CN209401734U - 二次电池和电池模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种二次电池和电池模组。电池模组包括多个依次排列的二次电池。二次电池包括电极组件、壳体以及顶盖组件。壳体具有容纳腔室，容纳腔室具有开口，电极组件收容于容纳腔室。电极组件包括多个电极单元，所述多个电极单元沿容纳腔室的轴向层叠设置。顶盖组件包括顶盖板、电极端子、集流构件以及保液层，顶盖板连接于壳体且位于电极组件沿容纳腔室的轴向的一侧，电极端子设置于顶盖板，集流构件连接电极端子和电极组件。集流构件包括基板，基板设置于电极组件沿卷绕轴方向的一侧。保液层设置于基板的靠近电极组件的表面。所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向。

Description

二次电池和电池模组

技术领域

本实用新型涉及电池领域，尤其涉及一种二次电池和电池模组。

背景技术

电池模组通常包括多个依次排列的二次电池，而各二次电池内部设有电极组件。在充放电过程中，电极组件会在二次电池的排列方向上膨胀，而所述多个二次电池的电极组件产生的膨胀力会沿着排列方向叠加并形成较大的合力；所述合力挤压二次电池，导致二次电池无法正常工作，影响二次电池的寿命。

实用新型内容

鉴于背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种二次电池和电池模组，其能提高二次电池的浸润性，改善二次电池的性能。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种二次电池和电池模组。

二次电池包括电极组件、壳体以及顶盖组件。壳体具有容纳腔室，容纳腔室具有开口，电极组件收容于容纳腔室。电极组件包括多个电极单元，所述多个电极单元沿容纳腔室的轴向层叠设置。顶盖组件包括顶盖板、电极端子、集流构件以及保液层，顶盖板连接于壳体且位于电极组件沿容纳腔室的轴向的一侧，电极端子设置于顶盖板，集流构件连接电极端子和电极组件。集流构件包括基板，基板设置于电极组件沿卷绕轴方向的一侧。保液层设置于基板的靠近电极组件的表面。

保液层的厚度与电极单元的长度正相关。优选地，保液层的厚度与电极单元的长度之比为0.001-0.05。

保液层为孔隙结构且孔隙率为5％-95％。

保液层的材料为绝缘材质，且保液层与电极单元沿卷绕轴方向的端面贴合。

保液层包括第一部分和第二部分，第二部分从第一部分的远离顶盖板的一端延伸，且第一部分的宽度大于第二部分的宽度。优选地，第一部分的宽度与电极单元的宽度之比为0.3-0.7。

沿靠近顶盖板的方向，保液层的上端超出电极组件。

集流构件还包括支撑板，支撑板从基板的远离顶盖板的一端延伸且弯折到基板的远离电极组件的一侧；支撑板连接于电极组件。

电池模组包括所述的二次电池；二次电池为多个且依次排列，且所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向。

本实用新型的有益效果如下：在本申请中，二次电池中的多个电极单元沿轴向布置，因此所述多个电极单元的膨胀会在轴向上叠加。在电池模组中，所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向，因此，即使所有的电极组件在排列方向上的膨胀量叠加在一起，也不会产出过大的合力，从而避免二次电池被压坏，保证二次电池的性能和寿命。本申请通过设置保液层，增加电解液的传输路径，减小所述多个电极单元的浸润性的差异，提高浸润性，降低析锂风险，延长二次电池的使用寿命。

附图说明

图1为根据本实用新型的二次电池的一示意图。

图2为根据本实用新型的二次电池的另一示意图。

图3为图1的电极单元的示意图。

图4为根据本实用新型的集流构件和保液层的示意图。

图5为图4的集流构件的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1电极组件 331基板

11电极单元 331a主体部

111第一极片 331b第一延伸部

112第二极片 331c第二延伸部

113隔膜 332支撑板

12端面 333连接板

13第一极耳 34保液层

14第二极耳 341第一部分

2壳体 342第二部分

21容纳腔室 S1宽面

3顶盖组件 S2窄面

31顶盖板 X长度方向

32电极端子 Y宽度方向

33集流构件 Z高度方向

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个以上(包括两个)；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本申请实施例的限定。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。

在本申请中，电池模组通常包括二次电池、端板、侧板及汇流排。二次电池为多个并依次排列。本申请的二次电池可为棱柱形的锂离子电池。所述多个二次电池的排列方向可平行于各二次电池的宽度方向Y。端板为两个且分别设置于所述多个二次电池沿排列方向的两端，侧板为两个且分别设置于所述多个二次电池的两侧，端板和侧板焊接在一起并形成矩形的框架。所述多个二次电池固定于所述框架。汇流排将所述多个二次电池以串联、并联或串并联的方式连接在一起。

下面详细说明本申请的二次电池。

参照图1和图2，本申请的二次电池包括电极组件1、壳体2以及顶盖组件3。

壳体2内部形成有容纳腔室21，以收容电极组件1和电解液。壳体2沿轴向的一端形成开口，而电极组件1可经由所述开口放置到壳体2内。壳体2可由铝或铝合金等导电金属的材料制成。本申请的电池模组可用于电动汽车，当电动汽车上的二次电池的顶盖组件3与地面大致平行时，轴向平行于二次电池的高度方向Z，垂直于二次电池的宽度方向Y、长度方向X以及多个二次电池的排列方向。

电极组件1包括多个电极单元11，所述多个电极单元11沿容纳腔室21的轴向层叠设置。参照图3，各电极单元11包括第一极片111、第二极片112和隔膜113，隔膜113将第一极片111和第二极片112隔开。电极单元11可通过螺旋地卷绕第一极片111、第二极片112和隔膜113而形成，且电极单元11可通过压力按压形成扁平状结构。可替代地，各电极单元11也可以由第一极片111、第二极片112和隔膜113层叠形成。

第一极片111包括铝箔和涂覆于铝箔表面的正极活性材料，所述正极活性材料包括锰酸锂或磷酸铁锂；铝箔的一端具有未被正极活性材料覆盖的多个空白区域，多个空白区域层叠在一起并形成第一极耳13。第二极片112包括铜箔和涂覆于铜箔表面的负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨或硅；铜箔的一端具有未被负极活性材料的空白区域，多个空白区域层叠在一起并形成第二极耳14。

参照图1和图2，顶盖组件3包括顶盖板31、电极端子32、集流构件33以及保液层34。顶盖板31位于电极组件1沿容纳腔室21的轴向的一侧，且顶盖板31连接于壳体2并覆盖壳体2的开口，从而将电极组件1封闭在壳体2的容纳腔室21内。电极端子32设置于顶盖板31，且电极端子32和集流构件33均为两个，一个集流构件33连接第一极片111的第一极耳13和一个电极端子32，另一个集流构件33连接第二极片112的第二极耳14和另一个电极端子32。

在充放电过程中，各电极单元11会出现膨胀。在本申请中，二次电池中的多个电极单元11沿轴向布置，因此所述多个电极单元11的膨胀会在轴向上叠加。而在宽度方向Y上，所述多个电极单元11的膨胀较小，所以电极组件1整体在宽度方向Y的膨胀量较小，对应地，电极组件1作用在壳体2上的膨胀力也较小。

在电池模组中，所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向，因此，即使所有的电极组件1在排列方向上的膨胀量叠加在一起，也不会产出过大的合力，从而避免二次电池被压坏，保证二次电池的性能和寿命。

另外，在已知技术中，电池模组的两个端板需要夹持所述多个二次电池，如果二次电池膨胀产生的合力过大，可能会导致端板与侧板的焊接处断裂，造成电池模组失效。而在本申请中，所述多个二次电池在膨胀时产生的合力较小，从而避免电池模组失效。

集流构件33包括基板331，基板331设置于电极组件1沿卷绕轴方向的一侧。电极单元11在卷绕成型时，第一极片111、第二极片112和隔膜113沿中心的卷绕轴螺旋卷绕，而所述卷绕轴方向即平行于卷绕轴的方向。在本申请中，所述卷绕轴方向大体平行于长度方向X，而基板331为大体垂直于长度方向X的平板。

参照图3，电极单元11通过卷绕形成扁平状结构，其外周形成宽面S1和窄面S2。宽面S1为两个且分别位于电极单元11沿轴向的两端，窄面S2为两个且分别位于电极单元11沿宽度方向Y的两端。各窄面S2为弧形并连接两个宽面S1。相邻的两个电极单元11的宽面S1彼此接触。

参照图1，电极单元11沿卷绕轴方向的两端具有端面12。为了将第一极片111和第二极片112完全隔开，隔膜113沿卷绕轴方向的两端需要超出第一极片111和第二极片112。卷绕成型后，隔膜113沿卷绕轴方向的两端形成两个端面12。端面12上具有缝隙，而壳体2内的电解液可经由端面12上的缝隙进入到电极单元11内部。

由于所述多个电极单元11沿轴向布置，壳体2底部的电解液很难直接进入靠近顶盖板31的电极单元11中；也就是说，越靠近顶盖板31的电极单元11的浸润性越差，容易出现析锂问题。

因此，本申请优选在基板331的靠近电极组件1的表面设置保液层34。保液层34能够吸收壳体2内的电解液，并将壳体2底部的电解液传输到靠近顶盖板31的电极单元11中，从而提高浸润性。总之，本申请通过设置保液层34，增加电解液的传输路径，减小所述多个电极单元11的浸润性的差异，提高浸润性，降低析锂风险，延长二次电池的使用寿命。

电解液经由端面12进入电极单元11后，通过毛细作用向电极单元11沿卷绕轴方向的中部传输；电极单元11沿卷绕轴方向的长度越大，就需要更多的电解液，以改善浸润的一致性。同样地，保液层34的厚度越大，其就能够吸收越多的电解液。因此，为了改善电极单元11的浸润性，保液层34的厚度优选与电极单元11的长度正相关。

具体地，保液层34的厚度与电极单元11的长度之比为0.001-0.05。如果所述比值小于0.001，那么保液层34无法提供足够的电解液，导致靠近顶盖板31的电极单元11的浸润性差，引发析锂风险。而如果所述比值大于0.05，那么保液层34在长度方向X上占用的空间偏大，降低二次电池的能量密度。

保液层34为孔隙结构，且保液层34孔隙率为5％-95％。保液层34中的孔隙可吸收电解液，从而实现保液的功能。同时，孔隙中的电解液可通过毛细作用进入电极单元11中。

保液层34可为PP膜、PE膜或无纺布等多孔材料，保液层34可通过粘接或喷涂的方式固定到基板331的表面。

保液层34的材料为绝缘材质，且保液层34与电极单元11沿卷绕轴方向的端面12贴合。保液层34优选与靠近顶盖板31的几个电极单元11的端面12贴合。当保液层34与端面12贴合时，可以提高电解液的浸润速率。另外，保液层34为绝缘材质，所以即使保液层34与电极单元11的极片接触，也不会导致短路。

在二次电池的使用过程中，电极单元11可能会出现晃动；当电极单元11晃动时，第一极耳13和第二极耳14容易撕裂。在本申请中，保液层34直接与端面12贴合，从而有效地降低电极单元11的晃动，减小极耳撕裂的风险。

参照图4，保液层34包括第一部分341和第二部分342，第二部分342从第一部分341的远离顶盖板31的一端延伸，且第一部分341的宽度大于第二部分342的宽度。与第一部分341相对的电极单元11比较靠近顶盖板31，其浸润性也较差，因此，第一部分341需要较大的宽度，以增大保液量，降低电极单元11之间的浸润性的差异。

沿宽度方向Y，第一部分341的宽度与电极单元11的宽度之比为0.3-0.7。如果所述比值小于0.3，那么第一部分341的保液量较小，导致与第一部分341相对的电极单元11的浸润性较差。电极单元11在工作过程中会产生少量气体，如果所述比值大于0.7，第一部分341会降低排气效率，气体残留在电极单元11内会引发析锂。

电极单元11在工作过程中会出现膨胀，如果保液层34靠近顶盖板31的上端偏低，电极单元11膨胀时会超出保液层34，导致电极单元11的部分区域浸润性差。因此，优选地，沿靠近顶盖板31的方向，保液层34的上端超出电极组件1，这样可以补偿电极组件1的膨胀，提高浸润性。

集流构件33还包括支撑板332和连接板333，支撑板332从基板331的远离顶盖板31的一端延伸且弯折到基板331的远离电极组件1的一侧，连接部333从基板331的靠近顶盖板31的一端延伸且朝基板331的靠近电极组件1的一侧弯折。连接板333大体垂直于基板331，且通过焊接固定于电极端子32。第一极片111的第一极耳13通过焊接固定于一个集流构件33的支撑板332，第二极片112的第二极耳14通过超声波焊接固定于另一个集流构件33的支撑板332。支撑板332的表面没有设置保液层34，所以不会影响极耳与支撑板332的焊接。

基板331包括主体部331a、第一延伸部331b和第二延伸部331c，第一延伸部331b和第二延伸部331c从主体部331a的远离顶盖板31的一端延伸，且第一延伸部331b和第二延伸部331c沿宽度方向Y间隔设置。沿远离主体部331a的方向，第一延伸部331b的长度大于第二延伸部331c的长度。

集流构件33的支撑板332为两个。一个支撑板332从第一延伸部331b的远离主体部331a的一端弯折，且与远离顶盖板31的部分电极单元11连接；另一个支撑板332从第二延伸部331c的远离主体部331a的一端弯折，且与靠近顶盖板31的部分电极单元11连接。

保液层34的第一部分341设置于主体部331a的表面，保液层34的第二部分342设置于第一延伸部331b的表面。

Claims (10)

1.一种二次电池，包括电极组件(1)、壳体(2)以及顶盖组件(3)；

壳体(2)具有容纳腔室(21)，容纳腔室(21)具有开口，电极组件(1)收容于容纳腔室(21)；

电极组件(1)包括多个电极单元(11)，所述多个电极单元(11)沿容纳腔室(21)的轴向层叠设置；

顶盖组件(3)包括顶盖板(31)、电极端子(32)、集流构件(33)以及保液层(34)，顶盖板(31)连接于壳体(2)且位于电极组件(1)沿容纳腔室(21)的轴向的一侧，电极端子(32)设置于顶盖板(31)，集流构件(33)连接电极端子(32)和电极组件(1)；

集流构件(33)包括基板(331)，基板(331)设置于电极组件(1)沿卷绕轴方向的一侧；

保液层(34)设置于基板(331)的靠近电极组件(1)的表面。

2.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，保液层(34)的厚度与电极单元(11)的长度正相关。

3.根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于，保液层(34)的厚度与电极单元(11)的长度之比为0.001-0.05。

4.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，保液层(34)为孔隙结构且孔隙率为5％-95％。

5.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，保液层(34)的材料为绝缘材质，且保液层(34)与电极单元(11)沿卷绕轴方向的端面(12)贴合。

6.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，保液层(34)包括第一部分(341)和第二部分(342)，第二部分(342)从第一部分(341)的远离顶盖板(31)的一端延伸，且第一部分(341)的宽度大于第二部分(342)的宽度。

7.根据权利要求6所述的二次电池，其特征在于，第一部分(341)的宽度与电极单元(11)的宽度之比为0.3-0.7。

8.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，沿靠近顶盖板(31)的方向，保液层(34)的上端超出电极组件(1)。

9.根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，

集流构件(33)还包括支撑板(332)，支撑板(332)从基板(331)的远离顶盖板(31)的一端延伸且弯折到基板(331)的远离电极组件(1)的一侧；

支撑板(332)连接于电极组件(1)。

10.一种电池模组，包括权利要求1-9中任一项所述的二次电池；

二次电池为多个且依次排列，且所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向。