一种圆柱电池
技术领域
本公开涉及电池技术领域,尤其涉及一种圆柱电池。
背景技术
现有的比较成熟的圆柱电池有两种:第一种是由单个极耳的正负极片、正负极片与隔膜形成的卷芯、盖帽组件、电池壳组成的电池,卷芯外伸单个极耳可与盖帽组件或者电池壳进行连接,通过焊接或者外壳封口的方式形成电池;第二种是采用全部极耳的正负极片、正负极片与隔膜形成的卷芯、顶盖组件、底盖组件、电池壳组成的电池,卷芯极耳采用揉平方式与顶盖组件、底盖组件连接在一起,再与电池壳连接在一起组成的电池。
第一种圆柱电池,由于采用单个极耳与盖帽组件或者电池壳进行连接,过流能力不足,容易产生发热等问题;另外,由于是单点连接,容易出现焊接不良,电池失效的问题。第二种圆柱电池,由于采用揉平工艺,容易产生金属屑,且极耳表面无空隙,电解液不易进入,不容易浸润,同时还存在箔材不规则容易受损等问题。
发明内容
有鉴于此,本公开提供一种圆柱电池,以至少部分地解决上述技术问题。
根据本公开的圆柱电池,包括壳体、卷芯、第一连接组件和第二连接组件,所述卷芯设置在所述壳体内,所述卷芯具有第一端和第二端,所述壳体具有顶端和底端,所述第一端上具有多个第一极耳,多个所述第一极耳通过整形在所述第一端形成有第一平面,所述第一平面与所述第一连接组件在所述壳体的顶端位置相连接;所述第二端上具有多个第二极耳,多个所述第二极耳通过整形在所述第二端形成有第二平面,所述第二平面通过所述第二连接组件与所述壳体的底端相连接。
在一可实施方式中,所述卷芯通过极片和隔膜片复合后绕卷针沿一卷绕方向卷绕而形成,所述极片包括涂布区和第一空白区,所述隔膜片位于所述涂布区,所述第一极耳或所述第二极耳设置在所述第一空白区,沿所述卷绕方向,所述第一空白区具有首端和尾端,所述涂布区具有第一段和第二段,所述第一段超出在所述第一空白区的首端外,所述第二段超出在所述第一空白区的尾端外。
在一可实施方式中,所述第一空白区上具有不切部分和斜切部分,所述斜切部分通过所述不切部分与所述涂布区连接,所述斜切部分上设置有多个斜切缝,每相邻两个斜切缝之间的部分形成一个所述第一极耳或一个所述第二极耳。
在一可实施方式中,定义所述第一段的长度为L1,L1≥Σ1N 2×π×(H1+R),其中,H1为第一极耳的相对高度或第二极耳的相对高度,R为卷针的半径,N为H1+R长度所对应的极片卷绕圈数。
在一可实施方式中,所述极片还包括有第二空白区,所述第二空白区位于所述第一空白区旁侧且超出所述第二段设置,定义所述第二段的长度为L2,L2不小于极片卷绕时最后两圈的长度;定义所述第二空白区的高度为H2,H2=H3+C,其中,H3为不切部分的高度,C为0.5mm~2mm。
在一可实施方式中,所述第一连接组件包括:
第一汇流片,所述第一汇流片具有第一汇流连接面、第一相对面和通孔,所述第一相对面与所述第一汇流连接面相对,所述通孔贯穿所述第一相对面与所述第一汇流连接面;
极柱,所述极柱穿设在所述通孔内,且具有与所述第一相对面相对的配合面;
焊接转接件,所述焊接转接件套设在所述极柱上,且位于所述配合面与所述第一相对面之间,所述焊接转接件具有外缘面;
第一绝缘件,设置在所述焊接转接件与所述第一相对面之间;以及
第二绝缘件,设置在所述焊接转接件与所述配合面之间;
其中,所述第一汇流连接面与所述第一平面对接,所述外缘面与所述壳体的顶端相焊接。
在一可实施方式中,所述第一连接组件还包括有密封件,所述密封件设置在所述焊接转接件与所述极柱之间。
在一可实施方式中,所述第二连接组件包括:
第二汇流片,所述第二汇流片具有片本体和从所述片本体的周缘侧向延伸出的延伸体,所述片本体上具有第二汇流连接面,所述第二汇流连接面与所述第二平面相对接;以及
底板,所述底板抵接在所述延伸体的远离所述片本体的端部上,且与所述壳体相焊接。
在一可实施方式中,所述第二连接组件包括:
第二汇流片,所述第二汇流片具有片本体和从所述片本体的周缘侧向延伸出的延伸体,所述片本体上具有第二汇流连接面,所述第二汇流连接面与所述第二平面相对接,所述延伸体与所述壳体相焊接;以及
防爆片,所述防爆片通过压环设置在所述延伸体的远离所述片本体的端部上。
在一可实施方式中,所述壳体的底端上设置有容置槽,所述第二连接组件还包括有绝缘密封件,所述防爆片和所述压环通过所述绝缘密封件设置在所述容置槽内。
在一可实施方式中,所述片本体上具有与所述第二汇流连接面相对的第二相对面,所述防爆片具有与所述第二相对面相对的防爆端面,所述绝缘密封件具有压抵在所述第二相对面与所述防爆端面之间的近汇流段。
在一可实施方式中,所述防爆片上具有中心圆和多条刻痕,多条所述刻痕与所述中心圆相交。
本公开中,由于卷芯两端的多个极耳通过整形形成有平面,一方面,无金属屑产生,提升了电池安全性能;另一方面,有利于在极耳根部形成电解液可进入的空隙,便于电解液浸润;再一方面,有利于与第一连接组件和第二连接组件连接,不仅方便后续安装配合,而且卷芯固定牢靠,能够防止震动失效。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述,本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中,以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式,其中:
在附图中,相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
图1为根据本公开一个示例性实施例的圆柱电池的结构示意图(去掉了卷芯);
图2为根据本公开一个示例性实施例的圆柱电池的卷芯的主视图;
图3为根据本公开一个示例性实施例的圆柱电池的卷芯的俯视图;
图4为根据本公开一个示例性实施例的圆柱电池的卷芯卷绕前的局部结构示意图;
图5为图4中的极片的结构示意图;
图6为图1中的A部放大图;
图7为图6中的焊接转接件的结构图;
图8为图1中的B部放大部;
图9为根据本公开一个示例性实施例的圆柱电池的分解图(去掉了卷芯);
图10为图9中的防爆片的结构图;
图11为根据本公开另一个示例性实施例的圆柱电池的分解图(去掉了卷芯)。
图中标号说明:
10、壳体;101、顶端;102、底端;1021、容置槽;20、卷芯;201、第一端;202、第二端;21、第一极耳;211、第一平面;22、第二极耳;221、第二平面;230、极片;231、涂布区;2311、第一段;2312、第二段;232、第一空白区;23201、首端;23202、尾端;2321、不切部分;2322、斜切部分;23221、斜切缝;233、第二空白区;240、隔膜片;30、第一连接组件;31、第一汇流片;301、第一汇流连接面;302、第一相对面;303、通孔;32、极柱;321、配合面;33、焊接转接件;331、外缘面;332、底端面;333、顶端面;334、台阶面;34、第一绝缘件;35、第二绝缘件;36、密封件;40、第二连接组件;41、第二汇流片;411、片本体;41101、第二汇流连接面;41102、第二相对面;412、延伸体;42、底板;43、防爆片;4301、防爆端面;431、中心圆;432、刻痕;44、压环;45、绝缘密封件;451、近汇流段。
具体实施方式
为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂,下面将结合本公开实施例中的附图,对本公开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公开一部分实施例,而非全部实施例。基于本公开中的实施例,本领域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,都属于本公开保护的范围。
下面将结合附图详细地说明本公开的实施例。
如图1至图9所示,根据本公开一个实施例的圆柱电池,包括壳体10、卷芯20、第一连接组件30和第二连接组件40。壳体10可以采用金属壳体。卷芯20设置在壳体10内,卷芯20具有第一端201和第二端202,壳体10具有顶端101和底端102,第一端201上具有多个第一极耳21,多个第一极耳21可以是正极耳,多个第一极耳21通过整形在第一端201形成有第一平面211,第一平面211与第一连接组件30在壳体10的顶端101位置相连接;第二端202上具有多个第二极耳22,多个第二极耳22可以是负极耳,多个第二极耳22通过整形在第二端202形成有第二平面221,第二平面221通过第二连接组件40与壳体10的底端102相连接。由于卷芯20两端的多个极耳(即第一极耳21和第二极耳22)通过整形形成有平面,一方面,无金属屑产生,提升了电池安全性能;另一方面,有利于在极耳根部形成电解液可进入的空隙,便于电解液浸润;再一方面,有利于与第一连接组件30和第二连接组件40连接,不仅方便后续安装配合,而且卷芯20固定牢靠,能够防止震动失效。
结合参阅图2至图5,卷芯20通过极片230和隔膜片240复合后绕卷针(卷针图中未示出)沿一卷绕方向(卷绕方向如图5中的X方向)卷绕而形成,极片230包括正极片和负极片,正极片与负极片具有相同的结构。对于单独的极片230而言,极片230包括涂布区231和第一空白区232,隔膜片240位于涂布区231,涂布区231的两侧均涂有活性物质、导电物质、粘接物质和其它添加物质以形成隔膜片240,当然,也可以是单独的隔膜片240粘接在涂布区231的两侧。极片230为正极片时,第一极耳21设置在第一空白区232,沿卷绕方向(如图5中的X方向),第一空白区232具有首端23201和尾端23202,涂布区231具有第一段2311和第二段2312,第一段2311超出在第一空白区232的首端23201外,第二段2312超出在第一空白区232的尾端23202外,应当能理解地,极片230为负极片时,第二极耳22设置在第一空白区232。为了方便在卷芯20两端分别形成第一极耳21和第二极耳22,在卷绕形成卷芯20前,正极片的第一空白区232超出隔膜片240的上端,负极片的第一空白区232超出隔膜片240的下端。
第一空白区232上具有不切部分2321和斜切部分2322,斜切部分2322通过不切部分2321与涂布区231连接,斜切部分2322上设置有多个斜切缝23221,对于正极片而言,每相邻两个斜切缝23221之间的部分形成一个第一极耳21,对于负极片而言,每相邻两个斜切缝23221之间的部分形成一个第二极耳22。不切部分2321的高度为超出隔膜片240至少0.5mm,每相邻两个斜切缝23221之间部分的宽度可根据极耳整形后边缘状态进行设定,理论上宽度越窄整形效果越好,形成平面度越好,斜切缝23221的角度在0°~45°之间(如图5所示,此时斜切缝23221的角度为0°),便于整形同时易于形成表面平面度,需要说明的是,定义与极片230长度方向相垂直的方向为参考方向,斜切缝23221的角度是指斜切缝23221与参考方向之间的夹角。
定义第一段2311的长度为L1,L1≥Σ1N 2×π×(H1+R),其中,H1为第一极耳21的相对高度或第二极耳22的相对高度,R为卷针的半径(R在图中未标记),N为H1+R长度所对应的极片卷绕圈数。
本公开的实施例中,极片230还包括有第二空白区233,第二空白区233位于第一空白区232旁侧且超出第二段2312设置,定义第二段2312的长度为L2,L2不小于极片230卷绕时最后两圈的长度;定义第二空白区233的高度为H2,H2=H3+C,其中,H3为不切部分2321的高度,C为0.5mm~2mm。
再一次参阅图2、图3和图5,本公开的实施例中,极片230在长度方向上由三段组成,前段为无极耳区,中段为极耳斜切区,尾段为半极耳区,半极耳区的设置能将中段整形的极耳进行根部收紧包裹。形成卷芯20时,采用两端出极耳结构,卷绕时可采用隔膜片240空卷后进行负极空卷两周方式,对卷芯20内部进行收紧固定,卷绕入位可采用负极居于两隔膜片240之间,也可采用正极居于两隔膜片240之间方式,卷绕完成的初始卷芯20一端为露出的正极极耳(即第一极耳21),另外一端为露出的负极极耳(即第二极耳22),第一极耳21与第二极耳22之间(即中间位置)为隔膜片240包裹的正极片料区、负极片料区和部分极耳区。卷绕后,沿初始卷芯20两端,对斜切部分2322进行收拢,然后对收拢后的斜切极耳向卷芯20中间位置压平,使第一极耳21在卷芯20的第一端201形成第一平面211,使第二极耳22在卷芯20的第二端202形成第二平面221。
结合参阅图6、图7和图9,第一连接组件30包括第一汇流片31、极柱32、焊接转接件33、第一绝缘件34和第二绝缘件35。第一汇流片31具有第一汇流连接面301、第一相对面302和通孔303,第一相对面302与第一汇流连接面301相对,通孔303贯穿第一相对面302与第一汇流连接面301。极柱32穿设在通孔303内,且具有与第一相对面302相对的配合面321,极柱32可以采用开孔方式也可采用无孔方式,当为开孔方式时可为注液口或者补液口,但后续需要进行密封。焊接转接件33套设在极柱32上,且位于配合面321与第一相对面302之间,焊接转接件33具有外缘面331。第一绝缘件34设置在焊接转接件33与第一相对面302之间。第二绝缘件35设置在焊接转接件33与配合面321之间。第一汇流连接面301与第一平面211对接,外缘面331与壳体10的顶端101相焊接,具体地,壳体10的顶端101上开设有焊接孔,外缘面331与焊接孔的孔壁相焊接。
为了增加密封性能,第一连接组件30还可以包括有密封件36,密封件36设置在焊接转接件33与极柱32之间,这样,在极柱32的顶部增加外力以压缩内部的密封件36时,极柱32的底部可以与第一汇流片31形成面接触,面接触部分可用于焊接,当然,也可将极柱32的底面穿出通孔303,以便与第一汇流片31形成铆接。为便于焊接同时不伤害第二绝缘件35,极柱32的顶部可设计为凸台结构以将焊接转接件33与第二绝缘件35避开。密封件36和第二绝缘件35可以采用一体方式,即一个部件解决密封和绝缘问题,应当能理解地,若密封件36和第二绝缘件35采用一体方式,则要求此部件有足够的压缩性能和绝缘性能。密封件36和第二绝缘件35也可以为分体方式,即密封件36起密封作用,第二绝缘件35主要起到绝缘和固定承载一定力的作用,小部分可实现密封功能,密封件36和第二绝缘件35分体方式,能更好地进行双层保护。
如图7所示,本公开实施例中,焊接转接件33采用凸出平台方式,包括有外缘面331、顶端面333、底端面332和台阶面334,顶端面333与底端面332相对,底端面332与第二绝缘件35接触,台阶面334位于顶端面333与底端面332之间,台阶面334与第二绝缘件35相接触,外缘面331的顶部与顶端面333平齐,焊接转接件33通过外缘面331与壳体10的顶端101焊接,且焊接完成后,顶端面333与壳体10的顶平面平齐,以将极性进行转移和固定。第一绝缘件34主要起绝缘作用,将焊接转接件33与第一汇流片31之间进行隔离,第一绝缘件34的形状可根据第一汇流片31与焊接转接件33的状态进行设计,安全起见,第一绝缘件34的边缘应超过焊接转接件33的边缘。第一汇流片31可以采用分瓣式结构,内层与外层分割为不同个体,同时通过加强筋连接为一个整体,如此,可有效平衡与第一极耳21整形后的第一平面211的贴合度,进而保证焊接效果,第一汇流片31表面不参与焊接的部位可采用多孔、翘起、镂空等结构,便于电解液浸入。
在圆柱电池制备过程中,第一连接组件30可提前组合完成,以便于生产自动化。
结合参阅图8和图9,第二连接组件40包括第二汇流片41和防爆片43,第二汇流片41具有片本体411和从片本体411的周缘侧向延伸出的延伸体412,片本体411上具有第二汇流连接面41101,第二汇流连接面41101与第二平面221相对接,延伸体412与壳体10相焊接。防爆片43通过压环44设置在延伸体412的远离片本体411的端部上。第二汇流片41同样可以采用分瓣式结构,内层与外层分割为不同个体,同时通过加强筋连接为一个整体,如此,可有效平衡与第二极耳22整形后的第二平面221的贴合度,进而保证焊接效果,第二汇流片41表面不参与焊接的部位可采用多孔、翘起、镂空等结构,便于电解液浸入。延伸体412主要用于与壳体10或者防爆片43进行焊接,延伸体412也可以具有圆形分割结构,以消除焊接时的应力,对应于具有滚槽结构的壳体10,延伸体412延伸长度不允许超过滚槽向内的中心位置。
本公开的一个实施例中,壳体10具有滚槽结构,具体来说,壳体10的底端102上设置有容置槽1021,对应于具有滚槽结构的壳体10,第二连接组件40还包括有绝缘密封件45,防爆片43和压环44通过绝缘密封件45设置在容置槽1021内。也就是说,绝缘密封件45适用于滚槽结构电池,绝缘密封件45的外缘与壳体10的内缘相接触。进一步地,片本体411上具有与第二汇流连接面41101相对的第二相对面41102,防爆片43具有与第二相对面41102相对的防爆端面4301,绝缘密封件45具有压抵在第二相对面41102与防爆端面4301之间的近汇流段451,绝缘密封件45基于近汇流段451的设置,能防止受力顶起影响密封。该个实施例中,第二汇流片41与壳体10之间的连接方式可以简称为滚槽方式。
参阅图10,防爆片43上具有中心圆431和多条刻痕432,多条刻痕432与中心圆431相交。防爆片43采用刻痕方式实现,刻痕432可采用不同形状刻痕,通过刻痕432深度保证需要开启时的防爆压力,图10所示的结构中,在圆的四分位上设置直线刻痕,在防爆片43的圆心位置设置小圆(即为中心圆431),直线刻痕与小圆相交,其中可采用小圆的3/4相交,即可完成爆破,同时可消除刻痕432集中后的应力集中,还可防止爆破时小圆冲出。应当能理解地,防爆片43的结构并不局限于图10所示的结构,只要能在第二连接组件40连接卷芯20与壳体10后,能有效的将电流导入到壳体10,同时达到密封防爆效果即可。
如图11所示,在公开的另一个实施例中,第二连接组件40包括第二汇流片41和底板42,第二汇流片41具有与图9所示的第二汇流片41相同的结构,第二汇流片41具有片本体411和从片本体411的周缘侧向延伸出的延伸体412,片本体411上具有第二汇流连接面41101,第二汇流连接面41101与第二平面221相对接,延伸体412与壳体10相焊接。不同的是,图11所示的结构中,底板42抵接在延伸体412的远离片本体411的端部上,且与壳体10相焊接,应当能理解地,若底板42对第二汇流片41的固定能满足要求,延伸体412与壳体10也可以不焊接。该个实施例中,第二汇流片41与壳体10之间的连接方式可以简称为直接焊接方式。
需要说明的是,第二汇流片41与壳体10之间的连接方式除了上述两种方式外,还可以采用滚槽与直接焊接结合方式将防爆片43置于壳体10的底端102,实现定向防爆和密封,同时第二汇流片41与防爆片43也可以直接焊接方式,再将防爆片43与壳体10进行焊接,实现定向防爆和密封功能。
综合上述可以看出,本公开的圆柱电池,具有如下有益效果:
1)采用类全极耳结构,提升了过电流能力,同时易于散热,提升了电池安全性能;2)采用卷芯整形方式平整极耳,无金属屑产生,提升了电池安全性能;3)采用多个极耳整形以形成平面方式,极耳根部存在可供电解液进入的空隙,便于电解液浸润;4)第一连接组件30采用焊接方式,提升了连接强度,进一步,若第二汇流片41与壳体10之间的连接方式采用滚槽方式,更便于定位和公差匹配;5)卷芯20无隐形焊接工艺,消除了焊接不良产生,同时易于消除焊接产生的金属屑;6)采用定向防爆方式,便于后续安装配合;7)通过第一连接组件30与第二连接组件40设置,实现了正、负极同端引出,便于后续安装配合;8)采用壳体带电方式,便于匹配散热和温度控制;9)第一连接组件30与卷芯20焊接,同时与壳体10焊接连接;第二连接组件40与卷芯20焊接,同时与壳体10焊接连接;卷芯20固定牢靠,防止了震动失效。
本公开的描述中,需要理解的是,方位词所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本公开和简化描述,在未作相反说明的情况下,这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本公开保护范围的限制;方位词“内”、“外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等,用来描述图中所示的一个或多个部件或特征与其他部件或特征的空间位置关系。应当理解的是,空间相对术语不但包含部件在图中所描述的方位,还包括使用或操作中的不同方位。例如,如果附图中的部件被整体倒置,则部件“在其他部件或特征上方”或“在其他部件或特征之上”的将包括部件“在其他部件或构造下方”或“在其他部件或构造之下”的情况。因而,示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。此外,这些部件或特征也可以其他不同角度来定0位(例如旋转90度或其他角度),本文意在包含所有这些情况。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是,本公开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,以便这里描述的本公开的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
本公开已经通过上述实施例进行了说明,但应当理解的是,上述实施例只是用于举例和说明的目的,而非意在将本公开限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是,本公开并不局限于上述实施例,根据本公开的教导还可以做出更多种的变型和修改,这些变型和修改均落在本公开所要求保护的范围以内。本公开的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。