CN114639863A - 圆柱电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆柱电池及其制造方法，该圆柱电池包括外壳、圆柱电芯和集流片，外壳包括圆筒形侧壁和顶盖，顶盖通过焊接方式连接至圆筒形侧壁的顶部，圆筒形侧壁靠近顶盖的位置设有朝向外壳内部凹陷的颈缩部，颈缩部沿圆筒形侧壁周向延伸。圆柱电芯安装于所述外壳内，圆柱电芯的一端设有输出极，输出极位于靠近顶盖的一端且位于颈缩部的下方。集流片连接至输出极和颈缩部的底部。本发明将圆筒形侧壁上开设颈缩部，可以通过激光焊接的方式对颈缩部的底部加热，并使得颈缩部的底部连接至集流片，而且颈缩部沿圆筒形侧壁的周向延伸，可以将激光焊接设备从圆筒形侧壁的外周对颈缩部的底部加热，将颈缩部沿周向的底部均连接至集流片，操作方便，而且还可提高集流片的过流能力。

Description

圆柱电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及锂电池制造领域，具体涉及一种圆柱电池及其制造方法。
背景技术
作为新能源汽车的最核心部件之一，锂离子具有能量密度高、循环寿命长、安全环保等优势，所以锂电池逐渐成为电动化时代的主流方向。
锂离子电池从形态上分为硬壳电池、软包电池和圆柱电池，其中圆柱电池具有体积能量密度高、结构简单、易于成组、便于标准化等优势。随着技术的发展，大圆柱电池逐渐成为市场的主流方向。
圆柱电池包括外壳和圆柱电芯。其中，外壳包括顶盖、底盖和圆筒形侧壁，圆柱电芯安装于外壳内，圆柱电芯的正极靠近底盖，负极靠近顶盖。另外，圆柱电芯的正极一般通过铆钉输出，铆钉设置于底盖的上且和底盖绝缘，负极通过外壳输出。
目前负极和外壳之间的电连接一般采用类似CN110311065B中的负极设计。具体来说，在CN110311065B描述的实施例中，负极引线(相当于负极转接件)的一端与负极极耳电连接，另一端通过点焊等的焊接手段而接合于外壳的圆筒形侧壁。但是，CN110311065B采用的负极引线需要连接至外壳的圆筒形侧壁上，导致负极引线只能连接至部分的负极极耳，而不能实现全极耳导电，从而使得负极引线的过流面积受限，进而造成圆柱电池运行的过程中内阻增大，使得圆柱电池的能量消耗增加，降低了圆柱电池的使用寿命短，而且使得圆柱电池的输出大电流能力减弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种圆柱电池及其制造方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种圆柱电池，包括：
外壳，所述外壳包括圆筒形侧壁和顶盖，所述顶盖通过焊接方式连接至所述圆筒形侧壁的顶部，所述圆筒形侧壁靠近所述顶盖的位置设有朝向所述外壳内部凹陷的颈缩部，所述颈缩部沿所述圆筒形侧壁周向延伸；
圆柱电芯，所述圆柱电芯安装于所述外壳内，所述圆柱电芯的一端设有输出极，所述输出极位于靠近所述顶盖的一端且位于所述颈缩部的下方；
集流片，所述集流片连接所述输出极和所述颈缩部的底部。
在一个实施例中，所述圆筒形侧壁的顶部设有径向向内延伸的环状连接部，所述环状连接部通过焊接方式连接至所述顶盖的顶部。
在一个实施例中，还包括密封件，所述密封件为筒状且环套于所述顶盖的外周。
在一个实施例中，所述密封件的顶部和底部分别设有径向内突出且周向延伸的上密封环和下密封环，所述上密封环位于所述环状连接部和所述顶盖之间，所述下密封环位于所述顶盖和所述颈缩部的顶部之间。
在一个实施例中，所述下密封环的内周和所述颈缩部的内周沿轴线方向对齐。
在一个实施例中，所述密封件采用硅胶材质。
在一个实施例中，所述集流片为环状，所述集流片的外周抵靠所述圆筒形侧壁。
在一个实施例中，所述圆柱电芯具有贯穿其两端的轴向通道，所述集流片的中心孔和所述通道对中。
本发明还涉及一种圆柱电池的制造方法，所述圆柱电池包括外壳、圆柱电芯和集流片；所述外壳包括圆筒形侧壁和顶盖，所述圆柱电芯位于所述圆筒形侧壁内，所述圆柱电芯的一端具有输出极，所述集流盘连接所述输出极，包括步骤：
通过滚压的方式将所述圆筒形侧壁的部分外周朝向外壳内部径向滚压，形成颈缩部，所述颈缩部位于所述集流片的顶部；
将所述颈缩部的底部和所述集流片连接；
将所述顶盖放置于所述颈缩部的顶部，再将所述圆筒形侧壁的顶部径向向内弯折，形成环状连接部，再将所述环状连接部连接至所述顶盖。
在一个实施例中，通过焊接的方式将多大颈缩部的底部和所述集流片连接，以及将所述环状连接部连接至所述顶盖。
本发明将圆筒形侧壁上开设颈缩部，可以通过激光焊接的方式对颈缩部的底部加热，并使得颈缩部的底部连接至集流片，而且颈缩部沿圆筒形侧壁的周向延伸，可以将激光焊接设备从圆筒形侧壁的外周对颈缩部的底部加热，将颈缩部沿周向的底部均连接至集流片，操作方便，而且还可提高集流片的过流能力。另外，顶盖和圆筒形侧壁也通过焊接方式连接，从而使得顶盖和圆筒形侧壁之间具有较大的过流能力，电流可以通过集流片流入至圆筒形侧壁，再流入顶盖处，通过顶盖输出。另外，本发明的密封件包括上密封环和下密封环，可以使得顶盖和环状连接部之间以及下密封环和颈缩部的顶部之间具有较好的密封效果，防止圆柱电池内的电解液从顶盖处泄漏。环状连接部和顶盖之间也通过焊接的方式连接，焊接可以使得环状连接部和顶盖之间具有较强的过流能力，减小内阻，延长圆柱电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的圆柱电池示意图。
图2是图1所示实施例中圆筒形侧壁和顶盖连接方式的示意图。
附图标记：100、圆柱电池；1、外壳；11、圆筒形侧壁；12、顶盖；13、环状连接部；14、颈缩部；2、集流片；3、圆柱电芯；31、输出极；4、密封件；41、上密封环；42、下密封环。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
本发明涉及一种圆柱电池100，该圆柱电池100包括外壳1、圆柱电芯3和集流片2。其中，外壳1用于容纳圆柱电芯3和集流片2，集流片2可连接圆柱电芯3的输出极31，用于输出电流。具体来说，外壳1包括圆筒形侧壁11和顶盖12，顶盖12通过焊接方式连接至圆筒形侧壁11的顶部，圆筒形侧壁11靠近顶盖12的位置设有朝向外壳1内部凹陷的颈缩部14，颈缩部14沿圆筒形侧壁11周向延伸。圆柱电芯3安装于所述外壳1内，圆柱电芯3的一端设有输出极31，输出极31位于靠近顶盖12的一端且位于颈缩部14的下方。集流片2连接至输出极31和颈缩部14的底部。本发明在圆筒形侧壁11上开设颈缩部14，可以通过激光焊接的方式对颈缩部14的底部加热，并使得颈缩部14的底部连接至集流片2，而且颈缩部14沿圆筒形侧壁11的周向延伸，可以将激光焊接设备从圆筒形侧壁11的外周对颈缩部14的底部加热，将颈缩部14沿周向的底部均连接至集流片2，操作方便，而且还可提高集流片2的过流能力。另外，顶盖12和圆筒形侧壁11也通过焊接方式连接，从而使得顶盖12和圆筒形侧壁11之间具有较大的过流能力，电流可以通过集流片2流入至圆筒形侧壁，再流入顶盖12处，通过顶盖12输出。
可选地，在一个实施例中，圆筒形侧壁11的顶部设有径向向内延伸的环状连接部13，环状连接部13通过焊接方式连接至顶盖12的顶部。环状连接部13可覆盖顶盖12的边缘，并通过焊接的方式将环状连接件连接至顶盖12，将圆筒形侧壁11的顶部形成环状连接部13可以增加顶盖12和圆筒形侧壁11之间的接触面积，提高圆筒形侧壁11和顶盖12之间的过流能力，减少内阻和电量消耗。应理解，本领域技术人员也可以将顶盖12的外周抵靠圆筒形侧壁11，并通过激光焊接的方式对圆筒形侧壁11的外周加热，使圆筒形侧壁11和顶盖12的外周连接，但是这种方式，由于顶盖12的厚度有限，导致顶盖12和圆筒形侧壁11的接触面积受限，从而使得圆筒形侧壁11和顶盖12之间的过流能力受限。应理解，环状连接部13的尺寸可以根据圆柱电池100的规格设计，例如，对于型号4680的圆柱电池100，需要较大的过流面积，可以增加环状连接部13的尺寸。对于较小型号的圆柱电池100，可以相应减小环状连接部13的尺寸，在此并不限制环状连接部13的尺寸。
可选地，在另一个实施例中，也可以将顶盖12的外周朝向底部延伸形成桶状的延伸部，并使使得桶状延伸部和圆筒形侧壁11通过焊接方式连接，也可以提高圆筒形侧壁11和顶盖12之间的接触面积和焊接面积，从而提高圆筒形侧壁11和顶盖12之间的过流能力，在此并不限制圆筒形侧壁11和顶盖12之间的具体连接方式，只要能够保证圆筒形侧壁11和顶盖12之间具有足够的过流能力即可。
可选地，圆柱电池100还包括密封件4，该密封件4为筒状且环套于顶盖12的外周。密封件4可以将顶盖12和圆筒形侧壁11之间密封连接，防止圆柱电池100内的电解液泄漏。密封件4具有弹性，一般选用硅胶材质，当然也可以选用其他材质，不限制密封件4的材质。
可选地，如图2所示，密封件4的顶部和底部分别设有径向向内突出且周向延伸的上密封环41和下密封环42，上密封环41位于环状连接部13和顶盖12之间，可将顶盖12和环状连接部13密封连接，而下密封环42位于顶盖12和颈缩部14的顶部之间，可提高顶盖12和颈缩部14之间的密封性。上密封环41和下密封环42可进一步提高顶盖12和圆筒形侧壁11的密封效果。另外，需要注意的是，上密封环41的尺寸需小于环状连接部13的尺寸，环状连接部13朝内外壳1内延伸的尺寸超过上密封环41，从而使得环状连接部13可以连接至顶盖12。
可选地，下密封环42的内周和颈缩部14的内周沿轴线方向对齐，下密封环42被颈缩部14的顶部和顶盖12挤压，下密封环42延伸至颈缩部14的顶部，可提高顶盖12和颈缩部14之间的连接效果。
可选地，如图2所示，集流片2为环状，集流片2的外周抵靠圆筒形侧壁11。将集流片2的边缘和颈缩部14的底部焊接时，可以将集流片2的外周和圆筒形侧壁11焊接，增加集流片2和圆筒形侧壁11的过流面积。
可选地，圆柱电芯3具有贯穿其两端的轴向通道，集流片2的中心孔和通道对中。集流片2连接至圆柱电芯3的输出极31时，可以将集流片2的中心孔和圆柱电芯3对中，再将集流片2焊接至输出极31上，中心孔可以起到定位作用，防止部分集流片2和输出极31错位，从而减少集流片2和输出极31之间的过流能力。
需要注意的是，颈缩部14为圆筒形侧壁11沿径向且朝向外壳1内部凹陷形成，可以通过滚压机构将圆筒形侧壁11滚压形成，颈缩部14的深度可以根据圆柱电池100的规格设计，例如对于型号4680的圆柱电池100，由于其尺寸和能量相对较大，需要足够大的过流能力才可满足需求，所以可以相应增加颈缩部14的深度，以提高颈缩部14和集流片2的接触面积以及过流面积，提高颈缩部14和集流片2之间的过流能力。一般来说，颈缩部14的内壁偏离外壳1轴心的距离和圆筒形侧壁11的直径比值优选范围0.8-0.95，在此范围内，可以保证圆柱电池100的外壳1和集流片2之间的过流能力，还可以防止过深的颈缩部14对外壳1的强度造成影响，避免使用过程中外壳1从凹槽处断裂的现象。对于型号4680的圆柱电池100，其外径约为46mm，则颈缩部14的深度在2.3mm至9.2mm。另外颈缩部14的形状并不受图1和图2的形状限制，方便将颈缩部14和集流片2焊接即可。
本发明还涉及一种圆柱电池100的制造方法，该圆柱电池100包括外壳1、圆柱电芯3和集流片2。外壳1如上所述，包括圆筒形侧壁11和顶盖12，圆柱电芯3位于圆筒形侧壁11内，圆柱电芯3的一端具有输出极31，集流盘连接所述输出极31，该圆柱电池100的制造方法包括步骤：
通过滚压的方式将圆筒形侧壁11的部分外周朝向外壳1内部径向滚压，形成颈缩部14，颈缩部14位于集流片2的顶部；
将颈缩部14的底部和集流片2连接；
将顶盖12放置于颈缩部14的顶部，再将圆筒形侧壁11的顶部径向向内弯折，形成环状连接部13，再将环状连接部13连接至顶盖12。
进一步地，通过焊接的方式将多大颈缩部14的底部和所述集流片2连接，以及将所述环状连接部13连接至所述顶盖12。可以通过激光焊接的方式，也可以通过电阻焊接的方式，只要能将颈缩部14的底部和集流片2连接且使得集流片2和颈缩部14之间具有足够的过流能力即可，不限制颈缩部14和集流片2的连接方式。
另外，将顶盖12放置于颈缩部14之前，还需要将上述的密封件4放置于外壳1内，并使得顶盖12位于上密封环41和下密封环42之间。再将圆筒形侧壁11径向弯折成环状连接部13，将环状连接部13焊接至顶盖12的边缘。
本发明将集流片2连接至颈缩部14的底部，可以通过激光焊接的方式绕外壳1一周将颈缩部14周向的底部连接至集流片2，方便焊接，而且可保证集流片2和外壳1之间具有足够大的过流能力。另外，本发明的密封件4包括上密封环41和下密封环42，可以使得顶盖12和环状连接部13之间以及下密封环42和颈缩部14的顶部之间具有较好的密封效果，防止圆柱电池100内的电解液从顶盖12处泄漏。环状连接部13和顶盖12之间也通过焊接的方式连接，焊接可以使得环状连接部13和顶盖12之间具有较强的过流能力，减小内阻，延长圆柱电池100的使用寿命。
以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种圆柱电池，其特征在于，包括：
外壳，所述外壳包括圆筒形侧壁和顶盖，所述顶盖通过焊接方式连接至所述圆筒形侧壁的顶部，所述圆筒形侧壁靠近所述顶盖的位置设有朝向所述外壳内部凹陷的颈缩部，所述颈缩部沿所述圆筒形侧壁周向延伸；
圆柱电芯，所述圆柱电芯安装于所述外壳内，所述圆柱电芯的一端设有输出极，所述输出极位于靠近所述顶盖的一端且位于所述颈缩部的下方；
集流片，所述集流片连接所述输出极和所述颈缩部的底部。
2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆筒形侧壁的顶部设有径向向内延伸的环状连接部，所述环状连接部通过焊接方式连接至所述顶盖的顶部。
3.根据权利要求2所述的圆柱电池，其特征在于，还包括密封件，所述密封件为筒状且环套于所述顶盖的外周。
4.根据权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，所述密封件的顶部和底部分别设有径向内突出且周向延伸的上密封环和下密封环，所述上密封环位于所述环状连接部和所述顶盖之间，所述下密封环位于所述顶盖和所述颈缩部的顶部之间。
5.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述下密封环的内周和所述颈缩部的内周沿轴线方向对齐。
6.根据权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，所述密封件采用硅胶材质。
7.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述集流片为环状，所述集流片的外周抵靠所述圆筒形侧壁。
8.根据权利要求7所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电芯具有贯穿其两端的轴向通道，所述集流片的中心孔和所述通道对中。
9.一种圆柱电池的制造方法，所述圆柱电池包括外壳、圆柱电芯和集流片；所述外壳包括圆筒形侧壁和顶盖，所述圆柱电芯位于所述圆筒形侧壁内，所述圆柱电芯的一端具有输出极，所述集流盘连接所述输出极，其特征在于，包括步骤：
通过滚压的方式将所述圆筒形侧壁的部分外周朝向外壳内部径向滚压，形成颈缩部，所述颈缩部位于所述集流片的顶部；
将所述颈缩部的底部和所述集流片连接；
将所述顶盖放置于所述颈缩部的顶部，再将所述圆筒形侧壁的顶部径向向内弯折，形成环状连接部，再将所述环状连接部连接至所述顶盖。
10.根据权利要求9所述的圆柱电池的制造方法，其特征在于，通过焊接的方式将多大颈缩部的底部和所述集流片连接，以及将所述环状连接部连接至所述顶盖。
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