复合极柱和具有其的电芯的制作方法

[0001]
本实用新型涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种复合极柱和具有其的电芯。


背景技术：

[0002]
随着社会的发展和人们日益增长的需求，传统能源的储量已岌岌可危。现在全国都在大力发展新型能源，尤其是汽车行业。
[0003]
现今越来越多的汽车企业开始研发并制造电动汽车，作为电动汽车的核心部件及能量来源，动力电池更是现在研究的重点，同时动力电池的续航里程和安全性能也成为人们日益关注的焦点。
[0004]
常用的锂离子动力电池主要分为软包动力电池、方形动力电池和圆柱动力电池三大类。常见的方形动力电池由盖板、铝壳、卷芯等构成，其中盖板主要集成了正极极柱、负极极柱、防爆阀以及注液孔等关键零部件，而正极极柱、负极极柱、防爆阀以及注液孔等零部件之间都需要有一定的间隔距离来保证它们能够正常工作而不受影响，正、负极极柱通常会设置在一个盖板的两端，以保证正极极柱和负极极柱不会因距离过近而短路或受其他零部件的影响出现问题。
[0005]
随着人们对电池能量密度要求的不断提高，方形电池的壳体被做的越来越长，而盖板的尺寸却被做得越来越小，同时也衍生出一个重要的问题，如果正极极柱与负极极柱的距离较近，可能会发生短路，即在一个盖板同侧出极柱的情况下，由于盖板空间不足，无法保证正极极柱和负极极柱之间所需的防短路间距以及盖板上其他零部件之间所需的足够间距，已经无法同时放下正极极柱、负极极柱、防爆阀以及注液孔等零部件。
[0006]
现有技术中存在的两个盖板异侧出极柱的方案，即将铝壳的底面去掉，同时在此位置处再增加一个盖板，使得正负极柱分居于两个盖板之上，进而在两个盖板上获取足够的空间。
[0007]
虽然使用上述两个盖板异侧出极柱这种设计解决了一个盖板尺寸不足的问题，并且已有应用实例，但是在电池整体大小不变的情况下，异侧出极柱比同侧出极柱有一侧的极柱会更多地占据方形动力电池在模组中的部分空间，进而导致电芯的可利用空间减小，使得电芯的容量、能量密度等均难以提高；同时此方案中，由于使用两个盖板，会使得电池的成本增加，而且两个盖板的制造和装配工艺相对于一个盖板来说，往往更加繁琐耗时，使生产效率降低。
[0008]
综上所述，在设计大容量的方形动力电池时，一种可以节省空间、提高能量密度的方形动力电池复合极柱的结构设计必须要优先考虑。


技术实现要素：

[0009]
本实用新型的主要目的在于提供一种复合极柱和具有其的电芯，以解决现有技术中动力电池盖板空间不足或电芯的可利用空间减小的问题。
[0010]
为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种正负极复合极柱，包
括：正极极柱；负极极柱；绝缘部，绝缘部的至少部分位于正极极柱和负极极柱之间，以通过绝缘部对正极极柱和负极极柱进行绝缘，使正极极柱和负极极柱之间的最小距离达到预定距离。
[0011]
进一步地，绝缘部包括中间绝缘层，中间绝缘层设置于正极极柱和负极极柱之间并与正极极柱和负极极柱均连接，以使正极极柱和负极极柱相互绝缘。
[0012]
进一步地，正极极柱与负极极柱之间形成第一间隙部和分别位于第一间隙部两侧的两个第二间隙部，中间绝缘层包括：第一复合层，第一复合层位于第一间隙部内，第一复合层的外表面与正极极柱和负极极柱均接触；两个第二复合层，两个第二复合层一一对应地设置在两个第二间隙部内，各个第二复合层的外表面与正极极柱和负极极柱均接触；其中，第一复合层的外表面为圆柱面，各个第二复合层与正极极柱和负极极柱之间的接触面均为平面。
[0013]
进一步地，正极极柱包括：正极头部，正极头部的至少部分表面用于与外界连通；正极底板，正极底板与正极头部连接；其中，正极头部和正极底板一体成型；或者，正极头部和正极底板可拆卸地连接。
[0014]
进一步地，正极底板包括：第一底板部，第一底板部与正极头部连接；第二底板部，第二底板部与第一底板部间隔设置；短路保护部，短路保护部设置在第一底板部和第二底板部之间，以在短路保护部熔断时，使第一底板部和第二底板部之间形成断路。
[0015]
进一步地，短路保护部包括短路保护条；其中，短路保护条的沿预设方向的最大截面的面积小于第一底板部和第二底板部沿预设方向的最小截面的面积；预设方向垂直于第一底板部和第二底板部的分布方向；和/或短路保护条为多个，多个短路保护条沿第一底板部和第二底板部之间的间隙的延伸方向间隔设置。
[0016]
进一步地，负极极柱包括：负极头部，负极头部的至少部分表面用于与外界连通；负极底板，负极底板与负极头部连接；其中，负极头部和负极底板一体成型；或者，负极头部和负极底板可拆卸地连接。
[0017]
进一步地，负极底板上设置有第二延长端，第二延长端位于负极底板远离负极头部的一端，第二延长端用于与电芯的负极集流体进行连接；和/或负极头部包括第一极柱头部和第二极柱头部，第一极柱头部与第二极柱头部连接并位于第二极柱头部远离负极底板的一侧；其中，第一极柱头部的制作材料包括铝，第二极柱头部的制作材料包括铜，负极底板的制作材料包括铜。
[0018]
进一步地，中间绝缘层具有相对设置的第一端和第二端，绝缘部还包括：外部包覆层，外部包覆层与中间绝缘层的第一端连接，外部包覆层位于正极极柱和负极极柱的第一侧，并与正极极柱和负极极柱均连接；和/或内部包覆层，内部包覆层与中间绝缘层的第二端连接，内部包覆层位于正极极柱和负极极柱的第二侧，并与正极极柱和负极极柱均连接。
[0019]
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种电芯，包括盖板，电芯还包括复合极柱，复合极柱为上述的复合极柱，复合极柱穿设在盖板上。
[0020]
应用本实用新型的技术方案，提供了一种复合极柱，该复合极柱是在正极极柱和负极极柱之间设置绝缘部，并通过绝缘部对正极极柱和负极极柱的部分分别进行包覆，以对正极极柱和负极极柱之间进行绝缘，将正、负极极柱集成在一起，实现了正极极柱和负极极柱之间间距最小，占用电芯盖板空间最小，且正、负极不短路的效果，使正极极柱和负极
极柱之间的最小距离达到预定距离。通过本实用新型提供的技术方案，解决了现有技术中一个盖板单侧出极柱，盖板空间不足正、负极极柱可能短路或两个盖板异侧出极柱，使电芯的可利用空间减小，电芯的效率和能量密度降低的问题。
附图说明
[0021]
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
[0022]
图1示出了本申请所提供的复合极柱的实施例的结构示意图；
[0023]
图2示出了图1中的复合极柱的主视图；
[0024]
图3示出了图1中的复合极柱的沿a-a方向的剖视图；
[0025]
图4示出了图1中的复合极柱中的正极极柱和负极极柱的结构示意图；
[0026]
图5示出了图1中的复合极柱的绝缘部的结构示意图；
[0027]
图6示出了图5的绝缘部的主视图；
[0028]
图7示出了图6中的绝缘部沿b-b方向的剖视图；
[0029]
图8示出了本申请所提供的电芯的实施例的结构示意图；以及
[0030]
图9示出了图8中电芯的结构和现有技术中的两个盖板上设置极柱的电芯的结构对比示意图。
[0031]
其中，上述附图包括以下附图标记：
[0032]
100、电芯；1、复合极柱；11、正极极柱；111、正极头部；112、正极底板；1121、第一底板部；1122、第二底板部；1123、短路保护部；11231、短路保护条；1124、第一延长端；12、负极极柱；121、负极头部；1211、第一极柱头部；1212、第二极柱头部；122、负极底板；1221、第二延长端；13、绝缘部；131、外部包覆层；1311、正极标识；1312、负极标识；132、中间绝缘层；1321、第一复合层；1322、第二复合层；133、内部包覆层；1331、侧面包覆层；1332、底面包覆层；134、过渡层；2、正极集流体；21、正极极耳；3、负极集流体；31、负极极耳；4、电芯极组；5、电芯铝壳；6、盖板。
具体实施方式
[0033]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0034]
如图1至图8所示，本实用新型提供了一种复合极柱，包括：正极极柱11；负极极柱12；绝缘部13，绝缘部13的至少部分位于正极极柱11和负极极柱12之间，以通过绝缘部13对正极极柱11和负极极柱12进行绝缘，使正极极柱11和负极极柱12之间的最小距离达到预定距离。具体地，预定距离的取值范围为1mm至10mm。
[0035]
应用本实用新型的所提供了的复合极柱1，该复合极柱1是在正极极柱11和负极极柱12之间设置绝缘部，并通过某种绝缘材料作为绝缘部13对正极极柱11和负极极柱12的部分分别进行包覆，以对正极极柱11和负极极柱12之间进行绝缘，将正极极柱11和负极极柱12集为一个复合极柱，使正极极柱和负极极柱之间的最小距离达到预定距离，实现了正极极柱11和负极极柱12占用盖板的面积最小，且正极极柱11和负极极柱12之间不会短路的技
术效果。且本实用新型采用一个盖板同侧出复合极柱的方式设置，在电芯100的尺寸不变的情况下，同侧出极柱方案与异侧出极柱方案相比，电芯极组4所拥有的电芯100空间更多，也就相当于能使电芯达到更高的效率和能量密度。通过本实用新型提供的技术方案，解决了现有技术中一个盖板单侧出极柱会使盖板空间不足，正、负极极柱可能短路的问题，或者两个盖板异侧出极柱，会使电芯的可利用空间减小，电芯的效率和能量密度降低的问题。
[0036]
其中，正极极柱11和负极极柱12之间的最小距离达到预定距离，预定距离的取值范围为1mm至10mm，远小于正极极柱和负极极柱分开设置时所需的最小距离，具体的复合极柱1中正极极柱11和负极极柱12之间间隔的数值，即绝缘部13的厚度的数值，需要依据复合极柱1所在的电芯100的应用环境和设计需求以及绝缘部13的材质特点来设计，以在保证正极极柱11和负极极柱12之间相互绝缘的情况下，使复合极柱所占用的盖板平面面积最小。
[0037]
如图9所示，当规定了电芯100的外形和整体尺寸的长宽高之后(即电芯的整体长度h已被预设为固定值)，现有技术(即两个盖板异侧出极柱的方案)中电芯极组4的总高度为l1。当使用了本实用新型所提供的复合极柱1时，(使用复合极柱1时，使用一个盖板即可)，电芯极组的总共高度为l2，从图中可以看出，本实用新型中的电芯极组4的高度l2大于现有技术中的电芯极组4的高度l1，其差值δl在某种程度上等同于电芯可以提高容量或提高能量密度的改进设计的空间。
[0038]
如图1所示，绝缘部13包括中间绝缘层132，中间绝缘层132设置于正极极柱11和负极极柱12之间并与正极极柱11和负极极柱12均连接，以使正极极柱11和负极极柱12相互绝缘。这样，正极极柱11和负极极柱12之间能够以一个很小的距离集成在盖板6上而不会短路。
[0039]
具体地，如图4、图5和图7所示，复合极柱1的正极极柱11与负极极柱12之间形成第一间隙部和分别位于第一间隙部两侧的两个第二间隙部，中间绝缘层132包括：第一复合层1321，第一复合层1321位于第一间隙部内，第一复合层1321的外表面与正极极柱11和负极极柱12均接触；两个第二复合层1322，两个第二复合层1322一一对应地设置在两个第二间隙部内，各个第二复合层1322的外表面与正极极柱11和负极极柱12均接触；其中，第一复合层1321的外表面为圆柱面，各个第二复合层1322与正极极柱11和负极极柱12之间的接触面均为平面。
[0040]
可选地，如图4和图7所示，复合极柱1中的正极极柱11和负极极柱12与绝缘部13之间的复合界面主要为曲面接触，同时亦可设计为平面接触或者平面与曲面接触组合使用等，以使绝缘部13与正极极柱11和负极极柱12之间保持紧密接触，从而保证极柱的正极极柱11和负极极柱12之间的绝缘性、密封性以及复合极柱1的稳固性。
[0041]
可选地，如图4所示，复合极柱1的形状不仅限于使用弧形结构，根据实际的应用环境和使用需求，复合极柱1还可为方形结构、或片状结构等，即正极极柱11可以为弧形结构、或方形结构、或片状结构，负极极柱12也可以为弧形结构、或方形结构、或片状结构。复合极柱1的正极极柱11和负极极柱12形状的多样化，使得复合极柱1在多个电芯100组装成电芯模组时能够适用于不同的连接部件、连接方式和焊接工况。
[0042]
如图1至图4所示，正极极柱11包括：正极头部111，正极头部111的至少部分表面用于与外界连通；正极底板112，正极底板112与正极头部111连接；其中，正极头部111和正极底板112一体成型；或者，正极头部111和正极底板112可拆卸地连接。
[0043]
如图1和图4所示，正极底板112包括：第一底板部1121，第一底板部1121与正极头部111连接；第二底板部1122，第二底板部1122与第一底板部1121间隔设置；短路保护部1123，短路保护部1123设置在第一底板部1121和第二底板部1122之间，以在短路保护部1123熔断时，使第一底板部1121和第二底板部1122之间形成断路。
[0044]
如图1至图4所示，正极底板112具有第一延长端1124，第一延长端1124位于正极底板112远离正极头部111的一端，延长端用于与电芯结构的正极集流体2进行连接。
[0045]
正极极柱11的底部具有正极底板112的第一延长端1124，用于和电芯极组4中的正极集流体2进行连接，第一延长端1124和正极集流体2的连接方式为焊接。
[0046]
可选地，正极集流体2为正极极耳21或正极连接片。
[0047]
如图8所示，随着焊接工艺的成熟与发展，目前现有技术中已经有很多取消使用正、负极连接片，将正、负极极耳直接焊接于正、负极底板上，以降低成本减轻重量的例子，本实用新型中也采用了将正极极耳21直接焊于正极底板112上的方式。
[0048]
现有技术中电芯的短路保护结构被设计在正、负极连接片上，正、负极连接片的取消的同时，也增加了电芯发生短路的风险，因此，本实用新型中将短路保护结构，即短路保护部1123设置于复合极柱1中的正极极柱11的正极底板112上。
[0049]
具体地，如图1和图4所示，短路保护部1123包括短路保护条11231；其中，短路保护条11231的沿预设方向的最大截面的面积小于第一底板部1121和第二底板部1122沿预设方向的最小截面的面积；预设方向垂直于第一底板部1121和第二底板部1122的分布方向；和/或短路保护条11231为多个，多个短路保护条11231沿第一底板部1121和第二底板部1122之间的间隙的延伸方向间隔设置。
[0050]
通过正极底板112上短路保护部1123的设计，使短路保护部1123沿预设方向的最大截面积小于第一底板部1121和第二底板部1122沿预设方向的最小截面的面积，即短路保护部1123的电阻大于第一底板部1121的电阻和第二底板部1122的电阻，当电流流过正极底板112时，在短路保护部1123处产生的热量最大。
[0051]
因此，在电芯发生短路，过大的电流在流经正极底板112时，短路保护部1123会先于第一底板部1121和第二底板部1122产生大量的热量而迅速熔断，使正极极柱11和负极极柱12之间的闭合电路及时断开，有效的防止了电芯发生短路时而导致的起火爆炸等安全隐患。
[0052]
如图1和图4所示，短路保护部1123的具体结构为短路保护条11231，短路保护条11231可以为一个或多个，短路保护条11231是将正极底板112中第一底板部1121和第二底板部1122之间的部分底板挖去多余的材料后形成的，具体的短路保护条11231的数量和沿预设方向的截面积由电芯结构对电流的承受能力以及短路保护条11231的耐热性来决定，以保证电流过载时能够及时熔断短路保护条11231，从而起到保护电芯的作用。
[0053]
具体地，正极极柱11的制造材料包括铝。
[0054]
如图1至图4所示，负极极柱12包括：负极头部121，负极头部121的至少部分表面用于与外界连通；负极底板122，负极底板122与负极头部121连接；其中，负极头部121和负极底板122一体成型；或者，负极头部121和负极底板122可拆卸地连接。
[0055]
具体地，如图8所示，负极底板122上设置有第二延长端1221，第二延长端1221位于负极底板122远离负极头部121的一端，第二延长端1221用于与电芯的负极集流体3进行连
接。
[0056]
如图8所示，负极极柱12的底部具有负极底板122的第二延长端1221，用于和电芯极组4中的负极集流体3进行连接，第二延长端1221和第一延长端1124的延长方向互为相反方向，第二延长端1221和负极集流体3的连接方式为焊接。
[0057]
可选地，负极集流体3为负极极耳31或负极连接片。
[0058]
如图8所示，随着焊接工艺的成熟与发展，目前现有技术中已经有很多取消使用正、负极连接片，将正、负极极耳直接焊接于正、负极底板上，以降低成本减轻重量的例子，本实用新型中也采用了将负极极耳31直接焊于负极底板122上的方式。
[0059]
如图1至图4所示，本实用新型提供的负极头部121包括第一极柱头部1211和第二极柱头部1212，第一极柱头部1211与第二极柱头部1212连接并位于第二极柱头部1212远离负极底板122的一侧；其中，第一极柱头部1211的制作材料包括铝，第二极柱头部1212的制作材料包括铜，负极底板122的制作材料包括铜。本实用新型通过上述负极铜铝复合极柱的设置方式，解决了现有技术中电芯与电芯连接时，纯铜制成的负极头部121直接与铝制汇流排之间焊接难以实现问题。
[0060]
具体地，第一极柱头部1211和第二极柱头部1212采用摩擦焊的方式连接在一起。
[0061]
如图1至图7所示，中间绝缘层132具有相对设置的第一端和第二端，绝缘部13还包括：外部包覆层131，外部包覆层131与中间绝缘层132的第一端连接，外部包覆层131位于正极极柱11和负极极柱12的第一侧，并与正极极柱11和负极极柱12均连接；和/或内部包覆层133，内部包覆层133与中间绝缘层132的第二端连接，内部包覆层133位于正极极柱11和负极极柱12的第二侧，并与正极极柱11和负极极柱12均连接。
[0062]
复合极柱1的绝缘部13需对正极极柱11和负极极柱12的顶部及底部的距离较近的部分进行包覆，以对正极极柱11和负极极柱12的之间进行绝缘，包括顶部和底部的绝缘，保证正极极柱11和负极极柱12之间不会因距离太近而短路，又可以保证正极极柱11和负极极柱12的之间的密封性。
[0063]
如图1所示，复合极柱1中绝缘部13的外部包覆层131的外表面上设置有与正极极柱11相对应的正极标识1311和与负极极柱12相对应的负极标识1312，用于防呆，解决了复合极柱难以外在区分电芯正、负极极性的问题。
[0064]
具体地，如图1至图7所示，正极极柱11包括正极底板112，负极极柱12包括负极底板122，内部包覆层133包括：两个侧面包覆层1331，两个侧面包覆层1331分别位于正极底板112和负极底板122的相对两侧，以对正极底板112和负极底板122的两个侧面的部分进行包覆；底面包覆层1332，底面包覆层1332位于两个侧面包覆层1331之间并与两个侧面包覆层1331连接，底面包覆层1332用于对正极底板112和负极底板122的至少部分底面进行包覆。
[0065]
其中，绝缘部13的底面包覆层1332还包括两个过渡层134，两个过渡层134的第一侧分别与中间绝缘层132的两端连接，两个过渡层134的第二侧均与底面包覆层1332连接，两个过渡层134的第三侧分别与两个侧面包覆层1331连接，以将中间绝缘层132和侧面包覆层1331过渡连接。
[0066]
可选地，绝缘部13为陶瓷材料制成，正极极柱11和负极极柱12均焊接在绝缘部13上；或者绝缘部13为塑胶材料制成，正极极柱11、负极极柱12以及绝缘部13一体注塑成型。
[0067]
为了保证绝缘部13的绝缘性，复合极柱1中的绝缘部13为绝缘材料制作，通过绝缘
部13与正极极柱11和负极极柱12进行复合，形成复合极柱，可以达到使正极极柱11和负极极柱12之间相互绝缘的目的。
[0068]
其中，当绝缘部13采用陶瓷材料时，绝缘部13与正极极柱11和负极极柱12之间的复合方式为焊接，陶瓷材料具有良好的导热性、绝缘性、耐磨性和耐热性等优点，用在复合极柱1上可在极柱发热时不受影响；当绝缘部13采用塑胶材料(如pp、pps)时，绝缘部13与正极极柱11和负极极柱12之间的复合方式为一体注塑成型，注塑方式生产效率高，产量大，成本低，各零部件之间连接稳固，不易脱出，是非常适合复合极柱1的生产方式。
[0069]
如图8所示，本实用新型提供了一种电芯，包括盖板6，电芯还包括复合极柱1，复合极柱1为上述的复合极柱1，复合极柱1穿设在盖板6上，复合极柱1和盖板6之间相互绝缘，以保证正极极柱11和负极极柱12之间不会因盖板而发生短路现象。
[0070]
具体地，复合极柱1的部分从盖板6的极柱孔中穿出设置于电芯100的外部，并与盖板6相互绝缘，复合极柱1的另外部分设置于电芯100的内部。
[0071]
本实用新型所提供的其中一种实施例的电芯的结构如图8所示，主要由盖板6、复合极柱1、电芯极组4、电芯铝壳5等组成。其中正极极柱11和负极极柱12通过某种绝缘部13进行复合，形成复合极柱1并组装到盖板6上，在将复合极柱1的正极底板112和负极底板122的延长端分别与正极集流体2和负极集流体3(即正极极耳21和负极极耳31或正极连接片和负极连接片)焊接之后，再将复合极柱1放入电芯铝壳5中，通过盖板6与电芯铝壳5的焊接，完成电芯的制作。
[0072]
本实用新型提供了一种动力电池，包括电芯，电芯为上述的电芯。
[0073]
本实用新型提供了一种电动汽车，包括动力电池，动力电池为上述的动力电池。
[0074]
本实用新型所提供的复合极柱1的结构的设计，在正极极柱11和负极极柱12之间设置绝缘部，并通过某种绝缘材料作为绝缘部13对正极极柱11和负极极柱12的部分分别进行包覆，以对正极极柱11和负极极柱12之间进行绝缘，将正极极柱11和负极极柱12集为一个复合极柱，使正极极柱和负极极柱之间的间距达到最小值，实现了正极极柱11和负极极柱12占用盖板的面积最小，且正极极柱11和负极极柱12之间不会短路的技术效果。且本实用新型采用一个盖板同侧出复合极柱的方式设置，在电芯100的尺寸不变的情况下，同侧出极柱方案与异侧出极柱方案相比，电芯极组4所拥有的电芯100空间更多，也就相当于能使电芯达到更高的效率和能量密度。
[0075]
通过本实用新型提供的技术方案，解决了现有技术中一个盖板同侧出极柱，盖板空间不足正、负极极柱可能短路或两个盖板异侧出极柱，使电芯的可利用空间减小，电芯的效率和能量密度降低的问题，同时，还解决了两个盖板异侧出极柱，盖板组装工艺复杂的难题。
[0076]
从以上的描述中，可以看出，本实用新型所提供的技术方案，实现了增加电芯100的有效利用空间进而提高电芯100的能量密度，降低电芯100的生产成本，优化盖板6的组装工艺外，且不会影响电芯的其他测试及使用性能的技术效果。基于上述优势，本实用新型的复合极柱1相较于现有技术中的正极极柱11和负极极柱12分居于一个盖板两端的结构和两个盖板异侧出极柱的结构设计更加具有实用性。
[0077]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则
之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。