CN218632353U - 一种叠片式芯包、电芯、电池模组及电动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种叠片式芯包、电芯、电池模组及电动装置，所述叠片式芯包包括依次层叠的正极极片、隔膜和负极极片，所述正极极片的一端边缘引出正极极耳，所述负极极片的一端边缘引出负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳沿所述叠片式芯包相对两端的对角设置。本实用新型降低了极耳层叠数量，进而降低了极耳层叠后的厚度，能够有效降低多层极耳折弯带来的体积利用率低的负面影响，同时也降低了极耳层数多折弯倒插的现象；多对极耳引出能够有形地增加焊印面积，改善了由于单极耳焊印面积有限造成的极耳过流不足温升过高的情况。

Description

一种叠片式芯包、电芯、电池模组及电动装置

技术领域

本实用新型属于电池技术领域，涉及一种叠片式芯包、电芯、电池模组及电动装置。

背景技术

锂离子电池因其对环境友好而在移动电源领域备受关住，锂离子电池一般由电芯、电解液及容纳电芯和电解液的外壳构成，其中，锂离子电池的电芯主要是由正极极片、负极极片以及间隔正极极片和负极极片的隔离膜组成。目前，制备电芯的工艺主要有叠片工艺和卷绕工艺。利用叠片工艺制备的叠片式锂离子电池与卷绕工艺制备的卷绕式锂离子电池相比，前者具有能量密度高，电压平台高，电池内阻小等优点，在制备锂离子电池的过程中得到了广泛应用。

目前电动工具、电动自行车、电动摩托车、助力车和汽车等使用的叠片式方型锂离子动力电池的极耳延出方式有两种：一是正负极极耳同侧延出，此方法为大部分生产商所采用，因正负极极耳同向对于有盖板系统的电池则只需设置一个盖板结构，且在后期组装时电池外部所用连接线短，有利于稳定可靠，此方法的不利之处在于正负极极耳间需有合适的间隙，极耳宽度设定受到限制，不利于大功率放电。二是正负极极耳上下两侧分别延出，此方法有利极耳宽度的设定，有利于大功率放电，此方法的不利之处在于正负极极耳在电芯两侧，在后期组装时电池外部所用连接线长，连接方式复杂，不利于稳定可靠。以上两种方式还有共同的缺点：电池容量要求高，电芯变厚，叠片极片多，极耳多，极耳焊接难，甚至无法牢固焊接在一起；如果电池不采用软包而采用钢壳或铝壳等硬壳体时，极耳较多更不利于极耳整体与盖板体系焊接在一起。

对于传统的两侧延出极耳的方形叠片式电芯而言，电芯两侧分别为正极极耳和负极极耳，以及正极连接片、负极连接片。电芯与极耳连接片和壳体顶盖装配时，电芯的正极极耳和负极极耳需要折弯，叠片层数较多时，极耳折弯部分会极大地占用壳体宽度方向的空间，挤压电芯容易使极耳倒插进芯包内部，导致短路等安全问题。另外，电芯容量越高，同样充放电倍率下的产热温升会更大，传统的方形叠片式电芯的电芯极耳与极耳连接片的焊接面积利用率往往较低，不利于电芯实际充放电过程中电流密度均匀性与循环性能。

实用新型内容

第一方面，本实用新型的目的在于提供了一种叠片式芯包，所述叠片式芯包包括依次层叠的正极极片、隔膜和负极极片，所述正极极片的一端边缘引出正极极耳，所述负极极片的一端边缘引出负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳沿所述叠片式芯包相对两端的对角设置。

第二方面，本实用新型提供了一种电芯，所述电芯包括两个如第一方面所述的叠片式芯包，所述电芯具有相对的第一端和第二端，所述电芯的第一端具有并列设置的两组正极极耳，所述电芯的第二端具有并列设置的两组负极极耳。

作为本实用新型所述的电芯的优选技术方案，所述电芯包括两个如第一方面所述的叠片式芯包，在两个所述叠片式芯包中，其中一个芯包由另外一个芯包翻转180°形成。

作为本实用新型所述的电芯的优选技术方案，所述电芯包括正极连接片和负极连接片，两组正极极耳均连接于所述正极连接片上，两组负极极耳均连接于所述负极连接片上。

作为本实用新型所述的电芯的优选技术方案，两组正极极耳焊接于所述正极连接片上，弯折后贴于所述电芯的第一端。

两组负极极耳焊接于所述负极连接片上，弯折后贴于所述电芯的第二端。

作为本实用新型所述的电芯的优选技术方案，所述电芯还包括壳体和位于所述壳体两端的负极顶盖和正极顶盖，所述负极顶盖和正极顶盖上分别设置有正极极柱和负极极柱，所述正极连接片和负极连接片分别连接所述正极极柱和所述负极极柱。

作为本实用新型所述的电芯的优选技术方案，所述正极连接片与所述正极极柱对应位置处开设有正极通孔。

所述负极连接片与所述负极极柱对应位置处开设有负极通孔。

作为本实用新型所述的电芯的优选技术方案，所述正极连接片的材质为铝，所述负极连接片的材质为铜。

所述壳体为铝壳。

第三方面，本实用新型提供了一种电池模组，所述电池模组包括依次堆叠的至少两个如第一方面所述的电芯。

第四方面，本实用新型提供了一种电动装置，所述电动装置包括第三方面的电池模组。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型设计了一种叠片式芯包，芯包的两端分别引出正极极耳和负极极耳，且正极极耳和负极极耳呈对角设置，此叠片式芯包对叠片层数较多的高能量密度型电芯是有利的，一方面通过对角设置的正极极耳和负极极耳，在叠片后降低了极耳层叠数量，进而降低了芯包层叠后的厚度，能够有效降低多层极耳折弯带来的体积利用率低的负面影响，同时也降低了极耳层数多折弯倒插的现象；另一方面，极耳由芯包的两端引出能够有效地增加焊印面积，改善了由于单极耳焊印面积有限造成的极耳过流不足温升过高的情况。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施方式提供的第一芯包的结构示意图；

图2为本实用新型一个具体实施方式提供的第二芯包的结构示意图；

图3为本实用新型一个具体实施方式提供的正极连接片的结构示意图；

图4为本实用新型一个具体实施方式提供的负极连接片的结构示意图；

图5为本实用新型一个具体实施方式提供的电芯与连接片的结构示意图；

图6为本实用新型一个具体实施方式提供的电池结构示意图。

其中，1-第一负极极耳；2-第一正极极耳；3-第二负极极耳；4-第二正极极耳；5-负极连接片；6-正极连接片；7-负极通孔；8-正极通孔；9-负极顶盖；10-正极顶盖；11-电芯；12-第一负极焊印；13-第一正极焊印；14-第二负极焊印；15-第二正极焊印；16-负极极柱；17-正极极柱。

具体实施方式

需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体连接；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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，实施例的内容不构成对本实用新型的限制，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

叠片式方形电芯往往需求更高的能量密度，如两侧出极柱方形电芯，在更多的叠片层数情况下，由于正负极极耳折弯占用壳体宽度方向的空间，因此采用传统的装配形式并不利于能量密度。另外，电芯容量越高，同样充放电倍率下的产热温升会更大，因此传统结构中的芯包极耳与极耳连接片的焊接面积利用率低，对电芯的温升性能与循环性能不利。

至少为了解决上述问题，本实用新型在一个实施例中提供了一种叠片式芯包，如图1和图2所示，所述叠片式芯包包括依次层叠的正极极片、隔膜和负极极片，所述正极极片的一端边缘引出正极极耳，所述负极极片的一端边缘引出负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳沿所述叠片式芯包相对两端的对角设置。

本实用新型设计了一种叠片式芯包，芯包的两端分别引出正极极耳和负极极耳，且正极极耳和负极极耳呈对角设置，此叠片式芯包对叠片层数较多的高能量密度型电芯11是有利的，一方面通过对角设置的正极极耳和负极极耳，在叠片后降低了极耳层叠数量，进而降低了芯包层叠后的厚度，能够有效降低多层极耳折弯带来的体积利用率低的负面影响，同时也降低了极耳层数多折弯倒插的现象；另一方面，极耳由芯包的两端引出能够有效地增加焊印面积，改善了由于单极耳焊印面积有限造成的极耳过流不足温升过高的情况。

在另一个实施例中，本实用新型提供了一种电芯11，所述电芯11包括两个如第一方面所述的叠片式芯包，所述电芯11具有相对的第一端和第二端，所述电芯11的第一端具有并列设置的两组正极极耳，所述电芯11的第二端具有并列设置的两组负极极耳。

在一个实施例中，所述电芯11包括两个如第一方面所述的叠片式芯包，在两个所述叠片式芯包中，其中一个芯包由另外一个芯包翻转180°形成(如图1和图2所示)。

本实用新型中，两个叠片式芯包依次层叠，位于电芯11同一端的两个极耳错开设置，改善了电芯11的电流密度均匀性，有利于提高电池的循环性能，通过错位布置的正极极耳和负极极耳，减薄了每个正极极耳和负极极耳的厚度，降低了正极极耳和负极极耳在焊接过程中易出现的虚焊风险；在正极极耳和负极极耳在沿电芯11本体的厚度方向弯折整形的过程中，避免过多的正极极耳和负极极耳在弯折区域出现堆积的现象，进而避免短路的风险；将正极极耳和负极极耳错落布置，从而降低了多层极耳叠加的厚度，增加了极片沿极耳弯折后的叠加厚度方向的长度，提高了电芯11内部空间的利用率。

本实用新型采用两端出极耳的电芯11结构，且在电芯11的一端引出两组正极极耳，在电芯11的另一端引出两组负极极耳，通过本实用新型提供的电芯11结构能够有效增加壳体宽度方向的体积利用率低，解决电芯11叠片层数多导致的壳体宽度方向体积利用率低、极耳层数多导致的折弯倒插现象。

具体地，如图1所示，第一芯包的两端分别引出第一正极极耳2和和第一负极极耳1，第一正极极耳2和和第一负极极耳1呈对角设置；如图2所示，第二芯包的两端分别引出第二正极极耳4和第二负极极耳3，第二正极极耳4和第二负极极耳3呈对角设置。第一芯包与第二芯包依次层叠形成电芯11，层叠时，第一芯包的第一正极极耳2与第二芯包的第二正极极耳4错位设置，第一芯包的第一负极极耳1与第二芯包的第二负极极耳3错位设置。本实用新型设计的电芯11结构进一步改善了极片错位松动问题，增加了电池硬度，降低短路几率，提高了电池安全性和可靠性，改善了电流分布均匀化程度，降低了电池内阻，提高了电池的放电倍率，有利于进一步提高电池的功率和容量。

在一个实施例中，所述电芯11包括正极连接片6和负极连接片5，两组正极极耳均连接于所述正极连接片6上，两组负极极耳均连接于所述负极连接片5上。

本实用新型采用两端出极耳的电芯11结构，该电芯11结构中多对极耳引出并与相应的连接片采用满焊形式固定连接，成倍地增加了焊印面积，改善了由于极耳与连接片焊印面积有限造成的过流问题，有利于提高电芯11实际充放电时的电流密度均匀性，改善极片活性材料利用率与循环性能。具体地，如图5所示，第一正极极耳2与正极连接片6形成第一正极焊印13，第二正极极耳4与正极连接片6形成第二正极焊印15；第一负极极耳1与负极连接片5形成第一负极焊印12，第二负极极耳3与负极连接片5形成第二负极焊印14。

在一个实施例中，两组正极极耳焊接于所述正极连接片6上，弯折后贴于所述电芯11的第一端。

两组负极极耳焊接于所述负极连接片5上，弯折后贴于所述电芯11的第二端。

本实用新型将芯包的正极极耳和负极极耳通过相应的连接片并联组成电芯11，可将电池容量提高一倍；芯包的负极极片层叠后通过负极连接片5连接在一起，芯包的正极极片通过正极连接片6连接在一起；通过正极连接片6和负极连接片5的稳定连接，在电池内部将正极极耳和负极极耳设置为相对方向，使得装配操作更为便捷，同时可减缩短电池装配时的外部连接线，降低装配操作的门槛，同时，由于将各芯包的极耳分组并错位设置，使得极耳焊接厚度为电芯11全部极耳的一半，大大降低了多极耳的焊接难度。所采用的焊接方式可选为超焊、电阻焊或激光焊等及其组合焊接方式，可一次焊接，也可多次焊接。

需要注意的是，本实用新型中正极极耳的长度为正极极耳沿电芯11的厚度方向的弯折长度(约等于电芯11厚度)以及正极极耳与正极连接片6的焊接长度之和；负极极耳的长度为负极极耳沿电芯11的厚度方向的弯折长度(约等于电芯11厚度)以及负极极耳与负极连接片5的焊接长度之和。所有正极极耳的伸出长度均相等，所有负极极耳的伸出长度均相等，使得所有正极极耳或所有负极极耳在弯折整形后，其伸出长度保持一致且减少了正极极耳和负极极耳的材料使用量，降低了生产成本。

在一个实施例中，如图6所示，所述电芯11还包括壳体和位于所述壳体两端的负极顶盖9和正极顶盖10，所述负极顶盖9和正极顶盖10上分别设置有正极极柱17和负极极柱16，所述正极连接片6和负极连接片5分别连接所述正极极柱17和所述负极极柱16。

本实用新型需要通过连接片将极耳与顶盖连接，但本实用新型对连接片与极耳和顶盖之间的连接方式不作具体要求和特殊限定。示例性地，连接片的一端与极耳采用超声波焊接连接，连接片的另一端与极柱通过激光焊接或铆接成为一体；或者，极耳铆接在连接片上，连接片与极柱铆接在顶盖上。

在一个实施例中，如图3和图4所示，所述正极连接片6与所述正极极柱17对应位置处开设有正极通孔8。

所述负极连接片5与所述负极极柱16对应位置处开设有负极通孔7。

本实用新型提供的电芯11结构装配简单，解决了高能量密度电芯11叠片层数多带来的负面影响，如壳体宽度方向的体积利用率低、极耳层数多导致的折弯倒插现象。连接片的中部区域与极柱对应位置处开设有通孔供相应的极柱穿过，使得连接片基本满覆盖顶盖的面积，多对极耳引出与连接片满焊连接，如图5所示，焊接位置包括正极连接片6与正极极耳的焊印以及负极连接片5与负极极耳焊印；连接片与芯包焊接后进行装壳，装壳后，壳体和盖板焊接时需进行极耳的折弯，然后进行壳体与盖板的焊接。采用本实用新型提供的多极耳电芯11结构，成倍地增加了焊印面积，改善了由于极耳与连接片焊印面积有限造成的过流问题，有利于提高电芯11实际充放电时的电流密度均匀性，改善极片活性材料利用率与循环性能。

在本实用新型提供的电池装配过程中，将电芯11的正极极耳与正极连接片6焊接，电芯11的负极极耳与负极连接片5焊接，随后将电芯11放入壳体中，将正极连接片6和负极连接片5分别与正极极柱17和负极极柱16焊接；最后，将正极顶盖10和负极顶盖9分别焊机固定于壳体的两端敞口处。

在本实施例中，多个正极极片、多个负极极片和隔膜一次性堆叠而成，减少隔膜所占空间，增加极片层数，提升电芯11容量。需要说明的是，可选用一个隔膜通过若干次折叠形成重复延伸的M形，正极极片和负极极片间隔插置于隔膜内交替叠放，并按照负极极片-隔膜-正极极片-隔膜-负极极片的层叠方式依次设置；或者采用多个隔膜、多个正极极片和多个负极极片按照负极极片-隔膜-正极极片-隔膜-负极极片的方式重复叠层叠设置。

在一个实施例中，所述正极连接片6的材质为铝，所述负极连接片5的材质为铜。

所述壳体为铝壳。

需要说明的是，壳体、正极连接片6、负极连接片5等结构的材质不属于本实用新型的保护客体，因此本实用新型对以上结构的材质说明不属于本实用新型的保护范围和公开范围之内。可选地，壳体的材质为不锈钢或铝，具有良好的耐腐蚀性和足够的强度。在壳体与电芯11之间设置塑料材质的固定支架，从而起到固定电芯11的作用。正极连接片6和负极连接片5由具有良好导电导热性的金属材质(如铝、铜或镍等)制成。正极极耳和负极极耳由具有良好导电导热性的金属箔制成(如铝、铜或镍等)，厚度可选为5～20μm，既保证和正极极耳和负极极耳具有一定的强度和可焊接性，又节省了极耳的材料成本。

在另一个实施例中，本实用新型提供了一种电池模组，所述电池模组包括依次堆叠的至少两个如第一方面所述的电芯11。

在另一个实施例中，本实用新型提供了一种电动装置，所述电动装置包括第三方面的电池模组。

综上所述可知本实用新型乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。

申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种叠片式芯包，其特征在于，所述叠片式芯包包括依次层叠的正极极片、隔膜和负极极片，所述正极极片的一端边缘引出正极极耳，所述负极极片的一端边缘引出负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳沿所述叠片式芯包相对两端的对角设置。

2.一种电芯，其特征在于，所述电芯包括两个如权利要求1所述的叠片式芯包，所述电芯具有相对的第一端和第二端，所述电芯的第一端具有并列设置的两组正极极耳，所述电芯的第二端具有并列设置的两组负极极耳。

3.根据权利要求2所述电芯，其特征在于，所述电芯包括两个如权利要求1所述的叠片式芯包，在两个所述叠片式芯包中，其中一个芯包由另外一个芯包翻转180°形成。

4.根据权利要求2所述的电芯，其特征在于，所述电芯包括正极连接片和负极连接片，两组正极极耳均连接于所述正极连接片上，两组负极极耳均连接于所述负极连接片上。

5.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，两组正极极耳焊接于所述正极连接片上，弯折后贴于所述电芯的第一端；

两组负极极耳焊接于所述负极连接片上，弯折后贴于所述电芯的第二端。

6.根据权利要求4所述的电芯，其特征在于，所述电芯还包括壳体和位于所述壳体两端的负极顶盖和正极顶盖，所述负极顶盖和正极顶盖上分别设置有正极极柱和负极极柱，所述正极连接片和负极连接片分别连接所述正极极柱和所述负极极柱。

7.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述正极连接片与所述正极极柱对应位置处开设有正极通孔；

所述负极连接片与所述负极极柱对应位置处开设有负极通孔。

8.根据权利要求6所述的电芯，其特征在于，所述正极连接片的材质为铝，所述负极连接片的材质为铜；

所述壳体为铝壳。

9.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组包括依次堆叠的至少两个如权利要求2-8任一项所述的电芯。

10.一种电动装置，其特征在于，所述电动装置包括权利要求9所述的电池模组。

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