CN114361466A - 一种圆柱电池及储能装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种圆柱电池及储能装置，涉及储能技术领域。该圆柱电池包括电池壳体，以及设置在所述电池壳体内的卷芯，所述电池壳体包括相对设置的盖板组件和底板，所述卷芯的至少一端设置有网状的集流体，所述底板和/或所述盖板组件上分别设置有与所述集流体对应的多个凸起，以使所述卷芯通过所述集流体与所述凸起之间连接。能够提升汇流处的过流能力，以便于提升单体容量，更好的适用于高倍率应用场景。
Description
技术领域
本申请涉及储能技术领域，具体而言，涉及一种圆柱电池及储能装置。
背景技术
随着电动汽车市场的进一步扩大和对续航里程要求的不断提升，整车企业对动力电池在能量密度、制造成本、循环寿命和产品附加属性等方面都提出了更高的要求。目前，锂电池凭借能量密度高、电压高、工作温度范围宽及寿命长等优点在众多种类的电池中脱颖而出。其中，二次锂电池作为高能量密度电池代表逐渐为市场认可，锂离子电池的常见外形主要有圆柱形和方形。
传统圆柱二次锂电池内部构造为：首先制作卷芯，通过一层正极极片、一层隔离膜和一层负极极片卷绕形成卷芯，正极极片和负极极片均包括导电材料制成的集流体(正极极片的集流体称为正极集流体，负极极片的集流体称为负极集流体)以及涂覆在集流体表面含正、负极活性材料的浆料，极耳焊接于集流体并引出至卷芯两端外部。卷芯入壳后，正极极耳再通过焊接方式与盖板连接，负极极耳通过焊接方式与外部金属外壳连接。
采用上述方式，在将负极极耳与外壳进行连接时，通常需要采用转镍焊工艺和点底焊等工艺，造成工艺复杂，制造成本高，而且正负极汇流处的过流能力也较差，制约了单体圆柱电池大容量设计，也无法满足高倍率的应用场景。
发明内容
本申请的目的在于提供一种圆柱电池及储能装置，能够提升汇流处的过流能力，以便于提升单体容量，更好的适用于高倍率应用场景。
本申请的实施例是这样实现的：
本申请实施例的一方面，提供一种圆柱电池，包括电池壳体，以及设置在所述电池壳体内的卷芯，所述电池壳体包括相对设置的盖板组件和底板，所述卷芯与所述底板之间，以及所述卷芯的至少一端设置有网状的集流体，所述底板和所述盖板组件上设置有与所述集流体对应的多个凸起，以使所述卷芯通过所述集流体与所述凸起之间连接。
可选地，所述卷芯包括依次层叠设置并卷绕的正极极片、隔膜和负极极片，所述正极极片和所述负极极片均包括位于中间的涂覆区，以及位于所述涂覆区至少一侧的未涂覆区，所述正极极片和/或所述负极极片的未涂覆区通过所述集流体与所述凸起连接。
可选地，所述集流体为网状箔材，所述网状箔材卷绕至所述正极极片和所述负极极片的未涂覆区，所述涂覆区涂覆有活性物质层，所述活性物质层的厚度为D1，所述网状箔材的厚度为D2，其中，
可选地，所述凸起包括设置支撑柱，以及设置在所述支撑柱上的盖帽。
可选地，所述凸起的直径在0.1mm至2mm之间，所述凸起的高度在0.1mm至2mm之间。
可选地，所述网状箔材与所述正极极片和/或所述负极极片具有重叠区，且所述重叠区与所述未涂覆区全部或部分重合。
可选地，所述集流体为碳网、铜网和铜镀镍网的任意一种。
可选地，所述集流体的单个线条横截面厚度在0.01mm至5mm之间，宽度在0.02mm至10mm之间。
可选地，所述集流体受压前的体积填充率在2％至50％之间，受压后的体积填充率大于50％。
可选地，所述凸起在所述底板和所述盖板组件上呈多个同心圆的圆周阵列设置。
本申请实施例的另一方面，提供一种储能装置，包括如上所述任意一项所述的圆柱电池。
本申请实施例的有益效果包括：
本申请实施例提供的圆柱电池及储能装置，通过电池壳体以及设置在电池壳体内的卷芯，以便于存储或释放电能。在存储或释放电能过程中，通过在卷芯与底板之间，和/或卷芯与盖板组件之间分别设置网状的集流体，有利于提升连接处的电流导通路径，从而提升过电流的能力。另外，通过在底板和盖板组件上分别设置多个凸起，在卷芯通过集流体分别与底板和盖板组件连接时，集流体与凸起之间形成缠绕连接关系，随着卷芯与电池壳体装配到位，集流体被压缩，以使相互间的连接关系更加紧密稳定。采用上述关系，有利于简化连接工艺，以取消电阻焊的连接形式，并且极大地增大了汇流处的过电流能力，以便于提升单体容量，更好的适用于高倍率应用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的圆柱电池的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的底板与凸起配合的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的集流体的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的卷芯与集流体配合的结构示意图。
图标：100-圆柱电池；110-电池壳体；111-盖板组件；112-底板；114-凸起；120-卷芯；122-正极极片；124-负极极片；130-集流体；132-线条。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体地连接；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，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
圆柱电池包括一侧具有开口且内部中空的壳体、电芯和盖板组件，电芯容置于壳体内，盖板组件用于盖合壳体的开口，以使电芯安装于壳体内。为了保证圆柱电池的电性连通，电芯入壳后，正极极耳再通过焊接方式与盖板组件连接，负极极耳通过焊接方式与壳体连接。在将负极极耳与外壳进行连接时，通常需要采用转镍焊工艺和点底焊等工艺，造成工艺复杂，制造成本高，而且负极极耳的过流能力也较差，制约了单体圆柱大容量设计，也无法满足高倍率的应用场景。针对上述问题，本申请实施例提供以下技术方案，以克服上述问题。
请参照图1和图2，本申请实施例提供一种圆柱电池100，包括电池壳体110，以及设置在电池壳体110内的卷芯120，电池壳体110包括相对设置的盖板组件111和底板112，卷芯120的至少一端设置有网状的集流体130，底板112和/或盖板组件111上设置有多个凸起114，以使卷芯120通过集流体130与凸起114之间缠绕连接。
具体的，圆柱电池100放电过程中通过集流体130导出到电池壳体110，进而导出至外电路。由于电阻的存在，电池在充放电的过程中，特别是大电流充放电的过程中会产生显著的欧姆热，引起电池温度的升高，卷芯120处极耳的数量和位置分布会对电流分布和温升产生显著的影响。在本申请实施例中，在卷芯120与电池壳体110连接时，为了保证连接的充分性，避免接触不稳以及极耳位置或数量的问题引起温升。采用全极耳的设置形式，以使卷芯120与底板112之间，以及卷芯120与盖板组件111之间设置通过网状的集流体130连接。
另外，通过在底板112和盖板组件111上分别设置多个凸起114，在网状的集流体130与底板112之间配合时，凸起114能够插入至集流体130的网孔空格内，以便于凸起114和集流体130充分的接触。同样的，在网状的集流体130与盖板组件111之间配合时，凸起114同样能够插入至与其对应的集流体130的网孔空格内，以便于凸起114和集流体130充分的接触。在卷芯120插入至电池壳体110内，且与电池壳体110形成所需的配合关系过程中，集流体130形成的数量巨大的网孔和末端线条132与电池壳体110和凸起114接触，并缠绕形成稳定的机械连接和电连接，从而形成全极耳连接形式，并保证连接的稳定性。其中，盖板组件111包括与用于设置凸起114的顶盖，以及设置在顶盖上的极柱，便于与外界进行电性连接。
本申请实施例提供的圆柱电池100，通过电池壳体110以及设置在电池壳体110内的卷芯120，以便于存储或释放电能。在存储或释放电能过程中，通过在卷芯120与电池壳体110的底板112之间，和/或卷芯120与盖板组件111之间设置网状的集流体130，有利于提升连接处的电流导通路径，从而提升过电流的能力。另外，通过在底板112和盖板组件111上分别设置多个凸起114，在卷芯120通过集流体130分别与底板112和盖板组件111连接时，集流体130与凸起114之间形成缠绕连接关系，随着卷芯120与电池壳体110装配到位，集流体130被压缩，以使相互间的连接关系更加紧密稳定。采用上述关系，有利于简化连接工艺，以取消电阻焊的连接形式，并且极大地增大了汇流处的过电流能力，以便于提升单体容量，更好的适用于高倍率应用场景。
如图1、图2和图3所示，在本申请的可选实施例中，卷芯120包括依次层叠设置并卷绕的正极极片122、隔膜和负极极片124，正极极片122和负极极片124均包括位于中间的涂覆区，以及位于涂覆区至少一侧的未涂覆区，负极极片124包括涂覆区与未涂覆区，正极极片122和/或负极极片124的未涂覆区通过集流体130与凸起114连接。
具体的，在卷芯120分别与电池壳体110的底板112和盖板组件111之间形成所需要的连接关系时，正极极片122和负极极片124的未涂覆区分别与集流体130配合，随着卷芯120与电池壳体110之间的装配到位，集流体130先形成分别缠绕正极极片122和负极极片124的未涂覆区和凸起114的状态，随着集流体130相对电池壳体110的转动，使得集流体130分别与正极极片122和负极极片124的未涂覆区和凸起114缠绕的更加紧密稳定，避免产生松脱现象，以保证连接的稳定性。
需要说明的是，本申请实施例对网状的集流体130的结构形式不做具体限制，示例的，集流体130可采用三维网状结构，也可以采用平面网状结构的形式，只要能够保证分别与卷芯120和凸起114充分接触即可。示例的，集流体130可以设置为图3中类似灯笼的结构形式，集流体130自身的三维网状结构便于凸起114和正极极片122和负极极片124的未涂覆区配合，并缠绕连接。可以理解的，集流体130也可以设置为带状的三维网状结构，只要便于通过网状的空隙进行穿插连接即可。
如图4所示，在本申请的另一可选实施例中，集流体130为网状箔材，网状箔材卷绕至正极极片122和负极极片124的未涂覆区，涂覆区涂覆有活性物质层，活性物质层的厚度为D1，网状箔材的厚度为D2，其中，
具体的，通过将集流体130设置为网状箔材的结构形式，在对卷芯120进行卷绕成型时，可将集流体130卷绕至卷芯120内，以便于和底板112之间进行连接。其中，通过将网状箔材的厚度与卷芯120内的填充物厚度设置为一致，有利于保证卷芯120整体的平顺性，从而保证使用使的可靠性。另外，位于隔膜之间的正负极活性物质层，这样一来，正好能填充极片间空隙，厚度可参考涂覆在箔材两面活性物质单面厚度，可以是一层也可以是多层，因此在共同卷绕后能与正极极片122和负极极片124紧密接触，形成一个密实的集流端部。
在本申请的可选实施例中，网状箔材与正极极片122和/或负极极片124具有重叠区，且重叠区与未涂覆区全部或部分重合。只要能够保证网状箔材分别与正极极片122和负极极片124稳定的连接即可。
在本申请的可选实施例中，凸起114包括支撑柱，以及设置在支撑柱上的盖帽。
具体的，支撑柱分别与底板112和盖板组件111连接，并在支撑柱上设置盖帽，在集流体130与凸起114之间配合时，有利于凸起114更好的与集流体130之间配合，防止两者之间产生滑脱的现象，有利于保证连接的稳定性。
在本申请的可选实施例中，凸起114的直径在0.1mm至2mm之间，凸起114的高度在0.1mm至2mm之间。
具体的，凸起114的大小可以根据圆柱电池100的规格灵活设置，示例的，凸起114的直径可以设置为0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm或2mm，凸起114的高度可以设置为0.1mm、0.5mm、1mm、1.5mm或2mm，只要在保证自身结构强度的前提下，便于凸起114伸入至集流体130内，并与集流体130形成稳定的连接关系即可。
在本申请的可选实施例中，集流体130为碳网、铜网和铜镀镍网的任意一种。
具体的，在卷芯120通过集流体130与电池壳体110之间连接时，该连接处的卷芯120的负极，此时，集流体130为碳网、铜网和铜镀镍网的任意一种。可以理解的，卷芯120的正极也可以通过集流体130与盖板组件之间连接，此时，集流体130可采用铝网形成所需的连接关系。
在本申请的可选实施例中，集流体130的单个线条132横截面厚度在0.01mm至5mm之间，宽度在0.02mm至10mm之间。
具体的，集流体130是由丝线(即图3中所示的线条132)编织形成的三维网状结构，为了保证集流体130自身个柔韧性和可塑性，便于形成所需的连接关系，使得该线条132不过粗也不能过细。示例的，集流体130的单个线条132横截面厚度可设置为0.01mm、0.5mm、2mm、3mm或5mm，集流体130的单个线条132横截面宽度可设置为0.02mm、1mm、4mm、6mm或10mm。在实际的应用中，可以根据实际需要灵活设置。
在本申请的可选实施例中，集流体130受压前的体积填充率在2％至50％之间，受压后的体积填充率大于50％。
具体的，在集流体130受压前，体积填充率可以设置为2％、10％、25％或50％等，这样一来，在通过集流体130与底板112之间进行配合时，使得底板112上的凸起114更方便的插入至集流体130内。另外，受压后的体积填充率可以保证在60％或70％作用，以便于增加集流体130的体积填充率，使集流体130与凸起114之间的连接更加紧密可靠，从而保证连接的稳定性。
如图3所示，凸起114在底板112和盖板组件111上呈多个同心圆的圆周阵列设置。
具体的，凸起114可以在底板112上均布设置，从而保证连接至底板112上电流的均匀性，从而更好的提升负极汇流处的过流能力，以便于提升单体容量，更好的适用于高倍率应用场景。
本申请实施例还公开了一种储能装置，包括前述实施例中的圆柱电池100。该储能装置包含与前述实施例中的圆柱电池100相同的结构和有益效果。圆柱电池100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
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 (11)
1.一种圆柱电池，其特征在于，包括电池壳体，以及设置在所述电池壳体内的卷芯，所述电池壳体包括相对设置的盖板组件和底板，所述卷芯的至少一端设置有网状的集流体，所述底板和/或所述盖板组件上设置有与所述集流体对应的多个凸起，以使所述卷芯通过所述集流体与所述凸起之间连接。
2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述卷芯包括依次层叠设置并卷绕的正极极片、隔膜和负极极片，所述正极极片和所述负极极片均包括位于中间的涂覆区，以及位于所述涂覆区至少一侧的未涂覆区，所述正极极片和/或所述负极极片的未涂覆区通过所述集流体与所述凸起连接。
3.根据权利要求2所述的圆柱电池，其特征在于，所述集流体为网状箔材，所述网状箔材卷绕至所述正极极片和所述负极极片的未涂覆区，所述涂覆区涂覆有活性物质层，所述活性物质层的厚度为D1，所述网状箔材的厚度为D2，其中，
4.根据权利要求1-3任意一项所述的圆柱电池，其特征在于，所述凸起包括支撑柱，以及设置在所述支撑柱上的盖帽。
5.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述凸起的直径在0.1mm至2mm之间，所述凸起的高度在0.1mm至2mm之间。
6.根据权利要求3所述的电池，其特征在于，所述网状箔材与所述正极极片和/或所述负极极片具有重叠区，且所述重叠区与所述未涂覆区全部或部分重合。
7.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述集流体为碳网、铜网和铜镀镍网的任意一种。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的圆柱电池，其特征在于，所述集流体的单个线条横截面厚度在0.01mm至5mm之间，宽度在0.02mm至10mm之间。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的圆柱电池，其特征在于，所述集流体受压前的体积填充率在2％至50％之间，受压后的体积填充率大于50％。
10.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述凸起在所述底板和所述盖板组件上呈多个同心圆的圆周阵列设置。
11.一种储能装置，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的圆柱电池。
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