CN219497934U - 电池单体、电池及用电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池单体，包括第一壳体、第二壳体及卷芯，第一壳体上设置有极柱，卷芯具有正极耳及负极耳。制备上述电池单体时，先将制备好的卷芯放入第一壳体或第二壳体，第一壳体及第二壳体均为一端开口的筒状结构，且第一壳体上设置有极柱；再使第一壳体与第二壳体相插接，最后再将卷芯的正极耳及负极耳分别与极柱及第二壳体进行连接即可制得电池单体。制备过程无需进行底盖或顶盖的焊接，故也无需在顶盖或底盖焊接后进行镦封。因此，上述电池单体能够减少生产工序，故能够提升电池的生产效率。此外，本实用新型还提供一种电池及用电装置。

Description

电池单体、电池及用电装置

技术领域

本实用新型涉及新能源技术领域，特别涉及一种电池单体制备方法、电池单体、电池及用电装置。

背景技术

为提升电池容量，圆柱电池特别是大圆柱电池采用全极耳或多极耳设计已成为趋势。采用全极耳或多极耳的电池单体的制备工艺通常包括正极集流盘焊接、负极集流盘焊接、正极扭矩焊、负极集流盘与壳体焊接、烘烤、注液、化成以及镦封等步骤。由于采用全极耳或多极耳设计的电池生产工序繁杂，故导致生产效率不高。

实用新型内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够提升生产效率的电池单体。

一种电池单体，包括第一壳体、第二壳体及卷芯，所述第一壳体及所述第二壳体均为一端开口的筒状结构，且所述第一壳体上设置有极柱，所述第一壳体与所述第二壳体相插接，以装配成具有容置空间的外壳结构，所述卷芯收容于所述容置空间内，且所述卷芯的正极耳及负极耳分别与所述极柱及所述第二壳体相连接。

在其中一个实施例中，所述第一壳体的开口端的内壁形成有第一环形减薄区域，且所述第二壳体的开口端的外壁形成有第二环形减薄区域，或者所述第一壳体的开口端的外壁形成有第一环形减薄区域，且所述第二壳体的开口端的内壁形成有第二环形减薄区域；

所述第一环形减薄区域与所述第二环形减薄区域相插接并过盈配合。

在其中一个实施例中，所述第一环形减薄区域与所述第一壳体的未减薄区域之间形成有第一过渡区域，所述第二环形减薄区域与所述第一环形减薄区域相插接并延伸至所述第一过渡区域。

在其中一个实施例中，所述第一壳体的高度与所述外壳结构的高度的比值在0.1至0.9之间。

在其中一个实施例中，所述第一环形减薄区域的壁厚与所述第一壳体未减薄区域的壁厚的比值在0.2至0.8之间。

在其中一个实施例中，所述第一环形减薄区域及所述第二环形减薄区域的至少一个上形成有加强筋结构。

在其中一个实施例中，所述第一壳体与所述第二壳体之间设置有密封件。

在其中一个实施例中，所述第一壳体及所述第二壳体的至少一个上开设有注液孔。

在其中一个实施例中，还包括正极集流盘，所述正极集流盘与所述正极耳及所述极柱焊接。

在其中一个实施例中，所述负极耳焊接于所述第二壳体的内壁。

上述电池单体，将制备好的卷芯放入第一壳体或第二壳体后，再使第一壳体与第二壳体相插接，最后再将卷芯的正极耳及负极耳分别与极柱及第二壳体进行连接即可制得上述电池单体。由于制备过程无需进行底盖或顶盖的焊接，故也无需在顶盖或底盖焊接后进行镦封。因此，上述电池单体的生产效率较高。

此外，本实用新型还提供一种电池及用电装置。

一种电池，包括多个如上述优选实施例中任一项所述的电池单体。

一种用电装置，包括如上述优选实施例中任一项所述的电池单体或如上述实施例所述的电池。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型较佳实施例中电池单体的结构示意图；

图2为图1所示电池单体中第一壳体的主视图；

图3为图2所示第一壳体的剖视图；

图4为图3所示第一壳体中的局部A的放大示意图；

图5为图1所示电池单体中第二壳体的主视图；

图6为图5所示第二壳体的剖视图；

图7为图6所示第二壳体中的局部B的放大示意图；

图8为本实用新型另一个实施例中第一壳体的主视图；

图9为图8所示第一壳体的剖视图；

图10为本实用新型另一个实施例中第二壳体的主视图；

图11为图10所示第二壳体的剖视图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本实用新型公开了一种用电装置、电池及电池单体，上述用电装置包括上述电池或上述电池单体，并能够由上述电池或上述电池单体提供电能。其中，上述用电装置可以是车辆、手机、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具、电动工具、储能设备、游乐设备、电梯和升降设备等等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具或电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等；储能设备可以是储能墙、基站储能、集装箱储能等等；游乐设备可以是旋转木马、跳楼机等等。本申请对上述用电装置不做特殊限制。

对于纯电动汽车而言，上述电池可以作为驱动电源，从而替代化石燃料提供驱动动力。

上述电池可以是电池包或电池模组。当上述电池为电池包时，电池包具体包括电池管理系统(BMS)及多个上述电池单体。多个电池单体之间可通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统进行通讯连接，以组成电池包，上述电池管理系统对各个电池单体的工作状态进行控制和监测。此外，多个电池单体也可先进行串联和/或并联，并与模组管理系统组成电池模组，再由多个电池模组通过串联、并联或者串联与并联混合的方式电连接，并与电池管理系统共同构成电池包。

其中，上述电池包或电池模组中的多个电池单体可安装于箱体、框架、支架等支撑结构上，各个电池单体之间、电池单体与电池管理系统之间可通过汇流部件进行电连接。上述电池单体可以是锂离子电池、钠离子电池或镁离子电池，其外部轮廓可呈圆柱体、扁平体、长方体或其它形状，但均不局限于此。具体在本实施例中，上述电池单体为锂离子圆柱电池。

请参阅图1，本实用新型较佳实施例中的电池单体100包括第一壳体110、第二壳体120及卷芯(图未示)。

第一壳体110及第二壳体120均为一端开口的筒状结构，可以是铝壳或钢壳结构，可采用冲压的工艺成型。由于本实施例中的电池单体100为圆柱电池，故第一壳体110及第二壳体120的外部轮廓均呈圆柱形。进一步的，第一壳体110上设置有极柱111，极柱111与第一壳体110之间绝缘设置。极柱111可以是铜柱或铝柱，由于本实施例中的极柱111作为正极柱，故极柱111优选为铝柱。

卷芯是电池单体100的核心部件，本实施例中的卷芯呈圆柱形。卷芯一般由正极片、负极片及在负极片与正极片之间起绝缘作用的隔膜通过卷绕的方式成型。卷绕成型的卷芯呈圆柱状，两端分别具有正极耳(图未示)及负极耳(图未示)，正极耳及负极耳用于分别将正极片及负极片引出。

第一壳体110与第二壳体120相插接，以装配成具有容置空间的外壳结构。第一壳体110与第二壳体120进行插接时，两者的开口端相向设置。卷芯收容于容置空间内，且卷芯的正极耳及负极耳分别与极柱111及第二壳体120相连接。因此，极柱111及第二壳体120将分别作为电池单体100的正极及负极。

在制备上述电池单体100时，将制备好的卷芯放入第一壳体110或第二壳体120后，再使第一壳体110与第二壳体120相插接，最后再将卷芯的正极耳及负极耳分别与极柱111及第二壳体120进行连接即可。相较于传统的加工过程，无需进行底盖或顶盖的焊接，故也无需在顶盖或底盖焊接后进行镦封。因此，上述电池单体100的生产效率得到提升。

请一并参阅图2至图7，在本实施例中，第一壳体110的开口端的内壁形成有第一环形减薄区域1101，且第二壳体120的开口端的外壁形成有第二环形减薄区域1201，第一环形减薄区域1101与第二环形减薄区域1201相插接并过盈配合。

具体的，可通过切削减薄的方式对第一壳体110及第二壳体120上的相应区域进行减薄以形成第一环形减薄区域1101及第二环形减薄区域1201，也可通过冲压的方式对相应区域进行减薄。此时，第一壳体110开口端的内径略小于或等于第二壳体120开口端的外径，故由第二壳体120插入第一壳体110内时，可使第一壳体110与第二壳体120过盈配合，两者不容易相互脱离。

第一壳体110与第二壳体120之间通过过盈配合实现插接可使得密封性较好，且在装配时，将第一壳体110与第二壳体120插接并沿轴向压紧即可，无需再进行其他操作，故效率更高。

显然，在其他实施例中，第一壳体110与第二壳体120之间也可通过螺纹紧固的方式实现插接，即第一壳体110及第二壳体120上分别形成有相匹配的内外螺纹。或者，第一壳体110与第二壳体120之间也可通过卡扣结构实现插接后的卡紧。

为了进一步增强第一壳体110与第二壳体120之间的密封性能，具体在本实施例中，第一壳体110与第二壳体120之间设置有密封件(图未示)。密封件可以是橡胶、硅胶等弹性材料形成有环状结构，密封件套设于第二环形减薄区域1201并夹持于第一环形减薄区域1101与第二环形减薄区域1201之间。

请再次参阅图4，在本实施例中，第一环形减薄区域1101与第一壳体110的未减薄区域之间形成有第一过渡区域1102，第二环形减薄区域1201与第一环形减薄区域1101相插接并延伸至第一过渡区域1102。

第一过渡区域1102具有环形斜面，在第一环形减薄区域1101与第一壳体110未减薄区域之间起到过渡作用。在第二环形减薄区域1201与第一环形减薄区域1101相插接时，第一过渡区域1102的环形斜面能够对第二环形减薄区域1201进行引导并向内挤压第二环形减薄区域1201，从而使得第一壳体110与第二壳体120之间装配更紧密。

需要指出的是，在其他实施例中，也可在第二环形减薄区域1201与第二壳体120的未减薄区域之间形成与第一过渡区域1102类似的第二过渡区域(图未示)。

具体在本实施例中，第一环形减薄区域1101及第二环形减薄区域1201的至少一个上形成有加强筋结构(图未示)。

加强筋结构通常设置于第一壳体110及第二壳体120背向第一环形减薄区域1101与第二环形减薄区域1201接合面的一侧，故能够避免加强筋结构影响第一壳体110与第二壳体120之间的密封性。譬如，第一环形减薄区域1101位于第一壳体110的内壁，则第一壳体110上的加强筋结构便设置于第一壳体110的外壁；而第二环形减薄区域1201位于第二壳体120的外壁，则第二壳体120上的加强筋结构便设置于第二壳体120的内壁。

在第一壳体110及第二壳体120的开口端进行减薄处理并形成第一环形减薄区域1101及第二环形减薄区域1201后，其壳壁的强度势必会在一定程度上受损。而加强筋结构能够增加第一环形减薄区域1101及第二环形减薄区域1201的壳壁的强度，从而能够防止其插接时变形。具体的，加强筋结构可以包括沿第一壳体110或第二壳体120的周向延伸的环形凸条，还可包括沿第一壳体110或第二壳体120的轴向延伸的竖直凸条。

具体在本实施例中，第一壳体110的高度与外壳结构的高度的比值在0.1至0.9之间。

如图3、图4、图6及图7所示，第一壳体110的高度记为h1，第一环形减薄区域1101的高度记为h2，第一壳体110未减薄区域的壁厚记为t，第一环形减薄区域1101的壁厚记为t1；第二壳体120的高度记为H1，第二环形减薄区域1201的高度记为H2，第二壳体120未减薄区域的壁厚记为t，第二环形减薄区域1201的壁厚记为t2；装配后的外壳结构的高度记为L(见图1)。

具体的，L的取值通常在60mm至150mm之间，优选为75mm至120mm。t的取值通常在0.1mm至1.5mm之间，优选为0.3mm至0.8mm。为了实现过盈配合，t1+t2≥t。

可见，外壳结构的高度L＝h1+H1-H2，第一壳体110的高度与外壳结构的高度的比值记为h1/L。当h1/L小于0.1时，则第一壳体110的高度过小，从而导致第一环形减薄区域1101的高度也过小，无法顺利与第二环形减薄区域1201完成插接及配合；而当h1/L大于0.9时，则会导致第二壳体120的高度过小，进而导致第二环形减薄区域1201的高度也过小，无法顺利与第一环形减薄区域1101完成插接及配合。优选的，第一壳体110的高度与外壳结构的高度的比值h1/L在0.25至0.75之间。

具体在本实施例中，第一环形减薄区域1101的壁厚与第一壳体110未减薄区域的壁厚的比值在0.2至0.8之间。

如上所述，第一环形减薄区域1101的壁厚与第一壳体110未减薄区域的壁厚的比值记为t1/t。当t1/t小于0.2时，则会导致第一环形减薄区域1101的壁厚过小、结构强度过低，进而导致第一壳体110在插接时易变形；而当t1/t大于0.8时，为了使第二环形减薄区域1201能够插入第一环形减薄区域1101，则会将第二环形减薄区域1201的壁厚减薄至过小，进而导致第二壳体120结构强度过低，在插接时易变形。优选的，第一环形减薄区域1101的壁厚与第一壳体110未减薄区域的壁厚的比值t1/t在0.4至0.6之间。

请一并参阅图8至图11，在另一个实施例中，第一壳体110的开口端的外壁形成有第一环形减薄区域1101，且第二壳体120的开口端的内壁形成有第二环形减薄区域1201。

此时，第一壳体110开口端的外径不小于第二壳体120开口端的内径，在第一壳体110与第二壳体120插接时，由第一壳体110插入第二壳体120内，使得第一壳体110与第二壳体120过盈配合。而第一壳体110及第二壳体120的其他结构及配合关系与上一个实施例相同，故在此不再赘述。

在本实施例中，第一壳体110及第二壳体120的至少一个上开设有注液孔(图未示)。通过注液孔可向容置空间的内部注入电解液，且注液完成后，一般还需要利用密封钉将注液孔密封。注液孔一般设置于第一壳体110的顶壁，即极柱111的周围。注液孔可设置一个，也可设置多个。

第一壳体110的顶壁还可设置防爆阀(图未示)，当容置空间内的气体压力超过阈值时，防爆阀便开启以进行泄压，从而防止电池单体100发生爆炸。

此外，在本实施例中，电池单体100还包括正极集流盘(图未示)，正极集流盘与正极耳及极柱111焊接。在第一壳体110与第二壳体120装配前，需要先将正极集流盘焊接于电芯的正极耳；在第一壳体110与第二壳体120装配完成后，可通过扭矩焊的方式将正极集流盘焊接于极柱111。

当卷芯采用全极耳设计时，正极耳在卷芯端面的分布比较分散，而正极集流盘的表面较大，方便将分散的正极耳与极柱111实现电连接。当然，在其他实施例中，在方便操作的前提下也可将正极耳直接焊接于极柱111上。

更具体的，正极集流盘上一般还开设有引导孔(图未示)，引导孔的位置与注液孔的位置相对应。引导孔的设置能够避免正极集流盘阻挡电解液，并引导电解液浸润卷芯。而在设置有防爆阀的情况下，正极集流盘与防爆阀对应的位置还开设有导气孔(图未示)，导气孔用于引导气体疏散，防止正极集流盘堵塞防爆阀。

进一步的，在本实施例中，负极耳焊接于第二壳体120的内壁。第二壳体120的底壁具有较大的面积，且在将第一壳体110与第二壳体120插接时，通过沿轴向压紧可使负极耳与第二壳体120的底壁充分接触。如此，在第一壳体110与第二壳体120装配完成后，便可采用穿透焊的方式直接将负极耳焊接于第二壳体120的内壁。

为了在装配后使第二壳体120的底壁能够更好地与负极耳接触，具体在本实施例中，第二壳体120与负极耳对应的区域朝容置空间内凹陷，从而形成朝容置空间内部突出的凸起结构(图未示)。凸起结构伸入容置空间内，故能够与负极耳接触更充分，负极耳焊接于该凸起结构上。

相较于传统的圆柱电池，上述电池单体100还可省略负极集流盘，故加工过程还可省略在负极耳上焊接负极集流盘，并省略装配后将负极集流盘焊接于第二壳体120的步骤，故生产效率能够进一步提升。同时，由于减少了多次针对集流盘的焊接步骤，故还能够在一定程度上提升电池生产的良品率。

譬如，以某型号的圆柱电池的加工为例，采用上述电池单体100的结构可省略负极集流盘及底盖(顶盖)两个元件，故负极集流盘焊接、负极集流盘与壳体焊接及底盖(顶盖)与壳体焊接并镦封的工序可采用插接工序、一次穿透焊工序及注液孔密封工序替代。负极集流盘焊接工序的时长大致为3min，负极集流盘与壳体焊接工序的时长大致为3min，镦封工序的时长大致为5s。其中，插接工序与镦封工序的时长接近，穿透焊工序的时长大致为1min，注液孔密封工序的时长大致为1min。因此，上述圆柱电池生产工序的耗时大约节约4min，占比约66.7％。此外，由于减少了两次针对集流盘的焊接工序，故还能够将整体良品率小幅度提升约1％。

上述电池单体100，将制备好的卷芯放入第一壳体110或第二壳体120后，再使第一壳体110与第二壳体120相插接，最后再将卷芯的正极耳及负极耳分别与极柱111及第二壳体120进行连接即可制得上述电池单体100。由于制备过程无需进行底盖或顶盖的焊接，故也无需在顶盖或底盖焊接后进行镦封。因此，上述电池单体100的生产效率较高。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种电池单体，其特征在于，包括第一壳体、第二壳体及卷芯，所述第一壳体及所述第二壳体均为一端开口的筒状结构，且所述第一壳体上设置有极柱，所述第一壳体与所述第二壳体相插接，以装配成具有容置空间的外壳结构，所述卷芯收容于所述容置空间内，且所述卷芯的正极耳及负极耳分别与所述极柱及所述第二壳体相连接。

2.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一壳体的开口端的内壁形成有第一环形减薄区域，且所述第二壳体的开口端的外壁形成有第二环形减薄区域，或者所述第一壳体的开口端的外壁形成有第一环形减薄区域，且所述第二壳体的开口端的内壁形成有第二环形减薄区域；

所述第一环形减薄区域与所述第二环形减薄区域相插接并过盈配合。

3.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述第一环形减薄区域与所述第一壳体的未减薄区域之间形成有第一过渡区域，所述第二环形减薄区域与所述第一环形减薄区域相插接并延伸至所述第一过渡区域。

4.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述第一壳体的高度与所述外壳结构的高度的比值在0.1至0.9之间。

5.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述第一环形减薄区域的壁厚与所述第一壳体未减薄区域的壁厚的比值在0.2至0.8之间。

6.根据权利要求2所述的电池单体，其特征在于，所述第一环形减薄区域及所述第二环形减薄区域的至少一个上形成有加强筋结构。

7.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一壳体与所述第二壳体之间设置有密封件。

8.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，所述第一壳体及所述第二壳体的至少一个上开设有注液孔。

9.根据权利要求1所述的电池单体，其特征在于，还包括正极集流盘，所述正极集流盘与所述正极耳及所述极柱焊接。

10.根据权利要求1至9任一项所述的电池单体，其特征在于，所述负极耳焊接于所述第二壳体的内壁。

11.一种电池，其特征在于，包括多个如上述权利要求1至10任一项所述的电池单体。

12.一种用电装置，其特征在于，包括如上述权利要求1至10任一项所述的电池单体或如上述权利要求11所述的电池。