CN220172172U - 圆柱电池、动力电池包及用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种圆柱电池、动力电池包及用电设备，涉及动力电池技术领域。圆柱电池包括：负极组件包括铝块、铜块及负极集流盘，铜块设置有用于容纳铝块的容纳槽，负极集流盘与铜块的下端连接；电池壳体沿上下方向分布，且电池壳体的上端设置有负极组件；裸电芯配置于电池壳体的内腔，正极耳与电池壳体连接，负极耳与负极集流盘连接。负极组件连接于电池壳体的上端，裸电芯设置于电池壳体的内腔，其正极耳与电池壳体连接，负极耳与负极组件的负极集流盘连接，其电池壳体为正极，与铜块连接的铝块为负极，且整体结构在装配的过程中，能够省去正极集流盘焊接工序及相关设备，不仅仅能够简化整体结构，也能提高圆柱电池的体积利用率。

Description

圆柱电池、动力电池包及用电设备

技术领域

本申请涉及动力电池技术领域，具体而言，涉及一种圆柱电池、动力电池包及用电设备。

背景技术

电池广泛应用于电子设备，例如手机、笔记本电脑、电瓶车、电动汽车、电动飞机、电动轮船、电动玩具汽车、电动玩具轮船、电动玩具飞机和电动工具等等。电池可以包括包括镉镍电池单体、氢镍电池单体、锂离子电池单体和二次碱性锌锰电池单体等。

在电池技术的发展中，如何简化电池单体的结构，提高电池单体的体积利用率，是电池技术中一个研究方向。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种圆柱电池、动力电池包及用电设备，省去正极集流盘，能够简化整体结构，提高体积利用率。

为达上述目的，本申请采用以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种圆柱电池，包括：负极组件，其包括铝块、铜块及负极集流盘，所述铜块沿上下方向设置有容纳槽，所述容纳槽被配置为用于容纳所述铝块，所述负极集流盘与所述铜块的下端连接；电池壳体，其被配置为沿所述上下方向分布，且所述电池壳体的上端设置有所述负极组件；裸电芯，其配置于所述电池壳体的内腔，且所述裸电芯具有正极耳和负极耳，所述正极耳被配置为与所述电池壳体连接，所述负极耳被配置为与所述负极集流盘连接。

在上述实现的过程中，负极组件连接于电池壳体的上端，裸电芯设置于电池壳体的内腔，其正极耳与电池壳体连接，负极耳与负极组件的负极集流盘连接，当圆柱电池进行工作时，其电池壳体为正极，与铜块连接的铝块为负极，且整体结构在装配的过程中，能够省去正极集流盘焊接工序及相关设备，不仅仅能够简化整体结构，也能提高圆柱电池的体积利用率。

在一些实施例中，所述铜块包括第一部分、第二部分及第三部分，所述第一部分设置于所述第二部分的外缘，且位于所述第三部分的上方，所述第三部分设置于所述第二部分的下端，所述第二部分设置有所述容纳槽。

在上述实现的过程中，第一部分及第三部分两者分别与第二部分连接，第一部分位于第三部分的上方，使得铜块与铝块进行连接时，第一部分对铝块进行承接，第二部分能够对铝块进行容纳，第三部分与负极集流盘连接，保证铜块与铝块的连接稳定，进而确保负极组件的过流能力。

在一些实施例中，所述铝块包括第一段及第二段，所述第一段设置于所述第二段的上方，所述第一段的截面尺寸大于所述第二段的截面尺寸，且所述第二段位于所述容纳槽，以使得所述第一段与所述铜块的上端接触。通过将第一段的截面尺寸设置为大于第二段的截面尺寸，能够确保铝块与铜块进行连接后，保证两者的连接强度，同时也能提高铝块与汇流排的焊接面积，从而提升过流能力。

在一些实施例中，所述圆柱电池还包括绝缘组件，所述绝缘组件设置于所述电池壳体的上端，以用于所述负极组件与所述电池壳体之间的绝缘。通过在负极组件与电池壳体的连接位置设置绝缘组件，使得圆柱电池进行充放电时，不仅能够确保负极组件与电池壳体之间的密封性，也能保证两者的绝缘性，进而提高圆柱电池的安全性，避免出现短路的现象。

在一些实施例中，所述绝缘组件包括第一绝缘件及第二绝缘件，所述第一绝缘件设置有沿所述上下方向分布的延伸段，所述第二绝缘件套设于所述延伸段。通过将第二绝缘件套设于第一绝缘件的延伸段，且在第一绝缘件与第二绝缘件的作用下，能够确保负极组件与电池壳体之间良好地密封性以及绝缘性。

在一些实施例中，所述电池壳体包括壳体本部、正极端盖及负极端盖，所述正极端盖设置于所述壳体本部的下端，所述负极端盖设置于所述壳体本部的上端，且所述负极组件设置于所述负极端盖。通过将负极组件与负极端盖连接，且裸电芯的负极耳与负极组件连接，其正极耳与壳体本部、正极端盖及负极端盖三者中的一者进行连接，使得电池壳体形成正极，取消了正极集流盘，不仅能够增加裸电芯体积利用率，又能降低成本。

在一些实施例中，所述正极端盖上设置有防爆阀刻痕。通过在正极端盖处设置防爆阀刻痕，使得圆柱电池发生热失控时，能够定向排放高温高压混合气体，降低热蔓延，提高产品安全性。

在一些实施例中，所述电池壳体还包括注液孔，所述注液孔配置于所述正极端盖。

第二方面，本申请还提供一种动力电池包，包括如上述任一项所述的圆柱电池。

因本申请第二方面实施例提供的动力电池包，因包括第一方面技术方案中所述的电芯结构，因而具有上述实施例所具有的一切技术效果，在此不再赘述。

第三方面，本申请还提供一种用电设备，包括如上所述的动力电池包。

因本申请第三方面实施例提供的用电设备，因包括第二方面技术方案中所述的动力电池包，因而具有上述实施例所具有的一切技术效果，在此不再赘述。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术使用者来讲，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相关的附图。

图1是本申请实施例公开的一种圆柱电池的结构示意图。

图2是本申请实施例公开的一种圆柱电池的剖视图。

图3是本申请实施例公开的一种圆柱电池的负极组件的结构示意图。

图4是本申请实施例公开的一种圆柱电池的正极端盖的结构示意图。

附图标记

100、负极组件；101、铝块；102、铜块；103、负极集流盘；200、电池壳体；201、负极端盖；202、壳体本部；203、正极端盖；300、第一绝缘件；400、第二绝缘件；500、防爆阀刻痕；600、注液孔；700、加强筋。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术使用者在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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，或一体地连接；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使用者而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例

自2020年特斯拉提出4680圆柱电芯后，各大电池厂纷纷布局钢壳圆柱电池。目前主流方案基本如下：壳体采用钢壳，下端开口进裸电芯，上端开一小孔出正极端子；壳体下端通过钢壳盖板密封，密封方式包括滚边和激光焊两种；负极集流盘先与负极极耳焊接，再与壳体或者盖板焊接，使壳体带负电；正极端子采用铝材，通过塑料件与钢壳绝缘；正极集流盘同样采用铝材，先与正极极耳焊接，再通过激光焊或者扭矩焊与正极端子焊接。4680钢壳圆柱目前存在的问题如下：1.目前钢壳圆柱与正极铝集流盘和负极铜集流盘都是异种材料，激光焊接良率较低，且钢壳焊接后镀镍层破坏，有生锈风险；2.目前钢壳的正极集流盘与正极输出极的过流面积普遍较小，不满足3C及以上的快充需求；3.目前钢壳的负极铜集流盘需要与钢壳负极集流盘焊接，容易炸火和钢壳生锈；4.目前钢壳的负极输出极为钢壳，与模组汇流排是异种材料，焊接困难；5.钢壳密度大，重量大，且电导率低，实际电芯阻抗增大。

本申请中，电池单体可以包括锂离子电池单体、锂硫电池单体、钠锂离子电池单体、钠离子电池单体或镁离子电池单体等，本申请实施例对此并不限定。

电池单体设置有电极组件(裸电芯)和电解液，电极组件由正极极片、负极极片和隔离件组成。电池单体主要依靠金属离子在正极极片和负极极片之间移动来工作。正极极片包括正极集流体和正极活性物质层，正极活性物质层涂覆于正极集流体的表面，未涂敷正极活性物质层的集流体凸出于已涂覆正极活性物质层的集流体，未涂敷正极活性物质层的集流体作为正极极耳。以锂离子电池为例，正极集流体的材料可以为铝，正极活性物质可以为钴酸锂、磷酸铁锂、三元锂或锰酸锂等。负极极片包括负极集流体和负极活性物质层，负极活性物质层涂覆于负极集流体的表面，未涂敷负极活性物质层的集流体凸出于已涂覆负极活性物质层的集流体，未涂敷负极活性物质层的集流体作为负极极耳。负极集流体的材料可以为铜，负极活性物质可以为碳或硅等。为了保证通过大电流而不发生熔断，正极极耳的数量为多个且层叠在一起，负极极耳的数量为多个且层叠在一起。隔离件的材质可以为聚丙烯(Polypropylene，PP)或聚乙烯(polyethylene，PE)等。此外，电极组件可以是卷绕式结构，也可以是叠片式结构，本申请实施例并不限于此。

如图1-图4所示，第一方面，本申请提供一种圆柱电池，包括：负极组件100，其包括铝块101、铜块102及负极集流盘103，所述铜块102沿上下方向设置有容纳槽，所述容纳槽被配置为用于容纳所述铝块101，所述负极集流盘103与所述铜块102的下端连接；电池壳体200，其被配置为沿所述上下方向分布，且所述电池壳体200的上端设置有所述负极组件100；裸电芯，其配置于所述电池壳体200的内腔，且所述裸电芯具有正极耳和负极耳，所述正极耳被配置为与所述电池壳体200连接，所述负极耳被配置为与所述负极集流盘103连接。

示例性的，所述铝块101与所述铜块102可采用铜铝复合工艺集成在一起，所述铝块101用于后续与汇流排连接，所述负极集流盘103采用铜材质，其先与所述负极耳进行焊接，再通过激光焊与所述铜块102进行焊接，且为了降低所述电池壳体200的内阻以及阻抗，同时对圆柱电池进行轻量化，所述电池壳体200采用铝材质。

在上述实现的过程中，负极组件100连接于电池壳体200的上端，裸电芯设置于电池壳体200的内腔，其正极耳与电池壳体200连接，负极耳与负极组件100的负极集流盘103连接，当圆柱电池进行工作时，其电池壳体200为正极，与铜块102连接的铝块101为负极，且整体结构在装配的过程中，能够省去正极集流盘焊接工序及相关设备，不仅仅能够简化整体结构，也能提高圆柱电池的体积利用率。

如图3所示，所述铜块102包括第一部分、第二部分及第三部分，其中所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分为一体件，所述第二部分的截面尺寸分别小于所述第一部分的截面尺寸以及所述第三部分的截面尺寸，以使得所述第二部分可用于与所述电池壳体200的负极端盖201进行装配，所述第一部分设置于所述第二部分的外缘，且位于所述第三部分的上方，所述第三部分设置于所述第二部分的下端，所述第二部分设置有所述容纳槽。

在上述实现的过程中，第一部分及第三部分两者分别与第二部分连接，第一部分位于第三部分的上方，使得铜块102与铝块101进行连接时，第一部分对铝块101进行承接，第二部分能够对铝块101进行容纳，第三部分与负极集流盘103连接，保证铜块102与铝块101的连接稳定，进而确保负极组件100的过流能力。

在一些实施例中，所述铝块101包括第一段及第二段，所述第一段设置于所述第二段的上方，所述第一段的截面尺寸大于所述第二段的截面尺寸(也即所述第一段与所述的第二段为一体件，且所述第一段与所述第二段连接后可形成“T”字型)，且所述第二段位于所述容纳槽，以使得所述第一段与所述铜块102的上端接触。通过将第一段的截面尺寸设置为大于第二段的截面尺寸，能够确保铝块101与铜块102进行连接后，保证两者的连接强度，同时也能提高铝块101与汇流排的焊接面积，从而提升过流能力。

在一些实施例中，所述圆柱电池还包括绝缘组件，所述绝缘组件设置于所述电池壳体200的上端，以用于所述负极组件100与所述电池壳体200之间的绝缘。通过在负极组件100与电池壳体200的连接位置设置绝缘组件，使得圆柱电池进行充放电时，不仅能够确保负极组件100与电池壳体200之间的密封性，也能保证两者的绝缘性，进而提高圆柱电池的安全性，避免出现短路的现象。

在一些实施例中，所述绝缘组件包括第一绝缘件300及第二绝缘件400，所述第一绝缘件300设置有沿所述上下方向分布的延伸段，所述第二绝缘件400套设于所述延伸段。通过将第二绝缘件400套设于第一绝缘件300的延伸段，且在第一绝缘件300与第二绝缘件400的作用下，能够确保负极组件100与电池壳体200之间良好地密封性以及绝缘性。

在一些实施例中，所述电池壳体200包括壳体本部202、正极端盖203及负极端盖201，所述正极端盖203设置于所述壳体本部202的下端，所述负极端盖201设置于所述壳体本部的上端，且所述负极组件100设置于所述负极端盖201。通过将负极组件100与负极端盖201连接，且裸电芯的负极耳与负极组件100连接，其正极耳与壳体本部202、正极端盖203及负极端盖201三者中的一者进行连接，使得电池壳体200形成正极，取消了正极集流盘，不仅能够增加裸电芯体积利用率，又能降低成本。

如图4所示，所述正极端盖203上设置有防爆阀刻痕500，所述防爆阀刻痕500设置成环状，且为了增加所述正极端盖203的结构强度及平整度，所述正极端盖203还设置加强筋700，所述加强筋700的形状及直径可根据所述防爆阀刻痕500进行调整。通过在正极端盖203处设置防爆阀刻痕500，使得圆柱电池发生热失控时，能够定向排放高温高压混合气体，降低热蔓延，提高产品安全性。

在一些实施例中，所述电池壳体还包括注液孔600，所述注液孔600配置于所述正极端盖203，所述注液孔600用于对所述电池壳体200的内腔注入电解液，随后通过密封组件对其进行密封，所述密封组件包括密封钉等。

第二方面，本申请还提供一种动力电池包，包括如上所述的圆柱电池。示例性的，所述圆柱电池可以进行组装形成若干电池模组，若干电池模组组装形成所述动力电池包，也可以是若干个所述圆柱电池直接进行装配形成所述动力电池包。在电池模组中，圆柱电池可以是多个，多个圆柱电池之间可串联或并联或混联，混联是指多个圆柱电池中既有串联又有并联。多个圆柱电池之间可直接串联或并联或混联在一起，再将多个圆柱电池的平面结构与水冷板贴合；当然，圆柱电池也可以是多个电池单体先串联或并联或混联组成电池模组的形式，多个电池模组再串联或并联或混联形成一个动力电池包。因本申请第二方面实施例提供的动力电池包，因包括第一方面技术方案中所述的电芯结构，因而具有上述实施例所具有的一切技术效果，在此不再赘述。

第三方面，本申请还提供一种用电设备，包括如上所述的动力电池包。用电装置可以是车辆、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器和电动玩具等等。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、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等。本申请实施例对上述用电装置不做特殊限制。以车辆为例，车辆还可以包括控制器和马达，控制器用来控制动力电池为马达供电，例如，用于车辆的启动、导航和行驶时的工作用电需求。因本申请第三方面实施例提供的用电设备，因包括第二方面技术方案中所述的动力电池包，因而具有上述实施例所具有的一切技术效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术使用者来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种圆柱电池，其特征在于，包括：

负极组件，其包括铝块、铜块及负极集流盘，所述铜块沿上下方向设置有容纳槽，所述容纳槽被配置为用于容纳所述铝块，所述负极集流盘与所述铜块的下端连接；

电池壳体，其被配置为沿所述上下方向分布，且所述电池壳体的上端设置有所述负极组件；

裸电芯，其配置于所述电池壳体的内腔，且所述裸电芯具有正极耳和负极耳，所述正极耳被配置为与所述电池壳体连接，所述负极耳被配置为与所述负极集流盘连接。

2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述铜块包括第一部分、第二部分及第三部分，所述第一部分设置于所述第二部分的外缘，且位于所述第三部分的上方，所述第三部分设置于所述第二部分的下端，所述第二部分设置有所述容纳槽。

3.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述铝块包括第一段及第二段，所述第一段设置于所述第二段的上方，所述第一段的截面尺寸大于所述第二段的截面尺寸，且所述第二段位于所述容纳槽，以使得所述第一段与所述铜块的上端接触。

4.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池还包括绝缘组件，所述绝缘组件设置于所述电池壳体的上端，以用于所述负极组件与所述电池壳体之间的绝缘。

5.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述绝缘组件包括第一绝缘件及第二绝缘件，所述第一绝缘件设置有沿所述上下方向分布的延伸段，所述第二绝缘件套设于所述延伸段。

6.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述电池壳体包括壳体本部、正极端盖及负极端盖，所述正极端盖设置于所述壳体本部的下端，所述负极端盖设置于所述壳体本部的上端，且所述负极组件设置于所述负极端盖。

7.根据权利要求6所述的圆柱电池，其特征在于，所述正极端盖上设置有防爆阀刻痕。

8.根据权利要求6所述的圆柱电池，其特征在于，所述电池壳体还包括注液孔，所述注液孔配置于所述正极端盖。

9.一种动力电池包，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的圆柱电池。

10.一种用电设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的动力电池包。