CN112310569A - 一种电池单体、电池模块、电池组、装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种电池单体、电池模块、电池组、装置及加工方法。其中，电池单体包括壳体，具有开口和容纳腔；电极组件，位于所述容纳腔中；顶盖组件，覆盖于所述开口；所述电极组件包括极片单元和伸出所述极片单元的极耳；所述极耳卷绕形成中空部，且所述中空部中设置有转接片，所述极耳通过所述转接片与所述顶盖组件连接；沿所述电极单体高度方向(H)，所述极耳的投影呈封闭结构。电池模块包括上述的电池单体。电池组包括上述的的电池模块。使用电池单体作为电源的装置包括，上述的电池模块。本申请能够提高极耳的过流能力。

Description

一种电池单体、电池模块、电池组、装置及加工方法

技术领域

本申请涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种电池单体、电池模块、电池组、装置及加工方法。

背景技术

对于圆柱电芯，当前普遍采用的极片涂布为间歇涂布，未涂布的区域与极耳焊接，引出正极耳和负极耳；但是间歇涂布，涂布效率较低，而且极片卷绕形成的极耳过流能力较小，仅适用于尺寸较小的圆柱电池单体。但是随着电池单体逐渐增大，极耳的过流能力已不满足要求。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种电池单体、电池模块、电池组、装置及加工方法，能够提高极耳的过流能力。

本申请实施例提供了一种电池单体，包括：

壳体，具有开口和容纳腔；

电极组件，位于所述容纳腔中；

顶盖组件，覆盖于所述开口；

所述电极组件包括极片单元和伸出所述极片单元的极耳；

所述极耳卷绕形成中空部，且所述中空部中设置有转接片，所述极耳通过所述转接片与所述顶盖组件连接；

沿所述电极单体的高度方向(H)，所述极耳的投影呈封闭结构。

进一步地，沿所述电极单体的高度方向(H)，所述转接片的投影全部位于所述极耳的投影内。

进一步地，所述转接片包括相互连接的第一主体和第一盖体；

所述第一主体至少部分位于所述中空部内，并通过焊接区连接所述极耳，所述第一盖体为圆板状且位于所述第一主体上方；

所述第一盖体与所述顶盖组件相连接。

进一步地，所述第一主体和所述极耳均为弧形，且所述第一主体的曲率小于所述极耳的曲率。

进一步地，所述第一主体设置有第一缺口，所述第一缺口与所述焊接区间隔设置。

进一步地，所述第一缺口设置两个，且两个所述第一缺口相对设置。

进一步地，沿所述电极单体的高度方向(H)，所述第一主体的高度大于所述极耳的高度。

进一步地，还包括保护片，所述保护片为弧形，所述保护片连接于所述极耳的外壁。

进一步地，还包括下塑胶，所述下塑胶位于所述顶盖组件和所述极片单元之间；

沿所述电极单体的高度方向(H)，所述下塑胶底部与所述极片单元顶部抵接；

所述极耳的直径小于所述极片单元的直径。

进一步地，所述下塑胶设置有第二缺口，所述第二缺口与所述第一缺口对应设置。

本申请实施例还提供一种电池模块，其包括上述的电池单体。

本申请实施例还提供一种电池组，其包括上述的电池模块。

本申请实施例还提供一种使用电池单体作为电源的装置，电池单体为上述的电池单体。

本申请实施例还提供一种电池单体的加工方法，包括以下步骤：

制成具有留白区域的正极片和负极片，并将留白区域切割成极耳区；

将正极片、负极片和隔离膜层叠并卷绕形成电极组件，极耳形成封闭的圆环形结构，且极耳形成中空部；

将转接片装配于极耳的中空部，并进行焊接。

本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：

本申请提供的电池单体的极耳卷绕成中空部，且转接片连接于极耳极耳在电极单体高度方向上的投影呈封闭结构，即极耳的横截面呈圆形结构，提高了极耳的面积，因此能够提高极耳的过流能力。

本申请提供的电池模块，包括框架结构和上述的电池单体，因此也能够提高极耳的过流能力。

本申请提供的电池组，包括箱体和上述的的电池模块，因此也能够提高极耳的过流能力。

本申请提供的使用电池单体作为电源的装置，采用上述的电池单体，因此也能够提高极耳的过流能力。

本申请所提供的电池单体的加工方法，将正极片、负极片和隔离膜层叠并卷绕形成电极组件，使极耳形成封闭的圆环形结构，且极耳形成用于装配转接片的中空部，能够提高极耳的过流能力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的使用电池单体作为电源的装置的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的电池组的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电池模块的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电池单体的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的电极组件的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的电极组件的爆炸图；

图7为本申请实施例提供的转接片的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的下塑胶的结构示意图；

图9为本申请实施例提供的电池单体的剖视图；

图10为本申请实施例基于图9的局部放大图；

图11为本申请实施例提供的集流体涂布后的结构示意图；

图12为本申请实施例提供的集流体修剪后的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的卷绕成极片组件后的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的卷绕成电极组件后的剖视图；

图15为本申请实施例基于图14的局部放大图。

附图标记说明：

C-电池单体；

M-电池模块；

P-电池组；

1-电极组件；

10-集流体；

101-留白区域；

101a-极耳区；

11-极耳；

12-极片单元；

121-正极片；

122-负极片；

123-隔离膜；

13-中空部；

2-转接片；

21-第一主体；

211-第一缺口；

212-焊接区：

22-第一盖体；

3-保护片；

4-壳体；

5-顶盖组件；

51-电极端子；

52-顶盖板；

53-密封件；

6-下塑胶；

61-第二主体；

611-第二缺口；

62-第二盖体；

7-框架结构；

8-箱体。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

需要注意的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”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。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

在一种具体实施例中，下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

图1为本申请实施例提供的使用电池单体作为电源的装置的结构示意图，如图1所示，一种使用电池单体作为电源的装置，包括车辆、船舶、小型飞机等移动设备，该装置包括动力源，该动力源用于为装置提供驱动力，且该动力源可被配置为向动力源提供电能的电池模块M。其中，该装置的驱动力可全部为电能，也可包括电能和其他能源(例如机械能)，该动力源可为电池模块M(或电池组P)，该动力源也可为电池模块M(或电池组P)和发动机等。因此，只要能够使用电池单体作为电源的装置均在本申请的保护范围内。

以车辆为例，本申请实施例中的车辆可为新能源汽车，该新能源汽车可为纯电动汽车，也可为混合动力汽车或增程式汽车等。其中，该车辆可包括电池组P和车辆主体，该电池组P设置于车辆主体，该车辆主体还设置有驱动电机，且驱动电机与电池组P电连接，由电池组P提供电能，驱动电机通过传动机构与车辆主体上的车轮连接，从而驱动车辆行进。具体地，该电池组P可水平设置车辆主体的底部。

图2为本申请实施例提供的电池组的结构示意图，如图2所示，本实施例提供的一种电池组P，包括箱体8以及设置在箱体8的电池模块M，箱体8可由铝、铝合金或其他金属材料制成，箱体8具有容置腔。在一种可能的设计中，箱体8为顶部敞开的箱体8结构，并包括上箱盖，上箱盖的尺寸与箱体8顶部的开口的尺寸相当，上箱盖可通过螺栓等固定件固定于开口，从而形成容置腔。同时，为了提高箱体8的密封性，在上箱盖与箱体8之间还可设置密封件53。

箱体8的容置腔内可容置一个或两个以上的电池模块M，电池模块M在箱体8内可以沿电池组P的长度方向并排设置，也可以沿电池组P的宽度方向并排设置，且各电池模块M与箱体8固定。

图3为本申请实施例提供的电池模块M的结构示意图，如图3所示，本申请实施例提供了一种电池模块M，其包括多个电池单体C和框架结构7，其中，电池单体C可以为能够重复充放电使用的二次电池，多个电池单体C位于框架结构7的内腔，其中内腔设置多个，且按顺序排列设置，电池单体C按顺序逐个放入内腔中。

图4为本申请实施例提供的电池单体的结构示意图，图5为本申请实施例提供的电极组件的结构示意图，图6为本申请实施例提供的电极组件的爆炸图，如图4-图6所示，本申请实施例提供一种电池单体C，包括壳体4、电极组件1和顶盖组件5，其中，壳体4可以为圆柱形壳体4，且壳体4内部形成容纳腔，用于容纳电极组件1和电解液，壳体4的两端具有开口，使得电极组件1可通过该开口放置于壳体4的容纳腔，通过顶盖组件5覆盖于开口。其中，壳体4可包括金属材料，例如铝或铝合金等，也可以包括绝缘材料，例如塑胶等。

如图4所示，电极组件1包括极片单元12和极耳11，沿电极单体C的高度方向(H)，极片单元12具有相对设置的两侧部，在该电池单体C中，极片单元12的两侧部分别延伸出两极耳11。其中，该极片单元12包括负极片122、正极片121和隔离膜123(参照图15)，其中，隔离膜123位于相邻负极片122与正极片121之间，用于隔开负极片122与正极片121。

在一种可能的设计中，负极片122、隔离膜123与正极片121三者顺序层叠并卷绕，形成电极组件1的极片单元12，即该极片单元12为卷绕式结构。同时，极片单元12形成后具有缝隙，电解液能够通过缝隙进入极片单元12内，浸润负极片122与正极片121。

其中，负极片122包括负极集流体10(例如铜箔)和涂覆在负极集流体10表面的负极活性物质层(例如碳或硅)，正极片121包括正极集流体10(例如铝箔)和涂覆在正极集流体10表面的正极活性物质层(例如三元材料、磷酸铁锂或钴酸锂)。负极耳11与负极片122相连，并从极片单元12中伸出，且负极耳11可直接由负极集流体10裁切而成，正极耳11与正极片121相连，并从极片单元12中伸出，且正极耳11可直接由正极集流体10裁切形成。

顶盖组件5包括顶盖板52和电极端子51，顶盖板52固定于壳体4的开口，从而将极片单元12和电解液封闭于壳体4的容纳腔，电极端子51设置于顶盖板52，并包括负极电极端子和正极电极端子，两电极端子与对应的极耳11之间通过转接片2电连接，转接片2位于极片单元12与顶盖板52之间，包括负极转接片和正极转接片，其中，负极转接片用于连接负极极耳与负极电极端子，正极转接片用于连接正极极耳与正极电极端子。

如图4所示，极耳11卷绕形成中空部13，且中空部13中设置有转接片2，转接片2用于支撑极耳11，能够避免极耳11发生圆弧形变。极耳11通过转接片2与顶盖组件5连接，沿电极单体C的高度方向(H)，极耳11的投影呈封闭结构，即极耳11的横截面呈圆形结构，提高了极耳11的面积，因此能够提高极耳11的过流能力。

现有技术中，极耳11的一般由多个片状结构组成(即正极耳和负极耳均由多个片状结构组成)，且多个片状结构间隔设置，片状结构位于极片单元12的两侧部，且沿电极单体C的高度方向(H)，片状结构的外壁与极片单元12的外壁位于同一直线，因此极耳11过流能力较小，仅适用于尺寸较小的圆柱电池单体C，但是随着电池单体C逐渐越大，极耳11的过流能力已不满足要求。而本申请的极耳11为连续的，且沿电极单体C的高度方向(H)，横截面呈圆形的结构，能够提高极耳11的面积，进而提高了极耳11的过流能力。

如图5所示，沿电极单体C的高度方向(H)，转接片2的投影全部位于极耳11的投影内，即转接片2的直径小于极耳11的直径，极耳11通过转接片2将电导通到电极端子51。同时，转接片2与极耳11抵接，能够起到支撑极耳11的作用，同时方便转接片2与极耳11的焊接，提高两者连接可靠性。

图7为本申请实施例提供的转接片的结构示意图，如图7所示，转接片2包括相互连接的第一主体21和第一盖体22，第一盖体22为圆板状且位于第一主体21的上方，第一盖体22与顶盖组件5相连接，其中，第一盖体22设置为圆板状结构，能够提高转接片2的过流能力。第一主体21至少部分位于中空部13内，即第一主体21的一部分伸入极耳11内部，另一部分露在极耳11的外部。转接片2通过焊接区212连接极耳11，即将转接片2焊接在极耳11上，需要注意的是，转接片2采用超声波焊在接极耳11上，能够减少金属颗粒的产生。

具体的，第一主体21和极耳11均为弧形(极耳11为如图6所示的圆弧形或圆形)，且第一主体21的曲率小于极耳11的曲率，即第一主体21的弯曲程度小于极耳11的弯曲程度，因此能够更好的支撑极耳11，进一步地避免极耳11发生圆弧形变。

更具体的，第一主体21设置有第一缺口211，第一缺口211与焊接区212间隔设置，即在两个第一缺口211之间进行焊接。其中，第一缺口211的设置能够提高转接片2的柔性以及转接片2与极耳11的连接可靠性，防止极耳11根部受力开裂，而且方便将转接片2焊接到极耳11，当转接片2与极耳11焊接完成后，第一缺口211一部分位于极耳11的中空部13，一部分露在极耳11的外部，进而有利于电极组件1排气。

需要说明的是，第一缺口211设置两个，且两个第一缺口211相对设置。两个第一缺口211与焊接区212交替排布，进一步提高转接片2的柔性以及转接片2与极耳11的连接可靠性，防止极耳11根部受力开裂；同时增加排气通道；而且两个第一缺口211相对设置可防呆。

还需要说明的是，沿电极单体C的高度方向(H)，第一主体21的高度高于极耳11的高度，即第一主体21的一部分伸入极耳11内部，并能够与极耳11的底部平齐，另一部分能够露在极耳11的外部，能够防止提高转接片2过流能力。第一缺口211高度大于极耳高度，可加速排气。

如图6所示，电池单体C还包括保护片3，保护片3为弧形，保护片3连接于极耳11的外壁，用于保护极耳11，且保护片3的曲率大于极耳11的曲率，即保护片3的弯折程度大极耳11的弯曲程度，保证了保护片3与极耳11的焊接面积，提高极耳11的过流能力。

图8为本申请实施例提供的下塑胶的结构示意图，图9为本申请实施例提供的电池单体的剖视图，图10为本申请实施例基于图9的局部放大图，如图8-图10所示，本申请实施例中，电池单体C还包括下塑胶6，下塑胶6位于顶盖组件5和极片单元12之间，沿电极单体C的高度方向(H)，下塑胶6底部与极片单元12顶部抵接，极耳11的直径小于极片单元12的直径，能够方便下塑胶6的设置，下塑胶6的设置能够防止电极组件1在壳体4内部晃动，进而防止极片单元12晃动影响极耳11与转接片2的连接强度，保证过流。

如图8所示，下塑胶6设置有第二缺口611，第二缺口611与第一缺口211对应设置，当转接片2与极耳11焊接完成后，有利于电极组件1排气。

具体的，下塑胶6包括第二主体61和第二盖体62，沿电极单体C的高度方向(H)，第二盖体62连接于第二主体61上方。第二盖体62与顶盖组件5相连接，其中，第二盖体62设置为圆板状结构，且第二盖体62与顶盖板52的内壁紧紧贴合，能够提高下塑胶6与顶盖板52粘结的牢固性。同时第二主体61的外壁与壳体4的内壁紧紧贴合，能够提高下塑胶6与壳体4粘结的牢固性。

更具体的，第二盖体62上设置有通孔，通孔的设置方便电极端子51伸入壳体4内部与转接片2连接。

需要说明的是，顶盖板52上设置有孔，方便电极端子51伸入壳体4内部与转接片2连接，同时电极端子51与顶盖板52之间设置有密封件53，提高电池单体C的密封性。

综上，本实施例提供的电池单体C的极耳11卷绕成中空部13，且圆弧形的转接片2连接于极耳11，能够起到支撑极耳11的作用，避免极耳11发生圆弧形变。极耳11在电极单体高度方向上的投影呈封闭结构，即极耳11的横截面呈圆形结构，提高了极耳11的面积，因此能够提高极耳11的过流能力。同时极耳11的直径小于极片单元12的直径，能够方便设置下塑胶6，下塑胶6的设置能够防止电极组件1在壳体4内部晃动，进而防止极耳11晃动影响极耳11与转接片2的连接强度，保证过流。因此极耳11的过流能力强，适用于逐渐增大的电池单体C。

图11为本申请实施例提供的集流体涂布后的结构示意图，图12为本申请实施例提供的集流体修剪后的结构示意图，图13为本申请实施例提供的卷绕成极片组件后的结构示意图，图14为本申请实施例提供的卷绕成电极组件后的剖视图，图15为本申请实施例基于图14的局部放大图，如图11-图15所示，本申请实施例还提供一种电池单体C的加工方法，包括以下步骤：

S001：采用连续涂布的方式在集流体10上涂覆物料，集流体10的两侧设有留白区域101，制成具有留白区域101的正极片121和负极片122；涂布后的正极片121和负极片122经分切后，采用激光将留白区域101处切割成极耳区101a；

S002：将正极片121、负极片122和隔离膜123按照“正极片121-隔离膜123-负极片122-隔离膜123”的方式叠加，并将正极片121、负极片122和隔离膜123卷绕成圆柱电极组件1，正极片121的极耳11和负极片122的极耳11分别位于电极组件1两端，极耳11形成封闭的圆环形结构(此时极耳11也形成中空部13)，且极耳11的直径小于极片单元12的直径；

S003：将转接片2装配于极耳11的中空部13，并进行超声波焊接；

S004：将电极组件1放入壳体4中；

S005：将顶盖组件5安装到壳体4上。

需要注意的是，当电极组件1卷绕完成后，极耳11形成360度的圆环形结构。

需要说明的是，当前普遍采用的集流体10涂布为间歇涂布，未涂布的区域与极耳11焊接，引出正极耳和负极耳，但是间歇涂布，涂布效率较低，而且极耳11过流能力较小，仅适用于尺寸较小的圆柱电芯。而本申请采用连续涂布，然后再修剪，即先涂后剪的方式，能够提供涂布效率。而且卷绕后的极耳11形成封闭的圆环形结构，提高了极耳11的面积，因此能够提高极耳11的过流能力。同时极耳11的直径小于极片单元12的直径，能够方便设置下塑胶6，下塑胶6的设置能够防止电极组件1在壳体4内部晃动，进而防止极耳11晃动影响极耳11与转接片2的连接强度，保证过流。因此极耳11的过流能力强，适用于逐渐增大的电池单体C。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (14)

1.一种电池单体，其特征在于，包括：

壳体(4)，具有开口和容纳腔；

电极组件(1)，位于所述容纳腔中；

顶盖组件(5)，覆盖于所述开口；

所述电极组件(1)包括极片单元(12)和伸出所述极片单元(12)的极耳(11)；

所述极耳(11)卷绕形成中空部(13)，且所述中空部(13)中设置有转接片(2)，所述极耳(11)通过所述转接片(2)与所述顶盖组件(5)连接；

沿所述电极单体的高度方向(H)，所述极耳(11)的投影呈封闭结构。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，沿所述电极单体的高度方向(H)，所述转接片(2)的投影全部位于所述极耳(11)的投影内。

3.根据权利要求1或2所述的电池单体，其特征在于，所述转接片(2)包括相互连接的第一主体(21)和第一盖体(22)；

所述第一主体(21)至少部分位于所述中空部(13)内，并通过焊接区(212)连接所述极耳(11)，所述第一盖体(22)为圆板状且位于所述第一主体(21)上方；

所述第一盖体(22)与所述顶盖组件(5)相连接。

4.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，所述第一主体(21)和所述极耳(11)均为弧形，且所述第一主体(21)的曲率小于所述极耳(11)的曲率。

5.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，所述第一主体(21)设置有第一缺口(211)，所述第一缺口(211)与所述焊接区(212)间隔设置。

6.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，所述第一缺口(211)设置两个，且两个所述第一缺口(211)相对设置。

7.根据权利要求3所述的电池单体，其特征在于，沿所述电极单体的高度方向(H)，所述第一主体(21)的高度大于所述极耳(11)的高度。

8.根据权利要求1或2所述的电池单体，其特征在于，还包括保护片(3)，所述保护片(3)为弧形，所述保护片(3)连接于所述极耳(11)的外壁。

9.根据权利要求5所述的电池单体，其特征在于，还包括下塑胶(6)，所述下塑胶(6)位于所述顶盖组件(5)和所述极片单元(12)之间；

沿所述电极单体的高度方向(H)，所述下塑胶(6)底部与所述极片单元(12)顶部抵接；

所述极耳(11)的直径小于所述极片单元(12)的直径。

10.根据权利要求9所述的电池单体，其特征在于，所述下塑胶(6)设置有第二缺口(611)，所述第二缺口(611)与所述第一缺口(211)对应设置。

11.一种电池模块，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的电池单体。

12.一种电池组，其特征在于，包括权利要求11所述的电池模块。

13.一种使用电池单体作为电源的装置，其特征在于，所述电池单体为权利要求1-10任一项所述的电池单体。

14.一种电池单体的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

制成具有留白区域(101)的正极片(121)和负极片(122)，并将留白区域(101)切割成极耳区(101a)；

将正极片(121)、负极片(122)和隔离膜(123)层叠并卷绕形成电极组件(1)，极耳(11)形成封闭的圆环形结构，且极耳(11)形成中空部(13)；

将转接片(2)装配于极耳(11)的中空部(13)，并进行焊接。

Images