CN113067061B - 一种锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子电池及其制备方法，所述锂离子电池包括钢壳和放置于钢壳内的电芯，所述钢壳位于封口端一侧的外圈设置有焊接槽，紧贴所述焊接槽底部设置有汇流盘。所述的制备方法包括：钢壳通过滚槽形成焊接槽，使汇流盘与焊接槽的底部接触并进行焊接，制备得到所述的锂离子电池。本发明通过汇流盘与壳体连接，增大了过流面积，减小接触电阻，相比于极耳与钢壳焊接的结构，保证了在大倍率放电情况下的安全性；此外钢壳焊接时，相比铝壳能够使用更低的焊接功率，焊接设备选型更加方便，具有成本低、安全性高和满足大倍率放电的特点。

Description

一种锂离子电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池及其制备方法。

背景技术

随着动力电池行业的快速发展，传统18650/21700电芯已经不能满足能量密度的要求。根据不同的电子产品的要求，锂离子电池可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且还有由几个电池串联和/或并联在一起组成的电池组。其中，以镀镍钢壳为外壳的电池(圆柱钢壳电池)应用更为普遍。主要的原因在于：圆柱钢壳电池具有较大的刚度，抗压力，耐变形，其机械强度要明显优于铝壳电池、塑料壳电池和软包装电池。同时，由于电芯被局限在刚度较好的钢壳内，充放电体积变化不大，更方便模组的空间设计。

目前，大圆柱电池中铝壳圆柱在市场上的应用较为成熟，其负极采用汇流盘与极耳一体式设计，采用内部激光焊接的方式将汇流盘与卷芯、极耳与盖板进行焊接，负极盖板通过与铝壳的激光焊接完成密封，此种结构设计主要存在以下缺点：第一，汇流盘与极耳一体化设计，主要过流的位置为截面积较小的极耳，当电池高倍率放电时，极耳不满足过流要求；第二，铝壳圆柱表面强度较低，导致整体的结构强度较弱，特殊工况下难以有效的保护内部结构；第三，激光焊接时铝对激光的吸收率较低，因此激光焊接时需要更高的能量，其次铝壳表面的高熔点氧化铝会残留在焊缝中，降低整体的焊缝质量；第四，激光焊接时入射材料表面不可避免会产生焊接飞溅，密封后飞溅金属部分残留在电池内导致使用过程中可能造成电池容量大幅度衰减。

CN107248595A公开了一种锂离子电池，包括金属外壳、盖板以及设于金属外壳内的柱状卷芯，柱状卷芯包括正极极片、负极极片及隔离膜，正极极片包括正极浆料涂覆区和正极集流体外露；负极极片包括负极浆料涂覆区和负极集流体外露区；正极极片与负极极片重叠的部分通过隔离膜分隔开，隔离膜的宽度小于柱状卷芯的高度；盖板下方设有正极汇流盘以及绝缘的汇流盘固定架，汇流盘固定架包括套在正极汇流盘和裸露的正极集流体外侧的侧缘绝缘件；锂离子电池封装后，各部件依靠挤压力紧紧抵靠在一起，通过非焊接方式实现物理导通。该电池在组装过程中无焊接操作，存在连接不充分的问题。

CN102683634A公开了一种大容量圆柱形锂离子电池，锂离子电池的电芯卷绕体的极耳位端面进行整形处理，对极耳位端面的箔形体进行高频振荡，并施加压力，使极耳位端面的0.1～6.5mm范围内箔形体被柔化，极耳位端面内正负极的箔形体相互缠结在一起并被压缩。在高频振荡瞬间箔形体刚性大大下降，箔形体与箔形体之间相互缠结在一起并被压缩，单位体积内箔形体的重量密度加大，同时极耳位端面被压缩箔形体的刚性大大增加，为极耳位端面与集流板的激光焊接打下牢固基础，使极耳位端面与集流板的激光焊接有效面积加大和焊接强度提高。

现有圆柱电池均存在结构复杂、焊接质量差和强度低等问题，因此，如何在保证电池具有结构简单和强度高的情况下，还能够满足电池的大倍率放电和焊接工艺简单，成为目前迫切需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池及其制备方法，通过将汇流盘与外壳连接，相比于极耳与钢壳焊接的结构增加了过流面积，保证大倍率放电情况下的安全性，具有安全性能高和可靠性高等特点。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括钢壳和放置于钢壳内的电芯，所述钢壳位于封口端一侧的外圈设置有焊接槽，紧贴所述焊接槽底部设置有汇流盘。

本发明通过汇流盘与壳体连接，增大了过流面积，减小接触电阻，相比于极耳与钢壳焊接的结构，保证了在大倍率放电情况下的安全性；此外钢壳焊接时，相比铝壳能够使用更低的焊接功率，焊接设备选型更加方便，具有成本低、安全性高和满足大倍率放电的特点。

需要说明的是，锂离子电池结构必然包括盖板和其他组件结构，盖板和其他组件结构不是本发明的创新点，本领域技术人员可根据电池设计要求合理选择和增设盖板和其他组件结构，本发明对锂离子电池其他结构不做具体要求和特殊限定。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的电芯为卷绕电芯。

优选地，所述钢壳的材质包括碳素钢。

优选地，所述碳素钢的碳质量含量≤0.1％，例如，碳质量含量为0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.10％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明通过选择钢壳材质为低碳素钢，即碳质量含量≤0.1％，具有更高的结构强度，能够有效地保护电池内部的结构，并且相对于铝壳具有更低的成本和更高的生产效率。

作为本发明的一个优选技术方案，所述钢壳的焊接槽与汇流盘通过焊接连接。

作为本发明的一个优选技术方案，位于所述钢壳的外侧，所述焊接槽与汇流盘的焊接位置设置有防腐层。

优选地，所述防腐层的材质包括光固化涂料。

优选地，所述的光固化涂料包括丙烯酸树脂。

本发明通过在焊接位置设置防腐层，并选用丙烯酸树脂类光固化涂料，保证耐腐蚀性，有效地对焊点位置进行保护，避免钢壳由于焊接造成表面镀层破坏而生锈的问题。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的汇流盘为负极汇流盘。

第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述的锂离子电池的制备方法，所述的制备方法包括：

钢壳通过滚槽形成焊接槽，使汇流盘与焊接槽的底部接触并进行焊接，制备得到所述的锂离子电池。

作为本发明的一个优选技术方案，所述的制备方法具体包括以下步骤：

(Ⅰ)将电芯放入钢壳内并利用夹具固定钢壳，钢壳通过滚槽形成焊接槽，使汇流盘与焊接槽的底部接触；

(Ⅱ)对汇流盘与焊接槽的接触处进行焊接，焊接完成后，在钢壳的外部焊接处设置防腐层，并完成封装，制备得到所述的锂离子电池。

作为本发明的一个优选技术方案，所述焊接的方法为激光焊接。

作为本发明的一个优选技术方案，所述焊接的位置为钢壳的外部。

本发明采用了外部激光焊接技术，使得激光入射位置的焊接飞溅产生在电池的外部，避免焊接飞溅物对电池性能造成影响。

优选地，所述焊接的形式为旋转焊接，所述旋转焊接的焊接路径呈螺旋线式。

优选地，所述焊接的功率为500～700W例如，功率为500W、520W、540W、560W、580W、600W、620W、640W、660W、680W或700W，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明的一个优选技术方案，所述防腐层的设置形式为涂覆。

优选地，所述涂覆后进行紫外线照射固化。

本发明所述的数值范围不仅包括上述例举的点值，还包括没有例举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明通过汇流盘与壳体连接，增大了过流面积，减小接触电阻，相比于极耳与钢壳焊接的结构，保证了在大倍率放电情况下的安全性；此外钢壳焊接时，相比铝壳能够使用更低的焊接功率和强度，焊接设备选型更加方便，此外，通过在焊接位置设置防腐层，保证耐腐蚀性，有效地对焊点位置进行保护，避免钢壳由于焊接造成表面镀层破坏而生锈的问题，本发明具有成本低、安全性高和满足大倍率放电的特点。

附图说明

图1为本发明一个具体实施方式中提供的锂离子电池的结构示意图。

其中，1-钢壳；2-焊接槽；3-汇流盘；4-电芯。

具体实施方式

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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。

需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

在一个具体实施方式中，本发明提供了一种锂离子电池，如图1所示，所述锂离子电池包括钢壳1和放置于钢壳1内的电芯4，钢壳1位于封口端一侧的外圈设置有焊接槽2，紧贴焊接槽2底部设置有汇流盘3。

本发明通过汇流盘3与壳体连接，增大了过流面积，相比于极耳与钢壳焊接的结构，保证了在大倍率放电情况下的安全性；此外钢壳1焊接时，相比铝壳能够使用更低的焊接功率和强度，焊接设备选型更加方便，具有成本低、安全性高和满足大倍率放电的特点。

进一步地，电芯4为卷绕电芯，钢壳1的材质包括碳素钢，碳素钢的碳质量含量≤0.1％。本发明通过选择钢壳1材质为低碳素钢，即碳质量含量≤0.1％，具有更高的结构强度，能够有效地保护电池内部的结构，并且相对于铝壳具有更低的成本和更高的生产效率。

进一步地，钢壳1的焊接槽2与汇流盘3通过焊接连接。位于钢壳1的外侧，焊接槽2与汇流盘3的焊接位置设置有防腐层。更进一步地，防腐层的材质包括丙烯酸树脂类光固化涂料。

本发明通过在焊接位置设置防腐层，并选用丙烯酸树脂类光固化涂料，保证耐腐蚀性，有效地对焊点位置进行保护，避免钢壳1由于焊接造成表面镀层破坏而生锈的问题。

进一步地，汇流盘3为负极汇流盘3。

在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述的锂离子电池的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：

(Ⅰ)将电芯4放入钢壳1内并利用夹具固定钢壳1，钢壳1通过滚槽形成焊接槽2，使汇流盘3与焊接槽2的底部接触；

(Ⅱ)对汇流盘3与焊接槽2的接触处进行激光焊接，焊接方式为在钢壳1的外部采用旋转焊接，旋转焊接的焊接路径呈螺旋线式，焊接功率为500～700W，焊接完成后，在钢壳1的外部焊接处涂覆防腐层并进行紫外线照射固化，完成封装后，制备得到所述的锂离子电池。

实施例1

本实施例提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括钢壳1和放置于钢壳1内的电芯4，钢壳1位于封口端一侧的外圈设置有焊接槽2，紧贴焊接槽2底部焊接连接有汇流盘3。其中，汇流盘3为负极汇流盘3。

进一步地，电芯4为卷绕电芯，钢壳1的材质为碳质量含量0.1％的碳素钢。位于钢壳1的外侧，焊接槽2与汇流盘3的焊接位置设置有防腐层，防腐层的材质包括丙烯酸树脂类光固化涂料。

本实施例还提供了一种上述锂离子电池的制备方法，基于一个具实施方式中所述的制备方法，其中，焊接功率为600W。

实施例2

本实施例提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括钢壳1和放置于钢壳1内的电芯4，钢壳1位于封口端一侧的外圈设置有焊接槽2，紧贴焊接槽2底部焊接连接有汇流盘3。其中，汇流盘3为负极汇流盘3。

进一步地，电芯4为卷绕电芯，钢壳1的材质为碳质量含量0.05％的碳素钢。位于钢壳1的外侧，焊接槽2与汇流盘3的焊接位置设置有防腐层，防腐层的材质包括丙烯酸树脂类光固化涂料。

本实施例还提供了一种上述锂离子电池的制备方法，基于一个具实施方式中所述的制备方法，其中，焊接功率为500W。

实施例3

本实施例提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括钢壳1和放置于钢壳1内的电芯4，钢壳1位于封口端一侧的外圈设置有焊接槽2，紧贴焊接槽2底部焊接连接有汇流盘3。其中，汇流盘3为负极汇流盘3。

进一步地，电芯4为卷绕电芯，钢壳1的材质为碳质量含量0.02％的碳素钢。位于钢壳1的外侧，焊接槽2与汇流盘3的焊接位置设置有防腐层，防腐层的材质包括丙烯酸树脂类光固化涂料。

本实施例还提供了一种上述锂离子电池的制备方法，基于一个具实施方式中所述的制备方法，其中，焊接功率为700W。

对比例1

本对比例提供了一种锂离子电池，与实施例1相比，其区别在于，所述锂离子电池的外壳为铝壳，其余结构和组成与实施例1完全相同。

本对比例中提供的锂离子电池制备方法与实施例1完全相同。

对比例2

本对比例提供了一种锂离子电池，与实施例1相比，其区别在于，所述汇流盘3与焊接槽2不直接连接，通过固定架固定汇流盘3，并采用汇流盘3与极耳一体式设计，其余结构和组成与实施例1完全相同。

本对比例还提供了一种上述锂离子电池的制备方法，所述的制备方法具体包括以下步骤：

(Ⅰ)将电芯4放入钢壳1内并利用夹具固定钢壳1，钢壳1通过滚槽形成焊接槽2，汇流盘3不与钢壳1接触连接；

(Ⅱ)利用固定架对汇流盘3固定，固定后进行封装，制备得到所述的锂离子电池。

通过实施例1与对比例1、2相比，实施例1的安全性能明显优于对比例1、2，由此可以看出，本发明通过汇流盘3与壳体连接，增大了过流面积，相比于极耳与钢壳的焊接结构，保证了在大倍率放电情况下的安全性；此外钢壳1焊接时，相比铝壳能够使用更低的焊接功率和强度，焊接设备选型更加方便，具有成本低、安全性高和满足大倍率放电的特点。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (9)

1.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括钢壳和放置于钢壳内的电芯，其特征在于，所述钢壳位于封口端一侧的外圈设置有焊接槽，紧贴所述焊接槽底部设置有汇流盘；所述钢壳的焊接槽与汇流盘通过焊接连接；

所述钢壳的材质包括碳素钢，所述碳素钢的碳质量含量≤0.1％；

位于所述钢壳的外侧，所述焊接槽与汇流盘的焊接位置设置有防腐层；

所述防腐层的材质包括光固化涂料，所述的光固化涂料包括丙烯酸树脂；

所述锂离子电池采用如下制备方法制得，所述制备方法包括：

(Ⅰ)将电芯放入钢壳内并利用夹具固定钢壳，钢壳通过滚槽形成焊接槽，使汇流盘与焊接槽的底部接触；

(Ⅱ)对汇流盘与焊接槽的接触处进行焊接，焊接完成后，在钢壳的外部焊接处设置防腐层，并完成封装，制备得到所述的锂离子电池；

所述焊接的位置为钢壳的外部。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述的电芯为卷绕电芯。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述的汇流盘为负极汇流盘。

4.一种权利要求1-3任一项所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：

(Ⅰ)将电芯放入钢壳内并利用夹具固定钢壳，钢壳通过滚槽形成焊接槽，使汇流盘与焊接槽的底部接触；

(Ⅱ)对汇流盘与焊接槽的接触处进行焊接，焊接完成后，在钢壳的外部焊接处设置防腐层，并完成封装，制备得到所述的锂离子电池；

所述焊接的位置为钢壳的外部；

所述钢壳的材质包括碳素钢，所述碳素钢的碳质量含量≤0.1％；

所述防腐层的材质包括光固化涂料，所述的光固化涂料包括丙烯酸树脂。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述焊接的方法为激光焊接。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述焊接的形式为旋转焊接，所述旋转焊接的焊接路径呈螺旋线式。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述焊接的功率为500～700W。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述防腐层的设置形式为涂覆。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆后进行紫外线照射固化。

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