CN220821862U - 一种电池以及电池包 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池，包括电极输出端和至少一层复合集流体，所述复合集流体具有极耳区，所述极耳区和所述电极输出端通过电阻焊焊接，其中，所述电极输出端的焊接面上设有朝向所述极耳区凸起的多个间隔设置的突出部，所述突出部与所述极耳区焊接，单个所述突出部在所述焊接面上的投影面积为A，相邻两个所述突出部的边沿之间的最小间距为B，所述投影面积A和所述最小间距B的平方满足关系式0.5≤A/B²≤20。本实用新型提供的电池，整体体积小、重量低，能量密度高，生产成本低，整体性能良好。本实用新型还公开了一种应用有该电池的电池包。

Description

一种电池以及电池包

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池以及电池包。

背景技术

集流体是锂离子电池的关键辅材，主要作用是导电，通过将电池的活性物质产生的电流汇集起来以形成较大的电流输出，从而实现化学能转化为电能的过程。集流体既充当正负极活性材料的载体，又充当正负极电子收集与传导体，其作用则是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以产生更大的输出电流。因此理想的集流体往往需要具备电导率高、稳定性好、机械强度好、成本较低等多方面综合性能。

基于降本增效的思路，发展出了复合集流体，复合集流体一般为“三明治”夹心结构，具体包括导电层、高分子基材层及导电层，具有高度的安全性，但是，由于高分子基材层不导电，故而高分子基材层两侧的导电层不是导通的，无法保障电池的正常使用。因此，在现有技术中，如图1所示，通过在复合集流体1的极耳区101的两导电层11、13上焊接一个导电延伸件8(此时，导电延伸件8作为极耳)，以解决复合集流体1的两面无法导通问题，然后再将多个导电延伸件8层叠后与电极输出端焊接，从而保障电池的正常使用。但是，由于增加了导电延伸件8，在多层复合集流体1叠加应用时，将会导致其整体重量增加，还可能导致整体厚度增加、能量密度降低、成本增加等缺陷。

因此，有必要研究一种如何实现两导电层与电极输出端直接导通的新方案。

实用新型内容

为了克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，本实用新型提供一种电池，整体体积小、重量低，能量密度高，生产成本低，整体性能良好。

本实用新型为解决其问题所采用的技术方案是：

一种电池，包括电极输出端和至少一层复合集流体，所述复合集流体具有极耳区，所述极耳区和所述电极输出端通过电阻焊焊接，

其中，所述电极输出端的焊接面上设有朝向所述极耳区凸起的多个间隔设置的突出部，所述突出部与所述极耳区焊接，单个所述突出部在所述焊接面上的投影面积为A，相邻两个所述突出部的边沿之间的最小间距为B，所述投影面积A和所述最小间距B的平方满足关系式0.5≤A/B²≤20。

本实用新型所提供的电池，将复合集流体的极耳区直接通过电阻焊与电极输出端进行焊接，以实现电流的汇集，无需加设导电延伸件，整体体积小、重量低，能量密度高；另一方面，将多个突出部间隔设置，并控制投影面积A和最小间距B的平方满足关系式0.5≤A/B²≤20，确保在单位面积的焊接区域内突出部拥有足够的过流能力，避免大电流充放电时局部过热导致的复合集流体的导电层熔断而造成的电连接失效，同时，在熔融并挤压与突出部位置对应的高分子基材层时，使得相邻突出部之间有足够的空间用于容纳被挤出的高分子材料，便于控制厚度差，确保外层的复合集流体不发生撕裂脱落。

基于同样的构思，本实用新型还公开了一种电池包，该电池包应用有所述的电池。

附图说明

图1为现有技术的在两导电层上焊接一个导电延伸件的剖视示意图；

图2为本实用新型实施例的电极输出端和复合集流体相连接的剖视示意图；

图3为本实用新型实施例的极柱的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的极柱的仰视示意图。

其中，附图标记含义如下：

1、复合集流体；101、极耳区；102、活性物质区；11、第一导电层；12、高分子基材层；13、第二导电层；201、焊接面；202、突出部；203、倒圆角；2、极柱；21、焊盘；22、柱体；6、极片；7、活性物质层；8、导电延伸件。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

参阅图2至图4，本实用新型公开了一种电池，包括电极输出端和多层相叠的复合集流体1。另外，本实用新型还公开了一种应用有该电池的电池包。

已知的，参阅图1，复合集流体1具有活性物质区102和极耳区101，复合集流体1包括第一导电层11、高分子基材层12和第二导电层13，第一导电层11和第二导电层13分别附着于高分子基材层12的相对两侧面，以形成“三明治”夹心结构，其中，复合集流体1的一部分表面作为活性物质区102以用于附着活性物质层7，复合集流体1的一部分表面裸露以作为极耳区101(也可能被称呼为空箔区)。

优选的，复合集流体1的极耳区101和电极输出端通过电阻焊焊接，在电阻焊过程中，电极输出端贴合于外层的复合集流体1的外侧，对待焊接处的复合集流体1进行升温加压，将高分子基材层12熔融并压向周围，从而使得第一导电层11和第二导电层13接触导电，进而将复合集流体1的两导电层11、13与电极输出端直接焊接在一起(即将多层复合集流体1的极耳区101叠置后直接通过电阻焊与电极输出端进行焊接)以实现电流的汇集，如此，无需加设导电延伸件8，整体体积小、重量低，能量密度高；同时，该直接电阻焊的焊接效率远高于现有技术中拼接导电延伸件8后再焊接电极输出端的焊接效率，并且可以减少生产物料，在生产成本方面具有很大的优势。

具体应用时，可在复合集流体1的活性物质区102的表侧涂覆活性物质层7以构成电池中的极片6，复合集流体1的极耳区101即构成极片6的极耳，极片6多层相叠，也即复合集流体1多层相叠，特别的，使多层复合集流体1的极耳区101相叠；前述的将复合集流体1的极耳区101和电极输出端通过电阻焊焊接，也可理解为将极片6的极耳和电极输出端通过电阻焊焊接。

需要说明的，在实际使用过程中，单层复合集流体1的整体厚度较薄，应用至电池上时，往往会几十层的相叠，因此，为了便于理解，在图2中，复合集流体1的层数仅示意了三层，这并不意味着本实用新型对复合集流体1的层数有所限定。

在其他示例中，电池中还可能仅有部分极片的极耳采用复合集流体1的结构，或者在卷绕式电池中其极片可能仅有两层，即复合集流体1可以是一层、两层等，此处不做限定。另外，复合集流体1的层数并不一定等同于极耳区101的层数，特别是在卷绕式电池中，其所应用的复合集流体1上可能冲压出多个极耳区101，经卷绕后重叠，重叠的多层极耳区101中也满足上述特性。

结合图2和图3，作为一个具体的示例，电极输出端包括极柱2，极柱2包括相连接的焊盘21和柱体22，焊盘21用于与复合集流体1的极耳区101通过电阻焊焊接，柱体22用于向外导电。

当然，在其他实施例中，电极输出端还可采用已知的其他结构，本实用新型对电极输出端的具体结构不做限定。另外，在电极输出端与复合集流体1的极耳区101电阻焊焊接的结构中，电极输出端还可采用汇流盘或者转接片这样的部件来实现与复合集流体1的极耳区101进行电阻焊焊接。

当然，优选为利用极柱2的焊盘21来实现与复合集流体1的极耳区101进行电阻焊焊接。

参阅图2和图3，优选的，电极输出端具有焊接面201，基于以极柱2来连接极耳区101，此时的焊接面201为焊盘21朝向极耳区101的一侧面，焊接面201上设有朝向极耳区101凸起的多个间隔设置的突出部202，突出部202与极耳区101焊接，突出部202作为与复合集流体1的极耳区101电阻焊焊接的主要部位，此时，柱体22和突出部202分别设于焊盘21的两相对侧，具体的，柱体22设于焊盘21背向极耳区101的一侧，突出部202设于焊盘21朝向极耳区101的一侧。

设置突出部202的意义在于：电阻焊在焊接时为了保证焊接温度，可通过焊接面201上设置的突出部202减小过流面积，以实现相同过流下发热更高；同时，由于复合集流体1中间具有不导电的高分子基材层12，在进行电阻焊时，可以通过突出部202对复合集流体1进行加压和升温，从而将突出部202对应位置处的复合集流体1中的高分子基材层12熔融后挤向四周，使高分子基材层12两侧的第一导电层11和第二导电层13接触并导电，并完成焊接固定。

参阅图4，特别的，单个突出部202在焊接面201上的投影面积为A，相邻两个突出部202的边沿之间的最小间距为B，投影面积A和最小间距B的平方满足关系式0.5≤A/B²≤20。

发明人经研究发现如下问题：若A/B²比值太小，在单位面积的焊接区域内，复合集流体1与焊接面201的焊接面积过小，过流能力不佳，尤其是电池在进行大电流充放电使突出部202处温度太高可能造成突出部202周围的导电层11、13熔断，发生电连接失效；若A/B²比值太大，在单位面积的焊接区域内，相邻突出部202之间没有足够的空间用于容纳突出部202处被挤出的高分子材料，导致高分子材料向复合集流体1厚度方向挤出，突出部202处与其周围的复合集流体1的厚度差异较大，多层复合集流体1堆叠时外层的复合集流体1在突出部202处具有较大的剪切力，容易发生撕裂脱落的问题。

因此，在本实用新型中，将多个突出部202间隔设置，并控制投影面积A和最小间距B的平方满足关系式0.5≤A/B²≤20，确保在单位面积的焊接区域内突出部202拥有足够的过流能力，避免大电流充放电时局部过热导致的导电层11、13熔断而造成的电连接失效，同时，在熔融并挤压与突出部202位置对应的高分子基材层12时，使得相邻突出部202之间有足够的空间用于容纳被挤出的高分子材料，便于控制厚度差，确保外层的复合集流体1不发生撕裂脱落。

优选的，0.8≤A/B²≤8，以使其具有较佳的性能。

优选的，投影面积A介于0.6mm²～9mm²之间，以确保单个突出部202不至于刺穿导电层11、13，以及控制单个突出部202熔融挤出的高分子材料的量在适合范围内。再优选的，投影面积A介于1.2mm²～5mm²之间。

参阅图2，优选的，复合集流体1中的高分子基材层12的厚度为C，突出部202的高度为D，复合集流体1的层数为n，1.2≤D/(C*n)≤10。在研究过程中，高分子基材层12的厚度C越厚，复合集流体1的层数n越多(也可理解为极耳的层数越多)，熔融挤出的高分子材料越多，对应的在推叠方向上(也可理解为极耳的厚度方向上)需要预留出容纳高分子材料的空间就需要越多，也即突出部202的高度D需要越高。因此，在本方案中，通过限定厚度C、高度D以及层数n这三个参数之间的关系满足1.2≤D/(C*n)≤10，以满足相邻突出部202之间的空间足够容纳被熔融挤出的高分子材料，并确保突出部202的高度在合适范围内，以减少对电池高度空间的占用，减少体积。

参阅图2和图4，在本实施例中，突出部202在焊接面201上的投影形状呈圆形或类圆形，如此，能够使复合集流体1内的高分子材料熔融后均匀向突出部202周边的各个方向扩散。

作为一个具体示例，突出部202大致呈半球状，如此，在加热并挤压复合集流体1的过程中，与突出部202位置对应的导电层11、13的形变为较为柔顺的弧形，避免形变应力集中造成导电层11、13的撕裂，并且熔融挤出高分子材料能够均匀地挤向突出部202的周边，避免局部凸起过高。

再优选的，突出部202与焊接面201的连接边沿处形成有倒圆角203，以避免应力集中。

在其他示例中，突出部202还可呈椭圆状，或者圆柱状，或者呈棱柱状，或者圆台状，此处不做限定。

需要说明的，在电阻焊焊接时，突出部202的末端可能会发生熔融形变，导致突出部202的末端出现形状变化，这并不影响挤压高分子材料的作用及效果。

作为一个具体示例，突出部202设有七个，一个突出部202位于中间，其余的六个突出部202围绕中间的突出部202呈圆周等距式的点阵排列，突出部202的半径可为0.7mm，故而投影面积A≈1.54mm²，突出部202的高度D＝0.7mm，相邻两个突出部202的边沿之间的最小间距B可为1.2mm，此时，A/B²≈1.07；再结合以相叠80层的复合集流体1为例说明，例如单层复合集流体1的整体厚度大概在8um左右，其高分子基材层12的厚度大概在6um左右，此时，D/(C*n)≈1.46。

当然，多个突出部202的排列方式还可为矩阵式的点阵排列。突出部202的数量根据实际需要进行设定，本实用新型对突出部202的具体数量不做限定。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种电池，其特征在于，包括电极输出端和至少一层复合集流体(1)，所述复合集流体(1)具有极耳区(101)，所述极耳区(101)和所述电极输出端通过电阻焊焊接，

其中，所述电极输出端的焊接面(201)上设有朝向所述极耳区(101)凸起的多个间隔设置的突出部(202)，所述突出部(202)与所述极耳区(101)焊接，单个所述突出部(202)在所述焊接面(201)上的投影面积为A，相邻两个所述突出部(202)的边沿之间的最小间距为B，所述投影面积A和所述最小间距B的平方满足关系式0.5≤A/B²≤20。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述复合集流体(1)包括高分子基材层(12)和设于所述高分子基材层(12)相对两侧面的两导电层(11、13)，所述高分子基材层(12)的厚度为C，所述突出部(202)的高度为D，所述复合集流体(1)的层数为n，1.2≤D/(C*n)≤10。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述投影面积A介于0.6mm²～9mm²之间。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电池，其特征在于，多个所述突出部(202)呈点阵排列。

5.根据权利要求1至3任一项所述的电池，其特征在于，单个所述突出部(202)在所述焊接面(201)上的投影形状呈圆形或类圆形。

6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述突出部(202)与所述焊接面(201)的连接边沿处形成有倒圆角(203)。

7.根据权利要求1至3任一项所述的电池，其特征在于，所述电极输出端包括极柱(2)，所述极柱(2)包括焊盘(21)和柱体(22)，所述焊接面(201)为所述焊盘(21)朝向所述极耳区(101)的一侧面，所述柱体(22)和所述突出部(202)分别设于所述焊盘(21)的两相对侧。

8.根据权利要求1至3任一项所述的电池，其特征在于，所述电池包括多层相叠的复合集流体(1)，所述多层复合集流体(1)均具有极耳区(101)，所述极耳区(101)和所述电极输出端通过电阻焊焊接。

9.一种电池包，其特征在于，应用有如权利要求1至8任一项所述的电池。