CN207676990U - 一种集流体与极柱的连接机构及具有该连接机构的电池 - Google Patents

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章涵
周丽琴
范海波
许海洋
张小鹏
付光辉
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Abstract

本实用新型公开了一种集流体与极柱的连接机构,该连接结构包括设于壳体上且具有第一端面和与该第一端面相对的第二端面的连接件,第一端面连接集流体,第二端面连接极柱。本实用新型还公开了一种电池,其包括壳体及安装于壳体上的电芯和上述的连接机构,集流体中的正极集流体通过连接机构连接极柱中的正极极柱,负极集流体通过连接机构连接负极极柱。本实用新型的连接结构可以有效地增大导流面积,改善了电流在集流体到极柱之间的汇流效果;具有上述连接机构的电池同样具有优异的电流汇流效果,还具备大电流性能,利于提高电池的比能量。

Description

一种集流体与极柱的连接机构及具有该连接机构的电池
一、技术领域
本实用新型属于电池制造的技术领域,具体涉及一种集流体与极柱的连接机构及具有该连接机构的电池。
二、背景技术
随着电动汽车市场的进一步扩大和对续航里程要求的不断提升,整车企业对动力电池在能量密度、制造成本、循环寿命和产品附加属性等方面都提出了更高的要求。锂电池凭借能量密度高、电压高、工作温度范围宽及寿命长等优点在众多种类的电池中脱颖而出。根据封装类型,锂电池一般分为圆柱形锂电池、方形锂电池和软包电池,其中由于圆柱形锂电池的产品良率以及电池组的一致性较高而得到了较广泛地应用。目前,圆柱形锂离子电池的集流方式主要有两种:一是采用单个或多个极耳与极柱连接作为集流方式,电流的导出和引入局限在有限的几个焊接点上,通导能力较低,内阻较高,充放电过程中电流分布不均匀,难以实现大电流充放电;二是在电极的端面引入集流体和将集流体与极柱连接在一起的可弯曲金属片,该法中的导流面积相对于前者得到了极大的改善,不足之处在于金属片所形成的导流面积依然不够大,且金属片弯曲后占用电池内部较大的空间,造成电池内阻较大,耐大功率性能差,比能量降低,以至于该方法的使用受到了很大限制。
可见,现有技术中至少存在以下缺陷:集流效果受限于较小的导流面积,电流从集流体到极柱的汇流效果不佳,不利于实现电池的大电流性能。
因此,有必要提供一种技术手段以解决上述缺陷。
三、发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷,提供一种集流体与极柱的连接机构及具有该连接机构的电池,以解决现有技术中集流效果受限于较小的导流面积,电流从集流体到极柱的汇流效果不佳,不利于实现电池的大电流性能的问题。
本实用新型的一个实施例提供了一种电池的集流体与极柱的连接机构,电池包括壳体和安装于壳体内的电芯,电芯上设有集流体和与集流体连接的极柱;
连接机构包括设于壳体上且具有第一端面和与该第一端面相对的第二端面的连接件,第一端面连接集流体,第二端面连接极柱。
优选地,连接机构还包括设置于壳体上的盖帽,盖帽上设有与极柱相匹配的通孔,极柱贯穿于该通孔并与盖帽绝缘连接。
优选地,盖帽通过焊接的方式设置于壳体上。
优选地,集流体通过焊接设置于电芯的导流端面上。
优选地,集流体的形状为规则几何形状或不规则几何形状,该集流体的边沿设有第一卷边结构,连接件的边沿设有与第一卷边结构相适配的第二卷边结构。
优选地,第二卷边结构的外表面贴合接触于第一卷边结构的内表面,以使集流体连接于连接件。
优选地,第二卷边结构与第一卷边结构之间通过焊接连接,以使集流体连接于连接件。
优选地,连接件与极柱之间通过焊接或铆接实现连接。
本实用新型的一个实施例提供了一种电池,该电池包括壳体及安装于壳体上的电芯和上述的连接机构,集流体中的正极集流体通过连接机构连接极柱中的正极极柱,负极集流体通过连接机构连接负极极柱,集流体、连接件及壳体分别为铝、镀镍不锈钢、铜中的一种。
优选地,电池还包括用以供电解液进入所述壳体内的注液孔。
综上,集流体与极柱的连接机构包括设于壳体上且具有第一端面和与该第一端面相对的第二端面的连接件,第一端面连接集流体,第二端面连接极柱;电池包括壳体及安装于壳体上的电芯和上述的连接机构,集流体中的正极集流体通过连接机构连接极柱中的正极极柱,负极集流体通过连接机构连接负极极柱。
与现有技术相比,本实用新型的集流体与极柱的连接机构通过在集流体和极柱之间引入连接件,以连接件与集流体的接触面积作为导流面积,大大增大导流面积,改善了电流在集流体到极柱之间的汇流效果;具有上述连接机构的电池同样具有优异的电流汇流效果,还具备大电流性能,利于提高电池的比能量。
附图说明
图1为本实用新型一较佳实施例提供的电芯的示意图。
图2为本实用新型的一较佳实施例提供的集流体与电芯焊接后的示意图。
图3为本实用新型的一较佳实施例提供的焊有连接件的盖帽的示意图。
图4为本实用新型的一较佳实施例提供的集流体与连接件焊接后的示意图。
图5为本实用新型的一较佳实施例提供的电池的示意图。
其中,1、电芯,2、电芯的导流端面,3、集流体,4、连接件,5、盖帽,6、极柱,7、壳体,8、注液孔。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例,本领域所属技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其它实施例,都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1至图4,为本实用新型一较佳实施例,该实施例提供一种电池的集流体3与极柱6的连接机构。其中,电池包括壳体7和安装于壳体7内的电芯1,电芯1上设有集流体3和与集流体3连接的极柱6;连接机构包括设于壳体7上且具有第一端面和与该第一端面相对的第二端面的连接件4,第一端面连接集流体3,第二端面连接极柱6。
具体地,连接件4的材质为导电性能非常优异的铜或铝,基于铜或铝发生氧化反应的难易程度,负极连接件4一般选用铜,而正极连接件4常常选用铝或铝合金;用作连接件4的铜材或铝材的纯度要求很高,需要高达95%以上,且要求连接件4的面密度基本在同一水平上;连接件4的第一端面尽可能大面积地与集流体3接触以增大导流面积,并提高电池充电、放电的均匀性和稳定性;极柱6的外形可以选用任何形状,这里优选圆柱体,连接件4的第二端面相对极柱6的圆形横截面较大,极柱6的圆形横截面整体地贴合在连接件4的第二端面上,也就是说,极柱6的圆形端面即为连接件4到极柱6之间电流的导流面积,该圆形面积的大小决定了电流的最终输出密度。
在本实施例中,连接机构还包括设置于壳体7上的盖帽5,盖帽5上设有与极柱6相匹配的通孔,极柱6贯穿于该通孔并与盖帽5绝缘连接。
需要说明的是,盖帽5的作用类似于电池壳体7,可以理解为一种封装形式,能够很好地阻止电解液向外渗透,且有助于排出电池内的反应形成的气体,相当于安全阀的作用;另外,盖帽5上设置了与极柱6相匹配的通孔,于是盖帽5在一定程度上还可以起到固定极柱6的作用,有效地避免极柱6的安装产生偏差;由于极柱6上远离连接件4的一端始终需要高于盖帽5所在的水平面,通孔是必须的,于是盖帽5在选材上可以选择加工性能良好的材料。
在本实施例中,盖帽5通过焊接的方式设置于壳体7上。
具体地,据上面所述,盖帽5在电池工作过程中是需要承受一定的压力作用的,盖帽5跟壳体7之间的连接必须是密封的固定连接,此类连接方式一般选用焊接,在本实施例中优选焊接方式中的激光焊接或氩弧焊接。
在本实施例中,集流体3通过焊接设置于电芯1的导流端面上。
具体地,集流体3导出电芯1上的电流的关键部件,电流的高效传送或少损耗甚至无损耗传送需要集流体3与电芯1之间具备良好的接触条件;要实现两者之间的良好接触,方法包括永久性的固定连接和可更换性的连接,前者一般采用焊接的方式,后者则可以选用具有导电性能的粘结剂;为了保证集流体3与电芯1之间的良好接触,这里优选激光焊接或超声焊接连接。
在本实施例中,集流体3的形状为规则几何形状或不规则几何形状,该集流体3的边沿设有第一卷边结构,连接件4的边沿设有与第一卷边结构相适配的第二卷边结构。
需要说明的是,集流体3与连接件4优选同一材质,比如在正极,集流体3与连接件4同选铝合金,在负极,集流体3与连接件4同选铜或铜合金;根据形状的不用,集流体3包括集流片、集流盘、集流管或集流环,在锂电池领域,优选集流盘;在厚度上,为了降低电池的重量,集流盘的厚度理论上越薄越好,目前使用的铝材的集流盘的厚度有16μm、14μm、12μm、10μm,甚至低至8μm,而铜材基于其优异的柔韧性,厚度从12μm降低至5μm或4μm;此外,集流体3的表面性能对电池也有很大的影响,尤其是负极集流体3,为了使得集流体3与电芯1的导流端面和集流体3与极柱6之间的接触电阻大体上保持一致,集流体3的两个接触端面的表面粗糙度应当一致,也就是说,集流体3应该具有“双面对称机构”,假设负极集流体3的两端面不对称,那么集流体3与电芯1的导流端面和集流体3与极柱6之间的电容量不能均匀释放,充放电循环的长期失衡会加快电池容量的衰减,缩短了电池的使用寿命。
在本实施例中,第二卷边结构的外表面贴合接触于第一卷边结构的内表面,以使集流体3连接于连接件4。
具体地,第一卷边结构和第二卷边结构的外表面均具有较低的表面粗糙度,尤其是相互贴合的第二卷边结构的外表面和第一卷边结构的内表面,如果该外表面和内表面的表面粗糙度较高,这两者相互的接触面积就仅仅是表面上各个“凸点”的点接触面积的总和,接触面积很小,不能将电芯1上的电流完全导出,造成部分电能量的浪费;电流的导出局限于有限的点接触,通导能力较低,内阻较高,充放电过程中电流分布不均匀,难以实现大电流充放电;而且在大电流充放电时,由于电池内阻大,导致发热严重,电池温度过高,从而引起安全隐患。另外,为了保证较大的导流面积,第一卷边结构和第二卷边结构的外表面应该具备一定数值的面积不应过小,厚度不宜过大,这里卷边结构优选薄片。
在本实施例中,第二卷边结构与第一卷边结构之间通过焊接连接,以使集流体3连接于连接件4。
具体地,常见的焊接方式包括超声波焊、等离子焊、二氧化碳焊、激光焊和氩弧焊等,其中激光焊和氩弧焊应用于焊接薄工件时,由于氩弧焊的热输入比激光焊大很多,容易导致工件变形,本实施例中优选激光焊,采用激光焊接的工件不需要进行去磁处理,在大气中即可实施,也没有防X射线问题,操作起来简便。
在本实施例中,连接件4与极柱6之间通过焊接或铆接实现连接。
具体地,超声波金属焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的金属表面,在加压的情况下,使两个金属表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合,是一种理想的金属焊接方式;在超声波焊接过程中,被焊件中没有电流流过,不会形成焊弧,也不存在热传导与电阻率等问题,具有快速、节能、熔合强度高、导电性好、无火花、接近冷态加工等优势,本实施例的焊接方式优选超声波焊接。
本实用新型的一个实施例提供了一种电池,该电池包括壳体7及安装于壳体7上的电芯1和上述的连接机构,集流体3中的正极集流体3通过连接机构连接极柱6中的正极极柱6,负极集流体3通过连接机构连接负极极柱6,集流体3、连接件4及壳体7分别为铝、镀镍不锈钢、铜中的一种。
该电池的组装过程如下:集流体3与电芯11的导流端面2用激光焊或超声焊连接,连接件4和盖帽5上的极柱6用激光焊或超声焊或铆接连接,集流体3与连接件4紧套后用激光焊或氩弧焊将其焊接在一起,从而实现集流体3与极柱6的连接。在正负极组装上上述过程一样。在电池的封装上,盖帽5与壳体7通过激光焊接或氩弧焊接连接。
具体地,壳体7的选材为铝或铝合金,壳体7的直径、壁厚和长度分别为60mm、1mm和240mm;正极盖帽5和正极极柱6均采用铝合金,其中,盖帽5的厚度和直径分别为2mm、58mm,极柱6的直径为10mm;负极盖帽5在材质上选用铝合金,盖帽5的厚度和直径分别为2mm、60mm,而极柱6采用的是金属铜,直径为10mm;正负极盖帽5和对应的正负极极柱6绝缘连接;正负极集流盘的材质分别为铝合金和铜,正负极集流体3的直径为57mm,厚度和卷边高度均为3mm;正负极连接件4与对应的正负极集流体3在材质上相同,连接件4的直径、厚度和卷边高度分别为51mm、3mm和3mm。
在本实施例中,电池还包括用以供电解液进入所述壳体7内的注液孔8。
综上,集流体3与极柱6的连接机构包括设于壳体7上且具有第一端面和与该第一端面相对的第二端面的连接件4,第一端面连接集流体3,第二端面连接极柱6;电池包括壳体7及安装于壳体7上的电芯1和上述的连接机构,集流体3中的正极集流体3通过连接机构连接极柱6中的正极极柱6,负极集流体3通过连接机构连接负极极柱6。
与现有技术相比,本实用新型的集流体3与极柱6的连接机构通过在集流体3和极柱6之间引入连接件4,以连接件4与集流体3的接触面积作为导流面积,大大增大导流面积,改善了电流在集流体3到极柱6之间的汇流效果;具有上述连接机构的电池同样具有优异的电流汇流效果,还具备大电流性能,利于提高电池的比能量。
以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法替代,只要不偏离发明或者超越本权利要求所定义的范围,均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池的集流体与极柱的连接机构,所述电池包括壳体和安装于所述壳体内的电芯,所述电芯上设有集流体和与所述集流体连接的极柱;
其特征在于,所述连接机构包括设于所述壳体上且具有第一端面和与该第一端面相对的第二端面的连接件,所述第一端面连接所述集流体,所述第二端面连接所述极柱。
2.根据权利要求1所述的连接机构,其特征在于,还包括设置于所述壳体上的盖帽,所述盖帽上设有与所述极柱相匹配的通孔,所述极柱贯穿于该通孔并与所述盖帽绝缘连接。
3.根据权利要求2所述的连接机构,其特征在于,所述盖帽通过焊接的方式设置于所述壳体上。
4.根据权利要求1所述的连接机构,其特征在于,所述集流体通过焊接设置于所述电芯的导流端面上。
5.根据权利要求1所述的连接机构,其特征在于,所述集流体的形状为规则几何形状或不规则几何形状,该集流体的边沿设有第一卷边结构,所述连接件的边沿设有与所述第一卷边结构相适配的第二卷边结构。
6.根据权利要求5所述的连接机构,其特征在于,所述第二卷边结构的外表面贴合接触于所述第一卷边结构的内表面,以使所述集流体连接于所述连接件。
7.根据权利要求5所述的连接机构,其特征在于,所述第二卷边结构与所述第一卷边结构之间通过焊接连接,以使所述集流体连接于所述连接件。
8.根据权利要求1所述的连接机构,其特征在于,所述连接件与所述极柱之间通过焊接或铆接实现连接。
9.一种电池,其特征在于,包括壳体及安装于所述壳体上的电芯和权利要求1-8任一项所述的连接机构,所述集流体中的正极集流体通过所述连接机构连接所述极柱中的正极极柱,负极集流体通过所述连接机构连接负极极柱,所述集流体、连接件及壳体分别为铝、镀镍不锈钢、铜中的一种。
10.根据权利要求9所述的电池,其特征在于,还包括用以供电解液进入所述壳体内的注液孔。
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