CN117397118A - 圆柱形电池单元、电池和用于形成圆柱形电池单元的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种圆柱形电池单元、电池和用于形成圆柱形电池单元的方法。在圆柱形电池单元中，铜板与单元外壳锻造在一起，以在单元外壳的底侧形成双金属板，并且铜板与果冻卷结构焊接。因此，从单元外壳外部通过使用激光来实现单元外壳与果冻卷结构的接合/焊接，同时不会导致单元外壳腐蚀的风险。

Description

圆柱形电池单元、电池和用于形成圆柱形电池单元的方法
技术领域
本发明的实施例总体上涉及电池领域，更具体地，涉及一种圆柱形电池单元、电池和用于形成圆柱形电池单元的方法。
背景技术
电池(例如，汽车电池)通常包括多个电池单元。作为一种电池单元，近来使用圆柱形电池单元。例如，圆柱形电池单元的形状因子可以从21700(直径为21毫米，高度为70毫米)到50120(直径为50毫米，高度为120毫米)，并且圆柱形电池单元可以至少包括单元外壳和果冻卷结构。
一般来说，在电池设计中，圆柱形电池单元需要具有特殊的电流路径，以确保足够的载流量。因此，阳极集流体与钢单元外壳的电阻点焊不适用于较大的电池尺寸(例如，4680或更大)。在一些方案中，建议通过由激光束或超声波产生的长焊缝来连接铜集流体和钢单元外壳。
本节介绍了可以有助于更好地理解本发明的方面。因此，本节的陈述应从这个角度来阅读，而不应被理解为认可现有技术中存在的内容或现有技术中不存在的内容。
发明内容
然而，发明人发现，在一些现有的方案中，将铜焊接到钢上存在一些困难、挑战和风险。例如，铜和钢的熔点相差很大(1085℃对1450℃)。几乎400℃的熔点差异使得激光束强度的适当调整相当具有挑战性。此外，只有在激光束击中铜表面的情况下，才能实现接合/焊接。这意味着不能从单元外壳外部进行单元外壳和铜集流体的连接。此外，铜和镀镍钢的焊接会影响镍涂层，这潜在地引入了单元外壳腐蚀的风险，存在因运输腐蚀产物导致电池内部短路的问题。
为了解决上述问题的至少一部分，本发明提供了方法和设备。本发明的实施例的特征和优点也将在结合附图阅读时从以下具体实施例的描述中理解，附图通过示例的方式示出了本发明各实施例的原理。
通常，本发明的实施例提供了一种圆柱形电池单元、电池和用于形成圆柱形电池单元的方法。期望从单元外壳外部通过使用激光将单元外壳与果冻卷结构连接/焊接，同时不会导致单元外壳腐蚀的风险。
在第一方面，提供了一种圆柱形电池单元。该圆柱形电池单元至少包括：单元外壳，单元外壳具有圆柱形侧部和底部；以及果冻卷结构，果冻卷结构设置在单元外壳内部；
其中，铜板与单元外壳内部的底部锻造在一起，以在单元外壳的底侧形成双金属板，并且铜板与果冻卷结构焊接。
在一些实施例中，铜板从单元外壳外部通过使用激光与果冻卷结构焊接。
在一些实施例中，铜板的厚度根据果冻卷结构的扁平极耳在果冻卷结构的底侧的厚度来确定。
在一些实施例中，在将果冻卷结构***到单元外壳中之后，通过使用激光将果冻卷结构的一个或多个扁平极耳与铜板焊接。
在一些实施例中，果冻卷结构的一个或多个扁平极耳在果冻卷结构的底侧与铜集流体预焊接，并且在果冻卷结构***到单元外壳中之后，通过使用激光将铜板与铜集流体焊接。
在一些实施例中，单元外壳由钢制成，并且双金属板通过使用锻造工艺形成在单元外壳的底侧上。
在第二方面，提供了一种用于形成圆柱形电池单元的方法。该方法包括：形成具有圆柱形侧部和底部的单元外壳；将铜板***单元外壳中；将铜板与单元外壳内部的底部锻造在一起，以在单元外壳的底侧形成双金属板；将果冻卷结构***单元外壳中；以及将铜板与果冻卷结构焊接在单元外壳的底侧。
在第三方面，提供了一种电池，该电池包括根据实施例的第一方面的多个圆柱形电池单元。
根据本发明的各种实施例，铜板与单元外壳锻造在一起，以在单元外壳的底侧形成双金属板，并且铜板与果冻卷结构焊接。因此，从单元外壳外部通过使用激光来实现单元外壳与果冻卷结构的接合/焊接，同时不会导致单元外壳腐蚀的风险。
附图说明
通过示例的方式，参考以下附图的详细描述，本发明的各种实施例的上述及其他方面、特征和益处将变得更加明显，在附图中，相似的附图标记或字母用于表示相似或等同的元件。所示附图是为了便于更好地理解本发明的实施例，而不一定按比例绘制，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的圆柱形电池单元的示意图；
图2示出了根据本发明的实施例的圆柱形电池单元的截面图的示意图；
图3示出了根据本发明的实施例的用于形成圆柱形电池单元的方法的示意图；
图4示出了根据本发明的实施例的具有铜板的单元外壳的示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的铜板锻造至单元外壳的示意图；
图6示出了根据本发明的实施例的铜板锻造至单元外壳的另一示意图；
图7示出了根据本发明的实施例的单元外壳和果冻卷结构的示意图；
图8示出了根据本发明的实施例的单元外壳和果冻卷结构的另一示意图；
图9示出了根据本发明的实施例的电池的示意图。
具体实施方式
现在将参考几个示例实施例来描述本发明。应当理解，讨论这些实施例仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解并因此实现本发明，而不是对本发明的范围提出任何限制。
应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”或“接触”到另一元件时，它可以直接连接、耦接或接触到其他元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”、“直接耦接”或“直接接触”到在另一元件上时，则不存在介于中间的元件。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式进行解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“相邻”与“直接相邻”等)。
如本文所使用的，术语“第一”和“第二”指不同的元件。除非上下文另有明确指示，否则单数形式“a”和“an”也旨在包括复数形式。本文使用的术语“包括(Comprises)”、“包括(Comprising)”、“具有(Has)”、“具有(Having)”、“包括(Includes)”和/或“包括(Including)”规定了所述特征、元件和/或组件等的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、组件和/或其组合。
术语“基于”应理解为“至少部分基于”。术语“覆盖”应理解为“至少部分覆盖”。术语“一个实施例”和“实施例”应理解为“至少一个实施例”。术语“另一实施例”应理解为“至少一个其他实施例”。其他明确和隐含的定义可以包括在下文中。
在本发明中，除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。将进一步理解的是，术语，例如在常用词典中定义的术语，应被解释为具有与其在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文明确定义，否则不会被解释为理想化或过于正式的意义。
实施例的第一方面
在实施例中提供了圆柱形电池单元。
图1示出了根据本发明的实施例的圆柱形电池单元100的示意图。图2示出了根据本发明的实施例的圆柱形电池单元100的截面图的示意图。
如图1和图2所示，圆柱形电池单元100至少包括：单元外壳101和果冻卷结构102。单元外壳101具有圆柱形侧部1011和底部1012。
果冻卷结构102布置在单元外壳101内部。例如，果冻卷结构102包括卷绕的阳极箔、卷绕的阴极箔以及位于卷绕的阳极箔和卷绕的阴极箔之间的卷绕的隔膜。至于果冻卷结构102的细节，请参考相关技术。
如图2所示，铜板201与单元外壳101内部的底部1012锻造在一起，以在单元外壳101的底侧形成双金属板，并且铜板201与果冻卷结构102焊接。
例如，双金属板由铜板201和单元外壳101的底部1012形成。双金属板是铜钢板，而铜板201布置在单元外壳101的内部。
应当理解，一些组件或元件在图1和图2中仅作为示例示出。然而，不限于此，例如，可以调整组件或元件的连接或位置，和/或可以省略一些组件或元件。例如，圆柱形电池单元100可以包括盖组件，并且不限于此。
在本发明中，双金属板形成在单元外壳101的底侧，并且铜板201从单元外壳101外部通过使用激光与果冻卷结构102焊接。因此，从单元外壳外部通过使用激光来实现单元外壳与果冻卷结构的接合/焊接，同时不会导致单元外壳腐蚀的风险。
在本发明中，使用激光将单元外壳101内部的铜板201与果冻卷结构102焊接，但不限于此。例如，在焊接过程中可以使用其他方式，例如，超声波。
在一些实施例中，从单元外壳101外部通过使用激光将铜板201与果冻卷结构101焊接。例如，如图2所示，一些点203用于展示激光焊接覆盖区。
在一些实施例中，铜板的厚度是根据果冻卷结构的扁平极耳在果冻卷结构的底侧的厚度来确定的。例如，铜板201的形状/厚度可以根据需要通过工具进行调整。
在一些实施例中，在果冻卷结构被***到单元外壳中之后，通过使用激光将果冻卷结构的一个或多个扁平极耳与铜板焊接。例如，未设置预焊接的铜集流体。
如图2所示，在果冻卷结构102中，在果冻卷结构102的底侧有一个或多个扁平极耳202。在果冻卷结构102被***到单元外壳101中之后，通过使用激光将果冻卷结构102的多个扁平极耳202与铜板201焊接。
因此，单元外壳内部的铜板(Cu)将随后被激光焊接到极耳(Cu)，使得焊接时没有熔点差异。此外，在该示例中有意不设置铜集流体。单元外壳内部的铜板将被直接激光焊接到果冻卷结构的扁平铜极耳上。因此，省略了将集流体(Cu)焊接到极耳的制造过程，这降低了制造成本。
在一些实施例中，铜板201的厚度(D1)等于单元外壳101的厚度(D2)，或者小于预定阈值(T1)。例如，D1＝D2，或D1<T1，但不限于此。
在一些实施例中，果冻卷结构的一个或多个扁平极耳与果冻卷结构的底侧上的铜集流体预焊接，并且在果冻卷结构***单元外壳中之后，通过使用激光将铜板与铜集流体焊接。
例如，果冻卷结构102的一个或多个扁平极耳202在果冻卷结构102的底侧上与铜集流体预焊接，并且在果冻卷结构102***单元外壳101中之后，通过使用激光将铜板201与铜集流体焊接。
因此，铜集流体预先焊接到扁平的铜极耳上。单元外壳内部的铜板(Cu)随后将被激光焊接到铜集流体(Cu)，使得焊接时没有熔点差异。
在一些实施例中，单元外壳由钢制成，并且双金属板通过锻造工艺形成在单元外壳的底侧上。然而，不限于此。
在本发明中，铜通过双金属锻造工艺配置在单元外壳内部。例如，在单元外壳的底侧锻造铜板。铜板的形状和厚度可以通过工具调整。铜板的不同形状和厚度可以根据需要设置，以增强热管理和冷却***在内的各种电池特性。
在果冻卷结构***单元外壳之后，电池底部(铜板)可以从单元外壳外部直接激光穿透焊接到果冻卷结构上。例如，果冻卷结构可以预焊接其自身的集流体(铜盘)。再如，可以将铜板直接激光焊接到扁平的极耳上。
在本发明中，可以实现通过从单元外壳外部进行激光焊接来将铜板连接到钢单元外壳，并且可以消除单元内腐蚀的风险。此外，本发明的技术方案可以最大化单元外壳的底侧的空间使用(更高的体积填充率、更高的每单元能量含量、更低的每单元机械成本)。
此外，该技术方案显著增强了电池底部的热传导路径。同时，实现了果冻卷结构(在垂直轴上)的高面内热传导，这使得能够在模块/电池组级别实现底部冷却。
例如，底部冷却的实现方式将模块/电池组级别的体积填充率增加了最小5％。底部冷却的实现方式解决了集成中的许多技术挑战，并降低了制造成本。
应当理解，以上示例或实施例是为了说明而非限制而讨论的。本领域技术人员将理解，在本发明的范围内可能存在许多其他实施例或示例。
从上述实施例可以看出，铜板与单元外壳锻造在一起，以在单元外壳的底侧形成双金属板，并且铜板与果冻卷结构焊接。因此，从单元外壳外部通过使用激光来实现单元外壳与果冻卷结构的接合/焊接，同时不会导致单元外壳腐蚀的风险。
实施例的第二方面
在实施例中提供了一种用于形成圆柱形电池单元的方法。在实施例的第一方面中示出了相应的设备，并且省略了与实施例的第一方面中的内容相同的内容。
图3示出了根据本发明的实施例的用于形成圆柱形电池单元的方法的示意图。如图3所示，一种用于形成圆柱形电池单元的方法300包括：
301，形成具有圆柱形侧部和底部的单元外壳；
302，将铜板***单元外壳中。
图4示出了根据本发明的实施例的具有铜板的单元外壳的示意图。如图4所示，将铜板201***单元外壳101中。
如图3所示，用于形成圆柱形电池单元的方法300包括：
303，将铜板与单元外壳内部的底部锻造在一起，以在单元外壳的底侧形成双金属板。
图5示出了根据本发明的实施例的将铜板锻造至单元外壳的示意图；图6示出了根据本发明的实施例的将铜板锻造至单元外壳的另一示意图。如图5所示，引入了锻造机501。如图6所示，执行锻造过程并形成双金属板。
如图3所示，用于形成圆柱形电池单元的方法300包括：
304，将果冻卷结构***单元外壳中。
图7示出了根据本发明的实施例的单元外壳和果冻卷结构的示意图。如图7所示，将果冻卷结构102***单元外壳101中。
图8示出了根据本发明的实施例的单元外壳和果冻卷结构的另一示意图。如图8所示，在果冻卷结构102被***单元外壳101中之后，施加力801，以确保单元外壳101的双金属板(底部1012和铜板201)和果冻卷结构102的极耳202之间的无间隙抵接。
如图3所示，用于形成圆柱形电池单元的方法300包括：
305，将铜板与果冻卷结构焊接在单元外壳的底侧。
如图2所示，单元外壳101内部的铜板201从单元外壳外部通过使用激光与果冻卷结构102焊接(图2中的一些点用于展示激光焊接覆盖区)。
应该理解的是，图3只是本发明的一个示例，但不限于此。例如，可以调整方框或步骤的操作顺序，和/或可以省略一些方框或步骤。此外，可以添加一些在图3中未示出的方框或步骤。
此外，一些组件或元件在图4至图8中仅作为示例示出。然而，不限于此，例如，可以调整组件或元件的连接或位置，和/或可以省略一些组件或元件。
在一些实施例中，铜板从单元外壳外部通过使用激光与果冻卷结构焊接。
在一些实施例中，铜板的厚度是根据果冻卷结构的扁平极耳在果冻卷结构的底侧的厚度来确定的。
在一些实施例中，在果冻卷结构被***到单元外壳中之后，通过使用激光将果冻卷结构的一个或多个扁平极耳与铜板焊接。
在一些实施例中，果冻卷结构的一个或多个扁平极耳与果冻卷结构的底侧上的铜集流体预焊接，并且在果冻卷结构***单元外壳中之后，通过使用激光将铜板与铜集流体焊接。
在一些实施例中，单元外壳由钢制成，并且双金属板通过使用锻造工艺形成在单元外壳的底侧上。
从上述实施例可以看出，铜板与单元外壳锻造在一起，以在单元外壳的底侧形成双金属板，并且铜板与果冻卷结构焊接。因此，从单元外壳外部通过使用激光来实现单元外壳与果冻卷结构的接合/焊接，同时不会导致单元外壳腐蚀的风险。
实施例的第三方面
在实施例中提供了一种电池。在实施例的第一和第二方面中示出了相应的设备和方法，并且省略了与实施例的第一和第二方面中的内容相同的内容。
在一些实施例中，电池包括多个圆柱形电池单元。根据实施例的第一方面示出了圆柱形电池单元。
图9示出了根据本发明的实施例的电池200的示意图。如图9所示，电池200可以包括多个圆柱形电池单元100。
应当理解，图9仅仅是本发明的示例，但是不限于此。例如，一些组件或元件在图9中仅作为示例示出。然而，不限于此，例如，可以调整组件或元件的连接或位置，和/或可以省略一些组件或元件。
此外，尽管可能由于例如可用时间、当前技术和经济考虑而付出了巨大的努力和做出了许多设计选择，但在本文发明的概念和原理的指导下，普通技术人员有望将能够借助最少的实验轻松生成此类软件指令和程序以及集成电路(Integrated Circuit,IC)。
通常，本发明的各种实施例可以在硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合中实现。一些方面可以在硬件中实现，而其他方面可以在固件或软件中实现，固件或软件可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行。
虽然本发明的实施例的各个方面以框图、流程图或使用一些其他图示来示出和描述，但是应当理解，作为非限制性示例，这里描述的附图、设备、***、技术或方法可以在硬件、软件、固件、专用电路或逻辑电路、通用硬件或控制器或其他计算设备、或其一些组合中实现。
此外，虽然以特定顺序描述操作，但这不应被理解为要求以所示的特定顺序或顺序执行此类操作，或者要求执行所有所示的操作，以获得期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可能是有优势的。
同样，尽管在上述讨论中包含了几个具体的实现细节，但这些细节不应被解释为对本发明的范围的限制，而应被理解为对可能专门针对特定实施例的特征的描述。在单个实施例的上下文中描述的某些特征也可以结合单个实施例实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。
尽管已经使用专门针对结构特征和/或方法行为的语言描述了本发明，但是应当理解，所附权利要求中定义的本发明不一定限于上述特定特征或行为。相反，上文描述的特定特征和行为被发明为实现权利要求的示例形式。

Claims (13)

1.一种圆柱形电池单元，其特征在于，至少包括：
单元外壳，所述单元外壳具有圆柱形侧部和底部；以及
果冻卷结构，所述果冻卷结构设置在单元外壳内部；
其中，铜板与所述单元外壳内部的底部锻造在一起，以在所述单元外壳的底侧形成双金属板，并且所述铜板与所述果冻卷结构焊接。
2.根据权利要求1所述的圆柱形电池单元，其特征在于，所述铜板从所述单元外壳外部通过使用激光与所述果冻卷结构焊接。
3.根据权利要求1所述的圆柱形电池单元，其特征在于，所述铜板的厚度根据所述果冻卷结构的扁平极耳在所述果冻卷结构的底侧的厚度来确定。
4.根据权利要求1所述的圆柱形电池单元，其特征在于，在将所述果冻卷结构***到所述单元外壳中之后，通过使用激光将所述果冻卷结构的一个或多个扁平极耳与所述铜板焊接。
5.根据权利要求1所述的圆柱形电池单元，其特征在于，所述果冻卷结构的一个或多个扁平极耳在所述果冻卷结构的底侧与铜集流体预焊接，并且在所述果冻卷结构***到所述单元外壳中之后，通过使用激光将所述铜板与所述铜集流体焊接。
6.根据权利要求1所述的圆柱形电池单元，其特征在于，所述单元外壳由钢制成，并且所述双金属板通过使用锻造工艺形成在所述单元外壳的底侧上。
7.一种用于形成圆柱形电池单元的方法，包括：
形成具有圆柱形侧部和底部的单元外壳；
将铜板***所述单元外壳中；
将所述铜板与所述单元外壳内部的底部锻造在一起，以在所述单元外壳的底侧形成双金属板；
将果冻卷结构***所述单元外壳中；以及
将所述铜板与所述果冻卷结构焊接在所述单元外壳的底侧。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从所述单元外壳外部，所述铜板通过使用激光与所述果冻卷结构焊接。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述铜板的厚度是根据所述果冻卷结构的扁平极耳在所述果冻卷结构的底侧的厚度来确定的。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在将所述果冻卷结构***到所述单元外壳中之后，通过使用激光将所述果冻卷结构的一个或多个扁平极耳与所述铜板焊接。
11.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述果冻卷结构的一个或多个扁平极耳在所述果冻卷结构的底侧与铜集流体预焊接，并且在所述果冻卷结构***到所述单元外壳中之后，通过使用激光将所述铜板与所述铜集流体焊接。
12.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述单元外壳由钢制成，并且所述双金属板通过使用锻造工艺形成在所述单元外壳的底侧上。
13.一种电池，其特征在于，包括根据权利要求1-6中任一项所述的多个圆柱形电池单元。
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