CN112821015A - 铜铝复合的极柱、负极盖板组件结构及储能单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜铝复合的极柱、负极盖板组件结构及储能单元，极柱的上部为铝材部，下部为铜材部，铝材部与铜材部的连接部位为熔合的过渡部，所述铝材部与过渡部在装配以后不与电解液接触。本发明的负极柱组件的极柱采用铜铝过渡件，极柱上部的铝材部采用铝材，焊接性能好，更利于与模组的单体间使用铝片进行焊接，极柱下部的铜材部采用铜材，与储能元件内部的电解液接触进行导电，导电性能好，且不会发生电化学腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及电储能技术领域，尤其是一种负极盖板组件结构及储能元件。
背景技术
电池、超级电容等储能元件的负极柱部分为了避免与内部电解液发生电化学反应，通常采用全铜件，但是一方面全铜件的价格较贵，零部件成本较高，另一方面全铜件负极柱与外部的铝制连接片之间的焊接性能较差，铜铝连接处会在通电情况下产生电腐蚀现象。接触电解液的负极部分又不能是铝，必须是铜，而铜铝过渡材料正好可以解决这一问题。
目前储能元件的负极盖板组件的负极柱与第一盖板之间的绝缘件通常采用绝缘件铆压而成，绝缘件与第一盖板之间无周向限位，在生产加工过程中有可能会产生周向旋转，从而影响产品质量。筒体通常为两端口全开放贯通的直通筒管结构，在正极端，采用与正极端口轮廓相匹配的圆形盖板将端口整体进行封盖，在二者的对接边缘处焊接固定，二者的边缘部位通常为斜线对接后再进行焊接，焊接过程中，对二者对接的控制难度相对较大，稍不注意容易发生移位而影响焊接的可靠性；而且边缘对接的方式对筒体及盖板的尺寸精度要求均较高，加工工艺难度较大。
发明内容
本申请人针对现有储能元件的上述缺点，提供一种结构合理的负极盖板组件结构及储能元件，负极柱采用铜铝过渡件，导电性焊接性更好，零部件成本低。在绝缘件与第一盖板之间设置限位结构，防止绝缘件旋转，同时绝缘件采用注塑方式，保证密封性能以及绝缘性能一致性，筒体上一体成型的底板上开孔，第二盖板的凸台从开孔穿出，在二者的圆柱周面焊接固定，提高焊接可靠性，降低对尺寸精度的要求，降低加工工艺难度。
本发明所采用的技术方案如下：
一种铜铝复合的极柱，极柱的上部为铝材部，下部为铜材部，铝材部与铜材部的连接部位为熔合的过渡部，所述铝材部与过渡部在装配以后不与电解液接触。
本发明的负极柱组件的极柱采用铜铝过渡件，极柱上部的铝材部采用铝材，焊接性能好，更利于与模组的单体间使用铝片进行焊接，极柱下部的铜材部采用铜材，与储能元件内部的电解液接触进行导电，导电性能好，且不会发生电化学腐蚀；而且极柱采用铜铝过渡件，与电解液接触的部位为铜材，其余部位为价格较低的铝材，在保证具有很好的导电性能的同时，铜铝过渡件相对于全铜件其价格更低，更利于降低零部件的成本，有利于导电的自然过渡。
一种使用上述铜铝复合的极柱的负极盖板组件结构，第一盖板套设在负极柱组件的极柱外周，第一盖板与极柱之间设置有绝缘件，绝缘件设置在极柱的铝材部及过渡部外周。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述绝缘件为第一绝缘件、第二绝缘件；第一绝缘件套设在极柱的铝材部外周，第二绝缘件套设在极柱的过渡部外周。
本发明的第一绝缘件、第二绝缘件还作为密封件对对极柱的铝材部及过渡部起密封作用，避免含铝的铝材部及过渡部与储能元件内部的电解液接触而产生腐蚀，保证极柱的导电性能。
极柱的铜材部上固定有底盘，底盘为铜盘；底盘上开设有若干通孔。
第一盖板上开设有注液口；第一盖板与第一绝缘件之间设置有周向限位结构，负极柱组件的极柱与第一绝缘件之间设置有径向与轴向限位结构。
本发明的第一绝缘件的若干凸块与第一盖板的若干凹槽相配合形成周向限位结构，防止第一绝缘件旋转，第二绝缘件使用注塑工艺保证绝缘性能。
第一盖板的中央开设第三中心孔，第三中心孔的上端开设沉孔、形成第一台阶面，第一台阶面上开设若干凹槽；第一绝缘件的下部依次设有第二凸台、第三凸台，第二凸台与第三凸台之间具有第二台阶面，第二台阶面上具有若干凸块；第一绝缘件的若干凸块与第一盖板的若干凹槽相配合形成所述周向限位结构；第一绝缘件的第二台阶面贴紧在第一盖板的第一台阶面上。
极柱的铝材部的圆周面上开设有环槽，第一绝缘件的中央通孔内壁面上凸起有凸环；第一绝缘件的凸环嵌入极柱的环槽内形成所述径向与轴向限位结构。
一种储能元件，采用上述负极盖板组件结构，壳体内插装有电芯，电芯的顶端通过负极集流盘固定连接负极盖板组件，电芯的底端通过正极集流盘固定连接正极盖板组件；负极集流盘为铜材，正极集流盘为铝材。
作为上述技术方案的进一步改进：
壳体的底部具有底面，底面中央开设有第一中心孔；正极盖板组件的第二盖板的底面设有第四凸台、第五凸台，第四凸台的外径大于壳体的底面的第一中心孔的孔径，第五凸台的外径与第一中心孔的孔径相匹配，第五凸台从第一中心孔穿出，在第五凸台的外周面与第一中心孔的内周面通过焊接固定；第二盖板的中央开设有贯通的台阶孔，台阶孔内从内至外依次设置橡皮塞、铝塞，铝塞固定在第二盖板上。
本发明装配时，第二盖板的第五凸台从壳体的第一中心孔穿出即可实现对应面的配合，在焊接时，无需再对配合部位进行额外的控制即可很好地进行焊接，降低了焊接难度，二者的配合慢为圆柱周面，配合面积较大，焊接更牢固，提高了焊接的可靠性；而且，由于壳体与第二盖板的配合部位为第一中心孔的内周面与第五凸台的外周面，加工时主要保证这两个配合面的尺寸精度即可，降低了对其他部位的尺寸精度要求，从而降低了加工工艺难度。
储能元件为超级电容，或电池。
本发明的有益效果如下：
本发明的负极柱组件的极柱采用铜铝过渡件，极柱上部的铝材部采用铝材，焊接性能好，更利于与模组的单体间使用铝片进行焊接，极柱下部的铜材部采用铜材，与储能元件内部的电解液接触进行导电，导电性能好，且不会发生电化学腐蚀；而且极柱采用铜铝过渡件，与电解液接触的部位为铜材，其余部位为价格较低的铝材，在保证具有很好的导电性能的同时，铜铝过渡件相对于全铜件其价格更低，更利于降低零部件的成本，有利于导电的自然过渡。
本发明的第一绝缘件、第二绝缘件还作为密封件对对极柱的铝材部及过渡部起密封作用，避免含铝的铝材部及过渡部与储能元件内部的电解液接触而产生腐蚀，保证极柱的导电性能。
本发明的第一绝缘件的若干凸块与第一盖板的若干凹槽相配合形成周向限位结构，防止第一绝缘件旋转，第二绝缘件使用注塑工艺保证绝缘性能。
本发明装配时，第二盖板的第五凸台从壳体的第一中心孔穿出即可实现对应面的配合，在焊接时，无需再对配合部位进行额外的控制即可很好地进行焊接，降低了焊接难度，二者的配合慢为圆柱周面，配合面积较大，焊接更牢固，提高了焊接的可靠性；而且，由于壳体与第二盖板的配合部位为第一中心孔的内周面与第五凸台的外周面，加工时主要保证这两个配合面的尺寸精度即可，降低了对其他部位的尺寸精度要求，从而降低了加工工艺难度。
附图说明
图1为本发明的立体图。
图2为图1的纵截面剖视图。
图3为负极盖板组件的纵截面剖视图。
图4为负极柱组件的爆炸图。
图5为第一盖板的立体图。
图6为第一绝缘件的立体图。
图7为第二盖板的立体图。
图中：1、壳体；11、底面；12、第一中心孔；2、电芯；3、负极集流盘；4、负极盖板组件；41、负极柱组件；411、极柱；4111、铝材部；4112、过渡部；4113、铜材部；4114、环槽；4115、第一凸台；412、底盘；4121、第二中心孔；4122、通孔；42、第一盖板； 421、第三中心孔；422、第一台阶面；423、凹槽；424、注液口；43、第一绝缘件；431、第二凸台；432、第三凸台；433、凸块；434、凸环；435、第二台阶面；44、第二绝缘件；5、正极集流盘；6、正极盖板组件；61、第二盖板； 611、台阶孔；612、第四凸台；613、第五凸台；62、橡皮塞；63、铝塞。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
本发明所述的储能元件为超级电容，或电池，或其他储能结构。
如图1、图2所示，本发明的壳体1为顶部全开放、底部具有底面11的圆桶形，底面11中央开设有第一中心孔12。壳体1内插装有电芯2，电芯2的顶端通过负极集流盘3固定连接有负极盖板组件4，电芯2的底端通过正极集流盘5固定连接有正极盖板组件6，负极集流盘3为铜材，正极集流盘5为铝材。
如图2、图3所示，负极盖板组件4包括负极柱组件41、第一盖板42、第一绝缘件43、第二绝缘件44。如图4所示，负极柱组件41包括极柱411与底盘412；底盘412为圆形的铜盘，底盘412的中央开设有第二中心孔4121，底盘412的盘面上、位于第二中心孔4121的外侧开设有若干通孔4122；极柱411为由铝材与铜材通过挤压熔合成一体的铜铝过渡件，其上部为圆柱形的铝材部4111，下部为圆盘形的铜材部4113，铝材部4111与铜材部4113的连接部位为在挤压过程中熔合形成的自然过渡的过渡部4112；铝材部4111的圆周面上开设有环槽4114，铜材部4113的底部具有第一凸台4115，第一凸台4115的外径略大于底盘412的第二中心孔4121的内径，如图3所示，第一凸台4115压合在第二中心孔4121内，二者之间为过盈配合，从而实现极柱411与底盘412的固定连接，如图2所示，底盘412通过焊接固定在负极集流盘3上；负极柱组件41的极柱411采用铜铝过渡件，极柱411上部的铝材部4111采用铝材，焊接性能好，更利于与模组的铝片进行焊接，极柱411下部的铜材部4113采用铜材，与储能元件内部的电解液接触进行导电，导电性能好，且不会发生电化学腐蚀；而且极柱411采用铜铝过渡件，与电解液接触的部位为铜材，其余部位为价格较低的铝材，在保证具有很好的导电性能的同时，铜铝过渡件相对于全铜件其价格更低，更利于降低零部件的成本。如图3所示，第一盖板42套设在负极柱组件41的极柱411外周，第一盖板42与极柱411之间从上至下依次设置第一绝缘件43、第二绝缘件44进行绝缘，第一绝缘件43与第二绝缘件44的对应面相互抵接，第一绝缘件43套设在极柱411的铝材部4111外周，第二绝缘件44套设在极柱411的过渡部4112外周，第一绝缘件43、第二绝缘件44还作为密封件对对极柱411的铝材部4111及过渡部4112起密封作用，避免含铝的铝材部4111及过渡部4112与储能元件内部的电解液接触而产生电化学腐蚀，保证极柱411的导电性能。如图5所示，第一盖板42的中央开设第三中心孔421，第一盖板42的板面上、位于第三中心孔421的外侧开设有注液口424、用于往壳体1与电芯2之间的空腔灌装负极电解液；第三中心孔421的上端开设沉孔、形成第一台阶面422，第一台阶面422上沿周向均匀开设若干凹槽423。如图6所示，第一绝缘件43的下部依次设有第二凸台431、第三凸台432，第二凸台431外径大于第三凸台432外径，二者之间具有第二台阶面435，第一绝缘件43的中央通孔内壁面上凸起有凸环434。如图3所示，第一绝缘件43在第一盖板42上通过注塑成型，在成型过程中，注胶流入第一盖板42的若干凹槽423内、冷却后凝固在第二台阶面435上形成若干凸块433，若干凸块433与若干凹槽423相配合形成周向限位结构，防止第一绝缘件43旋转，保证绝缘性能，第一绝缘件43的第二台阶面435贴紧在第一盖板42的第一台阶面422上；第一绝缘件43的第三凸台432嵌入第一盖板42的第三中心孔421与负极柱组件41的极柱411之间的间隙中，第一绝缘件43的凸环434嵌入极柱411的环槽4114内形成径向与轴向限位结构，进行径向与轴向限位。
如图7所示，正极盖板组件6的第二盖板61为圆形的铝盘，第二盖板61的中央开设有贯通的台阶孔611，用于给电芯2中央的空腔灌装正极电解液；台阶孔611内从内至外依次设置橡皮塞62、铝塞63进行密封，铝塞63通过焊接固定在第二盖板61上。第二盖板61的底面中央依次朝外叠加伸出若干凸台，从内之外各凸台的外径依次减小，最内层为第四凸台612，紧接的是第五凸台613，如图2所示，第四凸台612的外径大于壳体1的底面11的第一中心孔12的孔径，第五凸台613的外径与第一中心孔12的孔径相匹配，第五凸台613从第一中心孔12穿出，在第五凸台613的外周面与第一中心孔12的内周面通过焊接固定，装配时，第五凸台613从第一中心孔12穿出即可实现对应面的配合，在焊接时，无需再对配合部位进行额外的控制即可很好地进行焊接，降低了焊接难度，二者的配合面为圆柱周面，配合面积较大，焊接更牢固，提高了焊接的可靠性；而且，由于壳体1与第二盖板61的配合部位为第一中心孔12的内周面与第五凸台613的外周面，加工时主要保证这两个配合圆周面的尺寸精度即可，降低了对其他部位的尺寸精度要求，从而降低了加工工艺难度。
以上描述是对本发明的解释，不是对本发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种铜铝复合的极柱，其特征在于：极柱（411）的上部为铝材部（4111），下部为铜材部（4113），铝材部（4111）与铜材部（4113）的连接部位为熔合的过渡部（4112），所述铝材部（4111）与过渡部（4112）在装配以后不与电解液接触。
2.一种使用如权利要求1所述铜铝复合的极柱的负极盖板组件结构，其特征在于：第一盖板（42）套设在负极柱组件（41）的极柱（411）外周，第一盖板（42）与极柱（411）之间设置有绝缘件，绝缘件设置在极柱（411）的铝材部（4111）及过渡部（4112）外周。
3.按照权利要求2所述的负极盖板组件结构，其特征在于：所述绝缘件为第一绝缘件（43）、第二绝缘件（44）；第一绝缘件（43）套设在极柱（411）的铝材部（4111）外周，第二绝缘件（44）套设在极柱（411）的过渡部（4112）外周。
4.按照权利要求2所述的负极盖板组件结构，其特征在于：极柱（411）的铜材部（4113）上固定有底盘（412），底盘（412）为铜盘；底盘（412）上开设有若干通孔（4122）。
5.按照权利要求2所述的负极盖板组件结构，其特征在于：第一盖板（42）上开设有注液口（424）；第一盖板（42）与第一绝缘件（43）之间设置有周向限位结构，负极柱组件（41）的极柱（411）与第一绝缘件（43）之间设置有径向与轴向限位结构。
6.按照权利要求2所述的负极盖板组件结构，其特征在于：第一盖板（42）的中央开设第三中心孔（421），第三中心孔（421）的上端开设沉孔、形成第一台阶面（422），第一台阶面（422）上开设若干凹槽（423）；第一绝缘件（43）的下部依次设有第二凸台（431）、第三凸台（432），第二凸台（431）与第三凸台（432）之间具有第二台阶面（435），第二台阶面（435）上具有若干凸块（433）；第一绝缘件（43）的若干凸块（433）与第一盖板（42）的若干凹槽（423）相配合形成所述周向限位结构；第一绝缘件（43）的第二台阶面（435）贴紧在第一盖板（42）的第一台阶面（422）上。
7.按照权利要求6所述的负极盖板组件结构，其特征在于：极柱（411）的铝材部（4111）的圆周面上开设有环槽（4114），第一绝缘件（43）的中央通孔内壁面上凸起有凸环（434）；第一绝缘件（43）的凸环（434）嵌入极柱（411）的环槽（4114）内形成所述径向与轴向限位结构。
8.一种储能元件，其特征在于：采用如权利要求2-7任一项所述的负极盖板组件结构，壳体（1）内插装有电芯（2），电芯（2）的顶端通过负极集流盘（3）固定连接负极盖板组件（4），电芯（2）的底端通过正极集流盘（5）固定连接正极盖板组件（6）；负极集流盘（3）为铜材，正极集流盘（5）为铝材。
9.按照权利要求8所述的储能元件，其特征在于：壳体（1）的底部具有底面（11），底面（11）中央开设有第一中心孔（12）；正极盖板组件（6）的第二盖板（61）的底面设有第四凸台（612）、第五凸台（613），第四凸台（612）的外径大于壳体（1）的底面（11）的第一中心孔（12）的孔径，第五凸台（613）的外径与第一中心孔（12）的孔径相匹配，第五凸台（613）从第一中心孔（12）穿出，在第五凸台（613）的外周面与第一中心孔（12）的内周面通过焊接固定；第二盖板（61）的中央开设有贯通的台阶孔（611），台阶孔（611）内从内至外依次设置橡皮塞（62）、铝塞（63），铝塞（63）固定在第二盖板（61）上。
10.按照权利要求8所述的储能元件，其特征在于：储能元件为超级电容，或电池。
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