CN114221067B - 一种电池负极结构、电池及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池负极结构、电池及制备方法，其中的一种电池负极结构，包括：具有电芯容纳腔、开口端和封闭端的柱形壳体；电芯容纳腔可容纳电池电芯，开口端用于电池制备过程中放入柱形电芯；封闭端具有沿柱形壳体的轴线方向向电芯容纳腔内部凹陷的第一凹陷部，第一凹陷部为柱形结构，其侧壁与柱形壳体侧壁形成第一窄缝。本发明提供的电池负极结构，采用了新型结构设计，可显著降低电池内阻，从而使得具备该电池负极结构的电池能够较好的适应电池大电流的放电，显著提升提升电池寿命。此外，本发明所提供的电池负极结构简单，可提升电池装配的效率，有效降低电池制作成本。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池负极结构、电池及制备方法。
背景技术
锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料，使用非水电解质溶液的电池。作为一种广泛采用的电池结构，锂电池包括由正极片和负极片卷裹而成的圆柱形电芯，电芯套装于电池壳体内。圆柱形电芯两头分别为正极和负极，并且两头分别设置正极集电盘和负极集电盘以作为电流引出连接端。现有技术中，正极集电盘与负极集电盘可通过上下端分别延申出的正极片和负极片压合而成，或者以金属片分别作为正负极的集电盘，金属片与电芯采用激光环形焊接的方式进行连接。
随着新能源汽车行业的快速发展和普及，新能源汽车为保证驱动动力强劲，大多采用动力电池进行供电，动力电池电流较大。电池在进行大电流放电的过程中，如果内阻偏大，很容易造成电流热效应，造成局部急剧升温，从而造成电池的损坏，比如，造成电池负极连接部件烧断。此外，电流热效应产生较多的热量，也降低了能源转换效率。造成电池内阻过大的因素较多，其中一个最为主要因素就是电池正负极的连接结构不合理而造成。为提升电池的稳定性，在一些现有技术中，通常会将电池的负极集电盘直接与壳体进行焊接。具体焊接方式参阅图1所示，在电池负极的封装工艺中，通常需要先将负极集电盘与电芯焊进行焊接，然后再将负极集电盘与电池壳体底部进行焊接，由此，作为目前一种典型的焊接方式，为提升焊接稳定性，通常先通过激光焊接设备的焊针A穿过电芯B的中心空隙，从内测负极集电盘D与电池壳体C底部进行焊接，然后，再从壳体外部通过激光点焊完成负极集电盘与壳体的外侧焊接，从而完成双面焊接。然而，该焊接方式依然存在负极集电盘与壳体焊接接触面积过小的情况，容易导致内阻偏大，尤其是在面对大电流放电的情况下，由于接触面积较小，电池内阻偏大，经常会出现过热的问题，从而对电池的使用寿命造成了不可忽视的影响。因此，有必要对现有的电池负极结构进行改进，以适应大电流的需求场景。
发明内容
本发明的目的在于至少部分的解决背景技术中所涉及的电池负极结构所存在的问题，提供一种电池负极结构、电池及制备方法，可进一步提升电池在大电流场景下的适用性的。
本发明的目的之一在于提供一种电池负极结构，包括：
具有电芯容纳腔、开口端和封闭端的柱形壳体；
其中，电芯容纳腔可容纳电池电芯；
其中，开口端用于电池制备过程中放入柱形电芯；
其中，封闭端具有沿柱形壳体的轴线方向向电芯容纳腔内部凹陷的第一凹陷部；
其中，第一凹陷部为柱形结构，其侧壁与柱形壳体侧壁形成第一窄缝。
优选的，所述第一凹陷部的高度H为3-8mm。
优选的，所述第一窄缝的宽度均匀，且为1-2mm。
优选的，包括具有集电部和连接部的电芯负极；
所述集电部具有第一金属箔片，第一金属箔片设置于电芯的负极侧；其中，电芯卷为柱状时，第一金属箔片覆盖电芯负极的端部；
或，电芯卷为柱状时，第一金属箔片覆盖电芯负极的端部第一区域；所述端部第一区域为：以端部中心为圆心且以r2为半径的圆形面域；其中，电芯端部半径r1与r2的关系满足：1mm≤r1-r2≤2mm。
优选的，连接部具有第二金属箔片，第二金属箔片设置于电芯的负极侧；其中，电芯卷为柱状时，第二金属箔片覆盖电芯负极的端部第二区域；所述端部第二区域为端部面域除第一区域外的环形区域。
优选的，所述第一金属箔片的厚度d1与第二金属箔片的厚度d2的关系满足：1.5d1≤d2≤3d1。
优选的，包括集电碗头件，所述集电碗头件为碗形结构，设置于电池电芯的负极；
其中，集电碗头件的底部与电芯的负极集电金属贴合并焊接；
其中，集电碗头件的侧壁嵌入第一窄缝；且，第一窄缝挤压夹紧集电碗头件的侧壁。
优选的，第一凹陷部的侧壁与集电碗头件的侧壁焊接连接。
本发明另一目的在于提供一种电池，其具有以上所述的电池负极结构。
本发明还提供一种电池的制备方法，该方法中包括制备以上所述的电池负极结构的步骤。
本发明的显著进步性至少体现在：
本发明提供的电池负极结构，采用了新型结构设计，可有效的增大电池的电芯负极与电池壳体之间的接触面积，显著降低电池内阻，从而使得具备该电池负极结构的电池能够较好的适应电池大电流的放电，极大的降低电池在大电流放电下出现过热问题的概率，显著提升提升电池寿命，能够较好的作为汽车的动力电池。此外，本发明所提供的电池负极结构简单，可提升电池装配的效率，有效降低电池制作成本。
附图说明
图1为现有技术中电池负极的焊接方式示意图；
图2为本申请电池负极结构的一种实施例结构示意图；
图3为本申请中的柱形壳体的封闭端实施例结构示意图；
图4为本申请中的电芯负极集电部的实施例结构示意图；
图5为图4的电芯负极集电部的俯视结构示意图；
图6为本申请中的电芯负极的一种实施例结构示意图；
图7为本申请实施例中集电碗头件的设置结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本发明保护的范围。
结合图1-7所示，本发明提供如下实施例：
参阅图2和图3所示，本实施例提供一种电池负极结构，包括：
具有电芯容纳腔、开口端11和封闭端12的柱形壳体1；
其中，电芯容纳腔可容纳电池电芯，所述电池电芯可以为正极金属片、隔膜和负极金属片卷曲而成的圆柱形电芯；开口端11用于电池制备过程中放入所述圆柱形电芯；
其中，封闭端12具有沿柱形壳体的轴线方向向电芯容纳腔内部凹陷的第一凹陷部121；进一步的，所述第一凹陷部为柱形结构，其侧壁与柱形壳体侧壁形成第一窄缝122。
可以理解的是，本实施例中，所述柱形壳体1采用金属材质，比如钢材，所述第一凹陷部121可采用冲压的方式一体成型。在相关现有技术中，为了便于电芯的封装，电池壳体通常设置为两端开口的金属壳体，电芯装入电池壳体，并在电芯正负极端依次焊接集电部件以及电流引出部件后，两端再通过正负极盖板进行固定密封，该方式通常存在封装过程繁杂，密封结构不稳定等问题。而在本实施例中，柱形壳体的一端直接设置为封闭端，极大的简化了封装结构，可实现快速的封装；此外，所述封闭端12具有第一凹陷部121，第一凹陷部的侧壁与柱形壳体侧壁形成第一窄缝122，通过所述第一窄缝122可方便电池负极与柱形壳体1的连接，也可理解为所述第一窄缝122被设置为用于提供与电池负极连接部件的插入，从而实现电池负极与柱形壳体1的稳定、大面积的接触固定，有助于极大的降低电池内阻，有效解决电池在大电流放电情况下的发热问题。
在一些实施例中，为确保电池负极与柱形壳体的稳定固定，以及确保足够的接触面积，以达到最大化的减少电池内阻的目的，基于反复实践后的经验，建议将所述第一凹陷部121的高度H设置为3-8mm，以实现最优化的设计效果。
在一些实施例中，所述第一窄缝122的宽度均匀，且为1-2mm。应该说明的是，本实施例中第一窄缝122的宽度设计综合考虑了电池的柱形壳体1的结构强度以及电池负极与柱形壳体连接结构的稳定性，依据实际经验，若将第一窄缝122的宽度设计为窄于1mm，一方面，容易造成电池在运输或者使用过程中出现碰撞时，导致第一窄缝处壳体的变形，甚至断裂；另一方面，使得电池负极与柱形壳体的连接部件过薄，同样容易出现断裂的情况。此外，增大第一窄缝122的宽度固然可以增强连接结构的稳定性，但是，为确保电池负极连接部件在第一窄缝122内的稳固接触，电池负极连接部件的厚度也需增加，这样增加了壳体内空间的占用率，同样电池尺寸下，压缩了电芯的空间；于此同时，也不利于电池负极连接部件与壳体的焊接固定。
参阅图4和图5所示，在一些实施例中，包括具有集电部和连接部的电芯负极；
所述集电部具有第一金属箔片22，第一金属箔片设置于电芯2的负极侧；其中，电芯2卷为柱状时，第一金属箔片22覆盖电芯负极的端部；
或，电芯2卷为柱状时，第一金属箔片22覆盖电芯负极的端部第一区域；所述端部第一区域为：以端部中心为圆心且以r2为半径的圆形面域；其中，电芯端部半径r1与r2的关系满足：1mm≤r1-r2≤2mm。
可以理解的是，在本实施例中，所述第一金属箔片22可以为构成电芯的负极片。
作为进一步的优选，连接部具有第二金属箔片21，第二金属箔片21设置于电芯2的负极侧；其中，电芯2卷为柱状时，第二金属箔片21覆盖电芯负极的端部第二区域；所述端部第二区域为端部面域除第一区域外的环形区域。
可以理解的是，在本实施例中，所述第二金属箔片21可以为电芯卷为柱状时的外圈的负极金属片，即在卷曲而成的柱形电芯中，内圈的负极金属片在电芯2负极端部覆盖了以端部中心为圆心且以r2为半径的圆形面域，而外圈的负极金属片则在电芯负极端部覆盖了除所述圆形面域外的环形区域，环形的宽度即为r1-r2。进一步可以理解的是，本实施例中，所述第二金属箔片21是作为电芯负极的连接部，可用来将电芯负极与柱形壳体进行连接，作为一种典型的设置方式，参阅图6所示，可进一步将第一金属箔片22压合为平面以作为电芯的负极集电金属23，并将第二金属箔片21通过第一凹陷部的内侧壁和柱形壳体侧壁压紧于所述第一窄缝内，图6中F为对第二金属箔片21的压紧力，实现第二金属箔片21与柱形壳体1的压紧固定，进而实现电芯2负极与柱形壳体1的连接固定。作为进一步的优选的设置方式，在第二金属箔片21插入第一窄缝后，可将第二金属箔片21与柱形壳体1进行激光焊接，使得第二金属箔片21与柱形壳体1的连接更为稳固，增加有效接触面积。
进一步的，现有技术中将电芯负极与电池壳体底部进行激光点焊连接的方式(如图1中所示)，电芯负极与电池壳体底部的形成的焊接面积较小，容易造成电池内阻偏大；并且对于电芯负极侧的焊接只有将激光焊接设备的焊针穿过电芯中央的空隙进行，而为了增加焊接面积，电芯中央需留足够的空间，造成了电芯空间的浪费，从而降低了电芯的能量密度，此外，对于大尺寸的动力电池而言，需采用较长的焊针进行焊接操作，增大了焊接的难度，影响焊接质量的稳定性。而在本实施例中，以第二金属箔片21作为电芯负极的连接部，第二金属箔片21在第一窄缝122内可实现与柱形壳体1的大面积接触，在实施焊接时，可直接从第一窄缝122外的壳体壁进行激光焊接，焊接操作方便，并且可焊接的面积区域较大，确保了第二金属箔片21与柱形壳体1较大的连接面积，可最大程度的降低电池内阻。此外，基于本实施例的电池负极结构设计，使得电芯中央无需留出提供焊接的空间，使得电芯可卷曲得更为紧密，显著提高电芯的能量密度。
在一些实施例中，所述第一金属箔片22的厚度d1与第二金属箔片21的厚度d2的关系满足：1.5d1≤d2≤3d1。可以理解的是，有别于现有技术中的负极金属片，本实施例中的第二金属箔片21是作为电芯负极的连接部，本实施例中将第二金属箔片21的厚度d2设置为第一金属箔片22的厚度d1的1.5-3倍，可保证第二金属箔片21具有足够的强度，以使得在第二金属箔片21与柱形壳体1焊接后，电池在收到外部冲击力的作用下不会造成二金属箔片21的断裂，同时，也确保了第二金属箔片21具备足够的电流传导性以及能够承受电池的大电流放电。
参阅图7所示，在一些实施例中，包括集电碗头件3，所述集电碗头件3为碗形结构，设置于电池电芯的负极；
其中，集电碗头件3的底部与电芯的负极集电金属23贴合并焊接；
其中，集电碗头件3的侧壁嵌入所述第一窄缝；且，第一窄缝挤压夹紧集电碗头件3的侧壁。
可以理解的是，在本实施例中，所述负极集电金属23可以为由负极金属片压合而成的集电金属端面，如前所述，在相关的现有技术中，通常将负极集电金属直接与电池壳体进行激光点焊连接，从而会造成焊接面积以及焊接稳定性不足等问题。在本实施例中，通过设置集电碗头件3作为电芯负极的连接部件，集电碗头件3的侧壁嵌入第一窄缝；且，第一窄缝挤压夹紧集电碗头件3的侧壁，从而实现电芯负极与柱形壳体1的连接。集电碗头件3与柱形壳体1的接触面积较大，能够实现最大化降低电池内阻的目的。
作为进一步的优选，在一些实施例中，第一凹陷部121的内侧壁与集电碗头件3的侧壁焊接连接，由此，进一步实现集电碗头件3与柱形壳体1的稳定接触连接。值得注意的是，相对前述实施例中设置第二金属箔片21作为电芯负极连接部的方式，本实施例中设置集电碗头件3作为电芯负极与柱形壳体1的连接部件，增强了设置灵活性。无需对现有的负极金属片进行专门的改进，可在现有电芯的基础上直接实施。集电碗头件3直接通过金属片冲压成型即可，加工实施成本较低。此外，集电碗头件3的大小可依据柱形壳体的实际寸尺设置进行匹配性的设计，增强了集电碗头件3与第一窄缝122的匹配性。
本发明实施例还提供一种电池，其具有以上所述的电池负极结构。可以理解的是，本实施例中不对电池的正极结构作出特别的限定。作为一种可参考的典型设置方式，参阅图7所示，本实施例的电池包括由正极片、隔膜和负极片卷曲而成的圆柱形的电芯2，圆柱形的电芯2的负极设置为以上任一实施例中所述的电池负极结构，其中，柱形壳体1的底部还开设有第一通孔，负极电极柱4一端通过集电碗头件3与电芯负极连接，另一端穿过所述第一通孔延申到柱形壳体外部以作为电池负极的引出端；圆柱形的电芯2的正极侧通过正极金属片压合形成正极集电金属5，正极集电金属5上贴合焊接正极集电盘6，正极集电盘6上焊接固定有正极电极柱7，柱形壳体1的开口端通过正极盖板8封住，正极电极柱穿7过正极盖板8上开设的第二通孔延申到柱形壳体外部，作为电池正极引出端，正极盖板8边缘与柱形壳体1之间设置绝缘密封圈；此外，在正极盖板上开设有注液孔，通过所述注液孔向柱形可体内注入电解液。
本发明实施例还提供一种电池的制备方法，该方法中包括制备形成以上所述的电池负极结构的步骤。作为一种典型的电池制备方法，包括步骤：
S1、制备圆柱形电芯；
S2、在所述圆柱形电芯的负极侧制备形成电池负极结构；
S3、在电池的正极侧制备形成电池正极结构；
S4、向电池的柱形壳体内注入电解液。
可以理解的是，上述步骤S2中制备形成的是以上任一实施例所述的电池负极结构。
最后还应该说明的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种电池负极结构，其特征在于，包括，具有电芯容纳腔、开口端和封闭端的柱形壳体；其中，电芯容纳腔可容纳电池电芯；其中，开口端用于电池制备过程中放入柱形电芯；其中，封闭端具有沿柱形壳体的轴线方向向电芯容纳腔内部凹陷的第一凹陷部；其中，第一凹陷部为柱形结构，其侧壁与柱形壳体侧壁形成第一窄缝；所述第一凹陷部的高度H为3-8mm；所述第一窄缝的宽度均匀，且为1-2mm；具有集电部和连接部的电芯负极；集电部具有第一金属箔片，第一金属箔片设置于电芯的负极侧；电芯卷为柱状时，第一金属箔片覆盖电芯负极的端部第一区域；所述端部第一区域为：以端部中心为圆心且以r2为半径的圆形面域；其中，电芯端部半径r1与r2的关系满足：1mm≤r1-r2≤2mm；连接部具有第二金属箔片，第二金属箔片设置于电芯的负极侧；其中，电芯卷为柱状时，第二金属箔片覆盖电芯负极的端部第二区域；所述端部第二区域为端部面域除第一区域外的环形区域。
2.据权利要求1所述的一种电池负极结构，其特征在于，所述第一金属箔片的厚度d1与第二金属箔片的厚度d2的关系满足：1.5d1≤d2≤3d1。
3.据权利要求1所述的一种电池负极结构，其特征在于，包括集电碗头件；所述集电碗头件为碗形结构，设置于电池电芯的负极；其中，集电碗头件的底部与电芯的负极集电金属贴合并焊接；其中，集电碗头件的侧壁嵌入第一窄缝；且，第一窄缝挤压夹紧集电碗头件的侧壁。
4.根据权利要求3所述的一种电池负极结构，其特征在于，第一凹陷部的侧壁与集电碗头件的侧壁焊接连接。
5.一种电池，其特征在于，具有权利要求1所述的电池负极结构。
6.一种电池的制备方法，其特征在于，包括制备形成权利要求1所述的电池负极结构的步骤。
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