CN219476920U - 电池、电池组和车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供电池、电池组和车辆。公开的电池包括：具有第一未涂覆部和第二未涂覆部的电极组件；壳体，其具有形成在一侧的开口部，并且构造成通过所述开口部容纳所述电极组件；第一集流体，其与所述第一未涂覆部联接并且位于所述壳体内；帽，所述帽构造成覆盖所述开口部；以及间隔组件，所述间隔组件具有：间隔部，其插设在所述第一集流体与所述帽之间，并且构造成防止所述电极组件的移动；衬垫部，其插设在所述壳体与所述帽之间，并且构造成密封所述帽与所述壳体之间的间隙；以及连接部，其构造成连接所述间隔部和所述衬垫部并且具有弯曲部，所述弯曲部构造成在所述间隔部与所述衬垫部之间切换其延伸方向。
Description
技术领域
本公开涉及电池以及包括该电池的电池组和车辆。更具体地，本公开涉及具有能够使内部电极组件的移动最小化的结构的电池并涉及包括该电池的电池组和车辆。
背景技术
在电池中，具有正极接头和负极接头沿高度方向向上和向下延伸的形状的卷芯可以应用于壳体，以使集流效率最大化。在应用具有上述结构的卷芯的电池中，集流体可以用作将正极接头和负极接头分别连接到端子和壳体的介质。
在这种情况下，例如，正极集流体可以在覆盖卷芯的一个表面的同时与正极接头连接，并且负极集流体可以在覆盖卷芯的另一表面的同时与负极接头连接。此外，正极集流体可以电连接到端子，并且负极集流体可以电连接到壳体。
在具有上述结构的电池中，在负极集流体和帽之间可以形成相对大的空间。此外，还可以在与帽相对定位的壳体的底表面和正极集流体之间形成空的空间。
这些空的空间可能导致卷芯在壳体内移动，尤其是在上下方向上，即沿着电池的高度方向。当卷芯像这样上下移动时，可能对集流体和电极接头之间的接头产生损坏，此外，可能对集流体和壳体之间的接头以及集流体和端子之间的接头产生损坏。
因此，需要尽可能地减小卷芯的移动空间。此外，如果使用用于减小卷芯的移动空间的附加部件，则工艺的复杂性和制造成本可能增加，因此需要通过使用过去已经施加的部件来解决这些问题。
实用新型内容
技术问题
本公开被设计为解决现有技术的问题，并且因此本公开旨在防止由壳体内的卷芯的移动引起的对电联接部的损坏。
此外，本公开旨在通过利用过去在电池制造中已经施加的部件来防止卷芯的移动，从而防止由于应用附加部件而导致的制造工艺的复杂性和制造成本的增加。
在另一方面，本公开还涉及防止在电池的制造工艺中由于施加到间隔组件的力而导致的间隔组件的异常变形。
本公开所要实现的技术目的不限于上述内容，并且本领域技术人员从以下公开内容将清楚地理解本文未提及的其他目的。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供一种电池，所述电池包括：具有第一未涂覆部和第二未涂覆部的电极组件；壳体，所述壳体具有形成在一侧的开口部，并且构造成通过所述开口部容纳所述电极组件；第一集流体，所述第一集流体与所述第一未涂覆部联接并且位于所述壳体内；帽，所述帽构造成覆盖所述开口部；以及间隔组件，所述间隔组件具有：间隔部，所述间隔部插设在所述第一集流体与所述帽之间，并且构造成防止所述电极组件的移动；衬垫部，所述衬垫部插设在所述壳体与所述帽之间，并且构造成密封所述帽与所述壳体之间的间隙；以及连接部，所述连接部构造成连接所述间隔部和所述衬垫部并且具有弯曲部，所述弯曲部构造成在所述间隔部与所述衬垫部之间切换其延伸方向。
所述连接部可以包括多个桥，所述多个桥被布置成沿着所述电极组件的周向彼此间隔开。
所述弯曲部可以在与朝向所述第一集流体的方向相反的方向上具有凸起形状。
所述连接部可以具有凹口部，所述凹口部构造成部分地减小所述连接部的截面积。
所述凹口部可以在面对所述第一集流体的表面上形成为预定深度。
所述凹口部可以位于所述弯曲部和所述间隔部之间。
所述间隔部可以具有与所述第一集流体和所述帽之间的距离相对应的高度。
所述间隔部可以位于所述电极组件的一个表面的中央。
所述间隔部可以具有形成在与所述电极组件的卷绕中心孔相对应的位置处的间隔孔。
所述间隔组件可以具有构造成与所述间隔孔相交的弹出防止部。
所述壳体可以包括：通过压配合外周而形成的压接部；以及卷边部，所述卷边部被构造成延伸并弯曲成使得所述卷边部的在所述压接部的下方限定所述开口部的端部围绕所述帽的边缘。
所述衬垫部可以沿着所述卷边部弯曲以围绕所述帽的边缘。
所述多个桥可以构造成不接触所述第一集流体。
所述多个桥可以构造成不接触所述帽。
所述第一集流体可以包括：位于所述电极组件的一个表面上的中央的支撑部；未涂覆部联接部，所述未涂覆部联接部构造成从所述支撑部延伸并且联接到所述第一未涂覆部；以及壳体接触部，所述壳体接触部构造成从所述支撑部延伸或从所述未涂覆部联接部的一端延伸并且被插设在所述壳体与所述衬垫部之间。
所述壳体可以包括：压接部，所述压接部通过将所述壳体的侧壁的一部分朝向内侧压配合而形成；以及卷边部，所述卷边部构造成延伸并弯曲成使得所述卷边部的在所述压接部的下方限定所述开口部的端部围绕所述帽的边缘，并且
所述壳体接触部可以与所述压接部的面向所述帽的一个表面接触。
所述帽可以包括排气部，所述排气部具有比周围区域薄的厚度，并且
所述间隔部可以比所述排气部更向内定位，以不覆盖所述排气部。
所述连接部可以定位成沿着所述电池的高度方向不与所述壳体接触部重叠。
在本公开的另一方面，还提供一种电池组，其包括本公开的实施方式的电池。
在本公开的另一方面，还提供一种车辆，其包括本公开的实施方式的电池组。
有利效果
根据本公开的一个实施方式，壳体内的卷芯的移动被最小化，从而防止对电联接部的损坏。
根据本公开的另一实施方式，通过利用过去已经施加的部件而不是另外施加用于防止卷芯移动的部件，可以防止制造工艺的复杂性和制造成本的增加。
根据本公开的又一实施方式，可以防止在电池的制造工艺期间由于施加到间隔组件的力而导致的间隔组件的异常变形。同时，由于防止了间隔组件的异常变形，所以可以有效地防止由于间隔组件的变形而施加到集流体和/或电极组件的力导致的产品缺陷的发生。
附图说明
附图示出了本公开的优选实施方式，并且与前述公开一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此本公开不被解释为限于附图。
图1是示出根据本公开的实施方式的圆柱形电池的外观的立体图。
图2是示出根据本公开的实施方式的圆柱形电池的内部结构的剖视图。
图3是示出应用于本公开的第一集流体的示例性形式的立体图。
图4是示出应用本公开的间隔组件的区域的局部剖视图。
图5和图6是示出根据本公开的间隔组件的示例性形式的图。
图7是示出图5和图6的间隔组件的局部剖视图。
图8是应用了根据本公开的间隔件的圆柱形电池的内部结构的图，示出了即使根据卷边工艺向间隔组件施加力，在间隔件中也不会发生异常变形，因此在集流体中不会发生异常变形。
图9是示出与本公开的间隔件不同的不具有应力消除结构的间隔件的图。
图10是应用了不具有应力消除结构的间隔件的圆柱形电池的内部结构的图，示出了隔离件通过根据卷边工艺传递的力引起异常变形，结果集流体也出现异常变形。
图11是示出本公开的圆柱形电池的底表面的平面图。
图12是示出应用本公开的绝缘体的区域的局部剖视图。
图13是示出其中形成有本公开的片段的电极组件的图。
图14是示出根据本公开的实施方式的多个圆柱形电池使用汇流条串并联连接的状态的俯视图。
图15是示出根据本公开的实施方式的电池组的示意图。
图16是示出根据本公开的实施方式的车辆的概念图。
附图标记
5：车辆
3：电池组
2：电池组壳体
1：电池
10：电极组件
11：第一未涂覆部
12：第二未涂覆部
C：卷绕中心孔
20：壳体
20a：第一电极端子
21：压接部
22：卷边部
30：第一集流体
31：支撑部
32：未涂覆部联接部
33：壳体接触部
H1：第一集流体孔
40：帽
41：排气部
50：间隔组件
51：间隔部
H2：间隔孔
52：衬垫部
53：连接部
53a：桥
B：弯曲部
N：凹口部
54：弹出防止部
60：端子(第二电极端子)
G：绝缘衬垫
70：第二集流体
80：绝缘体
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，本公开中使用的术语不应被解释为限于一般和字典含义，而是基于允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原理，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，在此提出的描述仅仅是用于说明目的的优选示例，并不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其进行其他等效和修改。
此外，为了帮助理解本公开，附图没有按比例绘制，并且一些部件的尺寸可能被放大。此外，在不同的实施方式中，相同的附图标记可以被分配给相同的元件。
当解释两个对象是“相同的”时，这意味着这些对象是“基本相同的”。因此，基本相同的对象可以包括本领域中认为较低的偏差，例如5％以内的偏差。而且，当解释某些参数在一个区域中是均匀的时，这可能意味着这些参数在平均值方面是均匀的。
虽然术语第一、第二等用于描述不同的元件，但是这些元件不受这些术语的限制。这些术语用于区分一个元件与另一个元件，并且除非有相反的说明，第一元件可以是第二元件。
在整个说明书中，除非另有说明，每个元素可以是单个或多个。
当一个元件“在另一个元件之上(或之下)”或“在另一个元件之上(或之下)”时，该元件可以在另一个元件的上表面(或下表面)上，并且中间元件可以存在于该元件与该元件之上(或之下)的另一个元件之间。
另外，当元件被称为“连接”，“联接”或“链接”到另一元件时，该元件可以直接连接或联接到另一元件，但是应当理解，在每个元件之间可以存在中间元件，或者每个元件可以通过另一元件彼此“连接”、“联接”或“链接”。
在整个说明书中，除非另有明确说明，否则“A和/或B”是指A或B或者A和B两者，并且除非另有明确说明，否则“C至D”是指C或更大且D或更小。
参照图1和图2，根据本公开的实施方式的电池1可以是例如圆柱形电池。圆柱形电池1包括电极组件10、壳体20、第一集流体30、帽40和间隔组件50。圆柱形电池1还可包括端子60。除了上述部件之外，圆柱形电池1还可以包括绝缘衬垫G和/或第二集流体70和/或绝缘体80。本公开不受电池形状限制，并且可应用于其它形状的电池，诸如方形电池。
参照图2、图4、图12和图13，电极组件10包括第一未涂覆部11和第二未涂覆部12。电极组件10包括具有第一极性的第一电极、具有第二极性的第二电极以及插设在第一电极和第二电极之间的隔膜。第一电极是负极或正极，并且第二电极对应于具有与第一电极的极性相反的极性的电极。
电极组件10可以具有例如卷芯形状。即，电极组件10可以通过卷绕层压体来制造，该层压体通过将第一电极、隔膜和第二电极顺序层压至少一次而形成。卷芯型电极组件10可具有形成在其中心并沿高度方向(平行于Z轴的方向)延伸的卷绕中心孔C。同时，可以在电极组件10的外周上提供附加的隔膜，用于与壳体20绝缘。
第一电极包括第一导电基板和涂覆在第一导电基板的一个表面或两个表面上的第一电极活性材料层。在第一导电基板的宽度方向(平行于Z轴的方向)的一端，设置有未涂覆有第一电极活性材料的第一电极未涂覆部。当第一电极处于展开状态时，第一电极未涂覆部具有沿第一电极的纵向从一端延伸到另一端的形状。第一未涂覆部11可用作第一电极接头。第一未涂覆部11设置在电极组件10的一个表面上。更具体地，第一未涂覆部11沿高度方向(平行于Z轴的方向)设置在壳体20中容纳的电极组件10的下部。
第二电极包括第二导电基板和涂覆在第二导电基板的一个表面或两个表面上的第二电极活性材料层。在第二导电基板在宽度方向(平行于Z轴的方向)上的另一端，设置有未涂覆有第二电极活性材料的未涂覆部。当第二电极处于展开状态时，第二电极未涂覆部具有沿第二电极的纵向从一端延伸到另一端的形状。第二未涂覆部12可用作第二电极接头。第二未涂覆部12设置在电极组件10的另一表面上。更具体地，第二未涂覆部12沿高度方向(平行于Z轴的方向)设置在壳体20中容纳的电极组件10的上部。
即，第一未涂覆部11和第二未涂覆部12沿着电极组件10的高度方向(平行于Z轴的方向)，即在圆柱形电池1的高度方向上沿相反方向突出地延伸，并且暴露于隔膜的外部。
同时，参照图13，第一未涂覆部11和/或第二未涂覆部12的至少一部分可包括沿电极组件10的卷绕方向分开的多个片段F。在这种情况下，多个片段可以沿电极组件10的径向弯曲。多个弯曲片段可以重叠成若干层。在这种情况下，第一集流体30和/或第二集流体70(稍后解释)可以联接到多个片段F以若干层重叠的区域。同时，电极组件10可以包括焊接目标区域，该焊接目标区域是第一未涂覆部11的片段F的重叠层数沿着电极组件10的径向方向保持恒定的区域。在该区域中，由于重叠层数大致保持在最大值，因此在该区域内进行第一集流体30和第一未涂覆部11的焊接和/或第二集流体70和第二未涂覆部12的焊接(稍后解释)可能是有利的。例如，在应用激光焊接的情况下，当增加激光功率以改善焊接质量时，这是为了防止激光束穿透第一未涂覆部11和/或第二未涂覆部12并损坏电极组件10。此外，这是为了有效地防止诸如焊接飞溅之类的外来物质被引入到电极组件10中。
在本公开中，涂覆在正极集流体上的正极活性材料和涂覆在负极集流体上的负极活性材料可采用本领域已知的任何活性材料而没有限制。
在一个实施例中，正极活性材料可包括由通式A[AxMy]O2+z(A包括Li、Na和K中的至少一种元素；M包括选自Ni、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Al、Mo、Sc、Zr、Ru和Cr中的至少一种元素；x≥0、1≤x+y≤2、－0.1≤z≤2；并且选择x、y和z的化学计量系数和包含在M中的组分，使得化合物保持电中性)表示的碱金属化合物。
在另一个实施例中，正极活性材料可以是US 6,6770,82、US 6,680,143等中公开的碱金属化合物xLiM1O2-(1-x)Li2M2O3，其中M1包括至少一种具有平均氧化态3的元素；M2包括至少一种具有平均氧化态4的元素；并且0≤x≤1。
在又一实施例中，正极活性材料可以是由通式LiaM1 xFe1-xM2 yP1-yM3 zO4-z(M1包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg和Al中的至少一种元素；M2包含选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V和S的至少一种元素；M3包括卤素元素，其任选地包括F；0<a≤2，0≤x≤1，0≤y<1，0≤z<1；选择a、x、y和z的化学计量系数和包括在M1、M2和M3中的组分和以使化合物保持电中性)，或Li3M2(PO4)3(M包括选自Ti、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、Al、Mg和Al的至少一种元素)表示的锂金属磷酸盐。
优选地，正极活性材料可包括一次颗粒和/或一次颗粒聚集的二次颗粒。
在一个实施例中，负极活性材料可以采用碳材料、锂金属或锂金属化合物、硅或硅化合物、锡或锡化合物等。电位小于2V的金属氧化物如TiO2和SnO2也可用作负极活性材料。作为碳材料，可以使用低结晶碳、高结晶碳等。
隔膜可采用多孔聚合物膜，例如，由基于聚烯烃的聚合物如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等制成的多孔聚合物膜，或其层压材料。作为另一个例子，隔膜可以使用普通的多孔无纺织物，例如由高熔点玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等制成的无纺织物。
隔膜的至少一个表面可包括无机颗粒的涂层。隔膜本身也可以由无机颗粒的涂层制成。构成涂层的颗粒可以具有与粘合剂结合的结构，使得间隙体积存在于相邻颗粒之间。
无机颗粒可以由介电常数为5或更大的无机材料制成。无机颗粒可包括至少一种选自Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3、PbTiO3(PMN-PT)、BaTiO3、hafnia(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO和Y2O3的材料。
电解质可以是具有如A+B-结构的盐。这里，A+包括碱金属阳离子，例如Li+、Na+、或K+，或其组合，并且B-包括选自F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、AlO4 -、AlCl4 -、PF6 -、SbF6 -、AsF6 -、BF2C2O4 -、BC4O8 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、C4F9SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-中的至少一种阴离子。
电解质也可以溶解在有机溶剂中。有机溶剂可以使用碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)、γ-丁内酯或其混合物。
参照图1、图2、图4和图12，壳体20通过形成在其底端的开口部容纳电极组件10。壳体20是基本圆柱形的容器，具有形成在其底端的开口部和形成在其顶端的封闭部。壳体20可以由导电材料例如金属制成。壳体20的材料可以是例如铝。壳体20的侧表面(外周)和上表面可以一体地形成。壳体20的上表面(平行于X-Y平面的表面)可以具有基本平坦的形状。壳体20通过形成在底端的开口部与电极组件10一起容纳电解质。
壳体20电连接到电极组件10。壳体20连接到电极组件10的第一未涂覆部11。因此，壳体20具有与第一未涂覆部11相同的电极性。
参照图2和图4，壳体20可包括形成在其底端的压接部21和卷边部22。压接部21设置在容纳在壳体20内的电极组件10的下侧。压接部21通过压配合壳体20的外周而形成。通过部分地减小壳体20的内径，压接部21防止电极组件10通过形成在壳体20的底端处的开口部出来，该电极组件10的尺寸大致对应于壳体20的宽度。压接部21还可用作支承部，帽40安置在该支承部上。
卷边部22形成在压接部21的下面。卷边部22具有延伸和弯曲的形状，使得限定壳体20的开口部的端部在间隔组件50的边缘的周边插入其间的状态下围绕帽40的边缘的周边。
参照图2至图4，第一集流体30联接到电极组件10的第一未涂覆部11并位于壳体20内。第一集流体30覆盖电极组件10的底端的一个表面的至少一部分。包括电极组件10和第一集流体30的联接体可通过形成在壳体20底端的开口部插入壳体20中。第一集流体30电连接到壳体20。即，第一集流体30可用作电极组件10和壳体20之间的电连接的介质。
参照图3，第一集流体30可包括例如支撑部31、未涂覆部联接部32和壳体接触部33。支撑部31大致位于形成在电极组件10的底端的一个表面的中央。第一集流体孔H1可以设置在支撑部31中。在这种情况下，第一集流体孔H1可以形成在对应于电极组件10的卷绕中心孔C的位置处。第一集流体孔H1可用作激光照射的通道或用于在端子60和第二集流体70之间结合的焊条的插入，这将在后面解释。此外，第一集流体孔H1还可用作当注入电解质时可供电解质平稳地浸入电极组件10中的通道。
未涂覆部联接部32从支撑部31延伸并与第一未涂覆部11连接。未涂覆部联接部32例如可以设置成多个。在这种情况下，多个未涂覆部联接部32可以具有从支撑部31径向延伸的形状。壳体接触部33可以如图3所示从支撑部31延伸，或者可以与图3所示不同地从未涂覆部联接部32的端部延伸。壳体接触部33的一端可以插入在壳体20和间隔组件50的衬垫部52之间(稍后解释)并且接触壳体20，由此壳体20和第一集流体30可以电连接。例如，壳体接触部33的端部可以接触压接部21的面向帽40的一个表面。
例如，壳体接触部33可以设置为多个。在这种情况下，如图3所示，多个壳体接触部33可以具有从支撑部31径向延伸的形状，并且至少一个壳体接触部33可以位于彼此相邻的未涂覆部联接部32之间。另选地，与图3所示不同，多个壳体接触部33可具有分别从多个未涂覆部联接部32的端部延伸的形状。
参照图2、图4和图11，帽40覆盖形成在壳体20中的开口部。帽40可由例如金属材料制成以确保刚性。帽40形成圆柱形电池1的下表面。在本公开的圆柱形电池1中，帽40即使在由具有导电性的金属材料制成时也可以不具有极性。不具有极性意味着帽40与壳体20和端子60电绝缘。因此，帽40不用作正极端子或负极端子。因此，帽40不需要电连接到电极组件10和壳体20，并且其材料不一定必须是导电金属。
当本公开的壳体20包括压接部21时，帽40可以安置在形成于壳体20中的压接部21上。另外，当本公开的壳体20包括卷边部22时，帽40由卷边部22固定。在帽40和壳体20的卷边部22之间，间隔组件50的边缘的周边被插入以确保壳体20的气密性。
参照图4和图11，帽40还可包括排气部41，以防止内部压力由于壳体20内部产生的气体而增加超过预设值。排气部41对应于帽40的厚度小于周围区域的区域。排气部41与周围区域相比在结构上较弱。因此，当圆柱形电池1中发生异常使得壳体20的内部压力增加到一定水平或更大时，排气部41可能破裂以排出壳体20内部产生的气体。排气部41可以通过例如在帽40的任一个表面或两个表面上开凹口而部分地减小壳体20的厚度来形成。
如图4所示，帽40的底端优选地高于壳体20的底端。在这种情况下，即使壳体20的底端接触地面或用于模块或组件结构的壳体的底面，帽40也不会接触地面或壳体的底面。因此，可以防止排气部41破裂所需的压力由于圆柱形电池1的重量而不同于设计值的现象，并且因此可以确保排气部41的平滑破裂。
同时，当排气部41具有如图4和图11所示的闭环形状时，就容易破裂而言，从帽40的中心到排气部41的距离更长是更有利的。这是因为，当施加相同的排气压力时，随着从帽40的中心到排气部41的距离增加，作用在排气部41上的力增加以促进破裂。此外，就排放气体排放的平滑度而言，从帽40的中心到排气部41的距离更长是更有利的。从这个角度看，排气部41沿着从帽40的边缘的周边向下突出(基于图4向下定向的方向)的基本平坦区域的边缘的周边形成是有利的。
本公开的图11示出了排气部41连续形成同时画成近似圆形的情况，但是本公开不限于此。排气部41可以不连续地形成在帽40上，同时形成为大致圆形形状，或者可以形成为大致直线形状或其它形状。
参照图2和图4至图7，间隔组件50构造成防止电极组件10的移动并增强壳体20的密封力。即，间隔组件50设置在帽40和电极组件10之间以固定电极组件10并密封壳体20。间隔组件50可以包括用于支撑第一集流体30的底部的中央部和接触壳体20的外围部。在这种情况下，中央部的上表面可以高于外围部的上表面。中央部的上表面可以接触第一集流体30的下表面，并且中央部的下表面可以接触帽40的内表面。中央部可具有形成在对应于电极组件10的卷绕中心孔C的位置处的间隔孔H2。外围部可以朝向壳体20的内表面延伸。间隔组件50还可包括从外围部的外边缘向下延伸的凸缘。在这种情况下，当卷曲壳体20时，凸缘可以与壳体20一起弯曲以覆盖帽40的边缘。
在另一方面，间隔组件50可包括例如间隔部51、衬垫部52和连接部53。除了上述部件之外，间隔组件50还可以包括弹出防止部54。间隔部51可以插入在第一集流体30和帽40之间以防止电极组件10的移动。间隔部51可以具有与第一集流体30和帽40之间的距离相对应的高度。在这种情况下，间隔部51可以有效地防止电极组件10由于在第一集流体30和帽40之间形成的间隙而在壳体20内移动。因此，间隔部51可以防止对电极组件10和第一集流体30之间的连接部和/或第一集流体30和壳体20之间的连接部的损坏。
间隔部51可以大致位于电极组件10的底端的一个表面上的中央。间隔部51可以包括形成在对应于电极组件10的卷绕中心孔C的位置处的间隔孔H2。与上述第一集流体孔H1类似，间隔孔H2可以用作用于插入焊条的通道或用于激光照射的通道。与上述第一集流体孔H1类似，间隔孔H2也可用作当注入电解质时可供电解质平稳地浸入电极组件10中的通道。
同时，间隔部51可以覆盖第一集流体30的支撑部31，使得支撑部31不暴露于间隔部51的外部。即，间隔部51的顶端的外径可以基本上等于或大于支撑部31的外径。在这种情况下，间隔部51可以有效地挤压第一集流体30。
在另一方面，间隔部51可构造成覆盖通过焊接第一集流体30的未涂覆部联接部32和第一未涂覆部11而形成的焊接部的至少一部分。即，间隔部51的顶端的半径可以大于从最靠近电极组件10的芯的焊接部到电极组件10的芯的距离。在这种情况下，间隔部51可以有效地防止例如在压接工艺或定尺寸工艺中第一集流体30和第一未涂覆部11的焊接部被损坏的现象。
在另一方面，间隔部51可以比排气部41更向内朝向芯定位，以便不覆盖形成在帽40中的排气部41。即，在间隔部51的顶端测量的半径可以小于从帽40的中心到排气部41的距离。这是为了防止因为排气部41被间隔组件50覆盖使得排气部41的破裂压力与设计值不同。
衬垫部52置于壳体20和帽40之间。衬垫部52可具有沿壳体20的内周延伸的形状。当壳体20包括卷边部22时，衬垫部52可以沿着卷边部22的弯曲形状一起弯曲，以覆盖帽40的边缘的周向区域。在另一方面，衬垫部52可沿卷边部22弯曲以填充壳体接触部33和帽40之间的间隙，同时覆盖帽40的边缘。这样，衬垫部52可以提高帽40的固定力和壳体20的密封力。
同时，在衬垫部52中，壳体接触部33和帽40之间的厚度可以小于压接部21和帽40之间的厚度。这是因为与其它区域相比，衬垫部52在壳体接触部33插入壳体20和压接部21之间的区域中可能被压缩得更多。因此，在衬垫部52中，壳体接触部33与帽40之间的压缩率可大于卷边部21与帽40之间的压缩率。另选地，衬垫部52可构造成使得壳体接触部33和帽40之间的压缩率与压接部21和帽40之间的压缩率大致相同。在这种情况下，当衬垫部52的压缩率对于每个区域变化时，可以防止密封力部分降低的现象。
连接部53将间隔部51和衬垫部52彼此连接。连接部53构造成当外力从衬垫部52向间隔部51施加力时，减轻施加到连接部53的应力。由于连接部53具有能够减轻上述应力的结构，因此可以防止由于外力引起的间隔组件50的异常变形而对第一集流体30和电极组件10产生不期望的影响。
为了实现该功能，连接部53可以包括弯曲部B，该弯曲部B的延伸方向在间隔部51和衬垫部52之间切换。在形成弯曲部B的区域中，可以在连接部53的一个表面上形成具有预定深度的凹槽，并且可以在相对的表面上形成具有对应于凹槽的形状的突起。
弯曲部B例如可以通过两次切换连接部53的延伸方向而形成。然而，用于形成弯曲部B的连接部53的延伸方向的切换次数不受限制。当连接部53包括弯曲部B时，连接部53可以缓冲由外力从衬垫部52朝向间隔部51作用的力。当施加外力时，连接部53的形状变形可在弯曲部B沿弯曲部B的弯曲角增大的方向形成的区域中自然发生，结果外力可被弯曲部B吸收而不传递到间隔部51。即，弯曲部B可用作例如波纹管或弹簧等减震器。弯曲部B可以设置成多个，以便即使施加大的外力也能有效地提供缓冲作用。
当施加外力时，在吸收外力的过程中，弯曲部B可以进一步沿一个方向突出。因此，为了防止弯曲部B与第一集流体30和/或电极组件10之间的接触，弯曲部B可以在与朝向第一集流体30的方向相反的方向上具有凸起形状。
除了上述弯曲部B之外，连接部53还可以包括凹口部N。凹口部N可构造成局部减小连接部53的截面积。凹口部N可以具有形成在连接部53的至少一个表面上的凹槽形状。例如，凹口部N可以在连接部53的面向第一集流体30的一个表面上形成为预定深度。当凹口部N以这种方式形成在面向第一集流体30的表面上时，由于外力引起的连接部53的形状变形在与朝向第一集流体30的方向相反的方向上发生，结果减小了间隔组件50引起与第一集流体30和/或电极组件10干涉的风险。
凹口部N可以位于连接部53上的弯曲部B和间隔部51之间。与弯曲部B类似，如果需要，凹口部N也可以设置成多个。
连接部53可以包括例如沿电极组件10的周向彼此间隔开的多个桥53a。在这种情况下，在彼此相邻的桥53a之间形成的空间可用作电解液平滑循环的通道。另一方面，在彼此相邻的桥53a之间形成的空间可用作当由于内部压力增加而发生排气时内部气体借以平稳排出的通道。这样，当连接部53包括多个桥53a时，用于形成如上所述的本公开的应力消除结构的弯曲部B可以设置在每个桥53a中。另外，凹口部N也可以包括在多个桥53a的每一个中。
弹出防止部54可以被构造成与间隔孔H2相交。弹出防止部54可以构造成减小间隔孔H2的开口面积。例如，弹出防止部54可以具有大致十字形。然而，这仅是弹出防止部54的示例性形式，并且弹出防止部54的形状不限于此。
弹出防止部54可以设置在对应于电极组件10的卷绕中心孔和第一集流体30的第一集流体孔H1的位置处。当由于壳体20内部的压力增加而发生排气时，弹出防止部54可以防止电极组件10的卷绕中心弹出到壳体20的外部。
如图4所示，桥53a可以构造成不与第一集流体30的壳体接触部33的除了插入到卷边部22和/或帽40中的区域之外的区域接触。例如，连接部53可以定位成沿着圆柱形电池1的高度方向(平行于Z轴的方向)不与壳体接触部33重叠。例如，在桥53a被设置为多个并且壳体接触部33被设置为多个的情况下，多个桥53a和多个壳体接触部33可以被布置成彼此交错，从而不沿垂直方向(平行于Z轴的方向)彼此重叠。即，壳体接触部33可以设置在与彼此相邻的桥53a之间形成的空间相对应的位置处。在这种情况下，即使由于施加到壳体20的外力而发生部件的形状变形，桥53a和壳体接触部33之间的干涉的可能性也可以显著降低，并且因此可以显著降低诸如损坏部件之间的连接部的问题的可能性。
在这种情况下，即使由于沿高度方向(平行于Z轴的方向)压缩圆柱形电池1的定尺寸工艺、压接工艺或其它原因而发生间隔组件50的形状变形，也可以使间隔组件50的连接部53与第一集流体30的壳体接触部33之间的干涉最小化。特别地，当桥53a构造成不接触帽40时，即使壳体20的形状由于定尺寸工艺或外部冲击而变形，桥53a的形状变形的可能性也可以降低。
同时，构成间隔组件50的部件可以一体地形成。例如，可以通过注射成型来制造其中集成有间隔部51、衬垫部52和连接部53的间隔组件50。即，本公开的圆柱形电池1可获得增强壳体20的开口部的密封力的效果和防止电极组件10作为单个部件移动的效果，所述单个部件通过用于密封壳体20的开口部的衬垫部件的改进制造而构造。因此，根据本公开，可以防止制造工艺的复杂性和由附加部件的应用引起的制造成本的增加。此外，根据本公开的间隔组件50的结构，例如，当施加诸如压接工艺的外力时，大致沿径向施加到间隔组件50的连接部53的力可向使间隔部51旋转的方向偏移。因此，间隔部51可以在平面(X-Y平面)上沿顺时针或逆时针细微旋转(例如，可以旋转大约1度)，由此应力不会累积在连接部53中，因此可以防止由于连接部53的变形而与第一集流体30干涉。
参照图8以及图5至图7，在应用了具有如上所述的应力消除结构的本公开的间隔组件50的电池1中，即使通过压接工艺向间隔组件50施加力，也可以发现在集流体中不会发生异常变形。
同时，当外力通过压接工艺施加到施加有不具有图9所示的应力消除结构的间隔组件的电池时，可以发现间隔组件的形状变形如图10所示极大地产生。间隔组件的形状变形将力施加到集流体，这可能导致对集流体和电极组件之间的焊接区域的损坏，并且还使电极组件的形状变形。
作为在压接工艺之后检查间隔组件50的变形程度的结果，在如图9所示没有应力消除结构的间隔组件50的情况下，连接部53变形以朝向第一集流体30和电极组件10移动大约2.1mm，并且间隔部51也变形以在相同方向上移动大约1.69mm。同时，在具有弯曲部B的间隔组件50的情况下，由于连接部53的形状变形而引起的移动显著减小到大约0.2mm，并且间隔部51的移动也减小到大约1.4mm。另外，如图5至图7所示，在间隔组件50同时具有弯曲部B和凹口部N的情况下，由于连接部53的形状变形而产生的移动量约为0.2mm，这显示出与仅具有弯曲部B的间隔组件50类似的改进水平，但是发现间隔部51的移动量大大改进到约0.1mm。参见这些测试结果，可以发现，通过将本公开的应力消除结构应用于间隔组件50，可以显著降低或完全防止由于电池的制造工艺或其他因素施加的外力而导致的间隔组件50的异常变形所引起的问题的风险。
参照图1、图2和图12，端子60电连接到电极组件10的第二未涂覆部12。端子60可以穿过例如形成在壳体20顶端上的封闭部的大致中心。端子60的一部分可暴露于壳体20的上部，而其余部分可位于壳体20内。端子60可以通过例如铆接固定在壳体20的封闭部的内表面上。
如上所述，在本公开中，由于壳体20电连接到电极组件10的第一未涂覆部11，所以形成在壳体20的顶端处的封闭部可用作具有第一极性的第一电极端子20a。同时，由于端子60电连接到电极组件10的第二未涂覆部12，暴露于壳体20外部的端子60可用作第二电极端子。
即，本公开的圆柱形电池1具有一对电极端子60、20a位于相同方向上的结构。因此，在电连接多个圆柱形电池1的情况下，可以仅在圆柱形电池1的一侧设置诸如汇流条的电连接部件。在这种情况下，可以简化电池组结构并提高能量密度。此外，由于圆柱形电池1具有这样的结构，其中具有基本平坦形状的壳体20的一个表面可以用作第一电极端子20a，所以当将诸如汇流条的电连接部件结合到第一电极端子20a时，可以获得足够的结合面积。因此，圆柱形电池1可以确保电连接部和第一电极端子20a之间足够的结合强度，并且可以将结合区域处的电阻减小到期望水平。
如上所述，当端子60用作第二电极端子时，端子60与具有第一极性的壳体20电绝缘。壳体20和端子60之间的电绝缘可以以各种方式实现。例如，可以通过在端子60和壳体20之间插入绝缘衬垫G来实现绝缘。或者，可以通过在端子60的一部分上形成绝缘涂层来实现绝缘。另选地，端子60和壳体20可以被布置为彼此隔开，以便不彼此接触，并且端子60可以在结构上被牢固地固定。另选地，在上述方法中，可以一起应用多种方法。
同时，当绝缘衬垫G用于电绝缘并且进行铆接以固定端子60时，绝缘衬垫G可以在端子60的铆接工艺中一起变形，从而朝向壳体20的顶端处的封闭部的内表面弯曲。在绝缘衬垫G由树脂材料制成的情况下，绝缘衬垫G可以通过热熔合联接到壳体20和端子60。在这种情况下，可以增强绝缘衬垫G和端子60之间的联接界面以及绝缘衬垫G和壳体20之间的联接界面处的气密性。
参考图2和图12，第二集流体70可以联接到电极组件10的上部。第二集流体70可以由导电金属材料制成并且可以与第二未涂覆部12联接。第二未涂覆部12和第二集流体70之间的联接可以通过例如激光焊接进行。
参照图2和图12，绝缘体80可插设在形成于壳体20的顶端处的封闭部和电极组件10的顶端之间，或者插设在封闭部和第二集流体70之间。绝缘体80可以由例如绝缘树脂材料制成。绝缘体80可以防止电极组件10和壳体20之间的接触和/或电极组件10和第二集流体70之间的接触。
除了上述之外，绝缘体80还可以插设在电极组件10的外周的顶端和壳体20的内表面之间。在这种情况下，可以防止电极组件10的第二未涂覆部12接触壳体20的侧壁的内表面，从而导致短路。
绝缘体80可具有对应于形成在壳体20的顶端处的封闭部与电极组件10之间的距离或封闭部与第二集流体70之间的距离的高度。在这种情况下，可以防止电极组件10在壳体20内移动，从而显著降低损坏用于部件之间的电连接的联接区域的风险。当绝缘体80与上述间隔组件50一起应用时，可以最大化防止电极组件10移动的效果。
绝缘体80可以具有形成在对应于电极组件10的卷绕中心孔C的位置处的开口。通过该开口，端子60可以直接接触第二集流体70。
以上描述的本公开的圆柱形电池1具有这样的结构，在该结构中，通过未涂覆部的弯曲表面扩展焊接区域，通过使用第一集流体30复用电流路径，并且最小化电流路径的长度，借此最小化电阻。通过电阻计在正极和负极之间以及端子60和其周围的平坦外表面20a之间测量的圆柱形电池1的AC电阻可以是大约0.5毫欧到4毫欧，优选地大约1毫欧到4毫欧，其适合于快速充电。
优选地，圆柱形电池可以是例如形状因子比(定义为圆柱形电池的直径除以高度所得的值，即直径(Φ)与高度(H)的比)大于约0.4的圆柱形电池。
这里，形状因子是指表示圆柱形电池的直径和高度的值。优选地，圆柱形电池可以具有40mm至50mm的直径并且可以具有60mm至130mm的高度。根据本公开的实施方式的圆柱形电池可以是例如46110电池、4875电池、48110电池、4880电池或4680电池。在表示形状因子的数值中，前两个数字表示电池的直径，其余数字表示电池的高度。
当具有无接头结构的电极组件应用于形状因子比大于0.4的圆柱形电池时，当未涂覆部弯曲时在径向方向上施加的应力大，使得未涂覆部可容易地撕裂。此外，当将集流体焊接到未涂覆部的弯曲表面区域时，必须充分增加未涂覆部在弯曲表面区域中的堆叠层的数量，以便充分确保焊接强度并降低电阻。该要求可以通过根据本公开的实施方式(变型)的电极和电极组件来实现。
根据本公开的实施方式的电池可以是近似圆柱的形电池，其直径约为46mm，高度约为110mm，并且形状因子比为0.418。
根据另一实施方式的电池可以是近似圆柱形的电池，其直径约为48mm，高度约为75mm，并且形状因子比为0.640。
根据又一实施方式的电池可以是近似圆柱形的电池，其直径约为48mm，高度约为110mm，并且形状因子比为0.418。
根据又一实施方式的电池可以是近似圆柱形的电池，其直径约为48mm，高度约为80mm，并且形状因子比为0.600。
根据又一实施方式的电池可以是近似圆柱形的电池，其直径约为46mm，高度约为80mm，并且形状因子比为0.575。
传统上，已经使用了形状因数比为约0.4或更小的电池。即，通常使用例如1865电池、2170电池等。1865电池具有约18mm的直径、约65mm的高度和0.277的形状因子比。2170电池具有大约21mm的直径、大约70mm的高度和0.300的形状因数比。
参照图14，多个圆柱形电池1可使用汇流条150在圆柱形电池1的上部串并联连接。考虑到电池组的容量，可以增加或减少圆柱形电池1的数量。
在每个圆柱形电池1中，端子60可以具有正极性，并且壳体20的封闭部的外表面20a可以具有负极性，反之亦然。
优选地，多个圆柱形电池1可以布置成多个列和行。基于附图在竖直方向上提供列，并且基于附图在左和右方向上提供行。此外，为了使空间效率最大化，圆柱形电池1可以布置成最紧密的封装结构。当通过将从壳体20露出的端子60的中心彼此连接而形成等边三角形时，形成最紧密的封装结构。优选地，汇流条150可以设置在多个圆柱形电池1的上部，更优选地设置在相邻列之间。另选地，汇流条150可设置在相邻行之间。
优选地，汇流条150彼此并联地连接布置在相同列中的圆柱形电池1，并且彼此串联地连接布置在两个相邻列中的圆柱形电池1。
优选地，汇流条150可以包括主体部151、用于串并联连接的多个第一汇流条端子152和多个第二汇流条端子153。
主体部151可以在相邻圆柱形电池1的端子60之间延伸，即在圆柱形电池1的列之间延伸。另选地，主体部151可以沿着圆柱形电池1的列延伸，并且可以规则地弯曲成Z字形。
多个第一汇流条端子152可以从主体部151的一侧朝向每个圆柱形电池1的端子60突出地延伸，并且可以电联接到端子60。第一汇流条端子152和端子60之间的电联接可以通过激光焊接、超声波焊接等实现。此外，多个第二汇流条端子153可以从主体部151的另一侧电联接到每个圆柱形电池1的外表面20a。第二汇流条端子153和外表面20a之间的电联接可以通过激光焊接、超声波焊接等来实现。
优选地，主体部151、多个第一汇流条端子152和多个第二汇流条端子153可以由一个导电金属板制成。金属板可以是例如铝板或铜板，但本公开不限于此。在变型例中，主体部151、多个第一汇流条端子152和第二汇流条端子153可以制造为单独的部件，然后通过焊接等彼此联接。
在根据本公开的圆柱形电池1中，由于具有正极性的端子60和具有负极性的壳体20的封闭部的外表面20a位于相同方向上，所以容易使用汇流条150电连接圆柱形电池1。
此外，由于圆柱形电池1的端子60和壳体20的封闭部的外表面20a具有大的面积，所以可充分确保汇流条150的联接面积以充分地减小包括圆柱形电池1的电池组的电阻。
参照图15，根据本公开的实施方式的电池组3包括其中电连接有多个根据本公开的实施方式的圆柱形电池1的电池集合体以及用于容纳电池集合体的电池组壳体2。以上参照图14示例性地描述了多个电池1通过汇流条的电连接结构，并且为了方便起见，省略了诸如冷却单元和电力端子的其它部件。
参见图16，根据本公开的实施方式的车辆5可以是例如电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆，并且包括根据本公开的实施方式的电池组3。车辆5包括四轮车辆和两轮车辆。根据本公开的实施方式，车辆5通过从电池组3接收电力来操作。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解的是，尽管指出了本公开的优选实施方式，但详细描述和具体示例仅作为说明给出，因为根据该详细描述，本公开范围内的各种改变和变型对于本领域技术人员将变得显而易见。
本申请要求在韩国于2022年2月4日提交的韩国专利申请10-2022-0014958和于2022年7月19日提交的韩国专利申请10-2022-0088961的优先权，其公开内容在此引入作为参考。
Claims (22)
1.一种电池，其特征在于，所述电池包括：
具有第一未涂覆部和第二未涂覆部的电极组件；
壳体，所述壳体具有形成在一侧的开口部，并且构造成通过所述开口部容纳所述电极组件；
第一集流体，所述第一集流体与所述第一未涂覆部联接并且位于所述壳体内；
帽，所述帽构造成覆盖所述开口部；以及
间隔组件，所述间隔组件具有：间隔部，所述间隔部插设在所述第一集流体与所述帽之间，并且构造成防止所述电极组件的移动；衬垫部，所述衬垫部插设在所述壳体与所述帽之间，并且构造成密封所述帽与所述壳体之间的间隙；以及连接部，所述连接部构造成连接所述间隔部和所述衬垫部并且具有弯曲部，所述弯曲部构造成在所述间隔部与所述衬垫部之间切换其延伸方向。
2.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述连接部包括多个桥，所述多个桥被布置成沿着所述电极组件的周向彼此间隔开。
3.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述弯曲部在与朝向所述第一集流体的方向相反的方向上具有凸起形状。
4.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述连接部具有凹口部，所述凹口部构造成部分地减小所述连接部的截面积。
5.根据权利要求4所述的电池，
其特征在于，所述凹口部在面对所述第一集流体的表面上形成为预定深度。
6.根据权利要求4所述的电池，
其特征在于，所述凹口部位于所述弯曲部和所述间隔部之间。
7.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述间隔部具有与所述第一集流体和所述帽之间的距离相对应的高度。
8.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述间隔部位于所述电极组件的一个表面的中央。
9.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述间隔部具有形成在与所述电极组件的卷绕中心孔相对应的位置处的间隔孔。
10.根据权利要求9所述的电池，
其特征在于，所述间隔组件具有构造成与所述间隔孔相交的弹出防止部。
11.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述壳体包括：
通过压配合外周而形成的压接部；以及
卷边部，所述卷边部被构造成延伸并弯曲成使得所述卷边部的在所述压接部的下方限定所述开口部的端部围绕所述帽的边缘。
12.根据权利要求11所述的电池，
其特征在于，所述衬垫部沿着所述卷边部弯曲以围绕所述帽的边缘。
13.根据权利要求2所述的电池，
其特征在于，所述多个桥构造成不接触所述第一集流体。
14.根据权利要求2所述的电池，
其特征在于，所述多个桥构造成不接触所述帽。
15.根据权利要求2所述的电池，
其特征在于，第一集流体包括：
位于所述电极组件的一个表面上的中央的支撑部；
未涂覆部联接部，所述未涂覆部联接部构造成从所述支撑部延伸并且联接到所述第一未涂覆部；以及
壳体接触部，所述壳体接触部构造成从所述支撑部延伸或从所述未涂覆部联接部的一端延伸并且被插设在所述壳体与所述衬垫部之间。
16.根据权利要求15所述的电池，
其特征在于，所述壳体包括：
压接部，所述压接部通过将所述壳体的侧壁的一部分朝向内侧压配合而形成；以及
卷边部，所述卷边部构造成延伸并弯曲成使得所述卷边部的在所述压接部的下方限定所述开口部的端部围绕所述帽的边缘，
所述壳体接触部与所述压接部的面向所述帽的一个表面接触。
17.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述帽包括排气部，所述排气部具有比周围区域薄的厚度，并且
所述间隔部比所述排气部更向内定位，以不覆盖所述排气部。
18.根据权利要求1所述的电池，
其特征在于，所述连接部定位成沿着所述电池的高度方向不与所述壳体接触部重叠。
19.根据权利要求15所述的电池，其特征在于，
所述第一集流体包括多个壳体接触部，并且
所述多个桥和所述多个壳体接触部布置成彼此交错。
20.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，
所述连接部具有多个凹口部，所述凹口部构造成局部减小所述连接部的截面积，并且
所述多个桥中的每个桥中包括所述凹口部。
21.一种电池组，其特征在于，所述电池组包括根据权利要求1至20中的任一项所述的电池。
22.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求21所述的电池组。
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