CN115995640A - 一种电池顶盖结构、锂离子电池、电池模组及电池包 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种电池顶盖结构、锂离子电池、电池模组及电池包，该电池包括盖板、以及设置在所述盖板上的极柱，所述盖板向下表面凹陷形成有内凹结构，所述内凹结构设置有供所述极柱穿出的通孔，所述极柱安装于所述通孔，且所述极柱的上表面不超过所述盖板的上表面。通过将顶盖金属板对应的极柱装配位置设计成内凹结构，配合电芯凸起结构，将现有方形铝壳电芯浪费的空间转换成电芯内部空间，提高电芯内部有效空间，增加提高电芯设计容量、提高电芯能力密度；以此提高电芯内部游离电解液存储空间，增加电芯保液量，改善电芯循环寿命；可以消除因游离电解液存储空间不足，导致注液工序电解液挤出污染问题。本发明可解决电芯空间浪费的问题。

Description

一种电池顶盖结构、锂离子电池、电池模组及电池包

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，具体涉及一种电池顶盖结构、锂离子电池、电池模组及电池包。

背景技术

随着新能源行业的发展，锂离子电池的应用的不断拓展，广泛应用于3C数码产品、电动汽车、储能等领域，其中方形锂电池由于其性能优越、制造效率高等特点成为主流的锂电池产品之一。方形铝壳电池由正极片、负极片、隔离膜、电解液、铝壳、顶盖等组成，其制造工艺包括：搅拌、涂布、辊压、模切、分切、卷绕、热压整形、卷芯配对、卷芯与连接片焊接、连接片顶盖焊接、包聚酯薄膜(mylar)、入壳、顶盖与铝壳焊接、烘烤(Baking)、一次注液，负压化成，二次注液、密封钉焊接、分容、电压&内阻测试、包膜、尺寸测量等工序；其中电芯顶盖的设计不仅需要考虑顶盖本身的功能(导通极耳、防止铝壳腐蚀、电芯防爆等)，还需要考虑电芯尺寸&空间利用率，良好的顶盖设计需要尽可能减少电芯空间浪费，实现电芯容量和保液量的提升。

现有方形铝壳电芯顶盖设计结构，正负极极柱凸出顶盖表面3～5mm；电芯组装为电池的工序中将多个电芯通过焊接电芯极柱上的铝质金属条将电芯串并联成模组时，铝质金属条焊接在电芯极柱表面，由于电芯极柱突出于盖板表面，使得盖板表面到极柱表面的空间无法被有效利用，造成空间浪费。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种电池顶盖结构，将现有方形铝壳电芯浪费的空间转换成电芯内部空间，从而增加电芯容量，提升电芯能量密度，解决了电芯空间浪费的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种电池顶盖结构，包括盖板、以及设置在所述盖板上的极柱，所述盖板向下表面凹陷形成有内凹结构，所述内凹结构设置有供所述极柱穿出的通孔，所述极柱安装于所述通孔，且所述极柱的上表面不超过所述盖板的上表面。

优选的，所述极柱的上表面与所述盖板的上表面位于同一水平面上。

优选的，还包括上塑胶，及设置在所述上塑胶的上端的密封圈，所述密封圈与所述上塑胶依次设置在所述顶盖与所述极柱之间。

优选的，还包括防爆阀和注液孔，所述注液孔与所述防爆阀均设置在所述正极柱与所述负极柱之间，所述注液孔与所述防爆阀均与所述顶盖表面位于同一水平面上_。

优选的，所述内凹结构的内陷宽度W₂为10-50mm，内陷长度L为10-50mm。本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种电池，该电池容量高，能量密度大，可批量生产。

本发明一种电池，包括电芯、容纳电芯的壳体、以及密封安装于所述壳体顶端的顶盖，所述顶盖为上述的电池顶盖结构。

优选的，所述电芯包括电芯本体，所述电芯本体顶面的中部设置有凸起结构，所述内凹结构位于所述凸起结构的两侧。

优选的，所述电芯的宽度W₁为100-300mm，所述凸起结构的凸出长度为W₁/2，所述凸起结构的凸出宽度为h；所述极柱外露高度为3-5mm。

优选的，所述电芯的极耳位于所述凸起结构的两侧，且所述电芯的极耳与所述极柱电连接。

本发明的目的之三在于：提供一种锂离子电池模组，具有良好的稳定性和化学性能，本发明提供的一种锂离子电池模组，包括上述的电池。

本发明的目的之四在于：提供一种锂离子电池包，本发明提供的一种锂离子电池包，包括上述的锂离子电池模组。

本发明的有益效果在于，本发明通过将顶盖金属板对应的极柱装配位置设计成内凹结构，配合电芯凸起结构，将现有方形铝壳电芯浪费的空间转换成电芯内部空间；提高电芯内部有效空间，增加提高电芯设计容量、提高电芯能力密度；以此提高电芯内部游离电解液存储空间，增加电芯保液量，改善电芯循环寿命；可以消除因游离电解液存储空间不足，导致注液工序电解液挤出污染问题。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施方式的特征、优点和技术效果。

图1为本发明中一实施方式的结构示意图。

图2为本发明中另一实施方式的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-极柱；2-上塑胶；3-密封圈；4-盖板；5-下塑胶；6-防爆阀；7-注液孔；8-极耳；9-方形铝壳；10-电解液储存空间；11-电芯。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差内，本领域技术人员能够在一定误差内解决技术问题，基本达到技术效果。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

根据本发明的第一方面，本发明一种电池顶盖结构，包括盖板4_，盖板4包括有极柱1，极柱1与电芯极耳8和外电路连接，电芯11充放电过程中，电流通过极耳8、极柱1到达外电路；上塑胶2及下塑胶5，正极上塑胶有一定的电阻，使得正极极柱与盖板4之间产生一定的电压，防止铝壳腐蚀，负极上塑胶2用于盖板金属板与负极极柱之间的绝缘，盖板4与极柱的上表面平齐，尽可能减少电芯11空间浪费，实现电芯11容量和保液量的提升。

在根据本发明的一实施例中，还包括密封圈3，密封圈3设置在上塑胶2的上端，密封圈3与上塑胶2依次设置在盖板与极柱1之间，密封圈3用于盖板金属板与极柱1之间的绝缘密封，防止电解液从极柱1与盖板金属板间隙流出，并且防止极柱1与盖板金属板接触导致电芯短路。

在根据本发明的一实施例中，还包括防爆阀6和注液孔7，注液孔7与防爆阀6均设置在正极柱与负极柱之间，注液孔7与防爆阀6均与盖板表面平齐，注液孔7用于电解液灌注，以及在负压化成中电芯11内部产生气体通过注液孔排出，电芯11加工完成后使用密封钉焊接将其密封；而防爆阀6主要作用电芯11发生安全事故、内部压力过大时，防爆阀6自动打开将电芯内部热量释放，防止电芯爆炸_。

根据本发明的第二方面，本发明提供的一种电池，该电池容量高，能量密度大，可批量生产。

本发明一种电池，包括上述的方形铝壳9电芯盖板，还包括电芯11、极耳8和方形铝壳9；盖板设置内凹结构，电芯11设置为凸起结构；盖板悬空设置在电芯11上端；盖板4与方形铝壳9通过激光焊接相围形成封闭空间，电11芯与方形铝壳9之间设置有电解液储存空间，可增加电芯11保液量，改善电芯循环寿命；电解液储存空间为V₂＝V₀-V₁；电芯新增空间V₀＝W₁*T*h-2*W₂*l*h，电芯容量V₁＝～W₁/2*T*h；电芯厚度T为100-300mm。

在根据本发明的一实施例中，电解液储存空间10呈U形结构，提高电芯11内部有效空间，增加提高电芯11设计容量，增加电解液的储蓄量，从而提升电芯保液量，并改善注液工序电解液挤出污染问题。

在根据本发明的一实施例中，下塑胶设置在盖板与电芯11之间，下塑胶5主要用于隔离盖板金属板与卷芯，防止卷芯与盖板4金属板接触导致电芯内部短路。

在根据本发明的一实施例中，内凹结构的内陷宽度W₂为10-50mm，例如可以为10mm、15mm、25mm、30mm、40mm、50mm；内陷长度L为10-50mm，例如可以是10mm、20mm、30mm、40mm、50mm。

在根据本发明的一实施例中，电芯的宽度W₁为100-300mm，例如可以是100mm、200mm、300mm；凸起结构的凸出长度为W₁/2，凸起结构的凸出宽度为h；极柱1外露高度为3-5mm，例如可以是3mm、4mm、5mm。

在根据本发明的一实施例中，凸起结构的凸出部分与极耳8之间设置有空隙，防止裸电芯增加部分与极耳8干涉。

根据本发明的第三方面，本发明提供一种锂离子电池模组，具有良好的稳定性和化学性能，本发明提供的一种锂离子电池模组，包括上述的电池。

根据本发明的第四方面，本发明提供一种锂离子电池包，电芯内部有效空间及电芯容量大、电芯能量密度高本发明提供的一种锂离子电池包，包括上述的锂离子电池模组。

实施方式一

方形铝壳电芯，Pack高度(H)158mm、电芯宽度116mm、电芯厚度50mm；采用现有盖板设计，盖板金属板厚度2mm，极柱外露高度(h)3mm；

改用新型盖板设计，盖板金属板极柱位置内凹长度22mm、内凹宽度22mm、内凹深度3mm；新型顶盖电芯设计内部有效空间可以提升1.7％(14.5ml＝116mm*50mm*3mm-2*22mm*22mm*3mm)；若搭配凸型卷绕设计，设计容量可提升1.16％(设计容量增加1.16Ah)，同时游离电解液空间增加10％，从而有效增加电芯保液量。

实施方式二

方形铝壳电芯，Pack高度(H)165mm、电芯宽度126mm、电芯厚度60mm；采用现有顶盖设计，顶盖金属板厚度3mm，极柱外露高度(h)4mm；

改用新型顶盖设计，顶盖金属板极柱位置内凹长度25mm、内凹宽度26mm、内凹深度3mm；新型顶盖电芯设计内部有效空间可以提升1.8％_，若搭配凸型卷绕设计，电池容量增加，同时游离电解液空间增加，从而有效提升电芯保液量。

其他结构与实施方式一相同，这里不再赘述。

实施方式三

方形铝壳电芯，Pack高度(H)168mm、电芯宽度130mm、电芯厚度66mm；采用现有顶盖设计，顶盖金属板厚度4mm，极柱外露高度(h)5mm；

改用新型顶盖设计，顶盖金属板极柱位置内凹长度26mm、内凹宽度28mm、内凹深度5mm；新型顶盖电芯设计内部有效空间可以提升2.0％_，若搭配凸型卷绕设计，电池容量增加，同时游离电解液空间增加，从而有效提升电芯保液量。

其他结构与实施方式一相同，这里不再赘述。

由上述实施例得出，通过将顶盖金属板对应的极柱装配位置设计成内凹结构，配合电芯凸起结构，将现有方形铝壳电芯浪费的空间转换成电芯内部空间；提高电芯内部有效空间，增加提高电芯设计容量、提高电芯能力密度；以此提高电芯内部游离电解液存储空间，增加电芯保液量，改善电芯循环寿命；可以消除因游离电解液存储空间不足，导致注液工序电解液挤出污染问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种电池顶盖结构，其特征在于：包括盖板、以及设置在所述盖板上的极柱，所述盖板向下表面凹陷形成有内凹结构，所述内凹结构设置有供所述极柱穿出的通孔，所述极柱安装于所述通孔，且所述极柱的上表面不超过所述盖板的上表面。

2.如权利要求1所述的一种电池顶盖结构，其特征在于：所述极柱的上表面与所述盖板的上表面位于同一水平面上。

3.如权利要求1所述的一种电池顶盖结构，其特征在于：还包括上塑胶，及设置在所述上塑胶上端的密封圈，所述密封圈与所述上塑胶依次设置在所述顶盖与所述极柱之间。

4.如权利要求1所述的一种电池顶盖结构，其特征在于：还包括防爆阀和注液孔，所述注液孔与所述防爆阀均设置在所述正极柱与所述负极柱之间，所述注液孔与所述防爆阀均与所述顶盖表面位于同一水平面上_。

5.如权利要求1所述的一种电池顶盖结构，其特征在于，所述内凹结构的内陷宽度W₂为10-50mm，内陷长度L为10-50mm。

6.一种锂离子电池，其特征在于，包括电芯、容纳电芯的壳体、以及密封安装于所述壳体顶端的顶盖，所述顶盖为权利要求1-5任一项所述的电池顶盖结构。

7.如权利要求6所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述电芯包括电芯本体，所述电芯本体顶面的中部设置有凸起结构，所述内凹结构位于所述凸起结构的两侧。

8.如权利要求6所述的一种锂离子电池，其特征在于：所述电芯的宽度W₁为100-300mm，所述凸起结构的凸出长度为W₁/2，所述凸起结构的凸出宽度为h；所述极柱外露高度为3-5mm。

9.一种锂离子电池模组，其特征在于，包括权利要求6所述的电池。

10.一种锂离子电池包，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池模组。

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