JP2025018883A - 円筒型電池セル及び電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】キャップと集電部材とをレーザー貫通溶接で接続する場合、集電部材の溶接接続不良のリスクを低減できるだけでなく、電池セルの内部空間の利用率が向上する、円筒型電池セルを提供する。【解決手段】ハウジングと、電極アセンブリ120と、キャップ140と、集電部材130と、を含む円筒型電池セルが提供される。ハウジングは、端壁と、端壁を取り囲む側壁112と、を含む。端壁から離れた側壁の一側には、開口部が形成される。ハウジング内には電極アセンブリが配置され、開口部に面する電極アセンブリの一側には第1のタブが設けられる。開口部が位置する一側にはキャップが配置され、側壁に溶接接続されて開口部を封止する。集電部材は、開口部に面する電極アセンブリの一側に配置され、集電部材は、第1のタブに溶接接続される。集電部材は、集電体133と、キャップに溶接接続される肉厚部131とを含む。【選択図】図3

Description

本発明は、電池技術の分野に関し、具体的には、円筒型電池セル、電池パック、及び電子機器に関する。
円筒型電池セルは、主に、ハウジングと、ハウジング内に配置された電極アセンブリ、正極端子、集電部材及びエンドキャップとから構成される。関連技術では、キャップは通常、円筒型電池セルの負極として機能する。具体的な方法は、キャップを集電部材及びハウジングに接続することである。一般に、キャップの厚さは集電部材の厚さよりも大きい。したがって、キャップと集電部材とをレーザー貫通溶接で接続する場合、溶接難易度が高く、溶接貫通や仮想はんだが発生しやすい。したがって、溶接における工程ウィンドウが低くなり、溶接の欠陥率が高くなる。
関連技術の上記の欠点を考慮して、本発明は、キャップと集電部材を接続するために溶接が行われる際に遭遇する、溶接における低い工程ウィンドウと高い欠陥率という技術的課題を解決するための円筒型電池セル、電池パック、及び電子機器を提供する。
上記の目的及び他の関連目的を達成するために、本発明は、ハウジングと、電極アセンブリと、キャップと、集電部材と、を含む円筒型電池セルを提供する。ハウジングは、端壁と、端壁を取り囲む側壁と、を含む。端壁から離れた側壁の一側には、開口部が形成される。ハウジング内には電極アセンブリが配置され、開口部に面する電極アセンブリの一側には第1のタブが設けられる。開口部が位置する一側にはキャップが配置され、側壁に溶接接続されて開口部を封止する。集電部材は、開口部に面する電極アセンブリの一側に配置され、集電部材は、第1のタブに溶接接続される。集電部材の厚さ方向において、集電部材は、集電体と、キャップに向けて突出する肉厚部と、を含み、肉厚部は、キャップに溶接接続される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、肉厚部は、集電部材の中央領域に配置される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、集電部材の厚さ方向において、電極アセンブリ上の肉厚部の投影は、電極アセンブリの中心を円中心とする直径18mmの領域に位置する。
本発明の円筒型電池セルの一例において、集電体と肉厚部は、一体的に形成された構造である。
本発明の円筒型電池セルの一例において、集電体と肉厚部とは、溶接接続される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、集電部材の厚さ方向において、集電部材の電極アセンブリに近い一端と、肉厚部がキャップに溶接される一端との間の厚さは、0.3mm~2mmである。
本発明の円筒型電池セルの一例において、肉厚部は、電極アセンブリから離れた集電体の一側に配置される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、集電体の厚さ方向において、肉厚部は、集電体を貫通する。
本発明の円筒型電池セルの一例において、集電部材と肉厚部の少なくとも一方は、低炭素鋼からなる。
本発明の円筒型電池セルの一例において、キャップの中心には、液体注入孔を含み、集電部材の中心には、液体注入孔に対応する開口が形成され、円筒型電池セルは、キャップの上に配置された蓋板をさらに含む。蓋板は、キャップに溶接接続されて、液体注入孔を封止する。
本発明の円筒型電池セルの一例において、蓋板は、キャップと肉厚部との間の溶接接続領域を覆う。
本発明の円筒型電池セルの一例において、キャップの厚さ方向において、キャップは、集電部材に向けて凹んだ凹部を含み、凹部は、肉厚部に溶接接続される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、集電部材の厚さ方向において、肉厚部の投影は、凹部の投影を覆う。
本発明の円筒型電池セルの一例において、キャップの外縁に位置する下面の少なくとも一部は、側壁の端面に接触して溶接接続される。さらに、キャップの厚さ方向において、キャップの外縁には、電極アセンブリ側に凹んだ環状溝がさらに設置される。環状溝のキャップの円中心から離れた側壁は、側壁の内面に接触して溶接接続される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、環状溝の底壁は、集電部材と接触する。
本発明の円筒型電池セルの一例において、肉厚部は、集電部材の外縁領域に配置され、環状溝の底壁は、肉厚部に接触して溶接接続される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、円筒型電池セルは、環状蓋板をさらに含み、環状蓋板は、環状溝の上に配置され、環状溝を覆う。
本発明の円筒型電池セルの一例において、通気ノッチは、キャップにさらに配置される。
本発明の円筒型電池セルの一例において、端壁に面する電極アセンブリの一側には第2のタブが設置され、円筒型電池セルは、端壁の外面から突出する電極端子をさらに含む。電極端子は、第2のタブに電気的に接続され、端壁又は電極端子には液体注入孔が設置される。
本発明はさらに、上述のいずれかの例に係る円筒型電池セルを含む電池パックを提供する。
本発明はさらに、上述の電池パックを含む電子機器を提供する。
本発明の円筒型電池セルにおいて、キャップは、ハウジングの側壁に封止及び溶接され、キャップは、集電部材に溶接接続される。このような構成とすることで、ハウジングの圧着封止工程が省略され、圧着封止工程における集電部材の溶接接続不良のリスクを低減できるだけでなく、ハウジング内のロール溝が占める空間も低減され、それによって電池セルの内部空間の利用率が向上する。同時に、本発明の円筒型電池セルでは、集電部材に肉厚部を設けることにより、キャップとの溶接位置における集電部材の厚さが増加し、これによりレーザー貫通溶接中の溶接位置における仮想はんだ又は溶接貫通の可能性が低減する。このようにして、集電部材とキャップとの溶接の難易度を低減し、溶接における低い工程ウィンドウ、キャップと集電部材との溶接の欠陥率の低減という課題を解決することができる。同時に、肉厚部の構成により、集電部材とキャップとの溶接工程中に発生して電極アセンブリに伝わる熱を効果的に低減することができ、これにより電極アセンブリへの熱影響を低減することができる。さらに、肉厚部 は、キャップの領域の一部と接触しているので、それらの間の接触面における密着性がより良好になる。このようにして、集電部材とキャップとを接続する溶接を行う際に、仮想はんだや溶接抜けの可能性をさらに低減することができ、これにより溶接品質が向上し、溶接の欠陥率が低減し得る。
本発明の実施形態又は従来技術の技術的解決策をより明確に説明するために、実施形態又は関連技術の説明に必要な図面を以下に簡単に紹介する。明らかに、以下の説明における図面は、本発明の一部の実施形態にすぎない。当業者であれば、創造的な努力をすることなく、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
本発明の円筒型電池セルの一実施形態における全体立体概略図である。 本発明の円筒型電池セルの一実施形態における全体構造の断面図である。 図2の領域Aの部分拡大図である。 本発明の円筒型電池セルの一実施形態における集電体と肉厚部との溶接の様子を示す概略図である。 本発明の円筒型電池セルの他の実施形態における集電体と肉厚部との溶接の様子を示す概略図である。 本発明の円筒型電池セルの一実施形態におけるキャップの中央に開口する液体注入孔の概略構造図である。 本発明の円筒型電池セルの一実施形態におけるキャップの立体概略図である。 本発明の円筒型電池セルの一実施形態におけるキャップの全体構造を示す断面図である。 本発明の円筒型電池セルの一実施形態における集電部材の外縁に配置された肉厚部の概略構造図である。 本発明の円筒型電池セルの一実施形態におけるハウジングの端壁側に開口する液体注入孔の概略構成図である。 本発明の電池パックの一実施形態の全体構造の概略図である。 車両に配置された本発明の電池パックの概略構成図である。
以下、具体例を挙げて本発明の実施について説明する。当業者であれば、本明細書に開示される内容から、本発明の他の利点及び効果を容易に理解することができる。本発明は、他の異なる特定の実装を通じて実装又は適用することもできる。本明細書の様々な詳細も、本発明の精神から逸脱することなく、異なる観点及び用途に基づいて様々な方法で修正又は変更することができる。なお、各実施の形態間に矛盾がない限り、以下の実施の形態及び各実施の形態における特徴部分を組み合わせても良い。また、本発明の実施形態で使用される用語は、特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するためのものではないことも理解されたい。以下の例で特定の条件を指定しない試験方法は、通常、従来の条件又は各製造業者が推奨する条件を採用する。
実施形態において数値範囲が提供される場合、本発明において別段の記載がない限り、各数値範囲の2つの端点及び2つの端点間の任意の値が選択され得ることを理解されたい。他に定義されない限り、本発明で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、当業者による関連技術の知識及び本発明の説明と一致する。それらは、本発明の実施形態で説明される方法及び方法とともに使用されても良い。装置及び材料は、本発明を実施するための関連技術の任意の方法、装置及び材料と同様又は同等である。
なお、本明細書で引用される「上」、「下」、「左」、「右」、「中」、「一方」などの用語は、説明の便宜のためのみに使用され、範囲を限定するために使用されるものではないことに留意されたい。本発明の実施可能な範囲については、技術内容に実質的な変更がない限り、相対関係の変更又は調整も本発明の実施可能な範囲とみなされるものとする。
図1~図12を参照する。本発明は、円筒型電池セル100、電池パック、及び電子機器を提供する。円筒型電池セル100において、集電部材130には、肉厚部131が設置され、これによりキャップ140との溶接位置における集電部材130の厚さが増加し、レーザー貫通溶接中の溶接位置における仮想はんだ又は溶接貫通の可能性が低減する。このようにして、集電部材130とキャップ140の溶接の難易度を効果的に低減することができ、溶接における低い工程ウィンドウ、キャップ140と集電部材130との溶接の欠陥率の低減という課題を解決することができる。
図1及び図2は、円筒型電池セル100の構造をさらに図示する。円筒型電池セル100は、ハウジング110、電極アセンブリ120、集電部材130、キャップ140、及び蓋板150を含む。ハウジング110には、電極アセンブリ120、電解質(図示せず)及び他の構成要素を収容するための収容キャビティが形成される。ハウジング110は、一端が開口しても良く、又は両端が開口しても良い。ハウジング110の具体的な寸法は、電極アセンブリ120の具体的な寸法に従って決定されて良い。例えば、ハウジング110の特定の寸法は、4680、4695、46120、及び大型円筒型電池の他の仕様を満たすことができる。ハウジング110は、銅、鉄、アルミニウム、鋼、アルミニウム合金などの様々な材料で作製されて良い。ハウジング110が長期間使用された後に錆びることを防止するために、ハウジング110の表面は、ニッケルなどの防錆材料の層でメッキされても良い。図2を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、ハウジング110は、端壁111と、端壁111を取り囲む側壁112と、を含む。端壁111は閉塞端であり、端壁111の反対側の開口130は開放端である。端壁111と側壁112は、一体的に形成されて接続されても良いし、別個に形成されて溶接接続されても良い。
図2に示すように、電極アセンブリ120は、ハウジング110内に収容される。電極アセンブリ120は、電気化学反応が起こる電池セル内の構成要素である。ハウジング110は、1つ以上の電極アセンブリ120を含んで良い。電極アセンブリ120は、主に正極シートと負極シートとを捲回又は積層して形成され、通常、正極シートと負極シートとの間にはセパレータが配置される。正極シートは、正極集電体と、正極活物質層と、を含む。正極活物質層は、正極集電体の表面にコーティングされる。正極集電体は、正極コーティング領域と、正極コーティング領域に接続された正極タブと、を含む。正極コーティング領域には、正極活物質層がコーティングされ、正極タブには、正極活物質層がコーティングされない。負極シートは、負極集電体と、負極活物質層と、を含む。負極活物質層は、負極集電体の表面にコーティングされる。負極集電体は、負極コーティング領域と、負極コーティング領域に接続された負極タブと、を含む。負極コーティング領域には、負極活物質層がコーティングされ、負極タブには、負極活物質層がコーティングされない。リチウムイオン電池を例に挙げると、正極集電体の材質はアルミニウムであって良く、正極活物質層は正極活物質を含む。正極活物質は、コバルト酸化リチウム、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良い。負極集電体の材質は銅であって良く、負極活物質層は負極活物質を含んで良い。負極活物質は、炭素、シリコンなどであって良い。セパレータの材質は、PP(ポリプロピレン)やPE(ポリエチレン)などであって良い。電池セルを保護し、絶縁するために、電池セルを絶縁フィルムで覆っても良い。絶縁フィルムは、PP、PE、PET、PVC、又は他のポリマー材料から合成され得る。
図2を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、電極アセンブリ120は封止され、ハウジング110内に配置される。第1のタブ121及び第2のタブ122は、電極アセンブリ120の長さ方向の両端にそれぞれ設けられ、第1のタブ121及び第2のタブ122は反対の極性を有し、第1のタブ121はハウジング110の開口部113に面する。第1のタブ121は負極タブである。なお、他の実施形態では、第1のタブ121が正極タブであっても良く、第2のタブ122が負極タブであっても良い。
図2を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、ハウジング110の端壁111には、貫通した端子取付孔1111が設置される。端子取付孔1111には、電極端子170が封止かつ絶縁されて配置される。電極端子170が端壁111に対して封止され絶縁されている限り、電極端子170を端壁111上に配置する方法は限定されない。第2のタブ122は、端壁111に面する電極アセンブリ120の一側に配置される。電極端子170の一端は、第2のタブ122に直接溶接接続されても良いし、集電部材130を介して第2のタブ122に導電接続されても良い。本発明においては、これ以上の特定の限定は適用されない。
図1~図3を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、集電部材130は、ハウジング110内に配置され、開口部113に面する電極アセンブリ120の一側に配置される。集電部材130は、第1のタブ121に溶接接続される。集電部材130と第1のタブ121との安定した電気的接続が達成される限り、集電部材130と第1のタブ121とが溶接接続される具体的な位置及び両者の溶接領域は限定されない。キャップ140は、ハウジング110の開口部113側に配置され、集電部材130の電極アセンブリ120から離れた一側に配置される。キャップ140の外縁は、ハウジング110の側壁112に溶接接続され、これによりキャップ140がハウジング110の開口部113に封止して接続される。キャップ140の外縁とハウジング110の側壁112との溶接接続構造は、ハウジング110とキャップ140との溶接接続の要求を満たすことができる限り、特に限定されない。集電部材130は、集電体133と、キャップ140に向けて突出する肉厚部131と、を含む。肉厚部131は、集電体133に電気的に接続される。電気的接続方法は特に限定されず、溶接接続、一体接続、リベット接続など、導通要求を満たす接続方法であれば良い。肉厚部131の集電体133から離れた一端は、キャップ140の電極アセンブリ120に面する一端に溶接接続される。本発明の一実施形態において、集電体133上の肉厚部131の具体的な位置は限定されない。例えば、肉厚部131は、集電体133の中央領域に配置されても良いし、肉厚部131の配置位置が肉厚部131とキャップ140との溶接接続強度や電流分流の要求を満たしていれば、集電体133の外縁領域に配置されていても良い。なお、本実施形態において、肉厚部131の形状は特に限定されないが、例えば、肉厚部131の形状が溶接接続と電流分流の要求を満たすことができる限り、円板状、円環状、長方形状など、任意の形状であって良い。
従来の円筒型電池セルを組み立てる場合、通常、ハウジングの側壁にロール溝を加工し、その後、ロール溝に集電部材を溶接接続し、最後にハウジングの開口部にキャップを圧着封止により封止固定する必要がある。圧着封止作業中、ロール溝と集電部材の間の溶接面が引っ張られやすく、溶接部分に損傷を与え、円筒型電池セルの導電性能に影響を与える。同時に、ロール溝は、ハウジングの半径方向及び軸方向の空間も占有することになり、電池セル内の空間の利用率が減少する。
本発明の一実施形態において、電極アセンブリ120とハウジング110との間の導電接続、及びハウジング110の開口部113におけるキャップ140の固定は、キャップ140の外縁をハウジング110の側壁112に溶接し、キャップ140を集電部材130の肉厚部131に溶接することによって達成される。このような構成では、ロール溝や圧着封止などの機械的封止工程は電池セルの組み立て工程には含まれないため、集電部材130とハウジング110の間の導通に影響を与えることはない。したがって、円筒型電池セル100の通電性能の安定性を向上させることができるだけでなく、円筒型電池セル100の内部空間の利用率を改善し、それによって電池セルの体積エネルギー密度を向上させることもできる。同時に、集電部材130に肉厚部131を設けることにより、キャップ140との溶接位置における集電部材130の厚さが増加し、これによりレーザー貫通溶接中の溶接位置における仮想はんだ又は溶接貫通の可能性が低減する。このようにして、集電部材130とキャップ140との溶接の難易度を効果的に低減することができ、溶接における低い工程ウィンドウ、キャップ140と集電部材130との溶接の欠陥率の低減という課題を解決することができる。同時に、肉厚部131の構成により、集電部材130とキャップ140との溶接工程中に発生して電極アセンブリ120に伝わる熱を効果的に低減することができ、これにより電極アセンブリ120への熱影響を低減することができる。さらに、肉厚部131は、キャップ140の領域の一部と接触しており、それらの間の接触面における密着性がより良好になる。このようにして、集電部材130とキャップ140とを接続する溶接を行う際に、仮想はんだや溶接抜けの可能性をさらに低減することができ、これにより溶接品質が向上し、溶接の欠陥率が低減し得る。
図3~図5を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、肉厚部131は、集電部材130の中央領域に位置する。肉厚部131の形状がキャップ140及び集電部材130の機械的接続強度及び電流分流の要求を満たすことができる限り、肉厚部131は、円板状、円環状、長方形状などの様々な形状を有しても良い。集電体133の中央領域に肉厚部131を配置することにより、肉厚部131に対応するキャップ140の溶接領域もキャップ140の中央領域に位置することになる。このようにして、溶接工程では、溶接ヘッドをキャップ140の中央領域で前後に移動させるだけで溶接工程全体を完了することができ、それにより、より良い溶接経路が得られ、キャップ140と集電部材130の溶接効率が向上する。本発明の他の実施形態において、肉厚部131は円筒構造であり、肉厚部131とキャップ140は同軸上に配置される。このような構成とすることにより、溶接時に肉厚部131とキャップ140との周方向の位置決めが容易となり、キャップ140と集電部材130との溶接効率が向上する。
図3を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、集電部材130は、タブ溶接領域134をさらに含む。タブ溶接領域134は、集電体133の周囲に配置される。さらに、集電部材130の厚さ方向において、電極アセンブリ120上の肉厚部131の投影は、電極アセンブリ120の中心を円中心とする直径18mmの領域に位置する。集電部材130と電極アセンブリ120との溶接接続の安定性及び信頼性を向上させるために、タブ溶接領域134はタブの積層が厚い領域に設定されるのが一般的である。タブ作製工程からわかるように、電極アセンブリ120の中心を円中心とする直径18mmの領域では、タブの積層数が少なく、タブの積層厚さが薄いため、このような領域はタブ溶接領域134として使用するには適さない。したがって、この領域に肉厚部131を配置することで、タブ溶接領域134とキャップ140の溶接領域とを隔てる構成を実現することができる。このようにして、タブ溶接領域134の溶接領域には影響が及ばず、タブ溶接領域134がキャップ140の溶接領域と干渉することはない。同時に、集電部材130の溶接工程における熱集中の課題も解決することができ、溶接工程中の集電部材130の変形を低減し、集電部材130の導電接続の安定性を向上させることができる。
本発明の一実施形態において、集電体133と肉厚部131との接続方法は特に限定されず、例えば、溶接接続、一体接続、リベット接続などであって良い。具体的には、本発明の円筒型電池セル100の一例において、集電体133と肉厚部131は、一体的に形成された構造である。一体形成構造は、一体プレス加工又は一体鋳造によって形成することができる。集電体133と肉厚部131とが一体構造に構成されるため、集電体133と肉厚部131とを組み立てる工程を省略できるばかりでなく、円筒型電池セル100の組み立て効率も向上し、接続強度はより信頼できるものとなる。
さらに、図4及び図5を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、一体成形とは異なり、集電体133と肉厚部131とを溶接により接続しても良い。肉厚部131のキャップ140から離れた一端は、集電体133に溶接接続される。溶接接続の方法は特に限定されず、集電体133と肉厚部131との安定した接続と電流の分流の要求を満たすことができる限り、貫通溶接やシーム溶接などの任意の方法であって良い。集電体133と肉厚部131とが溶接により接続されるため、集電体133と肉厚部131の成形工程が比較的簡単であり、異なる厚さの組み合わせを採用することができるため、加工適応性が比較的良好である。
図3~図5を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、集電部材130の最大厚さはTであり、集電部材130の厚さ方向において、集電部材130の電極アセンブリ120に近い一端と、肉厚部131がキャップ140に溶接される一端との間の厚さTは、キャップ140の厚さの半分よりも大きいことが好ましい。例えば、キャップ140の厚さが0.6mmである場合、厚さTは、0.3mm~2mmであって良く、好ましくは0.60mm~1.0mmであり、より好ましくは0.60mm~0.65mmの範囲であり、例えば、0.60mm、0.62mm、0.65mmなどであって良い。厚さTの値が大きすぎると、厚さTがハウジング110のより多くの内部空間を占めることになり、電池セルの体積エネルギー密度に影響する。厚さTの値が小さすぎると、集電部材130が溶接される確率を効果的に低減することが困難となり、集電部材130とキャップ140との間の溶接品質に影響を与える。多くの工程実験と研究を行った結果、厚さTを0.60mmから0.65mmの範囲に設定することで、電池セルの体積エネルギー密度は、ハウジング110の大きな内部空間を占有することによって低下することがなく、また、集電部材130の厚さが薄いため、溶接貫通の問題が起こりにくくなる。このようにして、より良好な溶接品質を得ることができる。
具体的には、肉厚部131と集電体133とを溶接接続する際には、多様な溶接接続方法を用いることができる。図4を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、肉厚部131は集電体133の電極アセンブリ120から離れた側に位置し、肉厚部131の集電体133に近い一端は、集電体133の電極アセンブリ120から離れた側に一溶接接続される。この溶接接続構造を採用することにより、集電部材130をハウジングに装着する前に、肉厚部131と集電体133との間でレーザー貫通溶接を行うことができる(溶接方向は図4の矢印の通りである)。このようにして、溶接面積が大きく、溶接接続の安定性が良好となる。
図5を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の別の例では、集電体133の厚さ方向に沿って取付貫通孔1331が開口し、取付貫通孔1331には肉厚部131の電極アセンブリ120に近い一端が挿入され、肉厚部131の下面は、集電体133の下面と面一にすることができる。このような構成により、集電体133における肉厚部131の構成や位置決めが容易となり、肉厚部131と集電体133とがシーム溶接により接続される(図5において溶接位置を矢印で示す)。溶接痕を観察すると、溶接接続の品質を直感的かつ視覚的に確認できるため、溶接接続の品質上の問題を適時に検出し、電池セルのその後の使用におけるリスクを防ぐために早期介入を実行することができる。
具体的には、キャップ140は、銅、鉄、アルミニウム、鋼、アルミニウム合金などの様々な材料で作ることができる。溶接接続を容易にするために、キャップ140の材質の変更に伴って、キャップ140に溶接される集電部材130の材質も同様に変更することができる。キャップ140の強度と導電性能を確保するために、本発明の円筒型電池セル100の一例において、キャップ140は低炭素鋼からなる。対応して、集電部材130の材料も低炭素鋼からなる。このような構成とすることにより、同一材質同士の溶接が容易となり、溶接品質がより良好となる。他の実施形態では、肉厚部131のみが低炭素鋼からなり、集電体133が銅などの可撓性金属で形成されても良い。このような構成とすることにより、肉厚部131とキャップ140との溶接が容易になり、溶接品質が確保されるだけでなく、集電体133にある程度の柔軟性を持たせることができ、これによりキャップ140の溶接工程中のタブ溶接領域に対する変形応力の影響を低減することができる。
図6を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、キャップ140の中央領域には液体注入孔160が配置され、集電部材130の中央領域には開口132が配置される。液体注入孔160及び開口部132は、電極アセンブリ120の中心孔123と同心円状又は略同心円状に配置される。円筒型電池セル100は、液体注入孔160を封止するためにキャップ140上に配置される蓋板150をさらに含む。蓋板150が液体注入孔160を封止する方法は限定されない。例えば、蓋板150は、液体注入孔160に接着により接続されても良いし、締まり嵌めによって液体注入孔160にクランプされても良い。液体注入口160の封止の要求を満たすことができる限り、液体注入口160は封止溶接によって封止されても良い。このような構成により、液体を注入する際、液体注入孔160の周方向を便利かつ正確に位置決めすることができるだけでなく、電極アセンブリ120の偏心した液体注入が液体注入の均一性に影響を与えるという問題も解決することができる。電極アセンブリ120の軸方向に沿って、集電部材130の端面上の液体注入孔160の投影は、開口132を覆うか、又は開口132内に収まり、液体注入孔160と開口132との間の連通を達成する。電解液が液体注入孔160から注入されると、電解液は、開口部132を通って電池セルの内部に流入し、電極アセンブリ120に浸透することができる。液体注入孔160及び開口部132は、液体注入の要求を満たすことができる限り、多様な形状、例えば、円形、長方形、又は帯状など様々な形状に形成することができる。図6を参照されたい。本発明の一実施形態において、集電部材130の端面上の液体注入孔160の投影は、開口部132内に完全に収まる。このような構成により、注入工程中に電解液がキャップ140と集電部材130の溶接領域に接触することが防止され、それにより、溶接領域の溶接スラグが電極アセンブリ120の内部に流れ込み、電極アセンブリ120の注入効果に影響を与えるのを防止することができる。
液体注入孔160の直径は、1mm~14mmであって良い。液体注入工程の操作を考慮すると、液体注入孔160の直径は、電極アセンブリ120の中心孔123の直径よりも小さいことが好ましい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、液体注入孔160の直径は、2mm~7mmの範囲の任意の値であって良く、例えば、その値は、2mm、3mm、4mm、又は7mmなどであって良い。
図9を参照されたい。本発明の円筒型電池セルの一例では、液体注入孔160の高さ方向に沿って、電極アセンブリ120に近い液体注入孔160の一端には、液体注入孔160の周側壁に沿って延長部が配置される。延出部161は、開口部132の内部へと下方に延出する。延出部161は、径方向に沿って内孔壁1611と外孔壁1612とを有し、内孔壁1611は液体注入孔160の中心に近い。外孔壁1612は、開口132の側壁に取り付けられても良いし、外孔壁1612と開口部132の側壁との間に間隙が存在しても良い。本発明において、延在部が開口部132内に延出する深さは限定されず、深さは、開口部132の高さより大きくても良いし、開口部132の高さより小さくても良い。延出部161を設けることにより、液体注入孔160の側壁の高さが増加し、注液工程における液体注入孔160の仮封止が容易になる。
本発明の円筒型電池セル100の一例において、蓋板150は、キャップ140の電極アセンブリ120から離れた一側に配置され、蓋板150は、キャップ140と肉厚部131との間の溶接接続領域を覆う。蓋板150の形状は特に限定されず、溶接接続領域を覆うことができる限り、円形、長方形、環状などであって良い。溶接領域におけるキャップ140の表面のニッケルメッキ層は溶接の高温によって損なわれるため、溶接領域におけるキャップ140の表面は酸化しやすく、溶接跡が腐食する可能性が非常に高く、溶接接続が失敗する可能性がある。溶接接続領域の上に蓋板150を配置することにより、溶接接続領域が周囲の空気と接触することを防止し、溶接痕の腐食の度合いを低減することができる。このようにして、キャップ140と集電部材130との間の溶接接続が失敗する確率を低減し、円筒型電池セル100の耐用年数を延ばすことができる。
図6を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、液体注入孔160は、キャップ140と蓋板150との間の溶接接続領域の中央に位置し、キャップ140上の蓋板150の投影が溶接接続領域を覆う。このような構成により、蓋板150は、液体注入孔160を封止すると同時に、溶接接続領域の溶接痕を保護することができる。
図3、図7、及び図8を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、キャップ140は、蓋体144と、凹部141と、を含む。凹部141は、キャップ140の厚さ方向において、電極アセンブリ120側に向けて凹む。凹部141は、キャビティ底壁1411を含み、キャビティ底壁1411は、電極アセンブリ120から離れた肉厚部131の一端に溶接接続される。本発明の一実施形態において、凹部141と蓋体144との相対位置は特に限定されない。例えば、凹部141と肉厚部131との溶接接続の要求を満たすことができる限り、凹部141は、カバー本体144の中央領域に配置されても良いし、カバー本体144の周縁領域に配置されても良い。同時に、凹部141の面積の寸法は、キャビティ底壁1411と肉厚部131との溶接強度の要求を満たすことができる限り、特に限定されない。キャップ140に凹部141が配置されることにより、キャビティ底壁1411が集電部材130に接触する。このような構成により、キャップ140の一部の領域が集電部材130の表面に接触し、それにより、キャップ140と集電部材130との間の接触面の密着性が向上する。このようにして、キャップ140と集電部材130との間の溶接接続の安定性が向上する。同時に、凹部141は、キャップ140上に溶接痕の一定分布領域を形成することができるため、溶接工程中に発生する溶接位置誤差を適時に容易に検出することができる。
図3、図7、及び図8を参照されたい。本発明の一実施形態において、凹部141は、円板状の構造であり、キャップ140と同軸上に配置される。一方では、このような設計により、キャップ140を周方向に所定の角度で組み立てる必要がなくなり、凹部141を下側の肉厚部131に接触させて溶接することができ、これによりキャップ140の組立効率が向上する。一方では、キャップ140と集電部材130とが溶接される場合、周方向に均一に力が加えられるため、集電部材130の応力変形を低減することができる。
具体的には、凹部141の投影と肉厚部131の投影とが集電部材130の厚さ方向に重なる限り、凹部141と肉厚部131との間の溶接接続が達成され得る。しかしながら、好ましくは、図6を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例では、集電部材130の厚さ方向において、肉厚部131の投影は、凹部141の投影を覆う。このような構成により、より大きな溶接接触面積が得られ、溶接接続の安定性が向上する。同時に、電池セルの組み立て工程中に、凹部141と肉厚部131との間に径方向のずれ誤差が生じたとしても、キャップ140と集電部材130の溶接効果には影響はない。
図3、図7、及び図8を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、キャップ140は、蓋体144と、環状溝142と、を含む。環状溝142は、キャップ140の外縁に配置され、環状溝142は、キャップ140の厚さ方向において、電極アセンブリ120側に凹む。環状溝142とカバー144とは一体に形成される。環状溝142は、環状底壁1421と、環状底壁1421の径方向両側に位置する第1の環状側壁1422及び第2の環状側壁1423と、を含み、第1の環状側壁1422は端壁111の中心に近い。第2の環状側壁1423の環状底壁1421から離れた一端には、位置規制部1424が配置され、位置規制部1424はキャップ140の中心から離れる一側に向けて延出する。位置規制部1424は、第2の環状側壁1423の外縁面に接続された一体の環状構造であっても良いし、第2の環状側壁1423の外縁面に間隔をあけて配置された複数のシート状構造であっても良い。位置規制部1424と第2の環状側壁1423との接続方法は特に限定されず、ボルト接続、一体接続、溶接接続などにより接続されて良い。位置規制部1424の環状底壁1421側の一方の端面は、ハウジング110の側壁112の端面に接触して溶接接続され、第2の環状側壁1423の外面は、ハウジング110の側壁112の内面に接触して溶接接続される。位置規制部1424及び第2の環状側壁1423の構成により、一方では、ハウジング110の軸方向及び径方向におけるキャップ140の取り付け精度が向上し、製品の組み立て精度の一貫性が向上する。一方では、位置規制部1424がハウジング110の側壁112の端面に径方向に当接するハウジング110の外側にレーザー溶接を行うと、位置制限部分1424と第2の環状側壁1423には同時に溶接溶融池が付着し、それによりキャップ140とハウジング110との間の溶接接続面積が増加し、溶接接続強度と封止性能が向上する。同時に、溶融池は第2の環状側壁1423に付着するため、ハウジング110を溶接する際に発生する溶接スラグがハウジング110の内部に落ちて電池セルの動作性能に影響を与えることを防止することができる。
図3及び図9を参照すると、本発明の円筒型電池セル100の一例において、環状溝142の環状底壁1421の外面は、集電部材130の周方向外縁に接触する。このような構成により、環状底壁1421は、集電部材130の外縁に下向きの押圧力を発生させるので、集電部材130の下の第1のタブ121を圧着し、第1のタブ121の軸方向の局所的な変位が制限され、第1のタブ121が緩むことが防止される。
図9を参照されたい。集電部材130の中央領域に肉厚部131が設置される図6の例と異なり、肉厚部131が集電部材130の中心領域に設けられる。本発明の円筒型電池セル100の一例において、肉厚部131は、集電部材130の外縁領域に配置され、環状底壁1421が肉厚部131の上端面に接触して環状溝142の領域で溶接され、キャップ140と集電部材130との溶接接続が達成される。このような構成により、蓋板150と集電部材130との間の溶接領域がキャップ140の外縁領域に位置することになる。キャップ140に通気用ノッチ143が設置される場合、溶接領域が通気用ノッチ143の開口部に影響を及ぼさないため、通気位置からの高圧ガスの排出が容易になる。
図9を参照されたい。円筒型電池セル100は、環状蓋板190をさらに含む。環状蓋板190は、環状溝142を覆うように環状溝142の上に配置される。環状溝142を覆うことができ、環状溝 142上に環状蓋板190を安定して接続することができる限り、接着接続又は溶接接続などを介して、環状蓋板190をキャップ140上に配置するための多くの選択肢がある。環状溝142を覆うように環状蓋板190を配置することにより、環状溝142内の溶接痕の酸化や腐食の度合いを低減することができ、これによりキャップ140と集電部材130との間の溶接接続が失敗する確率を低減し、円筒型電池セル100の耐用年数を延ばすことができる。
図8及び図9を参照されたい。本発明の円筒型電池セル100の一例において、キャップ140の蓋体144には、通気ノッチ143が加工されている。通気ノッチ143は、連続的な環状構造であっても良いし、不連続な構造であっても良い。通気ノッチ143は、キャップ140の脆弱領域に位置する。円筒型電池セル100内の気圧が一定の閾値を超えると、通気ノッチ143が位置する位置が破損し、円筒型電池セル100内の空気圧が破損部分から放出され、それにより、熱が円筒型電池内で横方向に拡散してより深刻な結果を引き起こすことが防止される。好ましくは、本発明の一実施形態において、通気ノッチ143は円形構造を有し、キャップ140と同軸上に配置され得る。このようにして、通気ノッチ143にかかる力は周方向に比較的均一になり、通気ノッチ143がより適時かつ正確に開放されることが保証される。
図3及び図8を参照されたい。通気ノッチ143は、キャップ140の電極アセンブリ120に面する一側に位置する。通気ノッチ143は、キャップ140の表面に対して深さ方向に垂直である。通気ノッチ143の断面は逆円錐構造であって良く、直径が大きい一端が電極アセンブリ120側に面する。通気用ノッチ143によりキャップ140の表面のニッケルメッキ層が損なわれるため、通気用ノッチ143の位置に腐食が発生しやすく、通気用ノッチ143の開口圧力に影響を与える。通気ノッチ143がハウジング110内の封止空間に位置するように、通気ノッチ143を電極アセンブリ120に面する一側に配置することにより、通気ノッチ143が空気と接触する機会を低減することができる。このようにして、通気ノッチ143の腐食の程度を低減することができ、通気ノッチ143の耐用年数を向上させることができる。
なお、上記実施形態における液体注入孔は、キャップ140に設けられるのではなく、ハウジング110の端壁111側に設けられても良く、これにより電極アセンブリ120の内部に液体を注入する機能を兼ねることができる。図10を参照されたい。本発明の一実施形態において、電極端子170には液体注入孔160’が設置され、電解液は液体注入孔160’を通って電極アセンブリ120の内部に流入する。電極端子170上には遮断板180も配置される。遮断板180は、液体注入孔160’を封止して、電解液が液体注入孔160’から溢れ出るのを防止する。液体注入孔160’は、電極端子170上に配置される。一方、液体注入孔160’とキャップ140は、それぞれハウジング110の両端に位置する。したがって、キャップ140を集電部材130に溶接する際に発生する溶接スラグが液体注入孔160’から電池セルの内部に侵入して電解液を汚染することがなく、円筒型電池セル100の耐用寿命が向上する。一方、遮断板180が液体注入孔160’を溶接により封止する場合、溶接領域は第2のタブ122から遠く離れているため、溶接工程中に第2のタブ122に与える熱影響が小さい。同時に、溶接の際、電極端子170自体が一定の厚さを有するため、電極端子170は、溶接により発生する熱エネルギーが電池セルの内部に伝達することを軽減し、それによって電解液の熱分解の可能性を低減することができる。他の実施形態では、液体注入孔はハウジング110の端壁111に開口しても良く、これによりキャップ140と集電部材130とが溶接接続される際に発生する溶接スラグが液体注入孔から電池セルの内部に侵入して電解液を汚染することも防止できる。なお、本発明の一実施形態において、電極端子170は正に帯電して円筒型電池セル100の正極端子として機能し、ハウジング110は全体として負に帯電して円筒型電池セル100の負極端子として機能する。他の実施形態では、電極端子170が負に帯電し、円筒型電池セル100の負の電極端子として機能しても良く、ハウジング110が全体として正に帯電し、円筒型電池セル100の正極端子として機能しても良い。
図11を参照されたい。本発明の電池パック200の一実施形態において、電池パック200は、ケース本体210と、少なくとも1つの円筒型電池セル100と、を含む。ケース本体210は、第1のケース本体部211と第2のケース本体部212とを含む。第1のケース本体部211と第2のケース本体部212とは、互いに覆われて収容空間を形成する。収容空間には、複数の円筒型電池セル100が収容される。複数の円筒型電池セル100は、直列及び/又は並列に接続されて良い。
図12を参照されたい。本発明の電子機器300の一例において、電子機器300は、動作部310と、電池パック200と、を含む。動作部310は、電池パック200に電気的に接続され、サポート用の電気エネルギーを得る。動作部310は、例えば、ファンの羽根回転部、掃除機の集塵作業部、電気自動車の車輪駆動部など、電池パック200の電気エネルギーを取得して対応する作業を行うことができるユニット構成要素であって良い。電子機器300は、車両、携帯電話、ポータブル装置、ラップトップ、船舶、宇宙船、電動玩具、電動工具などであって良い。車両は、燃料車両、ガソリン車両、又は新エネルギー車両であって良く、新エネルギー車両は、純粋な電気車両、ハイブリッド車両、又は長距離車両などであって良い。宇宙船は、航空機、ロケット、空間シャトル、宇宙船などを含む。電動玩具は、ゲーム機、電気自動車玩具、電気船玩具、電気飛行機玩具などの固定式又は移動式の電動玩具を含む。電動工具は、電動ドリル、電動グラインダー、電動レンチ、電動ドライバー、電動ハンマー、インパクトドリル、コンクリートバイブレーター、プレーナーなどの金属切断電動工具、研削電動工具、組立電動工具、及び鉄道電動工具を含む。本発明の実施形態は、上述の電子機器300を特に限定するものではない。本発明の電子装置300の一実施形態において、電子装置300は車両であり、動作部310は車体であり、電池パック200は車体に固定して配置され、車両に駆動力を提供し、車両の動作を実現する。
本発明の円筒型電池セルでは、集電部材に肉厚部を設けることにより、キャップとの溶接位置における集電部材の厚さが増加し、レーザー貫通溶接中の溶接位置における仮想はんだ又は溶接貫通のリスクが軽減される。このようにして、集電部材とキャップとの溶接の難易度を効果的に低減し、溶接における低い工程ウィンドウという課題を解決し、溶接品質を効果的に向上させるだけでなく、キャップと集電部材との溶接の欠陥率を低減することができる。同時に、肉厚部の構成により、集電部材とキャップとの溶接工程中に発生して電極アセンブリに伝わる熱を効果的に低減することができ、これにより電極アセンブリへの熱影響を低減することができる。さらに、さらに、肉厚部は、キャップの領域の一部と接触しているので、それらの間の接触面における密着性がより良好になる。このようにして、集電部材とキャップとを接続する溶接を行う際に、仮想はんだや溶接抜けの可能性をさらに低減することができ、これにより溶接品質が向上し、溶接の欠陥率が低減し得る。このようにして、本発明は、従来技術における実用上の課題を効果的に克服するものであり、利用価値が高く、利用意義も大きい。上記実施形態は、本発明の原理と効果を例示するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本技術分野の通常の知識を有する者なら誰でも、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、上記の実施形態を修正又は変更することができる。したがって、本発明に開示される精神及び技術的思想から逸脱することなく、本技術分野の通常の知識を有する者によって行われるすべての同等の修正又は変更は、同様に本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
本発明の円筒型電池セル及び電池パックは、電池の技術分野に応用することができる。
100: 円筒型電池セル
110: ハウジング
111: 端壁
1111: 端子取付孔
112: 側壁
113: 開口部
120: 電極アセンブリ
121: 第1のタブ
122: 第2のタブ
123: 中心孔
130:集電部材
131: 肉厚部
132: 開口部
133: 集電体
1331: 取付貫通孔
134: タブ溶接領域
140: キャップ
141: 凹部
142: 環状溝
1421: 環状底壁
1422: 第1の環状側壁
1423: 第2の環状側壁
1424: 位置規制部
143: 通気ノッチ
144: 蓋体
150: 蓋板
160, 160’: 液体注入孔
170: 電極端子
180: 遮断板
190: 環状蓋板
200: 電池パック
210: ケース本体
211: 第1のケース本体部
212: 第2のケース本体部
300: 電子機器
310: 動作部

Claims (20)

  1. 端壁と、前記端壁を取り囲む側壁と、を含み、前記側壁の前記端壁から離れた一端には開口部が形成されるハウジングと、
    前記ハウジングに配置され、前記電極アセンブリの前記開口部に面する一側には第1のタブが設置される電極アセンブリと、
    前記開口部が位置する一側に配置され、前記側壁に溶接接続されて前記開口部を封止するキャップと、
    前記電極アセンブリの前記開口部に面する一側に配置され、前記第1のタブに溶接接続される集電部材と、
    と、を備え、
    前記集電部材の厚さ方向において、前記集電部材は、集電体と、前記キャップに向けて突出する肉厚部と、を含み、前記肉厚部は、前記キャップに溶接接続される、
    円筒型電池セル。
  2. 前記肉厚部は、前記集電部材の中央領域に配置される、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  3. 前記集電部材の前記厚さ方向において、前記電極アセンブリ上の前記肉厚部の投影は、前記電極アセンブリの中心を円中心とする直径18mmの領域に位置する、
    請求項2に記載の円筒型電池セル。
  4. 前記集電体と前記肉厚部は、一体的に形成された構造である、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  5. 前記集電体と前記肉厚部とは、溶接接続される、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  6. 前記集電部材の前記厚さ方向において、前記集電部材の前記電極アセンブリに近い一端と、前記肉厚部が前記キャップに溶接される一端との間の厚さは、0.3mm~2mmである、
    請求項5に記載の円筒型電池セル。
  7. 前記肉厚部は、前記集電体の前記電極アセンブリから離れた一側に配置される、
    請求項5に記載の円筒型電池セル。
  8. 前記集電体の厚さ方向において、前記肉厚部は、前記集電体を貫通する、
    請求項5に記載の円筒型電池セル。
  9. 前記集電体と前記肉厚部の少なくとも一方は、低炭素鋼からなる、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  10. 前記キャップの中心は、液体注入孔を含み、前記集電部材の中心は、前記液体注入孔に対応する開口部を含み、前記円筒型電池セルは、前記キャップの上に配置された蓋板をさらに含み、前記蓋板は、前記キャップに溶接接続されて、前記液体注入孔を封止する、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  11. 前記蓋板は、前記キャップと前記肉厚部との間の溶接接続領域を覆う、
    請求項10に記載の円筒型電池セル。
  12. 前記キャップの厚さ方向において、前記キャップは、前記集電部材に向けて凹んだ凹部を含み、前記凹部は、前記肉厚部に溶接接続される、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  13. 前記集電部材の前記厚さ方向において、前記肉厚部の投影は、前記凹部の投影を覆う、
    請求項12に記載の円筒型電池セル。
  14. 前記キャップの外縁に位置する下面の少なくとも一部は、前記側壁の端面に接触して溶接接続され、前記キャップの厚さ方向において、前記キャップの前記外縁には、前記電極アセンブリ側に凹んだ環状溝がさらに配置され、前記環状溝の前記キャップの円中心から離れた側壁は、前記側壁の内面に接触して溶接接続される、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  15. 前記環状溝の底壁は、前記集電部材に接触する、
    請求項14に記載の円筒型電池セル。
  16. 前記肉厚部は、前記集電部材の外縁領域に配置され、前記環状溝の底壁は、前記肉厚部に接触して溶接接続される、
    請求項14に記載の円筒型電池セル。
  17. 前記円筒型電池セルは、環状蓋板をさらに含み、前記環状蓋板は、前記環状溝を覆うように前記環状溝の上に配置される、
    請求項14に記載の円筒型電池セル。
  18. 前記キャップには、通気ノッチが更に配置される、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  19. 前記電極アセンブリの前記端壁に面する一側には第2のタブが設置され、前記円筒型電池セルは、前記端壁の外面から突出する電極端子をさらに含み、前記電極端子は、前記第2のタブに電気的に接続され、前記端壁又は前記電極端子上には、液体注入孔が設置される、
    請求項1に記載の円筒型電池セル。
  20. 請求項1~19のいずれか一項に記載の円筒型電池セルを備える電池パック。
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