电池电芯及其组装方法以及连接片与流程

本申请涉及锂离子电池设备领域，特别涉及一种电池电芯及其组装方法、以及应用于所述电池电芯的连接片。

背景技术：

近年来随着国家政策支持以及技术的不断革新，使得电动汽车的普及率不断地提升，随之而来的电动汽车起火自燃问题也越来越多，给人民的财产生命安全带来了极大的损害，同时也影响着消费者对电动汽车的选择。在动力电池系统设计中，对系统的热管理控制能力提出了很高的要求，针对锂离子电池电芯的设计方案即是要管控电芯本身的发热，众所周知，动力电池的发热主要是由于其内阻所导致的，而动力电池的内阻分为物理内阻和化学内阻，如何降低动力电池的内阻就成为了降低电池发热的有效方法。

在现有的通用设计方案中，由于锂离子电池内部的连接特点，卷芯极耳往往需要通过一个弯折的连接片与顶盖的极柱进行相连，这就导致了整个卷芯与顶盖之间的电气连接长度的增加，增加了物理内阻；并且，由于装配后电池内部顶端存在极耳与连接片的堆叠，导致了在大倍率充电时卷芯顶部温度也会相对较高，影响电芯安全；此外，由于堆叠后的极耳挤压着卷芯顶部，也会造成一定短路风险。

技术实现要素：

本申请要解决的技术问题是现有的电池内部顶端存在极耳与连接片的堆叠，导致卷芯顶部温度相对较高，影响电芯安全。

为解决上述技术问题，本申请公开了一种电池电芯，包括：壳体；安装于所述壳体内的卷芯，所述卷芯上设有极耳；盖板组件，所述盖板组件包括盖板和设于所述盖板上的极柱，所述极柱具有极柱沉台及贯穿所述极柱沉台的极柱孔；连接片；所述连接片包括两片式开合结构的超声焊接部和两片式开合结构的激光焊接部，所述超声焊接部与激光焊接部连接；所述连接片的超声焊接部包覆所述卷芯上的极耳，所述连接片及其包覆的极耳穿入所述盖板，且所述连接片的激光焊接部穿过所述极柱孔并与所述极柱沉台焊接。

可选的，所述电池电芯还包括：极柱盖片，所述极柱盖片边缘具有盖片倒角；所述极柱具有与所述盖片倒角配合的极柱倒角。

可选的，所述极柱盖片的盖片倒角的材质与所述极柱的极柱倒角的材质一致。

可选的，所述极柱有两个，分别为正极柱和负极柱；所述负极柱采用复合金属制成，其极柱沉台为铜材质，其极柱倒角为铝材质。

可选的，所述卷芯上的极耳在预焊裁切后、与连接片焊接前的高度为5mm～10mm。

为解决上述技术问题，本申请还公开了一种一种电池电芯的组装方法，其特征在于，包括：提供卷芯和连接片，所述卷芯上设有极耳，所述连接片包括两片式开合结构的超声焊接部和两片式开合结构的激光焊接部，所述超声焊接部与激光焊接部连接构成x型连接片；打开所述连接片的超声焊接部，将所述极耳置于所述超声焊接部中，压合所述超声焊接部至所述极耳，使所述超声焊接部包覆所述极耳；在所述超声焊接部与极耳的压合区域进行超声焊接；提供盖板组件，所述盖板组件包括盖板和设于所述盖板上的极柱，所述极柱具有极柱沉台及贯穿所述极柱沉台的极柱孔；将所述连接片及其包覆并焊接的极耳穿入所述盖板，且使所述连接片的激光焊接部穿过所述极柱的极柱孔；打开所述连接片的激光焊接部，使所述激光焊接部压合至所述极柱的极柱沉台；在所述激光焊接部与极柱沉台的压合区域进行激光焊接；提供壳体，将与所述盖板组件焊接后的卷芯安装至所述壳体内。

可选的，所述电池电芯的组装方法还包括：提供极柱盖片，所述极柱盖片边缘具有盖片倒角，所述极柱具有与所述盖片倒角配合的极柱倒角；将所述极柱盖片扣合至所述极柱，使所述极柱盖片的盖片倒角与所述极柱的极柱倒角配合；在所述极柱盖片与极柱的扣合边缘区域进行激光焊接。

可选的，所述电池电芯的组装方法还包括：在将所述极柱盖片扣合至所述极柱前，在所述极柱的极柱沉台进行灌胶。

可选的，所述连接片的超声焊接部的打开角度范围为45°～90°。

本申请还公开了一种连接片，包括：两片式开合结构的超声焊接部和两片式开合结构的激光焊接部，所述超声焊接部与激光焊接部连接构成x型连接片；所述连接片用于连接电池电芯的盖板组件和卷芯，所述卷芯上设有极耳，所述盖板组件包括盖板和设于所述盖板上的极柱，所述极柱具有极柱沉台及贯穿所述极柱沉台的极柱孔；其中，所述超声焊接部适于包覆所述卷芯上的极耳，所述激光焊接部适于穿过所述极柱的极柱孔。

与现有技术相比，本申请技术方案至少具有如下有益效果：

通过连接片的超声焊接部包覆极耳并进行焊接，连接片的激光焊接部穿过盖板上极柱的极柱孔并与极柱沉台进行焊接，有效避免了极耳与连接片的堆叠，降低了极耳的长度，从而可以有效降低极耳和连接片与顶盖板之间的电气连接长度，明显地降低电池的物理内阻，由此减少电池的总内阻，减少电池发热，更好地提升电池的安全性和寿命，降低热失控风险。

所述卷芯上的极耳由连接片包覆，藉由所述连接片直接穿过盖板组件并与极柱相连，可以有效地避免极耳与连接片的堆叠状态，更充分地利用电芯在高度方向上的内部空间，进而提高电芯的能量密度。

由于有效地避免极耳与连接片的堆叠状态，因此可以避免极耳在装配后对卷芯顶部的挤压，减少电池短路的概率，从而提升电池的安全性。

将原本在电芯内部的极耳及连接片全部集成到盖板组件内部，可以有效地降低卷芯与盖板及极柱之间的连接距离，大大的降低连接组件的内阻，从而改善电芯在循环及倍率放电过程的发热量，进一步提高电芯的寿命及性能。

在极柱内部灌胶密封后，可以使得卷芯与极柱之间的电气连接更加可靠，避免在实际使用过程中由于震动颠簸导致电气连接失效的风险，提高电芯的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的电池电芯的外观结构示意图；

图2为本申请实施例的电池电芯的分解结构示意图；

图3为本申请实施例的卷芯的主视和侧视结构示意图；

图4为本申请实施例的盖板组件的整体结构示意图；

图5为本申请实施例的连接片的主视、侧视和立体结构示意图；

图6为本申请实施例的极柱盖片的仰视、侧视和立体结构示意图；

图7a和图7b为本申请实施例的卷芯与连接片进行组装的结构示意图；

图8为本申请实施例的盖板组件与卷芯进行组装的侧视剖面结构示意图；

图9为本申请实施例的卷芯与壳体进行组装的侧视剖面结构示意图；

图10a为本申请实施例的极柱盖片组装至盖板组件的结构示意图；

图10b为本申请实施例的电池电芯组装后的结构示意图及其侧视剖面局部放大结构示意图。

以下对附图作补充说明：

1-电池电芯；2-壳体；3-卷芯；31-极耳；

4-连接片；41-超声焊接部；42-激光焊接部；

5-盖板；6-极柱；61-极柱沉台；62-极柱孔；63-极柱倒角；

7-极柱盖片；71-盖片倒角；

81-超声焊接区域；82-激光焊接区域；83-壳体激光焊接区域；84-灌胶区域；85-盖片激光焊接区域。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

本申请提供一种锂离子动力电池的电芯及其盖板组件(顶盖)和连接片的设计方案，降低了极耳的长度，避免了极耳的堆叠，可以更好的提升电芯的安全性和寿命。

以下结合实施例和附图对本申请进行详细说明，本申请实施例是以两端子的方形铝壳电池为例，本领域技术人员可以理解，在实际应用中，也可根据需要应用于单极柱或者多极柱(多于两个)的电芯组装方案中。

请结合参考图1和图2，本申请实施例的电池电芯1包括：壳体2、卷芯3、连接片4和盖板组件。

请结合参考图2和图3，卷芯3安装于壳体2内，卷芯3上设有极耳31。极耳31与连接片4通过超声焊接的方式连接，并可与连接片4共同集成到盖板组件中，本实施例的极耳31在预焊裁切后、与连接片4焊接前的高度可以为5mm～10mm。

极耳31可以有两个，分别为正极耳与负极耳，在不同的电池化学体系设计中其材质存在差异，两个极耳可以为同种金属，该材质可选为铝，也可为异种金属，如正极耳材质可选为铝，负极耳材质可选为铜。本申请实施例的电芯的设计方案是单个叠片卷芯，其具体结构也可为两个并联的叠片卷芯或者两个并联的卷绕卷芯或者一个卷绕卷芯，在此处不做限定。

请结合参考图2和图4，所述盖板组件包括盖板5和设于盖板5上的极柱6，所述极柱具有极柱沉台61及贯穿所述极柱沉台61中的极柱孔62。极柱孔62用来穿过极耳31与连接片4，极柱沉台61用来与连接片4进行激光焊接。

请结合参考图2和图5，连接片4包括两片式开合结构的超声焊接部41和两片式开合结构的激光焊接部42，超声焊接部41与激光焊接部42连接；连接片4的超声焊接部41包覆卷芯3上的极耳31，连接片4及其包覆的极耳31穿入盖板5，且连接片4的激光焊接部42穿过极柱6的极柱孔62并与极柱沉台61焊接。

连接片4可以有两个，分别为正极连接片和负极连接片，连接片4的材质与对应焊接连接的极耳31的材质相匹配。在连接片4与极耳31焊接连接前，超声焊接部41与激光焊接部42连接构成x型连接片，如图5所示。为了便于在组装过程中极耳31和连接片4的焊接，在装配过程中连接片4的超声焊接部41的开合角度范围可以为45°～90°。激光焊接部52在与极柱沉台61焊接时其开合角度可以为180°。

进一步，请结合参考图2和图6，本实施例的电池电芯1还可以包括：极柱盖片7，极柱盖片7边缘具有盖片倒角71；对应地，极柱6具有与盖片倒角71配合的极柱倒角63。

具体地，极柱6上可以设有与极柱盖片7配合的凹槽，凹槽内边缘具有与盖片倒角71配合的极柱倒角63，以供极柱盖片7扣入极柱6中。极柱盖片7的盖片倒角71用来与极柱6的极柱倒角63配合，完成装配定位，为了便于装配焊接，极柱盖片7的盖片倒角71的材质与极柱6的极柱倒角63的材质一致，极柱盖片7的材质可选为铝。

盖板5上的极柱可以分正极柱和负极柱，为匹配不同化学体系电池的设计方案，极柱材质可为同种金属，可选为铝；极柱材质也可为不同材质，如正极柱采用铝、负极柱采用铜；负极柱也可采用复合金属制成，如极柱沉台61(与连接片焊接)部分采用铜材质，极柱倒角63部分采用铝材质，以此减小极柱的重量，从而减小电池电芯的总重量。

通常来说，正极连接片材质为铝，负极连接片材质为铜，由于采用激光焊接的焊接方式，要求连接片与对应焊接的极柱的材质要一致，对应地，正极柱为铝制，负极柱为铜制，但是由于铜的密度是铝的3倍，为了降低负极柱的重量，可以将负极柱设计为铜铝复合制成，即与负极连接片焊接的部分为铜材质，其他部分可为铝材质，这样在既满足焊接条件的情况下也可以尽量降低负极柱的重量。

降低负极柱的重量会降低电池的整体重量，降低电池重量的目的是为了提高电池的能量密度，电池的能量密度计算公式为：能量密度＝电池容量/电池重量，所以电池重量是电池设计过程中比较关注的一个参数，即使是降低几克的重量对电池能量密度也会有比较明显的提升。

另外，本实施例的盖板组件还可以包括盖板上塑胶和盖板下塑胶(图中未标示)，盖板上塑胶为槽式结构，用来容纳极柱6以对极柱6进行有效包覆，盖板上塑胶可以分为两个。盖板下塑胶在电池电芯装配后与卷芯3接触，保证卷芯与顶盖之间的电气绝缘，且盖板下塑胶的端面使卷芯3端面得到有效地支撑。盖板5、盖板上塑胶和盖板下塑胶均设有供连接片4和极耳31穿过的开孔。

基于上述的电池电芯的结构，本实施例的电池电芯的组装方法包括：连接片4与卷芯3的组装，如图7a和图7b所示；盖板组件与卷芯3的组装，如图8所示；壳体2与卷芯3的组装，如图9所示；极柱盖片7与盖板组件的组装，如图10a和图10b所示。以下对各步骤进行详细说明。

请参考图7a，提供卷芯3和连接片4，卷芯3上设有极耳31，连接片4包括两片式开合结构的超声焊接部41和两片式开合结构的激光焊接部42，所述超声焊接部41与激光焊接部42连接构成x型连接片(如图5所示)。

打开连接片4的超声焊接部41，将31极耳置于超声焊接部41中，压合超声焊接部41至极耳31，使超声焊接部41包覆极耳31；在超声焊接部41与极耳31的压合区域进行超声焊接焊接的区域为如图7b所示的超声焊接区域81。连接片4的超声焊接部41的打开角度范围可以为45°～90°，只要满足能够插入极耳31即可。

在组装连接片4与卷芯3时，先将卷芯3的极耳31预焊整形到如图7a所示状态，然后掰开连接片4的超声焊接部41，分开角度可控制在45°～90°，满足能够插入极耳31即可；按箭头所示方向将连接片4与极耳31对接，使极耳31置于超声焊接部41的两片状结构之间；再将超声焊接部41压合并夹住极耳31，在如图7b所示的超声焊接区域81(即超声焊接部41与极耳31的压合区域)上分别进行超声焊接，完成连接片4与卷芯3的组装。

在完成连接片4与卷芯3的组装后，请参考图8，提供盖板组件，所述盖板组件包括盖板5和设于盖板5上的极柱6，极柱6具有极柱沉台61及贯穿极柱沉台61的极柱孔62。

将连接片4及其包覆并焊接连接的极耳穿入盖板5，且使连接片4的激光焊接部42穿过盖板5上的极柱6的极柱孔62；打开连接片4的激光焊接部42，使激光焊接部42压合至极柱6的极柱沉台61；在激光焊接部42与极柱沉台61的压合区域进行激光焊接，焊接的区域为如图8所示的激光焊接区域82。

完成超声焊接的卷芯3按照图8所示的组装过程与盖板组件进行组装，连接片4上的激光焊接部42会穿过盖板5上的极柱孔62，将盖板组件与卷芯3安装到位后将连接片4上的激光焊接部42从中间分开成180°状态压合到盖板5上的极柱沉台61上，并在图8所示的激光焊接区域82的位置进行激光焊接，将激光焊接部42和极柱沉台61焊接到一起，完成卷芯3与盖板组件的组装，实现连接片4与极耳31和盖板5上极柱6的电气连接。

请继续参考图9，提供壳体2，将与所述盖板组件焊接后的卷芯3安装至壳体2内。本实施例中，在完成所述盖板组件与卷芯3的组装后，按图9所示的箭头方向组装壳体2；在将装配有盖板组件的卷芯3安装至所述壳体2内后，对壳体2与所述盖板组件采用激光焊接的方式进行密封焊接，具体焊接轨迹为如图9所示的壳体激光焊接区域83，即壳体2与所述盖板组件的盖板5接触的边缘区域。

请继续参考图10a和图10b，在完成卷芯3与壳体2的组装及壳体2和盖板组件的激光焊接后，提供极柱盖片7，极柱盖片7边缘具有盖片倒角71，对应地，极柱6具有与盖片倒角71配合的极柱倒角63；按图10a所示箭头方向，将极柱盖片7扣合至极柱6，使极柱盖片7的盖片倒角71与极柱6的极柱倒角63配合，确保极柱盖片7安装的位置精度；在极柱盖片7与极柱6的扣合边缘区域进行激光焊接，具体焊接轨迹为如图10b所示的盖片激光焊接区域85。

本实施例中，在将极柱盖片7扣合至所述极柱6前，还可以先在极柱6的极柱沉台61进行灌胶，灌胶的区域为如图10a所示的灌胶区域84，以确保焊接的稳定及盖板5、极柱6和极柱盖片7的密封。灌胶所用的胶料材质可以是单组分的压敏胶如丙烯酸系胶、热熔胶，也可以是双组分的胶如双组分环氧树脂等不同材质。

综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本公开提出，并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。

此外，本申请中的某些术语已被用于描述本公开的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本公开的一个或多个实施例中适当地组合。

应当理解，在本公开的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本公开的目的，本申请有时将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。或者，本申请又是将各种特征分散在多个本申请的实施例中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本申请的时候完全有可能将其中一部分特征提取出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本申请中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。

在一些实施方案中，表达用于描述和要求保护本申请的某些实施方案的数量或性质的数字应理解为在某些情况下通过术语“约”，“近似”或“基本上”修饰。例如，除非另有说明，否则“约”，“近似”或“基本上”可表示其描述的值的±20％变化。因此，在一些实施方案中，书面描述和所附权利要求书中列出的数值参数是近似值，其可以根据特定实施方案试图获得的所需性质而变化。在一些实施方案中，数值参数应根据报告的有效数字的数量并通过应用普通的舍入技术来解释。尽管阐述本申请的一些实施方案列出了广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实施例中都列出了尽可能精确的数值。

本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。

最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本申请的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本申请的范围内。因此，本申请披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本申请中的实施例采取替代配置来实现本申请中的申请。因此，本申请的实施例不限于申请中被精确地描述过的哪些实施例。