CN204927359U - 绝缘壳结构及采用该绝缘壳结构的锂离子动力电池 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及储能器件领域，尤其涉及一种绝缘壳结构及采用该绝缘壳结构的锂离子动力电池。绝缘壳结构，包括由软塑胶材料制成的绝缘壳主体以及由硬塑胶材料制成的底托片，绝缘壳主体包括壳底、两个用于包裹电芯主面的主包裹区、用于包裹电芯侧面的辅助包裹区、用于透过电解液的主体渗透孔以及折痕线，当沿折痕线弯折后，绝缘壳主体能够形成顶部敞口的结构，底托片与顶部敞口的绝缘壳主体的底部贴合连接。锂离子电池包括顶盖、顶支架、电芯以及绝缘壳结构。本申请所提供的锂离子动力电池通过采用软塑胶材料制成壳底、包裹面等绝缘壳主体，并通过硬塑胶材料制成底托片对底部进行加强，能够降低绝缘壳厚度，进而提升锂离子动力电池的体积能量密度。
Description
技术领域
本申请涉及储能器件加工领域，尤其涉及一种绝缘壳结构及采用该绝缘壳结构的锂离子动力电池。
背景技术
锂离子动力电池因其高比能量、长循环使用寿命、绿色环保等诸多优点已在手机、电脑等电子产品中广泛应用，近年来，其在新能源类汽车中的应用发展迅猛。因绝大部分锂离子动力电池的外壳采用铝或钢等导电材质，因此电芯容易短路，需要将电芯与外壳间绝缘以防止内部短路，从而提升电池的安全性能。
相关技术中的锂离子动力电池通常采用硬塑胶绝缘壳包裹电芯，这种方式虽然能够起到绝缘效果，但为了具备足够的硬度，硬塑胶绝缘壳结构一般较厚，间接降低了锂离子动力电池的体积能量密度。
实用新型内容
本申请提供了一种绝缘壳结构及采用该绝缘壳结构的锂离子动力电池，能够提高锂离子动力电池的体积能量密度。
本申请的第一方面所提供的绝缘壳结构，包括：由软塑胶材料制成的绝缘壳主体以及由硬塑胶材料制成的底托片，所述绝缘壳主体包括壳底、两个用于包裹电芯主面的主包裹区、用于包裹电芯侧面的辅助包裹区、用于透过电解液的主体渗透孔以及折痕线，
所述折痕线设置在所述壳底、所述主包裹区以及所述主包裹区之间的连接区域，
当沿所述折痕线弯折后，所述绝缘壳主体能够形成顶部敞口的结构，
所述底托片与顶部敞口的所述绝缘壳主体的底部贴合连接。
优选地，所述壳底为与电芯底部尺寸相适应的长方形结构，所述主体渗透孔设置在所述壳底上，两个所述主包裹区分别与所述壳底的一条长边相连，所述辅助包裹区由所述主包裹区长度方向上的端部延伸形成，设置在所述壳底同一端的所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸之和不小于电芯侧面的宽度，所述折痕线设置在所述壳底与所述主包裹区之间以及所述主包裹区与所述辅助包裹区之间的连接区域，所述底托片的尺寸与所述壳底相适应，且能够与所述壳底热熔连接，所述底托片上对应所述主体渗透孔设置有底托片渗透孔。
优选地，每个所述主包裹区仅在长度方向上的一端延伸形成有所述辅助包裹区，且两个所述辅助包裹区在长度方向上相对设置，所述辅助包裹区的长度，所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸等于电芯侧面的宽度。
优选地，每个所述主包裹区长度方向上的两端均延伸形成有所述辅助包裹区。
优选地，设置在所述壳底同一端的所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸之和等于电芯侧面的宽度。
优选地，
设置在所述壳底同一端的两个所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸之和大于电芯侧面的宽度，当沿所述折痕线弯折后，两个所述辅助包裹区相互之间部分重叠，
或
设置在所述壳底同一端的两个所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸均等于电芯侧面的宽度，当沿所述折痕线弯折后，两个所述辅助包裹区相互之间全部重叠。
优选地，所述设置在所述壳底同一端的两个所述辅助包裹区中的一个在远离所述壳底的一端设置有热熔孔，
当沿所述折痕线弯折后，所述热熔孔处在两个所述辅助包裹区的重叠区域内。
优选地，所述主体渗透孔沿所述壳底的长度方向呈多个阵列排布，相邻两个所述阵列之间、所述阵列与所述壳底长度方向的两端之间均留有热熔区。
本申请的第二方面所提供的锂离子动力电池，包括：顶盖、顶支架、电芯以及上述的绝缘壳结构，其中，所述绝缘壳主体沿所述折痕线弯折形成顶部敞口的结构，所述电芯除顶部之外全部被所述绝缘壳主体包裹，所述顶盖位于所述电芯的顶部，所述顶支架由所述顶盖的四周边缘向下延伸，所述顶支架伸入所述绝缘壳主体的敞口内，且所述主包裹区以及所述辅助包裹区远离所述壳底的一端均与所述顶支架热熔连接，所述底托片与所述壳底热熔连接。
优选地，所述热熔孔设置在位于内侧的所述辅助包裹区上。
本申请提供的技术方案可以达到以下有益效果：
本申请所提供的锂离子动力电池通过采用软塑胶材料制成壳底、包裹面等绝缘壳主体，并通过硬塑胶材料制成底托片对底部进行加强，能够降低绝缘壳的厚度，进而提升锂离子动力电池的体积能量密度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的锂离子动力电池热熔焊接前的整体结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的绝缘壳主体的展开结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的底托片的展开结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的锂离子动力电池热熔焊接后的整体结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的辅助包裹区与顶支架的焊接结构的局部放大示意图；
图6为本申请实施例所提供的带热熔孔的绝缘壳主体的展开结构示意图；
图7为本申请实施例所提供的带热熔孔的锂离子动力电池热熔焊接后的整体结构示意图；
图8为本申请实施例所提供的带热熔孔的辅助包裹区与顶支架的焊接结构的局部放大示意图。
附图标记：
1-绝缘壳结构；
10-绝缘壳主体；
100-壳底；101-热熔区；102-主包裹区；103-热熔孔；104-辅助包裹区；106-主体渗透孔；108-折痕线；
12-底托片；
120-底托片渗透孔；122-底托片热熔区；
2-顶盖；
20-极柱；
3-顶支架；
30-顶支架热熔区。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中的绝缘壳结构及采用该绝缘壳结构的锂离子动力电池的放置状态为参照。
如图1和图4所示，本申请实施例提供了一种锂离子电池，包括绝缘壳结构1、顶盖2、顶支架3、电芯(图中未示出)以及金属外壳(图中未示出)。其中，绝缘壳结构1包括由软塑胶材料制成的绝缘壳主体10以及由硬塑胶材料制成的底托片12，绝缘壳主体10能够通过弯折形成顶部敞口的结构，用于包裹电芯，而底托片12则用于对绝缘壳主体10的底部进行加强，使其具备足够的结构强度。电芯除顶部之外全部被绝缘壳主体10包裹。顶盖2位于电芯的顶部，顶盖2上设置有极柱20，顶支架3则由顶盖2的四周边缘向下延伸，并伸入绝缘壳主体10的敞口内，绝缘壳主体10的敞口边缘与顶支架3热熔连接，底托片12则与绝缘壳主体10的底部热熔连接。绝缘结构装配完成后装入金属外壳内，将金属外壳与顶盖2密封，再进行填充电解液等后续操作。
如图2所示，绝缘壳主体10包括壳底100、主包裹区102、辅助包裹区104、主体渗透孔106以及折痕线108。其中，壳底100用于包裹电芯的底部，因此其结构为与电芯底部尺寸相适应的长方形结构，同时，为了能够使电解液与电芯进行接触，在壳底100上设置有主体渗透孔106。将主渗透孔106设置在壳底100上，能够使电解液由底部渗入电芯，这样即使在电解液余量不多的情况下，仍然能够有效渗入电芯。
如图3所示，底托片12的尺寸与壳底100相适应，且需要能够与壳底100热熔连接，底托片12上对应主体渗透孔106设置有底托片渗透孔120。为了给底托片12以及壳底100的热熔预留出足够的区域，本实施例中，主体渗透孔106可以沿壳底100的长度方向呈两个或更多个阵列排布，在相邻两个阵列之间、阵列与壳底长度方向的两端之间均留出足够的空间形成热熔区101。相应地，在底托片12上对应壳底100形成同样排布、同样间隔的底托片渗透孔120的阵列，并留有足够的底托片热熔区122。在本实施例中，主体渗透孔106以及底托片渗透孔120均构成两个2×4的矩形阵列，并且主体渗透孔106以及底托片渗透孔120的形状为圆形、矩形、三角形、多边形、菱形及其它特殊形状的结构。
下面着重描述主包裹区102以及辅助包裹区104，如果将辅助包裹区104与壳底100相连，由于结构限制，辅助包裹区104只能与壳底100的短边连接，这样二者之间的连接强度较低，容易断开，并且，如果此时再将面积较大的主包裹区102通过辅助包裹区104与壳底100进行连接，无形中会使辅助包裹区104与壳底100的受力情况更加恶化，因此这种方式不作为优选。
参见图3和图4，本实施例中的主包裹区102为两个，每个主包裹区102分别与壳底100的一条长边相连，在壳底100与主包裹区102之间设有折痕线108，使主包裹区102能够与壳底100之间弯折呈90度角。辅助包裹区104由主包裹区102长度方向上的端部延伸形成，并且在主包裹区102与辅助包裹区104之间也设置有折痕线108，以便对辅助包裹区104进行弯折，使其与主包裹区102之间形成90度夹角，以便用于包裹电芯的侧部。当沿折痕线108弯折后，绝缘壳主体10能够形成顶部敞口的结构。在进行装配时，敞口的边缘，也就是主包裹区102以及辅助包裹区104远离壳底100的一端与顶支架3之间在几个部位进行热熔，形成顶支架热熔区30。
为了能够使电芯的侧部完全包裹，需要要求设置在壳底100同一端的辅助包裹区104在壳底100的长度方向上的尺寸，也就是电芯侧面的宽度方向上的尺寸之和不小于电芯侧面的宽度。具体地，一种可行的方案为，在壳底100长度方向的一端可以仅在一侧设置有辅助包裹区104，并且该辅助包裹区104的在壳底100的长度方向上的尺寸不小于电芯侧面的宽度，这样通过这一个辅助包裹区104便可将电芯的一个侧部完全包裹。第二种可行的方案为，在壳底100的长度方向的一端的两侧同时设置辅助包裹区104，并使这两个辅助包裹区104在壳底100的长度方向上的尺寸之和不小于电芯侧面的宽度，也就是通过两个两侧的辅助包裹区104共同将电芯的一个侧部完全包裹。
对于第一种方案，如果辅助包裹区104的尺寸与电芯侧面的宽度相等，则弯折后会在电芯的侧棱部位形成一道连接缝隙，由于电芯的侧棱本身为外凸结构，因此一旦外力过大，侧棱很容易由该缝隙处窜出，丧失绝缘效果。而如果将辅助包裹区104的尺寸做大，则又会导致辅助包裹区104也需要弯折至主包裹区的外侧，造成工艺难度加大。而采用第二种方案，如果两个辅助包裹区104的尺寸之和等于电芯侧面的宽度，则由于此时的连接缝隙位于电芯的侧部中间位置，因此不易被电芯撑开。并且即便继续增大辅助包裹区104的尺寸，也仅需将两个辅助包裹区104进行层叠放置，而无需再进行弯折，工艺难度较低。因此对比上述两种方案，第二种方案更为优选。并且，最好使两侧的辅助包裹区104的尺寸均与电芯侧面的宽度保持一致，这样相当于电芯侧面的宽度方向上设置两层绝缘层，位于外侧的辅助包裹区104能够将内侧的辅助包裹区104与主包裹区102之间形成的连接缝隙完全覆盖，绝缘效果最佳。
如图5所示，层叠放置的辅助包裹区104可以直接通过双层热熔焊接的方式与顶支架3进行热熔焊接，但由于辅助包裹区104的厚度较厚，并且材质较软，因此在与顶支架3之间热熔焊接时易产生“热丝现象”，即热熔焊接产生的塑胶细丝易残留在入壳后的金属外壳与顶盖1的焊缝之间。而金属外壳与顶盖2密封激光焊接对顶盖2及绝缘壳相接的焊缝部位清洁度要求极高，若清洁度不够或有异物，则易产生爆点及针孔等缺陷，不但给产品安全性能带来隐患，还降低生产的优率。
为了避免“热丝现象”，如图6所示，本实施例中的绝缘壳结构1上设置在壳底100同一端的两个辅助包裹区104中的一个在远离壳底100的一端设置有热熔孔103，当沿折痕线108弯折后，热熔孔103应处在两个辅助包裹区104的重叠区域内。这样，在进行热熔焊接时，由于热熔孔103的存在，使得其所处位置的软塑胶材料的厚度仅为一层，因此有效避免了热熔时的“热丝现象”。顶支架3以及两个辅助包裹区104均通过热熔焊接在一起(参见图7)。
如果热熔孔103位于外侧的辅助包裹区104上，此时在进行热熔时外侧的辅助包裹区104只能依靠内部的辅助包裹区104的融化进行焊接，粘接力较小，而如果热熔孔103设置在位于内侧的辅助包裹区104上(参见图8)，则在热熔时可以将外侧的辅助包裹区104上对应热熔孔103区域内的软塑胶材料融化后向内侧推挤，这样内、外辅助包裹区104之间焊接的较为牢固，并且此时外侧的辅助包裹区104还直接与顶支架3焊接在一起，因此连接更为牢固，不易松脱、开焊。
本实施例所提供的锂离子动力电池通过合理的结构设计，显著降低了绝缘壳的厚度，进而大幅提升了锂离子动力电池的体积能量密度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种绝缘壳结构，其特征在于，包括：由软塑胶材料制成的绝缘壳主体以及由硬塑胶材料制成的底托片，
所述绝缘壳主体包括壳底、两个用于包裹电芯主面的主包裹区、用于包裹电芯侧面的辅助包裹区、用于透过电解液的主体渗透孔以及折痕线，
所述折痕线设置在所述壳底、所述主包裹区以及所述主包裹区之间的连接区域，
当沿所述折痕线弯折后，所述绝缘壳主体能够形成顶部敞口的结构，
所述底托片与顶部敞口的所述绝缘壳主体的底部贴合连接。
2.根据权利要求1所述的绝缘壳结构，其特征在于，所述壳底为与电芯底部尺寸相适应的长方形结构，所述主体渗透孔设置在所述壳底上，
两个所述主包裹区分别与所述壳底的一条长边相连，所述辅助包裹区由所述主包裹区长度方向上的端部延伸形成，设置在所述壳底同一端的所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸之和不小于电芯侧面的宽度，
所述折痕线设置在所述壳底与所述主包裹区之间以及所述主包裹区与所述辅助包裹区之间的连接区域，
所述底托片的尺寸与所述壳底相适应，且能够与所述壳底热熔连接，所述底托片上对应所述主体渗透孔设置有底托片渗透孔。
3.根据权利要求2所述的绝缘壳结构，其特征在于，每个所述主包裹区仅在长度方向上的一端延伸形成有所述辅助包裹区，且两个所述辅助包裹区在长度方向上相对设置，所述辅助包裹区的长度，所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸等于电芯侧面的宽度。
4.根据权利要求2所述的绝缘壳结构，其特征在于，每个所述主包裹区长度方向上的两端均延伸形成有所述辅助包裹区。
5.根据权利要求4所述的绝缘壳结构，其特征在于，设置在所述壳底同一端的所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸之和等于电芯侧面的宽度。
6.根据权利要求4所述的绝缘壳结构，其特征在于，
设置在所述壳底同一端的两个所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸之和大于电芯侧面的宽度，当沿所述折痕线弯折后，两个所述辅助包裹区相互之间部分重叠，
或
设置在所述壳底同一端的两个所述辅助包裹区在该长度方向上的尺寸均等于电芯侧面的宽度，当沿所述折痕线弯折后，两个所述辅助包裹区相互之间全部重叠。
7.根据权利要求6所述的绝缘壳结构，其特征在于，设置在所述壳底同一端的两个所述辅助包裹区中的一个在远离所述壳底的一端设置有热熔孔，
当沿所述折痕线弯折后，所述热熔孔处在两个所述辅助包裹区的重叠区域内。
8.根据权利要求2所述的绝缘壳结构，其特征在于，所述主体渗透孔沿所述壳底的长度方向呈多个阵列排布，相邻两个所述阵列之间、所述阵列与所述壳底长度方向的两端之间均留有热熔区。
9.一种锂离子电池，其特征在于，包括：顶盖、顶支架、电芯以及权利要求1至8任一项所述的绝缘壳结构，其中，所述绝缘壳主体沿所述折痕线弯折形成顶部敞口的结构，
所述电芯除顶部之外全部被所述绝缘壳主体包裹，
所述顶盖位于所述电芯的顶部，所述顶支架由所述顶盖的四周边缘向下延伸，
所述顶支架伸入所述绝缘壳主体的敞口内，且所述主包裹区以及所述辅助包裹区远离所述壳底的一端均与所述顶支架热熔连接，所述底托片与所述壳底热熔连接。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池，其特征在于，所述热熔孔设置在位于内侧的所述辅助包裹区上。
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