本申請涉及儲能器件領(lǐng)域，尤其涉及一種動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)、動力電池及電池模組。

背景技術(shù)：

在非水電解質(zhì)二次電池中，作為正極極柱的構(gòu)成材料適宜使用在正極電位下不溶解于非水電解質(zhì)的鋁或鋁合金。作為負(fù)極極柱的構(gòu)成材料多使用不與負(fù)極活性物質(zhì)合金化的銅等。

動力電池成組時，匯流排(busbar)需要焊接在正極的連接塊或者負(fù)極的連接塊，由于匯流排多采用單一材質(zhì)(例如鋁或者銅)，同時鋁的熔點(diǎn)比銅的熔點(diǎn)低、比熱容高，無法容易地將銅材質(zhì)和鋁材質(zhì)采用超聲波焊、激光焊等方式焊接在一起，因此要求動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)中正負(fù)極的連接塊采用與匯流排相同的材質(zhì)，也就是正負(fù)極的連接塊都為鋁材質(zhì)或都為銅材質(zhì)。如果正極極柱為鋁質(zhì)，負(fù)極極柱為銅質(zhì)，那么就必須有一個銅鋁轉(zhuǎn)接的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)電芯外部的兩個連接塊實(shí)現(xiàn)都為鋁材質(zhì)或都為銅材質(zhì)。

在相關(guān)技術(shù)中，通常的解決方式為通過摩擦焊或者鉚接的方式將極柱加工成銅鋁結(jié)構(gòu)(即極柱的上端是銅，下端是鋁；或者極柱的上端是鋁，下端是銅)。然而，銅鋁鉚接由于結(jié)構(gòu)配合及鉚接控制等因素往往會導(dǎo)致在電池應(yīng)用過程中由于振動/沖擊等外部原因引起銅鋁轉(zhuǎn)換界面接觸電阻波動，使得電芯不能穩(wěn)定的輸出電流，同時也會因?yàn)榻佑|電阻的增大造成銅鋁轉(zhuǎn)換界面處發(fā)熱量增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┝艘环N動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)，能夠解決上述問題。

本申請實(shí)施例的第一方面提供了一種動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)，包括第一電極組件、第二電極組件以及頂蓋片，

所述第一電極組件包括第一極柱以及第一連接塊，所述第一極柱的頂部具備連接段，

所述第一連接塊包括主體以及復(fù)合部，所述主體的材質(zhì)具有第一基體金屬，所述第一極柱的材質(zhì)以及所述復(fù)合部的材質(zhì)均具有第二基體金屬，所述第一基體金屬不同于所述第二基體金屬，所述復(fù)合部與所述主體復(fù)合，所述復(fù)合部上具有第一連接孔，

所述第一連接塊位于所述頂蓋片的上方，所述連接段穿過所述頂蓋片和所述第一連接塊，并由所述第一連接孔露出，所述連接段與所述復(fù)合部焊接，

所述第二電極組件附接于所述頂蓋片上。

優(yōu)選地，所述復(fù)合部貫通所述主體，所述連接段依次穿過所述頂蓋片以及所述第一連接孔。

優(yōu)選地，所述主體上具有第二連接孔，所述連接段依次穿過所述頂蓋片、所述第二連接孔和所述第一連接孔。

優(yōu)選地，所述連接段與所述第二連接孔鉚接。

優(yōu)選地，所述第二連接孔內(nèi)具有臺階部，所述第一極柱與所述臺階部卡緊。

優(yōu)選地，所述第二連接孔的頂端與所述第一連接孔的直徑相等，所述連接段的周緣與所述第一連接孔的內(nèi)壁焊接。

優(yōu)選地，所述主體的上表面具有凹陷部，所述復(fù)合部嵌入所述凹陷部內(nèi)。

優(yōu)選地，所述復(fù)合部的厚度與所述主體的厚度的比值為1/10～2/3。

優(yōu)選地，所述復(fù)合部的上表面低于所述主體的上表面。

優(yōu)選地，所述連接段的頂面與所述復(fù)合部的上表面齊平。

優(yōu)選地，所述復(fù)合部沿所述頂蓋片的寬度方向延伸，且貫穿所述主體。

優(yōu)選地，

所述復(fù)合部與所述主體的結(jié)合面的拉伸強(qiáng)度大于所述復(fù)合部自身的拉伸強(qiáng)度；

或者

所述復(fù)合部與所述主體的結(jié)合面的拉伸強(qiáng)度大于所述主體自身的拉伸強(qiáng)度。

優(yōu)選地，

所述主體的材質(zhì)為鋁或鋁合金，所述第一極柱的材質(zhì)為銅或銅合金，所述復(fù)合部的材質(zhì)為銅或銅合金；

或者

所述主體的材質(zhì)為銅或銅合金，所述第一極柱的材質(zhì)為鋁或鋁合金，所述復(fù)合部的材質(zhì)為鋁或鋁合金。

優(yōu)選地，所述連接段與所述復(fù)合部激光焊接。

優(yōu)選地，所述主體與所述復(fù)合部采用冷軋法、熱軋法、爆炸復(fù)合法或爆炸軋制法復(fù)合。

本申請實(shí)施例的第二方面提供了一種動力電池，包括所述的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)。

本申請實(shí)施例的第三方面提供了一種電池模組，包括匯流排以及所述的動力電池，所述匯流排與所述主體焊接，且所述匯流排與所述主體均具有所述第一基體金屬。

本申請實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以達(dá)到以下有益效果：

本申請實(shí)施例所提供的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)、動力電池及電池模組能夠有效避免因振動、沖擊等外部因素引起兩種材質(zhì)的轉(zhuǎn)換界面發(fā)生接觸電阻波動。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本申請。

附圖說明

圖1為本申請實(shí)施例所提供的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本申請實(shí)施例所提供的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)的爆炸示意圖；

圖3為本申請實(shí)施例所提供的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)的側(cè)剖示意圖；

圖4為本申請實(shí)施例的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)中主體與復(fù)合部采用第一種復(fù)合方式時圖3中A部分的局部放大示意圖；

圖5為本申請實(shí)施例的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)中主體與復(fù)合部采用第二種復(fù)合方式時圖3中A部分的局部放大示意圖。

附圖標(biāo)記：

10-第一電極組件；

100-第一極柱；

1000-連接段；

102-第一密封件；

104-第一連接塊；

1040-主體；

1040a-第二連接孔；

1040b-臺階部；

1042-復(fù)合部；

1042a-第一連接孔；

106-第一上絕緣件；

108-第一下絕緣件；

12-第二電極組件；

120-第二極柱；

122-第二密封件；

124-第二連接塊；

126-第二上絕緣件；

128-第二下絕緣件；

14-頂蓋片。

此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本申請的實(shí)施例，并與說明書一起用于解釋本申請的原理。

具體實(shí)施方式

下面通過具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對本申請做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。文中所述“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附圖中的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)為參照。

本申請實(shí)施例提供了一種動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)，該動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)安裝在動力電池的頂部，動力電池包括殼體和裸電芯，殼體上部具有開口，裸電芯包括正極片、負(fù)極片以及位于正極片和負(fù)極片之間的隔膜，裸電芯容納于殼體內(nèi)，動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)密封殼體上部的開口。動力電池的電能向外輸送，通常情況下，動力電池需要成組使用，即若干動力電池通過匯流排以串聯(lián)或并聯(lián)方式電連接，組成電池模組。

如圖1所示，本申請實(shí)施例提供的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)包括第一電極組件10、第二電極組件12以及頂蓋片14。第一電極組件10以及第二電極組件12分別用于電連接動力電池的正負(fù)極中的一極，即第一電極組件10可以用于電連接動力電池的正極也可以是負(fù)極，下面以第一電極組件10電連接正極，第二電極組件12電連接負(fù)極的方式進(jìn)行舉例說明。

如圖2和圖3所示，第一電極組件10具有第一極柱100、第一密封件102、第一連接塊104、第一上絕緣件106以及第一下絕緣件108等結(jié)構(gòu)。第二電極組件12具有第二極柱120、第二密封件122、第二連接塊124、第二上絕緣件126以及第二下絕緣件128等結(jié)構(gòu)。

為了匯流排能夠激光焊接在第一連接塊104和第二連接塊124上，第一連接塊104以及第二連接塊124上用來連接匯流排的區(qū)域需要具有與匯流排相同的材質(zhì)(例如都為銅質(zhì)，或者都為鋁質(zhì))。需要說明的是，本發(fā)明中的所說的具有相同的材質(zhì)，是指具有相同的基體金屬(組成合金的主要成分金屬叫基體金屬)，例如第一連接塊104的材質(zhì)為純鋁、鋁錳合金時，第二連接塊124的材質(zhì)可以為純鋁、鋁錳合金，也可以為鋁硅合金、鋁鎂合金，只要它們的基體金屬都為鋁即可。通常情況下，動力電池的正極極柱(也就是本實(shí)施例中的第一極柱100)采用鋁作為基體金屬，而負(fù)極極柱(也就是本實(shí)施例中的第二極柱120)采用銅作為基體金屬。以第一連接塊104、第二連接塊124以及匯流排都以銅作為基體金屬為例，由于本實(shí)施例中的第二極柱120以及第二連接塊124的材質(zhì)均以銅作為基體金屬，因此負(fù)極無需進(jìn)行銅鋁轉(zhuǎn)接，而由于第一極柱100的材質(zhì)以鋁作為基體金屬，同時要求第一連接塊104上用來連接匯流排的區(qū)域以銅作為基體金屬，因此第一電極組件10需要進(jìn)行銅鋁轉(zhuǎn)接。具體裝配方式將在下面詳細(xì)描述。

如圖2所示，本實(shí)施例中的第一極柱100的材質(zhì)采用鋁或鋁合金，也就是說，銅鋁轉(zhuǎn)接并不是發(fā)生在第一極柱100上。而為了完成銅鋁轉(zhuǎn)接，第一連接塊104包括主體1040以及復(fù)合部1042，主體1040為第一連接塊104的主體結(jié)構(gòu)，同時也用于與匯流排進(jìn)行焊接，因此主體1040的材質(zhì)為銅、銅合金。與此同時，復(fù)合部1042的材質(zhì)為鋁或鋁合金，用于與第一極柱100焊接連接，由于復(fù)合部1042和第一極柱100焊接連接形成焊接結(jié)合面，因此可以構(gòu)成穩(wěn)定的電傳輸面，而不會像鉚接那樣會因外部的振動或沖擊造成接觸電阻的波動。復(fù)合部1042與主體1040復(fù)合，復(fù)合后兩者的復(fù)合界面為冶金結(jié)合(即兩種金屬的界面間原子相互擴(kuò)散而形成的結(jié)合)。主體1040與復(fù)合部1042的結(jié)合面的復(fù)合率通常不能低于90％，最好能夠達(dá)到100％，并且，主體1040與復(fù)合部1042的結(jié)合面的拉伸強(qiáng)度最好能夠大于主體1040以及復(fù)合部1042自身的拉伸強(qiáng)度，從而使二者的結(jié)合面構(gòu)成穩(wěn)定的電傳輸面，不會因外部的振動或沖擊而發(fā)生相對滑動，造成接觸電阻波動。

由于復(fù)合部1042與主體1040為不同的材質(zhì)，因此無法通過常用的激光焊接方式進(jìn)行牢固連接，需要通過特殊的加工工藝，而這些加工工藝均無法在動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)的裝配過程中使用，因此復(fù)合部1042與主體1040的復(fù)合需要預(yù)先加工完成。

相關(guān)技術(shù)中，有些會采用在第一極柱100上進(jìn)行銅鋁轉(zhuǎn)接。然而，第一極柱100受限于自身結(jié)構(gòu)，通常采用更為復(fù)雜的方式，例如采用摩擦焊接方式才能完成復(fù)合，并且，這種復(fù)合過程只能單個加工，無法批量生產(chǎn)。此外，由于第一密封件102等部件需要通過第一極柱100與第一連接塊104的連接實(shí)現(xiàn)固定與密封功能，因此一旦第一極柱100的銅鋁結(jié)合面發(fā)生斷裂，則同時會造成第一密封件102散落，動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)1喪失密封性能，導(dǎo)致漏液情況發(fā)生。

而相對于第一極柱100，第一連接塊104由于是板狀或片狀結(jié)構(gòu)，因此采用諸如冷軋法、熱軋法、爆炸復(fù)合法或爆炸軋制法等更為簡單的方式完成復(fù)合。

復(fù)合部1042與主體1040可以采用以下兩種方式進(jìn)行復(fù)合。

第一種方式中，復(fù)合部1042可以由主體的上表面向下貫通主體1040，通過側(cè)壁與主體1040進(jìn)行復(fù)合(參見圖4)。

第二種方式中，復(fù)合部1042也可以僅僅設(shè)置在主體1040的上表面，主要通過底面與主體1040復(fù)合。并且，為了提高復(fù)合部1042與主體1040的連接強(qiáng)度，可以在主體1040的上表面設(shè)置凹陷部(圖中未標(biāo)號)，將復(fù)合部1042嵌入凹陷部內(nèi)(參見圖5)，使得復(fù)合部1042的三個側(cè)面與主體1040復(fù)合，進(jìn)一步提高復(fù)合界面的面積。

為了提高加工效率，以上兩種復(fù)合方式中，復(fù)合部1042均可以沿著垂直于頂蓋片14厚度的方向一直延伸至主體1040的兩側(cè)邊緣，這樣在復(fù)合時可以沿著復(fù)合部1042的延伸方向復(fù)合很長一段，之后再裁切形成單個第一連接塊104，一次復(fù)合過程便可完成批量生產(chǎn)。通常情況下，相鄰兩個動力電池通常會沿著頂蓋片14的寬度方向排布，因此，為了便于連接匯流排，通槽最好也沿著頂蓋片14的寬度方向延伸，從而留出更多的區(qū)域來連接匯流排。

在第一種復(fù)合方式中，如圖4所示，可以在復(fù)合部1042上開設(shè)第一連接孔1042a，第一極柱100的頂端具備連接段1000。裝配時，第一密封件102以及第一下絕緣件108位于第一極柱100與頂蓋片14的下表面之間，第一上絕緣件106則位于第一連接塊104與頂蓋片14的上表面之間。第一極柱100的連接段1000由下方依次穿過第一密封件102、頂蓋片14以及第一上絕緣件106，并伸入第一連接孔1042a內(nèi)，之后通過激光、超聲波焊接等方式將復(fù)合部1042與連接段1000焊接，保證第一極柱100與第一連接塊104之間形成穩(wěn)定的電傳輸面并且提高連接強(qiáng)度。

在第二種復(fù)合方式中，如圖5所示，除了復(fù)合部1042上開設(shè)的第一連接孔1042a之外，在主體1040上還具有第二連接孔1040a，第二連接孔1040a與第一連接孔1042a相對。裝配時，第一密封件102、第一上絕緣件106以及第一下絕緣件108的連接方式保持不變，第一極柱100的連接段1000由下方依次穿過第一密封件102、頂蓋片14、第一上絕緣件106以及第二連接孔1040a，并與第一連接孔1042a焊接。

在第二種復(fù)合方式中，如果復(fù)合部1042過薄，則可能降低連接段1000與復(fù)合部1042之間的焊接強(qiáng)度，而如果復(fù)合部1042過寬，則又可能導(dǎo)致主體1040的局部(尤其是第二連接孔1040a的附近區(qū)域)強(qiáng)度，從而使第一連接塊104與匯流排的連接造成隱患。因此，復(fù)合部1042的厚度與主體1040的厚度最好處于一個合適的范圍內(nèi)，即(1/10～2/3)，從而保證整體的綜合性能。

在采用上述兩種復(fù)合方式時，如果遇到劇烈的振動或沖擊，則僅依靠復(fù)合部1042與連接段1000之間的焊接的方式可能很難繼續(xù)保持第一極柱100與第一連接塊104的固定連接關(guān)系，因此，為了提高第一極柱100與第一連接塊104之間的連接強(qiáng)度，本實(shí)施例中還可以將連接段1000與第一連接孔1042a或者第二連接孔1040a之間進(jìn)行鉚接。其中，與第一連接孔1042a鉚接的方式一般僅使用在第一種復(fù)合方式中，第二種復(fù)合方式中由于復(fù)合部1042未貫通主體1040，因此自身厚度較低，同時進(jìn)行焊接與鉚接操作難度較大。

為了適應(yīng)鉚接結(jié)構(gòu)，第一連接孔1042a和第二連接孔1040a通常為上大下小的結(jié)構(gòu)，通過斜面、臺階面等完成鉚接。本實(shí)施例中，為了提高鉚接效果，優(yōu)選在第一連接孔1042a或第二連接孔1040a內(nèi)設(shè)置一圈臺階部1040b，第一極柱100與臺階部1040b卡緊，減小二者之間的相對活動間隙。鉚接完成后，連接段1000的頂面會由第一連接孔1042a露出，之后再進(jìn)行焊接操作，進(jìn)一步增強(qiáng)第一連接塊104與第一極柱100之間的牢固性，降低接觸電阻波動的發(fā)生概率。

為了提高焊接效果，同時也為了便于鉚接，第二連接孔1040a的頂端與第一連接孔1042a的直徑最好相等，這樣，連接段1000在鉚接前能夠伸入第一連接孔1042a內(nèi)，便于之后的鉚接操作。而鉚接完成后，將連接段1000的周緣與第一連接孔1042的內(nèi)壁焊接在一起，增強(qiáng)焊接強(qiáng)度。

由于焊接后會產(chǎn)生焊縫以及焊渣，這些部分會降低第一連接塊104的上表面的平整性，為了避免這一問題，第一連接塊104在復(fù)合后，復(fù)合部1042的上表面最好低于主體1040的上表面，從而預(yù)留出一些空間用來容納焊縫和焊渣，而主體1040的上表面依舊保持平整。與此同時，連接段1000的頂面也最好與復(fù)合部1042的上表面齊平，一方面提高焊接效果，降低焊接難度，另一方面也更加有效地保證焊縫與焊渣不超出主體1040的上表面。

第二電極組件12方面，如圖2和圖3所示，第二密封件122以及第二下絕緣件128位于第二極柱120與頂蓋片14的下表面之間，第二上絕緣件126則位于第二連接塊124與頂蓋片14的上表面之間，第二極柱120的頂端穿過第二密封件122、頂蓋片14以及第二上絕緣件126，并與第二連接塊124通過鉚接、焊接或其它方式連接在一起，并同時將第二連接塊124、第二上絕緣件126、第二密封件122以及第二下絕緣件128一起夾緊固定。

以上便是以第一電極組件10連接正極，第二電極組件12連接負(fù)極，并且匯流排以銅作為基體金屬的實(shí)施例。

若匯流排以鋁作為基體金屬，則此時以第一電極組件10電連接負(fù)極，第二電極組件12電連接正極，也就是在動力電池的負(fù)極進(jìn)行銅鋁轉(zhuǎn)接。具體地，只需將上述實(shí)施例中的第一極柱100、主體1040以及復(fù)合部1042的基體金屬進(jìn)行相應(yīng)調(diào)換，即此時第一極柱100與復(fù)合部1042的基體金屬為銅，而主體1040的基體金屬為鋁。各部分的連接結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例相同，在此不再贅述。

本申請實(shí)施例所提供的動力電池頂蓋結(jié)構(gòu)、動力電池及電池模組能夠有效避免因振動、沖擊等外部因素引起兩種材質(zhì)的轉(zhuǎn)換界面發(fā)生接觸電阻波動。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化，基于本申請所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。