JP2024505642A - 電池セル、電池、電力消費装置及び電池セルを製造する方法と装置 - Google Patents

電池セル、電池、電力消費装置及び電池セルを製造する方法と装置 Download PDF

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Abstract

本出願の実施例は、電池セル、電池、電力消費装置及び電池セルを製造する方法と装置を開示し、電力消費装置には電池が組み立てられ、電池内に、第1の開口を有するケースとケース内に設置される電極アセンブリとエンドキャップと放圧機構と第1の絶縁部材とを含む電池セルがあり、エンドキャップは第1の開口を覆い、放圧機構はエンドキャップに設けられ、放圧機構は、電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時に作動して電池セルの内圧を逃がし、第1の絶縁部材は、電極アセンブリとエンドキャップとを隔離すべくエンドキャップのうち電極アセンブリに近い側に位置し、第1の絶縁部材は、放圧機構を防護すべくエンドキャップの厚さ方向に沿うエンドキャップへの投影が放圧機構を覆うように構成される。該電池セルは、液漏れしにくく、安全性能に優れ、且つ耐用年数が長く、該電池セルが設けられた電池及び電力消費装置は、安全性が高く、且つ耐久性に優れる。

Description

本出願は、電池技術分野に関し、特に電池セル、電池、電力消費装置及び電池セルを製造する方法と装置に関する。
省エネと汚染物質の排出削減の大きな流れの中で、電池は、新エネルギー分野、例えば、電気自動車、新エネルギー自動車などに幅広く応用され、電動車両はすでに自動車産業の持続可能な発展の重要な構成部分となっている。
電池技術の発展において、電池の安全性能と耐用年数は無視できない要素であり、電池使用中に、液漏れがあると、往々にして電池の安全性能と耐用年数に大きな悪影響を与える。
本出願は、電池の液漏れ問題を緩和して電池の安全性能と耐用年数を向上させることができる電池セル、電池、電力消費装置及び電池セルを製造する方法と装置を提供することを目的とする。
第1の態様によれば、本出願の実施例は、電池セルを提供し、該電池セルは、
第1の開口を有するケースと、
前記ケース内に設置される電極アセンブリと、
エンドキャップと、放圧機構と、第1の絶縁部材とを含むエンドキャップアセンブリであって、前記エンドキャップは前記第1の開口を覆い、前記放圧機構は前記エンドキャップに設けられ、前記放圧機構は、前記電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時に作動して前記電池セルの内圧を逃がすように構成されており、前記第1の絶縁部材は、前記電極アセンブリと前記エンドキャップとを隔離するように、前記エンドキャップの、前記電極アセンブリに近い側に位置し、前記第1の絶縁部材は、前記放圧機構を防護するために、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構を覆うように構成されているエンドキャップアセンブリとを含む。
本出願の実施例の技術案において、電池セルには放圧機構が設置され、電池セルの内圧又は温度が設定閾値に達した時に、放圧機構は作動して、内圧又は温度を逃がすことによって電池セルの安全性を確保し、衝撃、高所からの落下などの原因で電池セル内部の電解液が揺れる場合、第1の絶縁部材で放圧機構を完全に遮蔽し、電解液の揺れ時の衝撃を受けた放圧機構の開放又は破裂による電解液の漏れを回避することによって、電池セルの寿命を向上させる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記放圧機構と前記第1の絶縁部材は、前記エンドキャップの厚さ方向で第1の隙間を有し、前記電池セルは、前記電池セルの内部と前記第1の隙間を連通させるように構成されている流路をさらに含む。
電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時、放圧機構が圧力作用で作動し、電池セル内部のガスは、流路を通って第1の隙間に到達して放圧機構から逃され、それによって電池セルの液漏れを減少させるとともに、放圧機構の機能を確保し、電池セルの安全性を向上させる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記流路は、前記第1の絶縁部材に設けられる第2の開口を含み、前記第2の開口は、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構からずれているように構成されている。
第1の絶縁部材における第2の開口は、電池セル内部の排出物を放圧機構からスムーズに逃すことを可能にし、第1の絶縁部材における第2の開口が放圧機構からずれているため、電池の衝撃又は落下により電解液がケース内で振動する時に電解液による放圧機構への衝撃を効果的に防止することができ、電解液が第2の開口から第1の隙間に流入しても、衝撃力が主にエンドキャップに作用し、放圧機構は直接の衝撃力を受けることがない。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第2の開口は前記第1の絶縁部材の外周縁に位置する。
第2の開口が第1の絶縁部材の外周縁に位置する場合、第1の絶縁部材の中部位置に設置される場合に比べて、電極アセンブリが第2の開口を塞ぎにくく、それによって排出物のスムーズな逃しを確保し、電池の安全性を向上させる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第1の絶縁部材はベース壁と側壁とを含み、前記ベース壁は前記エンドキャップと対向して設置され、前記第1の隙間は前記ベース壁と前記エンドキャップとの間に形成され、前記側壁は、前記ベース壁の外周に周設され、前記第2の開口は前記側壁に設けられる。
側壁がベース壁の外周に周設されて、ベース壁の構造的強度を向上させ、ベース壁を撓み変形しにくくすることができるとともに、第2の開口が側壁に設置されるため、第2の開口の塞ぎをさらに回避し、第2の開口が電池セルの内部と第1の隙間を連通させて排出物をスムーズに逃すことができることを確保し、電池セルの安全性を確保する。本出願の一実施例において、任意選択的に、前記側壁は、前記エンドキャップに近い第1の端と、前記エンドキャップから離れる第2の端とを有し、前記第2の開口は、前記側壁が前記第1の端から前記第2の端に向かって凹む凹溝である。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第1の端は前記ベース壁から突出し、前記凹溝の深さは、前記第1の端が前記ベース壁から突出する高さより小さい。
凹溝の深さが第1の端のベース壁から突出する高さより小さいため、側壁は、第2の開口を有する場合にもベース壁を囲むという状態を依然として維持することができ、それによってベース壁の構造的強度を確保し、ベース壁が変形しにくくなる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第1の端は前記エンドキャップと当接し、前記第2の端は前記電極アセンブリと当接する。
エンドキャップは、第1の絶縁部材によって電極アセンブリを押圧し、軸方向で電極アセンブリをリミットし、電極アセンブリの軸方向での揺れを回避する。本出願の一実施例において、任意選択的に、前記電池セルは、
前記エンドキャップに固定される電極端子と、
順に積層設置される第1の接続部分と、第2の接続部分と、第3の接続部分とを含むアダプタであって、前記第1の接続部分は前記電極アセンブリに接続するためのものであり、前記第3の接続部分は前記電極端子に接続するためのものであり、第2の接続部分は前記第1の接続部分と前記第2の接続部分とを接続するためのものであるアダプタとをさらに含み、
前記ベース壁は第1のベース部と第2のベース部とを含み、前記第1のベース部と前記第2のベース部との間に段差が形成され、前記第1のベース部は前記第3の接続部分に当接し、前記第2のベース部は前記第2の接続部分に当接し、
前記側壁は第1の部分と第2の部分とを含み、前記第1の部分は前記第1のベース部の外周に接続され、前記第2の部分は前記第2のベース部の外周に接続され、前記第2の開口は前記第2の部分に設けられる。
アダプタの第1の接続部分、第2の接続部分と第3の接続部分は順に積層され、ここで、第2の接続部分と第3の接続部分は階段状構造を形成して、放圧機構の対応する位置により多くの空間を確保し、それに対して、ベース壁に段差が形成され、アダプタを押圧することができるだけでなく、さらに第1の隙間を第2のベース部の対応する位置で増大させる。以上の設置により、エンドキャップアセンブリの全体的な厚さを増加させることなく、第1の隙間を可能な限り大きく設置することができ、それによって圧力を逃す必要がある時に排気速度を可能な限り高くすることができ、電池セルの安全性を向上させることができる。
そして、第2の開口が第2の部分に位置し、第1の隙間がここで相対的に増大するため、流路中の排出物は第1の隙間に迅速に入ることができ、さらに、迅速に逃し、電池セルの安全性を向上させる効果を果たす。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第2の開口の、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影に対応する円心角は、前記放圧機構に対応する円心角と少なくとも部分的に重なる。
上記技術案では、第2の開口が放圧機構に近く、排出物能は放圧機構に迅速に到達し且つ放出されることができ、放圧機構の応答速度を向上させる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記エンドキャップには第1の位置決め部が設けられており、前記ベース壁には第2の位置決め部が設けられており、前記第1の位置決め部と前記第2の位置決め部は係合して、前記エンドキャップと前記第1の絶縁部材の周方向位置決めを実現する。
エンドキャップと第1の絶縁部材は第1の位置決め部と第2の位置決め部によって係合することによって、エンドキャップと第1の絶縁部材の迅速で正確な組み立てを実現することができるだけでなく、さらに周方向でエンドキャップと第1の絶縁部材との相対的位置を限定して、第2の開口と放圧機構が相対的な位置関係を維持することを確保し、電池セルの安全性と構造安定性を確保することができる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第2の開口の面積は前記放圧機構の面積の二分の一以上である。
第2の開口の面積が放圧機構の面積の二分の一以上であるように設定することで、第2の開口の面積が小さすぎるため放圧機構の正常な作動が阻害されるという問題を回避し、少なくとも電池セルの内圧が限界圧力値に達した時に、第1の隙間位置が開弁圧力値に達することを確保することによって、電池セルの安全性を確保することができる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記流路は、前記第1の絶縁部材の外周面と前記ケースの内壁との間に形成される第2の隙間を含み、前記第2の隙間は、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構からずれているように構成されている。
第2の隙間が第1の隙間と直接連通するためのものであり、又は第2の隙間は第2の開口を介して第2の隙間と連通することによって、放圧機構によって圧力を逃がすという需要を満たし、且つ第2の隙間を放圧機構からずらすことによって電解液による放圧機構への衝撃を防止するという目的を両立させる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第2の隙間の最小通気面積は前記放圧機構の面積の二分の一以上である。
第2の隙間の最小通気面積が放圧機構の二分の一以上である場合、第2の隙間の通気面積が小さすぎるため放圧機構が正常に作動できなくなるという問題を効果的に回避し、少なくとも電池セルの内圧が限界圧力値に達した時に、第1の隙間位置が開弁圧力値に達することを確保することによって、電池セルの安全性を確保することができる。
本出願の一実施例において、任意選択的に、前記第1の絶縁部材の外周面は少なくとも一部が斜面であり、それによって前記第2の隙間の幅は前記エンドキャップから離れる方向に沿って次第に増大する。
第1の絶縁部材が少なくとも第2の隙間位置で斜面であるため、ガスを第2の隙間内に集中させ且つ第1の隙間に入らせて逃すことを容易にし、そして製造公差による第1の絶縁部材とケース内壁との干渉で第2の隙間が塞がるという状況を回避することができ、また、エンドキャップアセンブリがケースの第2の開口に組み立てられる時にケースの内壁と干渉する状況を減少させることができる。
第2の態様によれば、本出願の実施例は、電池を提供し、該電池は、前記の電池セルを含む。
本実施例による電池は、その内部の各電池セルは、安全性を保証するために、それぞれ放圧機構を有し、そして各電池セルが衝撃を受け又は落下した場合にも放圧機構が損傷しにくく、電池全体の耐久性が良く、安全性能に優れている。
第3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、該電力消費装置は、電気エネルギーを提供するための前記の電池を含む。
本実施例による電力消費装置には、耐落下性、耐久性能、安全性能に優れている電池が取り付けられており、その電池による給電の信頼性が高く、電力消費装置は安定的に動作し、安全性が高く、耐久性に優れている効果を有する。
第4の態様によれば、本出願の実施例は、電池セルの製造方法を提供し、該方法は、
第1開口を有するケースを提供することと、
電極アセンブリを提供することと、
エンドキャップと、放圧機構と、第1の絶縁部材とを含むエンドキャップアセンブリを提供することであって、前記放圧機構は前記エンドキャップに設けられ、前記放圧機構は、前記電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時に作動して前記電池セルの内圧を逃がすように構成されており、前記第1の絶縁部材は前記エンドキャップの一方側に位置し、前記第1の絶縁部材は、前記放圧機構を防護するために、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構を覆うように構成されていることと、
前記電極アセンブリを前記ケース内に入れ、前記エンドキャップで前記第1の開口を覆い、前記電極アセンブリと前記エンドキャップとを隔離するように、前記第1の絶縁部材を前記エンドキャップの前記電極アセンブリに近い側に位置させることとを含む。
第5の態様によれば、本出願の実施例は、電池セルの製造装置を提供し、該装置は、
第1の開口を有するケースを提供するための第1の提供装置と、
電極アセンブリを提供するための第2の提供装置と、
エンドキャップと、放圧機構と、第1の絶縁部材とを含むエンドキャップアセンブリを提供するための第3の提供装置であって、前記放圧機構は前記エンドキャップに設けられ、前記放圧機構は、前記電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時に作動して前記電池セルの内圧を逃がすように構成されており、前記第1の絶縁部材は前記エンドキャップの一方側に位置し、前記第1の絶縁部材は、前記放圧機構を防護するために、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構を覆うように構成されている第3の提供装置と、
前記電極アセンブリを前記ケース内に入れ、且つ前記エンドキャップで前記第1の開口を覆い、それによって前記電極アセンブリと前記エンドキャップとを隔離するように、前記第1の絶縁部材を前記エンドキャップの前記電極アセンブリに近い側に位置させるための組み立て装置とを含む。
以上の説明は、ただ本出願の実施例の技術案の概要に過ぎず、本出願の実施例の技術的手段をより明確に理解するために、明細書の内容に基づいて実施することができ、且つ本出願の実施例の上記及び他の目的、特徴及び利点をさらに明らかで分かりやすくするために、以下は、特に本出願の具体的な実施形態を挙げて説明する。
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。
本出願の一実施例による車両の概略図である。 本出願の一実施例による電池の構造概略図である。 本出願の一実施例による電池モジュールの分解図である。 本出願の一実施例による電池セルの断面図である。 本出願の一実施例による電池セルの分解図である。 本出願の一実施例による電池セルをその軸線に沿って切断した断面図である。 図6のVI部分の拡大図である。 本出願の一実施例による第1の絶縁部材の構造概略図である。 本出願の別の実施例による第1の絶縁部材の第2の開口の概略図である。 本出願の別の実施例による第1の絶縁部材の別の第2の開口の概略図である。 本出願の別の実施例による第1の絶縁部材のさらに別の第2の開口の概略図である。 本出願の一実施例による第1の絶縁部材の上面概略図である。 本出願の一実施例による第1の絶縁部材の正面概略図である。 図12の第1の絶縁部材のXII-XIIに沿う断面概略図である。 本出願の一実施例による第1の絶縁部材の別の第2の開口の概略図である。 本出願の一実施例による、複数の第2の開口を有する第1の絶縁部材の構造概略図である。 本出願のさらに別の実施例による第1の絶縁部材の構造概略図である。 本出願のさらに別の実施例による第1の絶縁部材の別の第2の隙間の構造概略図である。 本出願の一実施例による電池セルをその軸線に沿って切断した局所概略図である。 本出願の一実施例による第2の開口のエンドキャップへの投影概略図である。 本出願の一実施例によるエンドキャップアセンブリの構造概略図である。 本出願の一実施例によるエンドキャップアセンブリの一つの視角での分解図である。 本出願の一実施例によるエンドキャップアセンブリの別の視角での分解図である。 本出願の一実施例による電池セルの製造方法の概略的フローチャートである。 本出願の一実施例による電池セルの製造装置の概略的ブロック図である。
図面において、図面は、実際の縮尺に応じて描かれるものではない。
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の図面の説明における用語である「含む」、「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。本出願の明細書と請求の範囲又は上記の図面における用語である「第1」、「第2」などは、異なる対象を区別するためのものであり、特定の順序又は主副関係を説明するためのものではない。
本出願に言及された「実施例」は、実施例で説明された特定の特徴、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てもよいことを意味する。明細書における各箇所に記載されたこの語句は、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。当業者は、本出願に記述された実施例が他の実施例と組み合わされてもよいことを明示的かつ暗示的に理解できる。
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、「取り付け」、「繋がり」、「接続」、「付設」という用語は、広義に理解されるべきであり、例えば、固定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、直接接続してもよく、中間媒体を介して間接に接続してもよく、二つの素子の内部を連通させてもよい。当業者は、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「及び/又は」という用語は、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てもよいことを表し、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の三つのケースを表してもよい。また、本出願における文字「/」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。
本出願の実施例において、同一の符号は同一の部材を表し、また、簡潔のために、異なる実施例において、同一の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、図面に示される本出願の実施例における各部材の厚さ、長さ・幅などの寸法、及び集積装置の全体的な厚さ、長さ・幅などの寸法は、例示的なものに過ぎず、本出願を限定するものではない。
本出願に記載された「複数」は、二つ以上(二つを含む)を意味する。同様に、「複数のグループ」は、二つのグループ以上(二つのグループを含む)を意味し、「複数枚」は、二枚以上(二枚を含む)を意味する。
本出願において、電池セルは、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン一次電池、リチウム硫黄電池、ナトリウムリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池又はマグネシウムイオン電池などを含んでもよいが、本出願の実施例では、それを限定しない。電池セルは、円筒体、扁平体、直方体、又はその他の形状などをなしてもよく、本出願の実施例ではこれについても限定しない。電池セルは、パッケージングの形態によって、一般的には、円筒型電池セル、直方体角形電池セルとパウチ電池セルの三つの種類に分けられ、本出願の実施例ではこれについても限定しない。
本出願の実施例で言及した電池は、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的モジュールを指す。例えば、本出願に言及される電池には、電池モジュール又は電池パックなどが含まれてもよい。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、液体又はその他の異物が電池セルの充電又は放電に影響を与えること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を含み、電極アセンブリは正極板、負極板及びセパレータによって構成される。電池セルは、主に金属イオンが正極板と負極板との間で移動することにより作動する。正極板は、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布されており、正極活物質層が塗布されていない集電体は、正極活物質層が塗布された集電体から突出しており、正極活物質層が塗布されていない集電体は、正極タブとされる。リチウムイオン電池を例にして、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布されており、負極活物質層が塗布されていない集電体は、負極活物質層が塗布された集電体から突出しており、負極活物質層が塗布されていない集電体は、負極タブとされる。負極集電体の材料は銅であってもよく、負極活物質は、炭素又はシリコンなどであってもよい。大電流を流しても溶断が生じないように、正極タブの数は複数で積層されており、負極タブの数は複数で積層されている。セパレータの材質は、PP又はPEなどであってもよい。また、電極アセンブリは、巻回型構造であってもよいし、積層型構造であってもよく、本出願の実施例はこれに限定されるものではない。電池技術の発展は、多岐にわたる設計因子、例えば、エネルギー密度、サイクル寿命、放電容量、充放電レートなどの性能パラメータを同時に考慮しなければならず、また、電池の安全性を考慮する必要もある。
電池セルにとって、主な安全上のリスクは充放電過程に由来するものであり、適切な環境温度設計が必要とされる。不必要な損失を効果的に回避するために、電池セルに対して、一般的には、少なくとも3重の保護手段が存在する。具体的には、保護手段は少なくとも、スイッチ素子、適切なセパレータ材料の選択及び放圧機構を含む。スイッチ素子は、電池セル内の温度又は抵抗が一定の閾値に達したときに電池の充電又は放電を停止できる素子である。セパレータは、正極板と負極板とを隔離するためのものであり、一定の温度まで昇温する時にそれに付着しているミクロンオーダー(さらにはナノメートルオーダー)の微細孔を自動的に溶解して除去することができ、それによって金属イオンがセパレータを通過できなくなり、電池セルの内部反応を終止する。
放圧機構は、電池セルの内圧又は温度が所定閾値に達したときに作動して内圧又は温度を逃がす素子又は部材である。この閾値の設計は、設計の需要によって異なっている。前記閾値は、電池セルにおける正極板、負極板、電解液及びセパレータのうちの一つ又は複数の材料によって決まる可能性がある。
本出願で言及した「作動」は、放圧機構に動作が発生するか又は一定の状態まで活性化されることによって、電池セルの内圧及び温度を逃がすことである。放圧機構に発生する動作は、放圧機構の少なくとも一部が破裂、破砕、破断又は開放されることなどを含んでもよいが、それらに限らない。放圧機構が作動するとき、電池セルの内部の高温高圧物質は、排出物として、作動する部位から外へ排出される。この方式で、圧力又は温度が制御可能である場合には、電池セルの圧力を逃がすことができ、それによって潜在的なより深刻な事故の発生を回避する。
本出願で言及した電池セルからの排出物は、電解液、溶解又は分裂された正負極板、セパレータの破片、反応によって生成された高温高圧ガス、火炎などを含むが、それらに限らない。
電池セルにおける放圧機構は、電池の安全性に対して重要な影響を及ぼす。例えば、短絡、過充電などの現象が発生した時、電池セル内部に熱暴走が発生することによって圧力又は温度の急上昇を引き起こす可能性がある。このような場合には、放圧機構の作動によって内圧又は温度を外へ放出し、電池セルの爆発、発火を防止することができる。
放圧機構は、防爆弁、空気弁、放圧弁又は安全弁などのような形式を用いてもよく、且つ具体的には感圧又は感温性の素子又は構造を用いてもよく、即ち、電池セルの内圧又は温度が所定閾値に達した時に放圧機構が動作を実行するか又は放圧機構に設けられる脆弱構造が破裂されることによって、内圧又は温度を逃がすための貫通口又は通路を形成する。
使用中に電池セルに液漏れが発生する場合があり、電池セルに液漏れが発生した時に、電池セルが正常に動作できなくなることを意味し、電池セルの寿命に影響を与える。発明者の研究によると、液漏れの位置が常に放圧機構位置に現れ、電池セルには異常なガス発生又は高温問題が発生していなくても、放圧機構位置で液漏れが発生する可能性もある。液漏れが発生した後、発明者が品質のより高い放圧機構に交換したが、液漏れの問題は解決されていない。そのため、発明者の更なる研究によると、電池セルが衝撃を受け又は落下した時に、電解液は電池セルの内部で揺れて放圧機構に衝撃することによって、放圧機構の開放、破損又は亀裂の発生を招き、電解液の漏れを引き起こす。電解液が放圧機構に衝撃したが、放圧機構に明らかな破壊が発生しておらず、観察しにくい亀裂のみが発生した場合にも、放圧機構の構造的強度を低下させ、後続の使用プロセスにおいて、電池セルの内圧が正常な範囲内にあるが、放圧機構の作動が異常になることが発生する可能性があり、電池セルの安全性と耐用年数を低下させる。
これに鑑み、電池セルの安全性と耐用年数を向上させるために、本出願の実施例は、技術案を提供し、電池セルの放圧機構の対応する位置に放圧機構を遮蔽する防護構造を設置し、電池セル内部の電解液が揺れる時に、防護構造が放圧機構方向に向かう力積を阻止して、放圧機構の損傷を防止し、且つ液漏れによる電池セルの安全性と耐用年数の低下の問題をさらに解決する。
本出願の実施例で説明された技術案はいずれも電池を使用する様々な装置、例えば、携帯電話、携帯型デバイス、ノートパソコン、電動スクーター、電動玩具、電動工具、電動車両、船舶及び宇宙機などに適用でき、例えば、宇宙機は飛行機、ロケット、スペースシャトル及び宇宙船などを含む。
理解すべきこととして、本出願の実施例で説明された技術案は、上記で記述された機器のみに適用できるというわけではなく、電池を使用する全ての機器に適用できるが、説明を簡潔にするために、下記実施例では、電動車両を例にして説明する。
例えば、図1に示すように、本出願の一実施例の車両1であり、車両1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い。車両1の内部には、モータ2、コントローラ3、及び電池4が設置されてもよく、コントローラ3は、電池4がモータ2に給電するように制御するためのものである。例えば、車両1の底部又は前部又は後部に電池4が設置されてもよく。電池4は、車両1への給電に用いることができる。例えば、電池4を車両1の操作電源として、車両1の電気回路システムに用いることができ、例えば、車両1の始動、ナビゲーション及び走行時の作動電力需要に用いることができる。本出願の別の実施例において、電池4は、車両1の操作電源として用いることができるだけでなく、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もできる。
異なる電力使用需要を満たすために、電池4は複数の電池セルを含んでもよく、ここで、複数の電池セルの間は、直列接続又は並列接続又は直並列接続されてもよく、直並列接続は、直列接続と並列接続との混合を指す。電池4は、電池パックと呼ばれてもよい。任意選択的に、図2及び図3に示すように、複数の電池セルを、まず直列接続又は並列接続又は直並列接続して電池モジュール41を構成し、次に複数の電池モジュール41を直列接続又は並列接続又は直並列接続して電池4を構成してもよい。つまり、複数の電池セルは、電池4を直接構成してもよいし、電池モジュール41を構成してから、電池モジュール41で電池4を構成してもよい。
電池4は複数の電池セルを含んでもよい。電池4は、筐体42(又はカバーと呼ばれる)をさらに含んでもよく、筐体42内部が中空構造であり、複数の電池セルが筐体42内に収容される。筐体42は、収容するための二つの部分を含んでもよく(図2を参照してもよい)、ここで、それぞれ蓋体43と下筐体44と呼ばれ、蓋体43と下筐体44が一体に係合される。蓋体43と下筐体44の形状は、複数の電池セルを組み合わせた形状に応じて決定されてもよく、蓋体43と下筐体44はいずれも一つの開口を有してもよい。例えば、蓋体43と下筐体44は、いずれも中空の直方体であってもよく、且つそれぞれ一つの面のみが開口面であり、蓋体43の開口と下筐体44の開口が対向して設置されるとともに、蓋体43と下筐体44が互いに係合されて密閉キャビティを有する筐体42を形成する。蓋体43と下筐体44のうち、一方が開口を有する直方体であり、他方が、直方体の開口を密閉するようにカバープレート構造であってもよい。複数の電池セルは、互いに並列接続又は直列接続又は直並列接続されて組み合わせた後に、蓋体43と下筐体44を係合して形成された筐体42内に置かれる。
任意選択的に、電池4は他の構造をさらに含んでもよい。例えば、該電池4は、複数の電池セル45の間の電気的接続、例えば、並列接続又は直列接続又は直並列接続を実現するためのバスバー部材をさらに含んでもよい。具体的には、バスバー部材は、電池セル45の電極端子に接続されることで電池セル45の間の電気的接続を実現することができる。さらに、バスバー部材は、溶接によって電池セル45の電極端子に固定されてもよい。複数の電池セル45の電気エネルギーは、さらに導電機構により筐体42を通過して引き出すことができる。任意選択的に、導電機構は、バスバー部材に属してもよい。
以下では、いずれか一つの電池セル45に対して詳しく記述し、図4と図5は、本出願の一実施例の電池セル45を示し、電池セル45は、ケース100と、エンドキャップアセンブリ300と、一つ又は複数の電極アセンブリ200とを含む。ケース100は、一つ又は複数の電極アセンブリ200を組み合わせた後の形状に応じて決定され、例えば、ケース100は、中空の直方体又は立方体又は円筒体であってもよく、ケース100における一つの面は、一つ又は複数の電極アセンブリ200をケース100内に置くことが可能になるように、開口を有し、記述を容易にするために、以下では該開口を第1の開口110と称する。例えば、ケース100が中空の直方体又は立方体である場合、ケース100における一つの平面は、第1の開口110を有する平面であり、該平面は、壁体を有しておらず、ケース100の内外を連通させるように構成されている。ケース100が中空の円筒体であってもよい場合、ケース100の端面は第1の開口110を有する平面であり、即ち該端面は、壁体を有しておらず、ケース100の内外を連通させるように構成されている。エンドキャップアセンブリ300は、該第1の開口110を覆い、且つケース100に接続されることによって、電極アセンブリ200を置くための密閉キャビティを形成し、該密閉キャビティ内に電解質、例えば、電解液が充填される。
エンドキャップアセンブリ300はエンドキャップ310と放圧機構320とを含み、エンドキャップ310は、ケース100の第1の開口110を覆い、且つケース100に接続するためのものであり、放圧機構320はエンドキャップ310に設置され、電池セル45の内圧又は温度が所定閾値に達した時、放圧機構320が動作を実行するか又は放圧機構320に設けられる脆弱構造が破裂されることによって、密閉キャビティの内圧を逃がす。
該電池セル45は、一つ又は複数の電極端子400をさらに含み、電極端子400はエンドキャップ310に設置されてもよい。エンドキャップ310は、通常、全体的に平板状を呈し、電極端子400はエンドキャップ310の平板面に固定され、電極端子400には一つの接続部品が接続されており、又はアダプタ500と呼ばれてもよく、それはエンドキャップ310と電極アセンブリ200との間に位置し、電極アセンブリ200と電極端子400との電気的接続を実現するためのものである。
各電極アセンブリ200は、いずれも第1のタブと第2のタブを有する。第1のタブと第2のタブは、極性が逆である。例えば、第1のタブが正極タブである場合、第2のタブは負極タブである。一つ又は複数の電極アセンブリの第1のタブは、一つのアダプタを介して一つの電極端子に接続され、例えば、正電極端子であり、一つ又は複数の電極アセンブリの第2のタブは、別のアダプタを介して別の電極端子に接続され、例えば、負電極端子である。つまり、正電極端子は一つのアダプタを介して正極タブに接続され、負電極端子は別のアダプタを介して負極タブに接続される。
該電池セル45において、実際の使用上の需要に応じて、電極アセンブリ200は一つ又は複数設置されてもよく、図5に示すように、電池セル45内に一つの独立した電極アセンブリ200が設置されている。
電極アセンブリ200の第1のタブ210と第2のタブ220は同一端に設置されてもよく、又は図6に示すように、電極アセンブリ200の第1のタブ210と第2のタブ220はそれぞれ両端に位置し、つまり、電極アセンブリ200は、一端には第1のタブ210が設置され、他端には第2のタブ220が設置される。それに応じて、電池セル45のケース100の両端はそれぞれ第1の開口110を有し、各第1の開口110にはそれぞれエンドキャップアセンブリ300が設置されており、各エンドキャップアセンブリ300に設置される電極端子400は、それぞれアダプタ500を介して一つのタブに接続される。各エンドキャップアセンブリ300の構造及びそれとケース100との接続構造は同じであってもよく、以下では、一つのエンドキャップアセンブリ300を例として説明する。
図7に示すように、エンドキャップアセンブリ300は、第1の絶縁部材330と第2の絶縁部材340とをさらに含む。第1の絶縁部材330は、エンドキャップ310の電極アセンブリ200に近い側に位置し、即ち第1の絶縁部材330は、電極アセンブリ200とエンドキャップ310とを隔離するように、エンドキャップ310と電極アセンブリ200との間に位置する。第2の絶縁部材340は、電極端子400とエンドキャップ310とを隔離するように、エンドキャップ310と電極端子400との間に位置する。
第1の絶縁部材330は、エンドキャップの厚さ方向Dに沿うエンドキャップ310への投影が放圧機構320を覆うように構成されている。電池セル45が衝撃を受け又は落下することにより、内部の電解液がケース100内で揺れ且つエンドキャップ310方向に向かって衝撃する場合、第1の絶縁部材330は、電解液を阻止して放圧機構320の代わりに衝撃を受けることによって、放圧機構320を防護して、放圧機構320の損傷を防止する。
本出願において、第1の絶縁部材330が放圧機構320を遮蔽することは、第1の絶縁部材330がエンドキャップの厚さ方向Dに沿って放圧機構320を完全に遮蔽し、又は放圧機構320上の脆弱構造を完全に遮蔽して、電解液の直接的な衝撃による放圧機構320の脆弱構造の損壊を減少させることを指す。
電池セル45の安全性を両立させるために、エンドキャップの厚さ方向Dにおいて、第1の絶縁部材330と放圧機構320との間にさらに第1の隙間Aがあるとともに、電池セル45内で、電池セル45の内部と第1の隙間Aを連通させるための流路が形成される。放圧機構320が作動する時、電池セル45内部の排出物、例えば、ガスなどは、流路を通って第1の隙間Aに到達し、放圧機構320位置から電池セル45の外部に逃がされることができる。
電池セル45の内部は、エンドキャップアセンブリ300がケース100の第1の開口110を覆った後、エンドキャップアセンブリ300とケース100の内壁との間に形成された空間を指す。本出願において、即ち第1の絶縁部材330とケース100が囲んで形成された、電極アセンブリ200を収容する空間である。
第1の絶縁部材330は、全体的にエンドキャップ310と間隔を置いて設置され、それによって第1の隙間Aを形成するように構成されてもよい。
第1の絶縁部材330は、一部がエンドキャップ310に貼り合わせ又は当接し、別の部分がエンドキャップ310から離れて第1の隙間Aを形成してもよい。いくつかの実施例において、第1の絶縁部材330はエンドキャップ310に向かう面に凹部が形成され、該凹部のエンドキャップ310への投影が放圧機構320に対応し、それによって第1の絶縁部材330と放圧機構320との間に第1の隙間Aが形成される。
いくつかの実施例において、エンドキャップ310は、第1の絶縁部材330に向かう表面において放圧機構320を超え、放圧機構320と第1の絶縁部材330との間の距離をエンドキャップ310と第1の絶縁部材330との間の距離より大きくすることによって、第1の絶縁部材330と放圧機構320との間で第1の隙間Aを形成することができる。
いくつかの実施例において、第1の絶縁部材330が放圧機構320からより遠く離れることができるために、アダプタ500は放圧機構320に対応する位置に回避空間が形成され、カバープレートアセンブリとアダプタ500全体が占有する空間を変えることなく、第1の隙間Aを増大させ、逃し効果を向上させる。
図7を参照されたく、アダプタ500は第1の接続部分510と、第2の接続部分520と、第3の接続部分530とを含み、ここで、第1の接続部分510は電極アセンブリ200に接続され、第3の接続部分530は電極端子400に接続され、第2の接続部分520は第1の接続部分510と第2の接続部分520とを接続する。
第1の接続部分510と第2の接続部分520との間、第2の接続部分520と第3の接続部分530との間にそれぞれ折り目が形成され、それによって第1の接続部分510、第2の接続部分520と第3の接続部分530をエンドキャップの厚さ方向Dに沿って順次積層する。第1の接続部分510、第2の接続部分520と第3の接続部分530の長さは不均等であってもよく、ここで言う第1の接続部分510の長さは、アダプタ500の一端から第1の接続部分510と第2の接続部分520との間の折り目までの距離を指し、第2の接続部分520の長さは、第1の接続部分510と第2の接続部分520との間の折り目と、第2の接続部分520と第3の接続部分530との間の折り目との距離を指し、第3の接続部分530の長さは、第2の接続部分520と第3の接続部分530との間の折り目からアダプタ500の他端までの距離を指す。ここで、第3の接続部分530の長さが第2の接続部分520より短く、それによって第3の接続部分530が第2の接続部分520に積層して階段状構造を形成する。
図7と図8に示すように、第1の絶縁部材330は、第1のベース部331aと第2のベース部331bで構成されるベース壁331を含み、ベース壁331とエンドキャップ310は対向して設置され、第1のベース部331aと第2のベース部331bとの間に段差が形成され、ここで言う段差は、第1のベース部331aと第2のベース部331bとの接続位置で折り返されて高さ差を有する二つの平面を形成することを指す。第1のベース部331aはエンドキャップ310と第3の接続部分530との間に設置され、第2のベース部331bの一面は、第2の接続部分520の、第3の接続部分530により覆われていない部分を押圧し、第2のベース部331bの別の面がエンドキャップ310と間隔を置いて設置されて第1の隙間Aを形成する。
該実施例における第1の絶縁部材330は、第2のベース部331bと放圧機構320との間に第1の隙間Aが形成されて、電池セル45の安全性を確保するとともに、第1のベース部331aによって圧力を伝達してアダプタ500を押圧して、組み立てを安定的にすることができる。
いくつかの実施例において、第1の絶縁部材330はアダプタ500に当接しなくてもよく、アダプタ500は、依然として、第3の接続部分530が第2の接続部分520より短い方式で、階段状構造を形成することによって、アダプタ500において、放圧機構320に対応する領域と回避空間を形成して、第1の隙間Aを形成する空間を提供することができる。
いくつかの実施例において、流路は、第1の絶縁部材330に形成された第2の開口Bを含んでもよい(図7を参照してもよい)。エンドキャップ310の厚さ方向Dに沿って、該第2の開口Bのエンドキャップ310への投影は放圧機構320からずれており、電解液が揺れる時に第1の絶縁部材330で電解液が放圧機構320に直接衝撃することを阻止する。電池セル45の内圧又は温度が所定閾値に達した時、排出物は、第2の開口Bを経て第1の隙間Aに入り、それによって放圧機構320によって排出することができる。
第1の絶縁部材330における第2の開口Bは、第1の絶縁部材330のベース壁331に形成され、且つそのエンドキャップ310への投影が放圧機構320からずれてもよい。
例えば、図9に示すように、ベース壁331の中部位置に近い(即ちベース壁331の外周縁位置から離れ)、第2のベース部331bに一面から別の面まで貫通する孔が形成され、貫通方向はエンドキャップの厚さ方向Dに沿ってもよく、貫通方向はエンドキャップの厚さ方向Dに対して傾斜し且つ傾斜角度が90°より小さくてもよく、該貫通した孔を、逃すための第2の開口Bとする。
第2の開口Bは、さらに、第1のベース部331aと第2のベース部331bとの接続位置に形成されてもよく、該接続位置は、即ちベース壁331において高さ差のある第1のベース部331aと第2のベース部331bとを接続するための部分であり、該部分は、第1のベース部331a及び第2のベース部331bと一定の角度をなし、図10に示すように、該部分に一面から別の面まで貫通する孔が形成され、貫通方向はエンドキャップの厚さ方向Dに垂直であり、該貫通した孔は、電池セル内部と第1の隙間Aとの連通を実現し、逃すための第2の開口とされる。
第2の開口Bがベース壁331の中部位置に近い場合、又は第2の開口Bが第1のベース部331aと第2のベース部331bとの接続位置における部分にある場合、第2の開口Bが電極アセンブリ200のタブに近いため、タブが変形して第2の開口Bを塞ぐ可能性があり、いくつかの実施例において、第2の開口Bは、第2のベース部331bの外周縁に形成され、それによって第2の開口Bをタブから相対的に離させてもよい。図11に示すように、ベース壁331は外周縁から径方向に沿って凹んで切り欠きを形成し、該切り欠きを、逃すための第2の開口Bとする。
本出願による一実施例において、第1の絶縁部材330は、ベース壁331の外周縁に周設される側壁332をさらに含み、図12は第1の絶縁部材330の上面概略図を示し、図13は第1の絶縁部材330の正面概略図を示す。側壁332は、ベース壁331の構造的強度を向上させ、ベース壁331を撓み変形しにくくすることによって、圧力をより良く伝達し、エンドキャップ310が第1の絶縁部材330によってアダプタ500を電極アセンブリ200に押圧するようにして、タブ、アダプタ500、電極端子400の間の接続が緩まないように、アダプタ500、電極アセンブリ200が衝撃力又は他の力を受けた場合にずれることを効果的に防止することができる。
いくつかの実施例において、第1の絶縁部材330における第2の開口Bはさらに側壁332に形成されてもよく、この場合に、流路は、第1の絶縁部材330の外周面とケース100の内壁との間に形成される第2の隙間Cをさらに含み(図7を参照してもよい)、エンドキャップの厚さ方向Dに沿って、該第2の隙間Cの、エンドキャップの厚さ方向Dに沿うエンドキャップ310への投影は放圧機構320からずれている。側壁332における第2の開口Bは第1の隙間Aと第2の隙間Cを連通させ、排出物は、第2の隙間Cに入った後に第2の開口Bを通って第1の隙間Aに入って、放圧機構320から逃される。第2の開口Bが側壁332に位置する場合、タブから離れるため、タブにより塞がれにくいという効果も有する。
記述を容易にするために、側壁332を第1の部分332aと第2の部分332bとを含むように見なしてもよく、ここで第1の部分332aは第1のベース部331aに接続される部分であり、第2の部分332bは第2のベース部331bに接続される部分であり、さらに記述を容易にするために、側壁332のエンドキャップ310に近い端を第1の端3321とし、側壁332のエンドキャップ310から離れる端を第2の端3322とする。
いくつかの実施例において、第2の隙間Cと第1の隙間Aを連通させる第2の開口Bを形成するように、側壁332の第1の端3321はエンドキャップ310と接触しない。例えば、側壁332の第1の端3321がエンドキャップ310と完全に接触せず、それによって側壁332の第1の端3321の端面とエンドキャップ310との間で環状の第2の開口Bを画定する。この場合、第1の端3321がベース壁331から突出しなくてもよいし、第1の端3321がベース壁331から突出するが、エンドキャップ310と接触しなくてもよい。
別のいくつかの実施例において、側壁332の第1の端3321の一部がエンドキャップ310と接触せず、別の部分がエンドキャップ310と接触することによって、第1の端3321のエンドキャップ310に接触しない端面とエンドキャップ310との間で第2の開口Bが画定される。該第2の開口Bは、第2の開口Bが第1の隙間Aと第2の隙間Cを効果的に連通させるように、少なくとも一部が側壁332の第2の部分332bに位置する。
図14に示すように、側壁332の第1の端3321は、ベース壁331から突出し、且つエンドキャップ310に当接し、側壁332の第1の端3321から第2の端3322へ凹んで凹溝を形成し、該凹溝を第1の隙間Aと第2の隙間Cとを接続する第2の開口Bとする。
側壁332の第1の端3321の一部のみがエンドキャップ310と接触しない場合、ベース壁331が側壁332の作用で変形しにくく、側壁332の第1の端3321はエンドキャップ310に当接してエンドキャップ圧力を伝達する役割を果たし、それによってベース壁331はアダプタをより良く押圧することができるとともに、側壁332における凹溝は第2の開口Bとして排出需要を満たす。
逃がし機能と第1の絶縁部材330の構造的強度をより良く両立させるために、該第2の開口Bは、深さが第1の端3321のベース壁331から突出した高さより小さい凹溝として構成されており、図14に示すように、第2の開口Bの深さはhであり、hは第1の端3321が第2の部分332bから突出する高さより小さい。
図14において、第2の開口Bの下縁が第1の絶縁部材330のベース壁331から突出していることが見え、それによって側壁332は、第2の開口Bを有する場合にも、ベース壁331の外周に連続して周設することができ、ベース壁331は高い構造的強度を有し、変形しにくく、エンドキャップ310とアダプタ500との間又はエンドキャップ310と電極アセンブリ200との間で力をより良く伝達することができる。
さらに別の実施例において、図15に示すように、第1の絶縁部材330における第2の開口Bは、側壁332の一面から別の面へ貫通して形成された孔であり、貫通方向はエンドキャップ310の厚さ方向に垂直である。このような場合に、排出物が第2の開口Bを経て第1の隙間Aに入りやすいように、第2の開口Bは一部が第2の部分332bに位置し、又は全てが第2の部分332bに位置する。
第2の開口Bは、側壁332で切断成形された多角形の孔であってもよいし、側壁332でドリル成形された円形の孔であってもよいし、又は射出成形時に一体成形されてもよい。
いくつかの実施例において、第2の部分332bにおける第2の開口Bは複数設置されてもよく、複数の第2の開口Bが間隔を置いて設置されて、第2の開口Bによる側壁332の構造的強度への影響を低減することによって、ベース壁331をより良く保護し、ベース壁331の変形を防止する。
側壁332における総開口面積が変化しない場合、第2の開口Bの数が多ければ多いほど、単一の第2の開口Bの面積が小さくなり、排出物に固体粒子がある場合、小さい第2の開口Bが塞がりやすい可能性があるため、第2の開口Bの数は多すぎるのが好ましくない。排出需要と側壁332の構造的強度を両立させるために、いくつかの実施例において、図16に示すように、第2の開口Bの数は二つに設定される。他の実施例において、第2の開口Bの数は三つ又は四つ等であってもよく、ここでは限定しない。
説明すべきこととして、図16に示される複数の第2の開口Bがいずれも側壁332の第1の端3321から第2の端3322へ凹んで形成された凹溝であるが、複数の第2の開口Bがある場合に各第2の開口Bがいずれも凹溝でなければならないことを意味するわけではない。複数の第2の開口Bを有する場合、各第2の開口Bのタイプは前記のタイプのうちのいずれか一つであってもよい。
いくつかの実施例において、流路は、第1の絶縁部材330の外周面とケース100の内壁との間に形成された第2の隙間Cのみを含んでもよい。エンドキャップの厚さ方向Dに沿って、該第2の隙間Cの、エンドキャップの厚さ方向Dに沿うエンドキャップ310への投影は放圧機構320からずれている。
例えば、図17に示すように、第1の絶縁部材330は側壁332を含まず、第1の絶縁部材330の外周面(即ちベース壁331の外周面)はケース100の内壁と完全に接触せず、それによって第2の隙間Cを形成する。
又は、第2の隙間Cを形成するように、第1の絶縁部材330の外周面の一部はケース100の内壁と接触しない。図18に示すように、第1の絶縁部材330は、第1のベース部331aにおける外周面がケース100の内壁に当接し、第2のベース部331bにおける外周面がケース100の内壁に接触しない。
該第2の隙間Cは、電池セル45の内圧又は温度が所定閾値に達した時に、排出物が第2の隙間Cを経て第1の隙間Aに入ることを許容することができるだけでなく、さらに電解液が第2の隙間Cを通って放圧機構320に直接衝撃できないように確保し、第1の絶縁部材330に放圧機構320を防護する役割を持たせる。
一般的には、電池セル45内部と第1の隙間Aにおける気圧値が等しいが、ガス発生が暴走し又は温度が異常に上昇する場合、電池セル45内部の気圧が急激に上昇し、流路が適時に排気できなければ、電池セル45内部のガスが第1の隙間Aに迅速に入ることができず、電池セル45内部の圧力値が設定された限界圧力値(即ち電池セル45を爆発させる可能性がある圧力値)に上昇した時に、第1の隙間A内の気圧値が放圧機構320の開弁圧力値(即ち放圧機構320を作動させる圧力値)に達していないことを引き起こしやすい。一般的には、放圧機構320の開弁圧力値は、通常、電池セル45の限界圧力値の二分の一程度である。電池セル45の安全性を確保するために、流路の最小通気面積は、放圧機構320面積の二分の一以上であるように構成されている。
理解を容易にするために、本実施例において、電池セル45の限界圧力値を3Mpa、放圧機構320の開弁圧力値を1.5Mpaとして説明する。
適時に排気できる場合、即ち流路の最小通気面積が少なくとも放圧機構320の排気面積と同じである場合、電池セル45内部の圧力値は第1の隙間Aにおける圧力値と等しく、電池セル45内部の圧力値が1.5Mpaに達すると、放圧機構320は作動して、電池セル45内部の圧力値と第1の隙間Aにおける圧力値が常に1.5Mpaであるように確保する。
流路の最小通気面積が放圧機構320の排気面積に対して減少する場合、急速なガス発生で電池セル45内部の圧力値は第1の隙間Aにおける圧力値より大きくなる。
流路の最小通気面積が放圧機構320の面積より小さく、且つ放圧機構320の面積の二分の一より大きければ、電池セル45内部の圧力値が1.5Mpaより大きく3Mpaより小さい場合、第1の隙間Aにおける圧力値は1.5Mpaに達して放圧機構320を作動させることによって、電池セル45の爆発を防止する。
流路の最小通気面積が放圧機構320の面積の二分の一まで縮小すれば、電池セル45内部の圧力値が限界圧力値3Mpaに近くなる場合、第1の隙間Aにおける圧力値は1.5Mpaに近くなって放圧機構320を作動させることによって、電池セル45の内圧値が3Mpaを超えて爆発することを防止する。
流路の最小通気面積を放圧機構320の面積の二分の一以上にするために、第2の開口Bを有する実施例において、第2の開口Bの面積は放圧機構320の面積の二分の一以上であり、第2の隙間Cを有する実施例において、第2の隙間Cの最小通気面積は放圧機構320の面積の二分の一以上である。
本実施例で言う第2の隙間Cの最小通気面積は、電池セル45の径方向に沿って断面を形成し、第2の隙間Cの断面積が最小になる時、第2の隙間Cの該位置での断面積が最小通気面積となる。
製造誤差が存在する場合に、第1の絶縁部材330の外周面がケース100と接触し、第2の隙間Cを塞ぎ、放圧機構320の正常な動作に影響を与える可能性があるため、第1の絶縁部材330の外周面は少なくとも一部が斜面であり、それによって第2の隙間Cの幅をエンドキャップ310から離れる方向に沿って次第に増大させる。それとともに、最小通気面積が変化しない場合、第1の絶縁部材330の外周面が斜面に構成されているため、第2の隙間Cは入口が相対的に大きく、出口が相対的に小さい形状となり、排出物が第2の隙間Cに入り、且つ圧力作用で集中して出口へ排出されることに有利であり、第2の隙間Cは、より良い案内効果を果たし、排出物の流れ経路を安定させ、排放レートを向上させ、放圧効果を向上させる。
第2の隙間Cは少なくとも第2の開口Bの下縁から第2の端3322まで延伸し、側壁332の外周面は第2の端3322の位置に近いほど、ケース100から遠くなる。図19に示されることを例として、第2の開口Bの下縁は第2の開口Bのエンドキャップ310から離れる縁部を指し、第2の隙間Cの該位置での幅はkであり、エンドキャップ310から離れる方向に沿って、第2の隙間Cの幅値とkとの差値は次第に増大する。
いくつかの実施例において、第2の隙間Cは第1の端3321から第2の端3322まで延伸し、即ち第1の絶縁部材330の外周面は第1の端3321から第2の端3322まで傾斜し、製造公差による第1の絶縁部材330の外周面とケース100との接触で第2の開口Bを塞ぐことをさらに回避する。
いくつかの実施例において、側壁332は円錐形に構成されてもよく、第2の隙間Cは、側壁332全体とケース100との間に形成されて電池セル45内部と第1の隙間Aを連通させる。
別のいくつかの実施例において、側壁332は、第2の開口Bの対応する位置の外周面のみに斜面を形成するように構成されてもよく、それによって側壁332の第1の部分332aがケース100に貼り付けて第1の絶縁部材330の組み立て安定性を向上させ、第2の隙間Cは第2の部分332bとケース100との間に形成されて電池セル45内部と第1の隙間Aを連通させる。
いくつかの実施例において、エンドキャップ310はアダプタ500を介して電極アセンブリ200に当接するが、アダプタ500の各接続部分の間に隙間が存在するため、電極アセンブリ200が依然として揺れることができる場合がある。図19に示すように、側壁332を第1の端3321がエンドキャップ310に当接し、第2の端3322が電極アセンブリ200に当接するように構成することによって、エンドキャップ310は側壁332によって電極アセンブリ200を直接押圧し、電極アセンブリ200の移動をさらに限定する。
第1の端3321がエンドキャップ310に当接する場合、第1の端3321はケース100とエンドキャップ310との接続位置における溶接部に近く、ケース100とエンドキャップ310を溶接する時に、第1の絶縁部材330の第1の端3321は高熱で変形しやすい。いくつかの実施例において、第1の端3321の端面と第1の端3321の外周面との交差位置における角は、面取り処理され又は切削されて、第1の端3321の表面から凹み、それによって溶接部と側壁332の第1の端3321との間に間隔を形成する。間隔の作用で、ケース100とエンドキャップ310との接続位置を高温で溶接して溶接部を形成するプロセスにおいて、第1の端3321はやけどしにくく、溶接時に発生した高温で側壁332が熱によって変形することを回避し、側壁332が熱によって損傷して変形したため、エンドキャップ310と電極アセンブリ200を当接させることができない問題を解決し、電極アセンブリ200のリミット不良を回避する。
電池セル45の内部から放圧機構320までの排出物の通過経路が長い場合、放圧機構320の応答速度は低い。いくつかの実施例において、図20と図21に示すように、エンドキャップの厚さ方向Dに沿って、第2の開口B又は第2の隙間Cの、エンドキャップ310への投影に対応する円心角は、放圧機構320に対応する円心角と少なくとも部分的に重なる。
第2の開口Bのエンドキャップ310への投影は弧状線を形成し、該弧状線に対応する円心角はαであり、エンドキャップ310の二本の半径は、該弧状線の両端を通過し、且つ該弧状線と囲んで扇形を形成し、放圧機構320は該扇形範囲内に位置し、これによって第2の開口Bから放圧機構320までの距離がより短くなり、排出物は放圧機構320にスムーズで迅速に到着することができ、放圧機構の応答速度を向上させる。ここでは、第2の開口Bを例として説明し、第2の隙間Cは同様である。
エンドキャップ310が第1の絶縁部材330からずれて、第2の開口B又は第2の隙間Cと放圧機構320との相対的位置を変化させ、放圧機構320の応答速度に影響を与えることを防止するために、図22と図23に示すように、いくつかの実施例において、エンドキャップ310には第1の位置決め部311が設けられており、ベース壁331には第2の位置決め部3311が設けられており、第1の位置決め部311と第2の位置決め部3311は係合して、それによってエンドキャップ310と第1の絶縁部材330との周方向位置決めを実現する。
エンドキャップ310と第1の絶縁部材330を軸方向に沿って一体に組み立てた後に、第1の位置決め部311と第2の位置決め部3311は係合して、エンドキャップ310と第1の絶縁部材330が径方向及び周方向でずれないようにし、エンドキャップアセンブリ300は、全体的に組み立てられた後に高い安定性を有し、第2の開口Bと放圧機構320の相対的位置を一定に維持することができ、それによって放圧機構320の応答速度を確保し、第1の絶縁部材330が設定された方式で放圧機構320を完全に遮蔽することを確保する。そして、さらに第1の位置決め部311と第2の位置決め部3311によって、エンドキャップ310と第1の絶縁部材330を迅速で、正確に組み立てることができる。
第1の位置決め部311は、エンドキャップ310の、第1の絶縁部材330に向かう面に形成される第1の突起であり、第2の位置決め部3311は、ベース壁331の、エンドキャップ310に向かう一面に形成される複数の第2の突起として構成されている。第1の突起は複数の第2の突起の間に挿入され、複数の第2の突起は第1の突起を取り囲み、且つ互いに係合して第1の突起に当接し、それによって第1の突起が第1の絶縁部材330の表面に沿って移動することを制限し、さらにエンドキャップ310が第1の絶縁部材330に対して移動することを制限する。
いくつかの実施例において、第1の突起は多角形であり、複数の第2の突起はそれぞれ多角形の角部に設置され、各第2の突起は、いずれも角部を形成する二つの面と当接するように構成されている。いくつかの実施例において、第1の突起の角部で面取りして弧状面を形成し、第2の突起の表面は弧状面の曲率と同じである。
一実施例において、電極端子400は第1の突起に位置し、エンドキャップ310の厚さは第1の突起において相対的に大きく、電極端子400を第1の突起に設置することによって、電極端子400がエンドキャップ310内に穿設される長さを増大させることができ、電極端子400はより安定的に組み立てられる。
第1の絶縁部材330には電極端子400が貫通することを許容してアダプタ500に接続するための貫通孔が形成され、電極端子400が第1の突起に位置する場合、複数の第2の突起に取り囲まれる、第1の突起を収容するための範囲に位置するように貫通孔を設置する。つまり、複数の第2の突起は、第1の突起を取り囲み且つそれに当接するだけでなく、さらに電極端子400の周方向にあり、電極端子400のエンドキャップ310から突出した一端が引き込まれ又は衝撃を受けた場合、複数の第2の突起は第1の突起によって電極端子400の周囲に反作用力を提供し、第1の突起と電極端子400は共に力を受けて、電極端子400の湾曲変形を緩和する。
いくつかの実施例において、第1の位置決め部311は、さらにエンドキャップ310の、電極アセンブリ200に向かう面に形成される凹部として構成されてもよく、凹部はベース壁331における第1の突起と適合する。無論、第1の位置決め部311をエンドキャップ310の、電極アセンブリ200に向かう面に形成される突起として構成するが、第2の位置決め部3311をベース壁331の、エンドキャップ310に向かう面に形成される凹部として構成してもよい。
いくつかの実施例において、第2の位置決め部3311は、さらに側壁332の第1の端3321の端面に形成されてもよく、第1の端3321がエンドキャップ310に当接する場合、第1の端3321に形成された第2の位置決め部3311とエンドキャップ310における第1の位置決め部311は係合する。
以上は、本出願の実施例の電池セル45、電池4と電力消費装置について記述したが、以下は、本出願の実施例の、電池セル45を製造する方法と装置について記述し、ここで、詳細に記述していない部分は、前記の各実施例を参照されたい。
図24は、本出願の一実施例の電池セル45の製造方法のフローチャートを示し、該方法は、
第1の開口110を有するケース100を提供するステップS100と、
電極アセンブリ200を提供するステップS200と、
エンドキャップ310と、放圧機構320と、第1の絶縁部材330とを含むエンドキャップアセンブリ300を提供することであって、放圧機構320はエンドキャップ310に設けられ、放圧機構320は、電池セル45の内圧又は温度が閾値に達した時に作動して電池セル45の内圧を逃がすように構成されており、第1の絶縁部材330はエンドキャップ310の一方側に位置し、第1の絶縁部材330は、放圧機構320を防護するために、エンドキャップ310の厚さ方向Dに沿うエンドキャップ310への投影が放圧機構320を覆うように構成されているステップS300と、
電極アセンブリ200をケース100内に入れ、エンドキャップ310で第1の開口110を覆い、電極アセンブリ200とエンドキャップ310とを隔離するように、第1の絶縁部材330をエンドキャップ310の電極アセンブリ200に近い側に位置させるステップS400とを含んでもよい。
図25は、本出願の一実施例の電池セル45の製造装置600の概略的ブロック図を示し、製造装置600は、第1の提供装置610と、第2の提供装置620と、第3の提供装置630と、組み立て装置640とを含んでもよい。
第1の提供装置610は、第1の開口110を有するケース100を提供するためのものであり、
第2の提供装置620は、電極アセンブリ200を提供するためのものであり、
第3の提供装置630は、エンドキャップ310と、放圧機構320と、第1の絶縁部材330とを含むエンドキャップアセンブリ300を提供するためのものであり、放圧機構320はエンドキャップ310に設けられ、放圧機構320は、電池セル45の内圧又は温度が閾値に達した時に作動して電池セル45の内圧を逃がすように構成されており、第1の絶縁部材330はエンドキャップ310の一方側に位置し、第1の絶縁部材330は、放圧機構320を防護するために、エンドキャップ310の厚さ方向Dに沿うエンドキャップ310への投影が放圧機構320を覆うように構成されており、
組み立て装置640は、電極アセンブリ200をケース100内に入れ、且つエンドキャップ310で第1の開口110を覆い、それによって電極アセンブリ200とエンドキャップ310とを隔離するように、第1の絶縁部材330をエンドキャップ310の電極アセンブリ200に近い側に位置させるためのものである。
上記したのは、本出願の好適な実施例に過ぎず、本出願を制限するためのものではなく、当業者にとって、本出願は、種々な変更や変形が有り得る。本出願の精神及び原則内で行われる全ての修正、同等の置き換え、改善などは、いずれも本出願の保護範囲内に含まれるべきである。
1 車両
2 モータ
3 コントローラ
4 電池
41 電池モジュール
42 筐体
43 蓋体
44 下筐体
45 電池セル
100 ケース
110 第1の開口
200 電極アセンブリ
210 第1のタブ
220 第2のタブ
300 エンドキャップアセンブリ
310 エンドキャップ
311 第1の位置決め部
320 放圧機構
330 第1の絶縁部材
331 ベース壁
331a 第1のベース部
331b 第2のベース部
332 側壁
332a 第1の部分
332b 第2の部分
340 第2の絶縁部材
400 電極端子
500 アダプタ
510 第1の接続部分
520 第2の接続部分
530 第3の接続部分
600 製造装置
610 第1の提供装置
620 第2の提供装置
630 第3の提供装置
640 装置
3311 第2の位置決め部
3321 第1の端
3322 第2の端
A 第1の隙間
B 第2の開口
C 第2の隙間
D エンドキャップの厚さ方向
エンドキャップは、第1の絶縁部材によって電極アセンブリを押圧し、軸方向で電極アセンブリをリミットし、電極アセンブリの軸方向での揺れを回避する。本出願の一実施例において、任意選択的に、前記電池セルは、
前記エンドキャップに固定される電極端子と、
順に積層設置される第1の接続部分と、第2の接続部分と、第3の接続部分とを含むアダプタであって、前記第1の接続部分は前記電極アセンブリに接続するためのものであり、前記第3の接続部分は前記電極端子に接続するためのものであり、第2の接続部分は前記第1の接続部分と前記第の接続部分とを接続するためのものであるアダプタとをさらに含み、
前記ベース壁は第1のベース部と第2のベース部とを含み、前記第1のベース部と前記第2のベース部との間に段差が形成され、前記第1のベース部は前記第3の接続部分に当接し、前記第2のベース部は前記第2の接続部分に当接し、
前記側壁は第1の部分と第2の部分とを含み、前記第1の部分は前記第1のベース部の外周に接続され、前記第2の部分は前記第2のベース部の外周に接続され、前記第2の開口は前記第2の部分に設けられる。
図7を参照されたく、アダプタ500は第1の接続部分510と、第2の接続部分520と、第3の接続部分530とを含み、ここで、第1の接続部分510は電極アセンブリ200に接続され、第3の接続部分530は電極端子400に接続され、第2の接続部分520は第1の接続部分510と第の接続部分530とを接続する。

Claims (19)

  1. 電池セルであって、
    第1の開口を有するケースと、
    前記ケース内に設置される電極アセンブリと、
    エンドキャップと、放圧機構と、第1の絶縁部材とを含むエンドキャップアセンブリであって、前記エンドキャップは前記第1の開口を覆い、前記放圧機構は前記エンドキャップに設けられ、前記放圧機構は、前記電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時に作動して前記電池セルの内圧を逃がすように構成されており、前記第1の絶縁部材は、前記電極アセンブリと前記エンドキャップとを隔離するように、前記エンドキャップの、前記電極アセンブリに近い側に位置し、前記第1の絶縁部材は、前記放圧機構を防護するために、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構を覆うように構成されているエンドキャップアセンブリとを含む、電池セル。
  2. 前記放圧機構と前記第1の絶縁部材は、前記エンドキャップの厚さ方向で第1の隙間を有し、前記電池セルは、前記電池セルの内部と前記第1の隙間を連通させるように構成されている流路をさらに含む、請求項1に記載の電池セル。
  3. 前記流路は、前記第1の絶縁部材に設けられる第2の開口を含み、前記第2の開口は、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構からずれているように構成されている、請求項2に記載の電池セル。
  4. 前記第2の開口は前記第1の絶縁部材の外周縁に位置する、請求項3に記載の電池セル。
  5. 前記第1の絶縁部材はベース壁と側壁とを含み、前記ベース壁は前記エンドキャップと対向して設置され、前記第1の隙間は前記ベース壁と前記エンドキャップとの間に形成され、前記側壁は、前記ベース壁の外周に周設され、前記第2の開口は前記側壁に設けられる、請求項4に記載の電池セル。
  6. 前記側壁は、前記エンドキャップに近い第1の端と、前記エンドキャップから離れる第2の端とを有し、前記第2の開口は、前記側壁が前記第1の端から前記第2の端に向かって凹む凹溝である、請求項5に記載の電池セル。
  7. 前記第1の端は前記ベース壁から突出し、前記凹溝の深さは、前記第1の端が前記ベース壁から突出する高さより小さい、請求項6に記載の電池セル。
  8. 前記第1の端は前記エンドキャップと当接し、前記第2の端は前記電極アセンブリと当接する、請求項6又は7に記載の電池セル。
  9. 前記電池セルは、
    前記エンドキャップに固定される電極端子と、
    順に積層設置される第1の接続部分と、第2の接続部分と、第3の接続部分とを含むアダプタであって、前記第1の接続部分は前記電極アセンブリに接続するためのものであり、前記第3の接続部分は前記電極端子に接続するためのものであり、第2の接続部分は前記第1の接続部分と前記第2の接続部分とを接続するためのものであるアダプタとをさらに含み、
    前記ベース壁は第1のベース部と第2のベース部とを含み、前記第1のベース部と前記第2のベース部との間に段差が形成され、前記第1のベース部は前記第3の接続部分に当接し、前記第2のベース部は前記第2の接続部分に当接し、
    前記側壁は第1の部分と第2の部分とを含み、前記第1の部分は前記第1のベース部の外周に接続され、前記第2の部分は前記第2のベース部の外周に接続され、前記第2の開口は前記第2の部分に設けられる、請求項5~8のいずれか一項に記載の電池セル。
  10. 前記第2の開口の、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影に対応する円心角は、前記放圧機構に対応する円心角と少なくとも部分的に重なる、請求項3~9のいずれか一項に記載の電池セル。
  11. 前記エンドキャップには第1の位置決め部が設けられており、前記ベース壁には第2の位置決め部が設けられており、前記第1の位置決め部と前記第2の位置決め部は係合して、前記エンドキャップと前記第1の絶縁部材の周方向位置決めを実現する、請求項3~10のいずれか一項に記載の電池セル。
  12. 前記第2の開口の面積は、前記放圧機構の面積の二分の一以上である、請求項3~11のいずれか一項に記載の電池セル。
  13. 前記流路は、前記第1の絶縁部材の外周面と前記ケースの内壁との間に形成される第2の隙間を含み、前記第2の隙間は、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構からずれているように構成されている、請求項2~12のいずれか一項に記載の電池セル。
  14. 前記第2の隙間の最小通気面積は、前記放圧機構の面積の二分の一以上である、請求項13に記載の電池セル。
  15. 前記第1の絶縁部材の外周面は少なくとも一部が斜面であり、それによって前記第2の隙間の幅は前記エンドキャップから離れる方向に沿って次第に増大する、請求項13又は14に記載の電池セル。
  16. 請求項1~15のいずれか一項に記載の電池セルを含む、電池。
  17. 請求項16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のものである、電力消費装置。
  18. 電池セルの製造方法であって、
    第1の開口を有するケースを提供することと、
    電極アセンブリを提供することと、
    エンドキャップと、放圧機構と、第1の絶縁部材とを含むエンドキャップアセンブリを提供することであって、前記放圧機構は前記エンドキャップに設けられ、前記放圧機構は、前記電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時に作動して前記電池セルの内圧を逃がすように構成されており、前記第1の絶縁部材は前記エンドキャップの一方側に位置し、前記第1の絶縁部材は、前記放圧機構を防護するために、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構を覆うように構成されていることと、
    前記電極アセンブリを前記ケース内に入れ、前記エンドキャップで前記第1の開口を覆い、前記電極アセンブリと前記エンドキャップとを隔離するように、前記第1の絶縁部材を前記エンドキャップの前記電極アセンブリに近い側に位置させることとを含む、電池セルの製造方法。
  19. 電池セルの製造装置であって、
    第1の開口を有するケースを提供するための第1の提供装置と、
    電極アセンブリを提供するための第2の提供装置と、
    エンドキャップと、放圧機構と、第1の絶縁部材とを含むエンドキャップアセンブリを提供するための第3の提供装置であって、前記放圧機構は前記エンドキャップに設けられ、前記放圧機構は、前記電池セルの内圧又は温度が閾値に達した時に作動して前記電池セルの内圧を逃がすように構成されており、前記第1の絶縁部材は前記エンドキャップの一方側に位置し、前記第1の絶縁部材は、前記放圧機構を防護するために、前記エンドキャップの厚さ方向に沿う前記エンドキャップへの投影が前記放圧機構を覆うように構成されている第3の提供装置と、
    前記電極アセンブリを前記ケース内に入れ、且つ前記エンドキャップで前記第1の開口を覆い、それによって前記電極アセンブリと前記エンドキャップとを隔離するように、前記第1の絶縁部材を前記エンドキャップの前記電極アセンブリに近い側に位置させるための組み立て装置とを含む、電池セルの製造装置。
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