CN114976180A - 电池、及包括该电池的电池组和车辆 - Google Patents

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金度均
闵建宇
赵敏起
崔修智
皇甫光洙
金在雄
林在垣
金学均
李帝俊
郑池敏
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Abstract

根据本公开的实施方式的电池包括：电极组件，其通过第一电极、第二电极及介于它们之间的隔膜以卷绕轴为中心卷绕来定义芯部和外周面，上述第一电极和第二电极分别沿着卷绕方向包括未涂覆活性物质层的第一未涂覆区域和第二未涂覆区域；电池壳体，其容纳电极组件并电连接至第二未涂覆区域；盖，其覆盖形成在电池壳体的底部上的开放部；第一电极端子，其穿过电池壳体的上表面，并与电池壳体电绝缘；以及第一集流体，其与第一未涂覆区域联接并连接至第一电极端子。

Description

电池、及包括该电池的电池组和车辆
技术领域
本公开涉及一种电池、及包括该电池的电池组和车辆。更具体地，本公开涉及具有如下结构的电池及包括该电池的电池组和车辆，在该结构中，在无需大幅改变传统电池的结构的情况下正极端子和负极端子彼此靠近地布置在电池的一侧上。
背景技术
当使用柱状电池制造电池组时，通常将多个柱状电池直立放置在壳体(housing)中，并使用柱状电池的顶部和底部分别作为正极端子和负极端子而彼此电连接。
在柱状电池中，容纳在电池壳体中的电极组件的负极未涂覆区域向下延伸并电连接至电池壳体的底部，并且正极未涂覆区域向上延伸并电连接至电池壳的顶盖。也就是说，在柱状电池中，通常，电池壳体的底部即电池壳体的封闭部的外部面电池壳体的用作负极端子，而覆盖电池壳体的顶部开放部的顶盖用作正极端子。
然而，当柱状电池的正极端子和负极端子设置在相对侧时，需要向柱状电池的顶部和底部应用用于电连接多个柱状电池的电连接部件(诸如汇流条)。这使得电池组的电连接结构复杂。
此外，在这种结构下，用于绝缘的部件和用于防水的部件应单独应用于电池组的顶部和底部，导致应用的部件数量增加并且结构复杂。
因此，需要开发具有正极端子和负极端子沿相同方向应用的结构的柱状电池，以简化多个柱状电池的电连接结构。
发明内容
技术问题
本公开旨在解决上述问题，因此本公开旨在提供具有沿相同方向应用正极端子和负极端子的结构的电池结构。
本公开旨在提供一种电池，其中沿相同方向应用的负极端子具有足够用于与用于制造电池组的诸如汇流条之类的电连接部件进行焊接的面积。
然而，本公开的技术问题不限于上述问题，并且本领域技术人员从以下描述将清楚地理解本文未提及的其他问题。
技术方案
为了解决上述问题，根据本公开的实施方式的电池包括：电极组件，其通过第一电极、第二电极及介于它们之间的隔膜以卷绕轴为中心卷绕来定义芯部和外周面，上述第一电极和第二电极分别沿着卷绕方向包括未涂覆活性物质层的第一未涂覆区域和第二未涂覆区域；电池壳体，其容纳电极组件并电连接至第二未涂覆区域；盖，其覆盖形成在电池壳体的底部上的开放部；第一电极端子，其穿过电池壳体的上表面，并与电池壳体电绝缘；以及第一集流体，其与第一未涂覆区域联接并连接至第一电极端子。
第一电极端子和第一集流体可以通过螺栓联接而进行联接。
第一电极端子可以包括：端子暴露部分，其暴露于电池壳体的外部；以及端子联接部分，其穿过电池壳体的封闭部联接至第一集流体。
第一集流体可以包括与端子联接部分螺栓联接的集流体联接部分。
集流体联接部分可以包括在其中心部上下贯通的孔或从其上表面以规定深度形成的槽。
集流体联接部分的内径与在电极组件的卷绕中心形成的孔的内径相比，可以相同或更小。
端子联接部分可以***到集流体联接部分的内侧，并且螺栓联接。
集流体联接部分可以***端子联接部分的内侧并且螺栓联接。
集流体联接部分可以配置于第一集流体的中心部。
集流体联接部分可以配置于与在电极组件的卷绕中心形成的孔对应的位置。
第一电极端子还可以包括凸缘部，该凸缘部穿过电池壳体的封闭部铆钉联接在电池壳体的内表面上。
电池还可以包括：绝缘垫圈，其介于电池壳体和第一电极端子之间。
第一电极端子可以包括：端子暴露部分，其暴露于电池壳体的外部；以及端子联接部分，其穿过电池壳体的封闭部联接至第一集流体。
绝缘垫圈可以覆盖端子暴露部分的外周面。
绝缘垫圈可以通过热熔融与电池壳体和第一电极端子联接。
第一电极端子可以通过嵌件模塑与绝缘垫圈联接。
电池还可以包括绝缘垫圈，其介于电池壳体和第一电极端子之间，绝缘垫圈随着凸缘部的弯曲一并弯曲而介于电池壳体的封闭部的内表面与凸缘部之间。
电池壳体的封闭部的外部面可以对应于极性与第一电极端子相反的第二电极端子。
第一未涂覆区域的至少一部分包括沿着电极组件的卷绕方向分割的多个分切片，多个分切片沿着电极组件的半径方向捆箍。
捆箍后的多个分切片沿着半径方向重叠为多层。
电极组件具有焊接目标区域，该焊接目标区域是第一未涂覆区域的分切片的重叠数沿着电极组件的半径方向维持恒定的区域，第一集流体的下表面在上述焊接目标区域通过焊接与上述第一未涂覆区域联接。
电池还可以包括与第二未涂覆区域联接并与电池壳体电连接的第二集流体。
第二集流体可以包括：未涂覆区域联接部分，其与第二未涂覆区域联接；及壳体联接部分，其联接至电池壳体的内表面上。
第二集流体可以在与在电极组件的卷绕中心形成的孔对应的位置配置集流体孔。
电池壳体可以包括：压边部分，其由电池壳体的侧壁的一部分向内侧压入而成；及卷边部分，其在压边部分的下方由定义开放部的末端以围绕盖的边缘的方式延伸并弯曲而成，壳体联接部分电连接至与盖相对的压边部分的一个面上。
壳体联接部分可以包括多个，从而使得电极组件与电池壳体之间的电连接多重化。
在正极与负极之间测量的电阻为4豪欧(miliohm)以下。
对电池的直径除以高度的形状系数之比大于0.4。
本发明的一个实施方式的电池组包括多个本发明的一个实施方式的电池。
多个电池以规定数的列进行排列，各个电池的第一电极端子和电池壳体的封闭部的外部面以朝向上部的方式配置。
电池组包括将多个电池串联及并联连接的多个母线，多个母线配置于电池的上部。此时，各个母线包括：在相邻的电池的第一电极端子之间延伸的主体部；向主体部的一侧方向延伸而与位于一侧方向的电池的第一电极端子电连接的多个第一母线端子；及向主体部的另一侧方向延伸而与位于另一侧方向的电池的电池壳体的封闭部的外部面电连接的多个第二母线端子。
用于解决上述课题的本发明的一个实施方式的汽车包括如上所述的本发明的一个实施方式的电池组。
技术效果
根据本公开的一个方面，可以提供具有其中正极端子和负极端子沿相同方向应用的结构的电池，从而简化了电池的电连接结构。
根据本公开的另一方面，可以提供如下电池，其中负极端子具有足够用于与用于制造电池组的诸如汇流条之类的电连接部件进行焊接的面积，从而确保负极端子与电连接部件之间足够的接合强度，并且将电连接部件与负极端子的接合区域的电阻降低到期望的水平。
附图说明
附图例示了本公开的优选实施方式，并与以下描述的本公开的详细描述一起用于提供对本公开的技术方面的进一步理解，因此本公开不应理解为限于附图。
图1是示出了根据本公开的实施方式的柱状电池的图。
图2是示出了根据本公开的实施方式的柱状电池的内部结构的截面图。
图3和图4是示出根据本公开的实施方式的柱状电池的顶部结构的局部截面图。
图5和图6是示出了本公开的第一电极端子与第一集流体的联接结构的图。
图7是示出了应用于本公开的第一集流体和电极组件的联接结构的图。
图8是示出了本公开的形成有分切片的电极组件的图。
图9是示出根据本公开的实施方式的柱状电池的底部结构的局部截面图。
图10是根据本公开实施方式的柱状电池的仰视图。
图11和图12是示出应用于本公开的第二集流体的图。
图13是示出了根据本公开实施方式的利用母线将柱状电池串联及并联连接的状态的顶部俯视图。
图14是示出了根据本公开实施方式的电池组的示意图。
图15是示出了根据本公开的实施方式的车辆的概念图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应理解，说明书和所附权利要求中使用的术语和词语不应被解释为限于一般和字典含义，而是在允许发明人为了最佳解释而适当地定义术语的原则的基础上基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念进行解释。
因此，本文所描述的实施方式以及在附图中示出的示例仅是本公开的最优实施方式中的一些，并非旨在完全描述本公开的技术方面，因此应理解，在提交申请时已经对其做出了各种其它等同和变型。
另外，为了有助于发明的理解，附图并非是实际比例尺示出的，而可能会将部分结构要素的比例尺寸夸张示出。另外，互不相同的实施方式中同一结构要素可能会附加同样的参考编号。
两个比较对象相同是指“实质地相同”。由此，“实质上相同”可包含具有本领域认为低偏差，例如5％以内的偏差的情况。另外，在规定领域某个参数均匀是指平均观点上均匀。
虽然，第一、第二等多个结构要素是为叙述而使用的，但是这些结构要素显然不受这些用语限制。这些用语只是为了将一个结构要素与其他结构要素区别开而使用的，在无特别相反记载的前提下，第一结构要素当然可以是第二结构要素。
在说明书整体，在无特别相反记载的前提下，各结构要素当然可以是单个，也可以是多个。
在结构要素的“上述(或下部)”或结构要素的“上(或下)”配置任意结构不仅表示任意结构与上述结构要素的上表面(或下表面)相接而配置，还表示在上述结构要素与配置于上述结构要素上(或下)的任意结构之间夹有其他结构。
另外，记载为某个结构要素与其他结构要素“连接”、“结合”或“接入”时，上述结构要素可以彼此直接连接或接入,但应理解为在各结构要素之间“夹有”其他结构要素，或各结构要素通过其他结构要素“连接”、“结合”或“接入”。
在说明书整体，“A及/或B”在无特别相反记载的前提下，指A、B或A及B，“C至D”在无特别相反记载的前提下，指C以上且D以下。
参照图1至图3，根据本公开的实施方式的电池1例如是柱状电池。柱状电池1包括电极组件10、电池壳体20、盖30、第一电极端子40和第一集流体60。除了上述元件之外，柱状二次电池1还可以包括绝缘垫圈50和/或绝缘体70和/或第二集流体80和/或密封垫圈90。本公开不受电池形状的限制，也可以应用于其他形状的电池、例如各形电池。
电极组件10包括第一未涂覆区域11和第二未涂覆区域12。电极组件10包括具有第一极性的第一电极、具有第二极性的第二电极以及介于第一电极和第二电极之间的隔膜。第一电极对应于正极板或负极，而第二电极对应于极性与第一电极相反的电极。
电极组件10可以具有例如果冻卷形状。也就是说，可以通过卷绕将第一电极、隔膜和第二电极至少按照该次序层叠至少一次而形成的层叠体来制造电极组件10。这种果冻卷型的电极组件10具有形成于卷绕中心C而沿着高度方向(与Z轴平行的方向)延伸的卷绕中心孔。另外，用于与电池壳体20绝缘的隔膜可以设置在电极组件10的外周面上。
第一电极包括第一导电性材质和涂覆在第一导电性材质的一个或两个表面上的第一电极活性层。在第一导电性材质的在宽度方向(与Z轴平行的方向)的一个端部存在未涂覆有第一电极活性物质的第一未涂覆区域。以第一电极展开的状态为基准时，第一未涂覆区域具有沿着第一电极的长度方向从一侧端部延伸至另一侧端部的形状。第一未涂覆区域11充当第一电极接头。第一未涂覆区域11设置于电极组件10的一个面上。更具体为，第一未涂覆区域11设置在容纳于电池壳体20内的电极组件10的高度方向(与Z轴平行的方向)下方。
第二电极包括第二导电性材质和涂覆在第二导电性材质的一个或两个表面上的第二电极活性层。在第二导电性材质的在宽度方向(与Z轴平行的方向)上的另一端存在未涂覆有第二电极活性物质的未涂覆区域。以第二电极展开的状态为基准时，第二未涂覆区域具有沿着第二电极的长度方向从一侧端部延伸至另一侧端部的形状。第二未涂覆区域12充当第二电极接头。第二未涂覆区域12设置于电极组件的另一面上。更具体为，第二未涂覆区域12设置于容纳在电池壳体20内的电极组件10的高度方向(平行于Z轴的方向)上方。
即，第一未涂覆区域11和第二未涂覆区域12沿着电极组件10的高度方向(与Z轴平行的方向)，即柱状电池1的高度方向以彼此相反的方向延伸突出并向隔膜的外部露出。
另外，参照图8，上述第一未涂覆区域11和/或第二未涂覆区域12的至少一部分包括沿着电极组件10的卷绕方向分割的多个分切片F。此时，上述分切片沿着上述电极组件的半径方向捆箍。捆箍后的多个分切片重叠为多层。此时，后述的第一集流体50和/或第二集流体80结合到多个分切片F重叠为多层的区域。另外，电极组件10具有焊接目标区域，该焊接目标区域是第一未涂覆区域11和/或第二未涂覆区域12的分切片F的重叠层数沿着电极组件10的半径方向维持恒定的区域。在这样的焊接目标区域，分切片F的重叠层数大致维持最大，因此有利于后述的第一集流体50与第一未涂覆区域11的焊接和/或第二集流体70与第二未涂覆区域12的焊接在焊接目标区域内实现。这是为了防止：在应用激光焊接时，为了焊接质量的提高而提高激光的输出的情况下，激光束贯通第一未涂覆区域11和/第二未涂覆区域12损伤电极组件10。另外，这是为了防止焊接飞溅物等杂质引入电极组件10的内部。
参照图1至图4，电池壳体20是在顶部具有封闭部，在底部具有开放部的近似柱状的接纳结构，并且由具有导电特性的金属制成。电池壳体20的材料例如可以是铝。电池壳体20的侧表面和上表面一体地形成。电池壳体20的上表面具有大致平坦的形状。电池壳体20通过形成于底部上的开放部将电解液与电极组件10一起接纳。
电池壳体20电连接至电极组件10的第二未涂覆区域12。因此，电池壳体20与第二未涂覆区域12具有相同的极性。
参照图2和图9，电池壳体20可以包括形成于下端的压边部分21和卷边部分22。压边部分21形成于电极组件10下方。压边部分21通过压配合电池壳体20的外周而形成。压边部分21可以防止尺寸与电池壳体20的宽度相对应电极组件10从形成于电池壳体20的底部上的开放部中退出，并充当安放盖30的支撑件。
卷边部分22可以形成于压边部分21下方。卷边部分22具有在压边部分21下方，定义由电池壳体20的开放部的末端以围绕盖30的边缘的方式延伸并弯曲而成的形状。卷边部分22围绕盖30的外周面和盖30的下表面的一部分延伸并弯曲。
参照图2和图7，盖30可以是由金属制成的部件。盖30覆盖形成于电池壳体20的底部上的开放部。也就是说，盖30形成柱状二次电池1的下表面。盖30可以安放在形成于电池壳体20中的压边部分21上，并且可以通过卷边部分22而被固定。密封垫圈90可以介于盖30和电池壳体20的卷边部分22之间，以确保电池壳体20的密封性。
本公开的附图示出了本公开的电池壳体20包括压边部分21和卷边部分22二者，并且密封垫圈90介于盖30和电池壳体20之间。然而，本公开不限于此。
也就是说，本公开的电池壳体20可以不包括压边部分21和/或卷边部分22。另外，在本公开密封垫圈90可以不应用于盖30和电池壳体20之间。
当电池壳体20不包括压边部分21时，电极组件10可以通过以下描述的第二集流体80而被固定。另选地，当不应用卷边部分22和/或密封垫圈90时，例如可以通过电池壳体20与盖30之间的焊接联接来实现固定盖30和/或确保电池壳体20的开放部的密封性。也就是说，在本公开中，电池壳体20可以与盖30电隔离，并且可以电连接至盖30。当电池壳体20电连接至盖30时，电极组件10的第二未涂覆区域12可以通过盖30电连接至电池壳体20，并且可以在没有盖30干扰的情况下电连接至电池壳体20。然而，当例如通过诸如密封垫圈90之类的绝缘部件，盖30与电池壳体20隔离时，电极组10的第二未涂覆区域12不通过盖30连接至电池壳体20。
此外，参照图9和图10，盖30还可以包括排气部分31，该排气部分31形成为防止内部压力由于电池壳体20内产生的气体而升高。排气部分31对应于厚度比盖30中的任何其他区域具有更小厚度的区域。排气部分31在结构上比其他区域薄弱。因此，当内部压力由于柱状二次电池1内的异常而上升到预定水平以上时，排气部分31破裂以将电池壳体20中产生的气体排出。
根据本公开实施方式的柱状二次电池1具有如下结构，其中具有第一极性的第一电极端子和具有第二极性的第二电极端子二者如下所述的存在于上部。结果，本公开的柱状二次电池1具有比下结构更复杂的上结构。因此，为了顺畅地排放电池壳体20内部产生的气体，可以在形成柱状二次电池1的下表面的盖30上形成排气部分31。
虽然本公开的图10示出了在盖30上连续地形成为圆形状的排气部分31，但本公开不限于此。排气部分31可以在盖30上不连续地形成为圆形状，并且可以形成为直线形状或其他形状。
参照图1至图3，第一电极端子40由具有导电特性的金属材料制成，并且可以大致穿过电池壳体20的上表面的中心。已经穿过电池壳体20的封闭部的第一电极端子40电连接到电池壳体20内的电极组件10的第一未涂覆区域11。因此，第一电极端子40具有第一极性。第一电极端子40与具有第二极性的电池壳体20电绝缘。第一电极端子40和电池壳体20之间的绝缘可以通过多种方法来实现。例如，可以通过紧实地固定第一电极端子40以保持第一电极端子40和电池壳体20彼此间隔开来完成第一电极端子40和电池壳体20之间的绝缘。另选地，这两个部件之间的绝缘可以通过在第一电极端子40和/或电池壳体20的一部分上形成具有绝缘特性的涂覆层来实现。此外，如本公开的附图所示，可以通过在第一电极端子40和电池壳体20之间应用绝缘垫圈50来实现第一电极端子40和电池壳体20之间的绝缘。
第一电极端子40包括端子暴露部分41和端子联接部分42。除了上述部件之外，第一电极端子40还可以包括凸缘部43。端子暴露部分41的直径可以大于端子联接部分42的直径或端子联接部分42的直径和凸缘部43的直径之和。
端子暴露部分41暴露于电池壳体20的外部。端子暴露部分41可以大致设置在电池壳体20的上表面的中心处。端子联接部分42可以从大致端子暴露部分41的中心延伸至第一集流体60。端子联接部分42通过电池壳体20的上表面的中心电连接至第一未涂覆区域11。具体地，端子联接部分42可以通过螺栓联接与第一集流体60联接。
参照图5，端子联接部分42可以***到设置于第一集流体60中的集流体联接部分62中，并且它们可以彼此螺栓联接。在这种情况下，集流体联接部分62可以包括在其中心部上下贯通的孔或从其上表面以规定深度形成的槽。可以在孔或槽的内周面的至少一部分上形成用于螺栓联接的螺纹。另外，端子联接部分42的外周面的至少一部分上形成用于螺栓联接的螺纹。
参照图6，与图5相反，端子联接部分42可以螺栓联接到设置于第一集流体60中的集流体联接部分62的外周面上。在这种情况下，端子联接部分42可以在其底部具有预定深度的端子槽G，并且可以在端子槽G的内周面的至少一部分上形成在用于螺栓联接的螺纹。
电池壳体20的上表面和端子暴露部分41的上表面具有相反极性，并且面对相同方向。另选地，可以在端子暴露部分41的上表面与电池壳体20的上表面之间形成台阶。具体地，在电池壳体20的整个上表面具有平坦形状或从中心向上突出，第一电极端子40的端子暴露部分41可以向上突出于电池壳体20的上表面之上。相反，当电池壳体20的上表面从中心向下凹陷(即，在朝向电极组件10的方向上)时，电池壳体20的上表面可以向上突出于电极端子40的端子暴露部分41之上。
此外，当电池壳体20的上表面从中心向下凹陷(即，在朝向电极组件10的方向上)时，电池壳体20的上表面和端子暴露部分41的上表面可以根据电极端子40的端子暴露部分41的凹陷深度和厚度而形成相同的平面。在这种情况下，在电池壳体20的上表面和端子暴露部41之间可以不形成台阶。
凸缘部43可以设置在端子联接部分42的外周的至少一部分。凸缘部43可以从电池壳体20的内侧弯曲并与电池壳体20的内表面紧密接触。由此，第一电极端子40可以铆接至电池壳体20。
绝缘垫圈50介于电池壳体20和第一电极端子40之间，以防止电池壳体20与具有相反极性的第一电极端子40之间接触。如前所述，可以通过省略绝缘垫圈50以及形成绝缘涂覆层和/或确保部件之间的间隔，来保持电池壳体20和第一电极端子40之间的绝缘。然而，当应用绝缘垫圈50时，可以更可靠地确保两个部件之间的绝缘并确保电池壳体20的密封性。如上所述，通过保持第一电极端子40和电池壳体20之间的绝缘，电池壳体20的具有大致平坦形状的上表面即电池壳体20的封闭部的外部面20a可以充当柱状电池1的第二电极端子。
绝缘垫圈50包括垫圈暴露部分51和垫圈***部分53。垫圈暴露部分51在电池壳体20外部介于第一电极端子40的端子暴露部分41和电池壳体20之间。垫圈***部分53在电池壳体20内部介于第一电极端子40的端子联接部分42和电池壳体20之间、或者介于第一电极端子40的凸缘部43和电池壳体20之间。当垫圈***部分53介于凸缘部43和电池壳体20之间时，垫圈***部分53可以通过与凸缘部43铆接在一起而与电池壳体20的内表面紧密接触。即，为了第一电极端子40的固定，在将凸缘部43向电池壳体20的封闭部的内表面弯曲进行铆接联接的过程中，绝缘垫圈50的垫圈***部分53一起弯曲。由此，垫圈***部分53介于电池壳体20的封闭部的内表面与凸缘部43之间，防止具有彼此相反极性的第一电极端子40和电池壳体20接触。例如，绝缘垫圈50可以由具有绝缘特性的树脂制成。
参照图4，绝缘垫圈50的垫圈暴露部分51可以延伸以覆盖第一电极端子40的端子暴露部分41的外周面。当如上所述，绝缘垫圈50覆盖第一电极端子40的外周面时，可以防止在将诸如汇流条之类的电连接部件联接到电池壳体20和/或第一电极端子40的上表面的工艺中出现短路。虽然附图中未示出，但是绝缘垫圈50的垫圈暴露部分51可以延伸以不仅覆盖端子暴露部分41的外周面，而且覆盖上表面的一部分。
当绝缘垫圈50由树脂制成时，绝缘垫圈50可以通过热熔融与电池壳体20和/或第一电极端子40联接。在这种情况下，可以提高绝缘垫圈50和电池壳体20之间的联接界面和/或绝缘垫圈50和第一电极端子40之间的联接界面处的密封性。此外，当绝缘垫圈50的垫圈暴露部分51延伸到端子暴露部分41的上表面，第一电极端子40可以通过嵌件模塑与绝缘垫圈50联接。
除了第一电极端子40的端子暴露部分41和绝缘垫圈50在电池壳体20的上表面上所占据的区域之外的整个其余区域可以充当极性与第一电子端子40相反的第二电极端子20a。也就是说，本公开的柱状二次电池1具有在电池壳体20的一侧上设置有一对正极端子和负极端子的结构，但不具有其中电极端子形成在电池壳体20的两侧上的结构。因此，在连接本公开的多个柱状二次电池1时，仅在柱状二次电池1的一侧形成电连接结构，从而在电池模块和/或电池组的制造中实现结构简单。另选地，本公开的柱状二次电池1在电池壳体20的开放部侧的相对侧上具有正极端子和负极端子二者。因此，本公开的柱状二次电池可以解决通过将诸如汇流条(未示出)之类的电连接部件附接到诸如电池壳体20的卷边部分22之类的狭窄区域可能出现的联接强度不足和/或电阻增加的问题。
参照图2至图6，第一集流体60联接在电极组件10上。第一集流体60由具有导电特性的金属制成，且与电极组件10相对的下表面的至少一部分与第一未涂覆区域11联接。虽然附图示出了联接第一集流体60和第一未涂覆区域11的联接表面是平坦的，与此相反，第一集流体60可以在其下表面上包括多个凹凸图案。当形成凹凸图案时，可以通过按压第一集流体60将凹凸图案压配合到第一未涂覆区域11中。
参照图7，第一集流体60可以联接到第一未涂覆区域11的端部。例如，第一未涂覆区域11和第一集流体60之间的联接可以通过激光焊接来实现。激光焊接可以通过使第一集流体60的基材部分熔化来执行，以及可以用介于第一集流体60和第一未涂覆区域11之间进行焊接的焊料来执行。在这种情况下，焊料优选地比第一集流体60和第一未涂覆区域11具有更低的熔点。
第一集流体60可以联接在通过沿平行于第一集流体60的方向弯曲第一未涂覆区域11的端部而形成的联接表面上。例如，第一未涂覆区域11的弯曲方向可以是朝向电极组件10的卷绕中心C的方向。当第一未涂覆区域11具有如上所述的弯曲形状时，第一未涂覆区域11所占据的空间减小，从而提高了能量密度。
返回参照图5和图6，第一集流体60与第一电极端子40联接，从而将第一未涂覆区域11电连接至第一电极端子40。如上所述，第一集流体60可以与第一电极端子40螺栓联接。为此，第一集流体60可以包括与第一电极端子40的端子联接部分42螺栓联接的集流体联接部分62。
集流体联接部分62可以大致设置在第一集流体60的中心。集流体联接部分62可以配置在与在电极组件10的卷绕中心C形成的孔对应的位置。集流体联接部分62可以在朝向第一电极端子40的方向上突出。对于集流体联接部分62和***集流体联接部分62中的端子联接部分4之间的螺栓联接(如图5所示)，集流体联接部分62可以在其内周面的至少一部分上具有螺纹。对于端子联接部分42和***到端子联接部分42中的集流体联接部分62之间螺栓联接(如图6所示)，集流体联接部分62可以在其外周面的至少一部分上具有螺纹。
此外，参照图5至图7，集流体联接部分62的内部直径可以等于或小于形成于电极组件10的卷绕中心C处的孔的内部直径。这是为了将第一集流体60与沿电极组件10的径向形成的所有第一未涂覆区域11联接，从而最小化在电极组件10和第一集流体60的联接部处的电阻上升和发热。在集流体联接部分62的中心部形成上下贯通的孔的情况下，第一集流体60仅在除了形成有孔的区域之外的区域与第一未涂覆区域11联接。由此，集流体联接部分62的内部直径小于形成于电极组件10的卷绕中心C处的孔的内部直径时，第一集流体60的下表面整体与第一未涂覆区域11联接。只是，本发明不限于此，为了因第一电极端子40的截面积增加所致的电阻降低，也可以使得第一电极端子40的端子联接部分42的外部直径大于在电极组件10的卷绕中心C形成的孔。
如上所述，本公开的柱状电池1具有第一集流体60和第一电极端子40彼此螺栓联接的结构，从而省略了用于联接这两个部件的焊接工艺。当省略了焊接工艺时，可以使形成于电极组件10的卷绕中心C处的孔的直径最小化。对于第一电极端子40与第一集流体60之间的焊接，需要通过形成于电极组件10的卷绕中心C处的孔从电池壳体20的底部开放部***焊条或照射激光。为了防止在焊条***或者激光照射期间电极组件10损坏并实现顺畅焊接，形成于卷绕中心C处的孔的直径需要等于或大于预定水平。随着形成于卷绕中心C处的孔的直径减小，电极活性材料在电池壳体20中所占的面积增加，结果，能量密度可以增加。
参照图2至图6，绝缘体70位于联接在电极组件10上的第一集流体60和电池壳体20的内表面之间。绝缘体70防止第一集流体60和电池壳体20之间接触。绝缘体70还可以包括位于电极组件10的外周面和电池壳体20之间的居间部分。绝缘体70可以具有大致平板的形状。
当根据本公开实施方式的柱状电池1包括绝缘体70时，第一电极端子40的端子联接部分42通过绝缘体70与第一集流体60联接。
参照图2和图9，第二集流体80联接在电极组件10下方。第二集流体80由具有导电特性的金属制成并且连接到第二未涂覆区域12。另选地，第二集流体80电连接至电池壳体20。例如，第二集流体80可以介于并固定在电池壳体20的内表面和密封垫圈90之间。也就是说，第二集流体80可以在形成电池壳体20的卷边部分22时与盖30固定在一起。另选地，第二集流体80可以焊接到电池壳体20的内壁。同时，第二集流体80可以在与电池壳体20不直接接触的情况下与盖30联接。在这种情况下，盖30电连接至电池壳体20。
虽然图中未示出，但第二集流体80可以在其一个表面上包括多个凹凸图案。当形成凹凸图案时，可以通过按压第二集流体80将凹凸图案压配合到第二未涂覆区域12中。
以与以上参照图7描述的第一集流体60与第一未涂覆区域11之间的联接结构相同的方式，第二集流体80联接至第二未涂覆区域12的端部。例如，第二未涂覆区域12和第二集流体80之间的联接可以通过激光焊接来实现。激光焊接可以通过使第二集流体80的基材部分熔化来执行，并且可以用介于第二集流体80和第二未涂覆区域12之间的用于焊接的焊料来执行。在这种情况下，焊料优选地比第二集流体80和第二未涂覆区域12具有更低的熔点。
以与以上参照图7描述的第一集流体60和第一未涂覆区域11之间的联接结构相同的方式，第二集流体80可以联接在通过沿平行于第二集流体80的方向弯曲第二未涂覆区域12的端部而形成的联接表面上。例如，第二未涂覆区域12的弯曲方向可以是朝向电极组件10的卷绕中心C的方向。当第二未涂覆区域12具有如上所述的弯曲形状时，第二未涂覆区域12所占据的空间减小，从而提高了能量密度。
参照图9、图11及图12，第二集流体80与电极组件10的第二未涂覆区域12联接，并与电池壳体20电连接。第二集流体80可以包括第二未涂覆区域12及与电池壳体20联接的壳体联接部分。
例如，第二集流体80可以包括从中心径向延伸并且彼此间隔开的多个集流体腿8L(参照图11)。在这种情况下，多个集流体腿81中的每一个可以与第二未涂覆区域12和电池壳体20联接。
当第二集流体80包括如上所述的彼此间隔开的多个集流体脚81时，第二集流体80部分地覆盖电极组件10的下表面。因此，可以确保从电极组件10产生的气体移动到盖30的足够空间，并实现在柱状二次电池1下方的顺畅排气。
例如，第二集流体80可以包括：支撑部分81，其配置于电极组件10的下方；从支撑部分81大约沿着电极组件10的半径方向延伸而与第二未涂覆区域12联接的第二未涂覆区域联接部分82；及从支撑部分81大约沿着电极组件10的半径方向延伸而与壳体20的内表面联接的壳体联接部分83(参照图12)。第二未涂覆区域联接部分82和壳体联接部分83可以不彼此直接连接而通过支撑部分81间接连接。此时，可以使得在对本发明的柱状电池1施加了外部冲击时，在第二集流体80和电极组件10的联接部位及第二集流体80和电池壳体20的联接部位发生的损伤最小化。只是，本发明的第二集流体80并非仅仅限定于具有如此间接连接第二未涂覆区域联接部分82和壳体联接部分83的结构。例如，可以是不具有间接连接第二未涂覆区域联接部分82和壳体联接部分83的结构和/或第二未涂覆区域12和壳体联接部分83彼此直接连接的结构。
支撑部分81和第二未涂覆区域联接部分82配置于电极组件的下方。第二未涂覆区域联接部分82与电极组件的第二未涂覆区域12联接。不仅是第二未涂覆区域联接部分82，支撑部81也可以与电极组件的第二未涂覆区域12联接。第二未涂覆区域联接部分82和第二未涂覆区域12通过焊接来联接。支撑部81具有形成于与在电极组件10的卷绕中心部C形成的孔对应的位置的集流体孔80a。彼此连通的电极组件10的孔和集流体孔80a可用作用于端子40、第一集流体60的端子联接部分63之间的焊接的焊接棒的***或激光束的照射的通道。集流体孔80a与电极组件10的卷绕中心部C所形成的孔相比，直径实质上相同或大于它。在第二未涂覆区域联接部分82具有多个时，多个第二未涂覆区域联接部分具有从第二集流体80的支撑部81大约以放射状向壳体20的侧壁延伸的形状。多个第二未涂覆区域联接部分82分别沿着支撑部81的***彼此分开配置。另外，为了确保第二集流体80与电极组件10之间的联接面积增大所致的联接力及电阻降低，不仅是第二未涂覆区域联接部分82，支撑部81也可以与第二未涂覆区域12联接。
壳体联接部分83电连接至与盖30相对的压边部分21的一个面上。壳体联接部分83可以为多个。此时，多个壳体联接部分83具有从第二集流体80的中心部大约以放射状向壳体20的侧壁延伸的形状。由此，第二集流体80与电池壳体20之间的电连接可在多个点上实现。通过这样实现多个点处的电连接，使得联接面积最大化，使得电阻最小化。
如上所述，由于根据本公开的实施方式的柱状二次电池1包括在相同方向设置的一对电极端子30、20a，因此在电连接多个柱状二次电池1中，可以将诸如汇流条之类的电连接部件仅放置在柱状二次电池1的一侧。这可以简化电池组结构并提高能量密度。
另选地，由于柱状电池1具有使用电池壳体20的具有大致平坦形状的封闭部的外部面作为第二电极端子20a的结构，因此在将诸如汇流条之类的电连接部件接合至第二电极端子20a中可以确保足够的接合强度，并将电连接部件和第二电极端子20a的接合区域的电阻降低到期望的水平。
另选地，由于柱状电池1在第一电极端子40和第一集流体60之间具有螺栓联接，因此可以省略用于在第一电极端子40和第一集流体60之间进行联接的焊接。因此，柱状二次电池1不需要具有用于焊接的空间，从而使形成于电极组件10的卷绕中心C处的孔的直径最小化，从而提高了能量密度。
上述的本发明的柱状电池1具有利用第一电极端子40及第一集流体60的电阻降低、通过未涂覆区域11、12的弯曲形成的焊接面积扩大、利用第二集流体80的电流路径的多重化、电流路径长度的最小化等来实现了电阻最小化的结构。阳极与阴极之间、即电池端子40与其周边的大致扁平的面20a之间的通过电阻测量仪测量的柱状电池1的AC电阻为适合急速充电的大约0.5豪欧至4豪欧，优选地大约1豪欧至4豪欧。
优选地，柱状电池例如是形状系数(定义为对柱状电池的直径除以高度的值，即直径Φ相对于高度H之比)大约大于0.4的柱状电池。
在此，形状系数是指表示柱状电池的直径及高度的值。优选地，柱状电池的直径大约为40mm至50mm，高度大约为60mm至130mm。本发明的一个实施方式的柱状电池可以是例如46110电池,4875电池,48110电池,4880电池,4680电池。在表示形状系数的数值中，前两个数字表示电池的直径，剩余数字表示电池的高度。
形状系数的比超过0.4的柱状电池应用无盖结构的电极组件的情况下，弯曲未涂覆区域时施加到半径方向的应力大而容易导致未涂覆区域撕碎。另外，在未涂覆区域的弯曲表面区域焊接集流体时充分确保焊接强度并降低电阻，应在弯曲表面区域充分增加未涂覆区域的层叠数。这样的要求条件可通过本发明的实施方式(变形例)的电极和电极组件而实现。
本发明的一个实施方式的电池是大约圆柱形的电池，其直径大约为46mm,其高度大约为110mm,形状系数的比大约为0.418。
另一实施方式的电池是大约圆柱形的电池，其直径大约为48mm,其高度大约为75mm,形状系数的比大约为0.640。
另一实施方式的电池是大约圆柱形的电池，其直径大约为48mm,其高度大约为110mm,形状系数的比大约为0.418。
另一实施方式的电池是大约圆柱形的电池，其直径大约为48mm,其高度大约为80mm,形状系数的比大约为0.600。
另一实施方式的电池是大约圆柱形的电池，其直径大约为46mm,其高度大约为80mm,形状系数的比大约为0.575。
以往，利用了形状系数的比大约为O.4以下的电池。即，以往，例如利用了1865电池,2170电池。在1865电池的情况下，其直径大约为18mm,其高度大约为65mm,形状系数的比大约为0.277。在2170电池的情况下，其直径大约为21mm,其高度大约为70mm,形状系数的比大约为0.300。
另外，参照图13，多个柱状电池1利用母线150在柱状电池1的上部串联及并联连接。柱状电池1的数量可考虑到电池组的容量而增减。
在各柱状电池1中，电池端子40具有阳极性，电池壳体20的封闭部的外部面20a具有阴极性。当然，也可以相反。
优选地，多个柱状电池1以多个列和行的形式配置。列是以地面为基准的上下方向，行是以地面为基准的左右方向。另外，为了使空间有效性最大化，可以配置为最密封装结构(closest packing structure)。最密封装结构在将露出到电池壳体20的外部的电池端子60的中心彼此连接时，形成正三角形时形成。优选地，母线150配置于多个柱状电池1的上部，更优选地相邻的列之间。作为代替方案，母线150可以配置于相邻的行之间。
优选地，母线150将配置于同一列的电池1彼此并联连接，将配置于相邻的两列之间的柱状电池1彼此串联连接。
优选地，母线150为了串联及并联连接而包括主体部151、多个第一母线端子152及多个第二母线端子153。
上述主体部151在相邻的柱状电池1之间的电池端子40之间，优选地柱状电池1的列之间延伸。作为代替方案，上述主体部151沿着柱状电池1的列延伸，且如Z形那样规则地弯曲。
多个第一母线152从主体部151的一侧向各柱状电池1的电池端子40突出延伸，与第一电极端子60电结合。第一母线端子152与第一电极端子60之间的电结合可通过激光焊接、超声波焊接等实现。另外，多个第二母线153从主体部151的另一侧与各柱状电池1的电池壳体20的封闭部的外部面20a电结合。上述第二母线端子153与外部面20a之间的电结合可通过激光焊接、超声波焊接等实现。
优选地，上述主体部151、多个第一母线端子152及多个第二母线端子153由一个导电性金属板构成。金属板例如为铝板或铜板，但本发明不限于此。在变形例中，上述主体部151、多个第一母线端子152及多个第二母线端子153以单独的条(piece)单位制作后通过彼此焊接等来联接。
本发明的柱状电池1中，具有阳极性的第一电极端子40和具有阴极性的壳体20的封闭部的外部面20a位于同一方向，因此利用母线150容易实现连接柱状电池1的电连接。
另外，柱状电池1的第一电极端子40和电池壳体20的封闭部的外部面20a的面积大，因此可充分确保母线150的联接面积来充分降低包括柱状电池1的电池组的电阻。
参照图14，根据本公开的实施方式的电池组3包括二次电池组件，该二次电池组件包括如上所述根据本公开的实施方式电连接的多个柱状二次电池1和用于容纳二次电池组件的电池组壳体2。关于通过母线实现的多个电池1的电连接结构，已经在之前参照图13来例示说明过，此外，冷却单元、电力端子等部件为便利而省略了图示。
参照图15，根据本公开的实施方式的车辆5可以是例如电动车辆，并且包括根据本公开实施方式的电池组3。车辆5通过从根据本公开的实施方式的电池组3供应的电力而工作。
尽管以上已经针对有限数量的实施方式和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在本公开的技术方面和所附权利要求及其等同范围内对其进行各种修改和变型。
[附图标记列表]
5：车辆
3：电池组
2：电池组壳体
1：电池
10：电极组件
C：卷绕中心
11：第一未涂覆区域
12：第二未涂覆区域
20：电池壳体
20a：第二电极端子(电极壳体的封闭部的外部面)
21：压边部分
22：卷边部分
30：盖
31：排气部分
40：第一电极端子
41：端子暴露部分
42：端子联接部分
G：端子槽
43：凸缘部
50：绝缘垫圈
51：垫圈暴露部分
53：垫圈***部分
60：第一集流体
62：集流体联接部分
70：绝缘体
80：第二集流体
81：集流体腿
90：密封垫圈

Claims (32)

1.一种电池，该电池包括：
电极组件，其通过第一电极、第二电极及介于它们之间的隔膜以卷绕轴为中心卷绕来定义芯部和外周面，上述第一电极和第二电极分别沿着卷绕方向包括未涂覆活性物质层的第一未涂覆区域和第二未涂覆区域；
电池壳体，其容纳电极组件并电连接至所述第二未涂覆区域；
盖，其覆盖形成在所述电池壳体的底部上的开放部；
第一电极端子，其穿过位于所述开放部的相反侧的所述电池壳体的封闭部，并与所述电池壳体电绝缘；以及
第一集流体，其与所述第一未涂覆区域联接并连接至所述第一电极端子。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第一电极端子和所述第一集流体通过螺栓联接而进行联接。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第一电极端子包括：
端子暴露部分，该端子暴露部分暴露于所述电池壳体的外部；以及
端子联接部分，该端子联接部分通过所述电池壳体的所述封闭部联接至所述第一集流体。
4.根据权利要求3所述的电池，其中，所述第一集流体包括与所述端子联接部分螺栓联接的集流体联接部分。
5.根据权利要求4所述的电池，其中，所述集流体联接部分包括在其中心部上下贯通的孔或从其上表面以规定深度形成的槽。
6.根据权利要求5所述的电池，其中，在所述集流体联接部分形成的孔的内径与在所述电极组件的卷绕中心形成的孔的内径相比，相同或更小。
7.根据权利要求4所述的电池，其中，所述端子联接部分***到所述集流体联接部分中，并且彼此螺栓联接。
8.根据权利要求4所述的电池，其中，所述集流体联接部分***所述端子联接部分中并且彼此螺栓联接。
9.根据权利要求4所述的电池，其中，所述集流体联接部分配置于所述第一集流体的中心部。
10.根据权利要求4所述的电池，其中，所述集流体联接部分配置于与在所述电极组件的卷绕中心形成的孔对应的位置。
11.根据权利要求3所述的电池，其中，所述第一电极端子还包括凸缘部，所述凸缘部通过所述电池壳体的所述封闭部铆钉联接在所述电池壳体的内表面上。
12.根据权利要求1所述的电池，该电池还包括：
绝缘垫圈，该绝缘垫圈介于所述电池壳体和所述第一电极端子之间。
13.根据权利要求12所述的电池，其中，所述第一电极端子包括：
端子暴露部分，该端子暴露部分暴露于所述电池壳体的外部；以及
端子联接部分，该端子联接部分通过所述电池壳体的所述封闭部联接至所述第一集流体。
14.根据权利要求13所述的电池，其中，所述绝缘垫圈覆盖所述端子暴露部分的外周面。
15.根据权利要求12所述的电池，其中，所述绝缘垫圈通过热熔融与所述电池壳体和所述第一电极端子联接。
16.根据权利要求12所述的电池，其中，所述第一电极端子通过嵌件模塑与所述绝缘垫圈联接。
17.根据权利要求11所述的电池，其中，所述电池还包括：绝缘垫圈，其介于所述电池壳体和所述第一电极端子之间，
所述绝缘垫圈随着所述凸缘部的弯曲一起弯曲而介于所述电池壳体的封闭部的内表面与所述凸缘部之间。
18.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电池壳体的所述封闭部的外部面对应于极性与所述第一电极端子相反的第二电极端子。
19.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第一未涂覆区域的至少一部分包括沿着所述电极组件的卷绕方向分割的多个分切片，
所述多个分切片沿着所述电极组件的半径方向捆箍。
20.根据权利要求19所述的电池，其中，捆箍后的所述多个分切片沿着所述半径方向重叠为多层。
21.根据权利要求20所述的电池，其中，所述电极组件具有焊接目标区域，该焊接目标区域是所述第一未涂覆区域的所述分切片的重叠数沿着所述电极组件的半径方向维持恒定的区域，
所述第一集流体的下表面在所述焊接目标区域通过焊接与所述第一未涂覆区域联接。
22.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电池还包括与所述第二未涂覆区域联接并与所述电池壳体电连接的第二集流体。
23.根据权利要求22所述的电池，其中，所述第二集流体包括：未涂覆区域联接部分，其与所述第二未涂覆区域联接；以及壳体联接部分，其联接至所述电池壳体的内表面上。
24.根据权利要求22所述的电池，其中，所述第二集流体在与在所述电极组件的卷绕中心形成的孔对应的位置配置集流体孔。
25.根据权利要求23所述的电池，其中，所述电池壳体包括：压边部分，其由所述电池壳体的侧壁的一部分向内侧压入而成；以及卷边部分，其在所述压边部分的下方由定义所述开放部的末端以围绕所述盖的边缘的方式延伸并弯曲而成，
所述壳体联接部分电连接至与所述盖相对的所述压边部分的一个面上。
26.根据权利要求23所述的电池，其中，所述壳体联接部分设置有多个，从而使得所述电极组件与所述电池壳体之间的电连接多重化。
27.根据权利要求1所述的电池，其中，在正极与负极之间测量的电阻为4豪欧以下。
28.根据权利要求1所述的电池，其中，对所述电池的直径除以高度的形状系数之比大于0.4。
29.一种电池组，该电池组包括多个根据权利要求1至28中的任一项所述的电池。
30.根据权利要求29所述的电池组，其中，多个所述电池以规定数的列进行排列，各个所述电池的所述第一电极端子和所述电池壳体的封闭部的外部面以朝向上部的方式配置。
31.根据权利要求30所述的电池组，其中，所述电池组包括将多个所述电池串联及并联连接的多个母线，
所述多个母线配置于所述多个电池的上部，
各个所述母线包括：
在相邻的电池的第一电极端子之间延伸的主体部；向所述主体部的一侧方向延伸而与位于所述一侧方向的电池的第一电极端子电连接的多个第一母线端子；以及
向所述主体部的另一侧方向延伸而与位于所述另一侧方向的电池的电池壳体的封闭部的外部面电连接的多个第二母线端子。
32.一种车辆，该车辆包括根据权利要求29所述的电池组。
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