CN112531221A - 一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池及其成型工艺 - Google Patents

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张健
王炜娜
郑见杰
杜园
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Abstract

本发明公开了一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池及其成型工艺，属于化学电源技术领域，其特征在于，包括位于电池壳内的：芯骨；卷绕于芯骨上的电芯；设置于电芯上端的负极箔材；设置于电芯下端的正极箔材；连接于电池壳上端口的负极盖；连接于电池壳下端口的正极盖；连接于芯骨上端的负极顶套；连接于芯骨下端的正极顶套；所述正极箔材和负极箔材为筒状结构；负极箔材与负极焊盘固定连接；正极箔材与正极柱固定连接；负极柱自上而下穿过负极盖后与负极焊盘连接；正极柱自下而上穿过正极盖分别与正极顶套、电芯固定连接。本发明沿电芯径向焊接过程中能更好的对电芯进行防护，避免了焊穿、焊接飞溅等对电芯的损伤。

Description

一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池及其成型工艺
技术领域
本发明属于化学电源技术领域，具体涉及一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池及其成型工艺。
背景技术
近年来，随着锂离子电池应用领域的延伸，端面焊结构圆柱型电池因其过流能力强，结构成熟，生产自动化程度高，已广泛应用于动力电池及高功率军用电池领域。公知的端面焊电池的生产工艺，是将一边留白的正负极片和隔膜卷成电芯，电芯的一端是留白的正极端，另一端是留白的负极端。然后对两端整形压缩，使正负极端面形成密实的平面，进而在电芯轴向进行整形端面与正负极集流片或集流柱进行焊接。这种工艺虽能使端面焊接能正常进行，但同时存在两个问题，其一是外露箔材整形过程中容易产生金属碎屑形成多余物进入电芯，有引起电池短路的可能。其二是外露箔材整形后与正负极集流体焊接方向是沿着电芯轴线方向进行，焊接过程中极容易出现焊穿、隔膜过热熔融、焊接飞溅产生多余物等问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提出一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池及其成型工艺，通过将电芯的露白区域经过整型处理后与集流体沿电池径向贴合焊接实现，径向整型时电芯所受的作用力很小，不会产生金属粉屑，也不会使正负极片变形，电芯的露白区域经过整型处理后与集流体贴合的密实性更好，更利于焊接。
本发明的第一目的是提供一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，包括：
电池壳(5)；位于电池壳(5)内的：
芯骨(12)；
卷绕于芯骨(12)上的电芯(2)；所述电芯(2)的高度大于芯骨(12)的高度；
设置于电芯(2)上端的负极箔材(21)；
设置于电芯(2)下端的正极箔材(22)；
连接于电池壳(5)上端口的负极盖(4)；
连接于电池壳(5)下端口的正极盖(14)；
连接于芯骨(12)上端的负极顶套(11)；
连接于芯骨(12)下端的正极顶套(13)；
所述正极箔材(22)和负极箔材(21)为筒状结构；所述负极箔材(21)与负极焊盘(1)固定连接；所述正极箔材(22)与正极柱(3)固定连接；负极柱(8)自上而下穿过负极盖(4)后与负极焊盘(1)连接；正极柱(3)自下而上穿过正极盖(14)分别与正极顶套(13)、电芯(2)固定连接。
优选地：在所述正极箔材(22)和负极箔材(21)上竖向切割有N条切割缝，N为自然数。
优选地：所述电池壳(5)分别与负极盖(4)、正极盖(14)通过激光焊接或电子束焊接。
优选地：所述负极盖(4)与负极柱(8)之间设有密封垫(10)；所述密封垫(10)包括：位于负极盖(4)开口内测的中间段、位于负极盖(4)上表面的上方段、位于负极盖(4)下表面的下方段；所述中间段、上方段和下方段为一体成型结构。
优选地：所述正极柱(3)与正极盖(14)采用焊接密封，或在所述正极盖(14)与正极柱(3)之间设有密封垫(10)，所述密封垫(10)包括：位于正极盖(4)开口内侧的中间段、位于正极极盖(4)上表面的上方段、位于正极盖(4)下表面的下方段；所述中间段、上方段和下方段为一体成型结构。
优选地：所述负极柱(8)上连接有螺母(7)；所述密封垫(10)与螺母(7)之间设有垫片(6)和波垫(9)；密封垫(10)通过波垫(9)进行压紧密封，或通过将负极柱(8)加工成铆钉状进行压铆密封。
优选地：所述负极焊盘(1)与负极柱(8)连接方式为焊接或机械过盈配合或机械柔弹性连接中的一种。
本发明的第二目的是提供一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池的成型工艺，用于制造上述一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，包括如下步骤：
S1、在芯骨(12)上卷绕电芯(2)；卷绕后的电芯(2)上端留白为负极箔材(21)，下端留白为正极箔材(22)；
S2、将正极箔材(22)与正极柱(3)贴合后焊接，将负极箔材(21)与负极焊盘(1)贴合后焊接；
S3、负极焊盘(1)通过焊接或机械过盈配合与穿过密封垫(10)和负极盖(4)的负极柱(8)连接；所述正极柱(3)穿过正极盖(14)并通过焊接方式实现固定密封；
S4、将正极盖(14)、负极盖(4)分别与电池壳(5)进行焊接密封。
优选地，在步骤S1和S2之间还包括如下步骤：
为方便对正极箔材(22)和负极箔材(21)进行整形，采用激光切割、模切、冲切、辊切方式将筒状箔材沿圆周切割成N份。
本申请的有益效果是：
本发明通过将电芯的露白区域经过整型处理后与集流体沿电池径向贴合焊接实现，径向整型时电芯所受的作用力很小，不会产生金属粉屑，也不会使正负极片变形，电芯的露白区域经过整型处理后与集流体贴合的密实性更好，更利于焊接。
本发明沿电芯径向焊接过程中能更好的对电芯进行防护，避免了焊穿、焊接飞溅等对电芯的损伤。
本发明整个电池的导流路径短，过流均匀，有效降低电池内阻。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请优选实施例的整体结构示意图；
图2是本发明优选实施例中留白的筒状正负极箔材进行切割展开后示意图；
图3是本发明优选实施例中电芯整形前留白的筒状正负极箔材无切割时的示意图；
图4是本发明优选实施例中电芯整形前留白的筒状正负极箔材切割成四份的示意图；
图5是本发明优选实施例中电芯整形前留白的筒状正负极箔材切割成多份的示意图；
图6是本发明优选实施例中电芯整形后结构示意图；
图7是本发明优选实施例中电芯与负极焊盘和正极柱连接结构示意图；
图中：1、负极焊盘；2、电芯，3、正极柱；4、负极盖；5、电池壳；6、垫片；7、螺母；8、负极柱；9、波垫；10、密封垫；11、负极顶套；12、芯骨；13、正极顶套；14、正极盖。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
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。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1至图7所示，一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，包括：负极焊盘1、电芯2、正极柱3、负极盖4、电池壳5、垫片6、螺母7、负极柱8、波垫9、密封垫10、负极顶套11、芯骨12、正极顶套13、正极盖14，其中：
所述电芯2的高度大于芯骨12的高度；
负极箔材21设置于电芯2上端；
正极箔材22设置于电芯2下端；
负极盖4连接于电池壳5上端口；
正极盖14连接于电池壳5下端口；
负极顶套11连接于芯骨12上端；
正极顶套13连接于芯骨12下端；
所述正极箔材22和负极箔材21为筒状结构；在所述正极箔材和负极箔材上竖向切割有N条切割缝，N为自然数，显然，当N为0时，则表示不切割，当N为四时，则可以将正极箔材和负极箔材切割为四份；所述负极箔材与负极焊盘1固定连接；所述正极箔材与正极柱固定连接；负极柱自上而下穿过负极盖后与负极焊盘连接；正极柱自下而上穿过正极盖分别与正极顶套、电芯固定连接。
所述电芯沿着芯骨卷绕而成，卷绕后的电芯两端有筒状的留白的正负极箔材，对所述留白的筒状正负极箔材进行整形，然后将整形后的留白筒状整形紧密贴合所述负极焊盘和正极柱进行焊接，负极焊盘通过焊接或机械过盈配合与穿过密封垫和负极盖的负极柱连接，负极柱做为电池负极外接引出端；所述正极柱穿过正极盖并通过焊接方式进行固定密封，正极柱作为电池正极外接引出端。正负极盖与电池壳进行焊接密封。
整形前，可采用激光切割、模切、冲切、辊切等方式将筒状箔材沿圆周切割成四份或更多份以便于整形贴合。
密封垫可通过螺母波垫的方式进行压紧密封，也可以通过将负极柱做成铆钉状进行压铆密封。
整形后的负极筒状箔材与负极焊盘焊接方式为激光焊接或电子束焊接，整形后的正极筒状箔材与正极柱焊接方式为激光焊接或电子束焊接，负极焊盘与负极柱连接方式可以为激光焊接也可以为机械过盈配合或机械柔弹性连接，正极盖与正极柱焊接方式为激光焊接。正负极盖与电池壳焊接方式为激光焊接或电子束焊接。
所述负极焊盘、负极顶套、芯骨与正极顶套和正极柱组成单体电池中心轴支撑。
所述正极柱、正极盖密封也可通过螺母、波垫、密封垫的方式进行压紧密封，也可以通过将正极柱做成铆钉状进行压铆密封。
上述优选实施例中一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池的制造工艺为：
电芯2沿着芯骨12卷绕而成，卷绕后的电芯两端有筒状的留白的正极箔材22和负极箔材21，对留白的筒状正极箔材22和负极箔材21进行切割，然后将切割后的留白筒状整形紧密贴合所述负极焊盘1和正极柱3进行焊接，负极焊盘1通过焊接或机械过盈配合与穿过密封垫10和负极盖4的负极柱8连接，负极柱8做为电池负极外接引出端；所述正极柱3穿过正极盖14并通过焊接方式进行固定密封，正极柱3作为电池正极外接引出端。正极盖14和负极盖4与电池壳5进行焊接密封。
本发明具有如下技术效果：
1.径向整型时电芯所受的作用力很小，不会产生金属粉屑，也不会使正负极片变形，电芯的露白区域经过整型处理后与集流体贴合的密实性更好，更利于激光焊接。
2.沿电芯径向焊接过程中能更好的对电芯进行防护，避免了焊穿、焊接飞溅等对电芯的损伤。
3.整个电池的导流路径短，过流均匀，有效降低电池内阻。
4.充分利用整个极片露白区域导流，过流能力强。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，包括电池壳(5)；其特征在于，还包括位于电池壳(5)内的：
芯骨(12)；
卷绕于芯骨(12)上的电芯(2)；所述电芯(2)的高度大于芯骨(12)的高度；
设置于电芯(2)上端的负极箔材(21)；
设置于电芯(2)下端的正极箔材(22)；
连接于电池壳(5)上端口的负极盖(4)；
连接于电池壳(5)下端口的正极盖(14)；
连接于芯骨(12)上端的负极顶套(11)；
连接于芯骨(12)下端的正极顶套(13)；
所述正极箔材(22)和负极箔材(21)为筒状结构；所述负极箔材(21)与负极焊盘(1)固定连接；所述正极箔材(22)与正极柱(3)固定连接；负极柱(8)自上而下穿过负极盖(4)后与负极焊盘(1)连接；正极柱(3)自下而上穿过正极盖(14)分别与正极顶套(13)、电芯(2)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，其特征在于：在所述正极箔材(22)和负极箔材(21)上竖向切割有N条切割缝，N为自然数。
3.根据权利要求1所述的一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，其特征在于：所述电池壳(5)分别与负极盖(4)、正极盖(14)通过激光焊接或电子束焊接。
4.根据权利要求1所述的一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，其特征在于：所述负极盖(4)与负极柱(8)之间设有密封垫(10)；所述密封垫(10)包括：位于负极盖(4)开口内测的中间段、位于负极盖(4)上表面的上方段、位于负极盖(4)下表面的下方段；所述中间段、上方段和下方段为一体成型结构。
5.根据权利要求1所述的一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，其特征在于：所述正极柱(3)与正极盖(14)采用焊接密封，或在所述正极盖(14)与正极柱(3)之间设有密封垫(10)，所述密封垫(10)包括：位于正极盖(4)开口内侧的中间段、位于正极极盖(4)上表面的上方段、位于正极盖(4)下表面的下方段；所述中间段、上方段和下方段为一体成型结构。
6.根据权利要求4所述的一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，其特征在于：所述负极柱(8)上连接有螺母(7)；所述密封垫(10)与螺母(7)之间设有垫片(6)和波垫(9)；密封垫(10)通过波垫(9)进行压紧密封，或通过将负极柱(8)加工成铆钉状进行压铆密封。
7.根据权利要求1所述的一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，其特征在于：所述负极焊盘(1)与负极柱(8)连接方式为焊接或机械过盈配合或机械柔弹性连接中的一种。
8.一种一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池的成型工艺，用于制造权利要求1-7任一项所述的一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池，其特征在于：包括如下步骤：
S1、在芯骨(12)上卷绕电芯(2)；卷绕后的电芯(2)上端留白为负极箔材(21)，下端留白为正极箔材(22)；
S2、将正极箔材(22)与正极柱(3)贴合后焊接，将负极箔材(21)与负极焊盘(1)贴合后焊接；
S3、负极焊盘(1)通过焊接或机械过盈配合与穿过密封垫(10)和负极盖(4)的负极柱(8)连接；所述正极柱(3)穿过正极盖(14)并通过焊接方式实现固定密封；
S4、将正极盖(14)、负极盖(4)分别与电池壳(5)进行焊接密封。
9.根据权利要求8所述一体化电连接结构的卷绕型锂离子电池的成型工艺，其特征在于，在步骤S1和S2之间还包括如下步骤：
为方便对正极箔材(22)和负极箔材(21)进行整形，采用激光切割、模切、冲切、辊切方式将筒状箔材沿圆周切割成N份。
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