CN115706298A - 圆柱形二次电池、以及电池组和包括电池组的车辆 - Google Patents

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Abstract

圆柱形二次电池、以及电池组和包括电池组的车辆。根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池包括：电极组件，所述电极组件包括具有第一极性的第一未涂覆区域和具有第二极性的第二未涂覆区域；电池罐，所述电池罐容纳所述电极组件，所述电池罐电连接到所述第二未涂覆区域并且针对每个位置具有不同的厚度；穿透端子，所述穿透端子穿过所述电池罐的表面电连接到所述第一未涂覆区域；以及盖板，所述盖板被配置成封闭所述电池罐的开口部分。

Description

圆柱形二次电池、以及电池组和包括电池组的车辆
技术领域
本公开涉及一种圆柱形二次电池、以及电池组和包括电池组的车辆。更具体地，本公开涉及一种在不显著改变现有圆柱形二次电池的结构的情况下，正极端子和负极端子彼此靠近地布置在圆柱形二次电池的一侧上的结构的圆柱形二次电池、以及电池组和包括电池组的车辆。
背景技术
当制造使用圆柱形二次电池的电池组时，通常，多个圆柱形二次电池直立地放置在壳体中，并且分别使用圆柱形二次电池的顶部和底部作为正极端子和负极端子而彼此电连接。
在圆柱形二次电池中，容纳在电池罐中的电极组件的负极未涂覆区域向下延伸并电连接到电池罐的底部，并且正极未涂覆区域向上延伸并电连接到顶盖。也就是说，在圆柱形二次电池中，通常将电池罐的底部用作负极端子，并且将覆盖电池罐的顶部开口的顶盖用作正极端子。
然而，当圆柱形二次电池的正极端子和负极端子设置在相对侧上时，需要将用于电连接多个圆柱形二次电池的电连接部件(例如，汇流条)施加到圆柱形二次电池的顶部和底部两者。这使得电池组的电连接结构变得复杂。
此外，在这种结构下，用于绝缘的部件和用于防水和密封的部件应该单独地施加到电池组的顶部和底部，从而导致所施加的部件数量的增加和结构的复杂性。
因此，需要开发一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池具有其中正极端子和负极端子沿相同方向施加以简化多个圆柱形二次电池的电连接结构的结构。
发明内容
技术问题
本公开被设计以解决上述问题，因此本公开旨在提供一种圆柱形二次电池结构，该圆柱形二次电池结构具有其中正极端子和负极端子沿相同方向施加的结构。
本公开旨在提供一种圆柱形二次电池，当电连接多个圆柱形二次电池时，该圆柱形二次电池具有用于在制造电池组的电连接部件(例如，汇流条)与圆柱形二次电池的电极端子之间进行焊接的足够面积。
本公开旨在提供一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池通过针对每个位置调整电池罐的厚度而具有改进的电池罐密封性。
本公开旨在提供圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池通过针对每个位置调整电池罐的厚度而具有提高的能量密度。
然而，本公开所要解决的技术问题不限于上述问题，并且本领域技术人员从以下描述中将清楚地理解这些和其它问题。
技术方案
为了解决上述问题，根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池包括：电极组件，所述电极组件包括具有第一极性的第一未涂覆区域和具有第二极性的第二未涂覆区域；电池罐，所述电池罐容纳所述电极组件，所述电池罐电连接到所述第二未涂覆区域并且针对每个位置具有不同的厚度；穿透端子，所述穿透端子穿过所述电池罐的表面电连接到所述第一未涂覆区域；以及盖板，所述盖板被配置成封闭所述电池罐的开口部分。
电池罐可以包括：卷边部分，所述卷边部分形成在所述电池罐的开口部分侧上并且通过围绕所述电池罐的外周表面向内卷边而形成；以及压边部分，所述压边部分形成在所述卷边部分下方并且被配置成固定所述盖板。
所述压边部分可以围绕所述盖板的边缘区域设置，并且可以延伸和弯曲以覆盖所述盖板的下表面的至少一部分。
圆柱形二次电池还可以包括密封垫圈，所述密封垫圈插置在所述电池罐的所述压边部分与所述盖板之间。
所述压边部分的覆盖所述盖板的所述下表面的区域可以比所述压边部分的剩余区域厚。
所述压边部分的覆盖所述盖板的所述下表面的区域可以包括平坦区域。
所述压边部分的覆盖盖板的边缘区域的整体区域可以比电池罐的剩余侧壁厚。
卷边部分和压边部分可以比电池罐的其余侧壁厚。
电池罐的侧壁可以比电池罐的封闭部分薄。
穿透端子可以设置在电池罐的与开口部分相对设置的表面的中心处。
所述端子穿透端子可以包括：端子暴露部分，所述端子暴露部分从所述电池罐向外延伸；以及端子插入部分，所述端子插入部分穿过所述电池罐的上表面。
圆柱形二次电池还可以包括绝缘垫圈，所述绝缘垫圈插置在所述电池罐与所述穿透端子之间，以将所述穿透端子与所述电池罐电绝缘。
所述绝缘垫圈可以包括：垫圈暴露部分，所述垫圈暴露部分从所述电池罐向外延伸；以及垫圈插入部分，所述垫圈插入部分穿过所述电池罐的上表面。
穿透端子可以铆接联接到电池罐的内表面上。
圆柱形二次电池还可以包括第一集流器板，所述第一集流器板具有联接到所述第一未涂覆区域的第一表面和联接到所述穿透端子的第二表面。
所述端子穿透端子可以包括：端子暴露部分，所述端子暴露部分从所述电池罐向外延伸；以及端子插入部分，所述端子插入部分穿过所述电池罐的上表面。
端子插入部分的中心区域可以联接到第一集流器板。
圆柱形二次电池还可以包括绝缘体，所述绝缘体插置在所述第一集流器板与所述电池罐之间。
穿透端子可以穿过绝缘体联接到第一集流器板。
所述第一未涂覆区域或所述第二未涂覆区域中的至少一个可以朝向所述电极组件的卷绕中心弯曲。
所述盖板可以包括排气部分，当所述电池罐的内部压力升高到预定水平之上时，所述排气部分破裂以迫使气体排出。
盖板可以与电极组件电绝缘并且是非极性的。
此外，根据本公开的实施方式的电池组包括：根据本公开的实施方式的多个圆柱形二次电池；以及电池组壳体，所述电池组壳体容纳所述多个圆柱形二次电池。
根据本公开的实施方式的车辆包括根据本公开的实施方式的电池组。
有益效果
根据本公开，可以提供一种圆柱形二次电池结构，该圆柱形二次电池结构具有正极端子和负极端子沿相同方向施加的结构，由此简化多个圆柱形二次电池的电连接结构。
根据本公开，可以在圆柱形二次电池的电极端子与诸如汇流条的电连接部件之间提供足够的焊接面积，由此确保电极端子与电连接部件之间的足够的接合强度，并将电连接部件与电极端子之间的焊接部分处的电阻降低到期望的水平。
根据本公开，可以通过针对每个位置调整电池罐的厚度来改进电池罐的密封性。
根据本公开，可以通过针对每个位置调整电池罐的厚度来提高能量密度。
附图说明
附图例示了本公开的示例性实施方式，并且与以下描述本公开的具体实施方式一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，并且因此本公开不应被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池的外观的图。
图2是示出根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池的内部结构的截面图。
图3和图4是示出根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池的上部结构的局部截面图。
图5和图6是示出应用于本公开的第一集流器板和电极组件的联接结构的图。
图7是根据本公开的实施方式的具有弯曲的未涂覆区域的电极组件的立体图。
图8是示出将集流器板焊接到图7的电极组件中的未涂覆区域的弯曲表面的工艺的图。
图9是示出根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池的下部结构的局部截面图。
图10是根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池的底视图。
图11是示出应用于本公开的第二集流器板的图。
图12是示出根据本公开的实施方式的电池组的示意图。
图13是示出根据本公开的实施方式的车辆的概念图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本公开的示例性实施方式。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求中使用的用语和词语不应该被理解为仅限于一般的和字典中的含义，而应该根据允许发明人适当地定义用语以获得最佳解释的原则基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来进行解释。因此，本文描述的实施方式和在附图中示出的例示仅仅是本公开的一些示例性实施方式，而不旨在完全描述本公开的技术方面，因此应当理解，在提交本申请时可以对其进行各种其它等效和修改。
参照图1至图3，根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池1包括电极组件10、电池罐20、盖板30和穿透端子40。除了上述部件之外，圆柱形二次电池1还可以包括绝缘垫圈50、第一集流器板60、绝缘体70、第二集流器板80和密封垫圈90中的至少一个。
电极组件10包括具有第一极性的第一电极，具有第二极性的第二电极以及第一电极与第二电极之间的隔膜。第一电极与正极或负极相对应，第二电极与极性与第一电极相反的电极相对应。
电极组件10可以具有例如果冻卷形状。也就是说，电极组件10可以通过围绕卷绕中心C卷绕层叠体来制造，该层叠体是通过将第一电极和第二电极与第一电极和第二电极之间的隔膜层叠至少一次而形成的。在这种情况下，电极组件10可以在其外周表面上包括用于与电池罐20绝缘的附加隔膜。
第一电极包括第一电极集电器和涂覆在第一电极集电器的一个或两个表面上的第一电极活性材料。第一电极集电器具有其中第一电极活性材料在宽度方向(平行于Z轴的方向)的一端未被涂覆的第一未涂覆区域11。第一未涂覆区域11可以用作第一电极接头。第一未涂覆区域11设置在容纳在电池罐20中的电极组件10的高度方向(平行于Z轴的方向)上的上部。
第二电极包括第二电极集电器和涂覆在第二电极集电器的一个或两个表面上的第二电极活性材料。第二电极集电器具有其中第二电极活性材料在宽度方向(平行于Z轴的方向)的另一端未被涂覆的第二未涂覆区域12。第二未涂覆区域12可以用作第二电极接头。第二未涂覆区域12设置在容纳在电池罐20中的电极组件10的高度方向(平行于Z轴的方向)上的下部。
也就是说，第一未涂覆区域11和第二未涂覆区域12沿着电极组件10的宽度方向(即，圆柱形二次电池1的高度方向)(平行于Z轴的方向)以相反的方向延伸和突出。
在本公开中，涂覆在正极板上的正极活性材料和涂覆在负极板上的负极活性材料可以包括在关于本公开的技术领域中公知的任何类型的活性材料而没有限制。
在一个示例中，正极活性材料可以包括由分子式A[AxMy]O2+z(A包括Li、Na和K中的至少一种；M包括选自Ni、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Mo、Sc、Zr、Ru和Cr中的至少一种；x≥0、1≤x+y≤2、0.1≤z≤2；化学计量系数x、y和z被选择成使化合物保持电中性)表示的碱金属化合物。
在另一示例中，正极活性材料可以是US6,677,082和US6,680,143中公开的碱金属化合物xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3(M1包括具有平均三价氧化态的至少一种元素；M2包括具有平均四价氧化态的至少一种元素；0≤x≤1)。
在又一示例中，正极活性材料可以是由分子式LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(M1包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg和Al中的至少一种；M2包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V和S中的至少一种；M3包括卤素族元素，其可选地包括F；0<a≤2、0≤x≤1、0≤y<1、0≤z<1；化学计量系数a、x、y和z被选择成使化合物保持电中性)或Li3M2(PO4)3(M包括选自Ti、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、Al、Mg和Al中的至少一种元素)表示的锂金属磷酸盐。
优选地，正极活性材料可以包括初级颗粒和/或通过初级颗粒的团聚形成的次级颗粒。
在一个示例中，负极活性材料可以包括碳材料、锂金属或锂金属化合物、硅或硅化合物、锡或锡化合物。电位小于2V的金属氧化物如TiO2和SnO2可以用于负极活性材料。碳材料可包括低结晶碳和高结晶碳。
隔膜可以包括多孔聚合物膜，例如由单独使用或层叠使用的诸如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物之类的基于聚烯烃的聚合物制成的多孔聚合物膜。在另一示例中，隔膜可以包括普通的多孔无纺织物，例如由高熔点玻璃纤维和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维制成的无纺织物。
隔膜可以在其至少一个表面上具有无机颗粒的涂层。另外，隔膜本身可以是无机颗粒的涂层。形成涂层的颗粒可以利用粘合剂来彼此粘合以在相邻颗粒之间产生间隙体积。
无机颗粒可以包括介电常数为5或更大的无机颗粒。无机颗粒的非限制性示例可以包括选自由Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、BaTiO3、二氧化铪(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、CaO、ZnO和MgO2O3组成的组中的至少一种材料。
电解质可以是具有例如A+B-结构的盐。这里，A+包括碱金属阳离子，例如Li+、Na+、K+或其组合。B-包括选自由F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、AlO4 -、AlCl4 -、PF6 -、SbF6 -、AsF6 -、BF2C2O4 -、BC4O8 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、C4F9SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-构成的组的至少一种负离子。
电解质可以通过溶解在有机溶剂中来使用。有机溶剂可以包括碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸乙基甲基酯(EMC)或γ-丁内酯中的至少一种。
参照图1至图4，电池罐20是在底部具有开口部分的大致圆柱形容器，并且例如由具有导电性的材料(例如，金属)构成。电池罐20的材料可以是例如铝。电池罐20的侧面(外周表面)和上表面可以一体地形成。电池罐20的上表面(平行于X-Y平面的表面)具有大致平坦的形状。封闭部分与电池罐20的开口部分相对地设置。封闭部分的外表面与电池罐20的上表面相对应。电池罐20通过底部上的开口部分与电极组件10一起接纳电解质。
电池罐20电连接到电极组件10。例如，电池罐20电连接到电极组件10的第二未涂覆区域12。在这种情况下，电池罐20具有与第二未涂覆区域12相同的极性。
参照图2和图9，电池罐20可以在其下端包括卷边部分21和压边部分22。卷边部分21设置在电极组件10的下方。卷边部分21形成在电池罐20的开口部分侧上，并且通过围绕电池罐20的外周表面向内卷边而形成。卷边部分21可以防止具有与电池罐20的宽度大致对应的尺寸的电极组件10从电池罐20的底部上的开口部分滑出，并用作盖板30坐置在其上的支撑件。
压边部分22形成在卷边部分21的下方。压边部分22从卷边部分21延伸并弯曲，以围绕位于卷边部分21下方的盖板30的外周表面覆盖盖板30的下表面的一部分。压边部分22的覆盖盖板30的下表面的区域22a可以包括平坦区域。
分别设置在沿着卷边方向设置在最内侧的卷边部分21的最内侧部分21c之上和下方的上卷边部分21a和下卷边部分21b可以具有不对称的形状。不对称形状可以通过定型工艺(sizing process)沿着高度方向(平行于Z轴的方向)压缩电池罐20而形成。定型工艺是通过沿着电极组件10的卷绕轴线方向压缩壳体20而使圆柱形电池1的高度与设计形状因子相匹配的工艺。
下卷边部分21b可以是大致平行于电池罐20的封闭部分而平坦的。相反，由于不对称形状，上卷边部分21a可以至少部分地沿着朝向最内部21c的方向向上倾斜。因此，上卷边部分21a可以通过推动电极组件10的底部而固定。卷边部分21可以防止具有与电池罐20的内部直径大致对应的尺寸的电极组件10从壳体20的底部上的开口部分滑出，并用作盖板30坐置在其上的支撑件。下卷边部分21b可以用作不仅用于坐置和固定盖板30而且用于坐置和固定第二集电器80的罐联接部分80b的支撑件。
此外，电池罐20可以针对每个位置具有不同的厚度。电池罐20的侧壁厚度可以小于封闭部分的厚度。可以增大电极组件10的直径，由此提高能量密度。
例如，电池罐20可以具有封闭部分，即，在大约0.5mm至1.0mm，并且更优选地在大约0.6mm至0.8mm的厚度范围中形成上表面的区域。例如，电池罐20可以具有形成外周表面的侧壁，其厚度范围为大约0.3mm至0.8mm，更优选为大约0.40mm至0.60mm。根据本公开的实施方式，电池罐20可以具有镀层。在这种情况下，镀层可以包括例如镍(Ni)。镀层的厚度可以在大约1.5μm至6.0μm之间的范围内。
由于电池罐20较薄，所以内部空间较大，并且提高了能量密度，并且可以制造具有较大容量的圆柱形二次电池1。相反，当电池罐20较厚时，可以防止在爆炸测试中火焰蔓延到相邻电池，由此提供安全优势。
此外，参照图9，电池罐20可以具有针对形成压边部22的区域内的每个位置不同的厚度。例如，压边部分22的覆盖盖板30的下表面的区域22a的厚度可以大于压边部分22的剩余区域的厚度。出于电池罐20的密封目的，这是为了防止覆盖盖板30的下表面的区域22a容易变形。当压边部分22的覆盖盖板30的下表面的区域22a的厚度大于周围区域时，可以防止如下所述的排气部分31的异常操作。也就是说，在电池罐20的内部压力上升的情况下，在排气部分31破裂之前盖板30的固定部分破裂的情况下，可以不执行正常的排气操作。因此，当压边部分22的覆盖盖板30的下表面的区域22a的厚度大于周围区域时，通常可以通过压边部分22增加盖板30的固定来执行排气操作。例如，当电池罐20的侧壁的厚度为大约0.45mm时，压边部分22的覆盖盖板30的下表面的区域22a的厚度可以设置为大约0.70mm。
此外，与图9所示不同，压边部分22的覆盖盖板30的边缘区域的整个区域可以比电池罐20的剩余侧壁厚。另选地，卷边部分21和压边部分22可以比电池罐20的其余侧壁厚。当压边部分22的整体区域或卷边部分21和压边部分22的整体区域比其余侧壁厚时，可以使由支撑盖板30的电池罐20的变形引起的不正常排气的防止效果最大化，并且在电池罐20的厚度增大的情况下，电极组件10的容纳空间不会减小。也就是说，由于卷边部分21和/或压边部分22位于比电极组件10的容纳空间更低的位置(沿Z轴方向)，在卷边部分21和/或压边部分22的厚度部分地或整体地增大的情况下，电极组件10的容纳空间不减小，由此避免能量密度减小。
当镀层较薄时，它更容易腐蚀，而当镀层较厚时，制造工艺更困难或可能发生镀层剥离的可能性更高。考虑到所有条件，需要设置电池罐20的最佳厚度和镀层的最佳厚度。此外，考虑到所有条件，需要控制电池罐20的封闭部分的厚度和侧壁的厚度。
参照图2和图9，盖板30可以由金属制成以确保刚度。盖板30被配置为封闭电池罐20的底部上的开口部分。盖板30形成圆柱形二次电池1的下表面。在本公开的圆柱形二次电池1中，即使当盖板30由具有导电性的金属制成时，盖板30也是非极性的。非极性可以表示盖板30与电池罐20和穿透端子40电绝缘。因此，盖板30不用作正极端子或负极端子。因此，盖板30不需要电连接到电极组件10和电池罐20，并且盖板30的材料不一定是导电金属。
当本公开的电池罐20包括卷边部分21时，盖板30可以坐置在电池罐20的卷边部分21上。另外，当本公开的电池罐20包括压边部分22时，盖板30由压边部分22固定。密封垫圈90可以位于盖板30与电池罐20的压边部分22之间，以确保电池罐20的密封性。
参照图9和图10，盖板30还可以包括排气部分31，以防止内部压力由于电池罐20中产生的气体而升高到预设值以上。排气部分31与厚度比盖板30中的其它区域更小的区域相对应。排气部分31在结构上弱于周围区域。因此，当电池罐20的内部压力由于圆柱形二次电池1中的故障或缺陷而升高到预定水平之上时，排气部分31破裂以迫使产生的气体离开电池罐20。例如，排气部分31可以通过经由盖板30的一个或两个表面上的开槽部分地减小电池罐20的厚度而形成。
根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池1具有如下描述的其中正极端子和负极端子两者存在于上部的结构，并且因此，上部结构比下部结构更复杂。因此，为了迫使产生的气体从电池罐20平稳地排出，排气部分31可以形成在形成圆柱形二次电池1的下表面的盖板30中。如图9所示，盖板30的下端优选设置为高于电池罐20的下端。在这种情况下，即使当电池罐20的下端接触地面或用于形成模块或电池组的壳体的底部时，盖板30也不接触地面或用于形成模块或电池组的壳体的底部。因此，可以防止排气部分31破裂所需的压力由于圆柱形二次电池1的重量而不同于设计压力的现象，由此允许排气部分31平稳地破裂。
此外，当排气部分31具有如图9和10所示的闭环形状时，随着从盖板30的中心到排气部分31的距离更长，排气部分31更容易破裂。当施加相同的排气压力时，随着从盖板30的中心到排气部分31的距离更长，施加到排气部分31的力更大，因此排气部分31更容易破裂。另外，由于从盖板30的中心到排气部分31的距离较长，所以可以迫使气体更平稳地排出。从这个角度来看，排气部分31可以优选地沿着从盖板30的边缘区域向下(基于图9在向下方向上)突出的近似平坦区域的外围形成。
尽管本公开的图10示出了在盖板30上以大致圆形形状连续形成的排气部分31，但是本公开不限于此。排气部分31可以在盖板30上不连续地形成为大致圆形形状，并且可以形成为大致直线形状或其它形状。
参照图1至图3，穿透端子40由具有导电性的金属制成，并穿过电池罐20的上表面，即设置在电池罐20的开口部分的相对侧上的表面(平行于X-Y平面的表面)。例如，穿透端子40电连接到电极组件10的第一未涂覆区域11。在这种情况下，穿透端子40具有第一极性。因此，穿透端子40可以用作本公开的圆柱形二次电池1中的第一电极端子。当穿透端子40具有如上所述的第一极性时，穿透端子40与具有第二极性的电池罐20电绝缘。穿透端子40与电池罐20之间的电绝缘可以通过多种方法来实现。例如，可以通过在穿透端子40与电池罐20之间插置如下所述的绝缘垫圈50来实现绝缘。另选地，可以通过在穿透端子40的一部分中形成绝缘涂层来实现绝缘。另选地，穿透端子40可以在结构上牢固地固定以防止穿透端子40与电池罐20之间的接触。另选地，可以一起应用两种或多种上述方法。
穿透端子40包括端子暴露部分41和端子插入部分42。端子暴露部分41通过电池罐20暴露。端子暴露部分41可以设置在电池罐20的上表面的大致中心处。端子暴露部分41的最大宽度可以大于通过穿透端子40的穿透而在电池罐20中形成的孔的最大宽度。端子插入部分42可以大致通过电池罐20的上表面的中心电连接到第一未涂覆区域11。端子插入部分42的边缘区域可以铆接联接到电池罐20的内表面上。也就是说，端子插入部分42的边缘区域可以具有朝向电池罐20的内表面的弯曲形状，并且因此端子插入部分42的端部的最大宽度可以大于电池罐20的通过端子插入部分42的穿透而形成的孔的最大宽度。
此外，当本公开的圆柱形二次电池1包括第一集流器板60时，端子插入部分42的中心区域可以联接到第一集流器板60。端子插入部分42的中心区域可以具有例如大致圆柱形的形状。端子插入部分42的中心区域的底部的直径可以设置为大约6.2mm。
端子插入部分42的中心区域的底部与第一集流器板60之间的联接可以通过例如激光焊接或超声波焊接来实现。
可以通过经由形成在电极组件10的卷绕中心C处的孔照射激光以在第一集流器板60的一个表面上形成激光焊接线来执行激光焊接。第一集流器板60的一个表面上的激光焊接线可以形成为与第一集流器板60的一个表面上的端子插入部分42的中心区域的底部大致同心的圆的形状。焊接线可以连续地或部分不连续地形成。
同心圆形状的焊接线可以具有相对于端子插入部分42的中心区域的底部的直径的大约60％到80％的直径。例如，当端子插入部分42的中心区域的底部的直径为大约6.2mm时，由焊接线画出的圆的直径可以优选为大约4.0mm或更大。当由焊接线画出的圆的直径太小时，通过焊接的接合强度可能不足。相反，当由焊接线画出的圆的直径太大时，由热和/或焊接飞溅引起的电极组件10的损坏风险可能增加。超声波焊接可以通过将用于超声波焊接的焊条插入形成在电极组件10的卷绕中心C处的孔中来进行。通过超声波焊接形成的焊接部分形成在端子插入部分42的中心区域的底部与第一集流器板60之间的接触界面内。通过超声波焊接形成的焊接部分可以整体形成在具有相对于端子插入部分42的中心区域的底部大约30％到80％的直径的同心圆中。例如，当端子插入部分42的中心区域的底部的直径为大约6.2mm时，通过超声波焊接由焊接部分画出的圆的直径可以优选为大约2.0mm或更大。当通过超声波焊接由焊接部分画出的圆的直径太小时，通过焊接的接合强度可能不足。相反，当通过超声波焊接由焊接部分画出的圆的直径太大时，由热和/或振动引起的电极组件10的损坏风险可能增加。
在本公开的实施方式中，电池罐20的上表面和穿过电池罐20暴露的穿透端子40具有相反的极性并且面向相同的方向。另外，可以在穿透端子40与电池罐20的上表面之间形成台阶。具体地，当电池罐20的整个上表面具有平坦形状或从中心向上突出时，穿透端子40的端子暴露部分41可以在电池罐20的上表面上方向上突出。相反，当电池罐20的上表面从中心向下(即，在朝向电极组件10的方向上)凹陷时，电池罐20的上表面可以在电极端子40的端子暴露部分41上方向上突出。
此外，当电池罐20的上表面从中心向下(即，在朝向电极组件10的方向上)凹陷时，电池罐20的上表面和端子暴露部分41的上表面可以根据电极端子40的端子暴露部分41的凹陷深度和厚度形成相同的平面。在这种情况下，在电池罐20的上表面与端子暴露部41之间可以不形成台阶。
绝缘垫圈50插置在电池罐20与穿透端子40之间，以防止具有相反极性的电池罐20与穿透端子40之间的接触。因此，电池罐20的具有大致平坦形状的上表面可以用作圆柱形二次电池1的第二电极端子。
绝缘垫圈50包括垫圈暴露部分51和垫圈插入部分52。垫圈暴露部分51位于穿透端子40的端子暴露部分41与电池罐20之间。垫圈插入部分52位于穿透端子40的端子插入部分42与电池罐20之间。当垫圈插入部分52的形状在端子插入部分42的铆接期间一起改变时，垫圈插入部分52可以与电池罐20的内表面紧密接触。例如，绝缘垫圈50可以由具有绝缘性的树脂制成。
参照图4，绝缘垫圈50的垫圈暴露部分51可以延伸以覆盖穿透端子40的端子暴露部分41的外周表面。当绝缘垫圈50如上所述覆盖穿透端子40的外周表面时，可以防止在将例如汇流条的电连接部件联接到电池罐20和/或穿透端子40的上表面的工艺中发生短路。尽管图中未示出，但是绝缘垫圈50的垫圈暴露部分51可以延伸以不仅覆盖端子暴露部分41的外周表面，而且一起覆盖端子暴露部分41的上表面的至少一部分。
当绝缘垫圈50由树脂制成时，绝缘垫圈50可以通过热熔联接到电池罐20和穿透端子40。在这种情况下，可以改进绝缘垫圈50与穿透端子40之间的联接界面处以及绝缘垫圈50与电池罐20之间的联接界面处的密封性。此外，当绝缘垫圈50的垫圈暴露部分51延伸到端子暴露部分41的上表面时，穿透端子40可以通过嵌件注射成型来联接到绝缘垫圈50。
根据本公开的实施方式，绝缘垫圈50、绝缘体70和密封垫圈90可以由相同的材料形成。然而，这不是必需的。绝缘垫圈50的厚度和绝缘体70的厚度可以相等。然而，这不是必需的。当它们的厚度不同时，绝缘体70可以比绝缘垫圈50薄，反之亦然。
电池罐20的上表面上除了由穿透端子40和绝缘垫圈50占据的区域之外的整个剩余区域与具有与穿透端子40相反极性的第二电极端子20a相对应。另选地，在本公开中，当省略绝缘垫圈50并且在穿透端子40中部分地形成绝缘涂层时，电池罐20的上表面上除了由具有绝缘涂层的穿透端子40占据的区域之外的整个剩余区域可以用作第二电极端子20a。
电池罐20的圆柱形侧壁可以与第二电极端子20a形成为一个工件，以防止与第二电极端子20a不连续。从电池罐20的侧壁到第二电极端子20a的连接可以是平滑曲线。然而，本公开不限于此，并且连接部分可以包括具有预定角度的至少一个角部。
参照图2至图4，第一集流器板60可以联接在电极组件10上。第一集流器板60由具有导电性的金属制成，并且连接到第一未涂覆区域11。尽管图中未示出，第一集流器板60可以包括在其下表面上径向地形成的多个凹凸图案。当形成凹凸图案时，可以通过按压第一集流器板60将凹凸图案推入第一未涂覆区域11中。
参照图5，第一集流器板60可以联接到第一未涂覆区域11的端部。第一未涂覆区域11与第一集流器板60之间的联接可以通过例如激光焊接来实现。激光焊接可以通过部分地熔化第一集流器板60的基底材料来执行，并且可以用插置在第一集流器板60与第一未涂覆区域11之间的用于焊接的焊料来执行。在这种情况下，焊料优选具有比第一集流器板60和第一未涂覆区域11低的熔点。
参照图6，第一集流器板60可以联接到通过在平行于第一集流器板60的方向上弯曲第一未涂覆区域11的端部而形成的联接表面上。例如，第一未涂覆区域11的弯曲方向可以是朝向电极组件10的卷绕中心C的方向。当第一未涂覆区域11具有如上所述的弯曲形状时，由第一未涂覆区域11占据的空间减小，从而导致提高的能量密度。另外，由于第一未涂覆区域11与第一集流器板60之间增大的联接面积，可以增大联接强度并减小电阻。
图7示出了本公开的电极组件10的未涂覆区域11、12的弯曲结构的示例性形状。基于上述第一电极进行以下描述，但是第一电极的结构可以基本上等同地应用于第二电极。
参照图2和图7，第一电极可以包括由导电材料制成的薄片状的第一电极集电器、在第一电极集电器的至少一个表面上的第一活性材料层、以及在第一电极集电器的长边的端部处未涂覆活性材料的第一未涂覆区域11。
第一未涂覆区域11可以通过开槽包括多个分段件11a。例如，第一未涂覆区域11可以沿着电极组件10的径向方向从外周弯曲到中心。如图7所示，当通过第一未涂覆区域11的开槽形成未涂覆区域11的分段件11a时，多个分段件11a可以例如从电极组件10的外周缘弯曲到芯。
参照图7和图8，集流器板60、80可以联接到通过弯曲的未涂覆区域11、12形成的联接表面上。在这种情况下，弯曲分段件11a可以在多层中交叠。在这种情况下，集流器板60、80可以联接到多个分段件11a在多层中交叠的区域。此外，电极组件10可以具有包括沿着电极组件10的径向方向的第一未涂覆区域11的分段件11a的均匀数量的交叠层的焊接目标区域。由于交叠层的数量在该区域中大致为最大值，因此优选在该区域中执行集流器板60、80与未涂覆区域11、12之间的焊接。例如，在应用激光焊接的情况下，当增大激光的输出以改进焊接质量时，可以防止由于激光束穿过未涂覆区域11、12而对电极组件10造成的损坏。另外，可以有效地防止杂质(例如，焊接飞溅物)过滤到电极组件10中。
参照图2至图4，绝缘体70设置在电极组件10的顶部与电池罐20的内表面之间，或者设置在联接在电极组件10上的第一集流器板60与电池罐20的内表面之间。绝缘体70防止第一未涂覆区域11与电池罐20之间的接触和/或第一集流器板60与电池罐20之间的接触。绝缘体70可以位于电极组件10的外周表面的顶部与电池罐20的内表面之间。第一集流器板60可以是整体上跨电极组件10的外周表面的顶部延伸的板。然而，本公开不限于此，并且第一集流器板60可以部分地跨电极组件10的外周表面的顶部延伸。
当根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池1包括绝缘体70时，穿透端子40的端子插入部分42穿过绝缘体70联接到第一集流器板60或第一未涂覆区域11。
绝缘体70可以具有靠近卷绕中心C的开口。开口可以允许穿透端子40的端子插入部分42与第一集流器板60直接接触。
在本公开的实施方式中，端子插入部分42可以在平面上具有圆形形状，但不限于此。端子插入部分42可以选择性地具有多边形形状、星形形状、具有从中心延伸的腿部的形状等。
参照图2和图9，第二集流器板80可以联接在电极组件10下方。第二集流器板80可以由具有导电性的金属制成并且可以连接到第二未涂覆区域12。另外，第二集流器板80电连接到电池罐20。如图9所示，第二集流器板80可以插置并固定在电池罐20的内表面与密封垫圈90之间。另选地，第二集流器板80可以焊接到电池罐20的内壁上。
例如，第二集流器板80可以包括未涂覆区域联接部分80a和罐联接部分80b。未涂覆区域联接部分80a可以联接到第二未涂覆区域12并电连接到电极组件10。罐联接部80b可以例如通过焊接来联接到电池罐20。罐联接部分80b可以联接到例如电池罐20的卷边部分21。罐联接部分80b可以联接到下卷边部分21b的平坦区域。罐联接部分80b可以插置在下卷边部分21b与密封垫圈90之间。
尽管图中未示出，第二集流器板80可以包括在其一个表面上径向地形成的多个凹凸图案。当形成凹凸图案时，可以通过按压第二集流器板80将凹凸图案推入第二未涂覆区域12中。
参照图5，第二集流器板80联接到第二未涂覆区域12的端部。第二未涂覆区域12与第二集流器板80之间的联接可以通过例如激光焊接来实现。激光焊接可以通过部分地熔化第二集流器板80的基底材料来执行，并且可以用插置在第二集流器板80与第二未涂覆区域12之间的用于焊接的焊料来执行。在这种情况下，焊料优选具有比第二集流器板80和第二未涂覆区域12低的熔点。
参照图6，第二集流器板80可以联接到通过在平行于第二集流器板80的方向上弯曲第二未涂覆区域12的端部而形成的联接表面上。例如，第二未涂覆区域12的弯曲方向可以是朝向电极组件10的卷绕中心C的方向。当第二未涂覆区域12具有如上所述的弯曲形状时，由第二未涂覆区域12占据的空间减小，从而导致提高的能量密度。另外，由于第二未涂覆区域12与第二集流器板80之间增大的联接面积，可以增大联接强度并减小电阻。
参照图9和图11，第二集流器板80可以包括从中心径向延伸并彼此间隔开的多个子板81。在这种情况下，多个子板81中的每一个联接到第二未涂覆区域12和电池罐20。
当第二集流器板80包括如上所述彼此间隔开的多个子板81时，第二集流器板80部分地覆盖电极组件10的下表面。因此，可以确保从电极组件10产生的气体移动到盖板30的足够空间，并实现圆柱形二次电池1下方的平稳气体排放。此外，包括如上所述的多个子板81的第二集流器板80的结构可以等同地应用于前述的第一集流器板60。
参照图3和图9，根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池1包括具有第一极性的穿透端子40以及一起在其长度方向(平行于Z轴的方向)的一侧上的与穿透端子40电绝缘并具有第二极性的第二电极端子20a。也就是说，由于根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池1包括沿相同方向设置的一对电极端子30、20a，所以在电连接多个圆柱形二次电池1时，可以将诸如汇流条的电连接部件仅放置在圆柱形二次电池1的一侧上。这可以导致简单的电池组结构和提高的能量密度。
另外，由于圆柱形二次电池1具有使用具有大致平坦形状的电池罐20的一个表面作为第二电极端子20a的结构，因此可以在将诸如汇流条的电连接部件接合到第二电极端子20a时确保足够的接合面积。因此，圆柱形二次电池1可以确保电连接部件与第二电极端子20a之间足够的接合强度，并且将焊接部分处的电阻降低到期望的水平。
参照图1，汇流条B连接到本公开的圆柱形二次电池1的第一电极端子40和第二电极端子20a中的每一个。在第一电极端子40和第二电极端子20a中的每一个中，为了确保用于汇流条B的联接的足够的面积，第一电极端子40的穿过电池罐20暴露的面积(即，端子暴露部分41的上表面的宽度D1)可以被设置为第二电极端子20a(即，电池罐20的上表面)的宽度D2的大约10％至60％。
优选地，圆柱形电池单元可以是例如形状因子的比(通过将圆柱形电池单元的直径除以其高度而获得的值，即，被定义为直径Φ与高度H的比)大于约0.4的圆柱形电池单元。
这里，形状因子是指表示圆柱形电池单元的直径和高度的值。根据本公开的实施方式的圆柱形电池组电池可以是例如46110电芯、48750电芯、48110电芯、48800电芯、46800电芯。在表示形状因子的值中，前两个数字表示电芯的直径，后两个数字表示电芯的高度，并且最后一个数字0表示电芯的截面为圆形。
根据本公开的实施方式的电池单元可以是圆柱形电池单元，该圆柱形电池单元具有直径为约46mm，高度为约110mm并且形状因子比为约0.418的大致圆柱形形状。
根据另一实施方式的电池组电池可以是圆柱形电池单元，该圆柱形电池单元具有直径大约为48mm，高度大约为75mm并且形状因子比为大约0.640的大致圆柱形形状。
根据另一实施方式的电池组电池可以是圆柱形电池单元，该圆柱形电池单元具有直径大约为48mm，高度大约为110mm并且形状因子比为大约0.418的大致圆柱形形状。
根据另一实施方式的电池单元可以是圆柱形电池单元，该圆柱形电池单元具有直径为约48mm，高度为约80mm并且形状因子比为约0.600的大致圆柱形形状。
根据另一实施方式的电池单元可以是圆柱形电池单元，该圆柱形电池单元具有直径为约46mm，高度为约80mm并且形状因子比为约0.575的大致圆柱形形状。
通常，使用具有大约0.4或更小的形状因子比的电池单元。也就是说，例如，使用18650电芯和21700电芯。在18650电芯的情况下，直径为大约18mm，高度为大约65mm，并且形状因子比为大约0.277。在21700电芯的情况下，直径为大约21mm，高度为大约70mm，并且形状因子比为大约0.300。
参照图12，根据本公开的实施方式的电池组3包括二次电池组件和电池组壳体2，该二次电池组件包括如上所述的根据本公开的实施方式电连接的多个圆柱形二次电池1，该电池组壳体2中接纳有二次电池组件。为了便于图示，在本公开的附图中省略了诸如用于电连接的汇流条、冷却单元和电源端子等的部件的例示。
参见图13，根据本公开的实施方式的车辆5可以是例如电动车辆、混合电动车辆或插入式混合电动车辆，并且包括根据本公开的实施方式的电池组3。车辆5包括四轮车辆和两轮车辆。根据本公开的实施方式，车辆5通过从电池组3供应的电力操作。
虽然上文已经针对有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求及其等同物的范围内对其进行各种修改和改变。
[附图标记的说明]
5：车辆
3：电池组
2：电池组壳体
1：圆柱形二次电池
10：电极组件
C：卷绕中心
11：第一未涂覆区域
12：第二未涂覆区域
20：电池罐
21：卷边部分
22：压边部分
30：盖板
31：排气部分
40：穿透端子
41：端子部分
42：插入部分
50：绝缘垫圈
60：第一集流器板
70：绝缘体
80：第二集流器板
81：子板
90：密封垫圈

Claims (27)

1.一种圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池包括：
电极组件，所述电极组件包括具有第一极性的第一未涂覆区域和具有第二极性的第二未涂覆区域；
电池罐，所述电池罐容纳所述电极组件，所述电池罐电连接到所述第二未涂覆区域并且针对每个位置具有不同的厚度；
穿透端子，所述穿透端子穿过所述电池罐的表面电连接到所述第一未涂覆区域；以及
盖板，所述盖板被配置成封闭所述电池罐的开口部分。
2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述电池罐包括：
卷边部分，所述卷边部分形成在所述电池罐的开口部分侧上并且通过围绕所述电池罐的外周表面向内卷边而形成；以及
压边部分，所述压边部分形成在所述卷边部分下方并且被配置成固定所述盖板。
3.根据权利要求2所述的圆柱形二次电池，其中，所述压边部分围绕所述盖板的边缘区域设置，并且延伸和弯曲以覆盖所述盖板的下表面的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池还包括：
密封垫圈，所述密封垫圈插置在所述电池罐的所述压边部分与所述盖板之间。
5.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其中，所述压边部分的覆盖所述盖板的所述下表面的区域比所述压边部分的剩余区域厚。
6.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其中，所述压边部分的覆盖所述盖板的所述下表面的区域包括平坦区域。
7.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其中，所述压边部分的覆盖所述盖板的所述边缘区域的整体区域比所述电池罐的剩余侧壁厚。
8.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，其中，所述卷边部分和所述压边部分比所述电池罐的剩余侧壁厚。
9.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述电池罐的侧壁比所述电池罐的封闭部分薄。
10.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述穿透端子设置在所述电池罐的与所述开口部分相对设置的表面的中心处。
11.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述穿透端子包括：
端子暴露部分，所述端子暴露部分从所述电池罐向外延伸；以及
端子插入部分，所述端子插入部分穿过所述电池罐的上表面。
12.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池还包括：
绝缘垫圈，所述绝缘垫圈插置在所述电池罐与所述穿透端子之间，以将所述穿透端子与所述电池罐电绝缘。
13.根据权利要求12所述的圆柱形二次电池，其中，所述绝缘垫圈包括：
垫圈暴露部分，所述垫圈暴露部分从所述电池罐向外延伸；以及
垫圈插入部分，所述垫圈插入部分穿过所述电池罐的上表面。
14.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述穿透端子铆接联接到所述电池罐的内表面上。
15.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池还包括：
第一集流器板，所述第一集流器板具有联接到所述第一未涂覆区域的第一表面和联接到所述穿透端子的第二表面。
16.根据权利要求15所述的圆柱形二次电池，其中，所述穿透端子包括：
端子暴露部分，所述端子暴露部分从所述电池罐向外延伸；以及
端子插入部分，所述端子插入部分穿过所述电池罐的上表面。
17.根据权利要求16所述的圆柱形二次电池，其中，所述端子插入部分的中心区域联接到所述第一集流器板。
18.根据权利要求15所述的圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池还包括：
绝缘体，所述绝缘体插置在所述第一集流器板与所述电池罐之间。
19.根据权利要求18所述的圆柱形二次电池，其中，所述穿透端子穿过所述绝缘体而联接到所述第一集流器板。
20.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述第一未涂覆区域或所述第二未涂覆区域中的至少一个朝向所述电极组件的卷绕中心弯曲。
21.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述盖板包括排气部分，当所述电池罐的内部压力升高到预定水平之上时，所述排气部分破裂以迫使气体排出。
22.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述盖板与所述电极组件电绝缘并且是非极性的。
23.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，所述圆柱形二次电池还包括第二集流器板，所述第二集流器板包括未涂覆区域联接部分和罐联接部分，其中，所述未涂覆区域联接部分联接到所述第二未涂覆区域并且电连接到所述电极组件，并且所述罐联接部联接到所述电池罐。
24.根据权利要求23所述的圆柱形二次电池，其中，所述第二集流器板包括从中心径向延伸并且彼此间隔开的多个子板。
25.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，其中，所述第一未涂覆区域和所述第二未涂覆区域沿着所述电极组件的宽度方向以相反的方向延伸和突出。
26.一种电池组，所述电池组包括：
多个根据权利要求1至25中的任一项所述的圆柱形二次电池；以及
电池组壳体，所述电池组壳体容纳多个所述圆柱形二次电池。
27.一种车辆，所述车辆包括根据权利要求26所述的电池组。
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