CN113809443A - 一种圆柱型铝壳电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种圆柱型铝壳电池及其制造方法,属于新能源汽车储能动力电池技术领域。其包括铝壳、全极耳卷芯、正极集流盘组件、正/负极盖板、负极集流盘组件，焊接好正极集流盘组件和负极集流盘组件的全极耳卷芯位于铝壳中，分别在正极端安装有正极盖板，在负极端安装有负极盖板，正负极盖板均为铝制，且结构完全相同，正极盖板与铝壳的周边通过激光焊方式焊接在一起，负极盖板与铝壳的周边通过激光焊方式焊接在一起。本发明提高电池大电流充放电性能。简化电池配件，降低成本。减少电池中非活性物质空间，提高电池的体积比能量和重量比能量。实现密封化成工艺同时又将化成产气排除；简化化成设备结构，降低环境控制成本。工作环境清洁、无污染。

Description

一种圆柱型铝壳电池及其制造方法
技术领域
本申请涉及一种圆柱型铝壳电池及其制造方法,具体地涉及一种高性价比圆柱型铝壳电池及其制造方法，属于新能源汽车储能动力电池技术领域。
背景技术
动力锂或钠离子电池作为动力能量的提供者已在新能源交通工具、储能中达到广泛应用，目前，动力电池主要技术路线包括大圆柱、软包、方形三种技术路线。除了软包装电池技术圆满地解决了化成产气、排气技术外，大圆柱、方形铝壳电池的注液后化成排气问题，使得制造工艺复杂相应设备实现难度大，尤其，化成时，负压嘴与注液口之间的密封不可靠，易造成电解液遗漏，腐蚀化成设备的触点，导致设备故障率高，频繁更换昂贵的触点，同时，本工序要求的制造环境露点低，制造成本较高。
发明内容
因此，本发明针对行业痛点，设计的电池正/负极集流盘组件，使得电池在注液后，在密封状态下化成，化成时产生的气体暂时储存在电池内部的空隙间，待化成完成后，再用针头刺穿密封件，抽真空将化成产生的气体带走，然后，拔出针头，密封件自然复位密封。同时，该正/负极集流盘组件与铝壳、正负极盖板配合，可同时实现密封、大电流输出、比能量提高等功能。由此，本发明可：1、提高电池大电流充放电性能。2、简化电池配件，降低成本。3、减少电池中非活性物质空间，提高电池的体积比能量和重量比能量。4、实现密封化成工艺同时又可排除化成工序产生的气体；5、简化化成设备结构，降低环境控制成本。
本申请提出一种圆柱型铝壳电池，其包括铝壳、全极耳卷芯、正极集流盘组件、正/负极盖板、负极集流盘组件，焊接好正极集流盘组件和负极集流盘组件的全极耳卷芯位于铝壳中，分别在正极端安装有正极盖板，在负极端安装有负极盖板，正负极盖板均为铝制，且结构完全相同，正极盖板与铝壳的周边通过激光焊方式焊接在一起，负极盖板与铝壳的周边通过激光焊方式焊接在一起。
进一步，上述圆柱型铝壳电池，正极集流盘组件包括：正极集流盘、正极托板、正极密封件，正极集流盘包括圆形焊接区及中心凸起区，正极集流盘具有正极集流盘开孔，正极托板具有正极托板开孔，正极密封件位于正极集流盘中心凸起区内，介于正极托板与正极集流盘中心区之间，且正极托板与正极集流盘焊接在一起；负极集流盘组件包括：负极集流盘、负极托板、负极密封件，负极集流盘包括圆形焊接区及中心凸起区，负极集流盘具有负极集流盘开孔，负极托板具有负极托板开孔，负极密封件位于负极集流盘中心凸起区内，介于负极托板与负极集流盘中心区之间，且负极托板与负极集流盘焊接在一起。
进一步，上述圆柱型铝壳电池，还包括阻挡激光焊接过程产生的飞溅以避免飞溅物进入全极耳卷芯内部的集流盘保护罩，正极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的正极端，负极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的负极端。
进一步，上述圆柱型铝壳电池，还包括中心管，中心管在正极、负极与隔膜卷绕时直接卷入，或者在全极耳卷芯做好后放入。
进一步，上述圆柱型铝壳电池，在正极集流盘中心区上安装有密封圈、绝缘垫，使正极盖板与正极集流盘中心区间实现密封；在负极集流盘中心区上安装有密封圈、绝缘垫，使负极盖板与负极集流盘中心区间实现密封；正极引出端子与正极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封；负极引出端子与负极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封。
进一步，上述圆柱型铝壳电池，正极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的正极端，焊接区域为正极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状；负极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的负极端，焊接区域为负极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状。
进一步，上述圆柱型铝壳电池，电池烘干后，把针头通过正极集流盘开孔贯穿插入正极端的密封件，针头从正极托板开孔伸出，注入电解液，然后抽出针头，焊接密封片。
进一步，上述圆柱型铝壳电池，化成后，把针头通过负极集流盘开孔贯穿插入负极端的密封件，针头从负极托板开孔伸出，负压抽出化成产生的气体，并补加适量电解液，然后抽出针头，焊接密封片。
本申请还提供一种圆柱型铝壳电池的制造方法，在正负极集流盘上的密封件上用针头进行电解液注入或排气。
进一步，上述制造方法，具体包括如下步骤：
(1)制造全极耳卷芯，中心管在正极、负极与隔膜卷绕时直接卷入或者在全极耳卷芯做好后放入；
(2)正极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的正极端，焊接区域为正极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状；
(3)负极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的负极端，焊接区域为负极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状；
(4)集流盘保护罩可以阻挡激光焊接过程产生的飞溅，避免飞溅物进入全极耳卷芯内部；
5)把焊接好正极集流盘组件和负极集流盘组件的全极耳卷芯装入铝壳中；
(6)分别在正极端安装正极盖板，在负极端安装负极盖板，正负极盖板均为铝制，且结构完全相同；
(7)用激光焊焊接正极盖板与铝壳的周边，再用激光焊焊接负极盖板与铝壳的周边。焊接顺序可以调整，也可先焊接负极端；
(8)在正极集流盘中心区上安装密封圈、绝缘垫，使正极盖板与正极集流盘中心区间实现密封；在负极集流盘中心区上安装密封圈、绝缘垫，使负极盖板与负极集流盘中心区间实现密封；安装顺序可以调整，也可先安装负极端；
(9)将正极引出端子与正极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封；将负极引出端子与负极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封；焊接顺序可以调整，也可先焊接负极端；
(10)电池烘干后，把针头通过正极集流盘开孔贯穿插入正极端的密封件，针头从正极托板开孔伸出，注入电解液，然后抽出针头，焊接密封片；
(11)化成后，把针头通过负极集流盘开孔贯穿插入负极端的密封件，针头从负极托板开孔伸出，负压抽出化成产生的气体，并补加适量电解液，然后抽出针头，焊接密封片。
本申请具有如下的技术效果和优点：
1、正负集流盘组件兼具全极耳电池端面焊接及电池输出端子的功能，结构集成度高，减少电池内部的非活性物质空间，可显著提高电池的体积比能量和重量比能量。
2、正负集流盘组件满足大电流使用，比功率高。
3、正负集流盘组件均为冲压件，生产效率高、成本低。
4、集流盘保护罩可避免激光焊接的飞溅物进入电池，提高了电池品质，减少了短路、微短路隐患。
5、在正负极集流盘上的密封件上用针头进行电解液注入或排气，使电池实现密封化成，工艺简单、电池免清洗、降低了化成设备的成本、降低了低露点环境控制的制造成本。
6、工作环境清洁、无污染。
附图说明
图1为本发明的电池的产品图。
图2为本发明的电池的总爆炸图。
图3为本发明的正极集流盘组件的示意图。
图4为本发明的负极集流盘组件的示意图。
图5为本发明的正负集流组件与全极耳电池焊接后的示意图。
图6为本发明的全极耳卷芯与正(负)集流盘组件的端面焊接示意图。
图7为本发明的焊接正负极集流盘组件后的全极耳卷芯入壳示意图。
图8为本发明的电池安装正负极盖板示意图。
图9为本发明的电池正负极盖板与铝壳两端的周边焊示意图。
图10为本发明的电池正负极集流盘中心区安装密封圈绝缘垫的示意图。
图11为本发明的电池正负极集流盘中心区与正负极引出端子周边焊接的示意图。
图12为本发明的电池正极端注液示意图。
图13(1)和13(2)为本发明的电池正极端周边焊接密封片的示意图，其中图13(1)为本发明的电池正极端周边焊接前密封片的示意图，图13(2)为本发明的电池正极端周边焊接时或之后密封片的示意图。
图14为本发明的电池负极端抽真空及补加电解液的示意图。
图15为本发明的正极组件的另一种结构形式的示意图。
图16为本发明的负极组件的另一种结构形式的示意图。
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。
在图中，1为铝壳、2为全极耳卷芯、3为正极集流盘组件(铝)、4为正/负集流盘保护罩、5为正/负极盖板(铝)、6为密封圈、7为密封片、8为正/负极引出端子(铝)、9为绝缘垫、10为负极集流盘组件(铜)、11为中心管。
如图所示，本发明设计的圆柱电池，包括铝壳1、全极耳卷芯2、正极集流盘组件(铝)3、正/负集流盘保护罩4、正/负极盖板(铝)5、密封圈6、密封片7、正/负极引出端子(铝)8、绝缘垫9、负极集流盘组件(铜)10、中心管11。
正极集流盘组件3包括：正极集流盘3-1、正极托板3-2、正极密封件3-3。正极集流盘包括圆形焊接区3-1-2及中心凸起区3-1-3。正极集流盘开孔3-1-1、正极托板开孔3-2-1。密封件3-3位于正极集流盘中心凸起区3-1-3内，介于正极托板3-2与正极集流盘中心区3-1-3之间，且正极托板与正极集流盘焊接在一起(未图示)。
负极集流盘组件10包括：负极集流盘10-1、负极托板10-2、负极密封件10-3。负极集流盘包括圆形焊接区10-1-2及中心凸起区10-1-3。负极集流盘开孔10-1-1、负极托板开孔10-2-1。负极密封件10-3位于负极集流盘中心凸起区10-1-3内，介于负极托板10-2与负极集流盘中心区10-1-3之间，且负极托板与负极集流盘焊接在一起(未图示)。
中心管11可在正极、负极与隔膜卷绕时直接卷入，也可在全极耳卷芯做好后放入。
正极集流盘组件3及集流盘保护罩4组合后，焊接在全极耳卷芯2的正极端，焊接区域为正极集流盘圆形焊接区3-1-2，其焊接区域可以设计成各种形状。
负极集流盘组件10及集流盘保护罩4组合后，焊接在全极耳卷芯2的负极端，焊接区域为负极集流盘圆形焊接区10-1-2，其焊接区域可以设计成各种形状。
集流盘保护罩4可以阻挡激光焊接过程产生的飞溅，避免飞溅物进入全极耳卷芯内部。
把焊接好正极集流盘组件和负极集流盘组件的全极耳卷芯装入铝壳1中。
分别在正极端安装正极盖板5，在负极端安装负极盖板5，正负极盖板均为铝制，且结构完全相同。
用激光焊焊接正极盖板5与铝壳1的周边，再用激光焊焊接负极盖板5与铝壳1的周边；焊接顺序可以调整，也可先焊接负极端。
在正极集流盘中心区3-1-3上安装密封圈6、绝缘垫9，使正极盖板与正极集流盘中心区3-1-3间实现密封；在负极集流盘中心区10-1-3上安装密封圈6、绝缘垫9，使负极盖板与负极集流盘中心区3-1-3间实现密封；安装顺序可以调整，也可先安装负极端。
将正极引出端子8与正极集流盘中心区3-1-3的上缘圆周激光焊接密封；将负极引出端子8与负极集流盘中心区10-1-3的上缘圆周激光焊接密封；焊接顺序可以调整，也可先焊接负极端。
电池烘干后，把针头通过正极集流盘开孔3-1-1贯穿插入正极端的密封件，针头从正极托板开孔3-2-1伸出，注入电解液，然后抽出针头，焊接密封片7。
化成后，把针头通过负极集流盘开孔10-1-1贯穿插入负极端的密封件，针头从负极托板开孔10-2-1伸出，负压抽出化成产生的气体，并补加适量电解液，然后抽出针头，焊接密封片7。
具体制造过程如下：
(1)制造全极耳卷芯。中心管11可在正极、负极与隔膜卷绕时直接卷入，也可在全极耳卷芯做好后放入。
(2)正极集流盘组件3及集流盘保护罩4组合后，焊接在全极耳卷芯2的正极端，焊接区域为正极集流盘圆形焊接区3-1-2，其焊接区域可以设计成各种形状。
(3)负极集流盘组件10及集流盘保护罩4组合后，焊接在全极耳卷芯2的负极端，焊接区域为负极集流盘圆形焊接区10-1-2，其焊接区域可以设计成各种形状。
(4)集流盘保护罩4可以阻挡激光焊接过程产生的飞溅，避免飞溅物进入全极耳卷芯内部。
(5)把焊接好正极集流盘组件和负极集流盘组件的全极耳卷芯装入铝壳1中。
(6)分别在正极端安装正极盖板5，在负极端安装负极盖板5，正负极盖板均为铝制，且结构完全相同。
(7)用激光焊焊接正极盖板5与铝壳1的周边，再用激光焊焊接负极盖板5与铝壳1的周边；焊接顺序可以调整，也可先焊接负极端。
(8)在正极集流盘中心区3-1-3上安装密封圈6、绝缘垫9，使正极盖板与正极集流盘中心区3-1-3间实现密封；在负极集流盘中心区10-1-3上安装密封圈6、绝缘垫9，使负极盖板与负极集流盘中心区3-1-3间实现密封；安装顺序可以调整，也可先安装负极端。
(9)将正极引出端子8与正极集流盘中心区3-1-3的上缘圆周激光焊接密封；将负极引出端子8与负极集流盘中心区10-1-3的上缘圆周激光焊接密封；焊接顺序可以调整，也可先安装负极端。
(10)电池烘干后，把针头通过正极集流盘开孔3-1-1贯穿插入正极端的密封件，针头从正极托板开孔3-2-1伸出，注入电解液，然后抽出针头，焊接密封片7。
(11)化成后，把针头通过负极集流盘开孔10-1-1贯穿插入负极端的密封件，针头从负极托板开孔10-2-1伸出，负压抽出化成产生的气体，并补加适量电解液，然后抽出针头，焊接密封片7。
由此，完成高性价比圆柱型铝壳电池的制造。
实施例1(图1～图14)
如图1～图12所示，本发明设计的圆柱电池，包括铝壳1、全极耳卷芯2、正极集流盘组件(铝)3、正/负集流盘保护罩4、正/负极盖板(铝)5、密封圈6、密封片7、正/负极引出端子(铝)8、绝缘垫9、为负极集流盘组件(铜)10、中心管11。
正负集流盘组件中的正/负极托板的结构如图3、图4所示为U形结构。
实施例2(图15、图16)
如图15、图16所示，正负集流组件中的正/负极托板的结构不同，图15、图16为平板式。图3、图4为U形结构。以上只是正/负极托板的两种形式，目的是固定压紧内部的密封件，其结构形状可不局限于上述两种。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种圆柱型铝壳电池，其特征在于，其包括铝壳、全极耳卷芯、正极集流盘组件、正/负极盖板、负极集流盘组件，焊接好正极集流盘组件和负极集流盘组件的全极耳卷芯位于铝壳中，分别在正极端安装有正极盖板，在负极端安装有负极盖板，正负极盖板均为铝制，且结构完全相同，正极盖板与铝壳的周边通过激光焊方式焊接在一起，负极盖板与铝壳的周边通过激光焊方式焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的圆柱型铝壳电池，其特征在于，正极集流盘组件包括：正极集流盘、正极托板、正极密封件，正极集流盘包括圆形焊接区及中心凸起区，正极集流盘具有正极集流盘开孔，正极托板具有正极托板开孔，正极密封件位于正极集流盘中心凸起区内，介于正极托板与正极集流盘中心区之间，且正极托板与正极集流盘焊接在一起；负极集流盘组件包括：负极集流盘、负极托板、负极密封件，负极集流盘包括圆形焊接区及中心凸起区，负极集流盘具有负极集流盘开孔，负极托板具有负极托板开孔，负极密封件位于负极集流盘中心凸起区内，介于负极托板与负极集流盘中心区之间，且负极托板与负极集流盘焊接在一起。
3.根据权利要求2所述的圆柱型铝壳电池，其特征在于，还包括阻挡激光焊接过程产生的飞溅以避免飞溅物进入全极耳卷芯内部的集流盘保护罩，正极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的正极端，负极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯2的负极端。
4.根据权利要求2所述的圆柱型铝壳电池，其特征在于，在正极集流盘中心区上安装有密封圈、绝缘垫，使正极盖板与正极集流盘中心区间实现密封；在负极集流盘中心区上安装有密封圈、绝缘垫，使负极盖板与负极集流盘中心区间实现密封；正极引出端子与正极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封；负极引出端子与负极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封。
5.根据权利要求4所述的圆柱型铝壳电池，其特征在于，正极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的正极端，焊接区域为正极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状；负极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的负极端，焊接区域为负极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状。
6.根据权利要求5所述的圆柱型铝壳电池，其特征在于，电池烘干后，把针头通过正极集流盘开孔贯穿插入正极端的密封件，针头从正极托板开孔伸出，注入电解液，然后抽出针头，焊接密封片。
7.根据权利要求6所述的圆柱型铝壳电池，其特征在于，化成后，把针头通过负极集流盘开孔贯穿插入负极端的密封件，针头从负极托板开孔伸出，负压抽出化成产生的气体，并补加适量电解液，然后抽出针头，焊接密封片。
8.一种圆柱型铝壳电池的制造方法，其特征在于，在正负极集流盘上的密封件上用针头进行电解液注入或排气。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
(1)制造全极耳卷芯，中心管在正极、负极与隔膜卷绕时直接卷入或者在全极耳卷芯做好后放入；
(2)正极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的正极端，焊接区域为正极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状；
(3)负极集流盘组件及集流盘保护罩组合后，焊接在全极耳卷芯的负极端，焊接区域为负极集流盘圆形焊接区，其焊接区域可以设计成各种形状；
(4)集流盘保护罩可以阻挡激光焊接过程产生的飞溅，避免飞溅物进入全极耳卷芯内部；
5)把焊接好正极集流盘组件和负极集流盘组件的全极耳卷芯装入铝壳中；
(6)分别在正极端安装正极盖板，在负极端安装负极盖板，正负极盖板均为铝制，且结构完全相同；
(7)用激光焊焊接正极盖板与铝壳的周边，再用激光焊焊接负极盖板与铝壳的周边；焊接顺序可以调整，也可先焊接负极端；
(8)在正极集流盘中心区上安装密封圈、绝缘垫，使正极盖板与正极集流盘中心区间实现密封；在负极集流盘中心区上安装密封圈、绝缘垫，使负极盖板与负极集流盘中心区间实现密封；安装顺序可以调整，也可先安装负极端；
(9)将正极引出端子与正极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封；将负极引出端子与负极集流盘中心区的上缘圆周激光焊接密封；焊接顺序可以调整，也可先焊接负极端；
(10)电池烘干后，把针头通过正极集流盘开孔贯穿插入正极端的密封件，针头从正极托板开孔伸出，注入电解液，然后抽出针头，焊接密封片；
(11)化成后，把针头通过负极集流盘开孔贯穿插入负极端的密封件，针头从负极托板开孔伸出，负压抽出化成产生的气体，并补加适量电解液，然后抽出针头，焊接密封片。
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