JP2023550165A - 電池セル、電池及び電力消費装置 - Google Patents
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Abstract
本出願の実施例は、電池セル、電池及び電力消費装置を提供する。電池セルは、電極アセンブリと、ケースと、電極端子とを含む。電極アセンブリは、第一のタブを含む。ケースは、電極アセンブリを収容するために用いられる。電極端子は、ケースに設置され、第一のタブに電気的に接続され、電極端子には、ケースの内部空間に電解液を注入するための第一の貫通孔が設けられる。電極端子に電解液を注入するための第一の貫通孔を開設することによって、注液過程においてケースの変形を小さくし、電池セルの構造を簡略化し、第一の貫通孔のケースの強度への影響を低減することができる。【選択図】図6
Description
(関連出願の相互参照)
本出願は、2021年08月23日に提出された発明名称が「電池セル及びその製造方法と製造システム、電池及び電力消費装置」、国際出願番号がPCT/CN2021/114156である出願の優先権を主張しており、この出願の内容の全ては、援用により本明細書に取り込まれる。
本出願は、2021年08月23日に提出された発明名称が「電池セル及びその製造方法と製造システム、電池及び電力消費装置」、国際出願番号がPCT/CN2021/114156である出願の優先権を主張しており、この出願の内容の全ては、援用により本明細書に取り込まれる。
本出願は、電池技術分野に関し、より具体的には、電池セル、電池及び電力消費装置に関する。
電池セルは、電子機器、例えば携帯電話、ノートパソコン、バッテリ車、電気自動車、電気飛行機、電気汽船、電動玩具自動車、電動玩具汽船、電動玩具飛行機と電動工具などに広く応用されている。電池セルは、ニッケルカドミウム電池セル、水素ニッケル電池セル、リチウムイオン電池セルと二次アルカリ亜鉛マンガン電池セルなどを含んでもよい。
電池技術の発展において、どのように電池セルの構造を簡略化するかは、電池技術の一つの研究方向である。
本出願は、電池セル、電池及び電力消費装置を提供し、それは、電池セルの構造を簡略化することができる。
第一の態様によれば、本出願の実施例は、電池セルを提供し、この電池セルは、電極アセンブリと、ケースと、電極端子とを含む。電極アセンブリは、第一のタブを含む。ケースは、電極アセンブリを収容するために用いられる。電極端子は、ケースに設置され、第一のタブに電気的に接続され、電極端子には、ケースの内部空間に電解液を注入するための第一の貫通孔が設けられる。
上記技術案では、電極端子に電解液を注入するための第一の貫通孔を開設することによって、注液過程においてケースの変形を小さくし、電池セルの構造を簡略化し、第一の貫通孔のケースの強度への影響を低減することができる。
いくつかの実施例では、電極端子は、少なくとも一つの第一の溶接部によって第一のタブとの電気的な接続を実現する。
上記技術案では、第一の溶接部は、電極端子と第一のタブとの間の抵抗を小さくし、過電流能力を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第一の溶接部の数は、一つであり、第一の溶接部は、第一の貫通孔の周方向に沿って延び、第一の貫通孔の少なくとも一部を囲む。
上記技術案では、第一の溶接部は、電極端子の第一の貫通孔の周囲に位置する領域の強度を大きくし、電解液の衝撃による電極端子の変形を小さくすることができる。
いくつかの実施例では、第一の溶接部は、第一の貫通孔の周方向に沿って第一の貫通孔の一部のみを囲む。
上記技術案では、第一の貫通孔の外周は、第一の溶接部によって密閉されず、電極端子と電極端子に溶接される部材との間の隙間は、第一の溶接部によって塞がれず、第一の貫通孔を介して流入する一部の電解液は、この隙間内から通過することによって、電解液を注入する効率を高めることができる。
いくつかの実施例では、第一の溶接部が第一の貫通孔を囲む角度は、αであり、180°≦α≦360°である。
αは、第一の溶接部の過電流面積と正の相関を有する。αが小さければ小さいほど、第一の溶接部の過電流面積は小さく、電流が第一の溶接部を流す時の発熱は高い。上記技術案は、αを180°~360°に限定することで、第一の溶接部は、過電流能力と温度上昇に対する電池セルの要求を満たす。
いくつかの実施例では、第一の溶接部は、複数であり、複数の第一の溶接部は、第一の貫通孔の周方向に沿って間隔をあけて設置される。
総面積が一定である前提で、一つの第一の溶接部を設置する方案と比べ、複数の第一の溶接部を設置する方案は、一回あたりの溶接パワーを低減し、発熱を減らすことができる。
いくつかの実施例では、隣接しているいずれか二つの第一の溶接部の第一の貫通孔の周方向に沿う間隔角度βは、30°よりも小さい。
角度βの値が大きければ大きいほど、複数の第一の溶接部の分布は疎らであり、複数の第一の溶接部の総過電流面積は小さく、角度βの値が小さければ小さいほど、複数の第一の溶接部の分布は密集し、複数の第一の溶接部の総過電流面積は大きい。本出願の実施例は、βを30°よりも小さいことに限定して、過電流能力と温度上昇に対する電池セルの要求を満たし、第一の溶接部が電池セルの振動時に引き裂かられるリスクを低減する。
いくつかの実施例では、各第一の溶接部は、第一の貫通孔の径方向に沿って延びる。
上記技術案では、第一の溶接部は、第一の貫通孔の径方向に沿って延び、第一の溶接部の第一の貫通孔の周方向に沿うサイズを小さくすることができ、電極端子は、第一の貫通孔の外周により多くの第一の溶接部を配置することによって、過電流能力を高め、発熱を減らすことができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第一の溶接部の深さは、hであり、第一の貫通孔の径方向に、第一の溶接部と第一の貫通孔との間の最小ピッチは、dである。dとhは、0.1≦h/d≦0.6を満たす。
hが大きければ大きいほど、溶接に必要なパワーは大きく、溶接過程において発熱は高く、第一の貫通孔に近い領域に作用する熱応力は大きく、第一の貫通孔が変形する程度も大きい。dが小さければ小さいほど、溶接過程において第一の貫通孔に近い領域に伝導される発熱量は多く、第一の貫通孔に近い領域に作用する熱応力は大きく、第一の貫通孔が変形する程度も大きい。h/dが大きすぎると、第一の貫通孔は大きく変形し、注液頭は、第一の貫通孔に嵌合されにくく、注液効率に影響を及ぼす。上記技術案は、h/dの値を0.6以下に限定して、第一の貫通孔に近い領域に作用する熱応力を小さくして、第一の貫通孔の変形を低減し、注液頭が第一の貫通孔に嵌合されることを容易にする。
hが小さければ小さいほど、第一の溶接部の過電流能力と強度は低く、電池セルの振動時に第一の溶接部が引き裂かられるリスクも高い。dが大きければ大きいほど、電極端子の溶接に使用できる領域の面積も小さく、第一の溶接部の過電流能力と強度は制限される。h/dが小さすぎると、第一の溶接部の過電流能力と強度は不足している。上記技術案は、h/dの値を0.1以上に限定することで、第一の溶接部の過電流能力と強度は、要求を満たす。
いくつかの実施例では、dとhは、0.2≦h/d≦0.5を満たす。
いくつかの実施例では、1.6mm≦d≦5.5mmである。
dが小さすぎると、溶接過程において第一の貫通孔に近い領域に伝導される発熱量は多すぎ、第一の貫通孔に近い領域に作用する熱応力は大きすぎ、第一の貫通孔は大きく変形し、注液頭は、第一の貫通孔に嵌合されにくく、注液効率に影響を及ぼす。dが大きすぎると、電極端子の溶接に使用できる領域の面積は小さく、第一の溶接部の過電流能力と強度は不足している。上記技術案は、dの値を1.6mm~5.5mmに制限することで、第一の貫通孔の変形を小さくし、注液頭が第一の貫通孔に嵌合されることを容易にし、第一の溶接部の過電流能力と強度は、要求を満たす。
いくつかの実施例では、電極アセンブリは、捲回構造であり、電極アセンブリは、捲回中心箇所に第二の貫通孔を有する。第一の貫通孔は、第一の貫通孔を介して注入される電解液が第二の貫通孔に流入できるように、第二の貫通孔と連通する。
上記技術案では、注液工程において、電解液は、第一の貫通孔を介して第二の貫通孔に流入することができ、第二の貫通孔に流入する電解液は、内部から電極アセンブリに浸潤し、電極アセンブリの浸潤効率を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第一の貫通孔の投影は、第二の貫通孔の投影と少なくとも部分的に重なる。
上記技術案では、第一の貫通孔と第二の貫通孔は、第一の貫通孔の軸方向に沿って対向し、第一の貫通孔を通過する一部の電解液は、流れを変更することなく第二の貫通孔に入ることによって、電極アセンブリの浸潤効率を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第二の貫通孔の投影は、第一の貫通孔の投影よりも大きい。
上記技術案では、第一の貫通孔と比べ、第二の貫通孔は、比較的に大きい断面積を有し、このように第二の貫通孔は、より多くの電解液を収容し、電解液が内部から電極アセンブリに浸潤する効率の向上に寄与することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第一の貫通孔の投影は、第二の貫通孔の投影内に位置する。
上記技術案によれば、電極アセンブリのエンティティ部分に、第一の貫通孔を避けさせ、電極アセンブリに直接衝撃する電解液を減らし、電極アセンブリが変形するリスクを低減することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の孔径は、D1であり、第二の貫通孔の孔径は、D2であり、D1とD2は、65%≦D1/D2≦95%を満たす。
D1が大きければ大きいほど、電解液を注入する効率は高く、電解液が満たされるまでの時間は短く、注液過程において電解液の電極アセンブリに浸潤することができる量は少なく、注入される電解液の総量も少ない。D2が小さければ小さいほど、第二の貫通孔の孔壁の面積は小さく、電解液が電極アセンブリの内部から浸潤する効率は低い。D1/D2が大きすぎると、電解液の注入量は少なく、電池セルのサイクル寿命に影響を及ぼす。上記技術案は、D1/D2の値を95%以下に限定することで、電解液の注入量は、要求を満たす。
D1が小さければ小さいほど、電解液を注入する効率は低く、電解液が満たされるまでの時間は長く、D2が大きければ大きいほど、電解液が電極アセンブリの内部から浸潤する効率は高い。D1/D2が小さすぎると、注液時間は長く、製品の生産効率は低い。また、D2が大きければ大きいほど、電極アセンブリの容量は小さく、電池セルの内部の空間利用率は低く、電池セルのエネルギー密度も低い。上記技術案は、D1/D2の値を65%以上に限定することで、注液効率を高め、第二の貫通孔による電池セルのエネルギー密度の損失を低減する。
いくつかの実施例では、D2≧D1+0.2mmである。
電池セルを組み立てる場合、組み立て誤差によって、電極アセンブリは、ずれが発生する可能性があり、第一の貫通孔は、電極アセンブリのエンティティ部分と対向し、このように電極アセンブリが電解液に衝撃されることを招く。上記技術案は、D2≧D1+0.2mmにして、電極アセンブリにずれの余裕代を提供し、電極アセンブリのエンティティ部分が第一の貫通孔と対向するリスクを低減し、電極アセンブリに直接衝撃する電解液を減らし、電極アセンブリが変形するリスクを低減する。
いくつかの実施例では、電池セルは、電極端子と第一のタブとを電気的に接続するための集電部品をさらに含む。集電部品は、第三の貫通孔を含み、第三の貫通孔の少なくとも一部は、第一の貫通孔と第二の貫通孔との間に設けられる。
上記技術案では、第三の貫通孔を設置することによって、集電部品は、第一の貫通孔を介して流入する電解液を避け、注液工程において集電部品の電解液に対する阻止を低減し、電解液は、第三の貫通孔を順調に通過し、第二の貫通孔内に流入し、電極アセンブリの浸潤効率を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第三の貫通孔の投影は、第二の貫通孔の投影よりも小さい。
上記技術案では、第三の貫通孔と比べ、第二の貫通孔は、比較的に大きい断面積を有し、このように第三の貫通孔を通過した電解液は、第二の貫通孔に迅速に流入し、電解液が内部から電極アセンブリに浸潤する効率の向上に寄与することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第三の貫通孔の投影は、第一の貫通孔の投影よりも大きい。
上記技術案では、第一の貫通孔と比べ、第三の貫通孔は、比較的に大きい断面積を有し、このように集電部品が第一の貫通孔を遮蔽するリスクを低減することができ、電解液は、第三の貫通孔を順調に通過し、第二の貫通孔に入り、電解液が内部から電極アセンブリに浸潤する効率を高めることができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第一の貫通孔の投影は、第三の貫通孔の投影内に位置する。
上記技術案は、集電部品が第一の貫通孔を遮蔽するリスクを低減することができ、電解液は、ケース内に順調に流入することができるだけでなく、集電部品が受けた衝撃を小さくし、集電部品と電極端子の接続箇所が裂かられるリスクを低減することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔の軸方向に、第三の貫通孔の投影は、第二の貫通孔の投影内に位置する。
上記技術案は、電極アセンブリのエンティティ部分の第三の貫通孔に対する遮蔽を低減することができ、電解液は、第二の貫通孔内に順調に流入することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔、第二の貫通孔及び第三の貫通孔は、同軸に設置される。
上記技術案では、三つの貫通孔を同軸に設置することで、電解液の流入をより順調にし、集電部品と電極アセンブリが受けた電解液からの衝撃を減らすことができる。
いくつかの実施例では、電極端子は、シールプレートと、端子本体とを含み、端子本体には、第一の貫通孔が設けられ、シールプレートは、端子本体に接続され第一の貫通孔をシールするために用いられる。
上記技術案では、第一の貫通孔に関連するプロセスが完了した後、シールプレートを端子本体に接続して、電解液が第一の貫通孔を介して漏れるリスクを低減し、シール性能を向上させる。
いくつかの実施例では、端子本体は、凹部と、凹部の電極アセンブリに向かう側に位置する接続部とを含み、第一の貫通孔は、接続部を貫通し、接続部は、少なくとも一つの第一の溶接部によって第一のタブとの電気的な接続を実現する。シールプレートの少なくとも一部は、凹部に収容される。
上記技術案では、端子本体に凹部を開設することで、接続部の厚さを小さくすることによって、溶接に必要な溶接パワーを小さくし、他の部品が焼損されるリスクを低減し、安全性を向上させることができる。凹部は、シールプレートに収容空間を提供することによって、シールプレートの端子本体からの突出サイズを小さくし、電極端子が占有する空間を低減し、電池セルのエネルギー密度を向上させることができる。
いくつかの実施例では、ケースは、筒体と、筒体に接続される蓋体とを含み、筒体は、電極アセンブリの外周を囲むように設置され、蓋体には、電極引出孔が設けられ、電極端子は、電極引出孔に設置される。
いくつかの実施例では、蓋体と筒体は、一体に成形される構造であり、蓋体と筒体の接続工程を省く。蓋体と筒体が電極アセンブリの正極又は負極に電気的に接続される場合、蓋体と筒体の接続箇所が一体式構造であるため、蓋体と筒体の接続箇所の抵抗が比較的に小さく、それによって過電流能力を高める。蓋体は、外部部品(例えばバスバー部材)に繋がるために用いられてもよく、電池セルが外部衝撃を受ける場合、外部部品が蓋体を引っ張り、蓋体と筒体の接続箇所に力が作用する可能性があり、上記技術案は、蓋体と筒体を一体に設置することによって、蓋体と筒体の接続箇所の強度を向上させ、蓋体と筒体の接続が失効するリスクを低減する。
いくつかの実施例では、電極アセンブリは、第二のタブをさらに含み、第二のタブは、第一のタブの極性と逆であり、第二のタブは、蓋体に電気的に接続される。
上記技術案では、蓋体と電極端子のうちの一つは、電池セルの正出力極とされてもよく、もう一つは、電池セルの負出力極とされてもよい。上記技術案は、正出力極と負出力極を電池セルの同じ側に設置し、このように複数の電池セル間の接続プロセスを簡略化することができる。
いくつかの実施例では、第一のタブは、電極アセンブリの電極端子に向かう端に位置し、第二のタブは、電極アセンブリの電極端子から離反する端に位置する。
上記技術案では、第一のタブと第二のタブをそれぞれ電極アセンブリの対向する両端に設けることで、第一のタブと第二のタブとの間のピッチを大きくし、第一のタブと第二のタブが導通されるリスクを低減し、安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第二のタブは、負極タブであり、ケースの基体材質は、鋼である。
上記技術案では、ケースは、負極タブに電気的に接続され、即ちケースは、低電位状態にある。鋼製のケースは、低電位状態で電解液に腐食されにくい。
いくつかの実施例では、筒体の蓋体から離反する端に開口を有し、電池セルは、開口を密閉するためのカバープレートをさらに含む。
第二の態様によれば、本出願の実施例は、電池を提供し、この電池は、複数の第一の態様のいずれか一つの実施例の電池セルを含む。
第三の態様によれば、本出願の実施例は、電力消費装置を提供し、この電力消費装置は、電気エネルギーを提供するための第二の態様の電池を含む。
本出願の実施例の技術案をより明瞭に説明するために、以下は、本出願の実施例に使用される必要のある図面を簡単に紹介し、自明なことに、以下に記述された図面は、ただ本出願のいくつかの実施例に過ぎず、当業者にとって、創造的な労力を払わない前提で、図面に基づいて他の図面を得ることもできる。
本出願のいくつかの実施例による車両の構造概略図である。
本出願のいくつかの実施例による電池の分解概略図である。
図2に示す電池モジュールの構造概略図である。
本出願のいくつかの実施例による電池セルの分解概略図である。
本出願のいくつかの実施例による電池セルの断面概略図である。
図5に示す電池セルの局所拡大概略図である。
図6の角枠Bにおける拡大概略図である。
本出願のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の概略図である。
図7の丸枠Cにおける拡大概略図である。
本出願のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の端子本体の概略図である。
本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の端子本体の概略図である。
本出願のまた別のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の端子本体の概略図である。
本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの局所断面概略図である。
本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの局所断面概略図である。
本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの断面概略図である。
図面において、図面は、実際のスケールで描かれていない。
本出願の実施例の目的、技術案と利点をより明確にするために、以下は、本出願の実施例における図面を結び付けながら、本出願の実施例における技術案を明瞭に記述し、明らかに、記述された実施例は、本出願の一部の実施例であり、すべての実施例ではない。本出願における実施例に基づき、当業者が創造的な労力を払わない前提で得られたすべての他の実施例は、いずれも本出願の保護範囲に属する。
特に定義されない限り、本出願に使用されるすべての技術的と科学的用語は、本出願の技術分野に属する当業者によって一般的に理解される意味と同じであり、本出願では出願の明細書に使用される用語は、具体的な実施例を記述するためのものに過ぎず、本出願を限定することを意図しておらず、本出願の明細書と特許請求の範囲及び上記図面の説明における用語である「含む」と「有する」及びそれらの任意の変形は、非排他的な「含む」を意図的にカバーするものである。本出願の明細書と特許請求の範囲又は上記図面における用語である「第一」、「第二」などは、特定の順序又は主従関係を記述するためのものではなく、異なる対象を区別するためのものである。
本出願に言及された「実施例」は、実施例を結び付けて記述された特定の特徴、構造又は特性が本出願の少なくとも一つの実施例に含まれ得ることを意味している。明細書における各位置でのこのフレーズの出現は、必ずしも全てが同じ実施例を指すものではなく、他の実施例と相互排他する独立した又は代替的な実施例でもない。
本出願の記述において、説明すべきこととして、特に明確に規定、限定されていない限り、用語である「取り付け」、「繋がり」、「接続」、「付設」は、広義に理解されるべきであり、例えば固定的な接続であってもよく、取り外し可能な接続、又は一体的な接続であってもよく、直接的な繋がりであってもよく、中間媒体による間接的な繋がりであってもよく、二つの素子内部の連通であってもよい。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本出願における具体的な意味を理解することができる。
本出願における用語である「及び/又は」は、ただ関連対象の関連関係を記述するものに過ぎず、三つの関係が存在し得ることを表し、例えばA及び/又はBは、単独のA、AとBとの組み合わせ、単独のBの3つのケースを表すことができる。また、本出願における文字である「/」は、一般的には前後関連対象が「又は」の関係であることを表す。
本出願の実施例では、同じ符号が同じ部材を表し、且つ簡潔のため、異なる実施例では、同じ部材に対する詳細な説明を省略する。理解すべきこととして、図面に示す本出願の実施例における様々な部材の厚さ、長さ、幅などのサイズ、及び集積装置の全体的な厚さ、長さ、幅などのサイズは、例示的な説明に過ぎず、本出願に対するいかなる限定も構成すべきではない。
本出願に出現された「複数の」は、二つ以上(二つを含む)を指す。
本出願における用語である「平行」は、絶対的な平行の場合を含むだけでなく、工学的に常識的な略平行の場合も含み、また、「垂直」も、絶対的な垂直の場合を含むだけでなく、工学的に常識的な略垂直の場合も含む。
本出願では、電池セルは、リチウムイオン二次電池セル、リチウムイオン一次電池セル、リチウム硫黄電池セル、ナトリウムリチウムイオン電池セル、ナトリウムイオン電池セル又はマグネシウムイオン電池セルなどを含んでもよく、本出願の実施例は、これを限定しない。
本出願の実施例に言及された電池は、より高い電圧と容量を提供するために一つ又は複数の電池セルを含む単一の物理モジュールを指す。例えば、本出願に言及された電池は、電池モジュール又は電池パックなどを含んでもよい。電池は、一般的には一つ又は複数の電池セルをパッケージングするための筐体を含む。筐体は、液体又は他の異物による電池セルの充電又は放電への影響を回避することができる。
電池セルは、電極アセンブリと電解液とを含み、電極アセンブリは、正極極板、負極極板とセパレータを含む。電池セルは、主に金属イオンが正極極板と負極極板との間で移動することで作動する。正極極板は、正極集電体と正極活物質層とを含み、正極活物質層は、正極集電体の表面に塗覆されており、正極集電体は、正極集電部と正極タブとを含み、正極集電部に正極活物質層が塗覆されており、正極タブに正極活物質層が塗覆されていない。リチウムイオン電池を例にすると、正極集電体の材料は、アルミニウムであってもよく、正極活物質層は、正極活物質を含み、正極活物質は、コバルト酸リチウム、リン酸鉄リチウム、三元リチウム又はマンガン酸リチウムなどであってもよい。負極極板は、負極集電体と負極活物質層とを含み、負極活物質層は、負極集電体の表面に塗覆されており、負極集電体は、負極集電部と負極タブとを含み、負極集電部に負極活物質層が塗覆されており、負極タブに負極活物質層が塗覆されていない。負極集電体の材料は、銅であってもよく、負極活物質層は、負極活物質を含み、負極活物質は、炭素又はケイ素などであってもよい。セパレータの材質は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)又はPE(polyethylene、ポリエチレン)などであってもよい。
電池セルは、電極アセンブリを収容するためのケースと、ケースに設置される電極端子とをさらに含み、電極端子は、電極アセンブリに電気的に接続されて、電極アセンブリの充放電を実現するために用いられる。
電池の生産過程において、ケースの内部に電解液を注入する必要がある。電解液の注入を実現するために、発明者は、ケースに注液孔を開設することを試みた。注液が必要な場合、注液機器の注液頭は、ケースに押し付けられ、そして注液頭は、注液孔を介してケース内に電解液を注入する。
しかしながら、発明者は、ケースに注液孔を開設すると、ケースの構造は複雑になり、注液孔は、ケースの空間を占有し、他の部材のケース上の取り付けに影響を及ぼすことを見出した。電極端子と比べ、ケースは比較的に薄く、強度が比較的に低く、注液時、ケースは、注液頭の押出により変形する可能性があり、それによって電池セル外形に欠陥があるリスクを引き起こす。
これに鑑み、本出願の実施例は、技術案を提供し、電極端子に電解液を注入するための貫通孔を開設することによって、注液過程においてケースの変形を小さくし、電池セルの構造を簡略化し、第一の貫通孔のケースの強度への影響を低減することができる。
本出願の実施例に記述された技術案は、電池及び電池を使用する電力消費装置に適用される。
電力消費装置は、車両、携帯電話、携帯型機器、ノートパソコン、汽船、宇宙航空機、電動玩具と電動工具などであってもよい。車両は、燃料油自動車、ガス自動車又は新エネルギー自動車であってもよく、新エネルギー自動車は、純電気自動車、ハイブリッド自動車又はレンジエクステンダー自動車などであってもよく、宇宙航空機は、飛行機、ロケット、スペースシャトルと宇宙船などを含み、電動玩具は、据置型又は移動型の電動玩具、例えばゲーム機、電気自動車玩具、電気汽船玩具と電気飛行機玩具などを含み、電動工具は、金属切削電動工具、研磨電動工具、組み立て電動工具と鉄道用電動工具、例えば電気ドリル、電気グラインダ、電気レンチ、電気ドライバ、電気ハンマ、ハンマードリル、コンクリート振動機と電気カンナなどを含む。本出願の実施例は、上記電力消費装置を特に制限しない。
以下の実施例は、説明の便宜上、電力消費装置が車両であることを例にして説明する。
図1は、本出願のいくつかの実施例による車両の構造概略図である。図1に示すように、車両1の内部には、電池2が設置され、電池2は、車両1の底部又は頭部又は後尾に設置されてもよい。電池2は、車両1の給電に用いられてもよく、例えば電池2は、車両1の操作電源とされてもよい。
車両1は、コントローラ3と、モータ4とをさらに含んでもよく、コントローラ3は、モータ4に給電するように電池2を制御するために用いられ、例えば車両1の起動、ナビゲーションと走行時の作動電力消費需要に用いる。
本出願のいくつかの実施例では、電池2は、車両1の操作電源だけでなく、車両1の駆動電源として、燃料油又は天然ガスの代わりに、又はその一部の代わりに車両1に駆動動力を提供することができる。
図2は、本出願のいくつかの実施例による電池の分解概略図である。図2に示すように、電池2は、筐体5と、電池セル(図2において図示せず)とを含み、電池セルは、筐体5内に収容される。
筐体5は、電池セルを収容するために用いられ、筐体5は、様々な構造であってもよい。いくつかの実施例において、筐体5は、第一の筐体部5aと、第二の筐体部5bを含んでもよく、第一の筐体部5aと第二の筐体部5bとは、互いに被せ、第一の筐体部5aは第二の筐体部5bとともに、電池セルを収容するための収容空間5cを限定する。第二の筐体部5bは、一端が開口する中空構造であってもよく、第一の筐体部5aは、板状構造であり、第一の筐体部5aは、第二の筐体部5bの開口側に被せられて、収容空間5cを有する筐体5を形成し、第一の筐体部5aと第二の筐体部5bはいずれも、一方側が開口する中空構造であってもよく、第一の筐体部5aの開口側は、第二の筐体部5bの開口側に被せられて、収容空間5cを有する筐体5を形成する。無論、第一の筐体部5aと第二の筐体部5bは、様々な形状、例えば、円筒体、直方体などであってもよい。
第一の筐体部5aと第二の筐体部5bが接続された後のシール性を向上させるために、第一の筐体部5aと第二の筐体部5bの間に、シール部材、例えば、シーラント、シールリングなどが設置されてもよい。
第一の筐体部5aが第二の筐体部5bの頂部に被せられるとすると、第一の筐体部5aは、上部筐体蓋と呼ばれてもよく、第二の筐体部5bは、下部筐体と呼ばれてもよい。
電池2では、電池セルは、一つであってもよく、複数であってもよい。電池セルが複数である場合、複数の電池セル間は、直列接続され、又は並列接続され、又は直並列接続されてもよく、直並列接続とは、複数の電池セルにおいて、直列接続されるものがあるし、並列接続されるものもあることを意味する。複数の電池セル間は、直接直列接続され、又は並列接続され、又は直並列接続されてから、複数の電池セルから構成される全体を筐体5内に収容してもよく、無論、複数の電池セルは、まず直列接続され、又は並列接続され、又は直並列接続されて電池モジュール6を構成し、複数の電池モジュール6は、そして直列接続され、又は並列接続され、又は直並列接続されて一つの全体を形成し、筐体5内に収容されてもよい。
図3は、図2に示す電池モジュールの構造概略図である。
いくつかの実施例では、図3に示すように、電池セル7は、複数であり、複数の電池セル7は、まず直列接続され、又は並列接続され、又は直並列接続されて電池モジュール6を構成する。複数の電池モジュール6は、そして直列接続され、又は並列接続され、又は直並列接続されて一つ全体を形成し、筐体内に収容される。
電池モジュール6における複数の電池セル7間は、バスバー部材8によって電気的な接続を実現して、電池モジュール6における複数の電池セル7の並列接続又は直列接続又は直並列接続を実現することができる。バスバー部材は、一つ又は複数であってもよく、各バスバー部材8は、少なくとも二つの電池セルを電気的に接続するために用いられる。
図4は、本出願のいくつかの実施例による電池セルの分解概略図であり、図5は、本出願のいくつかの実施例による電池セルの断面概略図であり、図6は、図5に示す電池セルの局所拡大概略図であり、図7は、図6の角枠Bにおける拡大概略図である。
図4から図7に示すように、本出願の実施例の電池セル7は、電極アセンブリ10と、ケース20と、電極端子30とを含む。電極アセンブリ10は、第一のタブ11を含む。ケース20は、電極アセンブリ10を収容するために用いられる。電極端子30は、ケース20に設置され、第一のタブ11に電気的に接続され、電極端子30には、ケース20の内部空間に電解液を注入するための第一の貫通孔323が設けられる。
電極アセンブリ10は、極性が逆である第一の極板と、第二の極板とを含む。第一の極板と第二の極板のうちの一つは、正極極板であり、もう一つは、負極極板である。例示的に、電極アセンブリ10は、イオンの正極極板と負極極板における吸蔵/離脱時の酸化と還元反応によって電気エネルギーを発生する。選択的に、電極アセンブリ10は、第一の極板と第二の極板とを絶縁分離するためのセパレータをさらに含む。
いくつかの例では、第一の極板、第二の極板とセパレータは、いずれも帯状構造であり、第一の極板、第二の極板とセパレータは、中心軸線A回りに一体に捲回されて捲回構造を形成する。捲回構造は、円筒状構造、扁平状構造又は他の形状の構造であってもよい。別のいくつかの例において、電極アセンブリ10は、第一の極板、セパレータと第二の極板が積層して配置されて形成された積層型構造であってもよい。
第一のタブ11は、第一の極板の活物質層が塗覆されていない部分であってもよい。第一のタブ11は、正極タブであってもよく、負極タブであってもよい。
ケース20は、中空構造であり、その内部は、電極アセンブリ10を収容するための空間を形成する。ケース20は、様々な形状と様々なサイズ、例えば直方体形、円筒体形、六角柱形などであってもよい。ケース20の形状は、電極アセンブリ10の具体的な形状に応じて決定されてもよい。例えば、電極アセンブリ10が円筒体構造である場合、円筒体ケースを選択することができ、電極アセンブリ10が直方体構造である場合、直方体ケースを選択することができる。選択的に、電極アセンブリ10とケース20は、いずれも円筒体である。
ケース20の材質は、様々であり、例えば、銅、鉄、アルミニウム、ステンレス、アルミニウム合金などであってもよく、本出願の実施例は、これを特に制限しない。
ケース20には、正に帯電してもよく、負に帯電してもよく、帯電しなくてもよい。
電極端子30は、ケース20に絶縁的に設置されてもよく、ケース20に電気的に接続されてもよく、本出願の実施例は、これを制限せず、正極極板と負極極板との導通を回避すればよい。
電極端子30は、第一のタブ11に直接接続されて、電極端子30と第一のタブ11との電気的な接続を実現することができる。例示的に、電極端子30は、接着、当接、係止、溶接又は他の方式で第一のタブ11に接続されてもよい。
その代わりに、電極端子30は、他の導電部品によって第一のタブ11に間接接続され、電極端子30と第一のタブ11との電気的な接続を実現することができる。例示的に、導電部品は、第一のタブ11と電極端子30に同時に接続されて、電極端子30と第一のタブ11との電気的な接続を実現してもよい。
電極端子30は、電池セル7の出力電極とされてもよく、それは、電池セル7を外部回路に電気的に接続して、電池セル7の充放電を実現することができる。選択的に、電極端子30は、バスバー部材に接続されて、電池セル7間の電気的な接続を実現するために用いられる。
第一の貫通孔323は、一つであってもよく、複数であってもよい。
電池セル7の成形過程において、第一の貫通孔323は、ケース20の外側の空間をケース20の内部空間に連通させることができる。注液が必要な場合、注液機器の注液頭は、電極端子30に押し付けられ、そして、注液頭は、第一の貫通孔323を介してケース20内に電解液を注入する。
電極端子30に電解液を注入するための第一の貫通孔323を開設することによって、注液過程においてケース20の変形を小さくし、電池セル7の構造を簡略化し、第一の貫通孔323のケース20の強度に対する影響を低減することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323は、他の工程、例えば化成工程に用いられてもよい。
電池セル7の化成工程において、ケース20内にガスが発生し、第一の貫通孔323は、外部負圧機器と連通して、ケース20内のガスを抜くために用いられてもよい。
いくつかの実施例では、電極アセンブリ10は、本体部12と、第一のタブ11と、第二のタブ13とを含み、第一のタブ11と第二のタブ13は、本体部12から突出している。第一のタブ11は、第一の極板の活物質層が塗覆されていない部分であり、第二のタブ13は、第二の極板の活物質層が塗覆されていない部分である。
第一のタブ11と第二のタブ13は、本体部12の同じ側から延出してもよく、それぞれ反対する両側から延出してもよい。例示的に、第一のタブ11は、電極アセンブリ10の電極端子30に向かう端に位置し、第二のタブ13は、電極アセンブリ10の電極端子30から離反する端に位置する。
いくつかの実施例では、第一のタブ11は、電極アセンブリ10の中心軸線A回りに複数巻きに捲回され、言い換えれば、第一のタブ11は、複数の巻きのタブ層を含む。捲回が完了した後、第一のタブ11は、ほぼ柱体状であり、隣接する二巻きのタブ層間に、隙間が残っている。本出願の実施例は、第一のタブ11を処理して、タブ層間の隙間を小さくし、第一のタブ11と他の部材との接続を容易にすることができる。例えば、本出願の実施例は、第一のタブ11の本体部12から離れる端部領域が絞られ、収束されるように、第一のタブ11を練り平坦化処理することができ、練り平坦化処理によって、第一のタブ11の本体部12から離れる端に緻密な端面を形成し、タブ層間の隙間を小さくし、第一のタブ11と他の部材との接続を容易にする。その代わりに、本出願の実施例は、隣接する二巻きのタブ層の間に導電材料を充填して、タブ層間の隙間を小さくすることもできる。
いくつかの実施例では、第二のタブ13は、電極アセンブリ10の中心軸線A回りに複数巻きに捲回され、第二のタブ13は、複数の巻きのタブ層を含む。例示的に、第二のタブ13にも練り平坦化処理が施されて、第二のタブ13のタブ層間の隙間を小さくする。
電極アセンブリ10の中心軸線Aは、仮想的な直線である。第一の極板、第二の極板とセパレータは、中心軸線Aを基準として捲回されてもよい。
いくつかの実施例では、ケース20は、筒体21と、筒体21に接続される蓋体22とを含み、筒体21は、電極アセンブリ10の外周を囲むように設置され、蓋体22には、電極引出孔221が設けられ、電極端子30は、電極引出孔221に設置される。
蓋体22と筒体21は、一体に形成される構造であってもよく、即ちケース20は、一体に成形される部品である。無論、蓋体22と筒体21は、別々に提供される二つの部品であり、そして溶接、かしめ、接着などの方式で接続されてもよい。
電極引出孔221は、電極アセンブリ10における電気エネルギーがケース20の外部に取り出されることを容易にするように、蓋体22を貫通する。
中心軸線Aは、仮想的な直線である。いくつかの実施例では、中心軸線Aは、電極引出孔221を通ってもよい。電極アセンブリ10の中心軸線Aと電極引出孔221の軸線は、重ね合わせてもよく、重ね合わせなくてもよい。別のいくつかの実施例において、中心軸線Aは、電極引出孔221を通らなくてもよい。
電極端子30は、電極引出孔221に嵌合されて、電極引出孔221を覆うために用いられる。電極端子30は、電極引出孔221に入り込んでもよく、電極引出孔221に入り込まなくてもよい。電極端子30は、蓋体22に固定される。電極端子30は、全体的に蓋体22の外側に固定されてもよく、電極引出孔221を介してケース20の内部に入り込んでもよい。
いくつかの実施例では、筒体21は、円筒であり、蓋体22は、円形板状構造である。別のいくつかの実施例において、筒体21は、角筒であってもよく、蓋体22は、四角形板状構造であってもよい。
いくつかの実施例では、蓋体22と筒体21は、一体に成形される構造である。このように蓋体22と筒体21の接続工程を省くことができる。
蓋体22と筒体21が電極アセンブリ10の正極又は負極に電気的に接続される場合、蓋体22と筒体21の接続箇所が一体式構造であるため、蓋体22と筒体21の接続箇所の抵抗が比較的に小さく、それによって過電流能力を高める。蓋体22は、外部部品(例えばバスバー部材)に繋がるために用いられてもよく、電池セルが外部衝撃を受ける場合、外部部品が蓋体22を引っ張り、蓋体22と筒体21の接続箇所に力が作用する可能性があり、上記技術案は、蓋体22と筒体21を一体に設置することによって、蓋体22と筒体21の接続箇所の強度を向上させ、蓋体22と筒体21との接続が失効するリスクを低減する。
いくつかの実施例では、ケース20は、延伸プロセスによって成形されてもよい。
いくつかの実施例では、筒体21の蓋体22から離反する端に開口211を有し、電池セル7は、開口211を密閉するためのカバープレート50をさらに含む。
カバープレート50は、筒体21の開口箇所に被せられて、筒体21の開口を密閉する。カバープレート50は、様々な構造であってもよく、例えば、カバープレート50は、板状構造である。
いくつかの実施例では、カバープレート50は、円形カバープレート、長方形カバープレート、正方形カバープレート、六角形カバープレート又は他の形状のカバープレートであってもよい。
いくつかの実施例では、カバープレート50は、筒体21に溶接される。
いくつかの実施例では、蓋体22は、円形であり、電極アセンブリ10は、円筒形であり、中心軸線Aと電極引出孔221の軸線は重ね合わせる。本実施例は、中心軸線Aと電極引出孔221の軸線が完全に重ね合わせることを要求せず、両方の間には、プロセスに許容されるばらつきが存在してもよい。
本実施例では、電極引出孔221は、ほぼ蓋体22の中部に開設され、それに応じて、電極端子30も蓋体22の中部に取り付けられる。複数の電池セル7を組に組み立てる場合、電極端子30の位置決め精度に対する要求を低減し、組み立てプロセスを簡略化することができる。
例示的に、電極引出孔221の軸線と蓋体22の軸線は重ね合わせ、蓋体22は、電極引出孔221の軸線回りに設置される環状構造である。
例示的に、電極端子30の軸線と電極引出孔221の軸線は重ね合わせる。
別のいくつかの実施例では、蓋体22は、長方形であってもよく、電極アセンブリ10は、扁平状となる。電極引出孔221は、蓋体22の自体の長手方向に沿う端部に近づくように設置されてもよい。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸線と電極引出孔221の軸線は重ね合わせる。
いくつかの実施例では、電極アセンブリ10は、第二のタブ13をさらに含み、第二のタブ13は、第一のタブ11の極性と逆であり、第二のタブ13は、蓋体22に電気的に接続される。
蓋体22自体は、電池セル7の一つの出力電極とされて、それによって一つの従来の電極端子30を省き、電池セル7の構造を簡略化することができる。複数の電池セル7を組に組み立てる場合、蓋体22は、バスバー部材に電気的に接続されてもよく、このように過電流面積を大きくすることができるだけでなく、バスバー部材の構造設計をより柔軟にすることができる。
いくつかの実施例では、筒体21は、第二のタブ13が蓋体22に電気的に接続されるように、第二のタブ13と蓋体22とを接続するために用いられる。
筒体21は、第二のタブ13に直接電気的に接続されてもよく、他の部品によって第二のタブ13に電気的に接続されてもよい。例えば、第二のタブ13は、カバープレート50によって筒体21に電気的に接続される。
蓋体22と電極端子30は、異なる極性を有する。このとき、蓋体22と電極端子30のうちの一つは、電池セル7の正出力極とされてもよく、もう一つは、電池セル7の負出力極とされてもよい。本実施例は、正出力極と負出力極を電池セル7の同じ側に設置し、このように複数の電池セル7間の接続プロセスを簡略化することができる。
蓋体22は、バスバー部材と電気的にに接続するために用いられてもよい。発明者は、曾て蓋体に第一の貫通孔を開設することを試みたが、第一の貫通孔は、蓋体とバスバー部材の接続面積を小さくし、蓋体とバスバー部材との間の過電流面積を低減し、急速充電時に過電流能力と温度上昇に対する電池セルの要求を満たしにくい。そのため、発明者は、注液用の第一の貫通孔323を電極端子30に開設して、蓋体22とバスバー部材との間の接続面積を高める。
いくつかの実施例では、第一のタブ11は、電極アセンブリ10の電極端子30に向かう端に位置し、第二のタブ13は、電極アセンブリ10の電極端子30から離反する端に位置する。
第一のタブ11と第二のタブ13をそれぞれ電極アセンブリ10の対向する両端に設けることで、第一のタブ11と第二のタブ13との間のピッチを大きくし、第一のタブ11と第二のタブ13が導通されるリスクを低減し、安全性を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第二のタブ13は、負極タブであり、ケース20の基体材質は、鋼である。基体材質は、ケース20の材質構成における主な成分である。
ケース20は、負極タブに電気的に接続され、即ちケース20は、低電位状態にある。鋼製のケース20は、低電位状態で電解液に腐食されにくい。
本出願の実施例の電極引出孔221は、ケース20の延伸成形後に作られる。
発明者は、嘗て筒体の開口端をロールプレスすることで、筒体の開口端を内向きに折り返してバーリング構造を形成し、バーリング構造は、カバープレートを押圧してカバープレートの固定を実現することを試みた。発明者は、電極端子をカバープレートに取り付け、バーリング構造と電極端子を電池セルの二つの出力極とした。しかしながら、バーリング構造のサイズが大きければ大きいほど、その成形後にカールと皺が発生するリスクは高く、バーリング構造にカールと皺が発生する場合、バーリング構造の表面に凹凸が生じることになり、バーリング構造が外部のバスバー部材に溶接される場合、溶接不具合の問題がある。そのため、バーリング構造のサイズは、比較的に制限され、電池セルの過電流能力が不足することが引き起される。
本実施例は、開孔のプロセスを利用して蓋体22に電極端子30を取り付けるための電極引出孔221を形成して、正出力極と負出力極を電池セル7の筒体21の開口から離反する端に設置し、蓋体22は、ケース20の成形過程において形成されており、電極引出孔221を開設した後にも平坦性を確保することができ、蓋体22とバスバー部材の接続強度を確保する。同時に、蓋体22の平坦性が自体のサイズに拘束されないため、蓋体22は、比較的に大きいサイズを有することによって、電池セル7の過電流能力を向上させることができる。
いくつかの実施例では、電極端子30は、少なくとも一つの第一の溶接部W1によって第一のタブ11との電気的な接続を実現する。
電極端子30は、他の部材に溶接されて、第一の溶接部W1を形成する。電流は、第一の溶接部W1によって電極端子30と第一のタブ11との間に伝導される。
いくつかの例では、電極端子30は、第一のタブ11に直接溶接されて、第一の溶接部W1を形成することができる。例えば、電極端子30の一部と第一のタブ11の一部は、溶融して溶融池を形成し、溶融池が凝固した後に第一の溶接部W1を形成する。
別のいくつかの代替的な例では、電極端子30は、第一のタブ11に繋がる他の部材(例えば後述する集電部品)に溶接され、第一の溶接部W1を形成する。例えば、電極端子30の一部と集電部品の一部は、溶融して溶融池を形成し、溶融池が凝固した後に第一の溶接部W1を形成する。
本出願の実施例は、第一の溶接部W1の形状、位置、深さ及び数を特に制限しない。例えば、第一の溶接部W1の形状は、直線形、形、環形、螺旋形、V形又は他の形状であってもよい。第一の溶接部W1は、一つであってもよく、複数であってもよい。
第一の溶接部W1は、電極端子30と第一のタブ11との間の抵抗を小さくし、過電流能力を向上させることができる。
図8は、本出願のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の概略図であり、図9は、図7の丸枠Cにおける拡大概略図であり、図10は、本出願のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の端子本体の概略図である。
図6から図10を併せて参照すると、いくつかの実施例では、電極端子30は、シールプレート33と、端子本体34とを含み、端子本体34には、第一の貫通孔323が設けられ、シールプレート33は、端子本体34に接続され第一の貫通孔323をシールするために用いられる。
第一の貫通孔323に関連するプロセスが完了した後、シールプレート33を端子本体34に接続して、電解液が第一の貫通孔323を介して漏れるリスクを低減し、シール性能を向上させる。
いくつかの実施例では、端子本体34は、凹部31と、凹部31の電極アセンブリ10に向かう側に位置する接続部32とを含み、第一の貫通孔323は、接続部32を貫通し、接続部32は、少なくとも一つの第一の溶接部W1によって第一のタブ11との電気的な接続を実現する。シールプレート33の少なくとも一部は、凹部31に収容される。
凹部31は、端子本体34の電極アセンブリ10から離反する側から電極アセンブリ10に向かう方向に沿って凹むことができる。接続部32は、端子本体34の凹部31の底面に対応する部分である。
シールプレート33は、全体的に凹部31内に収容されてもよく、部分的に凹部31内に収容されてもよく、シールプレート33が第一の貫通孔323をシールすることができればよい。
接続部32は、他の部材に溶接されて、第一の溶接部W1を形成する。例示的に、溶接機器は、接続部32の凹部31に向かう表面にレーザーを照射し、レーザーは、接続部32の一部と接続部32の内側に位置する部材の一部を溶融し、溶融池を形成し、溶融池が凝固した後に第一の溶接部W1を形成することができる。
本出願の実施例では、端子本体34に凹部31を開設することで、接続部32の厚さを小さくすることによって、溶接に必要な溶接パワーを小さくし、他の部品が焼損されるリスクを低減し、安全性を向上させることができる。凹部31は、シールプレート33に収容空間を提供することによって、シールプレート33の端子本体34からの突出サイズを小さくし、電極端子30が占有する空間を低減し、電池セル7のエネルギー密度を向上させることができる。
シールプレート33は、外側から接続部32を保護し、第一の凹部31に入る外部不純物を減らし、接続部32が外部不純物によって損傷されるリスクを低減し、電池セル7のシール性能を向上させることができる。
いくつかの実施例では、接続部32の厚さは、0.5mm~10mmである。
いくつかの実施例では、シールプレート33と接続部32の間には、第一の溶接部W1を避けるための隙間が設けられる。
第一の溶接部W1の表面に凹凸があり、シールプレート33が第一の溶接部W1に押し付けられると、組み立て過程においてシールプレート33はガタつき、シール効果に影響を及ぼす。本実施例は、シールプレート33と接続部32の間に隙間を設置することによって、シールプレート33は第一の溶接部W1を避けて、シールプレート33と第一の溶接部W1とが直接接触することを回避し、組み立て過程においてシールプレート33のガタつきを小さくし、シール効果を確保する。
いくつかの実施例では、凹部31の側壁には、段差面311が設置され、シールプレート33の少なくとも一部は、凹部31に収容され、且つ段差面311は、シールプレート33を支持するために用いられる。
凹部31は、外が大きく、内が小さい段差式凹部である。
シールプレート33を組み立てる場合、段差面311は、シールプレート33を支持し、シールプレート33を位置決めることによって、組み立てプロセスを簡略化し、シールプレート33と接続部32の間に隙間を形成することができる。
いくつかの実施例では、シールプレート33は、凹部31の側壁に溶接されて、凹部31の開口と第一の貫通孔323を密閉する。
いくつかの実施例では、接続部32には、接続部32の第一の外面322から電極アセンブリ10に向かう方向に沿って凹む凹溝324が設けられる。
接続部32は、自体の厚さ方向に沿って対向して設置される第一の外面322と第一の内面321を有し、第一の内面321は、電極アセンブリ10に向かって、第一の外面322は、電極アセンブリ10に背向する。選択的に、第一の外面322と第一の内面321は、いずれも平面である。凹溝324は、第一の外面322に対して電極アセンブリ10に向かう方向に沿って凹む。
凹溝324の底壁と第一の内面321との間の部分は、他の部材に溶接され、第一の溶接部W1を形成するために用いられる。
本実施例は、接続部32に凹溝324を開設することによって、接続部32に段差構造を形成する。第一の外面322と凹溝324の底壁との間に、隙間を形成する。
電池セル7の生産過程において、外部機器を接続部32に嵌合する必要がある。第一の溶接部W1の表面に凹凸があり、外部機器が第一の溶接部W1に押し付けられると、外部機器は、第一の溶接部W1によって圧傷されやすい。本実施例は、凹溝324を設置することによって、第一の外面322と凹溝324の底壁との間に、隙間を形成し、このように、第一の外面322は、外部機器と第一の溶接部W1とを離間し、外部機器が圧傷されるリスクを低減するように、外部機器を支持するために用いられることができる。
例示的に、外部機器は、注液機器、抽気機器、溶接機器又は他の電池セル7に用いられる機器であってもよい。
例えば、注液時、注液頭は、第一の外面322に押し付けられ、第一の外面322は、注液頭を支持し、注液頭に嵌合されてシールを実現し、電解液が電池セル7の外部に漏れるリスクを低減することができる。
いくつかの実施例では、端子本体34は、対向して設置される第二の外面344と第二の内面345を有する。第二の内面345は、電極アセンブリ10に向かって、第二の外面344は、電極アセンブリ10から離反する。凹部31は、第二の外面344から電極アセンブリ10に向かう方向に沿って接続部32の第一の外面322まで凹む。
いくつかの実施例では、シールプレート33は、電池のバスバー部材に溶接されるために用いられてもよい。電池において、バスバー部材は、一つの電池セル7のシールプレート33と別の電池セル7の蓋体22とを接続して、この二つの電池セル7を直列接続してもよい。
いくつかの実施例では、シールプレート33の少なくとも一部は、端子本体34の第二の外面344から突出している。
バスバー部材とシールプレート33とを溶接する必要がある場合、まず、バスバー部材をシールプレート33の上面(即ちシールプレート33の接続部32から離反する外面)に貼り合わせて、そしてバスバー部材とシールプレート33とを溶接する。
シールプレート33の少なくとも一部は、第二の外面344から突出しており、第二の外面344によるシールプレート33とバスバー部材の貼り合わせへの干渉を回避し、バスバー部材をシールプレート33に密着させることを確保する。
いくつかの実施例では、接続部32は、端子本体34の電極アセンブリ10に向かう端に設けられ、接続部32の第一の内面321は、第二の内面345と面一に設置される。
第二の内面345は、端子本体34の電極アセンブリ10に向かう表面である。接続部32の第一の内面321は、第二の内面345の一部を構成する。このように、端子本体34は、平板構造を有する集電部品に嵌合されることができる。本実施例は、集電部品を第二の内面345に貼り合わせるだけで、接続部32と集電部品との貼り合わせを実現し、接続部32と集電部品の溶接を容易に実現することができる。
いくつかの実施例では、端子本体34は、柱状部341と、第一のストッパー部342と、第二のストッパー部343とを含み、柱状部341の少なくとも一部は、電極引出孔221内に位置し、凹部31は、柱状部341に設けられ、第一のストッパー部342と第二のストッパー部343は、いずれも柱状部341の外側壁に接続され且つ柱状部341の外側壁から突出しており、第一のストッパー部342と第二のストッパー部343は、それぞれ蓋体22の外側と内側に設けられ、蓋体22の一部を挟持するために用いられる。
第一のストッパー部342が蓋体22の外側に設けられることとは、第一のストッパー部342が蓋体22の電極アセンブリ10から離反する側に設けられることであり、第二のストッパー部343が蓋体22の内側に設けられることとは、第二のストッパー部343が蓋体22の電極アセンブリ10に向かう側に設けられることである。
蓋体22の厚さ方向に、第一のストッパー部342の少なくとも一部は、蓋体22と重なり、第二のストッパー部343の少なくとも一部は、蓋体22と重なる。柱状部341は、電極引出孔221から通過して、それぞれ蓋体22の両側に位置する第一のストッパー部342と第二のストッパー部343とを接続する。
第一のストッパー部342と第二のストッパー部343は、両側から蓋体22の一部を挟持して、端子本体34を蓋体22に固定させる。第一のストッパー部342と第二のストッパー部343は、蓋体22を直接挟持してもよく、他の部品によって蓋体22を間接挟持してもよい。
選択的に、柱状部341は、円筒状である。第一のストッパー部342と第二のストッパー部343は、いずれも柱状部341を囲む環形構造である。
いくつかの実施例では、電池セル7は、第一の絶縁部品60と、第二の絶縁部品70とをさらに含み、第一の絶縁部品60の少なくとも一部は、第一のストッパー部342と蓋体22の間に設けられ、第二の絶縁部品70の少なくとも一部は、第二のストッパー部343と蓋体22の間に設けられる。第一の絶縁部品60と第二の絶縁部品70は、端子本体34と蓋体22とを絶縁分離するために用いられる。
第一の絶縁部品60と第二の絶縁部品70は、いずれも柱状部341を囲むように設置される環形構造である。
第一の絶縁部品60は、第一のストッパー部342と蓋体22とを絶縁分離することができ、第二の絶縁部品70は、第二のストッパー部343と蓋体22とを絶縁分離することができる。
いくつかの実施例では、第一の絶縁部品60と第二の絶縁部品70のうちの一つは、柱状部341と蓋体22とを離間する。例えば、第一の絶縁部品60の一部は、電極引出孔221内に延びて、電極引出孔221の孔壁と柱状部341とを離間する。
いくつかの実施例では、第一の絶縁部品60と第二の絶縁部品70は、一体に形成される構造である。その代わりに、別のいくつかの実施例において、第一の絶縁部品60と第二の絶縁部品70は、別々に提供され、互いに当接する。
いくつかの実施例では、第一の絶縁部品60と第二の絶縁部品70のうちの一つは、電極引出孔221をシールするために用いられる。いくつかの例において、第一のストッパー部342と蓋体22は、第一の絶縁部品60を押出し、第一の絶縁部品60は、圧縮され、外側から電極引出孔221をシールする。別のいくつかの例において、第二のストッパー部343と蓋体22は、第二の絶縁部品70を押出し、第二の絶縁部品70は、圧縮され、内側から電極引出孔221をシールする。
いくつかの実施例では、電池セル7は、シールリング80をさらに含み、シールリング80は、柱状部341に外嵌され、電極引出孔221をシールするために用いられる。選択的に、シールリング80の一部は、電極引出孔221内に延び、電極引出孔221の孔壁と柱状部341とを離間する。
いくつかの実施例では、第一のストッパー部342の外周には、複数の突起構造342aが設けられ、複数の突起構造342aは、柱状部341の周方向に沿って間隔をあけて設置される。
選択的に、複数の突起構造342aは、柱状部341の周方向などに沿って間隔をあけて設置されてもよい。
第一のストッパー部342は、端子本体34の電極アセンブリ10から離反する端部が外向きに折り返されて形成されるバーリング構造である。
端子本体34をケース20に組み立てる前に、端子本体34の第一のストッパー部342は、ほぼ円筒構造であり、且つ柱状部341の上端に位置し、第一のストッパー部342の外側壁は、柱状部341の外側壁と面一になっている。端子本体34とケース20とを組み立てる場合、第一のストッパー部342を電極引出孔221に通過した後、第一のストッパー部342を押出すことで、第一のストッパー部342は、外向きに折り返され、端子本体34を蓋体22にかしめる。
第一のストッパー部342を折り返す前に、第一のストッパー部342の上端には、間隔をあけて設置される複数の凹溝構造342bが開設されており、第一のストッパー部342を折り返した後、柱状部341の周方向に沿って間隔をあけて設置される複数の突起構造342aを形成し、隣接する突起構造342a間は、凹溝構造342bである。本実施例は、凹溝構造342bと突起構造342aを設置することによって、第一のストッパー部342の折り返し難易度を低減し、第一のストッパー部342上の応力集中を小さくする。
いくつかの実施例では、第二のストッパー部343は、端子本体34の電極アセンブリ10に向かう端部を押出すことで、端子本体34の電極アセンブリ10に向かう端部は外に延びて形成されたストッパー構造である。蓋体22と端子本体34を組み立てる場合、外部機器は、端子本体34の電極アセンブリ10に向かう端部を押出すことができ、端子本体34の電極アセンブリ10に向かう端部は、圧力の作用により外へ延びて、突出した第二のストッパー部343を形成する。
いくつかの実施例では、電池セル7は、電極端子30と第一のタブ11とを電気的に接続するための集電部品40をさらに含む。
集電部品40は、第一のタブ11を電極端子30に電気的に接続する。本出願の実施例は、第一のタブ11と集電部品40の接続方式を制限せず、例えば集電部品40は、溶接、当接又は接着などの方式で第一のタブ11に接続されてもよい。
集電部品40は、電極端子30に溶接され、少なくとも一つの第一の溶接部W1を形成する。
例示的に、集電部品40は、接続部32に溶接され、少なくとも一つの第一の溶接部W1を形成する。接続部32と集電部品40とを溶接する場合、第一の貫通孔323は、溶接応力を逃す役割を果たし、接続部32が破裂するリスクを低減することができる。
いくつかの実施例では、接続部32の厚さ方向に、第一の溶接部W1は、接続部32の集電部品40から離反する側から少なくとも集電部品40の内部まで延びる。
溶接時、例示的に、電極アセンブリ10と集電部品40がケース20内に取り付けられ、且つ集電部品40が接続部32に押し付けられた後、外部溶接機器は、接続部32の集電部品40から離反する側から接続部32と集電部品40とを溶接して第一の溶接部W1を形成することができる。第一の溶接部W1は、接続部32の集電部品40から離反する表面に露出している。
第一の溶接部W1は、集電部品40を貫通することができ、例えば第一の溶接部W1は、集電部品40と接続部32とを貫通し、且つ第一の溶接部W1は、集電部品40の接続部32から離反する表面に露出している。無論、第一の溶接部W1は、集電部品40を貫通しなくてもよく、即ち第一の溶接部W1は、集電部品40の接続部32から離反する表面に露出しない。
第一の溶接部W1は、接続部32から集電部品40の内部まで延びて、集電部品40と接続部32とを接続し、集電部品40と電極端子30との間の接触抵抗を小さくし、過電流能力を向上させる。
いくつかの実施例では、接続部32の厚さ方向に、第一の溶接部W1は、集電部品40の接続部32から離反する表面よりもはみ出さない。
第一の溶接部W1と集電部品40の接続部32から離反する表面とは、所定の距離をあけて、集電部品40が溶け落ちることを回避し、集電部品40の接続部32から離反する表面に金属粒子が発生するリスクを低減し、安全性を向上させる。
いくつかの実施例では、集電部品40は、第一のタブ11に溶接され、第二の溶接部W2を形成する。
電池セル7を組み立てる場合、まず、電極アセンブリ10の第一のタブ11を集電部品40に溶接し、そして、電極アセンブリ10と集電部品40をケース20内に配置することができる。具体的には、第一のタブ11と集電部品40とを溶接する場合、まず、集電部品40を第一のタブ11の練り平坦化された後の端面に押し付け、そして、外部溶接機器は、集電部品40の第一のタブ11から離反する表面にレーザーを発射し、レーザーによって集電部品40と第一のタブ11とを溶接することができる。
第二の溶接部W2の形状は、直線形、C形、環形、螺旋形、V形又は他の形状であってもよく、本実施例は、これを制限しない。第二の溶接部W2は、一つであってもよく、複数であってもよい。
第二の溶接部W2は、集電部品40と第一のタブ11との間の接触抵抗を小さくし、過電流能力を向上させることができる。
いくつかの実施例では、集電部品40の第一のタブ11に向かう側に凸部41を有し、凸部41は、第一のタブ11に溶接されて第二の溶接部W2を形成する。
集電部品40と電極アセンブリ10を組み立てる場合、まず、集電部品40の凸部41を第一のタブ11上に押し付け、そして凸部41と第一のタブ11とを溶接する。凸部41は、第一のタブ11によりよく貼り合せられ、溶接不具合のリスクを低減することができる。
いくつかの実施例では、凸部41は、第一のタブ11を押出し、第一のタブ11に組み込むことができる。
いくつかの実施例では、凸部41以外に、集電部品40の他の部分は、ほぼ平板構造である。
いくつかの実施例では、集電部品40の凸部41に対応する位置に凹み構造44が形成され、凹み構造44は、集電部品40の第一のタブ11から離反する表面に対して第一のタブ11に向かう方向に沿って凹む。凹み構造44の底面と凸部41の頂面との間にアダプタ部が形成され、アダプタ部は、第一のタブ11に溶接されて第二の溶接部W2を形成する。凹み構造44を設置することによって、アダプタ部の厚さを小さくして、アダプタ部と第一のタブ11との溶接に必要な溶接パワーを小さくし、発熱を減らし、電極アセンブリ10が焼損されるリスクを低減することができる。
第二の溶接部W2は、溶接により形成され、その表面に凹凸がある。本実施例は、凹み構造44を設置することによって、第二の溶接部W2の表面を、集電部品40の第一のタブ11から離反する表面に対して凹ませ、第二の溶接部W2は他の部品(例えば電極端子30)を避けることができる。
いくつかの実施例では、第一の溶接部W1の数は、一つであり、第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の周方向Yに沿って延び、第一の貫通孔323の少なくとも一部を囲む。
第一の溶接部W1は、環形構造又は半環形構造であってもよい。第一の溶接部W1が周方向Yに沿って延びるサイズは、過電流能力に対する電池セル7の要求に応じて決定されてもよく、本実施例は、これを特に制限しない。
第一の溶接部W1は、電極端子30の第一の貫通孔323の周囲に位置する領域の強度を大きくし、電解液の衝撃による電極端子30の変形を小さくすることができる。
いくつかの実施例では、第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の周方向Yに沿って、第一の貫通孔323一部のみを囲む。
第一の貫通孔323の一部は、第一の溶接部W1によって第一の貫通孔323の周方向Yに沿って囲まれ、第一の貫通孔323の別の部分は、第一の溶接部W1によって第一の貫通孔323の周方向Yに沿って囲まれる。
第一の貫通孔323の外周は、第一の溶接部W1によって密閉されず、電極端子30と電極端子30に溶接される部材(例えば集電部品40)との間の隙間は、第一の溶接部W1によって塞がれず、第一の貫通孔323を介して流入する一部の電解液は、この隙間内から通過することによって、電解液を注入する効率を高めることができる。
いくつかの実施例では、第一の溶接部W1が第一の貫通孔323を囲む角度は、αであり、180°≦α≦360°である。
選択的に、αは、180°、225°、270°、315°又は360°であってもよい。
αは、第一の溶接部W1の過電流面積と正の相関を有する。αが小さければ小さいほど、第一の溶接部W1の過電流面積は小さく、電流が第一の溶接部W1を流す時の発熱は高い。本出願の実施例は、αに180°≦α≦360°を満たさせることで、第一の溶接部W1は、過電流能力と温度上昇に対する電池セル7の要求を満たす。
図11は、本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の端子本体の概略図である。
図11に示すように、いくつかの実施例では、第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の一周を囲み、即ちαは、360°である。
本出願の実施例は、第一の溶接部W1の過電流面積を大きくし、第一の溶接部W1に過電流能力と温度上昇に対する電池セル7の要求を満たさせ、第一の溶接部W1の強度を高め、第一の溶接部W1が電池セル7の振動時に引き裂かられるリスクを低減することができる。
図12は、本出願のまた別のいくつかの実施例による電池セルの電極端子の端子本体の概略図である。
図6から図9、図12を併せて参照すると、いくつかの実施例において、第一の溶接部W1は、複数であり、複数の第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の周方向Yに沿って間隔をあけて設置される。
第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の周方向Yに沿って延びてもよく、第一の貫通孔323の径方向に沿って延びてもよい。
本実施例は、隣接する二つの第一の溶接部W1の第一の貫通孔323の周方向Yにおける間隔角度を特に制限しない。複数の第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の周方向Yに沿って等間隔で配置されてもよく、不等間隔で設置されてもよい。
総面積が一定である前提で、一つの第一の溶接部W1を設置する方案と比べ、複数の第一の溶接部W1を設置する方案は、一回あたりの溶接パワーを低減し、発熱を減らすことができる。
いくつかの実施例では、隣接しているいずれか二つの第一の溶接部W1の第一の貫通孔323の周方向Yに沿う間隔角度βは、30°よりも小さい。
角度βの値が大きければ大きいほど、複数の第一の溶接部W1の分布は疎らであり、複数の第一の溶接部W1の総過電流面積は小さく、角度βの値が小さければ小さいほど、複数の第一の溶接部W1の分布は密集し、複数の第一の溶接部W1の総過電流面積は大きい。本出願の実施例は、βを30°よりも小さいことに限定して、過電流能力と温度上昇に対する電池セル7の要求を満たし、第一の溶接部W1が電池セル7の振動時に引き裂かられるリスクを低減する。
いくつかの実施例では、各第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の径方向に沿って延びる。
第一の溶接部W1が第一の貫通孔323の径方向に沿って延びることとは、第一の溶接部W1の第一の貫通孔323の径方向に沿うサイズが、第一の溶接部W1の第一の貫通孔323の周方向Yに沿うサイズよりも大きいことである。
第一の溶接部W1は、第一の貫通孔323の径方向に沿って延び、第一の溶接部W1の第一の貫通孔323の周方向Yに沿うサイズを小さくすることができ、電極端子30は、第一の貫通孔323の外周により多くの第一の溶接部W1を配置することによって、過電流能力を高め、発熱を減らすことができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第一の溶接部W1の深さは、hであり、第一の貫通孔323の径方向に、第一の溶接部W1と第一の貫通孔323との間の最小ピッチは、dである。dとhは、0.1≦h/d≦0.6を満たす。
プロセス誤差によって、第一の溶接部W1の異なる領域は、第一の貫通孔323の軸方向Xに異なる溶け込みを有する可能性がある。hは、第一の溶接部W1の溶け込みが最も小さい領域の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿うサイズであってもよい。
hが大きければ大きいほど、溶接に必要なパワーは大きく、溶接過程において発熱は高く、第一の貫通孔323に近い領域に作用する熱応力は大きく、第一の貫通孔323が変形する程度も大きい。dが小さければ小さいほど、溶接過程において第一の貫通孔323に近い領域に伝導される発熱量は多く、第一の貫通孔323に近い領域に作用する熱応力は大きく、第一の貫通孔323が変形する程度も大きい。h/dが大きすぎると、第一の貫通孔323は大きく変形し、注液頭は、第一の貫通孔323に嵌合されにくく、注液効率に影響を及ぼす。発明者は、鋭意研究と大量の実験を行った結果、h/dの値を0.6以下に限定して、第一の貫通孔323に近い領域に作用する熱応力を小さくして、第一の貫通孔323の変形を低減し、注液頭が第一の貫通孔323に嵌合されることを容易にすることができることを見出した。
hが小さければ小さいほど、第一の溶接部W1の過電流能力と強度は低く、電池セル7の振動時に第一の溶接部W1が引き裂かれるリスクも高い。dが大きければ大きいほど、電極端子30の溶接に使用できる領域の面積も小さく、第一の溶接部W1の過電流能力と強度は制限される。h/dが小さすぎると、第一の溶接部W1の過電流能力と強度は不足している。発明者は、鋭意研究と大量の実験を行った結果、h/dの値を0.1以上に限定することで、第一の溶接部W1の過電流能力と強度は要求を満たすことを見出した。
選択的に、h/dの値は、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5又は0.6であってもよい。
いくつかの実施例では、dとhは、0.2≦h/d≦0.5を満たす。発明者は、鋭意研究と大量の実験を行った結果、0.2≦h/d≦0.5である場合、第一の貫通孔323の変形を効果的に低減し、第一の溶接部W1の過電流能力と強度は要求を満たすことができることを見出した。
いくつかの実施例では、1.6mm≦d≦5.5mmである。
dが小さすぎると、溶接過程において第一の貫通孔323に近い領域に伝導される発熱量は多すぎ、第一の貫通孔323に近い領域に作用する熱応力は大きすぎ、第一の貫通孔323は大きく変形し、注液頭は、第一の貫通孔323に嵌合されにくく、注液効率に影響を及ぼす。dが大きすぎると電極端子30の溶接に使用できる領域の面積は小さく、第一の溶接部W1の過電流能力と強度は不足している。
発明者は、鋭意研究と大量の実験を行った結果、dの値を1.6mm~5.5mmに制限することで、第一の貫通孔323の変形を小さくし、注液頭が第一の貫通孔323に嵌合されることを容易にし、第一の溶接部W1の過電流能力と強度は要求を満たすことができることを見出した。
選択的に、dは、1.6mm、2mm、3mm、4mm、5mm又は5.5mmである。
いくつかの実施例では、hは、0.8mm~1.0mmである。
いくつかの実施例では、電極アセンブリ10は、捲回構造であり、電極アセンブリ10は、捲回中心箇所に第二の貫通孔14を有する。第一の貫通孔323は、第一の貫通孔323を介して注入される電解液が第二の貫通孔14に流入できるように、第二の貫通孔14と連通する。
例示的に、電極アセンブリ10は、第一の極板、第二の極板とセパレータを捲回工具に捲回することで作られ、捲回成形後、捲回工具を電極アセンブリ10から引き出す。捲回工具を引き出した後、電極アセンブリ10の中部に第二の貫通孔14が形成される。第二の貫通孔14は、第一のタブ11、本体部12と第二のタブ13を貫通する。
第一の貫通孔323の軸方向Xに、第一の貫通孔323と第二の貫通孔14は、重なってもよく、重ならなくてもよい。
本出願の実施例は、第一の貫通孔323の孔径と第二の貫通孔14の孔径との間の大きさ関係を、特に限定しない。
注液工程において、電解液は、第一の貫通孔323を介して第二の貫通孔14に流入することができ、第二の貫通孔14に流入する電解液は、内部から電極アセンブリ10に浸潤し、電極アセンブリ10の浸潤効率を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xは、第二の貫通孔14の軸方向と平行である。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第一の貫通孔323の投影は、第二の貫通孔14の投影と少なくとも部分的に重なる。
第一の貫通孔323と第二の貫通孔14が第一の貫通孔323の軸方向Xに沿って対向し、第一の貫通孔323を通過する一部の電解液が、流れを変更することなく第二の貫通孔14に入ることによって、電極アセンブリ10の浸潤効率を向上させることができる。
選択的に、第一の貫通孔323が径変化孔である場合、第一の貫通孔323の自体の軸方向Xに沿う投影とは、第一の貫通孔323の内端の開口の自体の軸方向Xに沿う投影である。第二の貫通孔14が径変化孔である場合、第二の貫通孔14の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿う投影とは、第二の貫通孔14の第一の貫通孔323に近い端の開口の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿う投影である。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第二の貫通孔14の投影は、第一の貫通孔323の投影よりも大きい。
第一の貫通孔323の自体の軸方向Xに沿う投影の面積は、S1であり、第二の貫通孔14の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿う投影の面積は、S2であり、S2は、S1よりも大きい。
第一の貫通孔323と比べ、第二の貫通孔14は、比較的に大きい断面積を有し、このように第二の貫通孔14は、より多くの電解液を収容し、電解液が内部から電極アセンブリ10に浸潤する効率の向上に寄与することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第一の貫通孔323の投影は、第二の貫通孔14の投影内に位置する。
本実施例によれば、電極アセンブリ10のエンティティ部分に、第一の貫通孔323を避けさせ、電極アセンブリ10に直接衝撃する電解液を減らし、電極アセンブリ10が変形するリスクを低減することができる。例示的に、本出願の実施例は、第一のタブ11とセパレータが受けた衝撃を小さくし、第一のタブ11とセパレータの変形を低減することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の孔径は、D1であり、第二の貫通孔14の孔径は、D2であり、D1とD2は、65%≦D1/D2≦95%を満たす。
例示的に、D1とは、第一の貫通孔323の最小直径であり、D2とは、第二の貫通孔14の最小直径である。
D1が大きければ大きいほど、電解液を注入する効率は高く、電解液が満たされるまでの時間は短く、注液過程において電解液の電極アセンブリ10に浸潤することができる量は少なく、注入される電解液の総量も少ない。D2が小さければ小さいほど、第二の貫通孔14の孔壁の面積は小さく、電解液が電極アセンブリ10の内部から浸潤する効率は低い。D1/D2が大きすぎると、電解液の注入量は少なく、電池セル7のサイクル寿命に影響を及ぼす。発明者は、鋭意研究と大量の実験を行った結果、D1/D2の値を95%以下に限定することで、電解液の注入量は要求を満たすことを見出した。
D1が小さければ小さいほど、電解液を注入する効率は低く、電解液が満たされるまでの時間は長く、D2が大きければ大きいほど、電解液が電極アセンブリ10の内部から浸潤する効率は高い。D1/D2が小さすぎると、注液時間は長く、製品の生産効率は低い。また、D2が大きければ大きいほど、電極アセンブリ10の容量は小さく、電池セル7の内部の空間利用率は低く、電池セル7のエネルギー密度も低い。発明者は、鋭意研究と大量の実験を行った結果、D1/D2の値を65%以上に限定することで、注液効率を高め、第二の貫通孔14による電池セル7のエネルギー密度の損失を低減することを見出した。
選択的に、D1/D2の値は、65%、75%、85%又は95%であってもよい。
いくつかの実施例では、D2≧D1+0.2mmである。
電池セル7を組み立てる場合、組み立て誤差によって、電極アセンブリ10は、ずれが発生する可能性があり、第一の貫通孔323は、電極アセンブリ10のエンティティ部分と対向し、このように電極アセンブリ10が電解液に衝撃されることを招く。
発明者は、鋭意研究と大量の実験を行った結果、D2≧D1+0.2mmにして、電極アセンブリ10にずれの余裕代を提供し、電極アセンブリ10のエンティティ部分が第一の貫通孔323と対向するリスクを低減し、電極アセンブリ10に直接衝撃する電解液を減らし、電極アセンブリ10が変形するリスクを低減することを見出した。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の中心軸線は、第二の貫通孔14の中心軸線と平行である。選択的に、第一の貫通孔323の中心軸線と第二の貫通孔14の中心軸線は重ね合わせる。例示的に、第二の貫通孔14の中心軸線は、電極アセンブリ10の中心軸線Aとされてもよい。
いくつかの実施例では、電池セル7は、電極端子30と第一のタブ11とを電気的に接続するための集電部品40をさらに含む。集電部品40は、第三の貫通孔45を含み、第三の貫通孔45の少なくとも一部は、第一の貫通孔323と第二の貫通孔14との間に設けられる。
本実施例は、第三の貫通孔45の孔径を特に制限せず、その孔径は、第一の貫通孔323の空間よりも大きく、小さく、又は等しいであってもよい。
第一の貫通孔323の軸方向Xに、第三の貫通孔45は、第一の貫通孔323と対向し、即ち第三の貫通孔45の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿う投影は、第一の貫通孔323の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿う投影と少なくとも部分的に重なる。第一の貫通孔323の軸方向Xに、第三の貫通孔45は、第二の貫通孔14と対向し、即ち第三の貫通孔45の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿う投影は、第二の貫通孔14の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿う投影と少なくとも部分的に重なる。
第三の貫通孔45を設置することによって、集電部品40は、第一の貫通孔323を介して流入する電解液を避け、注液工程において集電部品40の電解液に対する阻止を低減し、電解液は、第三の貫通孔45を介して第二の貫通孔14内に順調に流入し、電極アセンブリ10の浸潤効率を向上させることができる。
いくつかの実施例では、第三の貫通孔45の軸方向は、第一の貫通孔323の軸方向Xと平行である。
いくつかの実施例では、第三の貫通孔45の孔径は、第一の貫通孔323の孔径以上である。第三の貫通孔45の孔径は、第二の貫通孔14の孔径以下である。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第三の貫通孔45の投影は、第二の貫通孔14の投影よりも小さい。
第三の貫通孔45の第一の貫通孔323の軸方向Xに沿って投影する面積は、S3であり、S2は、S3よりも大きい。例示的に、第三の貫通孔45の孔径は、第二の貫通孔14の孔径よりも小さい。
第三の貫通孔45と比べ、第二の貫通孔14は、比較的に大きい断面積を有し、このように第三の貫通孔45を介する電解液は、第二の貫通孔14に迅速に流入し、電解液が内部から電極アセンブリ10に浸潤する効率の向上に寄与することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第三の貫通孔45の投影は、第一の貫通孔323の投影よりも大きい。例示的に、第三の貫通孔45の孔径は、第一の貫通孔323の孔径よりも大きい。
第一の貫通孔323と比べ、第三の貫通孔45は、比較的に大きい断面積を有し、このように、集電部品40が第一の貫通孔323を遮蔽するリスクを低減することができ、電解液は、第三の貫通孔45を介して第二の貫通孔14に順調に入り、電解液が内部から電極アセンブリ10に浸潤する効率を高めることができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第一の貫通孔323の投影は、第三の貫通孔45の投影内に位置する。
本実施例は、集電部品40が第一の貫通孔323を遮蔽するリスクを低減することができ、電解液は、ケース20内に順調に流入することができるだけでなく、集電部品40が受けた衝撃を小さくし、集電部品40と電極端子30の接続箇所が裂かれるリスクを低減することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323の軸方向Xに、第三の貫通孔45の投影は、第二の貫通孔14の投影内に位置する。本実施例は、電極アセンブリ10のエンティティ部分の第三の貫通孔45に対する遮蔽を低減することができ、電解液は、第二の貫通孔14内に順調に流入することができる。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323、第二の貫通孔14及び第三の貫通孔45は、同軸に設置される。同軸に設置されることとは、第一の貫通孔323の中心軸線、第二の貫通孔14の中心軸線及び第三の貫通孔45の中心軸線が重ね合わせることである。無論、本実施例の重ね合わせは、絶対的な重ね合わせを要求せず、工学的に常識的な誤差が存在することを許容する。
三つの貫通孔を同軸に設置することで、電解液の流入は、より順調であり、集電部品40と電極アセンブリ10が受けた電解液からの衝撃を減らすことができる。
いくつかの実施例では、第三の貫通孔45の孔径は、第二の貫通孔14の孔径よりも小さく、集電部品40は、第二の貫通孔14の径方向に内へ第二の貫通孔14の孔壁よりも突出している。集電部品40は、第一のタブ11を遮蔽し、第一のタブ11が受けた電解液からの衝撃を小さくすることができる。
図13は、本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの局所断面概略図である。
図13に示すように、いくつかの実施例では、電極端子30は、第一のタブ11に溶接され、第一の溶接部W1を形成する。
図6に示す電池セルと比べ、図13に示す電池セル7は、集電部品を省くことによって、電池セル7の内部構造を簡略化し、電極端子30と第一のタブ11との間の導電路を短縮し、電池セル7のエネルギー密度を高めることができる。
本出願のいくつかの実施例によれば、電池をさらに提供し、この電池は、複数の以上のいずれか一つの実施例の電池セルを含む。
図14は、本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの局所断面概略図である。
図14に示すように、いくつかの実施例では、電極端子30の凹部を省くことがきる。例示的に、第一の貫通孔323は、端子本体34を貫通し、端子本体34には、図6に示す凹部31が設置されなくてもよい。シールプレート33は、端子本体34に直接被せ、第一の貫通孔323をシールしてもよい。
図15は、本出願の別のいくつかの実施例による電池セルの断面概略図である。
図15に示すように、いくつかの実施例では、電池セル7は、四角形電池セルであってもよい。
いくつかの実施例では、ケース20は、一体に形成される筒体21と蓋体22を含み、筒体21は、電極アセンブリ10の外周を囲むように設置される。例示的に、筒体21は、角筒であってもよい。
筒体21の蓋体22から離反する端に、開口を有し、カバープレート50は、筒体21の開口箇所に被せられて、筒体21の開口を密閉する。例示的に、カバープレート50は、筒体21に溶接される。
いくつかの実施例では、電池セルは、極性が逆である第一の電極端子30と、第二の電極端子90とをさらに含み、第一の電極端子30は、電極アセンブリ10の第一のタブに電気的に接続されるために用いられ、第二の電極端子90は、電極アセンブリ10の第二のタブに電気的に接続されるために用いられる。
いくつかの実施例では、第一の電極端子30と第二の電極端子90は、いずれも蓋体22に取り付けられる。
電池では、バスバー部材は、複数の電池セルの電極端子に接続されて、複数の電池セルを直列接続し、並列接続し、又は直並列接続する。第一の電極端子30と第二の電極端子90は、いずれもバスバー部材に接続されるために用いられてもよい。
電池が外部衝撃を受けた場合、バスバー部材は、第一の電極端子30と第二の電極端子90によって蓋体22を引っ張り、蓋体22と筒体21の接続箇所に力が作用する。蓋体22と筒体21が別体構造である場合、例えば蓋体22と筒体21が溶接によって繋がる場合、蓋体22と筒体21の接続箇所が力の作用により接続の失効が発生する可能性がある。本出願の実施例は、蓋体22と筒体21を一体に設置することによって、蓋体22と筒体21との接続箇所の強度を向上させ、蓋体22と筒体21との接続が失効するリスクを低減する。
いくつかの実施例では、ケース20は、電極アセンブリの正極に電気的に接続せず、電極アセンブリの負極にも電気的に接続されない。言い換えれば、ケース20は、帯電しない。
いくつかの実施例では、電極アセンブリ10の第一のタブと第二のタブは、電極アセンブリの蓋体22に向かう同じ側に位置する。
いくつかの実施例では、第一の貫通孔323は、第一の電極端子30に開設されてもよい。
本出願のいくつかの実施例によれば、電力消費装置をさらに提供し、この電力消費装置は、以上のいずれか一つの実施例の電池を含み、電池は、電力消費装置に電気エネルギーを提供するために用いられる。電力消費装置は、電池セルを応用する前記いずれか一つの機器又はシステムであってもよい。
図4から図7を参照すると、本出願のいくつかの実施例によれば、円筒電池セル7を提供し、この円筒電池セル7は、電極アセンブリ10と、ケース20と、電極端子30と、集電部品40と、カバープレート50とを含む。
ケース20は、一体に形成される筒体21と、蓋体22とを含み、筒体21は、電極アセンブリ10の外周を囲むように設置され、蓋体22には、電極引出孔221が設けられる。筒体21の蓋体22から離反する端に、開口211を有し、カバープレート50は、筒体21の開口箇所に被せられて、筒体21の開口を密閉する。
電極アセンブリ10は、ケース20内に収容され、本体部12と、第一のタブ11と、第二のタブ13とを含み、第一のタブ11と第二のタブ13は、本体部12から突出している。第一のタブ11は、電極アセンブリ10の電極端子30に向かう端に位置し、第二のタブ13は、電極アセンブリ10の電極端子30から離反する端に位置する。
電極端子30は、シールプレート33と、端子本体34とを含み、端子本体34は、電極引出孔221に取り付けられ、端子本体34は、凹部31と、凹部31の電極アセンブリ10に向かう側に位置する接続部32とを含み、第一の貫通孔323は、接続部32を貫通し、第一の貫通孔323は、ケース20の内部空間に電解液を注入するために用いられる。シールプレート33の少なくとも一部は、凹部31に収容され、シールプレート33は、端子本体34に接続され、第一の貫通孔323をシールするために用いられる。
集電部品40は、接続部32に溶接され、少なくとも一つの第一の溶接部W1を形成し、集電部品40は、第一のタブ11に溶接され、少なくとも一つの第二の溶接部W2を形成することによって、接続部32と第一のタブ11とを電気的に接続する。
説明すべきこととして、矛盾しない限り、本出願における実施例及び実施例における特徴は、互いに組み合わせられることが可能である。
最後に説明すべきこととして、以上の実施例は、本出願の技術案を説明するためのものに過ぎず、それを限定するものではない。前記実施例を参照しながら、本出願を詳細に説明したが、当業者は、依然として前記各実施例に記載された技術案を修正したり、そのうちの一部の技術的特徴に対して同等置換を行ったりすることができ、これらの修正又は置換は、該当する技術案の趣旨を本出願の各実施例の技術案の精神と範囲から逸脱させるものではないと理解すべきである。
Claims (32)
- 電池セルであって、
第一のタブを含む電極アセンブリと、
前記電極アセンブリを収容するためのケースと、
前記ケースに設置され、前記第一のタブに電気的に接続され、前記ケースの内部空間に電解液を注入するための第一の貫通孔が設けられる電極端子とを含む、電池セル。 - 前記電極端子は、少なくとも一つの第一の溶接部によって前記第一のタブとの電気的な接続を実現する、請求項1に記載の電池セル。
- 前記第一の溶接部の数は、一つであり、前記第一の溶接部は、前記第一の貫通孔の周方向に沿って延び、前記第一の貫通孔の少なくとも一部を囲む、請求項2に記載の電池セル。
- 前記第一の溶接部は、前記第一の貫通孔の周方向に沿って前記第一の貫通孔の一部のみを囲む、請求項3に記載の電池セル。
- 前記第一の溶接部が前記第一の貫通孔を囲む角度は、αであり、180°≦α≦360°である、請求項3又は4に記載の電池セル。
- 前記第一の溶接部は、複数であり、複数の前記第一の溶接部は、前記第一の貫通孔の周方向に沿って間隔をあけて設置される、請求項2に記載の電池セル。
- 隣接しているいずれか二つの前記第一の溶接部の前記第一の貫通孔の周方向に沿う間隔角度は、30°よりも小さい、請求項6に記載の電池セル。
- 各前記第一の溶接部は、前記第一の貫通孔の径方向に沿って延びる、請求項6又は7に記載の電池セル。
- 前記第一の貫通孔の軸方向に、前記第一の溶接部の深さは、hであり、前記第一の貫通孔の径方向に、前記第一の溶接部と前記第一の貫通孔との間の最小ピッチは、dであり、
dとhは、0.1≦h/d≦0.6を満たす、請求項2から8のいずれか1項に記載の電池セル。 - dとhは、0.2≦h/d≦0.5を満たす、請求項9に記載の電池セル。
- 1.6mm≦d≦5.5mmである、請求項9又は10に記載の電池セル。
- 前記電極アセンブリは、捲回構造であり、前記電極アセンブリは、捲回中心箇所に第二の貫通孔を有し、
前記第一の貫通孔は、前記第一の貫通孔を介して注入される電解液が前記第二の貫通孔に流入できるように、前記第二の貫通孔と連通する、請求項1から11のいずれか1項に記載の電池セル。 - 前記第一の貫通孔の軸方向に、前記第一の貫通孔の投影は、前記第二の貫通孔の投影と少なくとも部分的に重なる、請求項12に記載の電池セル。
- 前記第一の貫通孔の軸方向に、前記第二の貫通孔の投影は、前記第一の貫通孔の投影よりも大きい、請求項12又は13に記載の電池セル。
- 前記第一の貫通孔の軸方向に、前記第一の貫通孔の投影は、前記第二の貫通孔の投影内に位置する、請求項13又は14に記載の電池セル。
- 前記第一の貫通孔の孔径は、D1であり、前記第二の貫通孔の孔径は、D2であり、D1とD2は、65%≦D1/D2≦95%を満たす、請求項14又は15に記載の電池セル。
- D2≧D1+0.2mmである、請求項16に記載の電池セル。
- 前記電極端子と前記第一のタブとを電気的に接続するための集電部品をさらに含み、
前記集電部品は、第三の貫通孔を含み、前記第三の貫通孔の少なくとも一部は、前記第一の貫通孔と前記第二の貫通孔との間に設けられる、請求項12から16のいずれか1項に記載の電池セル。 - 前記第一の貫通孔の軸方向に、前記第三の貫通孔の投影は、前記第二の貫通孔の投影よりも小さい、請求項18に記載の電池セル。
- 前記第一の貫通孔の軸方向に、前記第三の貫通孔の投影は、前記第一の貫通孔の投影よりも大きい、請求項18又は19に記載の電池セル。
- 前記第一の貫通孔の軸方向に、前記第一の貫通孔の投影は、前記第三の貫通孔の投影内に位置し、前記第三の貫通孔の投影は、前記第二の貫通孔の投影内に位置する、請求項18から20のいずれか1項に記載の電池セル。
- 前記第一の貫通孔、前記第二の貫通孔及び前記第三の貫通孔は、同軸に設置される、請求項18から21のいずれか1項に記載の電池セル。
- 前記電極端子は、シールプレートと、端子本体とを含み、前記端子本体には、前記第一の貫通孔が設けられ、前記シールプレートは、前記端子本体に接続され前記第一の貫通孔をシールするために用いられる、請求項1から22のいずれか1項に記載の電池セル。
- 前記端子本体は、凹部と、前記凹部の前記電極アセンブリに向かう側に位置する接続部とを含み、前記第一の貫通孔は、前記接続部を貫通し、前記接続部は、少なくとも一つの第一の溶接部によって前記第一のタブとの電気的な接続を実現し、
前記シールプレートの少なくとも一部は、前記凹部に収容される、請求項23に記載の電池セル。 - 前記ケースは、筒体と、前記筒体に接続される蓋体とを含み、前記筒体は、前記電極アセンブリの外周を囲むように設置され、前記蓋体には、電極引出孔が設けられ、前記電極端子は、前記電極引出孔に設置される、請求項1から24のいずれか1項に記載の電池セル。
- 前記蓋体と前記筒体は、一体に成形される構造である、請求項25に記載の電池セル。
- 前記電極アセンブリは、第二のタブをさらに含み、前記第二のタブは、前記第一のタブの極性と逆であり、前記第二のタブは、前記蓋体に電気的に接続される、請求項25又は26に記載の電池セル。
- 前記第一のタブは、前記電極アセンブリの前記電極端子に向かう端に位置し、前記第二のタブは、前記電極アセンブリの前記電極端子から離反する端に位置する、請求項27に記載の電池セル。
- 前記第二のタブは、負極タブであり、前記ケースの基体材質は、鋼である、請求項27又は28に記載の電池セル。
- 前記筒体の前記蓋体から離反する端に開口を有し、前記電池セルは、前記開口を密閉するためのカバープレートをさらに含む、請求項25から29のいずれか1項に記載の電池セル。
- 複数の請求項1から30のいずれか1項に記載の電池セルを含む、電池。
- 請求項31に記載の電池を含み、前記電池は、電気エネルギーを提供するために用いられる、電力消費装置。
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