连接片的设计方法、连接片、储能装备以及用电设备与流程

1.本发明涉及连接片技术领域，尤其是涉及一种连接片的设计方法、连接片、储能装置以及用电设备。


背景技术：

2.连接片作为将裸电芯的电流引出的金属导电体，一端与裸电芯的极耳相连，另一端与极柱相连。现有技术中，连接片的软连接区域的几何尺寸，需要进行多次验证，以避免过流能力不足或设计冗余，验证次数多，验证成本高。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种连接片的设计方法，所述设计方法可以降低连接片设计过程中的实验频次，以降低验证成本。
4.本发明进一步提出了基于上述设计方法的连接片。
5.本发明又提出了一种采用上述连接片的储能装置。
6.本发明还提出了一种采用上述储能装置的用电设备。
7.根据本发明第一方面实施例的连接片的设计方法，包括：
8.获取连接片用于与极耳相连的焊接区域的面积s；
9.将连接片划分为第一有效区和第二有效区，第一有效区为所述连接片具有规则形状的区域，所述第二有效区为所述连接片与极柱相连的区域，所述第一有效区(10)为n个，n≥1，且多个所述第一有效区(10)连接在所述第二有效区(20)的同一侧；
10.根据s＝as1，a＝0.095～0.96，s1为所述第一有效区的面积，确定第一有效区的规格尺寸。
11.根据本发明实施例的连接片的设计方法，将连接片划分为两个区域，并基于s＝as1，对第一有效区进行规格尺寸设定，连接片与极耳相连的焊接区域的大小满足过流需求，且第一有效区的规格尺寸更加合理，可以避免设计冗余，降低设计过程中的验证次数，降低验证成本，且定型连接片的规格尺寸合理，也可以降低生产成本，并确保满足焊印温升要求，延长使用寿命。
12.在一些实施例中，所述获取连接片用于与极耳相连的焊接区域的面积s具体为：所述获取连接片用于与极耳相连的焊接区域的面积s具体为：对所述极耳进行持续过流，且温升小于设定阈值时的面积。由此，可以使焊接区域面积满足过流需求，提高连接片与极耳的连接稳定性。
13.进一步地，所述确定第一有效区的规格尺寸具体为：
14.在所述焊接区域为矩形时，所述第一有效区的长度为x1、宽度为y1，所述焊接区域的长度为x2、宽度为y2；
15.根据x1＝mx2，y1＝ny2，a＝mn，m＝0.1～0.95，n＝0.1～0.95，确定所述第一有效
区的长度和宽度。
16.进一步地，所述确定第一有效区的规格尺寸具体为：
17.在所述焊接区域为圆形时，所述第一有效区的宽度为y1、所述焊接区域的半径为r1；
18.根据r1≤0.95y1，确定所述第一有效区的长度和宽度。
19.进一步地，所述确定第一有效区的规格尺寸具体为：
20.所述焊接区域为椭圆形时，所述焊接区域的纵轴与所述第一有效区的宽度方向平行，所述焊接区域的纵轴长度为l1，所述第一有效区的宽度为y1；
21.根据l1∶y1＝(0.2～0.95)∶1，确定所述第一有效区的长度和宽度。
22.进一步地，相邻的所述第一有效区之间的间隔为w1，所述第一有效区的宽度为w2，所述第二有效区的宽度w3＝w1+nw2，n为第一有效区(10)的数量。
23.根据本发明第二方面实施例的连接片，用于电池，所述电池包括极耳和极柱，所述连接片连接所述极耳和所述极柱，所述连接片包括：n个第一有效区和第二有效区，n≥1，所述第一有效区内设置有焊接区域，所述焊接区域用于与极耳相连；所述第二有效区与所述第一有效区相连，且多个所述第一有效区位于所述第二有效区的同一侧；其中所述焊接区域的面积s与所述第一有效区的面积s1之间满足：s＝as1，a＝0.095～0.96；其中在所述电池完成预设循环次数的充放电循环的过程中，所述焊接区域的充放电焊印温升小于温升阈值，所述容量保持率≥85％，所述温升阈值≤10℃，所述预设循环次数为[0，1500]。进一步地，所述预设循环次数为[0，1000]，所述容积保持率≥90％。
[0024]
在一些实施例中，所述焊接区域为矩形，所述第一有效区的长度为x1、宽度为y1，所述焊接区域的长度为x2、宽度为y2；其中x1＝mx2，y1＝ny2，a＝mn，m＝0.1～0.95，n＝0.1～0.95。
[0025]
进一步地，所述焊接区域为圆形时，所述第一有效区的宽度为y1与所述焊接区域的半径为r1之间满足r1≤0.95y1。
[0026]
进一步地，所述焊接区域为椭圆形时，所述焊接区域的纵轴与所述第一有效区的宽度方向平行，且纵轴长度l1与所述第一有效区的宽度y1的比值为(0.2～0.95)∶1。根据本发明第三方面实施例的储能装置，包括端盖和连接片，所述端盖上设置有极柱，所述极柱与所述连接片相连。
[0027]
根据本发明第四方面实施例的用电设备，包括上述储能装置。
[0028]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0029]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0030]
图1是根据本发明实施例的一种连接片的示意图；
[0031]
图2是根据本发明实施例的另一种连接片的示意图；
[0032]
图3是根据本发明实施例的设计方法的流程图。
[0033]
附图标记：
[0034]
连接耳100，
[0035]
第一有效区10，焊接区域11，第二有效区20。
具体实施方式
[0036]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0037]
下面参考图1-图3描述根据本发明实施例的连接片100的设计方法、连接片100、储能装置以及用电设备。
[0038]
如图1、图2和图3所示，根据本发明第一方面实施例的连接片100的设计方法，包括
[0039]
获取连接片100用于与极耳相连的焊接区域11的面积s；
[0040]
将连接片100划分为第一有效区10和第二有效区20，第一有效区10为连接片100具有规则形状的区域，第二有效区20为连接片100与极柱相连的区域，第一有效区10为n个，n≥1，且多个第一有效区10连接在第二有效区20的同一侧；
[0041]
根据s＝as1，a＝0.095～0.96，s1为第一有效区10的面积，确定第一有效区10的规格尺寸。
[0042]
具体地，连接片100用于将裸电芯的极耳与极柱电连接，连接片100与极耳焊接，焊接区域11的大小与过流能力相关，而本发明设计方法，先获取连接片100用于与极耳相连的焊接区域11的面积s，并进一步地将连接片100划分为两个有效区，第一有效区10呈规则形状(例如：矩形、正方形等)，便于连接片100与极耳的连接，而第二有效区20则需要基于极柱的形状进行合理化设计，具体形状本发明不做具体限定。
[0043]
需要指出的是，根据连接片100的设计需求，第一有效区10可以为一个(参见图1)或多个(参见图2)，而在第一有效区10为多个的实施例中，第一有效区10设置在第二有效区20的同一侧，便于多个第一有效区10与各自对应的极耳相连，且便于布置，可以避免第二有效区20在极耳与第一有效区10连接过程中，产生干涉。
[0044]
可以理解的是，限定有效区的面积与焊接区域11的面积s1满足：s＝as1，可以基于该比例关系，确定第一有效区10的规格尺寸，并进而完成连接片100的设计。
[0045]
其中，锂离子电池的制备过程为：将正极极片、隔离膜、负极极片按顺序放置，使隔离膜处于正、负极极片之间起到隔离的作用，然后卷绕得到裸电芯；将裸电芯的正极极耳与正极转接片焊接，将裸电芯的负极极耳与负极转接片焊接，将焊接好的裸电芯置于壳体中，干燥后，通过端盖的注液孔注入电解液，经过封装、静置、化成，获得锂离子电池。
[0046]
实施例1：制作280ah锂离子电池，焊接区域11的面积s＝5mm*12mm，优选a＝0.81，m＝0.9，n＝0.9，即第一有效区长度为10.8mm，第一有效区宽度为4.5mm，第一有效区10的面积s1为48.6mm。
[0047]
实施例2：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，优选a＝0.81，m＝0.95，n＝0.842，
[0048]
实施例3：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，优选a＝0.81，m＝0.842，n＝0.95，
[0049]
实施例4：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，优选a＝0.49，m＝0.7，n＝0.7，
[0050]
实施例5：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，优选a＝0.25，m＝0.5，n＝0.5，
[0051]
实施例6：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，优选a＝0.09，m＝0.3，n＝0.3，
[0052]
对比例1：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，a＝1，m＝1，n＝1，
[0053]
对比例2：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，a＝0.01，m＝0.1，n＝0.1。
[0054]
对比例3：制作280ah锂离子电池，s＝5mm*12mm，a＝0.97，m＝0.985，n＝0.985。
[0055]
表1：本发明实施例与对比例比对表
[0056][0057]
由表1可知，对比例1为常规技术方案，焊印面积与第一有效区10的面积一致，虽然成本较低，但无法满足过流以及焊印温升要求，而对比例2为一种常规改进技术方案，虽然可以满足过流以及焊印温升要求，但成本提升明显，对比例3为另一种常规改进技术方案，虽然成本较低，但焊接错位率较高，反观本发明的设计方法(实施例1至实施例6)，使s＝as1，a＝0.095～0.96，在连接片100满足过流要求以及焊印温升要求，可以提高使用安全性的同时，软连接成本相较对比例2具有明显地下降。
[0058]
需要指出的是，装配难度可以按照生产节奏来界定，装配难则生产节奏慢、生产效率低，装配难度易为＞20ppm，ppm为(件/分钟)pcs/min，装配难度中为10-20ppm；装配难度难为0-10ppm；极耳实际焊接的焊接区域面积＜焊印面积s时，记为焊接错位，出现焊接错位的连接片100的数量与总生产数量的比值即焊接错位率；充放电焊印温升是指，以25℃为基准，在电池进行一个充放电循环过程中，焊接区域最高温度与基准温度的差值；软连接成本是指单个连接片100的材料成本；满足过流要求定义为：电池一个充放电循环，焊接区域最高温度≤10℃，推导过程为：焊接区域代表过流面积，过流面积越大，导流能力越好；当连接片100的焊接区域11过小，连接片100内阻增加，导致电池循环的电压降低，影响电池容量的发挥；另外，当连接片100焊接区域过小，电池内部温度异常，加剧锂离子电池体系内部副反应的增加，导致电池内活性物质的消耗，造成电池的衰减。
[0059]
表2焊印温升&容量保持率对照表
[0060]
循环次数3℃5℃8℃10℃15℃20℃0100.00％100.00％100.00％100.00％100.00％100.00％
10098.55％98.50％98.45％98.40％97.30％96.00％20097.25％97.20％97.15％97.10％94.80％92.63％30096.15％96.10％96.05％96.00％93.00％90.20％40095.25％95.20％95.15％95.10％91.50％88.17％50094.45％94.40％94.35％94.30％90.20％86.42％60093.65％93.60％93.55％93.50％89.00％84.80％70092.85％92.80％92.75％92.70％87.80％83.18％80092.05％92.00％91.95％91.90％86.70％81.69％90091.25％91.20％91.15％91.10％85.60％80.21％100090.45％90.40％90.35％90.30％84.50％78.72％120088.85％88.80％88.75％88.70％82.50％76.02％150086.45％86.40％86.35％86.30％79.40％71.84％
[0061]
由表2可知，在焊印温升保持不变时，随着充放电循环次数的增加，电池会逐渐出现损耗，容积保持率逐渐下降，相同充放电循环次数下，焊印温升超过温度阈值10℃，且循环次数不小于100次时，容积保持率相较焊印温升未超过温度阈值的容积保持率会产生明显下降，而本发明可以确保连接片100的焊印温升小于温度阈值，对应电池的容积保持率可以趋于平稳，以有效延长采用本发明连接片100的电池的使用寿命。
[0062]
根据本发明实施例的连接片100的设计方法，将连接片100划分为两个区域，并基于s＝as1，对第一有效区10进行规格尺寸设定，连接片100与极耳相连的焊接区域11的大小满足过流需求，且第一有效区10的规格尺寸更加合理，可以避免设计冗余，降低设计过程中的验证频次，降低验证成本，且定型连接片100的规格尺寸合理，也可以降低生产成本，并确保满足焊印温升要求，延长使用寿命。
[0063]
在一些实施例中，获取连接片100用于与极耳相连的焊接区域11的面积s具体为：对极耳进行持续过流，且温升小于设定阈值时的面积。
[0064]
示例性地，裸电芯的设计最大电流为10a，最大耐受温升δt为180℃，则获取连接片100用于与极耳相连的焊接区域11的面积s的过程为：对极耳施加10a电流，并测量其温度变化，持续施加10a大电流，且温升小于δt时，极耳与连接片100的连接区域的面积即本发明所获取的焊接区域11面积，可以使焊接区域11面积满足过流需求，在持续过流时，温度变化低于设定阈值，以避免连接片100与极耳断开连接，提高连接片100与极耳的连接稳定性。
[0065]
可以理解的是，焊接区域11是极耳与连接片100连接区域的面积，两者进行焊接区域11的焊印形状可以为矩形、圆形或椭圆形。
[0066]
具体地，1、在焊接区域11为矩形时，确定第一有效区10的规格尺寸具体为：第一有效区10的长度为x1、宽度为y1，焊接区域11的长度为x2、宽度为y2；根据x1＝mx2，y1＝ny2，a＝mn，m＝0.1～0.95，n＝0.1～0.95，确定第一有效区10的长度和宽度。
[0067]
2、在焊接区域11为圆形时，确定第一有效区10的规格尺寸具体为：在焊接区域11为圆形时，第一有效区10的宽度为y1、焊接区域11的半径为r1；根据r1≤0.95y1，确定第一有效区10的长度和宽度。
[0068]
3、在焊接区域11为椭圆形时，确定第一有效区10的规格尺寸具体为：焊接区域11的纵轴与第一有效区10的宽度方向平行，焊接区域11的纵轴长度为l1，第一有效区10的宽
度为y1；根据l1∶y1＝(0.2～0.95)∶1，确定第一有效区10的长度和宽度。
[0069]
综上，基于焊接区域11的形状不同，第一有效区10的规格尺寸确定略有差别，焊接区域11为矩形时，则第一有效区10的长度、宽度对应与焊接区域11的长度、宽度按照比例关系进行限定即可；而在焊接区域11为圆形时，则至少需要焊接区域11的最大直径小于第一有效区10域的宽度；而在焊接区域11为椭圆形时，限定焊接区域11的纵轴对应与第一有效区10的宽度平行，并符合上述比例关系，如此设置，在确保焊接区域11面积与第一有效区10面积可以满足比例关系需求的同时，还可以确保焊接区域11的周侧边沿与第一有效区10的周侧边沿之间间隔开，以提高焊接稳定性和安全性，避免焊接过程中，对周围部件造成损伤。
[0070]
如图1和图2所示，相邻的第一有效区10的间隔为w1，第一有效区10的宽度为w2，而第二有效区20的宽度w3＝w1+nw2，在第一有效区10为一个时，第一有效区10的中心与第二有效区20的中心同轴，而第二有效区20的宽度w3＝w1+w2。
[0071]
其中，第一有效区10的数量与卷芯数量对应，当具有多个卷芯时，对应设置多个第一有效区10，每个第一有效区10对应匹配一个卷芯，可以使多个卷芯与连接片100的连接均更加稳定、可靠，且多个卷芯在连接片100的同一侧与连接片100相连，可以提高装配效率，并避免第二有效区20出现干涉。
[0072]
如图1和图2所示，根据本发明第二方面实施例的连接片100，用于电池，电池包括极耳和极柱，连接片100连接极耳和极柱，连接片100包括：n个第一有效区10和第二有效区20，n≥1，第一有效区10内设置有焊接区域11，焊接区域11用于与极耳相连；第二有效区20与第一有效区10相连，且多个第一有效区10位于第二有效区20的同一侧；其中焊接区域11的面积s与第一有效区10的面积s1之间满足：s＝as1，a＝0.095～0.96。
[0073]
其中，在电池完成预设循环次数的充放电循环的过程中，焊接区域的充放电焊印温升小于温升阈值，容量保持率≥85％，温升阈值≤10℃，预设循环次数为[0，1500]。
[0074]
也就是说，本发明实施例采用上述设计方法设计的连接片100，焊印温升总是小于温升阈值10℃，参见表2中焊印温升为3℃、5℃、8℃和10℃的实施例可知，在0-1500次循环充放电过程中，在完成1500次充放电循环时，电池的容积保持率也能达到86.,3％以上，使电池的容积保持率更加稳定，可以有效延长电池的使用寿命。
[0075]
使多个第一有效区10位于第二有效区20的同一侧，多个第一有效区10与各自对应的极耳的焊接更加简单、方便，可以避免第二有效区20产生干涉。
[0076]
根据本发明实施例的连接片100，采用本发明上述设计方法得出，第一有效区10的面积更加合理，在满足过流需求，提高使用安全性和可靠性的前提下，可以避免第一有效区10的冗余设计，用料更加合理，可以降低连接片100的生产成本，并延长采用本发明连接片100的电池的使用寿命。
[0077]
进一步地，预设循环次数为[0，1000]，容积保持率≥90％。
[0078]
具体而言，采用本发明实施例的连接片100，充放电循环次数达到1000次时，电池的容积保持率仍然大于90％，使电池的电量衰减速度更低，使用寿命更长。
[0079]
在一些实施例中，焊接区域11为矩形，第一有效区10的长度为x1、宽度为y1，焊接区域11的长度为x2、宽度为y2；其中x1＝mx2，y1＝ny2，a＝mn，m＝0.1～0.95，n＝0.1～0.95；在另一些实施例中，焊接区域11为圆形时，第一有效区10的宽度为y1与焊接区域11的
半径为r1之间满足r1≤0.95y1；在又一些实施例中，焊接区域11为椭圆形时，焊接区域11的纵轴与第一有效区10的宽度方向平行，且纵轴长度l1与第一有效区10的宽度y1的比值为(0.2～0.95)∶1。
[0080]
也就是说，焊接区域11可以为矩形、圆形或椭圆形，而在焊接区域11形成为不同形状时，按照上述比例关系进行第一有效区10的长度和宽度的尺寸限制，在确保第一有效区10尺寸更加合理，降低成本的同时，焊接过程中，也可以确保焊印落入在第一有效区10范围内，避免焊接过程中，对周围部件造成损坏，提高连接片100与极耳、极柱焊接加工过程的可靠性以及安全性。
[0081]
示例性地，参见实施例1-实施例6，本发明实施例的温升阈值为10℃，使焊接区域11的面积s与第一有效区10的面积s1之间满足：s＝as1，a＝0.095～0.96，充放电焊印温升低于10℃，使得本发明实施例的连接片100可以满足过流要求，具有更高的使用安全性。
[0082]
根据本发明实施例的储能装置，包括外壳，盖设于外壳的端盖以及上述连接片，端盖上设置有极柱，极柱与连接片相连。
[0083]
也就是说，外壳内设置极芯，端盖盖设于外壳，极芯通过连接片与极柱电连接。
[0084]
根据本发明实施例的储能装置，采用上述连接片，可以降低储能装置的生产成本以及使用安全性。
[0085]
本发明进一步提出了一种用电设备，用电设备采用上述储能装置，具有一致的技术效果，在此不再赘述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0086]
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
[0087]
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0088]
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
[0089]
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
[0090]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0091]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。