CN101887958A - 双端引出式低内阻储能器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双端引出式低内阻储能器件盖板，包括穿过器件盖板的外连螺栓、密封及位于器件内的连接部分，外连螺栓分别通过密封绝缘垫固定于储能器件盖板上，其引出端分别位于器件两端，电芯两端留有极耳；上、下盖板引出的外连螺栓底部且伸入器件壳体内的连接部分留有用于铆接极耳的柱，该铆接柱与外连螺栓的螺杆、螺杆头为连接整体；电芯的极耳上开有与螺栓铆接柱相应的孔，极耳通过铆接柱与螺栓连接在一起；储能器件包括由电化学原理进行储能的器件和由物理原理进行储能的器件。采用双端引出方式，使极耳连接更加可靠，能降低器件内阻，提高其功率性能，又接线灵活；外螺栓与内部连接体为一体，减小连接电阻，提高了器件的功率特性。

Description

双端引出式低内阻储能器件

技术领域

本发明涉及一种储能器件制造领域，具体涉及一种双端引出式低内阻储能器件的内部结构设计。

背景技术

电源是各种电路都不可缺少的重要部分。在没有市电的情况下，只有采取将电能存储的方式才能满足电路使用，因此各种储能器件是移动用电***的重要组成部分，其性能直接关系到移动用电器的使用寿命、功率特性等重要指标。

目前储能器件有一次电池、二次电池、超级电容器等。一次电池不可充电，无法反复使用，综合使用成本高。二次电池可反复充放电，是目前许多移动用电器的首选储能器件；目前，常见二次电池有：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、超级电容器等。铅酸电池、镍镉电池有铅、镉重金属的污染，正逐步被世界各国限制使用；由于镍的价格不断上涨，镍氢电池的性价比也在不断下降。锂离子电池和超级电容器是近年来出现的新型储能器件，具有明显的性能优势。锂离子电池能量密度高，但功率密度较低，寿命较短(1000次左右)；超级电容器寿命长(可达10万次以上)，功率密度大，但能量密度较低。

电动汽车、脉冲电源等装置都对其储能器件的功率性能提出了更高的要求。在提高储能器件功率性能方面，可以考虑的措施有：①改善电极材料配方，提高电极的功率能力；②改进电解液，减小电阻；③改善电极的极耳引出方式，减少接触电阻。在改善电极配方和改进电解液方面，许多研究者进行了大量研究，也取得了较大进展。当电极电阻和电解液电阻都降低到一定程度后，电极极耳的引出电阻在整个储能器件总电阻中就逐渐上升到重要位置；即需要改进电极极耳引出结构才能进一步降低储能器件的总电阻，才能达到进一步提高储能器件功率性能的目的。但在电极的引出方式上，虽然也有一些改进，但进展不大，如：(1)将电芯的极耳用超声波焊接在连接片上，连接片通过铆钉与储能器件的外部接线柱连接；(2)在电极片上焊接多个极耳，将多个极耳焊接在一个小金属板上，金属板通过卡簧结构与端板连接，这种方式对卡簧的制造精度要求高，加工困难；(3)电极片上焊接极耳，在芯包的心部留一个孔，用点焊机通过该孔将芯包的一个电极极耳焊接在壳的底部，另一极用点焊机将极耳焊接在端板上，这种方式仍然要用极耳，焊点少，内阻仍较大；(4)将电芯的极耳上打孔，用螺丝固定在螺栓上，螺栓通过密封结构直接伸出储能器件壳体，但用螺丝将极耳固定在螺栓上，由于螺丝松动会造成接触不良。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术在电极引出上存在的不足，提供一种双端引出式低内阻储能器件中引出结构的设计，从而使储能器件的内阻减小、可靠性增加、功率密度提高。

本发明提出一种新的电极极耳引出结构，该结构将器件的引出从两端分别引出，有利于降低储能器件的内阻，提高其功率性能，并具有连接可靠、接线方式灵活的特点；且将外连接螺栓与内部连接件设计为一体，减小了连接电阻，提高了储能器件的功率特性。为实现上述目的本发明采取以下技术方案：

一种双端引出式低内阻储能器件，包括穿过器件盖板的外连螺栓部分、密封部分及位于器件内部的连接部分(包括铆接柱连接和连接片连接)，作为正、负极的外连螺栓分别通过密封绝缘材料固定于储能器件盖板上，其特征是：储能器件引出端分别位于器件的两端，在电芯的两端均留有极耳；上、下盖板引出的外连螺栓底部且伸入储能器件壳体内的连接部分留有用于铆接极耳的柱，该铆接柱与外连螺栓的螺杆、螺杆头为一个整体；电芯的极耳上开有与螺栓铆接柱相应的孔，极耳通过铆接柱与螺栓连接在一起；所述的储能器件包括由电化学原理进行储能的器件和由物理原理进行储能的器件。

本发明还可以将外连螺栓与内部连接件设计成另一种形式，即所述储能器件壳体内的连接部分是呈扁平状带孔的连接片，该连接片与外连螺栓的螺杆、螺杆头为连接整体；连接片上开有用于铆接或螺栓连接的孔，在电芯的极耳上开有与连接片相应的孔，极耳通过铆接或螺栓与连接片连接在一起；电芯的极耳分成两部分，连接片置于这两部分之间进行铆接。铆接前在极耳两面放置保护极耳的垫片，并且该垫片上设有与连接片相应的铆接孔；所述的连接片孔、对应的极耳孔以及垫片铆接孔是1个或者多个。

本发明适合的储能器件包括由电化学原理进行储能的器件和由物理原理进行储能的器件，如锂离子电池、超级电容器、混合电容器、电化学电容器、双电层电容器、电容电池、大功率电池等。

本发明所述外连螺栓的材质选用铜或铜合金、镀镍铜合金、铝或铝合金、镍或镍合金、不锈钢中的一种或一种以上。

本发明储能器件设计为长方体结构，所述器件的盖板上至少有一个用于加注电解液的注液孔，盖板上还可以设计有防爆阀或防爆膜；盖板与电芯之间可以放置有塑料或橡胶的防转支架，以固定电芯，防止其在应用过程中移动；铆接柱与极耳铆接前，在极耳上面放置保护极耳的垫片，并且该垫片上设有与螺栓铆接柱相应的铆接孔，外连螺栓底部的铆接柱、对应的极耳孔以及垫片铆接孔可以是1个或者多个；所述储能器件的外连螺栓引出端分别位于器件的两端，其中每一端设置1个或者多个外连螺栓；外连螺栓的螺杆头可以设置在螺杆的底部，或者设在螺杆的中部。

本发明的特点是：由于采用两端引出的方式，使极耳连接更加可靠，有利于降低储能器件的内阻，提高其功率性能，并具有接线方式灵活的特点；将外连接螺栓与内部连接体设计为一体，进一步减小了连接电阻，提高了储能器件的功率特性；直接将电芯的极耳铆接在螺栓上，提高了器件内部的空间利用率，有助于提高器件的体积容量；上述连接引出方法具有连接可靠，连接电阻小的特点，有利于提高储能器件的功率特性(大电流特性)和体积能量密度。

附图说明

图1、图2和图3分别是现有储能器件盖板引出机构的俯视图、侧视图和仰视图。

图中：a盖板，b注液孔，c外连螺栓，d铆钉，e防爆膜，f密封垫，g连接片，h螺栓底板。

图4、图5分别是本发明带两个铆接柱的螺栓连接体主视图与仰视图。

图6、图7分别是本发明带一个铆接柱的螺栓连接体主视图与仰视图。

图8、图9分别是带连接片的螺栓连接体主视图与侧视图。

图10为两端双极耳引出的电芯示意图。

图11为两端单极耳引出的电芯示意图。

图12为储能器件电芯与盖板连接结构示意图。

图13、图14分别是本发明用于铆接时保护极耳的垫片主视图与俯视图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明进行详细说明，同时提供对比例说明本发明的效果。下面的实施例只是符合本发明技术内容的实例，并不说明本发明仅限于下述实例所述的内容，本行业中的技术人员依照该权利要求项制造的产品均属本发明内容。

实施例1：

①将储能器件上、下盖板11引出的外连接螺栓14底部(即伸入储能器件壳体内部的铆接部分)设计成为带铆接柱3的结构，如图4、图5、图6、图7所示，外连螺栓14由螺杆1、螺杆头2和铆接柱3组成，1、2、3设计成一个连接整体。图4、图5中的螺杆头2位于螺栓底部，紧靠螺杆头2设有两个铆接柱3；图6、图7中的螺杆头2位于螺栓中部，螺杆1底部设置一个铆接柱3。

②按照传统锂离子电池的制造工艺：配料-搅拌-涂布-轧制-分切-焊极耳卷绕(叠片)，制作成电芯(按20Ah设计制造)。

③如图10、图11所示，在卷绕好(或叠片好)的电芯12的两端极耳6(双极耳或单极耳)上用专用工具打出与铆接柱3相对应的极耳孔7。

④如图12所示，将极耳孔6对准螺栓的铆接柱3，然后在上面垫上垫片10(垫片结构如图13、14所示)，该垫片10上设有与螺栓铆接柱3相应的铆接孔，铆接柱3、对应的极耳孔7以及垫片10铆接孔均为两个；再用铆接机将垫片10、极耳6以及外连螺栓14伸入器件壳体内的螺栓铆接柱3铆接在一起，使铆接柱3在极耳孔7处形成铆接点9。见图12，双端引出的外连螺栓14通过密封绝缘垫16固定于储能器件盖板11上(每端2个外连螺栓分别作正负极)，外连螺栓14的材质正极选用牌号为3003的铝合金，负极选用无铅黄铜合金；在外连螺栓14靠盖板上面绝缘垫16处设有紧固螺母13；盖板11上设有防爆阀15；在上盖板11的一边开有一个用于加注电解液的注液孔8；为防止螺栓转动，在盖板11的底面设置塑料防转支架17。

⑤按照锂离子电池的后续工艺：密封焊接(将盖板与壳体焊接在一起)-干燥-注电解液-化成-测试，即可得到低内阻锂离子电池产品。

⑥检测：用电池充放电测试仪对制成的锂离子电池产品进行测试，以1C进行充放电，其放电容量为20.3Ah，直流内阻3.1mΩ。

对比例1：

①按照传统锂离子电池的制造工艺：配料-搅拌-涂布-轧制-分切-焊极耳卷绕(叠片)，制作成电芯(按20Ah设计制造)。

②将电芯的极耳用超声波焊接在已有技术的盖板(如图1、图2、图3所示)的在连接片上。

③按照锂离子电池的后续工艺：密封焊接(将盖板与壳体焊接在一起)-干燥-注电解液-化成-测试，即可得到锂离子电池产品。

④检测：用电池充放电测试仪对制成的锂离子电池产品进行测试，以1C进行充放电，其放电容量为20.3Ah，直流内阻4.6mΩ。

实施例2：

①将储能器件上、下盖板的外连接螺栓底部(伸入储能器件壳体内部的部分)设计成一个扁平状带孔的片，如图8、图9所示，外连螺栓14由螺杆1、螺杆头2和连接片5组成，1、2、5设计成一个连接整体，由于连接片与螺栓是一体的，无连接电阻，因此使整个储能器件的内阻得到减小，有利于实现高功率(大电流)输出；连接片5上开有用于铆接或螺栓连接极耳6的连接片孔4；

②按照传统锂离子电池的制造工艺：配料-搅拌-涂布-轧制-分切-焊极耳卷绕(叠片)，制作成电芯(按20Ah设计制造)。

③如图10、图11所示，在卷绕好(或叠片好)的电芯12的两端极耳6(双极耳或单极耳)上用专用工具打出与连接片孔4相对应的极耳孔7(极耳与连接片的铆接点)，连接片孔4、对应的极耳孔7以及垫片10铆接孔均为两个，然后用铆钉将极耳铆接在连接片5上或用螺栓将极耳6固定在连接片5对应的孔4处。

④将电芯的极耳6可以分为两部分，并分别置于连接片5的前后两面，连接片置于这两部分之间进行铆接；铆接时分别垫上极耳垫片10，该垫片10上设有与连接片5相应的铆接孔(如图13、图14所示)；再用铆钉将垫片10、极耳6、连接片5铆接在一起，双端引出的外连螺栓14通过密封绝缘垫16固定于储能器件盖板上(每端2个外连螺栓分别作正负极)，外连螺栓14的材质正极选用牌号为6082的铝合金，负极选用316不锈钢；在外连螺栓14靠盖板11上面绝缘垫16处设有紧固螺母13；盖板11上设有防爆阀15；在上盖板的一边开有一个用于加注电解液的注液孔8；为了防止螺栓转动，在盖板11底面设置塑料防转支架17。

⑤按照锂离子电池的后续工艺：密封焊接(将盖板与壳体焊接在一起)-干燥-注电解液-化成-测试，即可得到低内阻锂离子电池产品。

⑥检测：用电池充放电测试仪对制成的锂离子电池产品进行测试，以1C进行充放电，其放电容量为20.3Ah，直流内阻3.5mΩ。

对比例2同对比例1。

Claims (10)

1.一种双端引出式低内阻储能器件，包括穿过器件盖板的外连螺栓部分、密封部分及位于器件内部的连接部分，作为正、负极的外连螺栓分别通过密封绝缘材料固定于储能器件盖板上，其特征是：储能器件引出端分别位于器件的两端，在电芯的两端均留有极耳；上、下盖板引出的外连螺栓底部且伸入储能器件壳体内的连接部分留有用于铆接极耳的柱，该铆接柱与外连螺栓的螺杆、螺杆头为一个整体；电芯的极耳上开有与螺栓铆接柱相应的孔，极耳通过铆接柱与螺栓连接在一起；所述的储能器件包括由电化学原理进行储能的器件和由物理原理进行储能的器件。

2.根据权利要求1所述的低内阻储能器件，其特征在于：所述储能器件壳体内的连接部分是呈扁平状带孔的连接片，该连接片与外连螺栓的螺杆、螺杆头为连接整体，连接片上开有用于铆接或螺栓连接的孔，在电芯的极耳上开有与连接片相应的孔，极耳通过铆接或螺栓与连接片连接在一起。

3.根据权利要求1或2所述的低内阻储能器件，其特征在于：所述的储能器件为长方体结构。

4.根据权利要求1或2所述的低内阻储能器件，其特征在于：该储能器件为锂离子电池、超级电容器、混合电容器、大功率电池、电容电池等。

5.根据权利要求1或2所述的低内阻储能器件，其特征在于：所述外连螺栓的材质选用铜或铜合金、镀镍铜合金、铝或铝合金、镍或镍合金、不锈钢中的一种或一种以上。

6.根据权利要求1或2所述的低内阻储能器件，其特征在于：所述的盖板上设有防爆膜或防爆阀，盖板与电芯之间设置塑料或橡胶防转支架。

7.根据权利要求1所述的低内阻储能器件，其特征在于：铆接前在极耳上面放置保护极耳的垫片，该垫片上设有与螺栓铆接柱相应的铆接孔；所述的铆接柱、对应的极耳孔以及垫片铆接孔是1个或者多个。

8.根据权利要求2所述的低内阻储能器件，其特征在于：铆接前在极耳两面放置保护极耳的垫片，该垫片上设有与连接片相应的铆接孔；所述的连接片孔、对应的极耳孔以及垫片铆接孔是1个或者多个；电芯的极耳分成两部分，连接片置于这两部分之间进行铆接。

9.根据权利要求1所述的低内阻储能器件，其特征在于：所述外连螺栓的螺杆头设置在螺杆的底部，或者设在螺杆的中部。

10.根据权利要求1或2所述的低内阻储能器件，其特征在于：所述位于器件两端的外连螺栓引出端，其中每一端设置1个或多个外连螺栓。

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