CN117712585B - 一种电池及电池包 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池及电池包，电池包括顶盖片、极柱、第一绝缘密封圈和第二绝缘密封圈，顶盖片设置有极柱孔；极柱穿设于极柱孔，且极柱包括凸设于顶盖片一侧的第一凸出部、位于极柱孔内的穿设部以及凸设于顶盖片另一侧的第二凸出部；第一绝缘密封圈套设于极柱上，第一绝缘密封圈包括第一密封部和第二密封部，第一密封部在第一方向上设置于穿设部与顶盖片之间，第二密封部在第二方向上压缩于第一凸出部与顶盖片之间；第二绝缘密封圈套设于第一密封部外，第二绝缘密封圈在第二方向上压缩于顶盖片与第二凸出部之间。本发明通过压缩分体设置的两个绝缘密封圈，保证电池的密封和绝缘性能，也使得该电池的密封结构更加灵活。

Description

一种电池及电池包

技术领域

本发明涉及动力电池技术领域，尤其涉及一种电池及电池包。

背景技术

锂电池由壳体、设在壳体的壳腔内的锂电池芯和盖板组成。目前的锂电池是壳体和盖板分开制作，然后在装入电芯后进行装配注液等操作，最终形成完整的锂电池。锂电池盖板结构是其中非常重要的一环，其上部要搭载极柱等组件，并且要通过它进行注液操作，后期在使用过程中，其密封性能、绝缘性能、耐久性等一系列性能均要达到相应的标准。

锂电池盖板上设有极柱，极柱穿过盖板而设，在盖板的下方和上方分别有用于对极柱进行绝缘的塑胶件，同时极柱和盖板之间也会有相应的密封结构，一般是采用绝缘密封圈对其进行密封。电池绝缘密封圈对电池的防漏和防爆安全性能起决定性的作用，同时影响电池放电容量的整体性能。在现有技术中，未对电池中绝缘密封圈与其他部件的配合关系进行限定，无法保证电池外壳的密封性能。

发明内容

本发明提供一种电池，该电池具有特定密封结构，提高了电池的密封性、绝缘性、耐久性。

为实现本发明的一个目的，本发明采用以下技术方案：

一种电池，包括顶盖片、极柱、第一绝缘密封圈和第二绝缘密封圈，所述顶盖片设置有极柱孔；所述极柱穿设于所述极柱孔中，且所述极柱包括凸设于所述顶盖片的一侧的第一凸出部、位于所述极柱孔内的穿设部以及凸设于所述顶盖片的另一侧的第二凸出部；所述第一绝缘密封圈套设于所述极柱上，所述第一绝缘密封圈包括第一密封部和第二密封部，所述第一密封部在第一方向上设置于所述穿设部与所述顶盖片之间，所述第二密封部在第二方向上压缩于所述第一凸出部与所述顶盖片之间；所述第二绝缘密封圈套设于所述第一密封部外，所述第二绝缘密封圈在所述第二方向上压缩于所述顶盖片与所述第二凸出部之间。

作为优选，所述第二密封部在所述第二方向上原始高度为a，所述第二密封部在所述第二方向上压缩量为b，其中，25%≤b/a≤55%。

作为优选，所述第二绝缘密封圈在所述第二方向上原始高度为c，所述第二绝缘密封圈在所述第二方向上压缩量为d，其中，15%≤d/c≤30%。

作为优选，所述第二绝缘密封圈的纵截面为椭圆形。

作为优选，所述极柱包括上极柱和下极柱，至少部分所述上极柱形成所述第一凸出部，至少部分所述下极柱形成所述第二凸出部，部分所述上极柱和/或部分所述下极柱形成所述穿设部。

作为优选，所述电池还包括上绝缘件，所述上绝缘件设置于所述顶盖片上方，所述上绝缘件环绕所述第一凸出部和所述第二密封部设置。

作为优选，所述电池具有初始组装状态和压缩组装状态，在所述初始组装状态下，所述上绝缘件的内壁面和所述第一密封部的外壁面之间具有第一间隙。

作为优选，所述电池还包括下绝缘件，所述下绝缘件设置于所述顶盖片下方，所述下绝缘件环绕所述第二凸出部和所述第二绝缘密封圈设置。

作为优选，所述电池具有初始组装状态和压缩组装状态，在所述初始组装状态下，所述下绝缘件的内壁面和所述第二绝缘密封圈的外壁面之间具有第二间隙。

为实现本发明的另一个目的，本发明提供一种电池包，包括上述的电池，所述电池还包括壳体和电芯，所述电芯设置于所述壳体内，所述壳体与所述顶盖片密封连接。

本发明的有益效果：

本发明提出的电池包括顶盖片、极柱、第一绝缘密封圈和第二绝缘密封圈，极柱包括第一凸出部、第二凸出部和穿设部，穿设部穿设于顶盖片，第一绝缘密封圈能够隔离顶盖片与第一凸出部和穿设部，第二绝缘密封圈能够隔离顶盖片与第二凸出部，从而实现了顶盖片与极柱的绝缘。第一凸出部与顶盖片压缩第一绝缘密封圈，第二凸出部与顶盖片能够压缩第二绝缘密封圈，从而实现电池的密封，通过第一凸出部、第一绝缘密封圈、顶盖片、第二绝缘密封圈以及第二凸出部的逐层设置，组装电池时对第一绝缘密封圈和第二绝缘密封圈分别压缩，在保证电池的密封和绝缘性能的同时，也使得该电池的密封结构更加灵活。

附图说明

图1是本发明提供的电池的示意图；

图2是本发明提供的电池的局部剖面图；

图3是本发明提供的电池的顶盖片的剖面图。

图中：

1、顶盖片；11、极柱孔；12、限位槽；

2、极柱；21、上极柱；22、下极柱；

3、第一绝缘密封圈；31、第一密封部；32、第二密封部；

4、第二绝缘密封圈；

5、上绝缘件；51、第一间隙；

6、下绝缘件；61、第二间隙；

7、壳体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，本发明提供一种电池，该电池包括顶盖片1、极柱2、第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4。顶盖片1设置有极柱孔11。极柱2穿设于极柱孔11中，且极柱2包括凸设于顶盖片1的一侧的第一凸出部、位于极柱孔11内的穿设部以及凸设于顶盖片1的另一侧的第二凸出部，在本实施例中，第一凸出部位于顶盖片1上方，第二凸出部位于顶盖片1下方。第一绝缘密封圈3套设于极柱2上，第一绝缘密封圈3包括第一密封部31和第二密封部32，第一密封部31在第一方向上设置于穿设部与顶盖片1之间，第二密封部32在第二方向上压缩于第一凸出部与顶盖片1之间，在本实施例中，第一方向为水平方向，第二方向为竖直方向。第二绝缘密封圈4套设于第一密封部31外，第二绝缘密封圈4在第二方向上压缩于顶盖片1与第二凸出部之间。可选地，第一绝缘密封圈3的纵截面呈“T”或者倒置的“L”型。

本发明提出的电池，第一绝缘密封圈3设置于顶盖片1与第一凸出部和穿设部之间，实现顶盖片1与第一凸出部和穿设部之间的绝缘；第二绝缘密封圈4设置于顶盖片1与第二凸出部之间，实现顶盖片1与第二凸出部之间的绝缘。在组装该电池时，第一凸出部与顶盖片1能够压缩第一绝缘密封圈3，第二凸出部与顶盖片1能够压缩第二绝缘密封圈4，通过第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4的弹性形变实现顶盖片1与极柱2之间的密封，在保证电池的密封和绝缘性能的同时，分体设置的第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4也使得该电池的密封结构更加灵活，且第二绝缘密封圈4套设于第一绝缘密封圈3外易于定位及组装。

进一步地，极柱2包括上极柱21和下极柱22，上极柱21用于与电池外部的用电设备进行电连接，下极柱22用于与电池内部的电芯连接，通过下极柱22和上极柱21能够将电能由电芯传递至电池外。且，至少部分上极柱21形成第一凸出部，至少部分下极柱22形成第二凸出部，穿设部可以由部分上极柱21或部分下极柱22形成，也可以由部分上极柱21和部分下极柱22共同形成。在本实施例中，上极柱21仅包括第一凸出部，下极柱22包括穿设部与第二凸出部；在一些其他的实施例中，上极柱21可以由第一凸出部和穿设部构成，而下极柱22仅由第二凸出部构成；在一些其他的实施例中，上极柱21也可以由部分穿设部与第一凸出部构成，下极柱22由另一部分穿设部与第二凸出部构成，上极柱21与下极柱22连接构成极柱2。

作为优选，上极柱21与下极柱22均为金属结构，例如为铜结构或铝结构，当极柱2为正极柱时，上极柱21与下极柱22为铝结构；当极柱2为负极柱时，上极柱21与下极柱22为铜结构。在本实施例中，上极柱21与下极柱22通过激光穿透焊接的方式连接，在一些其他的实施例中，上极柱21与下极柱22也可以采用其他焊接方式或者铆接等形式进行连接。

进一步地，该电池还包括上绝缘件5，上绝缘件5设置于顶盖片1上方，上绝缘件5环绕第一凸出部和第二密封部32设置。参照图2，上绝缘件5围绕于第一凸出部的外侧，且部分上绝缘件5在第二方向上设置于第一凸出部与顶盖片1之间，在对第一凸出部进行防护的同时，能够进一步起到绝缘和密封的效果。在本实施例中，上绝缘件5为聚苯硫醚（Polyphenylene sulfide，PPS）材料件，具有机械强度高、耐高温、耐化学药品性、热稳定性好、电性能优良等优点。优选地，顶盖片1顶部设置有限位槽12，上绝缘件5能够限位于限位槽12内，使得上绝缘件5以及第一凸出部更加容易定位，连接更加稳定。

由于该电池需要对第一绝缘密封圈3与第二绝缘密封圈4进行压缩，因此，定义电池在装配后未压缩前为初始组装状态，电池完成装配且压缩后为压缩组装状态。在初始组装状态下，上绝缘件5的内壁面和第二密封部32的外壁面之间具有第一间隙51。当电池完成装配处于压缩组装状态时，由于第一绝缘密封圈3弹性形变，第一间隙51尺寸减小甚至消失。如此设置能够为第一绝缘密封圈3的弹性形变提供压缩空间，减小第一绝缘密封圈3对第一凸出部与顶盖片1的挤压，保证电池内部结构的稳定。

作为优选，如图2所示，定义电池处于初始组装状态时，第二密封部32在第二方向上原始高度为a，当第二密封部32被压缩时，第二密封部32在第二方向上压缩量为b，其中，25%≤b/a≤55%时，电池的具有更好的密封效果。当b/a<25%时，由于第二密封部32压缩量过小，无法保证电池的密封效果；当b/a>55%时，第二密封部32易产生塑性形变，结构遭到破坏，无法保证密封的强度。

在一个具体的实施例中，b/a的比值为25%；在一个具体的实施例中，b/a的比值为30%；在一个具体的实施例中，b/a的比值为35%；在一个具体的实施例中，b/a的比值为40%；在一个具体的实施例中，b/a的比值为45%；在一个具体的实施例中，b/a的比值为50%；在一个具体的实施例中，b/a的比值为55%。

进一步地，电池还包括下绝缘件6，下绝缘件6设置于顶盖片1下方，下绝缘件6环绕第二凸出部和第二绝缘密封圈4设置，下绝缘件6围绕于第二凸出部的外侧，且部分下绝缘件6在第二方向上设置于第二凸出部与顶盖片1之间，使得绝缘和密封结构更加完善。在本实施例中，下绝缘件6为聚丙烯（polypropylene，PP）材料件，具有耐化学性、耐热性、电绝缘性以及高强度机械性能。

优选地，当电池在初始组装状态下，下绝缘件6的内壁面和第二绝缘密封圈4的外壁面之间具有第二间隙61，在压缩组装状态下，第二绝缘密封圈4弹性形变导致第二间隙61尺寸减小甚至消失，设置第二间隙61为第二绝缘密封圈4的弹性形变提供压缩空间，减小第二绝缘密封圈4对第二凸出部与顶盖片1的挤压，保证电池内部结构的稳定。

作为优选，继续参照图2所示，定义电池处于初始组装状态时，第二绝缘密封圈4在第二方向上原始高度为c，当第二绝缘密封圈4被压缩时，第二绝缘密封圈4在第二方向上压缩量为d，其中，15%≤d/c≤30%时，电池的密封效果更加理想。当d/c<15%时，由于第二绝缘密封圈4压缩量过小，无法保证电池的密封效果；当d/c>30%时，第二绝缘密封圈4易产生塑性形变，结构遭到破坏，无法保证密封的强度。

在一个具体的实施例中，d/c的比值为15%；在一个具体的实施例中，d/c的比值为20%；在一个具体的实施例中，d/c的比值为25%；在一个具体的实施例中，d/c的比值为30%。

在一些优选的实施例中，第二绝缘密封圈4的纵截面为椭圆形，如此设置能够保证良好的密封性能，椭圆截面的绝缘密封圈具有更强的温度适应能力，能够在极端的高温或低温下保持弹性并进行有效的密封，且椭圆截面的绝缘密封圈具有更好的耐腐蚀性，能够很好地抵御各种反应物质的腐蚀攻击，延长使用寿命。在一些其他的实施例中，第二绝缘密封圈4的截面也可以为方形或者圆形，也能够达到密封绝缘的效果。

作为优选，第一绝缘密封圈3与第二绝缘密封圈4为橡胶结构，橡胶材料包括但不限于氟橡胶、丁晴橡胶或者异丁橡胶等，只要具有良好的耐热性、抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性以及机械性能的绝缘弹性材料均可以用于制造第一绝缘密封圈3与第二绝缘密封圈4。

在对该电池进行气密性测试时，使用氦质谱仪对电池的两处极柱进行氦检测试，且分别对电池进行由内向外和由外向内的气密性检测，将电池置于1.2MPa的气压下进行保压30s，氦检结果显示实际泄露量小于1×10^-7Pa•m³/s，说明该电池满足密封要求。

进一步地，需要对该电池进行渗透剂测试，渗透剂测试的操作步骤为清洗-渗透-显像，具体地，用清洗剂将电池顶盖表面的污渍清洗干净，放置5min-10min待电池顶盖表面干燥后，施加渗透剂，喷嘴距离电池顶盖表面20mm-30mm，渗透时间一般为5min-15min，保持电池顶盖表面被渗透剂充分湿润，将显像剂充分摇匀后，对电池顶盖保持300mm距离均匀喷涂，喷涂显像剂后，拆解电池顶盖，即可进行观察。第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4处均未发现渗透剂残留，则说明渗透剂测试通过。

下面对气密性测试和渗透剂测试结果进行说明。在本测试中，设定第二密封部32在第二方向上原始高度a为1mm，第二绝缘密封圈4在第二方向上原始高度c为1mm，便于计算第二密封部32和第二绝缘密封圈4的压缩率。

为验证在25%≤b/a≤55%、15%≤d/c≤30%时该电池满足绝缘密封的使用要求，采用多组数据进行测试。具体实验数据如下：

（1）测试实验1：b=0.25mm，b/a=25%，d=0.15mm，d/c=15%；

（2）测试实验2：b=0.30mm，b/a=30%，d=0.20mm，d/c=20%；

（3）测试实验3：b=0.35mm，b/a=35%，d=0.25mm，d/c=25%；

（4）测试实验4：b=0.40mm，b/a=40%，d=0.30mm，d/c=30%；

（5）测试实验5：b=0.45mm，b/a=45%，d=0.25mm，d/c=25%；

（6）测试实验6：b=0.50mm，b/a=50%，d=0.20mm，d/c=20%；

（7）测试实验7：b=0.55mm，b/a=55%，d=0.15mm，d/c=15%。

在测试实验1-7中，该电池均能通过氦检测试和渗透剂测试，且第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4均未发生塑性变形以及破损情况，因此25%≤b/a≤55%、15%≤d/c≤30%时能够满足绝缘密封要求。

作为对比，设置以下对比试验：

（1）对比试验1：b=0.05mm，b/a=5%，d=0.15mm，d/c=15%；

（2）对比试验2：b=0.10mm，b/a=10%，d=0.20mm，d/c=20%；

（3）对比试验3：b=0.15mm，b/a=15%，d=0.25mm，d/c=25%；

（4）对比试验4：b=0.20mm，b/a=20%，d=0.30mm，d/c=30%；

（5）对比试验5：b=0.60mm，b/a=60%，d=0.15mm，d/c=15%；

（6）对比试验6：b=0.65mm，b/a=65%，d=0.20mm，d/c=20%；

（7）对比试验7：b=0.70mm，b/a=70%，d=0.25mm，d/c=25%；

（8）对比试验8：b=0.80mm，b/a=80%，d=0.30mm，d/c=30%；

（9）对比试验9：b=0.40mm，b/a=40%，d=0.04mm，d/c=4%；

（10）对比试验10：b=0.45mm，b/a=45%，d=0.08mm，d/c=8%；

（11）对比试验11：b=0.50mm，b/a=50%，d=0.12mm，d/c=12%；

（12）对比试验12：b=0.35mm，b/a=35%，d=0.40mm，d/c=40%；

（13）对比试验13：b=0.40mm，b/a=40%，d=0.50mm，d/c=50%；

（14）对比试验14：b=0.45mm，b/a=45%，d=0.60 mm，d/c=60%；

（15）对比试验15：b=0.5mm，b/a=50%，d=0.80mm，d/c=80%。

设置上述对比试验1-4验证b/a<25%、15%≤d/c≤30%时该电池是否能够通过气密性测试和渗透剂测试，试验结果显示，当b/a<25%、15%≤d/c≤30%时，该电池未能通过气密性测试和渗透剂测试，此时第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4均未出现塑性变形以及破损情况；

设置上述对比试验5-8验证b/a>55%、15%≤d/c≤30%时该电池是否能够通过气密性测试和渗透剂测试，试验结果显示，当b/a>55%、15%≤d/c≤30%时，该电池未能通过气密性测试和渗透剂测试，此时第二绝缘密封圈4未出现塑性变形及破损情况，但第一绝缘密封圈3出现塑性变形甚至破损；

设置上述对比试验9-11验证25%≤b/a≤55%、d/c<15%时该电池是否能够通过气密性测试和渗透剂测试，试验结果显示，当25%≤b/a≤55%、d/c<15%时，该电池未能通过气密性测试和渗透剂测试，此时第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4均未出现塑性变形以及破损情况；

设置上述对比试验12-15验证25%≤b/a≤55%、d/c>30%时该电池是否能够通过气密性测试和渗透剂测试，试验结果显示，当25%≤b/a≤55%、d/c>30%时，该电池未能通过气密性测试和渗透剂测试，此时第一绝缘密封圈3未出现塑性变形及破损情况，但第二绝缘密封圈4出现塑性变形甚至破损。

通过上述测试实验1-4和对比试验1-15可以得到：当25%≤b/a≤55%、15%≤d/c≤30%时，该电池能够保持良好的绝缘密封性，同时不会对第一绝缘密封圈3和第二绝缘密封圈4造成不可恢复的变形和破坏，保证了该电池的结构强度和使用寿命。

本发明还提供一种电池包，该电池包包括上述的电池，该电池还包括壳体7和电芯，电芯设置于壳体7内，壳体7与顶盖片1密封连接。该电池包中的电池通过设置包括两个分体设置的绝缘密封圈的密封结构，使得密封结构更加灵活，保证密封和绝缘的可靠性。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电池，其特征在于，包括

顶盖片，所述顶盖片设置有极柱孔；

极柱，所述极柱穿设于所述极柱孔中，且所述极柱包括凸设于所述顶盖片的一侧的第一凸出部、位于所述极柱孔内的穿设部以及凸设于所述顶盖片的另一侧的第二凸出部，所述极柱还包括上极柱和下极柱，至少部分所述上极柱形成所述第一凸出部，至少部分所述下极柱形成所述第二凸出部，部分所述上极柱和/或部分所述下极柱形成所述穿设部，在第二方向上，所述上极柱位于所述下极柱的上方；

第一绝缘密封圈，所述第一绝缘密封圈套设于所述极柱上，所述第一绝缘密封圈包括第一密封部和第二密封部，所述第一密封部在第一方向上设置于所述穿设部与所述顶盖片之间，所述第二密封部在第二方向上压缩于所述第一凸出部与所述顶盖片之间，所述第二密封部在所述第二方向上原始高度为a，所述第二密封部在所述第二方向上压缩量为b，其中，25%≤b/a≤55%；

第二绝缘密封圈，所述第二绝缘密封圈套设于所述第一密封部外，所述第二绝缘密封圈在所述第二方向上压缩于所述顶盖片与所述第二凸出部之间，所述第二绝缘密封圈在所述第二方向上原始高度为c，所述第二绝缘密封圈在所述第二方向上压缩量为d，其中，15%≤d/c≤30%；

上绝缘件，所述上绝缘件设置于所述顶盖片上方，所述上绝缘件环绕所述第一凸出部和所述第一密封部设置。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述第二绝缘密封圈的纵截面为椭圆形。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池具有初始组装状态和压缩组装状态，在所述初始组装状态下，所述上绝缘件的内壁面和所述第二密封部的外壁面之间具有第一间隙。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池还包括下绝缘件，所述下绝缘件设置于所述顶盖片下方，所述下绝缘件环绕所述第二凸出部和所述第二绝缘密封圈设置。

5.根据权利要求4所述的电池，其特征在于，所述电池具有初始组装状态和压缩组装状态，在所述初始组装状态下，所述下绝缘件的内壁面和所述第二绝缘密封圈的外壁面之间具有第二间隙。

6.一种电池包，其特征在于，包括权利要求1-5中的任一项所述的电池，所述电池还包括壳体和电芯，所述电芯设置于所述壳体内，所述壳体与所述顶盖片密封连接。