CN117254126A - 圆柱电池及制造方法、电源模组 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种具有新型结构的圆柱电池，包括外壳、芯包、极耳、顶盖、汇流组件、极柱和防爆阀，极耳包括电性相反的第一极耳和第二极耳，第一极耳和第二极耳呈扇环状且设置在芯包的同一端；汇流组件包括第一汇流盘、第二汇流盘和绝缘件，第一汇流盘用于电连接极柱和第一极耳，第二汇流盘用于电连接顶盖和第二极耳；顶盖设有环形下沉凹槽，第二汇流盘设有弧形定位区，绝缘件设有下沉区，弧形定位区用于与环形下沉凹槽弧形地贴合，下沉区用于隔离环形下沉凹槽和第一汇流盘；防爆阀位于芯包的另一端。还提供一种电源模组和圆柱电池制造方法。

Description

圆柱电池及制造方法、电源模组

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及圆柱电池领域。

背景技术

汽车用动力电池包通常含有多个锂电池单体，圆柱电池是电池包常见的单体电池结构，随着锂电池在汽车方面的应用，对电池单体的一致性和安全性提出了更高的挑战。

传统单体圆柱电池将正负极分别设置在两端，具有相对较长的电子传输路径，带来较高的电池内阻。此外，复杂的结构和生产工艺也使电池制造成本较高。

因此，亟需一种新型圆柱电池结构，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种圆柱电池。

为实现上述目的的圆柱电池，包括外壳、芯包、极耳、顶盖、汇流组件、极柱和防爆阀，所述极耳包括电性相反的第一极耳和第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳呈扇环状，且设置在所述芯包的同一端；汇流组件包括第一汇流盘、第二汇流盘和用于隔离所述第一汇流盘和所述第二汇流盘的绝缘件，所述第一汇流盘用于电连接所述极柱和所述第一极耳，所述第二汇流盘用于电连接所述顶盖和所述第二极耳；所述顶盖设有环形下沉凹槽，所述第二汇流盘设有弧形定位区，所述绝缘件设有下沉区，所述弧形定位区用于与所述环形下沉凹槽弧形地贴合，所述下沉区用于隔离所述环形下沉凹槽和所述第一汇流盘；所述防爆阀位于所述芯包的另一端。

在一个或多个实施例中，所述第一汇流盘包括中心凸台，所述绝缘件包括中心空腔和围成至少部分所述中心空腔的隔离弧部，所述第二汇流盘包括中心避让缺口，所述中心凸台贯穿所述中心空腔，以与所述极柱电连接，所述中心避让缺口与所述隔离弧部契合。

在一个或多个实施例中，所述第二汇流盘包括位于弧形定位区径向内侧的第一柔性部和位于所述第一柔性部下方的汇流面，所述第一柔性部包括空腔层，用于与所述顶盖的非环形下沉凹槽区域接触，所述汇流面用于与所述第二极耳电连接，所述第一柔性部的顶端面与所述绝缘件的顶端面平齐设置，所述绝缘件还设有第二柔性部。

在一个或多个实施例中，所述第二柔性部包括设置在绝缘件内的空隙。

在一个或多个实施例中，所述绝缘件还包括下沉凸台，用于与所述芯包端面上不设有极耳的区域接触，所述下沉凸台的高度设置成大于等于所述极耳的高度。

在一个或多个实施例中，所述外壳包括自底侧延伸出的环形立筋，所述环形立筋超出所述芯包的底端设置，并用于与所述防爆阀连接，所述环形立筋的高度优选大于等于0.1mm。

在一个或多个实施例中，该电池还包括设置在所述顶盖和所述极柱之间的一体密封件，所述极柱的底端设有倒钩，所述一体密封件与所述倒钩过盈配合。

在一个或多个实施例中，所述顶盖设有一个或多个环槽和一个或多个凸起，所述一体密封件包括用于与所述凹槽配合的凸环，并与所述凸起过盈配合。

在一个或多个实施例中，所述极柱与所述中心凸台接触的区域为减薄区，所述减薄区的上平面低于所述极柱的顶部端面，下平面高于所述极柱的底部端面，其中，所述下平面用于和所述中心凸台焊接。

本发明的另一个目的是提供一种电源模组，该电池模组包括：一个或多个上述圆柱电池、巴片以及绝缘板，巴片用于电连接各所述圆柱电池；绝缘板设置在各所述圆柱电池间的间隙内。

本发明的另一个目的是提供一种圆柱电池制造方法，用于制备上述圆柱电池，该方法包括如下步骤：将卷绕后的芯包固定；使第一连接片与第一极耳电连接；在所述第一连接片的上方安装绝缘件；使第二连接片对接所述绝缘件、所述顶盖和所述第二极耳，并使所述第二连接片的一部分形成空腔区和弧形定位区；将带有汇流组件的芯包塞入外壳内；使顶盖与极柱连接后，再与所述外壳进行连接；从芯包底侧对芯包进行注液后，将防爆阀固定在所述外壳底侧。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1是圆柱电池的部件拆分图；

图2是圆柱电池的剖视图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是图2中B处的放大图；

图5是图2中C处的放大图；

图6是图2中D处的放大图；

图7是汇流组件的部件拆分图；

图8是极耳的示意图；

图9是顶盖和极柱的示意图；

图10是一体密封件的示意图；

图11是圆柱电池的外部示意图；

图12是电源模组的示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。

需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。

图1示出圆柱电池的主要部件，包括外壳50、芯包40、极耳30、顶盖10、汇流组件20、极柱60和防爆阀70。

极耳30包括电性相反的第一极耳31和第二极耳32，第一极耳31和第二极耳32呈扇环状，且设置在芯包40的同一端，如图1所示的上端；防爆阀70位于芯包40的另一端，如图1所示的下端。此外，注液口也设置在防爆阀70所在的一端。

极耳如图8所示，呈扇环状的极耳最小半径R1大于等于3mm，最大半径R2小于芯包40端面的半径。第一极耳31或第二极耳32的角度小于180°，由此，相反电性的第一极耳31和第二极耳32能够同时设置在电池的同一端，进而显著缩短电子路径，提升电池能量密度，实现对能量的充分利用。

第一极耳31可以作为正极，此时第二极耳32作为负极，或者第一极耳31也可以作为负极，此时第二极耳32作为正极。

汇流组件20设置在顶盖10和极耳30之间，包括堆叠设置的第一汇流盘21、第二汇流盘22和绝缘件23，绝缘件23用于隔离第一汇流盘21和第二汇流盘22的绝缘件23。

第一汇流盘21用于电连接极柱60和第一极耳31，如通过诸如激光脉冲点焊的方式与第一极耳31表面焊接，通过诸如激光焊接、电阻焊等方式与极柱60焊接。第二汇流盘22用于电连接顶盖10和第二极耳32，如通过诸如激光脉冲点焊的方式与第二极耳32焊接，通过激光焊、电阻焊等方式与顶盖10连接。

可以理解的是，当第一极耳31作为正极、第二极耳32作为负极时，第一汇流盘21作为正极汇流片，第二汇流盘22作为负极汇流片；当第一极耳31作为负极、第二极耳32作为正极时，第一汇流盘21作为负极汇流片，第二汇流盘22作为正极汇流片。

汇流盘包括但不限于选择纯铜、黄铜和铝合金材料。为保证电池的安全性，用于隔离第一汇流盘21和第二汇流盘22的绝缘件23需要具备较佳的绝缘性能。绝缘件23包括但不限于选用聚丙烯(PP)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)。

还可以通过巧妙设计汇流组件20的结构，实现二者彼此的避让和隔离。如继续参照图3至图7所示，为实现第一汇流盘21和极柱60间的接触，第一汇流盘21包括用于极柱60焊接的中心凸台212，绝缘件23包括中心空腔232和围成至少部分中心空腔232的隔离弧部233。第二汇流盘22包括中心避让缺口220，中心避让缺口220用于避让中心凸台212和中心空腔232区域。

优选的，隔离弧部233包括两部分，第一部分为周向延伸的弧形面2331，第二部分为与中心避让缺口220配合的弧形平面2332。具体参照图4和图7理解，第一汇流盘21的中心凸台212贯穿中心空腔232，以与极柱60电连接，隔离弧部233的弧形面2331与中心凸台212贴合，对中心凸台212起到安装时的定位和导向作用；同时，隔离弧部233的弧形平面2332与中心避让缺口220配合，弧形平面2332的一侧抵靠在第二汇流盘22上且贴在第二极耳32上方，将中心凸台212与第二汇流盘22和第二极耳32隔离开。

在一些实施例中，如图7和图8所示，绝缘件23还包括下沉凸台238，用于与芯包端面上不设有极耳的区域接触，如与图8所示的空白区33相抵靠，下沉凸台238的高度设置成大于等于极耳30的高度，从而避免第一汇流盘21和第二汇流盘22误触另一电性的极耳，保证极耳间的隔离，也保证汇流盘与另一电性的极耳间的隔离。

顶盖10、极柱60也为上述汇流组件结构做出适配性的调整。

参照图2至图5以及图9所示，顶盖10设有环形下沉凹槽101，第二汇流盘22设有弧形定位区221，绝缘件23设有下沉区231。

弧形定位区221用于与环形下沉凹槽101弧形地贴合，如图3所示。弧形定位区221包括与环形下沉凹槽101的槽面水平地贴合的周向相抵面228，实现较佳的电传导效果，还包括呈下沉状的弧形下降支撑筋面229，起到安装时的契合定位和支撑的双重作用。

此外，顶盖10的环形下沉凹槽101外周侧还设有定位安装台阶105，用于与外壳50配合，起到径向定位作用，其中靠近外壳10的台阶区域N处用于在顶盖10与外壳50安装时起到导向及轴向限位作用。

绝缘件23的下沉区231用于隔离环形下沉凹槽101和第一汇流盘21，如图5所示，下沉区231成为位于其下方的第一汇流盘21与位于其上方的顶盖10之间的屏障，既保证了其绝缘性能，又充分利用了顶盖组件环形下沉凹槽结构形成的空间。优选的，绝缘件23的端部延伸区域的径向长度大于第一极耳31的外周侧径向长度，进而实现第一极耳31与顶盖10的隔离。

在一些实施例中，第二汇流盘22包括位于弧形定位区221径向内侧的第一柔性部224和位于第一柔性部224下方的汇流面225，结合图3和图4理解，汇流面225用于与第二极耳32电连接，第一柔性部224包括空腔层226，用于与顶盖10的非环形下沉凹槽区域接触。第一柔性部224的空腔层226不设材料，凭借空腔结构吸收外部冲击力。在顶盖10受到冲击力时，空腔层226能够吸收该部分能量，避免对下方的汇流面225与第二极耳32的焊接部分造成冲击，进而提升电池的安全性。

第一柔性部224可由与第二汇流盘22相同材料的端部延伸片折叠形成，也可以由固定设置在第二汇流盘或顶盖上的绝缘材料形成。

与之对应的，第一柔性部224的顶端面优选与绝缘件23的顶端面平齐设置。优选的，绝缘件23还设有第二柔性部239，如第二柔性部239包括设置在绝缘件23内的空隙(图中未示出)，空隙可以在制备绝缘件23时使用模具一体注塑形成。由此，第二柔性部239和第一柔性部224相对于顶盖的轴线实现对称设置，进一步提高了带有汇流组件和极耳的电池端部的安全性。

此外，第一柔性部224的下方形成包裹第一汇流盘21的腔室，如参照图5和图7理解，以使第一汇流盘21的局部上侧面和轴向侧均被包裹在绝缘件内部，从而提升电传导的安全性。

继续参照图6所示，外壳50包括自底侧延伸出的环形立筋51，环形立筋51超出芯包40的底端设置，并用于与防爆阀70连接。环形立筋51的设计对于电池而言形成了泄压通道，有利于电池的定向泄压。

优选的，环形立筋51的高度大于等于0.1mm。

在上述实施例的基础之上，防爆阀70包括与底侧延伸立筋51固定的环形边71和位于环形边71内侧的上凸平台72，上凸平台72和环形边71的连接处形成台阶结构73。在防爆阀70外围设计的台阶结构73用于与壳体立筋装配使用，有利于安装定位的精准度。

顶盖10和极柱60的密封结构参照图4、图9和图10所示，该电池设有一体密封件80，一体密封件80位于顶盖10和极柱60之间。如图4所示，第一柔性部224的径向内侧与一体密封件80的最小距离径向尺寸W≥0.1mm，防止安装时二者产生干涉，也可以保证绝缘距离。

为提高密封效果，在一些实施例中，极柱60的底端设有倒钩61，一体密封件80与倒钩61过盈配合。顶盖10设有一个或多个环槽102和一个或多个凸起103，一体密封件80包括与凹槽102配合的凸环83，一体密封件80还与凸起103过盈配合，凸起103过盈而挤压一体密封件80的表面。

也即，一体密封件80存在两处过盈配合区域，如图10所示，第一处过盈配合区域H用于实现一体密封件80与极柱60的配合，第二处过盈配合区域M用于实现一体密封件80与顶盖10的配合。优选的，两处过盈配合区域靠近设置，以使两处过盈配合区域之间的局部密封件在两侧反向挤压受力下，产生微变形，如区域P所示，以进一步提高密封效果。

由此，一体密封件80以垂直方向的压缩实现密封，第一处过盈配合区域H、第二处过盈配合区域M、微变形区域P以及与顶盖10的凹槽102配合的凸环83，实现同步地四处密封。

回到参照图4所示，极柱60与中心凸台212接触的区域为减薄区65，减薄区65的上平面651低于极柱的顶部端面，下平面652高于极柱60的底部端面，其中，下平面652用于和中心凸台212焊接。减薄区65作为极柱与汇流盘的焊接区域，由倒角或冲压工艺实现，方便第一连接片的中心凸台212在此处安装。

为保证安全性，在一些实施例中，极柱60的全部底部端面抵靠在绝缘件23上，如一部分抵靠在弧形平面2332上，另一部分抵靠在第二柔性部239的平面上。

上述圆柱电池结构具有如下优点。

对正负极结构同时优化，将正负极连接片全部设置在电池的顶部，使得电流回路集中在顶盖组件上，缩短电流传输路径，减小电池的内阻，降低电池使用过程的发热问题，有利于提高电池及电池模组的安全性。此外，还可以实现电池垂直空间充分利用，正负极汇流盘设置在同一垂直空间内，能够提升电池的能量密度。

同时，与极耳相对应地设计的汇流组件和电池盖体保证了极耳能够被安全地覆盖或包裹或配合，三类部件彼此配合，互相支持，进一步提高电池的安全性，提升电池的制造良率。

第一柔性部和第二柔性部使顶盖与汇流盘的连接具备柔性，保证电池制造过程中的良率，同时避免对焊接面的损伤，进一步提高电池的安全性。

通过简单高效的密封结构，实现顶盖、密封件和极柱间的密封，提高电池的安全性。

上述圆柱电池结构还具有较少电池整体物料成本，将常见的圆形连接片改造成类扇形结构，极大地缩小了连接片的尺寸，并通过各部件间机械结构的巧妙设计，既保证了电池性能，又简化了部件数量，优化了电池结构，进而降低了电池的制造成本。

结合对上述圆柱电池的介绍，还可以理解到一种可作为整车电源使用得电源模组，如图12所示，包括圆柱电池100、用于电连接各圆柱电池的巴片200以及设置在各圆柱电池间的间隙内的绝缘板。如，绝缘板可以为塑料支架。

本申请还公开一种制造上述圆柱电池的方法，该方法包括如下步骤：将卷绕后的芯包固定；使第一连接片与第一极耳电连接；在第一连接片的上方安装绝缘件；使第二连接片对接绝缘件、顶盖和第二极耳，并使第二连接片的一部分形成空腔区和弧形定位区；将带有汇流组件的芯包塞入外壳内；使顶盖与极柱连接后，再与外壳进行连接；从芯包底侧对芯包进行注液、化成等工序后，将防爆阀固定在外壳底侧。

需要说明的是，上述使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (11)

1.圆柱电池，包括外壳、芯包、极耳、顶盖、汇流组件、极柱和防爆阀，其特征在于，

所述极耳包括电性相反的第一极耳和第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳呈扇环状，且设置在所述芯包的同一端；

汇流组件包括第一汇流盘、第二汇流盘和用于隔离所述第一汇流盘和所述第二汇流盘的绝缘件，所述第一汇流盘用于电连接所述极柱和所述第一极耳，所述第二汇流盘用于电连接所述顶盖和所述第二极耳；

所述顶盖设有环形下沉凹槽，所述第二汇流盘设有弧形定位区，所述绝缘件设有下沉区，所述弧形定位区用于与所述环形下沉凹槽弧形地贴合，所述下沉区用于隔离所述环形下沉凹槽和所述第一汇流盘；

所述防爆阀位于所述芯包的另一端。

2.如权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第一汇流盘包括中心凸台，所述绝缘件包括中心空腔和围成至少部分所述中心空腔的隔离弧部，所述第二汇流盘包括中心避让缺口，所述中心凸台贯穿所述中心空腔，以与所述极柱电连接，所述中心避让缺口与所述隔离弧部契合。

3.如权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二汇流盘包括位于弧形定位区径向内侧的第一柔性部和位于所述第一柔性部下方的汇流面，所述第一柔性部包括空腔层，用于与所述顶盖的非环形下沉凹槽区域接触，所述汇流面用于与所述第二极耳电连接，所述第一柔性部的顶端面与所述绝缘件的顶端面平齐设置，所述绝缘件还设有第二柔性部。

4.如权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二柔性部包括设置在绝缘件内的空隙。

5.如权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述绝缘件还包括下沉凸台，用于与所述芯包端面上不设有极耳的区域接触，所述下沉凸台的高度设置成大于等于所述极耳的高度。

6.如权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述外壳包括自底侧延伸出的环形立筋，所述环形立筋超出所述芯包的底端设置，并用于与所述防爆阀连接，所述环形立筋的高度优选大于等于0.1mm。

7.如权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，该电池还包括设置在所述顶盖和所述极柱之间的一体密封件，所述极柱的底端设有倒钩，所述一体密封件与所述倒钩过盈配合。

8.如权利要求7所述的圆柱电池，其特征在于，所述顶盖设有一个或多个环槽和一个或多个凸起，所述一体密封件包括用于与所述凹槽配合的凸环，所述一体密封件还与所述凸起过盈配合。

9.如权利要求2所述的圆柱电池，其特征在于，所述极柱与所述中心凸台接触的区域为减薄区，所述减薄区的上平面低于所述极柱的顶部端面，下平面高于所述极柱的底部端面，其中，所述下平面用于和所述中心凸台焊接。

10.电源模组，其特征在于，包括：

一个或多个如权利要求1-9任一项所述的圆柱电池；

巴片，用于电连接各所述圆柱电池；以及

绝缘板，设置在各所述圆柱电池间的间隙内。

11.圆柱电池制造方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-9任一项所述的圆柱电池，该方法包括如下步骤：

将卷绕后的芯包固定；

使第一连接片与第一极耳电连接；

在所述第一连接片的上方安装绝缘件；

使第二连接片对接所述绝缘件、所述顶盖和所述第二极耳，并使所述第二连接片的一部分形成空腔区和弧形定位区；

将带有汇流组件的芯包塞入外壳内；

使顶盖与极柱连接后，再与所述外壳进行连接；

从芯包底侧对芯包进行注液后，将防爆阀固定在所述外壳的底侧。