CN108461757B - 圆柱形电池及其电极集流组件和制法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种圆柱形电池的电极集流组件以及配置这种组件的圆柱形电池及其制法，电极集流组件包括导电材质的集流板和导电材质的电极端子，集流板朝向电极端子的那一侧焊接一引流板，引流板的厚度和电极端子的厚度同向布置，电极端子朝向集流板的那一侧成型有沿着集流板厚度方向向内凹陷的、且与引流板相适配的凹腔，引流板嵌入所述凹腔中从而与电极端子导电接触连接。本申请的电极集流组件兼顾了载流能力及焊接性能，使得电池的内阻降低，功率性能大幅度提高，从而可以避免使用过程中电池温度过高，改善电池组温度场的均一性，提升电池组的性能和可靠性，延长使用寿命。

Description

圆柱形电池及其电极集流组件和制法

技术领域

本申请涉及电池领域，具体涉及一种圆柱形电池电极的集流组件以及配置这种组件的圆柱形电池，同时还提出了这种圆柱形电池的制法。

背景技术

近几年来，随着混合动力汽车、电动汽车、电动摩托车等市场的不断发展，蓄电池的作用越来越被重视，蓄电池组的规模即每组中集成电池的数量越来越大，对蓄电池的功率输出特性和可靠性要求也越来越高。

可是，目前被广泛使用的蓄电池，如镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池及铅酸电池，都存在着单体电池的容量越大，其功率性能显著下降的情况。造成这种结果的原因很多，但是，其中最主要的一个原因是电池本身的集流效果下降、内阻较大所导致的。特别是在大电流充放电时，因电池产生的热量不能及时导出，整组电池就会在高温下工作，因而导致电池性能的迅速劣化；更为严重的是，如果电池组内部热量导出不均匀，就会使个别电池处于比同组中其它电池更高的环境温度下工作，从而易造成这部分电池过充或过放，性能过早衰退，从而导致整组电池性能降低和寿命缩短。为了减少电池组内部热量局部积聚和温度不均匀，人们不得不加大电池之间的排列间距，采取通风甚至通水等强制冷却措施，这样不仅增大了电池组的体积，更提高了设计难度和制造成本。

传统的蓄电池正负极的集流结构如下图所示，其采用金属壳的圆柱型蓄电池电池壳3为中空带底部的圆柱型，电池壳3的底部同时也是负极端子；安全阀4是目前密封蓄电池上普遍采用的一种安全阀，也就是正极端子2；负极集流板8一方面通过焊接与筒状卷绕的极组(也称电极卷芯)的负极端连接在一起，同时通过焊接与电池壳3的壳底部连接在一起。正极集流盘7通过焊接与筒状卷绕的极组(也称电极卷芯)连接在一起，同时通过焊接与正极端子2连接在一起。安全阀4与电池壳3通过一个塑胶材质的绝缘环5来实现电气绝缘，同时起到密封作用。

传统蓄电池的制作步骤：(1)按传统的技术制作出预定尺寸的正极板9、负极板10，将隔膜11放在正极板9和负极板10之间，一起卷绕成圆筒状极组，即卷绕极芯。(2)用电阻焊机或是激光焊机将正极端子与正极引流条6焊接在一起；用电阻焊机或是激光焊机将负极端子(电池壳壳底)与负极集流板8焊接在一起；(3)将卷绕成筒状的极组装入电池壳3中，将电阻焊机的针状电极从筒状极组的中心插入，并与正极集流板7接触，将电阻焊机的另一个电极与电池壳底接触并焊接住。注入电解液，再用类似的方法将正极集流板上的引流元件与安全阀4焊住。(4)采用机械方法通过绝缘垫5将电池壳3与安全阀4密封并实现电气绝缘。

上述正极集流板7、正极引流条6、负极集流板8(尤其是引流条)均为单层金属片结构，当金属片比较薄时，易于焊接，但承载的电流较小。若简单增加金属片厚度，以提高集流板和引流板承载的电流能力，会大幅增加焊接难度。

发明内容

本申请目的是：针对现有技术的不足，本项目提出一种新型结构的圆柱形电池电极的集流组件以及配置这种组件的圆柱形电池，同时还提出了这种圆柱形电池的制法。

本申请的技术方案是：

一种圆柱形电池的电极集流组件，包括导电材质的集流板和导电材质的电极端子，其特征在于，所述集流板朝向所述电极端子的那一侧焊接一引流板，所述引流板的厚度和所述电极端子的厚度同向布置，所述电极端子朝向所述集流板的那一侧成型有沿着所述集流板厚度方向向内凹陷的、且与所述引流板相适配的凹腔，所述引流板嵌入所述凹腔中从而与所述电极端子导电接触连接。

本申请这种电极集流组件在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述集流板、所述引流板和所述电极端子均为圆形结构，并且所述集流板、所述引流板和所述电极端子同轴布置。

所述集流板包括位于其中心的第一焊接区以及位于所述第一焊接区外围的圆环形的第二焊接区，所述第一焊接区用于焊接所述引流板，所述第二焊接区用于焊接卷绕极芯。

所述集流板和所述引流板的中心均开设有圆形通孔，并且所述集流板上所述圆形通孔的直径比所述引流板上所述圆形通孔的直径大2mm以上。

所述集流板的厚度小于2mm，所述引流板的厚度为1mm～30mm。

所述引流板与所述集流板的凹腔过盈配合、并且二者焊接固定。

一种圆柱形电池，包括：

圆筒状的电池壳，

收容于所述电池壳内的卷绕极芯，

收容于所述电池壳内、且与所述卷绕极芯的正极焊接的正极集流板，

收容于所述电池壳内、且与所述卷绕极芯的负极焊接的负极集流板，

设于所述电池壳轴向底端的负极端子，以及

设于所述电池壳轴向顶端的正极端子；

所述正极集流板朝向所述正极端子的那一侧焊接一正极引流板，所述正极引流板的厚度和所述正极端子的厚度同向布置，所述正极端子朝向所述正极集流板的那一侧成型有沿着所述正极集流板厚度方向向内凹陷的、且与所述正极引流板相适配的凹腔，所述正极引流板嵌入所述凹腔中从而与所述正极端子导电接触连接。

所述负极集流板和所述负极端子的厚度同向布置，所述负极集流板朝向所述负极端子的那一侧成型有沿着所述负极集流板厚度方向向外凸出的凸起，所述负极端子朝向所述负极集流板的那一侧成型有沿着所述负极端子厚度方向向内凹陷的、且与所述凸起相适配的凹槽，所述凸起嵌入所述凹槽中从而使所述负极集流板与所述负极端子导电接触连接。

所述负极端子与所述电池壳分体焊接，所述负极集流板与所述负极端子焊接，所述正极端子与所述正极引流板焊接，所述正极端子与所述电池壳之间设置有密封圈。

上述圆柱形电池的制法，包括：

1)提供电池壳、卷绕极芯、正极集流板、负极集流板、正极端子、负极端子、正极引流板和密封圈，其中电池壳的一端制有滚槽；

2)正极引流板与正极集流板焊接，采用端面焊工艺将正极集流板和负极集流板分别焊接在卷绕极芯的两端部；

3)将经过步骤2)处理后的带有正极集流板、负极集流板和正极集流板的卷绕极芯放入电池壳内，并且使正极集流板处于电池壳的滚槽端；

4)在滚槽位置依次放入密封圈和正极端子，采用机械收口的方法将正极端子和电池壳密封连接在一起，正极集流板嵌入正极端子的凹腔中；

5)借助负极集流板上的凸起和负极端子上的凹槽将负极集流板和负极端子压紧连接，再采用激光焊接工艺将负极集流板和负极端子固定；

6)将经过步骤5)处理的带有负极集流板的负极端子固定至电池壳端部。

本申请的优点是：

与现有电池相比，本申请的电极集流组件兼顾了载流能力及焊接性能，使得电池的内阻降低，功率性能大幅度提高，从而可以避免使用过程中电池温度过高，改善电池组温度场的均一性，提升电池组的性能和可靠性，延长使用寿命。同时，使大型电池组的冷却问题容易解决，降低了设计的复杂性和制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统圆柱形电池的结构示意图；

图2为本申请实施例中圆柱形电池的分解结构示意图之一；

图3为本申请实施例中圆柱形电池的分解结构示意图之二；

图4为本申请实施例中正极集流组件的分解结构示意图；

图5为本申请实施例中正极集流组件的装配图；

图6为本申请实施例中负极集流组件的分解结构示意图；

图7为本申请实施例中负极集流组件的装配图；

其中：在图1中，1-电池，2-正极端子，3-电池壳，4-安全阀，5-绝缘密封环，6-正极引流条，7-正极集流板，8-负极集流板，9-正极板，10-负极板，11-隔膜。

在图2至图7中，1-电池壳，2-卷绕极芯，3-正极集流板，301-第一焊接区，302-第二焊接区，4-负极集流板，401-凸起，402-凸起外围的环形区域，5-负极端子，501-凹槽，6-正极端子，601-凹腔，7-正极引流板，8-密封圈。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

图2和图3示出了本申请这种圆柱形电池的一个具体实施例，与传统圆柱形电池相同的是，其也包括：圆筒状的电池壳1，收容于电池壳内的卷绕极芯2，收容于电池壳内、且与卷绕极芯的正极焊接的正极集流板3，收容于电池壳内、且与卷绕极芯的负极焊接的负极集流板4，设于电池壳轴向底端的负极端子5，设于所述电池壳轴向顶端的正极端子6。与图1所示的传统电池相同，卷绕极芯2由正极板、负极板和隔膜卷绕而成。电池的电解质一般为液态，分布在正极板、负极板和隔膜中并被电池壳收容，同时与正极板、负极板和隔膜一起密封在电池壳中。电解质也可以是凝胶状的，和隔膜结合在一起。

参照图4和图5所示，本实施例的关键改进在于：上述正极集流板3朝向正极端子6的那一侧焊接一正极引流板7，正极引流板7的厚度和正极端子6的厚度同向布置，正极端子6朝向正极集流板3的那一侧成型有沿着正极集流板3厚度方向向内凹陷的、且与正极引流板7相适配的凹腔601，正极引流板7嵌入凹腔601中从而与正极端子6导电接触连接。

上述正极集流板3、正极引流板7共同正极端子6形成了改进型的正极集流组件。在该改进型的正极集流组件中，正极集流板3采用易于焊接的厚度较薄的金属片支撑，其厚度一般小于2mm，更优选为小余1mm。而正极引流板7采用厚度较大，以起到收集及传输大电流的作用，其一般为1mm～30mm，更优选为1mm～2mm。

上述正极集流板3、正极引流板7和正极端子6外轮廓均为圆形，并且正极集流板3、正极引流板7和正极端子6同轴布置。而且正极集流板3和正极引流板7的中心均开设有圆形通孔，圆形通孔用于设置安全阀。正极集流板3上圆形通孔的直径最好比正极引流板7上圆形通孔的直径大2mm以上。

正极集流板3包括位于其中心的第一焊接区301以及位于第一焊接区外围的圆环形的第二焊接区302，其中第一焊接区301用于焊接正极引流板7，第二焊接区302用于焊接卷绕极芯2。

为了加强正极集流板3和正极端子6的连接强度和连接稳定性，最好使正极集流板3与正极端子6上的凹腔601过盈配合，并且进一步将正极集流板3和正极端子6焊接固定。

本实施例中，正极端子6与电池壳1并非焊接固定，而且借助柔性的密封圈9以及设置于电池壳1一端的滚槽(图中未标注)连接在一起的，正极端子6与电池壳1之间设置有密封圈9。装配时，在滚槽位置依次放入密封圈8和正极端子6，采用传统的加密封圈后收口压缩的机械密封方法将正极端子6和电池壳1密封连接。

参照图6和图7所示，上述负极集流板4和负极端子5共同形成了一改进型的负极集流组件，在该改进型的负极集流组件中，负极集流板4和负极端子5的厚度同向布置，负极集流板4朝向负极端子5的那一侧成型有沿着负极集流板厚度方向向外凸出的凸起401，负极端子5朝向负极集流板4的那一侧成型有沿着负极端子厚度方向向内凹陷的、且与凸起401相适配的凹槽501，凸起401嵌入凹槽501中从而使负极集流板4与负极端子5导电接触连接。

在负极集流板4上设置凸起401，在负极端子5上设置凹槽501，二者直接卡嵌配合。并且为了保证负极集流板4和负极端子5电连接稳定性和连接强度，本实施例还将负极集流板4和负极端子5直接焊接固定，二者的焊接区处于凸起401和凹槽501的嵌接处，无需在二者之间额外设置负极引流条，组装更加方便，过流能力也更强。

上述负极集流板4采用易于焊接的厚度较薄的金属片制成，其厚度一般小于1mm，负极集流板4上的凸起401不仅嵌入负极端子5的凹槽501中，而且与负极端子5焊接固定，以提高负极集流板4和负极端子5的连接稳定性。负极集流板4上处于凸起401外围的环形区域402用于与卷绕极芯2的负极端面焊接。

此外，本实施例中，上述负极端子5和电池壳1为分体结构，二者焊接连接。如此设计的好处在于，可以先在电池壳1外完成负极端子5和负极集流板4的连接(焊接)，再将连接在一起的负极端子5和负极集流板4装至电池壳1，把负极端子5和电池壳1焊接在一起，其组装过程更加简单。

本实施例这种圆柱形电池的制法主要包括以下步骤：

1)制作相应结构的电池壳1、卷绕极芯2、正极集流板3、负极集流板4、正极端子6、负极端子5、正极引流板7和密封圈9。其中，电池壳1为管状金属制成，如碱性蓄电池常用的镀镍碳钢、锂离子电池常用的铝、不锈钢等材料。而且电池壳1的一端制有滚槽(此为传统技术)。卷绕极芯2由正极板、负极板与隔膜螺旋式卷绕而成，卷绕极芯2外径比电池壳1的内径小0.1～0.5mm。

2)正极引流板7与正极集流板3焊接后，采用端面焊工艺将正极集流板3和负极集流板4分别焊接在卷绕极芯2的两端部。

3)将经过上述步骤2)处理后的带有正极集流板3、负极集流板4和正极引流板7的卷绕极芯2放入电池壳1内，并且使正极集流板3处于电池壳1的滚槽端。

4)在滚槽位置依次放入密封圈8和正极端子6，采用传统的加密封圈后收口压缩的机械密封方法，将正极端子6和电池壳1密封连接在一起。正极集流板3过盈嵌设于正极端子6的凹腔601中，从而实现正极集流板3和正极端子6的固定连接并且二者导电接触。必要时还可以从外部将正极端子6与正极集流板3焊接固定，以加强二者的连接强度。

5)借助负极集流板4上的凸起401和负极端子5上的凹槽501将负极集流板4和负极端子5压紧连接(压在一起)，再采用激光焊接工艺将负极集流板4和负极端子5焊接固定；

6)将经过步骤5)处理的带有负极集流板4的负极端子5固定至电池壳1的另一端，并保证负极端子5与电池壳1连接处的密封性。对于金属材料的电池壳1和负极端子5，可以采用氩弧焊、激光焊、电子束焊或激光钎焊、电子束钎焊等方法密封。也可以采用传统的加密封环后收口压缩的机械密封方法，将圆形负极端子与电池壳装配在一起并密封起来。

之后通过负极的注液孔灌注电解液后，再将注液孔密封住。

当然，我们也可以在正极集流组件设置安全阀和注液孔，而取消负极集流组件上的注液孔。

需要说明的是，上述正极集流组件和负极集流组件的结构可以相互对调。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种圆柱形电池的电极集流组件，包括导电材质的集流板和导电材质的电极端子，其特征在于，所述集流板朝向所述电极端子的那一侧焊接一引流板，所述引流板的厚度和所述电极端子的厚度同向布置，所述电极端子朝向所述集流板的那一侧成型有沿着所述集流板厚度方向向内凹陷的、且与所述引流板相适配的凹腔，所述引流板嵌入所述凹腔中从而与所述电极端子导电接触连接；

所述集流板、所述引流板和所述电极端子均为圆形结构，并且所述集流板、所述引流板和所述电极端子同轴布置；

所述集流板的厚度小于2mm，所述引流板的厚度为1mm~30mm。

2.根据权利要求1所述的圆柱形电池的电极集流组件，其特征在于，所述集流板包括位于其中心的第一焊接区以及位于所述第一焊接区外围的圆环形的第二焊接区，所述第一焊接区用于焊接所述引流板，所述第二焊接区用于焊接卷绕极芯。

3.根据权利要求1所述的圆柱形电池的电极集流组件，其特征在于，所述集流板和所述引流板的中心均开设有圆形通孔，并且所述集流板上所述圆形通孔的直径比所述引流板上所述圆形通孔的直径大2mm以上。

4.根据权利要求1所述的圆柱形电池的电极集流组件，其特征在于，所述引流板与所述集流板的凹腔过盈配合、并且二者焊接固定。

5.一种圆柱形电池，包括：

圆筒状的电池壳（1），

收容于所述电池壳内的卷绕极芯（2），

收容于所述电池壳内、且与所述卷绕极芯的正极焊接的正极集流板（3），

收容于所述电池壳内、且与所述卷绕极芯的负极焊接的负极集流板（4），

设于所述电池壳轴向底端的负极端子（5），以及

设于所述电池壳轴向顶端的正极端子（6）；

其特征在于，所述正极集流板（3）朝向所述正极端子（6）的那一侧焊接一正极引流板（7），所述正极引流板（7）的厚度和所述正极端子（6）的厚度同向布置，所述正极端子（6）朝向所述正极集流板（3）的那一侧成型有沿着所述正极集流板（3）厚度方向向内凹陷的、且与所述正极引流板（7）相适配的凹腔（601），所述正极引流板（7）嵌入所述凹腔（601）中从而与所述正极端子（6）导电接触连接；

所述正极集流板（3）的厚度小于2mm，所述正极引流板（7）的厚度为1mm~30mm。

6.根据权利要求5所述的圆柱形电池，其特征在于，所述负极集流板（4）和所述负极端子（5）的厚度同向布置，所述负极集流板（4）朝向所述负极端子（5）的那一侧成型有沿着所述负极集流板厚度方向向外凸出的凸起（401），所述负极端子（5）朝向所述负极集流板（4）的那一侧成型有沿着所述负极端子厚度方向向内凹陷的、且与所述凸起（401）相适配的凹槽（501），所述凸起（401）嵌入所述凹槽（501）中从而使所述负极集流板（4）与所述负极端子（5）导电接触连接；

所述负极集流板（4）的厚度小于1mm。

7.根据权利要求6所述的圆柱形电池，其特征在于，所述负极端子（5）与所述电池壳（1）分体焊接，所述负极集流板（4）与所述负极端子（5）焊接，所述正极端子（6）与所述正极引流板（7）焊接，所述正极端子（6）与所述电池壳（1）之间设置有密封圈（9）。

8.一种如权利要求7所述圆柱形电池的制法，其特征在于，包括：

1）提供电池壳（1）、卷绕极芯（2）、正极集流板（3）、负极集流板（4）、正极端子（6）、负极端子（5）、正极引流板（7）和密封圈（8），其中电池壳（1）的一端制有滚槽；

2）焊接正极引流板（7）与正极集流板（3），采用端面焊工艺将正极集流板（3）和负极集流板（4）分别焊接在卷绕极芯（2）的两端部；

3）将经过步骤2）处理后的带有正极集流板（3）、负极集流板（4）和正极集流板（3）的卷绕极芯（2）放入电池壳（1）内，并且使正极集流板（3）处于电池壳（1）的滚槽端；

4）在滚槽位置依次放入密封圈（8）和正极端子（6），采用机械收口的方法将正极端子（6）和电池壳（1）密封连接在一起，正极集流板（3）嵌入正极端子（6）的凹腔（601）中；

5）借助负极集流板（4）上的凸起（401）和负极端子（5）上的凹槽（501）将负极集流板（4）和负极端子（5）压紧连接，再采用激光焊接工艺将负极集流板（4）和负极端子（5）固定；

6）将经过步骤5）处理的带有负极集流板（4）的负极端子（5）固定至电池壳（1）端部。