一种电芯、电池及用电设备

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体指一种电芯、电池及用电设备。

背景技术

传统能源枯竭与环境问题日益严重，锂电池凭借其具有能量密度高、寿命长、绿色环保等优势被广泛应用于新能源汽车、航天航空、通讯等领域。

电池一般包括电芯、金属壳体和顶盖等结构。其中，电芯顶部有用于将电流从电芯内部导出的极耳，在装配时，一种方式需要先将极耳和转接片焊接，再将转接片和顶盖上的极柱焊接，从而将电流导向电池外部；另一种方式需要先将极耳预焊成一个整体，再将极耳和极柱焊接，从而将电流导向电池外部。

然而，现有的极耳均由多层箔材制成且面积相对较小，为确保其导电性能，箔材通常选用铜箔、铝箔等，因此极耳整体较为脆弱，在焊接过程中容易出现开裂等损伤情况，为了避免此类问题，现阶段行业内通常只能通过减小焊接区积来尽量保护极耳，但是极耳的焊接区积与其过流能力成正比，即，焊接区积越大、过流能力越强，因此较小的焊接区积严重制约了极耳的过流能力，进而影响了电池本身性能。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中极耳易出现焊接损伤、焊接区域受限的问题，提供一种电芯、电池及用电设备。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电芯，其包括：电芯主体，所述电芯主体上设置有极耳层，所述极耳层包括多层极耳，沿所述极耳层的厚度方向，所述极耳层的表面设置有连接部；极耳套，所述极耳套套设于所述极耳层且与所述连接部焊连，所述极耳套内设有至少一个分隔部，所述分隔部将所述极耳套分隔出至少两个夹层，多层极耳分别被包裹在所述夹层内。本发明的电芯通过极耳套的设置扩大了极耳层的焊接区域，一方面，此种结构设计能够最大程度保护脆弱的极耳，使极耳在焊接过程中更不易开裂损伤，另一方面，其也能够成倍提高极耳的过流能力，进而拓宽电池本身性能及使用范围，此外，本申请中的极耳套还兼具结构简单、安装方便、成本低廉、占用空间小等显著优势，由此，本申请中的电芯在本行业内是一种具有广阔使用前景的新型电芯结构。

在本发明的一个实施例中，所述极耳套包括套体、设置于所述套体上的至少一个开口以及用以容置所述极耳层的容置腔，所述分隔部设置在所述容置腔内，且与所述套体相连。本申请中的容置腔被分隔部划分为多个容纳极耳的空间，一个极耳层中的多个极耳可以均匀分布于上述空间内，由此，极耳套能够完全包裹住其内部的极耳，同时实现对多层极耳的同步限位以及实现防止极耳倒插的目的，此外，若设置两个及以上的开口则能够实现不限制极耳套安装方向的目的，从而提高极耳套的适用范围及使用灵活程度。

在本发明的一个实施例中，所述分隔部的熔点低于所述极耳层及所述套体的熔点，或所述分隔部上设置有易熔层，且所述易熔层的熔点低于所述极耳层及所述套体的熔点。基于上述结构设置，当极耳套与极耳层进行连接时可以采用较低的焊接功率或焊接温度，以此简化连接操作过程和节约成本，具体为：其可以通过低焊接功率或焊接温度，将具有导电能力的分隔部熔融，从而使分隔部流动至各个极耳以及极耳层与极耳套之间，待其冷却定型后即可实现极耳层与极耳套之间的导电连接，或将分隔部上的易熔层融化，从而使易熔层流动至各个极耳以及极耳层与极耳套之间，待其冷却定型后即可实现极耳层与极耳套之间的导电连接。此时，分隔部和易熔层相当于扮演了焊材的角色。

在本发明的一个实施例中，所述极耳套焊接于所述连接部并形成焊接部，沿所述连接部的厚度方向上，所述焊接部从所述极耳套的一侧穿过极耳层并至少延伸到所述极耳套的另一侧。此种结构设置一方面能够避免直接对极耳进行焊接加工，而是通过极耳套进行焊接能量的传递，由此避免了由于极耳较为脆弱而在焊接过程中出现开裂等损伤情况，另一方面，此种结构设置能够最大程度扩大极耳的焊接区域面积，由此提高极耳的过流能力，间接实现提高电池本身性能的目的。

在本发明的一个实施例中，所述分隔部表面设有凸体。凸体的设置能够使极耳与分隔部之间的连接关系更为紧密，同时能够对相邻两个分隔部之间的极耳进行限位，使全部极耳均能够沿第三方向Z延伸排列，由此不仅能够进一步达到防止极耳倒插的目的，而且还能够平均各个极耳的过流能力，延长极耳及电池的使用寿命。

在本发明的一个实施例中，所述极耳套的长度大于所述极耳层长度1mm-2mm，所述极耳套的宽度大于所述极耳层宽度1mm-2mm，所述极耳套的高度大于所述极耳层高度1mm-2mm。由此，极耳套能够将接入层完全包覆于其内部，且不会出现因为极耳套的内部容纳空间过大而使极耳层与极耳套之间难以实现良好电导通的问题。

在本发明的一个实施例中，所述连接部的面积为S1,所述极耳层沿其厚度方向的一个表面的面积为S2，S1＝(50％-95％)S2。由此，其相比于常规直接焊接极耳的方式来说，本申请能够明显提高其焊接面积，由于极耳的焊接区域与电池的导电能力成正比，因此本申请中的极耳套解放了由于焊接区域对电池过流能力的限制，从而使相应电池产品具有更广的使用范围。

在本发明的一个实施例中，所述极耳套的材质为金属且与所述极耳层的材质相同，以在确保极耳套与极耳层之间顺利导流。

在本发明的一个实施例中，所述极耳套表面设置有石墨烯层。以使得到的分隔部能够具有更高的导电能力以及耐磨性。最重要的时，本申请中基于石墨烯能够对热量进行均匀分散导出的这一特性，在电池的使用过程中，此种极耳套还能够增加极耳的散热效果。

在本发明的一个实施例中，所述极耳套表面设置有导电层。由此能够在保持极耳过流能力的同时降低生产成本或进一步提高分隔部与极耳之间的导电能力。

本发明还提供了一种电池，其包括上述电芯、极柱、壳体以及顶盖，所述电芯设置于所述壳体内部，所述顶盖密封扣合于所述壳体，所述极柱安装于所述顶盖上且与所述电芯的极耳套电连接。

本发明还提供了一种用电设备，其包括上述电池。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的电芯、电池及用电设备，通过极耳套的设置扩大了极耳层的焊接区域，一方面，此种结构设计能够最大程度保护脆弱的极耳，使极耳在焊接过程中更不易开裂损伤，另一方面，其也能够成倍提高极耳的过流能力，进而拓宽电池本身性能及使用范围，此外，极耳套还兼具结构简单、安装方便、成本低廉、占用空间小等显著优势，由此，本申请中的电芯、电池及用电设备在本行业内是一种具有广阔使用前景的新型结构。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明优选实施例中电芯的立体结构示意图；

图2是图1中电芯侧视图；

图3是图1中极耳套的仰视示意图；

图4是本发明中各实施例一、实施例二以及实施例三与常规电池焊印处的温度对比图。

说明书附图标记说明：100、电芯主体；110、极耳层；111、连接部；200、极耳套；210、夹层；220、套体；211、分隔部；X、第一方向；Y、第二方向；Z、第三方向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

参见图1至图3所示，本实施例提供一种电芯，其包括：电芯主体100，电芯主体100上设置有极耳层110，极耳层110包括多层极耳，沿极耳层110的厚度方向，极耳层110的表面设置有连接部111；极耳套200，极耳套200套设于极耳层110且与连接部111焊连，极耳套200内设有至少一个分隔部211，分隔部211将极耳套200分隔出至少两个夹层210，多层极耳分别被包裹在夹层210内。

本发明的电芯通过极耳套200的设置扩大了极耳层110的焊接区域，一方面，此种结构设计能够最大程度保护脆弱的极耳，使极耳在焊接过程中更不易开裂损伤，另一方面，其也能够成倍提高极耳的过流能力，进而拓宽电池本身性能及使用范围，此外，本申请中的极耳套200还兼具结构简单、安装方便、成本低廉、占用空间小等显著优势，由此，本申请中的电芯在本行业内是一种具有广阔使用前景的新型电芯结构。

为便于描述，本实施例中将电芯主体100的长度方向定义为第一方向X，将电芯主体100的宽度方向定义为第二方向Y，将电芯主体100的高度方向定义为第三方向Z，其中，第一方向X与第二方向Y位于同一平面内且第一方向X、第二方向Y以及第三方向Z之间两两相互垂直。本实施例中，电芯主体100优选为方形电芯，其上间隔设有两组极性相反的极耳层110，两组极耳层110沿第一方向X间隔设置，任意一组极耳层110中均包括多个沿第二方向Y贴合排列的极耳，本实施例中，对应两组极耳层110相应设有两个极耳套200，两个极耳套200分别套设于两个极耳层110上，任意极耳套200均包括套体220、设置于套体220上的至少一个开口以及用以容置极耳层110的容置腔，分隔部211设置在容置腔内，且与套体220相连。进一步地，套体220的长度大于极耳层110的长度1mm，极耳套200的宽度大于极耳层110的宽度1mm，极耳套200的高度大于极耳层110的高度1mm，由此，极耳套200能够将极耳层110完全包覆于其内部，且不会出现因为极耳套200的容置腔过大而使极耳层110与极耳套200之间难以实现良好电导通的问题。在其他实施例中，电芯主体100也可以设置为圆柱电芯等其它形状或结构的电芯，本发明对于极耳层110的具体数量以及一个极耳层110中极片的数量均不做限制。两组极耳层110可以位于电芯主体100的同侧，或者，两组极耳层110可以分别位于电芯主体100的不同侧，本发明对两组极耳层110在电芯主体100上的具体设置位置均不做限制。此外，在其他实施例中，为实现极耳套200与极耳层110之间的结构配合及电导通，极耳套200的长度可以大于极耳层110长度1-2mm，极耳套200的宽度可以大于极耳层110宽度1-2mm，极耳套200的高度可以大于极耳层110高度1-2mm。

参见图1至图3所示，极耳套200包括套体220、设置于套体220上的至少一个开口以及用以容置极耳层110的容置腔，分隔部211设置在容置腔内，且与套体220相连。本实施例中，套体220优选为与极耳层110相匹配的矩形外壳，其包括四个侧壁以及设置于侧壁一端的顶面，侧壁另一端为可供极耳层110进出的开口，上述四个侧壁以及顶面供同围设出用以容纳极耳层110的容置腔，以图3所示的极耳套200为参照物，本实施例中，在容置腔内部，沿第二方向Y间隔排列有八个分隔部211，任意分隔部211均设置为与极耳层110同向延伸且表面光滑的片材，且任意分隔部211均能够同时连接于套体220五个面的内壁上，进一步地，本实施例中的八个分隔部211将容置腔分割为十个具有相同容积的空间，一个极耳层110中的多个极耳可以均匀分布于上述十个空间内，由此，极耳套200能够完全包裹住其内部的极耳，同时实现对多层极耳的同步限位以及避免极耳松散从而实现防止极耳倒插的目的。具体地，本实施例中的分隔部211与套体220内壁固定连接，实为一体设置，在其它实施例中，为便于更换拆卸也可以将分隔部211与套体220设置为能够拆卸地连接关系，相应地，在其他实施例中也可以依据实际极耳层110的数量设置其它数量的分隔部211，以确保达到最佳使用效果。

本实施例中，为确保极耳套200与极耳层110之间顺利导流，本实施例中极耳套200的材质为金属且与极耳层110的材质相同，具体地，二者基材均为箔。极耳套200焊接于连接部111并形成焊接部，在连接部111的厚度方向上，焊接部从极耳套200的一侧穿过极耳层110并至少延伸到极耳套200的另一侧。具体地，连接部111位于沿第二方向Y设置于套体220相对两侧的外表面上，本申请能够通过在套体220外部的焊接加工将极耳套200和容置腔内部的全部极耳连接在一起，此种结构设置一方面能够避免直接对极耳进行焊接加工，而是通过极耳套200进行焊接能量的传递，由此避免了由于极耳较为脆弱而在焊接过程中出现开裂等损伤情况，另一方面，此种结构设置能够最大程度扩大极耳的焊接区域面积，由此提高极耳的过流能力，间接实现提高电池本身性能的目的。进一步地，本实施例中采用超声焊接，具体焊接功率为1700W，焊接时间为5秒，极耳的焊接部面积为120mm

具体地，连接部111的面积为S1,极耳层110沿其厚度方向的一个表面的面积为S2，S1＝95％×S2，由此，其相比于常规直接焊接极耳的方式来说，本申请能够明显提高其焊接面积，由于极耳的焊接区域与电池的导电能力成正比，因此本申请中的极耳套200解放了由于焊接区域对电池过流能力的限制，从而使相应电池产品具有更广的使用范围。在其他实施例中，由于套体220稍大于极耳层110，因此具体连接部111的面积为S1可以设置为50％-95％的S2，相应地，连接部111的面积越大、极耳及电池的过流能力越强。

综上，本实施例中的电芯通过极耳套200的设置扩大了极耳层110的焊接区域，一方面，此种结构设计能够最大程度保护脆弱的极耳，使极耳在焊接过程中更不易开裂损伤，另一方面，其也能够成倍提高极耳的过流能力，进而拓宽电池本身性能及使用范围，此外，极耳套200还兼具结构简单、安装方便、成本低廉、占用空间小等显著优势，由此，本申请中的电芯、电池及用电设备在本行业内是一种具有广阔使用前景的新型结构。

实施例二

参见图1至图3所示，本实施例提供另一种电芯，其电芯主体100、极耳层110的结构设置、套体220的结构设置以及焊接部面积均与实施例一中相同，此处不做过多赘述，与实施例一不同的是，本实施例中的套体220内部进设有一个分隔部211，由此形成两个夹层210，每层夹层210中都容置有多层箔材。此种结构能够最大程度简化加工过程及成本。

实施例三

参见图1至图3所示，本实施例提供另一种电芯，其电芯主体100、极耳层110的结构设置、以及焊接部面积均以及极耳套200结构设置均与实施例一中相同，此处不做过多赘述，本实施例中，所述极耳套200表面设置有石墨烯层，该石墨烯层可以通过电镀的方式形成于极耳套200表面。本申请中基于石墨烯能够对热量进行均匀分散导出的这一特性，在电池的使用过程中，此种极耳套200还能够增加极耳的散热效果，具体地，在电池实际作业过程中，极耳作为电流的引出点，其发热较为严重，铜的导热系数为401W/(m·K)，而石墨烯导热系数为5300W/(m·K)，其远远大于铜或类似金属的导热系数，因此可以实现改善极耳散热效果的目的。此外，在其他实施例中，极耳套200的内外两面均可以进行电镀加工，加工区域可以是部分表面或全部表面，并且其可以电镀同种金属，也可以电镀不同种金属，具体电镀种类极电镀方式需要依据实际使用需求以及制备成本等方面进行具体参考，本发明不做具体限制。

实施例四

参见图1至图3所示，本实施例提供另一种电芯，其电芯主体100、极耳层110的结构设置以及极耳套200的材质均与实施例一中相同，本实施例中，极耳套200的套体220设置为具有沿第三方向Z设置于侧壁两端的两个开口，此种结构设计基于其在第三方向Z上的对称结构能够实现不限制极耳套200安装方向的目的，从而提高极耳套200的适用范围及使用灵活程度。除此之外，本实施例中，分隔部211表面设有凸体，具体地，任意分隔部211朝向其相邻极耳的侧面上均匀分布有多个朝向相应极耳凸出的多个凸体，凸体的设置能够使极耳与分隔部211之间的连接关系更为紧密，同时能够对相邻两个分隔部211之间的极耳进行限位，使全部极耳均能够沿第三方向Z延伸排列，由此不仅能够进一步达到防止极耳倒插的目的，而且还能够平均各个极耳的过流能力，延长极耳及电池的使用寿命，具体地，本发明对于任意分隔部211表面设置的凸体数量不做限定。

实施例五

参见图1至图3所示，本实施例提供另一种电芯，其电芯主体100、极耳层110的结构设置以及极耳套200的主体结构设置均与实施例一中相同，此处不做过多赘述，本实施例中，为了在保持极耳过流能力的同时降低生产成本或进一步提高分隔部211与极耳之间的导电能力，本申请使极耳套200表面包覆导电层，具体地，导电层的包覆面积不小于连接部111的面积。本实施例中，极耳套200的基材可以设置为与极耳材质不同的其他金属材料或其他可透射焊接能量的工程塑料、橡胶、陶瓷等材料，其表面包覆的导电层可以是比极耳导电性强的银、铜、金等金属材料或导电高聚物等非金属材料，二者之间可以通过挤压涂覆、接枝、聚合等物理或化学等方式进行连接，本申请不做具体限制。

实施例六

参见图1至图3所示，本实施例提供另一种电芯，其电芯主体100、极耳层110的结构设置以及极耳套200的主体结构设置均与实施例一中相同，此处不做过多赘述，本实施例中，分隔部211的熔点低于极耳层110及套体220的熔点，或分隔部211上设置有易熔层，且易熔层的熔点低于极耳层110及套体220的熔点。基于上述结构设置，当极耳套200与极耳层110进行连接时可以采用较低的焊接功率或焊接温度，以此简化连接操作过程和节约成本，具体为：其可以通过低焊接功率或焊接温度，从极耳套200的外部进行焊接，将具有导电能力的分隔部211熔融，从而使分隔部211流动至各个极耳以及极耳层110与极耳套200之间，待其冷却定型后即可实现极耳层110与极耳套200之间的导电连接，或将分隔部211上的易熔层融化，从而使易熔层流动至各个极耳以及极耳层110与极耳套220之间，待其冷却定型后即可实现极耳层110与极耳套200之间的导电连接。此时，分隔部211和易熔层相当于扮演了焊材的角色。

对比例

本实施例对实施例1-3中极耳焊接完成的电芯以及常规加工时直接焊接极耳的电芯进行检测，具体极耳开裂情况如表1所示。

表1.实施例1-3中极耳焊接完成的电芯以及常规加工时直接焊接极耳的电芯极耳开裂情况

由表1可以看出，在焊接面积、焊接功率以及焊接时间均相同的情况下，实施例1～3中的极耳均没有出现开裂现象，而直接焊接极耳的电芯则出现开裂现象，由此可以证明本申请中的方案在实际使用过程中能够实现保护极耳的目的。

本实施例还将上述四个电芯装入电池壳体，并注入电解液后组成成电池，测试实施例1-3和对比例所得电池的过流能力，测试条件为：将电池以4C电流恒流充电10min，通过在电池内部引入感温线检测极耳焊印位置的温度，检测结果参见图4所示，由图4可以看出，直接焊接极耳的电池，其反映出的温度明显高于本申请中实施例1-3方案中极耳焊印处的温度，由此从另一个角度证明了本申请中的极耳套对极耳具有显著的保护作用。进一步地，对比例中极耳发热最多的原因主要在于：对比例的极耳存在撕裂情况，这会导致极耳的电阻增加，从而增加发热量。另外，加之对比例的极耳没有散热结构，因此温度明显较高。相应地，由于实施例1-3本身不存在极耳撕裂情况，因此电阻不会增加，另外，实施例一中将极耳层的多层箔材进行分层，增大了极耳和极耳套的接触面积，从而散热效果更好，同时实施例三中的极耳套对极耳存在散热作用，因此温度相较于对比例来说明显较低。

实施例七

本实施例提供一种电池，其包括实施例一中的电芯、极柱、壳体以及顶盖，电芯设置于壳体内部，顶盖密封扣合于壳体，极柱安装于顶盖上且与电芯的极耳套可导电地连接。

实施例八

本实施例提供一种用电设备，其包括实施例七的电池，具体地，用电设备可以是汽车、便携式设备、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等等。汽车可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等等。本发明的实施例对上述用电设备不做特殊限制。

综上，发明的电芯、电池及用电设备，通过极耳套200的设置扩大了极耳层110的焊接区域，一方面，此种结构设计能够最大程度保护脆弱的极耳，使极耳在焊接过程中更不易开裂损伤，另一方面，其也能够成倍提高极耳的过流能力，进而拓宽电池本身性能及使用范围，此外，极耳套200还兼具结构简单、安装方便、成本低廉、占用空间小等显著优势，由此，本申请中的电芯、电池及用电设备在本行业内是一种具有广阔使用前景的新型结构。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。