CN111900452B - 垂直封口型圆柱电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种垂直封口型圆柱电池，极组置于钢壳内，钢壳内注有电解液，封口结构件以开口朝上的方式放置在钢壳内，密封圈的凹槽配套卡套在封口结构件侧壁上且密封圈外壁与钢壳内壁相紧密接触，钢壳上端超出密封圈部分朝内180°弯折紧密包住密封圈形成封口部，封口结构件的底部与极组的朝上一端相焊接在一起，封口上盖板的基板周边焊接在封口结构件的底部上，安全阀安置在封口上盖板与封口结构件之间形成的空间内，极组的朝下一端与钢壳底部相焊接在一起。还提供了本发明电池的制备方法。本发明电池结构新颖，内阻较低，成本较低，封口强度好，其制备工艺较为简化。

Description

垂直封口型圆柱电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种垂直封口型圆柱电池及其制备方法。

背景技术

圆柱二次电池主要包括钢壳、负极集电体、极组、正极集电体、绝缘环、绝缘胶带、密封圈和盖帽组合，现有的制作工艺一般是：将正极片、隔膜、负极片卷绕成极组并缠胶固定，在极组正极端即正极片超出隔膜部分焊接正极集电体，在极组负极端即负极片超出隔膜部分焊接负极集电体，在极组正极端或负极端放置绝缘环并使用绝缘胶带进行包裹，防止钢壳滚槽部位挤压极组正极端或负极端造成短路，正极集电体或负极集电体的极耳穿过绝缘环，将极组以放置并包裹绝缘环的一端朝上的方式置于钢壳内，将极组朝下一端的负极集电体或正极集电体焊接在钢壳底部上，之后将钢壳进行滚槽，往钢壳内注液，接着将极组朝上一端的正极集电体的极耳或负极集电体的极耳与盖帽组合相焊接，最后压盖帽封口制得电池。这种制备工艺，使用的零部件较多，点焊连接的部件较多，钢壳需要滚槽，滚槽工艺一定程度上会降低钢壳内部可用空间，限制了高容量电池的极组可用空间，而且为了防止钢壳滚槽部位与极组短接，需在滚槽位置设置绝缘胶带和绝缘环，这也一定程度增加了材料成本和操作成本，而且现有制备工艺的封口都采用钢壳水平包边的封口工艺，这种封口工艺，封口包边方向与电池内压方向垂直，受力结构不佳，在电池充电时，随着电池内部压力的升高，可能会冲破钢壳包边封口的封口力，从而破坏钢壳包边封口，最终造成电池漏液，甚至电池爆炸。

发明内容

本发明旨在提供一种结构新颖、内阻较低、成本较低、封口强度好的垂直封口型圆柱电池。还提供本发明垂直封口型圆柱电池的制备方法，工艺较为简化。

本发明通过以下方案实现：

一种垂直封口型圆柱电池，包括正极片、负极片、隔膜和钢壳，所述正极片、隔膜、负极片以正极片、负极片相错位且正极片极带所在一侧超出隔膜、负极片极带所在一侧超出隔膜的方式卷绕成极组，所述极组置于钢壳内，钢壳内注有电解液，还包括封口结构件、封口上盖板、安全阀和密封圈，所述封口结构件为底部封闭的圆筒结构，所述封口结构件的底部开设有排气孔且排气孔与极组中心孔即极组卷绕成型后由卷绕针形成的孔相正对，所述封口上盖板包括圆形基板，所述基板的中间位置朝上拱起形成圆筒凸起部分，所述密封圈包括本体，所述本体为顶部、底部均未封闭的圆筒结构，所述本体的底部开设有连为一圈的环形凹槽，所述封口结构件以开口朝上的方式放置在钢壳内，所述密封圈的凹槽配套卡套在封口结构件侧壁上且密封圈外壁与钢壳内壁相紧密接触，所述钢壳上端超出密封圈部分朝内180°弯折紧密包住密封圈形成封口部，所述封口结构件的底部朝下一面与极组的朝上一端相焊接在一起，所述封口上盖板的基板周边焊接在封口结构件的底部朝上一面上且封口上盖板的圆筒凸起部分与封口结构件的排气孔相正对连通，所述安全阀以上下压缩状态安置在封口上盖板的圆筒凸起部分与封口结构件的底部之间形成的空间内，所述安全阀的顶部抵住封口上盖板的圆筒凸起部分的顶部、安全阀的底部完全盖住封口结构件的排气孔且安全阀的周边与封口上盖板的圆筒凸起部分的内壁之间留有空隙，所述极组的朝下一端与钢壳底部相焊接在一起。

进一步地，所述密封圈的凹槽的朝外侧壁的高度高于朝内侧壁的高度且凹槽的朝外侧壁的高度等于封口结构件的高度，所述密封圈内壁底部垂直设置有朝内边沿。凹槽朝外侧壁的高度设置的高些，可以更好地起绝缘作用，避免钢壳与封口结构件侧壁接触短路；边沿的设置，可以避免钢壳上端在弯折180°后与封口结构件相接触短路。

进一步地，所述封口上盖板的基板位于圆筒凸起部分底部周边的位置上开设有至少一个泄气孔。泄气孔的数量可根据需要进行设计，一般设计数量为2～5个。

为保证钢壳轻量化的同时保证钢壳底部与极组的负极片超出隔膜部分的焊接强度，所述钢壳底部的厚度比钢壳侧壁的厚度0.1～0.2mm。

一种如上所述的垂直封口型圆柱电池的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将制备好的正极片、隔膜、负极片以正极片、负极片相错位且正极片极带所在一侧超出隔膜、负极片极带所在一侧超出隔膜的方式卷绕成极组，将极组缠绕固定后置于钢壳内，使得极组的朝下一端与钢壳底部相接触；正极片、负极片按现有端面焊电池的正极片、负极片的制备工艺进行，即若正极片、负极片的集流体为镀镍冲孔钢带时，可直接将正极片、负极片的一侧留出白边作为正极片、负极片的极带，不再需要另外焊接一条极带；若正极片、负极片的集流体为泡沫镍时，则在正极片、负极片的一侧留出白边并在白边上焊上一条极带，极带的材质为镍带或镀镍带，极带作为与封口结构件、钢壳底部相焊接的部件；极组按现有端面焊电池的极组的制备工艺进行；极组置于钢壳内后，极组的朝上一端可以是正极端即正极片超出隔膜部分，也可以是负极端即负极片超出隔膜部分，若极组朝上一端为正极端，则封口上盖板及封口结构件作为电池的正极输出端，钢壳作为电池的负极输出端，相应地极组最外圈与钢壳内壁接触的为负极片；若极组朝上一端为负极端，则封口上盖板及封口结构件作为电池的负极输出端，钢壳作为电池的正极输出端，相应地极组最外圈与钢壳内壁接触的为正极片；

(2)先将密封圈的凹槽配套卡套在封口结构件侧壁上，之后将密封圈和封口结构件一起以封口结构件开口朝上的方式放置在钢壳内，使得密封圈外壁与钢壳内壁相紧密接触，封口结构件底部与极组朝上一端相接触，且钢壳上端部分超出密封圈，接着将封口结构件的底部朝下一面与极组的朝上一端相焊接在一起，将极组的朝下一端与钢壳底部相焊接在一起，之后将钢壳上端超出密封圈部分朝内180°弯折紧密包住密封圈形成封口部，接着通过封口结构件的排气孔往钢壳内注入电解液；

(3)先将安全阀放置在封口结构件的底部朝上一面上，使得安全阀的底部完全盖住封口结构件的排气孔，之后将封口上盖板的圆筒凸起部分罩住并挤压安全阀，使得安全阀上下压缩，安全阀的顶部抵住封口上盖板的圆筒凸起部分的顶部且安全阀的周边与封口上盖板的圆筒凸起部分的内壁之间留有空隙，最后将封口上盖板的基板周边与封口结构件的底部朝上一面焊接在一起。

步骤(2)、(3)中涉及的焊接方式可采用激光焊接等方式。

本发明的垂直封口型圆柱电池，结构新颖，不需要正极集电体、负极集电体、滚槽部位的绝缘环、绝缘胶带等，减少了零部件成本，从而降低制作成本，通过减少正极集电体、负极集电体、滚槽部位的绝缘环的使用，提高了钢壳内部的高度方向可用空间，可降低电池整体高度，也可提高电池容量；封口结构件与极组的朝上一端直接焊接在一起，钢壳底部与极组的朝下一端直接焊接在一起，焊接接触面积增大，同时因减少了负极集电体、正极集电体等材料本身的内阻和焊接内阻，使得电池整体内阻大为降低，同时也提高了电池大电流充放电性能，直接将钢壳上端超出密封圈部分朝内180°弯折紧密包住密封圈形成封口部，封口部受力结构优于水平包边封口结构，封口强度好。本发明的垂直封口型圆柱电池的制备方法，不需要焊接正极集电体、负极集电体的工序，不需要对钢壳进行滚槽，删除了在极组朝上一端放置绝缘环、贴绝缘胶带的步骤，工艺较为简化。

附图说明

图1为实施例1中垂直封口型圆柱电池的结构示意图；

图2为实施例1中垂直封口型圆柱电池的剖面图；

图3为实施例1中垂直封口型圆柱电池的顶部剖面局部放大图；

图4为实施例1中垂直封口型圆柱电池的底部剖面局部放大图；

图5(a)为实施例1中封口上盖板的结构示意图(一)；

图5(b)为实施例1中封口上盖板的结构示意图(二)；

图6(a)为实施例1中密封圈的结构示意图(一)；

图6(b)为实施例1中密封圈的结构示意图(二)。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

实施例1

一种垂直封口型圆柱电池，如图1、图2、图3、图4所示，包括正极片1、负极片2、隔膜3、钢壳4、封口结构件5、封口上盖板6、安全阀7和密封圈8，钢壳4底部的厚度比钢壳4侧壁的厚度厚0.1mm，正极片1、隔膜3、负极片2以正极片1、负极片2相错位且正极片1极带所在一侧超出隔膜3、负极片2极带所在一侧超出隔膜3的方式卷绕成极组9，极组最外圈与钢壳内壁接触的为负极片，极组9以正极端即正极片1超出隔膜3部分朝上的方式置于钢壳4内，钢壳4内注有电解液，封口结构件5为底部封闭的圆筒结构，封口结构件5的底部中间位置开设有排气孔51且排气孔51与极组9中心孔即极组卷绕成型后由卷绕针形成的孔相正对，如图5(a)、图5(b)所示，封口上盖板6包括圆形基板61，基板61的中间位置朝上拱起形成圆筒凸起部分62，基板61位于圆筒凸起部分62底部周边的位置上开设有三个均匀分布的泄气孔63；如图6(a)、图6(b)所示，密封圈8包括本体81，本体81为顶部、底部均未封闭的圆筒结构，本体81的底部开设有连为一圈的环形凹槽82，凹槽82的朝外侧壁的高度高于朝内侧壁的高度，密封圈8内壁底部垂直设置有朝内边沿83；封口结构件5以开口朝上的方式放置在钢壳4内，密封圈8的凹槽82配套卡套在封口结构件5侧壁上且密封圈8外壁与钢壳4内壁相紧密接触，钢壳4上端超出密封圈8部分朝内180°弯折紧密包住密封圈8形成封口部，封口结构件5的底部朝下一面与极组9的朝上一端即正极端(正极片超出隔膜部分)相焊接在一起，封口上盖板6的基板61周边焊接在封口结构件5的底部朝上一面的中间位置上且封口上盖板6的圆筒凸起部分62与封口结构件5的排气孔51相正对连通，安全阀7以上下压缩状态安置在封口上盖板6的圆筒凸起部分62与封口结构件5的底部之间形成的空间内，安全阀7的顶部抵住封口上盖板6的圆筒凸起部分62的顶部、安全阀7的底部完全盖住封口结构件5的排气孔51且安全阀7的周边与封口上盖板6的圆筒凸起部分62的内壁之间留有空隙，极组9的朝下一端即负极端(负极片超出隔膜部分)与钢壳4底部相焊接在一起。

实施例1所述的垂直封口型圆柱电池的制备方法，按以下步骤进行：

(1)将制备好的正极片、隔膜、负极片以正极片、负极片相错位且正极片极带所在一侧超出隔膜、负极片极带所在一侧超出隔膜的方式卷绕成极组，极组最外圈与钢壳内壁接触的为负极片，将极组缠绕固定后以正极端即正极片超出隔膜部分朝上的方式置于钢壳内，使得极组的朝下一端即负极端(负极片超出隔膜部分)与钢壳底部相接触；

(2)先将密封圈的凹槽配套卡套在封口结构件侧壁上，之后将密封圈和封口结构件一起以封口结构件开口朝上的方式放置在钢壳内，使得密封圈外壁与钢壳内壁相紧密接触，封口结构件底部与极组朝上一端即正极端相接触，且钢壳上端部分超出密封圈，接着将封口结构件的底部朝下一面与极组的朝上一端即正极端(正极片超出隔膜部分)采用激光焊接的方式相焊接在一起，将极组的朝下一端即负极端(负极片超出隔膜部分)与钢壳底部采用激光焊接的方式相焊接在一起，之后将钢壳上端超出密封圈部分朝内180°弯折紧密包住密封圈形成封口部，接着通过封口结构件的排气孔往钢壳内注入电解液；

(3)先将安全阀放置在封口结构件的底部朝上一面的中间位置上，使得安全阀的底部完全盖住封口结构件的排气孔，之后将封口上盖板的圆筒凸起部分居中罩住并挤压安全阀，使得安全阀上下压缩，安全阀的顶部抵住封口上盖板的圆筒凸起部分的顶部且安全阀的周边与封口上盖板的圆筒凸起部分的内壁之间留有空隙，最后将封口上盖板的基板周边与封口结构件的底部朝上一面采用激光焊接的方式焊接在一起。

实施例2

一种垂直封口型圆柱电池，其结构与实施例1中的垂直封口型圆柱电池的结构相类似，其不同之处在于：钢壳底部的厚度比钢壳侧壁的厚度厚0.2mm，极组最外圈与钢壳内壁接触的为正极片，极组以负极端即负极片超出隔膜部分朝上的方式置于钢壳内，即极组置于钢壳内后的朝上一端为负极端，封口结构件的底部朝下一面与极组的朝上一端即负极端(负极片超出隔膜部分)相焊接在一起，极组的朝下一端即正极端(正极片超出隔膜部分)与钢壳底部相焊接在一起。

实施例2所述的垂直封口型圆柱电池的制备方法，其步骤与实施例1所述的垂直封口型圆柱电池的制备方法的步骤基本相同，其不同之处在于：

1、步骤(1)中，极组最外圈与钢壳内壁接触的为正极片，将极组缠绕固定后以负极端即负极片超出隔膜部分朝上的方式置于钢壳内，使得极组的朝下一端即正极端(正极片超出隔膜部分)与钢壳底部相接触；

2、步骤(2)中，封口结构件底部与极组朝上一端即负极端(负极片超出隔膜部分)相接触，将封口结构件的底部朝下一面与极组的朝上一端即负极端(负极片超出隔膜部分)采用激光焊接的方式相焊接在一起，将极组的朝下一端即正极端(正极片超出隔膜部分)与钢壳底部采用激光焊接的方式相焊接在一起。

Claims (5)

1.一种垂直封口型圆柱电池，包括正极片、负极片、隔膜和钢壳，所述正极片、隔膜、负极片以正极片、负极片相错位且正极片极带所在一侧超出隔膜、负极片极带所在一侧超出隔膜的方式卷绕成极组，所述极组置于钢壳内，钢壳内注有电解液，其特征在于：还包括封口结构件、封口上盖板、安全阀和密封圈，所述封口结构件为底部封闭的圆筒结构，所述封口结构件的底部开设有排气孔且排气孔与极组中心孔相正对，所述封口上盖板包括圆形基板，所述基板的中间位置朝上拱起形成圆筒凸起部分，所述密封圈包括本体，所述本体为顶部、底部均未封闭的圆筒结构，所述本体的底部开设有连为一圈的环形凹槽，所述封口结构件以开口朝上的方式放置在钢壳内，所述密封圈的凹槽配套卡套在封口结构件侧壁上且密封圈外壁与钢壳内壁相紧密接触，所述钢壳上端超出密封圈部分朝内180°弯折紧密包住密封圈形成封口部，所述封口结构件的底部朝下一面与极组的朝上一端相焊接在一起，所述封口上盖板的基板周边焊接在封口结构件的底部朝上一面上且封口上盖板的圆筒凸起部分与封口结构件的排气孔相正对连通，所述安全阀以上下压缩状态安置在封口上盖板的圆筒凸起部分与封口结构件的底部之间形成的空间内，所述安全阀的顶部抵住封口上盖板的圆筒凸起部分的顶部、安全阀的底部完全盖住封口结构件的排气孔且安全阀的周边与封口上盖板的圆筒凸起部分的内壁之间留有空隙，所述极组的朝下一端与钢壳底部相焊接在一起。

2.如权利要求1所述的垂直封口型圆柱电池，其特征在于：所述密封圈的凹槽的朝外侧壁的高度高于朝内侧壁的高度且凹槽的朝外侧壁的高度等于封口结构件的高度，所述密封圈内壁底部垂直设置有朝内边沿。

3.如权利要求1所述的垂直封口型圆柱电池，其特征在于：所述封口上盖板的基板位于圆筒凸起部分底部周边的位置上开设有至少一个泄气孔。

4.如权利要求1～3任一所述的垂直封口型圆柱电池，其特征在于：所述钢壳底部的厚度比钢壳侧壁的厚度厚0.1～0.2mm。

5.一种如权利要求1～4任一所述的垂直封口型圆柱电池的制备方法，其特征在于：按以下步骤进行：

(1)将制备好的正极片、隔膜、负极片以正极片、负极片相错位且正极片极带所在一侧超出隔膜、负极片极带所在一侧超出隔膜的方式卷绕成极组，将极组缠绕固定后置于钢壳内，使得极组的朝下一端与钢壳底部相接触；

(2)先将密封圈的凹槽配套卡套在封口结构件侧壁上，之后将密封圈和封口结构件一起以封口结构件开口朝上的方式放置在钢壳内，使得密封圈外壁与钢壳内壁相紧密接触，封口结构件底部与极组朝上一端相接触，且钢壳上端部分超出密封圈，接着将封口结构件的底部朝下一面与极组的朝上一端相焊接在一起，将极组的朝下一端与钢壳底部相焊接在一起，之后将钢壳上端超出密封圈部分朝内180°弯折紧密包住密封圈形成封口部，接着通过封口结构件的排气孔往钢壳内注入电解液；

(3)先将安全阀放置在封口结构件的底部朝上一面上，使得安全阀的底部完全盖住封口结构件的排气孔，之后将封口上盖板的圆筒凸起部分罩住并挤压安全阀，使得安全阀上下压缩，安全阀的顶部抵住封口上盖板的圆筒凸起部分的顶部且安全阀的周边与封口上盖板的圆筒凸起部分的内壁之间留有空隙，最后将封口上盖板的基板周边与封口结构件的底部朝上一面焊接在一起。

Images