CN217062427U - 电芯、电芯模组、动力电池包及车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及动力电池技术领域，具体提供一种电芯、电芯模组、动力电池包及车辆，旨在解决现有的长电芯的过流能力较差的问题。本实用新型提供的电芯包括：极芯，其包括极片和连接到极片的极耳，极片具有长边和短边，极耳包括连接到其中一个短边的第一极耳和连接到其中一个长边的第二极耳；外壳，其包括壳体和分别连接到壳体的两端的第一盖板和第二盖板，第一盖板上设置有极柱，其中，极芯设置在所述外壳内第一极耳与极柱电连接，第二极耳与壳体电连接，以便借助壳体作为电子流通通道，从而使第二极耳能够与第二盖板电连接。本实用新型提供的电芯，能够大幅度提高电芯的过流能力，提升电芯的能量密度，且结构简单，成本低。

Description

电芯、电芯模组、动力电池包及车辆

技术领域

本实用新型涉及动力电池技术领域，具体提供一种电芯、电芯模组、动力电池包及车辆。

背景技术

随着新能源汽车市场的快速发展，动力电池技术也在快速的迭代升级，纯电动汽车的续航里程和快充是消费者密切关注的两个焦点。

现有的动力电池中，特斯拉的4680大圆柱电池以及比亚迪的长刀片电池是较为主流的技术路线。二者相比，全极耳的大圆柱电池在能量密度和快充方面优势明显，但是在电池包的空间利用率上相对刀片电池偏低。长刀片电池包的空间利用率较大是与其极耳的设置方式相关的，为提升空间利用率，现有的与长极片连接的正负极耳分别分布在短边侧。图1为现有技术中的长电芯在充电过程中的电流回路状态示意图，如图1中所示，现有的长电芯1′在充电时，正极片中的电子沿图中逆时针的路径从外电路中自左向右进入负极片中，形成电路回路。从图中可以看出，电子在自左向右进入负极片的过程中，电流密度逐渐减小，电子在负极片中分布不均匀，降低了其过流能力，电芯的充电能力受到了很大的限制，通常仅有2C，无法满足整车的快充需求。

实用新型内容

本实用新型旨在解决或至少缓解上述技术问题，即至少解决现有的长电芯的过流能力较差的问题。

在第一方面，本实用新型提供一种电芯，所述电芯包括：极芯，其包括极片和连接到所述极片的极耳，所述极片具有长边和短边，所述极耳包括连接到其中一个短边的第一极耳和连接到其中一个长边的第二极耳；外壳，其包括壳体和分别连接到所述壳体的两端的第一盖板和第二盖板，所述第一盖板上设置有极柱，其中，所述极芯设置在所述外壳内，所述第一极耳与所述极柱电连接，所述第二极耳与所述壳体电连接，以便借助所述壳体作为电子流通通道，从而使所述第二极耳能够与所述第二盖板电连接。

本实用新型提供的电芯，通过将第一极耳和第二极耳中的一个设置在极片的其中一个长边，且将该极耳与壳体电连接，壳体与短边侧的第二盖板电连接，而将第一极耳和第二极耳中的另一个设置在极片的其中一个短边，该极耳与第一盖板的极柱电连接，这样一来，连接在长边的极耳与第二盖板之间通过壳体作为电子流通通道，无需在长边侧设置极柱，这样不会因过流能力的提升而降低电芯的空间利用率，且由于短边侧的第二盖板无需设置极耳，与现有技术相比，反而能够进一步提升电芯的空间利用率，进而提升电芯的能量密度；此外，由于连接在长边侧的极耳使得电子进入相应极片的路径大幅度缩短，从而可以成倍地提升电芯的充电或放电倍率；再者，由于该极耳在极片的长度方向上接触面更广，能够使进入相应极片的电流密度在长度方向上分布均匀，进而解决现有的电芯的电流密度不均匀的问题；最后，还可以简化电芯结构，减少结构件数量，从而降低电芯成本。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，所述第二极耳为正极耳或负极耳。

本实用新型中的第二极耳可以是正极耳，也可以是负极耳。当第二极耳为正极耳时，能够使相应的电芯的放电倍率成倍地增加；当第二极耳为负极耳时，能够使相应的电芯的充电倍率成倍地增加。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，所述第二极耳为全极耳或多个模切极耳。

可以理解的是，当第二极耳为正极耳且为全极耳时，全极耳的长度越长，电流密度在正极片内的分布越均匀，过流能力越好，但会在一定程度上降低电芯的能量密度(与采用模切极耳的方案相比)。因此全极耳的长度可以基于极片的长度确定，在兼顾能量密度和过流能力的情形下选择合适的长度。

当第二极耳为正极耳且为模切极耳时，电芯内部的空间利用率更高，极耳重量占比相对较小，电芯的能量密度高于采用全极耳的电芯的能量密度。

同理，第二极耳为负极耳时，可以采用全极耳，也可以采用模切极耳。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，所述第二极耳与所述壳体焊接连接。

可以理解的是，焊接的方式可以是超声焊、激光焊，或超声焊与激光焊的组合等。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，所述壳体内还设置有连接片，所述正极耳通过所述连接片与所述壳体焊接连接。

通过设置连接片，有利于第二极耳与壳体的顺利且牢固地连接，保证电池的性能稳定。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，所述连接片的横截面形状近似为“Ω”形。

通过将连接片设置为其横截面形状近似为“Ω”形，在将其连接到第二极耳的上方时，第二极耳的一部分可以深入至连接片的内部，从而能够进一步提高第二极耳、连接片与壳体三者之间的连接稳定性。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，当所述第二极耳为正极耳时，所述连接片的材质为铝，和/或所述壳体的材质为铝。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，当所述第二极耳为负极耳时，所述连接片的材质为铜，和/或所述壳体的材质为钢或铜。

对于上述的电芯，在一些可行的实施方式中，所述极片包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片以叠片的方式排布。

在第二方面，本实用新型还提供一种电芯模组，所述电芯模组包括封装框架，以及封装在所述封装框架内的多个如前述任一项技术方案所述的电芯。

在第三方面，本实用新型还提供一种动力电池包，所述动力电池包配置有前述技术方案所述的电芯模组。

在第四方面，本实用新型还提供一种车辆，其特征在于，所述车辆配置有前述技术方案所述的动力电池包。

可以理解的是，配置动力电池包的车辆可以是纯电动车，也可以是混合动力车。

本领域技术人员可以理解的是，由于上述的电芯模组、动力电池包和车辆配置有前述的电芯，因此具备前述的电芯的所有的技术效果，在此不再赘述。

方案1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括：

极芯，其包括极片和连接到所述极片的极耳，所述极片具有长边和短边，所述极耳包括连接到其中一个短边的第一极耳和连接到其中一个长边的第二极耳；

外壳，其包括壳体和分别连接到所述壳体的两端的第一盖板和第二盖板，所述第一盖板上设置有极柱，

其中，所述极芯设置在所述外壳内，所述第一极耳与所述极柱电连接，所述第二极耳与所述壳体电连接，以便借助所述壳体作为电子流通通道，从而使所述第二极耳能够与所述第二盖板电连接。

方案2.根据方案1所述的电芯，其特征在于，所述第二极耳为正极耳或负极耳。

方案3.根据方案2所述的电芯，其特征在于，所述第二极耳为全极耳或多个模切极耳。

方案4.根据方案3所述的电芯，其特征在于，所述第二极耳与所述壳体焊接连接。

方案5.根据方案4所述的电芯，其特征在于，所述壳体内还设置有连接片，所述第二极耳通过所述连接片与所述壳体焊接连接。

方案6.根据方案5所述的电芯，其特征在于，所述连接片的横截面形状近似为“Ω”形。

方案7.根据方案5所述的电芯，其特征在于，

当所述第二极耳为正极耳时，所述连接片的材质为铝，和/或所述壳体的材质为铝；或者，

当所述第二极耳为负极耳时，所述连接片的材质为铜，和/或所述壳体的材质为钢或铜。

方案8.根据方案1至7中任一项所述的电芯，其特征在于，所述极片包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片以叠片的方式排布。

方案9.一种电芯模组，其特征在于，所述电芯模组包括封装框架，以及封装在所述封装框架内的多个如方案1至8中任一项所述的电芯。

方案10.一种动力电池包，其特征在于，所述动力电池包配置有方案9所述的电芯模组。

方案11.一种车辆，其特征在于，所述车辆配置有方案10所述的动力电池包。

附图说明

下面结合附图来描述本实用新型的优选实施方式，附图中：

图1为现有技术中的长电芯在充电过程中的电流回路状态示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的电芯的结构示意图；

图3为图2的后视图；

图4为图3中的A-A向剖视图；

图5为本实用新型实施例1提供的极芯的结构示意图；

图6为本实用新型实施例1提供的连接片的结构示意图；

图7为本实用新型实施例1提供的Mylar膜与定位塑胶件的连接结构示意图；

图8为本实用新型实施例1提供的极耳与连接片的连接结构示意图；

图9为图8中的局部放大示意图；

图10为本实用新型实施例1提供的第一盖板的结构示意图；

图11为本实用新型实施例1提供的第二盖板的结构示意图；

图12为本实用新型实施例1提供的电芯在充电状态下的结构示意图；

图13为本实用新型实施例2提供的电芯的结构示意图；

图14为本实用新型实施例2提供的极芯的结构示意图；

图15为本实用新型实施例2提供的极耳与连接片的连接结构示意图；

附图标记列表：

1′、现有的长电芯；

1、电芯；10、壳体；11、第一盖板；110、第一极柱；111、防爆阀；12、第二盖板；120、注液孔；121、第二极柱；122、防爆阀；20、极片；21、负极耳；22、正极耳；23、Mylar膜；24、定位塑胶件；30、连接片。

具体实施方式

首先需要说明的是，下述实施方式仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。

其次，为了更好地说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。

在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示方向或位置关系的术语是基于实际应用时的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所要保护的设备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实用新型的限制。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。

此外，本实用新型中的“未标示”表示附图中对相应的结构有示意但未进行标注，“未图示”表示附图中未对相应的结构进行示意。

下面参照附图对本实用新型提供的电芯进行说明。

实施例1

参照图2至图12，图2为本实用新型实施例1提供的电芯的结构示意图；图3为图2的后视图；图4为图3中的A-A向剖视图；图5为本实用新型实施例1提供的极芯的结构示意图；图6为本实用新型实施例1提供的连接片的结构示意图；图7为本实用新型实施例1提供的Mylar膜与定位塑胶件的连接结构示意图；图8为本实用新型实施例1提供的极耳与连接片的连接结构示意图；图9为图8中的局部放大示意图；图10为本实用新型实施例1提供的第一盖板的结构示意图；图11为本实用新型实施例1提供的第二盖板的结构示意图；图12为本实用新型实施例1提供的电芯在充电状态下的结构示意图。

本实施例提供的电芯包括外壳和设置在外壳内的极芯。

具体地，如图5所示，极芯包括极片20和连接到极片20的极耳，极片20包括正极片和负极片，正极片和负极片之间通过隔膜(未图示)隔开以防短路。本实施例中的正极片和负极片以叠片的方式排布，通常情况下，为提升电芯1中的极片的利用率，负极片的数量比正极片的数量多一片。正极片和负极片均具有长边和短边，叠片状态下的极芯在外壳的包裹下呈板状结构。

极芯中，每个正极片连接有正极耳，每个负极片连接有负极耳。传统的正极耳和负极耳分别位于电芯的长度方向的两端，即图1中的两个短边侧。本实施例中，负极耳21连接到负极片的顶部长边，正极耳22连接到正极片的右侧短边。更具体地，本实施例中的负极耳21采用全极耳，正极耳22采用模切极耳。全极耳在制备过程中不需要进行模切处理，一般在经历涂布、辊压之后经过分条处理即可。全极耳相对模切极耳而言，其过流能力相对较好，倍率性能优于模切极耳，同时极片制备少一道工序，制造成本低于模切极耳。

替代性地，本实施例中的负极耳也可以采用多个模切极耳，模切极耳相较于全极耳而言需要额外增加一道模切工序。负极耳采用多个模切极耳时，电芯内部的空间利用率更高，极耳重量占比相对较小，相同体积的电芯，采用模切极耳时电芯的能量密度高于采用全极耳的电芯。

此外，负极耳也可以连接到负极片的底部长边，正极耳也可以连接到正极片的左侧短边。

外壳用于为极芯提供全封闭的空间，极芯设置在外壳内。外壳包括中空的、两端开口的壳体10，以及分别连接到壳体10的两端的第一盖板11(或称为正极盖板)和第二盖板12(或称为负极盖板)。本实施例中，在第一盖板11上设置有第一极柱110，该极柱与正极耳22电连接。

第一盖板11的结构如图10中所示，其设置的第一极柱110作为电芯1与外部电路连接的端子。第一盖板11上还设置有防爆阀111，电芯1在工作过程中会产生一定的气体，通过防爆阀111将气体排出，可以有效防止电芯1内压过高而发生爆炸。

第二盖板12的结构如图11中所示，第二盖板12由于不需要与负极耳21直接连接，因此不需要设置极柱，其自身即可作为与外部电路连接的端子。第二盖板12上设置有注液孔120，在电芯1装配完成后，通过注液孔120加注电解液，注液孔120处还设置有封堵用的胶塞(未图示)。

本实施例中，位于极芯的右侧短边的正极耳22与第一极柱110电连接，位于极芯的顶部长边的负极耳21与壳体10电连接，壳体10的材质为高强度钢，制成非常薄的钢壳，厚度为0.1mm，钢壳与左侧的第二盖板12连接为一体结构，这样一来，电芯1在充电过程中，从正极片游离出的电子能够借助壳体10和第二盖板12构造出的电子通道快速地到达负极片，形成电流回路，从而提升电芯1的充电倍率。

进一步地，为了方便负极耳21与壳体10的连接，本实施例中还设置有连接片30，将负极耳21通过连接片30与壳体10连接，具体为负极耳21、连接片30与壳体10焊接，优选采用激光穿透焊技术将三者焊接在一起。参照图3、图4和图6所示，连接片30为横截面形状近似为“Ω”形的条形结构，其上设有若干的过孔，过孔有利于实现负极耳21、连接片30与壳体10的顺利焊接，且有利于减轻电芯1的重量。

如图7至图9所示，极芯还包括包裹在极片外周的Mylar膜23和定位塑胶件24，Mylar膜23起绝缘的作用，防止电芯1内部发生短路，定位塑胶件24用于在Mylar膜23包覆极片的过程中进行定位，定位塑胶件24的中部开设有长条形的过孔，长条形的负极片穿过该长条形的过孔后与连接片30连接，并进一步与壳体10焊接。本实施例中，连接片30的材质为铜，厚度为0.6mm。

本实施例中，由于负极耳21采用全极耳，因此为了进一步减轻电芯1的重量，可以仅在靠近负极耳21的两端的位置处分别设置一个较短的连接片30，具体的设置方式如图8中所示。

本实施例提供的电芯1的工作原理如图12所示，在对电芯1进行充电时，在第一极柱110和第二盖板12处分别连接外电路，正极片的电子顺次经正极耳22、第一极柱110进入外电路，外电路中流通的电子到达第二盖板12后，经由壳体10到达负极耳21，再进一步由负极耳21自上而下均匀地进入负极片中。该过程中，由于电子从负极耳21流通至负极片的路径很短，且负极耳21与负极片的接触面很大，电子可以快速地进入负极片中，从而提升电芯1的快充能力。该过程中，充电电流的电流密度在负极片的各处基本一致，从而有效解决现有技术中由于极芯长度较长而导致电流密度不均匀的问题。

需要说明的是，在装配过程中，负极耳21首先需要经过超声揉平处理，然后套上带有定位塑胶件24的Mylar膜23，之后经过折弯处理，通过连接片30与壳体10激光穿透焊接到一起。正极耳22也进行超声揉平处理，折弯后直接与第一盖板11激光焊接到一起，并用耐高温的绝缘胶带将电芯1内部正极裸漏的金属部分进行包裹，防止其与壳体10接触而发生短路问题。之后再用绝缘胶带将Mylar膜23固定，两端通过热熔固定到盖板的塑胶上。然后通过连续激光焊接的形式将第一盖板11和第二盖板12与壳体10焊接到一起，从而完成电芯1的装配。装配好的电芯1经烘烤、注液、化成、老化、二次补液后，注液孔120塞入胶塞进行封堵，采用密封铝片激光焊接封口，再之后进行清洗包膜、分容，即完成电芯1的制备。

本实施例中的电芯的实验参数可参考表1：

表1

Item	单位	电芯参数
			尺寸	mm	20*700*115
类型	/	磷酸铁锂
			容量	Ah	230
重量	kg	3.67
			电压	V	3.2
交流内阻	mΩ	0.2
			比能量	Wh/kg	201
充电能力	/	5C

从表1可以看出，在采用实施例中的电芯后，电芯的充电能力成倍增加，充电能力有大幅度的提升。

实施例2

本实施例与实施例1的技术构思相同，均在于将其中一个极耳置于极芯的长边侧并将其与壳体10电连接，以借助壳体10作为电子流通通道，从而使电子在流通过程中的电流密度保持均匀。本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中的第二极耳为正极耳22，当将正极耳22置于极芯的长边侧时，可以有效提升电芯1的放电倍率。

具体地，参照图13和图14所示，本实施例中的正极耳22采用多个模切极耳，多个模切极耳均匀地排布在正极片的顶部长边，并与正极片焊接在一起，具体可采用超声焊或激光焊。负极耳21采用模切极耳，其通过超声焊或激光焊连接到负极片的右侧短边。超声焊(超声波焊接)的焊印较平整，可以实现将多层极耳焊接到一起，由于其表面平整，便于后续的激光焊。

本实施例中，短边侧连接的为负极耳21，负极耳21需要与极柱电连接，因此本实施例中的第二盖板12上设置有第二极柱121，如图13中所示，负极耳21与该第二极柱121电连接。第二盖板12上还设置有防爆阀122，用于将电池工作过程中产生的气体排出。

可以理解的是，由于本实施例中的正极耳22与壳体10电连接，因此在第一盖板11上无需再设置极柱。

本实施例中，位于极芯的右侧短边的负极耳21与第二极柱121电连接，位于极芯的顶部长边的正极耳22与壳体10电连接，壳体10的材质为铝，厚度为0.3mm，本实施例中的连接片30的材质也为铝，厚度为0.8mm。对比图2和图13，本实施例中正极耳22与壳体10的激光焊印(未标示)与实施例1中的负极耳21与壳体10的激光焊印不同，本实施例中的多极耳结构与壳体10的焊印为多道焊印。这样一来，电芯1在连接负载后放电的过程中，从负极片游离出的电子首先经过第二极柱121进入外电路，外电路的电子能够借助壳体10和第一盖板11构造出的电子通道快速地到达各个正极耳22，电子经由各个正极耳22自上而下均匀地到达正极片中。该过程中，由于电子从正极耳22进入正极片的路径很短，且正极耳22均匀地分布在正极片的长边侧，电子可以快速地进入正极片中，该过程中电流的密度在正极片的各处基本一致，从而有效解决现有技术中由于极芯长度较长而使电流密度不均匀的问题，以及提升电芯1的快放能力。

替代性地，本实施例中的正极耳22也可以采用全极耳。此外，正极耳22可以连接到正极片的底部长边，负极耳21也可以连接到负极片的左侧短边。

需要说明的是，由于本实施例中的正极耳22采用多个模切极耳，因此连接片30的长度相较于实施例1中更长，连接片30的长度与最外侧的两个正极耳22之间的距离相当，如图15中所示，本实施例中的连接片30的结构与实施例1中的连接片30的结构相同。

本实施例中的电芯的实验参数可参考表2

表2

Item	单位	电芯参数
			尺寸	mm	9*500*80
类型	/	高镍三元
			容量	Ah	60
重量	kg	0.995
			电压	V	3.65
交流内阻	mΩ	0.35
			比能量	Wh/kg	220
放电能力	/	10C

从表2中可以看出，由于将多个正极耳连接在正极片的顶部长边，使得电子流通过程中，能够经由壳体均匀地传导至各个正极耳，进而以最短的距离快速地进入正极片中，从而提升电芯的放电能力，与现有的电芯的放电能力相比，放电倍率成本增加。

需要说明的是，上述示例中的数值仅仅是示例性的，不应当构成对本实用新型的保护范围的限制，本领域技术人员可以根据需要在合理的范围内对上述示例中的数值进行变换。

本实用新型实施例还提供一种电芯模组，电芯模组由多个电芯和用于封装电芯的封装框架构成，封装框架作为多个电芯统一的边界实现与外电路的连接。

本实用新型实施例还提供一种动力电池包，动力电池包包括一个或多个电芯模组，以及BMS(battery management system，电池管理系统)和热管理系统等，电池包内的多个电芯模组以串联、并联等方式连接。可以理解的是，电芯模组中的多个电芯可以同时包含实施例1中的快充电芯和实施例2中的快放电芯，快充电芯和快放电芯通过串并连组成的电芯模组能够兼顾快充性能和快放性能，进而有效提升动力电池包的性能。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括：

极芯，其包括极片和连接到所述极片的极耳，所述极片具有长边和短边，所述极耳包括连接到其中一个短边的第一极耳和连接到其中一个长边的第二极耳；

外壳，其包括壳体和分别连接到所述壳体的两端的第一盖板和第二盖板，所述第一盖板上设置有极柱，

其中，所述极芯设置在所述外壳内，所述第一极耳与所述极柱电连接，所述第二极耳与所述壳体电连接，以便借助所述壳体作为电子流通通道，从而使所述第二极耳能够与所述第二盖板电连接。

2.根据权利要求1所述的电芯，其特征在于，所述第二极耳为正极耳或负极耳。

3.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述第二极耳为全极耳或多个模切极耳。

4.根据权利要求3所述的电芯，其特征在于，所述第二极耳与所述壳体焊接连接。

5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述壳体内还设置有连接片，所述第二极耳通过所述连接片与所述壳体焊接连接。

6.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，所述连接片的横截面形状近似为“Ω”形。

7.根据权利要求5所述的电芯，其特征在于，

当所述第二极耳为正极耳时，所述连接片的材质为铝，和/或所述壳体的材质为铝；或者，

当所述第二极耳为负极耳时，所述连接片的材质为铜，和/或所述壳体的材质为钢或铜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电芯，其特征在于，所述极片包括正极片和负极片，所述正极片和所述负极片以叠片的方式排布。

9.一种电芯模组，其特征在于，所述电芯模组包括封装框架，以及封装在所述封装框架内的多个如权利要求1至8中任一项所述的电芯。

10.一种动力电池包，其特征在于，所述动力电池包配置有权利要求9所述的电芯模组。

11.一种车辆，其特征在于，所述车辆配置有权利要求10所述的动力电池包。

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