模组。
二次电池包括电极组件、壳体以及顶盖组件。壳体具有容纳腔室，容纳腔室具有开口，电极组件收容于容纳腔室。电极组件包括多个电极单元，所述多个电极单元沿容纳腔室的轴向层叠设置。顶盖组件包括顶盖板和防爆片，顶盖板连接于壳体且位于电极组件沿轴向的一侧。顶盖板设有通孔，防爆片连接于顶盖板并覆盖通孔。顶盖板在靠近电极组件的一侧具有第一内表面，防爆片在靠近电极组件的一侧具有第二内表面，第二内表面位于第一内表面远离电极组件的一侧。
顶盖板还设有第一凹槽，第一凹槽从第一内表面沿远离电极组件的方向延伸，且第一凹槽沿通孔的周界设置。防爆片设置于第一凹槽，且第一凹槽的深度大于防爆片的厚度。
顶盖板还设有第二凹槽，第二凹槽从第一内表面沿远离电极组件的方向延伸，且第二凹槽沿第一凹槽的周界设置。第一凹槽的深度大于第二凹槽的深度。
第二凹槽的深度为0.2mm～0.8mm。
第一凹槽与第二凹槽形成台阶面，台阶面与第二内表面齐平。
顶盖板还设有第三凹槽，第三凹槽设置于顶盖板的远离电极组件的一侧，且第三凹槽沿通孔的周界设置；防爆片设置于第三凹槽。
顶盖组件还包括绝缘构件，设置于顶盖板的靠近电极组件的一侧且连接于顶盖板。防爆片与绝缘构件之间留有间隙。
绝缘构件在靠近电极组件的一侧具有第三内表面，且第三内表面的平面度小于或等于0.5mm。
电极单元包括卷绕为一体的第一极片、第二极片和隔膜，且具有宽面和窄面。宽面与第一内表面、第二内表面沿轴向上下相对设置，窄面与宽面相连且位于电极单元沿宽度方向的两端。
电池模组包括所述的二次电池；二次电池为多个且依次排列，且所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向。
本发明的有益效果如下：在本申请中，二次电池中的多个电极单元沿轴向布置，因此所述多个电极单元的膨胀力会在轴向上叠加。在电池模组中，所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向，因此，即使所有的电极组件在排列方向上的膨胀量叠加在一起，也不会产出过大的合力，从而避免二次电池被压坏，保证二次电池的性能和寿命。通过设置相对于第一内表面凹陷的第二内表面，当电极单元膨胀时，本申请可以减少防爆片在正常气压下破裂的概率，降低安全风险，延长二次电池的使用寿命。
附图说明
图1为根据本发明的二次电池的一实施例的分解图。
图2为根据本发明的二次电池的剖视图。
图3为图1的电极单元的示意图。
图4为图1的二次电池的顶盖组件的分解图。
图5为图2的方框部分的放大图。
图6为图5的顶盖板的示意图。
图7为根据本发明的二次电池的另一实施例的示意图。
图8为根据本发明的二次电池的又一实施例的示意图。
图9为图8的二次电池的顶盖组件的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1电极组件 315第三凹槽
11电极单元 32防爆片
111第一极片 321第二内表面
112第二极片 33绝缘构件
113隔膜 331第三内表面
2壳体 34电极端子
21容纳腔室 35保护片
3顶盖组件 4集流构件
31顶盖板 S1宽面
311通孔 S2窄面
312第一内表面 X长度方向
313第一凹槽 Y厚度方向
314第二凹槽 Z轴向
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。
在本申请中，电池模组通常包括二次电池、端板、侧板及汇流排。二次电池为多个并依次排列。本申请的二次电池可为棱柱形的锂离子电池。所述多个二次电池的排列方向可平行于各二次电池的宽度方向Y。端板为两个且分别设置于所述多个二次电池沿排列方向的两端，侧板为两个且分别设置于所述多个二次电池的两侧，端板和侧板焊接在一起并形成矩形的框架。所述多个二次电池固定于所述框架。汇流排将所述多个二次电池以串联、并联或串并联的方式连接在一起。
参照图1和图2，本申请的二次电池包括电极组件1、壳体2、顶盖组件3及集流构件4。
壳体2内部形成有容纳腔室21，以收容电极组件1和电解液。壳体2沿轴向Z的一端形成开口，而电极组件1可经由所述开口放置到壳体2内。壳体2可由铝或铝合金等导电金属的材料制成。轴向Z与容纳腔室21的延伸方向平行且垂直于开口所在的平面。本申请的电池模组可用于电动汽车，当电动汽车上的二次电池的顶盖组件3与地面大致平行时，轴向Z平行于二次电池的高度方向，垂直于二次电池的宽度方向Y、长度方向X以及多个二次电池的排列方向。
电极组件1包括多个电极单元11，所述多个电极单元11沿容纳腔室21的轴向Z层叠设置。参照图3，各电极单元11包括第一极片111、第二极片112和隔膜113，隔膜113将第一极片111和第二极片112隔开。电极单元11可通过螺旋地卷绕第一极片111、第二极片112和隔膜113而形成，且电极单元11通过压力按压形成扁平状结构。可替代地，各电极单元11也可以由第一极片111、第二极片112和隔膜113层叠形成。
第一极片111包括铝箔和涂覆于铝箔表面的正极活性材料，所述正极活性材料包括锰酸锂或磷酸铁锂。第二极片112包括铜箔和涂覆于铜箔表面的负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨或硅。
顶盖组件3包括顶盖板31、防爆片32、绝缘构件33及电极端子34。
顶盖板31连接于壳体2并覆盖壳体2的开口，从而将电极组件1封闭在壳体2的容纳腔室21内。绝缘构件33设置于顶盖板31的靠近电极组件1的一侧，也就是说，绝缘构件33设置于顶盖板31和电极组件1之间；绝缘构件33可通过热熔连接于顶盖板31。电极端子34设置于顶盖板31且突出到顶盖板31的外侧。电极端子34和集流构件4均为两个，一个集流构件4连接第一极片111和一个电极端子34，另一个集流构件4连接第二极片112和另一个电极端子34。
在充放电过程中，各电极单元11会出现膨胀。在本申请中，二次电池中的多个电极单元11沿轴向Z布置，因此所述多个电极单元11的膨胀会在轴向Z上叠加。而在宽度方向Y上，所述多个电极单元11的膨胀较小，所以电极组件1整体在宽度方向Y的膨胀量较小，对应地，电极组件1作用在壳体2上的膨胀力也较小。
在电池模组中，所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向Z，因此，即使所有的电极组件1在排列方向上的膨胀量叠加在一起，也不会产出过大的合力，从而避免二次电池被压坏，保证二次电池的性能和寿命。
另外，在已知技术中，电池模组的两个端板需要夹持所述多个二次电池，如果二次电池膨胀产生的合力过大，可能会导致端板与侧板的焊接处断裂，造成电池模组失效。而在本申请中，所述多个二次电池在膨胀时产生的合力较小，从而避免电池模组失效。
顶盖板31位于电极组件1沿轴向Z的一侧，也就是说，顶盖板31位于所述多个电极单元11沿排列方向的一端。顶盖板31设有通孔311，通孔311可位于顶盖板31沿长度方向X的中部区域。顶盖板31在靠近电极组件1的一侧具有第一内表面312，第一内表面312可为大体垂直于轴向Z的平面。
防爆片32连接于顶盖板31并覆盖通孔311。防爆片32在靠近电极组件1的一侧具有第二内表面321，第二内表面321大体平行于第一内表面312。
防爆片32具有刻痕。当二次电池出现短路时，电极组件1产生大量的气体，气体可以冲破防爆片32，从而及时地排出的二次电池的外部，避免爆炸，降低安全风险。
参照图2和图5，在二次电池中，当电极单元11膨胀时，多个电极单元11的膨胀量会在轴向Z上叠加，从而导致电极单元11(即电极组件1的最靠近绝缘构件33的一个电极单元11)挤压绝缘构件33。绝缘构件33将膨胀力传递到顶盖板31的第一内表面312，导致顶盖板31变形。在已知技术中，防爆片32大多设置于顶盖板31的下侧；当电极单元11膨胀时，绝缘构件33会挤压防爆片32；而由于防爆片32强度较小，所以很容易在压力的作用下破裂，引发安全风险，导致二次电池失效。
因此，优选地，参照图5，第二内表面321位于第一内表面312远离电极组件1的一侧，也就是说，第一内表面312与电极组件1的距离d2小于第二内表面321与电极组件1的距离d1。在本申请中，第二内表面321相对于第一内表面312凹陷，因此，当电极单元11膨胀时，第一内表面312可以阻挡电极单元11和绝缘构件33，避免绝缘构件33直接挤压防爆片32，从而避免防爆片32在正常气压下破裂，降低安全风险，延长二次电池的使用寿命。
绝缘构件33在防爆片32的下侧设有多个透气孔。当二次电池短路时，气体可以经由透气孔作用在防爆片32上，从而冲破防爆片32并排出到二次电池外部。
参照图5和图6，顶盖板31还设有第一凹槽313，第一凹槽313从第一内表面312沿远离电极组件1的方向延伸，且第一凹槽313沿通孔311的周界设置。第一凹槽313为环形。防爆片32设置于第一凹槽313，沿轴向Z，第一凹槽313的深度t1大于防爆片32的厚度。防爆片32远离电极组件1的表面贴合于第一凹槽313的环形底壁。防爆片32的周界可焊接于第一凹槽313的侧壁。
在本申请中，通过设置第一凹槽313，可以使d1的值大于d2的值，从而避免防爆片32在电极组件1的膨胀作用下破裂。
优选地，顶盖板31还设有第二凹槽314，第二凹槽314从第一内表面312沿远离电极组件1的方向延伸，且第二凹槽314沿第一凹槽313的周界设置。第二凹槽314为环形，且第二凹槽314的侧壁与中心轴的距离d4大于第一凹槽313的侧壁与中心轴的距离d3。
第一凹槽313的深度t1大于第二凹槽314的深度t2。通过设置第一凹槽313和第二凹槽314，在顶盖板31上形成台阶结构。在装配顶盖板31和防爆片32时，可先将防爆片32放入第一凹槽313，并使防爆片32与第一凹槽313的底壁贴合，然后将第一凹槽313的侧壁与防爆片32焊接在一起。本申请而通过设置第二凹槽314，可以将第一凹槽313的侧壁与防爆片32的交界处露出，因此，激光可以直接作用在所述交界处，从而简化焊接工艺，提高焊接精度。
当电极单元11膨胀时，绝缘构件33在膨胀力的作用下变形；绝缘构件33变形时可能会伸入第二凹槽314中，如果第二凹槽314的深度过小，绝缘构件33仍然可能挤压防爆片32，导致防爆片32破裂，因此，优选地，第二凹槽314的深度不小于0.2mm。
如果第二凹槽314的深度过大，顶盖板31就需要具有较大的厚度；而顶盖板31的厚度越大，其强度也就越大。当电极单元11膨胀时，顶盖板31会对电极单元11施加较大的反作用力，所述反作用力会减小第一极片111与第二极片112之间的间隙，导致电解液无法进入电极单元11，造成析锂问题。因此，优选地，第二凹槽314的深度不大于0.8mm。综上所述，第二凹槽314的深度优选为0.2mm～0.8mm。
第一凹槽313与第二凹槽314形成台阶面(即第二凹槽314的环形底壁)，台阶面与第二内表面321齐平，这里所说的齐平并不是严格意义上的齐平，可以允许有误差。当台阶面与第二内表面321齐平时，激光可以直接作用在台阶面与第二内表面321的交界处，从而简化焊接工艺，提高焊接精度。
当电极单元11膨胀时，绝缘构件33在膨胀力的作用下变形；如果绝缘构件33与防爆片32的第二内表面321接触，绝缘构件33很容易压破防爆片32。因此，优选地，防爆片32与绝缘构件33之间留有第一间隙。
进一步地，绝缘构件33与第一内表面312之间留有第二间隙。而通过设置第二间隙，可以避免顶盖板31限制绝缘构件33的变形，从而达到缓冲的作用。也就是说，所述第二间隙可以通过吸收电极组件1的膨胀量来减小传递到顶盖板31的膨胀力，从而降低顶盖板31的变形，改善二次电池的外观和性能。同时，通过设置第二间隙还可以增大绝缘构件33与防爆片32的间距，从而避免防爆片32被压破。
绝缘构件33在靠近电极组件1的一侧具有第三内表面331，第三内表面331为平面。在二次电池中，当电极单元11膨胀时，多个电极单元11的膨胀量会在轴向Z上叠加，从而导致电极单元11与绝缘构件33的第三内表面331接触，甚至挤压第三内表面331。如果第三内表面331凹凸不平，那么第三内表面331施加在电极单元11上的作用力也不均匀，从而导致电极单元11局部变形严重，造成电极单元11的极片断裂，引发安全隐患。而在本申请中，所述第三内表面331为平面，因此，当电极单元11膨胀时，可以避免电极单元11变形不均，防止极片断裂，提高安全性能。为保证电极单元11变形的均匀性，第三内表面331的平面度小于或等于0.5mm。
参照图3，电极单元11通过卷绕形成扁平状结构，其外周形成宽面S1和窄面S2。宽面S1为两个且分别位于电极单元11沿轴向Z的两端，窄面S2为两个且分别位于电极单元11沿宽度方向Y的两端。各窄面S2为弧形并连接两个宽面S1。
宽面S1与第一内表面312、第二内表面321、第三内表面331沿轴向Z上下相对设置。在电极单元11膨胀前，宽面S1近似平行于第一内表面312、第二内表面321及第三内表面331。宽面S具有较大的面积，当电极单元11膨胀时，彼此相对的宽面S1与第三内表面331更容易均匀地接触，同时，膨胀力也可以均匀地传递到第一内表面312。
在二次电池中，所述多个电极单元11沿轴向Z直接层叠。相邻两个所述电极单元11经由各自的宽面S1相互接触。
顶盖组件3还包括保护片35，保护片35焊接于顶盖板31的外侧并覆盖通孔311。保护片35可以避免外部的杂质破坏防爆片32。
下面对本申请的二次电池的第二实施例进行说明。为了简化描述，以下仅主要介绍第二实施例与第一实施例的不同之处，未描述的部分可以参照第一实施例进行理解。
参照图7，与第一实施例相比，第二实施例中的第二凹槽314省略。在第二实施例中，省略第二凹槽314可以简化顶盖板11的成型工艺。但是，在第二实施例中，由于第二凹槽314省略，所以在焊接时，激光很容易受到第一凹槽313的侧壁的阻挡，对激光射入的角度及精度要求较高，不利于工业化生产。当激光的角度出现偏差时，激光容易作用在第一内表面312，并在第一内表面312形成焊印，焊印容易刺破绝缘构件33，引发安全隐患。
参照图8和图9，与第一实施例相比，第三实施例可以省略第一凹槽313和第二凹槽314。
具体地，顶盖板31设有第三凹槽315，第三凹槽315设置于顶盖板31的远离电极组件1的一侧，且第三凹槽315沿通孔311的周界设置。第三凹槽315为环形。防爆片32设置于第三凹槽315。
在第三实施例中，防爆片32设置于顶盖板31的外侧，所以防爆片32与绝缘构件33之间具有较大的距离；当电极单元11膨胀时，防爆片32不易被压破。
同时，通过设置第三凹槽315，可以减小防爆片32在轴向Z上占用的空间，避免防爆片32增大二次电池的整体高度。
Claims (10)
1.一种二次电池，包括电极组件(1)、壳体(2)以及顶盖组件(3)；
壳体(2)具有容纳腔室(21)，容纳腔室(21)具有开口，电极组件(1)收容于容纳腔室(21)；
电极组件(1)包括多个电极单元(11)，所述多个电极单元(11)沿容纳腔室(21)的轴向(Z)层叠设置；
顶盖组件(3)包括顶盖板(31)和防爆片(32)，顶盖板(31)连接于壳体(2)且位于电极组件(1)沿轴向(Z)的一侧；
顶盖板(31)设有通孔(311)，防爆片(32)连接于顶盖板(31)并覆盖通孔(311)；
顶盖板(31)在靠近电极组件(1)的一侧具有第一内表面(312)，防爆片(32)在靠近电极组件(1)的一侧具有第二内表面(321)，第二内表面(321)位于第一内表面(312)远离电极组件(1)的一侧。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，
顶盖板(31)还设有第一凹槽(313)，第一凹槽(313)从第一内表面(312)沿远离电极组件(1)的方向延伸，且第一凹槽(313)沿通孔(311)的周界设置；
防爆片(32)设置于第一凹槽(313)，且第一凹槽(313)的深度大于防爆片(32)的厚度。
3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，
顶盖板(31)还设有第二凹槽(314)，第二凹槽(314)从第一内表面(312)沿远离电极组件(1)的方向延伸，且第二凹槽(314)沿第一凹槽(313)的周界设置；
第一凹槽(313)的深度大于第二凹槽(314)的深度。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于，第二凹槽(314)的深度为0.2mm～0.8mm。
5.根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，第一凹槽(313)与第二凹槽(314)形成台阶面，台阶面与第二内表面(321)齐平。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，
顶盖板(31)还设有第三凹槽(315)，第三凹槽(315)设置于顶盖板(31)的远离电极组件(1)的一侧，且第三凹槽(315)沿通孔(311)的周界设置；防爆片(32)设置于第三凹槽(315)。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，
顶盖组件(3)还包括绝缘构件(33)，设置于顶盖板(31)的靠近电极组件(1)的一侧且连接于顶盖板(31)；
防爆片(32)与绝缘构件(33)之间留有间隙。
8.根据权利要求7所述的二次电池，其特征在于，绝缘构件(33)在靠近电极组件(1)的一侧具有第三内表面(331)，且第三内表面(331)的平面度小于或等于0.5mm。
9.根据权利要求1-8所述的任一项二次电池，其特征在于，
电极单元(11)包括卷绕为一体的第一极片(111)、第二极片(112)和隔膜(113)，且具有宽面(S1)和窄面(S2)；
宽面(S1)与第一内表面(312)、第二内表面(321)沿轴向(Z)上下相对设置，窄面(S2)与宽面(S1)相连且位于电极单元(11)沿宽度方向(Y)的两端。
10.一种电池模组，包括权利要求1-9中任一项所述的二次电池；
二次电池为多个且依次排列，且所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向(Z)。
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