阅读说明：本技术 一种锂电池顶盖组件、锂电池及其制备方法 (Lithium battery top cover assembly, lithium battery and preparation method of lithium battery ) 是由 王盈来 徐留扣 张建省 于 2020-10-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电池顶盖组件、电池及其制备方法,涉及储能电池技术领域,锂电池顶盖组件包括第一极柱、第二复合极柱组件、第二极柱孔、安全阀和顶盖光板,所述第一极柱、安全阀和第二极柱孔设置在顶盖光板上,由所述顶盖光板冲压一体成型,所述第二复合极柱组件包括注塑成型的第二复合极柱和第二复合极柱承载框,所述第二复合极柱通过第二复合极柱承载框固定于所述第二极柱孔内。本发明锂电池包括第一电池卷芯和第二电池卷芯和铝壳壳体,第一电池卷芯的极耳与第一极柱连接片超声电连接,第二电池卷芯的极耳与第二极柱连接片超声电连接。还提供一种锂电池顶盖组件的制备方法。一体冲压成型方式减少繁琐的装配工艺,提高安全阀安全性能。(The invention discloses a battery top cover assembly, a battery and a preparation method of the battery, and relates to the technical field of energy storage batteries. The lithium battery comprises a first battery winding core, a second battery winding core and an aluminum shell, wherein a lug of the first battery winding core is ultrasonically and electrically connected with a first pole connecting sheet, and a lug of the second battery winding core is ultrasonically and electrically connected with a second pole connecting sheet. A preparation method of the lithium battery top cover assembly is also provided. The integrated punch forming mode reduces the complex assembly process and improves the safety performance of the safety valve.)

一种锂电池顶盖组件、锂电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及储能电池技术领域，具体涉及一种锂电池顶盖组件、锂电池及其制备方法。

背景技术

随着5G、储能、电动汽车、物联网等迅猛发展，锂离子电池在这些领域的应用愈来愈广。锂离子电池的安全可靠性、高比能量、寿命及成本综合因素也迫使人们做出更趋理性的选择。

动力电池顶盖结构有注塑结构、焊接加注塑结构等，这些顶盖结构的极柱结构复杂，加工工艺复杂，造成动力电池顶盖的成本比较高。经过专利检索，专利文献CN211376681U和专利文献CN110233215A中的电池顶盖结构均为一端极柱有通孔且极柱通过通孔装配形成，该结构需将电池顶盖打通，安全阀片先装配再焊接，增加了繁琐的装配工艺，且消耗的材料成本增加。

因此，锂离子电池顶盖零部件过多，装配生产及工艺复杂，导致电池盖板一致性较差。

发明内容

1、发明要解决的技术问题

针对锂电池顶盖组件装配工艺复杂的技术问题，本发明提供一种锂电池顶盖组件及锂电池，锂电池顶盖组件采用一体冲压成型方法减少了繁琐的装配工艺，提供的锂电池顶盖组件制备方法，提高了一体冲压成型的安全阀的安全性能。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种锂电池顶盖组件，包括第一极柱、第二复合极柱组件、第二极柱孔、安全阀和顶盖光板，所述第一极柱、安全阀和第二极柱孔设置在顶盖光板上，由所述顶盖光板冲压一体成型，所述第二复合极柱组件包括注塑成型的第二复合极柱和第二复合极柱承载框，所述第二复合极柱通过第二复合极柱承载框固定于所述第二极柱孔内。顶盖光板上的第一极柱、安全阀和第二极柱孔均由冲压设备一次冲压成型，安全阀的刻痕由冲压件直接冲压而成，第二复合极柱承载框的边框承载第二复合极柱，并将第二复合极柱固定到第二极柱孔内，防止第二复合极柱因受扭力转动而止转。第二复合极柱通过直接注塑成型无需密封圈结构件。

可选地，所述顶盖光板上设置有冲压一体成型的注液孔，所述注液孔位于第二极柱孔的一侧。注液孔与第一极柱、安全阀和第二极柱孔均由冲压设备一次冲压成型，通过注液孔，可以向电池内注入电解液。

可选地，还包括下注塑支架，所述下注塑支架上设置有与所述第二极柱孔配合的极柱孔一，以及与所述注液孔配合的下注塑通孔。下注塑支架设置在顶盖光板的下方，下注塑支架用于支撑固定顶盖光板，注液孔和下注塑通孔共同组成了向动力电池内注入电解液的通道，极柱孔一和第二极柱孔共同组成了固定第二复合极柱的通道。

可选地，所述第一极柱和所述下注塑支架之间设置有塑料件，用于填充第一极柱内部空间。塑料件为树脂PPS、PBT、PC、PPA、PA中的一种或复合而成。第一极柱下方的空腔内用于填充塑料件。塑料件起到密封、绝缘、连接和止转等作用，也起到连接顶盖光板与第一极柱的作用。

可选地，还包括极柱连接组件，用于连接电池的电芯极耳，所述极柱连接组件包括第一极柱连接片和第二复合极柱连接片，所述第一极柱连接片表面与所述第一极柱对应的下注塑支架底面固定连接，所述第二极柱连接片表面与所述第二复合极柱组件对应的下注塑支架底面固定连接。第一极柱连接片表面与第一极柱对应的下注塑支架底面通过激光焊接实现固定连接，第二极柱连接片表面与第二复合极柱组件对应的下注塑支架底面通过激光焊接固定连接，由此实现极柱连接组件与电池的电芯正负极极耳之间的电连接。

可选地，所述第一极柱连接片下方设置有环氧树脂板。第一极柱内部空腔通过填充塑料件，将环氧树脂板通过物理铆接与塑料件进行固定，固定绝缘环氧树脂板可以起到保护第一极柱的作用。

可选地，所述第二复合极柱的侧壁面材质为铜，所述第二复合极柱的顶端面材质为铝。第二复合极柱的侧壁面材质为铜，顶端面材质为铝，通过热复合实现侧壁面和顶端面的连接。热复合件提升了铜铝界面稳定性和可靠性。

可选地，所述第一极柱冲压成型的高度及形状与第二复合极柱的高度及形状一致。采用冲压设备对第一极柱进行冲压，第一极柱冲压成型的高度和形状与第二复合极柱注塑形成的高度和形状一致，第一极柱和第二复合极柱对称设置在顶盖光板上。

一种锂电池，包括上述任意一项所述的锂电池顶盖组件，还包括第一电池卷芯、第二电池卷芯和铝壳壳体，所述第一电池卷芯的极耳与所述第一极柱连接片超声焊接，实现电连接，所述第二电池卷芯的极耳与所述第二极柱连接片超声焊接，实现电连接，所述第一电池卷芯和第二电池卷芯装入所述铝壳壳体内。将第一电池卷芯和第二电池卷芯装入到铝壳壳体内，锂电池顶盖组件内部通过第一极柱连接片与第一电池卷芯极耳超声焊接，第二极柱连接片与第二电池卷芯极耳超声焊接，从而实现锂电池顶盖组件与电池电芯的电连接。电连接完成后，将顶盖光板与铝壳壳体通过激光焊接密封，激光焊接密封能保证铝壳壳体和锂电池顶盖组件的连接密封。

一种锂电池顶盖组件的制备方法，包括上述任意一项所述的一种锂电池顶盖组件，包括：

(1)用冲压设备将所述顶盖光板一次冲压形成第一极柱、安全阀、第二极柱孔和注液孔；

(2)将一体冲压成型的顶盖光板经过高温退火处理，温度为300-500℃，保温为30-60min，确保所述安全阀的阀压范围为0.6MPa-1.2MPa。

本方案中锂电池顶盖组件的制备方法涉及到一种热处理工艺，即通过将一体冲压成型的顶盖光板经过高温退火处理，温度可取300℃、400℃、500℃，保温时间可取30min、45min、 60min，使顶盖光板上冲压成型的安全阀阀压范围由0.6MPa-0.9MPa调大到0.6MPa-1.2MPa，阀压范围调大可防止安全阀失效带来的热失控风险累计，减少电池电芯热失控，导致同时开阀带来的热量集中释放，引起电池损毁等风险。在一定程度上，确保安全阀表面去除应力且能保持很好的形变。

3、有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明实施例提供的顶盖光板上的第一极柱、安全阀和第二极柱孔均由冲压设备一次冲压成型，安全阀的刻痕由冲压件直接冲压而成，第二复合极柱承载框的边框承载第二复合极柱，并将第二复合极柱固定到第二极柱孔内，防止第二复合极柱因受扭力转动而止转。第二复合极柱通过直接注塑成型无需密封圈结构件。

(2)本发明实施例提供的第一极柱和安全阀均采用冲压一体式成型，可减少第一极柱繁琐的装配工艺和较高的料本，冲压出的第一极柱凸台与锂电池铝壳壳体为等电势，保证锂电池寿命周期内第一极柱与铝壳壳体在连接内阻、电压的一致性。

(3)相比于现有安全阀片先装配再焊接的加工工艺，本发明实施例提供的安全阀，由顶盖光板一体冲压成型，既减少工序又减少零部件实用，同时冲压出来的安全阀降低了原材料的制造成本。

(4)本发明实施例提供的第二复合极柱组件，第二复合极柱的侧壁面材质为铜面，所述第二复合极柱的顶端面材质为铝面，第二复合极柱的外侧壁面材质为铜面，顶端面材质为铝面，通过热复合实现铜面和铝面的连接。热复合提升了铜铝界面稳定性和可靠性。

(5)本发明实施例顶盖组件通过超声焊接与电池卷芯的极耳实现电连接，将顶盖光板与铝壳壳体通过激光焊接密封，激光焊接密封能保证铝壳壳体和锂电池顶盖组件的连接密封。

(6)本发明实施例提供的锂电池顶盖组件的制作方法，将一体冲压成型的顶盖光板经过高温退火处理，确保安全阀在满足足够机械强度和一定开阀压力范围的情况下(安全阀的阀压范围调整为0.6MPa-1.2MPa)，减少了安装焊接工序，同时也在一定程度上提升锂电池的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种锂电池顶盖组件及锂电池爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种锂电池顶盖组件结构示意图。

图中符号说明：

1.第一极柱；2.第二复合极柱组件；21.第二复合极柱；211.侧壁面；212.顶端面；22. 第二复合极柱承载框；3.第二极柱孔；4.安全阀；5.顶盖光板；6.注液孔；7.下注塑支架； 71.极柱孔一；72.下注塑通孔；8.塑料件；9.极柱连接组件；91.第一极柱连接片；92.第二复合极柱连接片；10.环氧树脂板；11.第一电池卷芯；12.第二电池卷芯；13.铝壳壳体。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。本发明中所述的第一、第二等词语，是为了描述本发明的技术方案方便而设置，并没有特定的限定作用，均为泛指，对本发明的技术方案不构成限定作用。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。同一实施例中的多个技术方案，以及不同实施例的多个技术方案之间，可进行排列组合形成新的不存在矛盾或冲突的技术方案，均在本发明要求保护的范围内。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供一种锂电池顶盖组件，包括第一极柱1、第二复合极柱组件2、第二极柱孔3、安全阀4和顶盖光板5，所述第一极柱1、安全阀4和第二极柱孔3设置在顶盖光板5上，由所述顶盖光板5冲压一体成型，所述第二复合极柱组件2包括注塑成型的第二复合极柱21和第二复合极柱承载框22，所述第二复合极柱21通过第二复合极柱承载框22固定于所述第二极柱孔3内。

本实施例中，顶盖光板5上的第一极柱1、安全阀4和第二极柱孔3均由冲压设备一次冲压成型，安全阀4的刻痕由冲压件直接冲压而成，第二复合极柱承载框22的边框承载第二复合极柱21，并将第二复合极柱21固定到第二极柱孔3内，防止第二复合极柱21因受扭力转动而止转。第二复合极柱21通过直接注塑成型无需密封圈结构件。

如图1-2所示，可选的实施方式是，所述顶盖光板5上设置有冲压一体成型的注液孔6，所述注液孔6位于第二极柱孔3的一侧。注液孔6与第一极柱1、安全阀4和第二极柱孔3均由冲压设备一次冲压成型，通过注液孔6，可以向电池内注入电解液。

如图1-2所示，可选的实施方式是，还包括下注塑支架7，所述下注塑支架7上设置有与所述第二极柱孔3配合的极柱孔一71，以及与所述注液孔6配合的下注塑通孔72。下注塑支架7设置在顶盖光板5的下方，下注塑支架7用于支撑固定顶盖光板5，注液孔6和下注塑通孔72共同组成了向动力电池内注入电解液的通道，极柱孔一71和第二极柱孔3共同组成了固定第二复合极柱21的通道。

如图1-2所示，可选的实施方式是，所述第一极柱1和所述下注塑支架7之间设置有塑料件8，用于填充第一极柱1内部空间。塑料件8为树脂PPS、PBT、PC、PPA、PA材料复合而成。第一极柱1下方的空腔内用于填充塑料件8。塑料件8起到密封、绝缘、连接和止转等作用，也起到连接顶盖光板5与第一极柱1的作用。

如图1-2所示，可选的实施方式是，还包括极柱连接组件9，用于连接电池的电芯极耳，所述极柱连接组件9包括第一极柱连接片91和第二复合极柱连接片92，所述第一极柱连接片91表面与所述第一极柱1对应的下注塑支架7底面固定连接，所述第二极柱连接片92表面与所述第二复合极柱组件2对应的下注塑支架7底面固定连接。第一极柱连接片91表面与第一极柱1对应的下注塑支架7底面通过激光焊接实现固定连接，第二极柱连接片92表面与第二复合极柱组件2对应的下注塑支架7底面通过激光焊接固定连接，由此实现极柱连接组件9与电池的电芯正负极极耳之间的电连接。

如图1-2所示，可选的实施方式是，所述第一极柱连接片91下方设置有环氧树脂板10。第一极柱1内部空腔通过填充塑料件8，将环氧树脂板10通过卡扣与塑料件8进行固定，固定绝缘环氧树脂板10可以起到保护第一极柱1的作用。

如图1-2所示，可选的实施方式是，所述第二复合极柱21的侧壁面211材质为铜，所述第二复合极柱21的顶端面212材质为铝。第二复合极柱21的侧壁面211材质为铜，顶端面212材质为铝，通过热复合实现侧壁面211和顶端面212的连接。热复合件提升了铜铝界面稳定性和可靠性。

如图1-2所示，可选的实施方式是，所述第一极柱1冲压成型的高度及形状与第二复合极柱21的高度及形状一致。采用冲压设备对第一极柱1进行冲压，第一极柱1冲压成型的高度和形状与第二复合极柱21注塑形成的高度和形状一致，第一极柱1和第二复合极柱21对称设置在顶盖光板5上。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种锂电池，包括实施例1任意一项技术方案所述的锂电池顶盖组件，还包括第一电池卷芯11、第二电池卷芯12和铝壳壳体13，所述第一电池卷芯11 的极耳与所述第一极柱连接片91超声电连接，所述第二电池卷芯12的极耳与所述第二极柱连接片92超声电连接，所述铝壳壳体13用于装入第一电池卷芯11和第二电池卷芯12。

本实施例中，将第一电池卷芯11和第二电池卷芯12装入到铝壳壳体13内，锂电池顶盖组件内部通过第一极柱连接片91与第一电池卷芯11极耳超声焊接，第二极柱连接片92与第二电池卷芯12极耳超声焊接，从而实现锂电池顶盖组件与电池电芯的电连接。电连接完成后，将顶盖光板5与铝壳壳体13通过激光焊接密封，激光焊接密封能保证铝壳壳体13和锂电池顶盖组件的连接密封。

实施例3

本实施例提供一种锂电池顶盖组件的制备方法，包括实施例1中任意一项技术方案所述的一种锂电池顶盖组件，包括：

(1)用冲压设备将所述顶盖光板5一次冲压形成第一极柱1、安全阀4、第二极柱孔3和注液孔6；

(2)将一体冲压成型的顶盖光板5经过高温退火处理，温度为400℃，保温为45min，确保所述安全阀4的阀压范围为0.6MPa-1.2MPa。

本实施例中锂电池顶盖组件的制备方法涉及到一种热处理工艺，即通过将一体冲压成型的顶盖光板5经过高温退火处理，温度400℃，保温时间45min，使顶盖光板5上冲压成型的安全阀4阀压范围由0.6MPa-0.9MPa调大到0.6MPa-1.2MPa，阀压范围调大可防止安全阀4 失效带来的热失控风险累计，减少电池电芯热失控，导致同时开阀带来的热量集中释放，引起电池损毁等风险。在一定程度上，确保安全阀4表面去除应力且能保持很好的形变。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。