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1. WO2020133661 - SECONDARY BATTERY AND BATTERY MODULE

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说明书

发明名称 0001   0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065  

权利要求书

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

附图

1   2   3   4   5   6  

说明书

发明名称 : 二次电池和电池模组

技术领域

[0001]
本发明涉及电池领域,尤其涉及一种二次电池和电池模组。

背景技术

[0002]
电池模组通常包括多个依次排列的二次电池,而各二次电池内部设有电极组件。在充放电过程中,电极组件会在二次电池的排列方向上膨胀,而所述多个二次电池的电极组件产生的膨胀力会沿着排列方向叠加并形成过大的合力;所述合力挤压二次电池,导致二次电池无法正常工作,影响二次电池的寿命。
[0003]
发明内容
[0004]
鉴于背景技术中存在的问题,本发明的目的在于提供一种二次电池和电池模组,其能保证二次电池的性能和寿命。
[0005]
为了实现上述目的,本发明提供了一种二次电池和电池模组。
[0006]
二次电池包括电极组件、壳体以及顶盖组件。壳体具有容纳腔室,容纳腔室具有开口,电极组件收容于容纳腔室。电极组件包括多个电极单元,所述多个电极单元沿容纳腔室的轴向层叠设置。顶盖组件包括顶盖板和设置于顶盖板内侧的绝缘构件,顶盖板连接于壳体,绝缘构件位于电极组件沿轴向的一侧。绝缘构件在靠近电极组件的一侧设有第一表面,且第一表面为平面。
[0007]
电极单元包括卷绕为一体的第一极片、第二极片和隔膜,且具有宽面和窄面。第一表面与宽面沿轴向上下相对设置,相邻两个所述电极单元经由各自的所述宽面相互接触,窄面与宽面相连且位于电极单元沿宽度方向的两端。
[0008]
第一表面沿宽度方向的尺寸大于宽面沿宽度方向的尺寸。
[0009]
绝缘构件的材质为塑胶,绝缘构件的杨氏弹性模量为0.5Gpa至1.2Gpa。
[0010]
绝缘构件与电极组件之间设置第一缓冲间隙,第一缓冲间隙用于缓冲所 述电极组件膨胀变形量。优选地,沿轴向,第一缓冲间隙的高度为0.5mm至12mm。
[0011]
顶盖板与绝缘构件之间设置第二缓冲间隙,且两者通过连接件固定连接。
[0012]
第一表面的平面度不大于0.6mm。
[0013]
顶盖组件还包括电极端子和集流构件,电极端子设置于顶盖板,集流构件连接电极端子和电极组件。绝缘构件在靠近电极组件的一侧设有第一凹槽;集流构件包括收容于第一凹槽的第一部分。第一部分在靠近电极组件的一侧设有第二表面,第二表面与第一表面齐平。
[0014]
电池模组包括所述的二次电池;二次电池为多个且依次排列,且所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向。
[0015]
本发明的有益效果如下:在本申请中,二次电池中的多个电极单元沿轴向布置,因此所述多个电极单元的膨胀会在轴向上叠加。在电池模组中,所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向,因此,即使所有的电极组件在排列方向上的膨胀量叠加在一起,也不会产出过大的合力,从而避免二次电池被压坏,保证二次电池的性能和寿命。当电极单元膨胀时,多个电极单元的膨胀量会在轴向上叠加,从而导致电极单元与绝缘构件的第一表面接触,甚至挤压第一表面。在本申请中,第一表面为平面,因此,第一表面可以使电极单元变形均匀,防止极片断裂,提高安全性能。

附图说明

[0016]
图1为根据本发明的二次电池的分解图。
[0017]
图2为根据本发明的二次电池的剖视图。
[0018]
图3为图1的电极单元的剖视图。
[0019]
图4为图1的顶盖组件的示意图。
[0020]
图5为图4的绝缘构件的一示意图。
[0021]
图6为图4的绝缘构件的另一示意图。
[0022]
其中,附图标记说明如下:
[0023]
1电极组件 34集流构件
[0024]
11电极单元 341第一部分
[0025]
111第一极片 342第二表面
[0026]
112第二极片 343第二部分
[0027]
113隔膜 344第三部分
[0028]
2壳体 35连接件
[0029]
21容纳腔室 S1宽面
[0030]
3顶盖组件 S2窄面
[0031]
31顶盖板 G1第一缓冲间隙
[0032]
32绝缘构件 G2第二缓冲间隙
[0033]
321第一表面 X长度方向
[0034]
322第一凹槽 Y宽度方向
[0035]
323第二凹槽 Z轴向
[0036]
33电极端子

具体实施方式

[0037]
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
[0038]
在本申请的描述中,除非另有明确的规定和限定,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性;术语“多个”是指两个或两个以上;除非另有规定或说明,术语“连接”、“固定”等均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接,或电连接,或信号连接;“连接”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0039]
本说明书的描述中,需要理解的是,本申请实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的,不应理解为对本申请实施例的限定
[0040]
在本申请中,电池模组通常包括二次电池、端板、侧板及汇流排。二次电池为多个并依次排列。本申请的二次电池可为棱柱形的锂离子电池。所述多个二次电池的排列方向可平行于各二次电池的宽度方向Y。端板为两个且 分别设置于所述多个二次电池沿排列方向的两端,侧板为两个且分别设置于所述多个二次电池的两侧,端板和侧板焊接在一起并形成矩形的框架。所述多个二次电池固定于所述框架。汇流排将所述多个二次电池以串联、并联或串并联的方式连接在一起。
[0041]
下面详细说明本申请的二次电池。
[0042]
参照图1和图2,本申请的二次电池包括电极组件1、壳体2以及顶盖组件3。
[0043]
壳体2内部形成有容纳腔室21,以收容电极组件1和电解液。壳体2沿轴向Z的一端形成开口,而电极组件1可经由所述开口放置到壳体2内。壳体5可由铝或铝合金等导电金属的材料制成。轴向Z与容纳腔室21的延伸方向平行,当用于汽车上的二次电池的顶盖组件3与地面大致平行时,轴向Z平行于二次电池的高度方向,垂直于二次电池的宽度方向Y、长度方向X以及多个二次电池的排列方向。
[0044]
电极组件1包括多个电极单元11,所述多个电极单元11沿容纳腔室21的轴向Z层叠设置。参照图3,各电极单元11包括第一极片111、第二极片112和隔膜113,隔膜113将第一极片111和第二极片112隔开。电极单元11可通过螺旋地卷绕第一极片111、第二极片112和隔膜113而形成,且电极单元11可通过压力按压形成扁平状结构。可替代地,各电极单元11也可以由第一极片111、第二极片112和隔膜113层叠形成。
[0045]
第一极片111包括铝箔和涂覆于铝箔表面的正极活性材料,所述正极活性材料包括锰酸锂或磷酸铁锂。第二极片112包括铜箔和涂覆于铜箔表面的负极活性材料,所述负极活性材料包括石墨或硅。
[0046]
顶盖组件3包括顶盖板31、绝缘构件32、电极端子33及集流构件34。顶盖板31连接于壳体2并覆盖壳体2的开口,从而将电极组件1封闭在壳体2的容纳腔室21内。绝缘构件32设置于顶盖板31的内侧,也就是顶盖板31的靠近电极组件1的一侧。电极端子33设置于顶盖板31且突出到顶盖板31的外侧。电极端子33和集流构件34均为两个,一个集流构件34连接第一极片111和一个电极端子33,另一个集流构件34连接第二极片112和另一个电极端子33。
[0047]
绝缘构件32位于电极组件1沿轴向Z的一侧,换句话说,绝缘构件32 位于所述多个电极单元11沿排列方向的一端。绝缘构件32在靠近电极组件1的一侧设有第一表面321,且第一表面321为平面。在本申请中,第一表面321可大体垂直于轴向Z。
[0048]
在充放电过程中,各电极单元11会出现膨胀。在本申请中,二次电池中的多个电极单元11沿轴向Z布置,因此所述多个电极单元11的膨胀会在轴向Z上叠加。而在宽度方向Y上,所述多个电极单元11的膨胀较小,所以电极组件1整体在宽度方向Y的膨胀量较小,对应地,电极组件1作用在壳体2上的膨胀力也较小。
[0049]
在电池模组中,所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向Z,因此,即使所有的电极组件1在排列方向上的膨胀量叠加在一起,也不会产出过大的合力,从而避免二次电池被压坏,保证二次电池的性能和寿命。
[0050]
另外,在已知技术中,电池模组的两个端板需要夹持所述多个二次电池,如果二次电池膨胀产生的合力过大,可能会导致端板与侧板的焊接处断裂,造成电池模组失效。而在本申请中,所述多个二次电池在膨胀时产生的合力较小,从而避免电池模组失效。
[0051]
在二次电池中,当电极单元11膨胀时,多个电极单元11的膨胀量会在轴向Z上叠加,从而导致电极单元11(即电极组件1的最靠近绝缘构件32的一个电极单元11)与绝缘构件32的第一表面321接触,甚至挤压第一表面321。如果第一表面321凹凸不平,那么第一表面321施加在电极单元11上的作用力也不均匀,从而导致电极单元11局部变形严重,导致电极单元11的极片断裂,引发安全隐患。而在本申请中,第一表面321为平面,因此,当电极单元11膨胀时,可以避免电极单元11变形不均,防止极片断裂,提高安全性能。
[0052]
参照图3,电极单元11通过卷绕形成扁平状结构,其外周形成宽面S1和窄面S2。宽面S1为两个且分别位于电极单元11沿轴向Z的两端,窄面S2为两个且分别位于电极单元11沿宽度方向Y的两端。各窄面S2为弧形并连接两个宽面S1。
[0053]
最上侧的电极单元11的宽面S1与第一表面321沿轴向Z上下相对设置。在电极单元11膨胀前,宽面S1近似平行于第一表面321。宽面S具有较大的面积,当电极单元11膨胀时,彼此相对的宽面S1与第一表面321更容易 均匀地接触。
[0054]
在二次电池中,所述多个电极单元11沿轴向Z直接层叠。相邻两个所述电极单元11经由各自的宽面S1相互接触。
[0055]
第一表面321沿宽度方向Y的尺寸大于宽面S1沿宽度方向Y的尺寸。这样才能使第一表面321在宽度方向Y上完全覆盖宽面S1,保证宽面S1变形的均匀性。优选地,在宽度方向Y上,第一表面321的中线与宽面S1的中线上下对齐。
[0056]
绝缘构件32的材质为绝缘材料,例如塑胶。当电极组件1挤压绝缘构件32时,塑胶材质的绝缘构件32可以通过变形来吸收膨胀力,从而减小电极组件1所受到的反作用力,避免极片被压裂。
[0057]
如果绝缘构件32的杨氏弹性模量过大,那么绝缘构件32的变形能力较差,无法有效地吸收膨胀力,因此,优选地,绝缘构件32的杨氏弹性模量为0.5Gpa至1.2Gpa。
[0058]
绝缘构件32与电极组件1之间设置第一缓冲间隙G1。当电极组件1膨胀时,第一缓冲间隙G1可以为电极组件1预留出一定的膨胀空间;换句话说,第一缓冲间隙G1能够吸收所述电极组件1膨胀变形量,减小电极组件1对绝缘构件32施加的膨胀力,起到缓冲的作用。
[0059]
优选地,沿轴向Z,第一缓冲间隙G1的高度为0.5mm至12mm。如果第一缓冲间隙G1沿轴向Z的高度过小,例如小于0.5mm,那么第一缓冲间隙G1的缓冲作用有限,绝缘构件32仍然需要承受较大的膨胀力。如果第一缓冲间隙G1沿轴向Z的高度过大,例如大于12mm,那么将导致空间过度浪费,降低二次电池的能量密度。
[0060]
顶盖板31与绝缘构件32之间设置第二缓冲间隙G2。当电极组件1挤压绝缘构件32时,绝缘构件32可以通过变形释放膨胀力。而通过设置第二缓冲间隙G2,可以避免顶盖板31限制绝缘构件32的变形,从而达到缓冲的作用。进一步地,通过设置第二缓冲间隙G2,还可以减小传递到顶盖板31的膨胀力,从而避免顶盖板31变形。
[0061]
参照图6,本申请可通过在绝缘构件32上开设第二凹槽323来形成第二缓冲间隙G2。
[0062]
顶盖板31与绝缘构件32可通过连接件35固定连接。连接件35可与绝 缘构件32一体成型。连接件35可通过热熔固定到顶盖板31上。
[0063]
如果第一表面321的平面度过大,那么当第一表面321与电极单元11接触时,会导致电极单元11变形不均,导致极片断裂。因此,第一表面321的平面度不大于0.6mm,优选不大于0.3mm。
[0064]
参照图4和图5,绝缘构件32在靠近电极组件1的一侧设有第一凹槽322,第一凹槽322的底壁上设有通孔。集流构件34包括第一部分341、第二部分343和第三部分344。第一部分341收容于第一凹槽322内。第二部分343与第一部分341相连并伸入绝缘构件32的所述通孔,且第二部分343固定于电极端子33。第三部分344从第一部分341沿长度方向X的一端向下弯折并连接于电极组件1。在本申请中,通过设置第一凹槽322,可以减小集流构件34在轴向Z上占用的空间。
[0065]
第一部分341在靠近电极组件1的一侧设有第二表面342。电极组件1膨胀时,也可能会挤压第二表面342;如果第一表面321和第二表面342在上下错位,那么电极组件1在第一表面321和第二表面342的交界处变形不均,造成极片断裂。因此,在本申请中,第二表面342优选与第一表面321齐平。

权利要求书

[权利要求 1]
一种二次电池,包括电极组件(1)、壳体(2)以及顶盖组件(3); 壳体(2)具有容纳腔室(21),容纳腔室(21)具有开口,电极组件(1)收容于容纳腔室(21); 电极组件(1)包括多个电极单元(11),所述多个电极单元(11)沿容纳腔室(21)的轴向(Z)层叠设置; 顶盖组件(3)包括顶盖板(31)和设置于顶盖板(31)内侧的绝缘构件(32),顶盖板(31)连接于壳体(2),绝缘构件(32)位于电极组件(1)沿轴向(Z)的一侧; 绝缘构件(32)在靠近电极组件(1)的一侧设有第一表面(321),且第一表面(321)为平面。
[权利要求 2]
根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,电极单元(11)包括卷绕为一体的第一极片(111)、第二极片(112)和隔膜(113),且具有宽面(S1)和窄面(S2); 第一表面(321)与宽面(S1)沿轴向(Z)上下相对设置,相邻两个所述电极单元(11)经由各自的所述宽面(S1)相互接触,窄面(S2)与宽面(S1)相连且位于电极单元(11)沿宽度方向(Y)的两端。
[权利要求 3]
根据权利要求2所述的二次电池,其特征在于,第一表面(321)沿宽度方向(Y)的尺寸大于宽面(S1)沿宽度方向(Y)的尺寸。
[权利要求 4]
根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,绝缘构件(32)的材质为塑胶,绝缘构件(32)的杨氏弹性模量为0.5Gpa至1.2Gpa。
[权利要求 5]
根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,绝缘构件(32)与电极组件(1)之间设置第一缓冲间隙(G1),第一缓冲间隙(G1)用于缓冲所述电极组件(1)膨胀变形量。
[权利要求 6]
根据权利要求5所述的二次电池,其特征在于,沿轴向(Z),第一缓冲间隙(G1)的高度为0.5mm至12mm。
[权利要求 7]
根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,顶盖板(31)与绝缘构件(32)之间设置第二缓冲间隙(G2),且两者通过连接件(35)固定连接。
[权利要求 8]
根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,第一表面(321)的平面度不大于0.6mm。
[权利要求 9]
根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于, 顶盖组件(3)还包括电极端子(33)和集流构件(34),电极端子(33)设置于顶盖板(31),集流构件(34)连接电极端子(33)和电极组件(1); 绝缘构件(32)在靠近电极组件(1)的一侧设有第一凹槽(322); 集流构件(34)包括收容于第一凹槽(322)的第一部分(341); 第一部分(341)在靠近电极组件(1)的一侧设有第二表面(342),第二表面(342)与第一表面(321)齐平。
[权利要求 10]
一种电池模组,包括权利要求1-9中任一项所述的二次电池; 二次电池为多个且依次排列,且所述多个二次电池的排列方向垂直于轴向(Z)。

附图

[ 图 1]  
[ 图 2]  
[ 图 3]  
[ 图 4]  
[ 图 5]  
[ 图 6]