CN114678663A - 一种圆柱电池的极耳连接结构和一种圆柱电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆柱电池的极耳连接结构和一种圆柱电池，圆柱电池的壳体内部设置有卷芯，卷芯由极片卷绕后形成，极片上设置有若干个极耳，极耳连接结构在卷芯的至少一端设置，极耳连接结构包括集流盘和垫片，集流盘的一端面朝向卷芯，垫片设置在集流盘背向卷芯的一端面，极耳从集流盘的底部经卷折后延伸至集流盘和垫片之间，集流盘、极耳和垫片之间通过焊接固定。由于焊接点在垫片上，可以保障焊接面平整，实现有效焊接，减少热辐射的影响，同时避免金属飞屑的产生，提升电池的安全性。

Description

一种圆柱电池的极耳连接结构和一种圆柱电池

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其是涉及一种圆柱电池的极耳连接结构和一种圆柱电池。

背景技术

电动汽车以电代油，能够实现污染气体的零排放与低噪声，是解决能源和环境问题的重要手段。随着国家对新能源汽车的大力支持，圆柱电池由于能量密度高、抗压系数高、成本低、生产效率高、安全性能好等优点而备受关注。

现有技术中，通常采用极耳揉平的方式来实现全极耳焊接，极耳揉平能够降低电池的内阻，提升电池的功率性能。但是，极耳揉平在实际生产过程中会引入一些不可避免的安全风险，如揉平工艺产生的飞屑进入电芯内部，不易清理，会在电池使用过程中产生安全问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种圆柱电池的极耳连接结构和一种圆柱电池。

为了解决上述问题，一方面，本发明实施例公开了一种圆柱电池的极耳连接结构，所述圆柱电池的壳体内部设置有卷芯，所述卷芯由极片卷绕后形成，所述极片上设置有若干个极耳；所述极耳连接结构在所述卷芯的至少一端设置；所述极耳连接结构包括集流盘和垫片，所述集流盘的一端面朝向所述卷芯，所述垫片设置在所述集流盘背向所述卷芯的一端面；所述极耳经卷折后延伸至所述集流盘与所述垫片之间，所述集流盘、所述极耳和所述垫片通过焊接固定。

可选地，所述垫片为中空环状垫片，所述垫片上设置有若干个通孔。

可选地，所述极耳与所述集流盘朝向所述极片的一端面接触。

可选地，所述极片上设置有多个极耳；在所述极耳与所述集流盘朝向所述极片的一端面接触后，部分所述极耳经卷折后延伸至所述集流盘与所述垫片之间。

可选地，所述的极耳连接结构用于所述圆柱电池的正极，所述集流盘不与电池壳体接触，所述集流盘的直径小于所述电池壳体。

可选地，所述极耳连接结构还包括绝缘件和极柱，所述集流盘、所述垫片、所述绝缘件、以及所述极柱沿圆柱电池轴向依次设置；所述集流盘包括盘体和凸出于所述盘体的第一连接柱，所述盘体为圆形平面结构，所述第一连接柱设置在所述盘体的中部，所述集流盘通过所述第一连接柱与所述极柱焊接。

可选地，所述第一连接柱的内部中空，所述第一连接柱的内部设置有若干个卡扣，所述极耳连接结构上还设置有支撑筒，所述支撑筒上设置有卡槽，所述卡扣与所述卡槽配合连接。

可选地，所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，用于所述圆柱电池的负极，其特征在于，所述集流盘的直径小于或等于所述电池壳体的内径。

可选地，所述集流盘包括盘体和凸出于所述盘体的第二连接柱，所述盘体为圆形平面结构，所述第二连接柱设置在所述盘体的中部，所述盘体和所述第二连接柱一体成型，所述第二连接柱呈圆环状。

另一方面，本发明还公开了一种圆柱电池，所述圆柱电池上设置有所述极耳连接结构。

基于上述说明，本发明提供的圆柱电池的极耳连接结构，圆柱电池包括具有若干个极耳的极片，极耳连接结构包括集流盘和垫片，垫片设置在集流盘背向极片的一端面；极耳经卷折后延伸至集流盘与垫片之间，集流盘、极耳和垫片通过焊接固定，由于焊接点在垫片上，可以保障焊接面平整，实现有效焊接，减少热辐射的影响，避免了金属飞屑的产生，降低电池的安全风险，提升电池的安全性。

附图说明

图1为本发明提供的一种圆柱电池的极耳连接结构的示意图；

图2为本发明提供的一种用于圆柱电池正极的极耳连接结构的截面图；

图3a为本发明提供的一种用于电池正极的集流盘的俯视图；

图3b为本发明提供的一种用于电池正极的集流盘的仰视图；

图4a为本发明提供的一种内极柱的主视图；

图4b为本发明提供的一种内极柱的俯视图；

图5a为本发明提供的一种支撑筒的主视图；

图5b为本发明提供的一种支撑筒的俯视图；

图6为本发明提供的一种用于圆柱电池负极的极耳连接结构的截面图；

图7a为本发明提供的一种用于电池负极的集流盘的俯视图；

图7b为本发明提供的一种用于电池负极的集流盘的立体示意图。

其中，1、集流盘，2、垫片，3、绝缘件，4、内极柱，5、外极柱，6、支撑筒，11、盘体，12、第一连接柱，13、卡扣，14、第二连接柱，21、通孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，下文对于实施例的描述旨在对本公开的总体构思进行解释和说明，而不应当理解为是对本公开的限制。在说明书和附图中，相同或相似的附图标记指代相同或相似的部件或构件。为了清晰起见，附图不一定按比例绘制，并且附图中可能省略了一些公知部件和结构。

现有技术中，圆柱电池一般包括电池壳体、以及设置在壳体内部的电池卷芯、集流盘和绝缘密封圈，其中，电池卷芯一般由极片卷绕后形成，极片包括正极极片和负极极片，在极片卷绕前，将隔膜片夹设在正极极片和负极极片之间，绝缘密封圈设置在集流盘和壳体之间。极片一般包括涂布区和空白区，极耳通过焊接的方式设置在空白区上，圆柱电池根据极耳的不同设置可分为单极耳结构、多极耳结构和全极耳结构。

圆柱电池在生产制造的过程中，一般都会涉及到卷绕电芯的极耳揉平，传统的揉平方法就是通过揉平机的揉平头直接接触在极耳上，随着揉平头的自转靠近极耳后，会碾转带动极耳揉平在卷绕电芯的端部，由于揉平头直接与极耳接触摩擦，可能会将柔软的极耳部分揉碎，揉碎的碎末颗粒可能会进入圆柱型电池的正极端或负极端之间而产生短路，故传统揉平方法对圆柱电池产品的质量造成较大影响，会降低产品的合格率和安全性能。并且由于极耳揉平后附着在卷绕电芯的端部，会影响圆柱电池径向的使用空间。

图1为本发明实施例提供的一种圆柱电池的极耳连接结构的示意图，其中，圆柱电池的壳体内部设置有卷芯(图中未示出)，卷芯由极片卷绕后形成，极片上设置有若干个极耳，该若干个极耳可以包括单极耳、多极耳和全极耳。

极耳连接结构在卷芯的至少一端设置，极耳连接结构包括集流盘1和垫片2，集流盘1的一端面朝向卷芯，垫片2设置在集流盘1背向卷芯的一端面，极耳经卷折后延伸至集流盘1和垫片2之间。具体的，极耳从极片向集流盘1的方向延伸，从集流盘1朝向卷芯的一端面起经卷折后延伸至集流盘1背向卷芯的另一端面，并位于集流盘1和垫片2之间，从而使得极耳能够被集流盘1和垫片2固定。其中，集流盘1、极耳和垫片2可以通过焊接固定。

在本发明实施例的极耳连接结构中，极耳经卷折后延伸至集流盘1和垫片2之间，并通过焊接将集流盘1、极耳和垫片2固定，垫片2可以保障焊接面的平整度，减少虚焊，极大的提升焊接效果；并且由于不采用极耳揉平的工艺，可以避免金属飞屑的产生、降低电池的安全风险。

在本发明实施例的极耳连接结构可以用于单极耳电池、多极耳电池和全极耳电池；当该极耳连接结构用于多极耳电池或全极耳电池时，可以根据实际需求，选择部分或全部极耳经卷折后延伸至集流盘1和垫片2之间。

在一些实施例中，极耳连接结构用于单极耳圆柱电池时，单极耳可以与集流盘1朝向极片的一端面接触，以对集流盘进行支撑，单极耳经卷折后延伸至集流盘1和垫片2之间。

在一些实施例中，极耳连接结构用于多极耳或全极耳圆柱电池时，极片上的各个极耳与集流盘1朝向极片的一端面接触，其中部分极耳经卷折后延伸至集流盘1与垫片2之间，部分极耳不卷折延伸至集流盘1背向极片的端面；例如，全极耳电池的极耳从整个极片引出，并形成圆柱形，位于中心区域的极耳不卷折延伸至集流盘1背向极片的端面，其余的极耳卷折延伸至集流盘1背向极片的端面。由于极片的厚度在微米级别，卷折后的极耳厚度位于0.1-1mm之间，占用物理空间很小。

在一些实施例中，垫片2可以为中空环状垫片；环形金属垫片的宽度可以保证极耳和集流盘1之间有足够的焊接面积，焊接面积即为垫片2上的环形面积，环形金属垫片的宽度即内径和外径的差值，环形金属垫片的宽度可以根据实际的电池尺寸进行选择。示例性地，垫片2的宽度可以为2-10mm；在焊接过程中，可以在环形垫片上进行激光焊点或者焊线的设计，满足极耳连接结构预期的过流需求。示例性地，焊点的直径可以为1mm，焊点的数量为20-60个，焊线可选择绕垫片2焊接一圈。

垫片2上可以设置有若干个通孔21；示例性地，通孔21的直径为2-10mm。通孔21可用于注液，起到浸润的效果，同时，在卷折极耳的过程中，可以通过卷绕机上的结构件，将吸爪上的吸盘通过通孔21摁压极耳，保证极耳平整的折叠在一起，有利于激光焊接时更加有效和便捷。

本发明实施例的极耳连接结构可以应用于电池的正极和负极，应用于电池的正极的极耳连接结构，与应用于电池的负极的极耳连接结构有所不同。以下首先对应用于电池的正极极耳连接结构进行说明。

图2为本发明实施例提供的一种用于圆柱电池正极的极耳连接结构的截面图，该极耳连接结构包括集流盘1、垫片2、绝缘件3和极柱，其中，极柱可以包括内极柱4和外极柱5，且集流盘1、垫片2、绝缘件3、内极柱4和外极柱5沿圆柱电池轴向依次设置，集流盘1、垫片2、绝缘件3、内极柱4和外极柱5的中轴线重合。集流盘1不与电池壳体接触，集流盘1的直径小于电池壳体，如集流盘1的直径比电池壳体的直径小2mm。

集流盘1包括盘体11和凸出于盘体11的第一连接柱12，其中，盘体11可以为圆形平面结构，第一连接柱12设置在盘体11的中部，盘体11与第一连接柱12之间一体成型。在极耳经卷折后从盘体11的侧面延伸至盘体11上方后，通过垫片2进行压平。集流盘1通过第一连接柱12与内极柱4的朝向集流盘1一端面上的凸台焊接，盘体11与极耳焊接后形成导电通路。

图3为本发明提供的一种用于电池正极的集流盘的示意图，其中，图3a为集流盘1的俯视图，图3b为集流盘1的仰视图。示例性地，第一连接柱12的直径为3-15mm，第一连接柱12的内部中空，第一连接柱12上还设置有若干个卡扣13，第一连接柱12用于与圆柱电池的支撑筒6连接。

垫片2的结构和尺寸在前面实施例中已作具体描述，为了使得焊接的过程中不损伤极片，垫片2设置在集流盘1上远离极片的一端面。在进行激光焊接时，垫片2压在卷折好的极耳上，与极耳和盘体11焊接在一起，形成一个三明治结构，激光焊接通过垫片2向下穿透，实现穿透垫片、极耳和部分集流盘，最后三者焊接在一起的目的。

绝缘件3可采用绝缘胶圈制作，如采用聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、可溶性聚四氟乙烯(PFA)等材质制作，示例性地，绝缘件3的厚度为0.2-1.2mm，用于隔绝带正电的外极柱和带负电的电池壳体，起到绝缘的作用，保护电池的使用安全。

图4为本发明实施例提供的一种内极柱的示意图，其中，图4a为内极柱4的主视图，图4b为内极柱4的俯视图。内极柱4朝向垫片2的一端面的中部设置有凸台，该凸台用于与集流盘1上的第一连接柱12焊接。内极柱4背向垫片2的一端面的中部设置有凹台，凹台设置在内极柱4的中轴线上，凹台的截面呈圆形结构。示例性的，凹台的直径范围在3-15mm，以满足不同电池的过流需求，内极柱4的过流能力可以在30-300A之间。

外极柱5背向内极柱4的一端面呈圆柱体，示例性地，外极柱5的直径为3-20mm，用于向极耳连接结构的外部导通电流，同时起到保护极耳连接结构的内焊接面的作用，外极柱5还可防止电池漏液的风险。外极柱5朝向内极柱4的一端面的中部设置有凸台，且该凸台设置在外极柱5的中轴线上，内极柱4上的凹台的尺寸与外极柱5上的凸台尺寸相适配，内极柱4通过焊接的方式与外极柱5连接，起到电流导通的作用。

在一些实施例中，极耳连接结构与圆柱电池的支撑筒连接。图5为本发明实施例提供的一种支撑筒的示意图，其中，图5a为支撑筒6的主视图，图5b为支撑筒6的俯视图。支撑筒6用于固定和定位圆柱电池的极耳连接结构，支撑筒6设置在卷芯的中央位置，卷芯由极片在支撑筒6上卷绕后形成。支撑筒6可以为塑料圆环筒，内部中空，两端设计有若干个卡槽，支撑筒6放置在电池卷芯中间位置，支撑内部的卷芯不坍塌。支撑筒6设置在集流盘1的下方，第一连接柱12的内部设置有若干个卡扣13，且卡扣13与支撑筒6上的卡槽配合连接，用于固定集流盘1，进而固定和定位圆柱电池的极耳连接结构。示例性的，支撑筒6的内径和的外径的差值为0.5-3mm，支撑筒的高度可以为60-130mm。

基于上述说明，在使用过程中，用于电池正极的集流盘1的直径略小于电池壳体，集流盘1与内极柱4焊接，实现导通电流的作用，电流通过内极柱4和集流盘1的焊接点传递到极耳上，然后通过极耳传递到电池内部，集流盘1的直径可以根据不同的过流需求设计。集流盘1的盘体与垫片2焊接，中间夹着卷折后的极耳，其中，集流盘1起支撑极耳的作用，垫片2起压平极耳的作用。在激光焊接时，一方面可以保障焊接面平整，焊接效果好；另一方面也可以起到热保护作用，由于垫片2具有一定的厚度，可以保证在焊接时焊接到极耳，但是不穿透集流盘1，保护集流盘1下方的隔膜、极片等，降低焊接时的热辐射作用，实现有效焊接；避免了金属飞屑的产生，降低电池的安全风险，提升电池的安全性。同时，垫片的环状设计，可以覆盖较大范围的有效焊接面积，实现不同的过流需求；极耳设置在所述集流盘和所述垫片之间，集流盘通过第一连接柱与内极柱焊接，内极柱和外极柱焊接，可以节省电池径向1％-5％的空间，使得电池的涂布区域拥有更多的使用空间，提升能量密度。

图6为本发明实施例提供的一种用于圆柱电池负极的极耳连接结构的截面图。在该极耳连接结构中，圆柱电池的极片上设置有若干个极耳，极耳连接结构包括集流盘1和垫片2，且极耳延伸至集流盘1和垫片2之间，集流盘1、极耳和垫片2通过焊接固定。其中，垫片2和集流盘1的尺寸与上述用于圆柱电池正极的极耳连接结构相同，垫片2的结构与上述用于圆柱电池正极的极耳连接结构也相同。为了使得焊接的过程中不损伤极片，垫片2设置在集流盘1上背向极片的一端面，此焊接结构的圆柱电池可以避免金属飞屑的产生、降低电池的安全风险。

图7为本发明实施例提供的一种用于电池负极的集流盘的示意图，其中，图7a为集流盘1的俯视图，图7b为集流盘1的立体图。集流盘1包括盘体11和凸出于盘体11的第二连接柱14，其中，盘体11为圆形平面结构，第二连接柱14设置在盘体11的中部，且盘体11和第二连接柱14一体成型。第二连接柱14呈圆环状，第二连接柱14的内部设置有若干个卡扣13，集流盘1远离垫片2的一端面设置有支撑筒6，该支撑筒6的结构与上述用于电池正极的支撑筒6的结构相同，支撑筒6上的卡槽与第二连接柱14上的卡扣13配合连接，用于固定集流盘1，进而固定和定位圆柱电池的极耳连接结构。

基于上述说明，在使用过程中，如果用于电池负极的集流盘1与电池壳体之间接触，可将集流盘1的直径设计为与电池壳体的内径相同。如果用于电池负极的集流盘1与电池壳体之间不接触，集流盘1的直径可设计为略小于电池壳体，如集流盘1的直径比电池壳体的直径小2mm。本发明的技术方案中，通过将极耳设置在集流盘1和垫片2之间进行激光焊接，垫片2设置在集流盘1上远离极片的一端面，由于焊接点在垫片上，可以保障焊接面平整，实现有效焊接，减少热辐射的影响，避免了金属飞屑的产生，降低电池的安全风险，提升电池的安全性；垫片的环状设计，可以覆盖较大范围的有效焊接面积，实现不同的过流需求；极耳设置在所述集流盘和所述垫片之间，可以节省电池径向的空间，提升能量密度。

本发明还提供了一种圆柱电池，所述圆柱电池上设置有上述圆柱电池的极耳连接结构。该圆柱电池的结构主要用于尺寸较大的圆柱电池，示例性的，圆柱电池的直径为40-60mm，圆柱电池的高度为75-130mm。采用此种极耳连接结构的电池优势在于，一方面节省了电池钢壳径向的空间，提高电芯的能量密度；另一方面，采用此种极耳连接结构的电池，在生产过程中减少飞屑的产生，极大的提高了电池的安全性能。

需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。措词“一”或“一个”不排除多个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”“顶”或“底”等等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

以上对本发明所提供的一种圆柱电池的极耳连接结构和一种圆柱电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种圆柱电池的极耳连接结构，其特征在于，

所述圆柱电池的壳体内部设置有卷芯，所述卷芯由极片卷绕后形成，所述极片上设置有若干个极耳；

所述极耳连接结构在所述卷芯的至少一端设置；

所述极耳连接结构包括集流盘和垫片，所述集流盘的一端面朝向所述卷芯，所述垫片设置在所述集流盘背向所述卷芯的一端面；

所述极耳经卷折后延伸至所述集流盘与所述垫片之间，所述集流盘、所述极耳和所述垫片通过焊接固定。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，其特征在于，所述垫片为中空环状垫片，所述垫片上设置有若干个通孔。

3.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，其特征在于，所述若干个极耳与所述集流盘朝向所述极片的一端面接触。

4.根据权利要求3所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，其特征在于，当所述若干个极耳为多个极耳时，所述若干个极耳中的部分所述极耳经卷折后延伸至所述集流盘与所述垫片之间。

5.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，用于所述圆柱电池的正极，其特征在于，所述集流盘的直径小于所述电池壳体。

6.根据权利要求5所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，其特征在于，所述极耳连接结构还包括绝缘件和极柱，所述集流盘、所述垫片、所述绝缘件、以及所述极柱沿圆柱电池轴向依次设置；

所述集流盘包括盘体和凸出于所述盘体的第一连接柱，所述盘体为圆形平面结构，所述第一连接柱设置在所述盘体的中部，所述集流盘通过所述第一连接柱与所述极柱焊接。

7.根据权利要求6所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，其特征在于，所述第一连接柱的内部中空，所述第一连接柱的内部设置有若干个卡扣，所述极耳连接结构上还设置有支撑筒，所述支撑筒上设置有卡槽，所述卡扣与所述卡槽配合连接。

8.根据权利要求1所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，用于所述圆柱电池的负极，其特征在于，所述集流盘的直径小于或等于所述电池壳体的内径。

9.根据权利要求8所述的一种圆柱电池的极耳连接结构，其特征在于，所述集流盘包括盘体和凸出于所述盘体的第二连接柱，所述盘体为圆形平面结构，所述第二连接柱设置在所述盘体的中部，所述盘体和所述第二连接柱一体成型，所述第二连接柱呈圆环状。

10.一种圆柱电池，所述圆柱电池上设置有如权利要求1-9中任一项所述的极耳连接结构。

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