CN113169427A - 电池单元果冻卷区域与电池筒之间的界面 - Google Patents

电池单元果冻卷区域与电池筒之间的界面 Download PDF

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Abstract

一种实施方式涉及一种圆柱电池单元，包括：电池筒；以及阳极箔、隔离箔及阴极箔构成的果冻卷区域，该果冻卷区域设于所述电池筒的中间部分。所述阳极箔或阴极箔或者此两种箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入所述电池筒的电解质区域。在一种实施方式中，所述外伸的电极箔中的一部分与所述电池筒的一端(如顶端或底端)直接接触。在另一实施方式中，所述外伸的电极箔与多个连接抽头接触，这些连接抽头与所述电池筒的一端(如顶端或底端)导热连接且电连接。在另一实施方式中，所述外伸电极箔通过弯曲且层叠而作为与箔形成一体的连接抽头，该连接抽头与所述电池筒的一端(如顶端或底端)导热连接且电连接。

Description

电池单元果冻卷区域与电池筒之间的界面
相关申请的交叉引用
本专利申请要求申请号为62/730722，代理人案卷号为TIV-180006P1，申请日为2018年9月13日，名称为“电池单元果冻卷区域与电池筒底部之间的界面”的美国临时申请的权益，该申请受让于本申请的受让人，并籍此将其全部内容明确援引于此。
技术领域
各实施方式涉及电池单元果冻卷区域与电池单元筒之间的界面。
背景技术
能量存储***可依赖电池单元存储电力。在工作(例如，充放电循环)期间，电池单元将产生热量，该热量可能会加重电池单元的受热老化。对于电池单元，需要通过减小受热老化的影响而延长其循环寿命。
发明内容
一种实施方式涉及一种圆柱电池单元，包括：电池筒；阳极箔、隔离箔及阴极箔构成的果冻卷区域，该果冻卷区域设于所述电池筒的中间部分，其中，至少一个电极箔(如所述阳极箔，或所述阴极箔，或者此两种箔)延伸出所述果冻卷区域之外，并进入电解质区域；以及与所述电池筒第一端(如顶端或底端)导热连接且电连接的连接抽头，其中，第一部分的所述至少一个电极箔与所述电池筒的第一端直接接触。
另一实施方式涉及一种圆柱电池单元，包括：电池筒；阳极箔、隔离箔及阴极箔构成的果冻卷区域，该果冻卷区域设于所述电池筒的中间部分，其中，至少一个电极箔(如所述阳极箔，或所述阴极箔，或者此两种箔)延伸出所述果冻卷区域之外，并进入电解质区域；以及与所述电池筒第一端(如顶端或底端)导热连接且电连接的多个连接抽头，其中，第一部分的所述至少一个电极箔与所述多个连接抽头中的第一个直接接触，第二部分的所述至少一个电极箔与所述多个连接抽头中的第二个直接接触。
另一实施方式涉及一种圆柱电池单元，包括：电池筒；以及阳极箔、隔离箔及阴极箔构成的果冻卷区域，该果冻卷区域设于所述电池筒的中间部分，其中，至少一个电极箔(如所述阳极箔，或所述阴极箔，或者此两种箔)包括延伸出所述果冻卷区域之外且进入电解质区域的部分，其中，所述至少一个电极箔的外伸部分通过弯曲且层叠而作为与箔形成一体的连接抽头，该连接抽头与所述电池筒的第一端(如顶端或底端)导热连接且电连接。
附图说明
通过结合以下附图参考下文详细描述，本发明的实施方式将变得更加易于了解，并因而可获得对这些实施方式的完全理解。附图仅出于说明目的，并不旨在对本发明内容构成限制。附图中：
图1所示为本文所述的部件、材料、方法、其他技术或其组合可根据各种实施方式在其内得以应用的例示金属离子(如锂离子)电池。
图2所示为若干电池单元在内设置于一起的电池组的一例。
图3A所示为果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)与电池单元底部的连接抽头之间的现有界面。
图3B所示为表示流经图3A所示电池单元的现有界面的热流(或热量移动)的箭头。
图4A所示为根据本发明实施方式果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)与电池筒和电池单元底部的连接抽头之间的界面。
图4B所示为表示图4A所示电池单元界面的导热性或流经其中的热流(或热量移动)的箭头。
图5所示为根据本发明另一实施方式果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)与电池单元底部多个连接抽头之间的界面。
图6所示为根据本发明另一实施方式果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)和电池单元底部与箔形成一体的连接抽头之间的界面。
图7A至图7D所示为根据本发明实施方式形成电池单元的方法。
图8所示为图3A至图3B现有设计与图4A，图5和/或图6当中任何一图所示设计的导热性并排比较。
具体实施方式
本发明各实施方式将呈现于下文及相关附图中。在不脱离本发明内容范围的情况下，还可想出替代实施方式。此外，本发明内容将不对众所周知的要素进行详细描述，或者将省去对这些要素的描述，以免模糊了对本发明内容有意义的细节的描述。
能量存储***可依赖电池存储电力。例如，在某些现有电动车辆(EV)设计(如全电动车辆、混合电动车辆等)中，安装在电动车辆内的电池壳体中容纳有多个电池单元(例如，这些电池单元既可单独安装在电池壳体内，也可分别组成相应的电池组，每一电池组含有一组电池单元，而且各个电池组分别安装在电池壳体内)。电池壳体内的电池组经汇流排连接至电池接线盒(BJB)，各汇流排将电力分配给电动车辆的驱动电机以及电动车辆的各种其他电气部件(如收音机，控制台，车辆暖通空调(HVAC)***，内灯，前灯和刹车灯等外灯等)。
图1所示为本文所述的部件、材料、方法、其他技术或其组合可根据各种实施方式在其内得以应用的例示金属离子(如锂离子)电池。此处，出于说明目的示出了圆柱电池，但是还可根据需要使用包括方形电池或软包电池(层叠类型)在内的其他类型电池。例示电池单元100包括负极(阳极)102、正极(阴极)103、置于阳极102和阴极103之间的隔膜104、浸渍隔膜104的电解质(隐含性地示出)、电池壳105以及将电池壳105密封的密封元件106。
图1中电池单元100的各层近似于“果冻卷”的结构。在一种示例中，阳极102可对应于带有涂层的铜箔，阴极103对应于带有涂层的铝箔，隔膜104可类似地采用隔离箔。因此，电池单元100的果冻卷结构可对应于按照带涂层铜箔–隔离箔–带涂层铝箔–隔离箔依此类推得到的卷绕层叠物。在一些设计中，虽然图1中未明确示出，但所述带涂层铜箔可与焊接在电池单元100底部的抽头连接。这一焊接(即通过将果冻卷结构与电池筒连接)有利于电池单元100的底部用作电池单元100的负极端子。
在某些实施方式中，电池单元底部可实现电池单元(如图1所示电池单元100)的冷却。电池(如图1所示电池单元100)可构成电池组的一部分。图2所示为此类电池组200的一例，其中，多个电池单元205排列在一起(例如，先排列成各个并联电池组(P组)，然后将各P组串联，以提高电压)。在此类电池组中，可在电池组下方设置与各电池单元205底部(例如通过可导热且电绝缘的连接界面)导热连接的冷却板(未图示)。冷却板的下方可进一步设置冷却管(未图示)，以将热量带离电池单元底部，其中，所述冷却管用于泵送外部冷却***提供的液体冷却剂。
图3A所示为果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)与电池单元底部的连接抽头335之间的现有界面300。参考图3A，果冻卷区域包括带涂层铝箔层305，带涂层铜箔层310以及设于上述两者之间的隔离箔层315。隔离箔315延伸至果冻卷区域下方(例如，如绘于电解质325内的波浪形黑线所示)，并止于隔离盘320上。虽然图3A中未明确示出，当带涂层铜箔310延伸通过电解质325，并与连接抽头335电连接。与此相对，带涂层铝箔305(或阴极箔)可止于果冻卷区域内。此外，电池单元容纳于电池筒330内。
图3B所示为表示流经图3A所示电池单元的现有界面300的热流(或热量移动)的箭头。虽然图3B中的箭头未按比例绘制，但是箭头越粗，其所表示的热流越大。如图3B所示，热量总体先流向带涂层铜箔310和/或电池筒330，然后朝下流向作为电池单元与冷却机构(如冷却板)连接处的电池单元底部。
图4A所示为根据本发明实施方式果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)与电池筒425和设于电池单元底部的连接抽头430之间的界面400。在一种示例中，连接抽头430在电池组装过程中焊接至电池筒425上。参考图4A，果冻卷区域包括带涂层铝箔层405以及带涂层铜箔层410。隔离箔415短于隔离箔315，而且在果冻卷区域下方未延伸至图3A所示隔离盘320的设置位置，而带涂层铜箔410延伸超出隔离箔415，并随后延伸通过电解质420。需要注意的是，在图3A的立体图中，示于隔离盘320上方电解质325内的波浪形黑线对应于隔离箔315，而在图4A的立体图中，示于图4A电解质420中的波浪形白线对应于带涂层铜箔410。
隔离箔415在垂直方向短于图3A中的隔离箔315，而且图4A中的电池单元将图3A中的隔离盘320完全移除。具体而言，隔离箔415(以及阴极箔405)止于果冻卷区域内，而图3A中的隔离箔315延伸进入底部部分，并止于隔离盘320上。带涂层铝箔405和带涂层铜箔410例如用作集流结构，其上一般涂敷活性材料涂层(如石墨烯/石墨、硅等)，以促进电池充放电循环过程中的电子传输。在其他设计中，层叠的各种箔层可具有不同长度。在一些设计中，层叠各层的端部(如顶底两端)可具有相同的尺寸。
此外，第一部分带涂层铜箔410与连接抽头430直接接触且电连接，第二部分带涂层铜箔410与电池筒425直接接触且至少导热连接。在一种示例中，带涂层铜箔410可进一步通过直接连接，或者通过经连接抽头430的间接连接，与电池筒425电连接。如图4A所示，在电解质420内与电池筒430直接接触的带涂层铜箔410可通过弯曲而成为某类弹簧(即“是弹簧预紧的”)，其中的弹簧张力可有助于使得带涂层铜箔410长时间地处于顶在电池筒430上的状态(如此，例如与该电池筒保持导热连接和/或电连接)。在另一示例中，与连接抽头430直接接触的带涂层铜箔410也可通过类似方式产生弹簧作用，以向连接抽头430施加弹簧张力。在一种示例中，电解质420可通过将关联部件润湿而进一步提高导热性。
图4B所示为表示图4A所示电池单元界面400的导热性或流经其中的热流(或热量移动)的箭头。虽然图4B中的箭头未按比例绘制，但是箭头越粗，其所表示的热流越大。如图4B中箭头与图3B中箭头的相对粗度所示，与图3A的界面300相比，图4A的界面400使得电池单元的导热性更高。如图4B所示，热量总体先流向带涂层铜箔410和/或电池筒430，然后朝下流向作为电池单元与冷却机构(如冷却板)连接处的电池单元底部。通过将部分或所有带涂层铜箔410与电池筒430底部导热连接，可以提高界面400的导热性，从而减轻电池单元在循环过程中的受热“老化”(从而例如延长电池单元的电池寿命)。此外，在带涂层铜箔410与电池筒430底部导热连接且电连接时，还可降低电池单元的电阻(从而例如降低电池工作过程中的电力损耗，并减少其所产生的热量)。
图5所示为根据本发明另一实施方式果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)与电池单元底部多个连接抽头535之间的界面500。参考图5，果冻卷区域包括带涂层铝箔层505和带涂层铜箔层510。隔离箔515短于隔离箔315，而且在果冻卷区域下方未延伸至图3A所示隔离盘320的设置位置，而带涂层铜箔510延伸超出隔离箔515，并随后延伸通过电解质520。具体而言，隔离箔515(以及阴极箔505)止于果冻卷区域内，而图3A隔离箔315延伸进入底部部分，并止于隔离盘320上。在其他设计中，层叠的各种箔层可具有不同长度。在一些设计中，层叠各层的端部(如顶底两端)可具有相同的尺寸。需要注意的是，在图3A的立体图中，示于隔离盘320上方电解质325内的波浪形黑线对应于隔离箔315，而在图5的立体图中，示于电解质520中的波浪形白线对应于带涂层铜箔510。
与图4A类似，图5中的隔离箔515在垂直方向短于图3A中的隔离箔315，而且图5中的电池单元将图3A中的隔离盘320完全移除。在图5中的界面500中，带涂层铜箔510与多个连接抽头535导热连接且电连接，而所述多个连接抽头又与电池筒530导热连接且电连接。如图5所示，电解质520内的带涂层铜箔510可通过弯曲而成为某类弹簧(即“是弹簧预紧的”)，其中的弹簧张力可有助于使得带涂层铜箔510长时间地处于顶在多个连接抽头535上的状态(如此，例如与这些连接抽头保持导热连接和电连接)。在一种示例中，电解质520可通过将关联部件润湿而进一步提高导热性。虽然图中未说明性地示出，但图5电池单元的导热特性可与图4B导热性或以箭头绘出的热流类似。在其他设计中，层叠的各种箔层可具有不同长度。在一些设计中，层叠各层的端部(如顶底两端)可具有相同的尺寸。
图6所示为根据本发明另一实施方式果冻卷区域(例如含层叠的阳极箔/阴极箔/隔离箔)和电池单元底部与箔形成一体的连接抽头635之间的界面600。参考图6，果冻卷区域包括带涂层铝箔层605和带涂层铜箔层610。隔离箔615短于隔离箔315，而且在果冻卷区域下方未延伸至图3A所示隔离盘320的设置位置，而带涂层铜箔610延伸超出隔离箔615，并随后延伸通过电解质620。也就是说，隔离箔615(以及阴极箔605)止于果冻卷区域内，而图3A中的隔离箔315延伸进入底部部分，并止于隔离盘320上。在其他设计中，层叠的各种箔层可具有不同长度。在一些设计中，层叠各层的端部(如顶底两端)可具有相同的尺寸。需要注意的是，在图3A所示立体图中，示于隔离盘320上方电解质325内的波浪形黑线对应于隔离箔315，而在图6所示立体图中，示于电解质620中的波浪形白线对应于带涂层铜箔610。
与图4A和图5类似，图6中的隔离箔615在垂直方向短于图3A中的隔离箔315，而且图6所示电池单元将图3A的隔离盘320完全移除。在其他设计中，层叠的各种箔层可具有不同长度。在一些设计中，层叠各层的端部(如顶底两端)可具有相同的尺寸。在图6中的界面600中，带涂层铜箔610与连接抽头635形成一体。更具体而言，与箔形成一体的连接抽头635构造为层叠在一起的多个铜箔层610。与箔形成一体的连接抽头635与电池筒630导热连接且电连接。在一种示例中，电解质620可通过将关联部件润湿而进一步提高导热性。虽然图中未说明性地示出，但图6所示电池单元的导热特性可与图4B导热性或以箭头绘出的热流类似。
图7A至图7D所示为根据本发明实施方式形成电池单元的方法。具体而言，图7A至图7D所示方法示出了如何形成包括具有图6所示与箔形成一体的连接抽头635的界面600的电池单元。
在图7A中，卷绕成电池单元的果冻卷结构。如图7A所示，带涂层铜箔610延伸超出果冻卷区域(例如，与此相对，带涂层铝箔和隔离箔处于果冻卷区域内)。在图7B中，形成与箔形成一体的连接抽头635(例如，通过将带涂层铜箔610的端部弯曲而形成)。在图7C中，将果冻卷结构(带与箔形成一体的连接抽头635)与电池筒630连接在一起。在图7D中，将与箔形成一体的连接抽头635(未图示)焊接在电池筒630上。
图8所示为图3A现有设计与图4A，图5和/或图6当中任何一图所示设计的导热性并排比较。在图8中，电池单元800设有冷却板805。更具体而言，冷却板805设于电池单元800的电池单元底部下方。虽然未按比例绘制，但是箭头810和815旨在在视觉上描述根据某些现有设计(810–图3A)和根据本发明某些实施方式(815–图4A，图5和图6当中任何一图)所能实现的电池单元800的热流(例如，从果冻卷结构内部流至电池单元底部)程度比较。虽然箭头810～815的粗细程度未按比例绘制，但其旨在总体上表示电池单元800的导热程度。
虽然以上实施方式所述为阳极箔与电池筒底部之间界面的情形，但是其他实施方式涉及阴极箔与电池筒顶部之间的界面。因此，虽然图中所示为针对阳极的情形，但是图4A至图8还表示可应用于电池筒顶部的阴极实施方式。在一些设计中，阳极箔可延伸出果冻卷区域之外，并进入第一电解质区域，从而与电池筒底部接界；而类似地，阴极箔可延伸出果冻卷区域之外，并进入第二电解质区域，从而与电池筒顶部接界(例如，在以上结合图4A至图8当中任何意图所述的结构，但其中，以电池筒顶部代替电池筒底部)。如此，果冻卷区域可描述为处于电池筒顶部与底部之间的“中间”区域(或部分)。
本文中针对本发明任何实施方式描述的任何数值范围不仅旨在于确定相应数值范围的上下限，还旨在于隐含性地公开该范围内以与上下限所确定的精度水平相一致的单位或递变步长相互间隔的每一离散值。例如，7nm～20nm(即以1为单位或递变步长的精度水平)这一距离数值范围涵盖[7，8，9，10，……，19，20]这一组数值(单位为nm)，其中以1为单位或递变步长的中间数值8～19等同于已明确公开。在另一例中，30.92％～47.44％(即以百分之一为单位或递变步长的精度水平)这一百分比数值范围涵盖[30.92，30.93，30.94，……，47.43，47.44]这一组数值(单位为％)，其中以百分之一为单位或递变步长的中间数值30.92～47.44等同于已明确公开。因此，所公开的任何数值范围所涵盖的任何中间数值均旨在被理解为这些数值等同于已经被明确公开，而且任何此类中间数值均可因此本身构成落入所述数值范围内的更小范围的上限和/或下限。因此，每一更小范围(例如将更大范围的至少一个中间数值作为上限和/或下限的每一更小范围)旨在被理解为借助于更大范围的明确公开而被隐含性地公开。
以上描述旨在使得本领域任何技术人员能够做出或使用本发明的实施方式。然而，应该理解的是，由于对于本领域技术人员而言，如何对这些实施方式做出各种修改是容易理解的，因此本发明不限于本文公开的具体配方、工艺步骤和材料。也就是说，在不脱离本发明实施方式的精神或范围的情况下，本文中给出的普遍原理可应用至其他实施方式。

Claims (18)

1.一种圆柱电池单元，其特征在于，包括：
一电池筒；
阳电极箔、隔离箔及阴电极箔构成的一果冻卷区域，所述果冻卷区域设置于所述电池筒的中间部分，其中，至少一个电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入电解质区域；以及
一连接抽头，与所述电池筒的第一端导热连接且电连接，
其中，所述至少一个电极箔的第一部分与所述电池筒的所述第一端直接接触。
2.如权利要求1所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述至少一个电极箔包括所述阳电极箔；
所述阳电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入所述电池筒的底部部分；
所述连接抽头设置于所述底部部分内；
所述电池筒的所述第一端对应于所述电池筒的底部。
3.如权利要求2所述的圆柱电池单元，其特征在于，对于所述阳电极箔的所述第一部分中的每一阳电极箔，所述阳电极箔处于所述电池筒的底部部分中的一部分是弹簧预紧的，以向所述电池筒施加弹簧张力。
4.如权利要求2所述的圆柱电池单元，其特征在于，第二部分阳电极箔与所述连接抽头直接接触。
5.如权利要求4所述的圆柱电池单元，其特征在于，对于所述第二部分阳电极箔中的每一阳电极箔，所述阳电极箔处于所述电池筒的底部部分中的一部分是弹簧预紧的，以向所述连接抽头施加弹簧张力。
6.如权利要求2所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述阳电极箔包括铜；
所述阴电极箔包括铝。
7.如权利要求2所述的圆柱电池单元，其特征在于，所述第一部分阳电极箔与所述电池筒的所述底部至少导热连接。
8.如权利要求7所述的圆柱电池单元，其特征在于，所述第一部分阳电极箔与所述电池筒的所述底部导热连接且电连接。
9.如权利要求1所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述至少一个电极箔包括所述阴电极箔；
所述阴电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入所述电池筒的顶部部分；
所述连接抽头设置于所述顶部部分内；
所述电池筒的所述第一端对应于所述电池筒的顶部。
10.一种圆柱电池单元，其特征在于，包括：
一电池筒；
阳电极箔、隔离箔及阴电极箔构成的一果冻卷区域，所述果冻卷区域设置于所述电池筒的中间部分，其中，至少一个电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入电解质区域；以及
多个连接抽头，与所述电池筒的第一端导热连接且电连接，
其中，所述至少一个电极箔的第一部分与所述多个连接抽头中的第一个直接接触，
所述至少一个电极箔的第二部分与所述多个连接抽头中的第二个直接接触。
11.如权利要求10所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述至少一个电极箔包括所述阳电极箔；
所述阳电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入所述电池筒的底部部分；
所述多个连接抽头设置于所述底部部分内；
所述电池筒的所述第一端对应于所述电池筒的底部。
12.如权利要求11所述的圆柱电池单元，其特征在于，对于所述阳电极箔的所述第一和第二部分中的每一阳电极箔，所述阳电极箔处于所述电池筒的底部部分中的一部分是弹簧预紧的，以向相应连接抽头施加弹簧张力。
13.如权利要求11所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述阳电极箔包括铜；
所述阴电极箔包括铝。
14.如权利要求11所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述至少一个电极箔包括所述阴电极箔；
所述阴电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入所述电池筒的顶部部分；
所述多个连接抽头设置于所述顶部部分内；
所述电池筒的所述第一端对应于所述电池筒的顶部。
15.一种圆柱电池单元，其特征在于，包括：
一电池筒；以及
阳电极箔、隔离箔及阴电极箔构成的一果冻卷区域，所述果冻卷区域设置于所述电池筒的中间部分，其中，至少一个电极箔包括延伸出所述果冻卷区域之外且进入电解质区域的部分，
其中，所述至少一个电极箔的外伸部分通过弯曲且层叠而作为与箔形成一体的连接抽头，所述连接抽头与所述电池筒的第一端导热连接且电连接。
16.如权利要求15所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述至少一个电极箔包括所述阳电极箔；
所述阳电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入所述电池筒的底部部分；
所述电池筒的所述第一端对应于所述电池筒的底部。
17.如权利要求16所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述阳电极箔包括铜；
所述阴电极箔包括铝。
18.如权利要求15所述的圆柱电池单元，其特征在于：
所述至少一个电极箔包括所述阴电极箔；
所述阴电极箔延伸出所述果冻卷区域之外，并进入所述电池筒的顶部部分；
所述电池筒的所述第一端对应于所述电池筒的顶部。
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