CN114883571A - 一种圆柱电池用集流件、圆柱电池和圆柱电池的焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于圆柱电池技术领域，具体涉及一种圆柱电池用集流件、圆柱电池和圆柱电池的焊接方法，集流件包括基体，在基体靠近卷芯的一端面设置有多个环状凸体，且在背离卷芯的一端面与多个环状凸体相对应的部位为凹槽结构，在焊接时，凸体压入由卷芯一端伸出的极耳内部，集流件在焊接过程中，能够使得集流件与卷芯极耳端面贴合紧密，而且这种结构设计，使得能够直接采用激光热传导焊将集流件和极耳焊接在一起，代替了传统的点焊方式，使焊接轨迹连续且焊接面积增大，还提高了过流能力，能够降低电池的内阻，提高生产制备得到的电池倍率性能，避免了由于采用点焊容易出现焊穿导致卷芯报废的问题。

Description

一种圆柱电池用集流件、圆柱电池和圆柱电池的焊接方法

技术领域

本发明属于圆柱电池技术领域，具体涉及一种圆柱电池用集流件、圆柱电池和圆柱电池的焊接方法。

背景技术

锂电池具有体积小、容量大、使用寿命长、自放电率低、无记忆效应、绿色环保等优点，目前被广泛应用于商用车、专用车、电动自行车、储能系统、医疗器械等。

随着新能源汽车地不断发展，新能源汽车的市场占有率不断扩大。与传统的燃油汽车相比，新能源汽车的普及能够降低对大气的污染。目前，为了提高市场竞争力，新能源汽车必然要在续航里程、环境适应性、使用寿命、购置成本等方面能够追赶甚至超越传统的燃油汽车，这也给电池包的技术发展带来了更高的挑战，使得高能量密度的电池成为发展趋势，而圆柱电池成组效率高，一致性好，具有广泛的应用前景。

传统圆柱电池其极耳和顶盖的焊接方式是通过引出极耳和顶盖连接片通过点焊焊接，这种方式存在载流面积小，导致过电流能力差的问题，不适合大容量圆柱电池的高倍率充放电过程。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供了一种圆柱电池用集流件，解决了圆柱电池过电流能力弱的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种圆柱电池用集流件，包括基体，所述基体具有背向电池卷芯的第一表面和面向电池卷芯的第二表面，所述第二表面设置有若干个凸体，所述第一表面与若干个所述凸体相对应的部位为凹槽结构；其中，所述凸体靠近卷芯的一侧设置有焊接部，所述焊接部用于与极耳焊接。

进一步地，所述凸体包括第一凸部和第二凸部，所述第一凸部设置有多个，所述第二凸部设置有多个，多个所述第一凸部环绕设置在多个所述第二凸部的外围，且所述第一凸部和所述第二凸部错位排布。

进一步地，所述凸体包括第一环形凸部和第二环形凸部，所述第一环形凸部环绕设置在所述第二环形凸部的外围。

其中，所述焊接部设置有焊接面，所述焊接面和所述焊接部均呈弧形状，所述焊接面位于所述焊接部的一侧，且所述焊接面的面积与所述焊接部面积的比值为0.3～0.8。

进一步地，所述凹槽结构的深度为0.5～10mm，所述焊接部的厚度小于或等于0.5mm。

本发明的目的之二在于：提供了一种圆柱电池，包括上述的圆柱电池用集流件、壳体、盖板和卷芯，所述壳体为具有开口的筒状结构，所述盖板覆盖所述开口并与所述壳体密封连接，所述卷芯设置在所述壳体内，所述卷芯两端设置有极耳，所述极耳和所述集流件的凸体焊接。

进一步地，所述极耳的长度为L，所述凸体的高度为h，并满足以下关系式：

L>3h。

其中，所述极耳的长度为2～10mm，所述凸体的焊接部位于所述极耳上端面下方0.2～3mm处。

进一步地，所述壳体的一端为开放端，所述壳体的另一端为封闭端，且所述封闭端的外端面向靠近卷芯的方向凹陷并于所述封闭端的内端面凸出0.2～3mm。

本发明的目的之三在于：提供了一种圆柱电池的焊接方法，包括以下步骤：

S1、将正极片、隔膜和负极片依次卷绕形成卷芯；

S2、将所述集流件下压，使所述集流件的凸体压入所述极耳内部；

S3、通过激光热传导焊将所述凸体和所述极耳焊接。

进一步地，在S3步骤中，采用激光热传导焊时，负极集流件的焊接功率1000～2500w，焊接速度为30～150mm/s，正极集流件的焊接功率为600～2000w，焊接速度30～150mm/s。

进一步地，在S3步骤中，所述凸体和所述极耳的焊缝宽D1大于或等于1.2mm，熔宽D2大于或等于1.0mm，熔深H1为0.1～0.5mm，焊接深宽比小于或等于0.5。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提供了一种圆柱电池用集流件，包括基体，在基体靠近卷芯的一端面设置有环状凸体，且在背离卷芯的一端面与环状凸体相对应的部位为凹槽结构，在焊接时，凸体压入由卷芯一端伸出的极耳内部，集流件在焊接过程中，能够使得集流件与卷芯极耳端面贴合紧密，而且这种结构设计，使得能够直接采用激光热传导焊将集流件和极耳焊接在一起，代替了传统的点焊方式，使焊接轨迹连续且焊接面积增大，不仅能够改善集流件与卷芯极耳的贴合效果，同时，还提高了过流能力，极大降低了虚焊、焊偏、焊穿(过焊)等问题的出现概率，能够降低电池的内阻，提高生产制备得到的电池倍率性能，避免了由于采用点焊容易出现焊穿导致卷芯报废的问题。

(2)本发明提供了一种圆柱电池，其将由卷芯两端引出的极耳直接与集流件的凸体进行焊接，与传统的焊接方式相比较，其焊接轨迹连续且焊接面积大，增大了载流面积，使圆柱电池过电流能力强，使得生产制备得到的圆柱电池满足大容量圆柱电池的高倍率充放电要求。

(3)本发明提供了一种圆柱电池的焊接方法，与传统的圆柱电池焊接方式相比较，其圆柱电池采用这种结构和激光热传导焊的方式，取消揉极耳工艺，一方面避免了点焊容易造成的虚焊、焊偏、焊穿(过焊)等问题，使得焊接轨迹连续且焊接面积大，增大了集流件和极耳的接触面积，另一方面是省去揉极耳工艺，简化工艺，降低成本，而且，能够有效防止揉极耳产生的金属碎屑掉落进入卷芯，进而避免了电池短路的风险，提高生产的产品安全性。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施方式的特征、优点和技术效果。

图1为本发明中实施方式一的负极集流件的结构示意图之一；

图2为本发明中实施方式一的负极集流件的结构示意图之二；

图3为本发明中实施方式一的正极集流件的结构示意图之一；

图4为本发明中实施方式一的正极集流件的结构示意图之二；

图5为本发明中实施方式二的圆柱电池的结构示意图之一；

图6为本发明中实施方式二的圆柱电池的结构示意图之二；

图7为图6的A局部放大示意图；

图8为本发明中实施方式二的圆柱电池的结构示意图之三；

图9为本发明中实施方式二的圆柱电池的结构示意图之四；

图10为本发明中实施方式二的圆柱电池的结构示意图之五。

其中，附图标记说明如下：

1、集流件；11、基体；11a、第一表面；11b、第二表面；12、凸体；121、第一凸部；122、第二凸部；123、第一环形凸部；124、第二环形凸部；13、凹槽结构；12a、焊接部；12b、焊接面；

2、圆柱电池；21、壳体；211、焊接槽；22、卷芯；23、极耳；D1、焊缝宽；D2、熔宽；H1、熔深；H2、凸体压入极耳的深度。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图1对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施方式一

下面结合附图1描述实施方式一

如图1～4所示，本发明实施方式一提供了圆柱电池用集流件1，包括基体11，基体11具有背向电池卷芯22的第一表面11a和面向电池卷芯22的第二表面11b，第二表面11b设置有若干个环绕基体11中心轴线分布的凸体12，第一表面11a与若干个凸体12相对应的部位为凹槽结构13；其中，凸体12靠近卷芯22的一侧设置有焊接部12a，焊接部12a用于与极耳23焊接。

在本实施方式一中，圆柱电池用集流件1包括正极集流件和负极集流件，正极集流件和负极集流件分别位于圆柱电池2的上下端面，并分别与从圆柱电池2上下两端引出的正负极耳焊接。

具体地，参见图1～2所示，其为本实施方式一的圆柱电池用负极集流件，负极集流件采用铜或者铜镀镍材料制成，需要说明的是，其还可以是本领域各种适用于作为圆柱电池负极集流件的材料。

本发明实施方式一中的圆柱电池用负极集流件，凸体12包括第一凸部121和第二凸部122，第一凸部121设置有多个，第二凸部122设置有多个，多个第一凸部121围绕基体11的中心轴线呈环状排布，多个第二凸部122围绕基体11的中心轴线呈环状排布，且多个第一凸部121环绕设置在多个第二凸部122的外围，相邻近的第一凸部121和第二凸部122采用错位排布的方式相互错开，从而可以增强负极集流件和极耳23的焊接牢固性。需要说明的是，在本实施方式一中，第一凸部121和第二凸部122靠近电芯的一侧面为焊接部12a，负极集流件在焊接过程中，焊接面12b于焊接部12a形成，且焊接面12b和焊接部12a的走向一致，均为弧形面，这种结构设计，使得焊接面12b和极耳23走向保持一致，增大了焊接面积，使得焊接面12b连续且均匀排布，使得圆柱电池2的导流性能优异，导流均匀可靠，满足大容量圆柱电池的高倍率充放电要求，极大降低了虚焊、焊偏、焊穿(过焊)等问题的出现概率，能够降低电池的内阻，提高生产制备得到的电池倍率性能，避免了由于采用点焊容易出现焊穿导致卷芯22报废的问题。

本发明实施方式一中的圆柱电池用负极集流件，其在基体11的中心位置开设有第一通孔，第一通孔和位于卷芯22中间位置的第二通孔对齐，第一通孔用于向卷芯22内部注入电解液。

参见图3～4所示，其为本实施方式一的圆柱电池用正极集流件，在本实施方式一中，正极集流件采用铝材料制成，需要说明的是，其还可以是本领域各种适用于作为圆柱电池正极集流件的材料。

本实施方式一提供的圆柱电池用正极集流件，凸体12包括第一环形凸部123和第二环形凸部124，第一环形凸部123设置在第二环形凸部124的外围，且第一环形凸部123的宽度等于第二环形凸部124的宽度。第一环形凸部123和第二环形凸部124在靠近卷芯22的一侧均设置有焊接部12a，当集流件1和极耳23通过激光热传导焊时，在焊接部12a上形成连续的焊接面12b，且焊接面12b的面积与焊接部面积的比值为0.3～0.8，需要说明的是，焊接面12b和焊接部12a均呈环状，增大了焊接面积，而且这种结构设计，使得在焊接集流件1和极耳23时，可采用激光热传导焊的方式来代替传统的点焊，使得焊接面12b连续且均匀排布，使得圆柱电池2的导流性能优异，导流均匀可靠，满足大容量圆柱电池2的高倍率充放电要求。

需要说明的是，负极集流件的结构还可采用如上述中的正极集流件结构，同理，正极集流件的结构还可采用如上述中的负极集流件结构。

参见图1或图3所示，凹槽结构13的深度为0.5～10mm，焊接部12a的厚度小于或等于0.5mm。这种结构设计，在集流件1的焊接过程中，使得凸体12压入极耳23内部的长度适宜，即能够保证集流件1与极耳23充分接触，又能够防止集流件1过度压紧极耳23导致极耳23被迫压入到极片中，而且，这种结构设计，在集流件1和极耳23通过激光热传导焊时，避免出现虚焊，使得激光能够穿透凸体12，沿着焊接面12b将凸体12熔化，使凸体12和极耳23连接处熔化结合，冷却后形成焊缝，使得焊缝平滑无气孔。

实施方式二

如图5～10所示，本发明实施方式二提供了一种圆柱电池2，包括实施方式一中的圆柱电池用集流件1、壳体21、盖板(图中未标注)和卷芯22，壳体21为具有开口的筒状结构，盖板覆盖开口并与壳体21密封连接，卷芯22设置在壳体21内，卷芯22两端设置有极耳23，极耳23和集流件1的凸体12焊接。本实施方式二中的圆柱电池2，其将由卷芯22两端引出的极耳23直接与集流件1的凸体12进行焊接，与传统的焊接方式相比较，其焊接轨迹连续且焊接面大，增大了载流面积，使圆柱电池2过电流能力强，使得生产制备得到的圆柱电池2满足大容量圆柱电池2的高倍率充放电要求。

需要说明的是，本发明实施方式二中的壳体21具有两种结构，具体如下：

一、仅上端或下端设置有敞开口的筒状结构；

二、上下端均为敞开口的筒状结构。

具体地，参见图5～8所示，当壳体21仅上端具有敞开口时，相应地，盖板设置有一个，且该盖板覆盖该敞开口并与壳体21密封连接，盖板和极耳23之间通过集流件1连接，需要说明的是，当壳体21为只有一个敞开口的筒状结构时，壳体21作为一电极端，为了提高焊接质量，避免出现虚焊，在壳体21底部设置有向内凹陷的焊接槽211，在本实施方式二中，焊接槽211为U型槽，与焊接槽211位置相对应的背面为凸起状，用于与极耳23相连，其中，设置在壳体21底部的焊接槽211包括但不限于本实施方式二所限定的U型槽，其还可为圆形、方形、直线或圆弧等形状。

参见图9～10所示，当壳体21两端均是敞开口时，相应地，盖板设置有两个，分别用于覆盖这两个敞开口且与壳体21密封连接，且正负极耳均对应设置有集流件1，正、负极耳通过集流件1分别与上、下盖板连接，上盖板与下盖板的配合结构能实现圆柱电池2的立式焊接封口，立式焊接简单、焊接质量好。

本发明实施方式二中的卷芯22由正极片、负极片和隔膜卷绕而成。隔膜可以采用一条隔膜，对折后，将正极片夹设在对折的隔膜中间，然后将负极片叠放在隔膜的外侧，然后按照“负极片-隔膜-正极片-隔膜”的顺序，使负极片为外侧，并使在叠放厚度方向上远离负极片的那层(侧)隔膜处于内侧进行卷绕得到卷绕式电芯。

其中，正、负极片是在正、负集流体上涂布了极性敷料形成的，正、负极耳分别连接在正、负极片卷绕的末端，正、负极耳分别是正、负集流体末端未涂布极性敷料的部分，也就是由正、负集流体向外延伸的部分，可以明确的是，极耳23和集流体是一体的。具体地，正极片的卷绕末端一体形成正极耳，负极片的卷绕末端一体形成负极耳，负极耳和正极耳分别形成于卷芯22的上下两端，避免了正、负极耳直接接触的可能。

需要说明的是，本发明实施方式二中的极耳23的长度L为2～10mm。极耳23的长度优选为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或10mm。在本实施方式二中，凹槽结构13的深度为0.5～10mm，其中，凹槽结构13的深度优选为1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。

具体地，本发明实施方式二中的极耳23的长度为L，所述凸体12的高度为h，两者之间满足以下关系式：

L>3h。

在实际应用中，凸体12的高度h为0.2～3mm，而且，凸体12和极耳23的长度满足以上关系式，在焊接集流件1时，能够确保焊接面12b位于极耳23上端面下方的0.2～3mm处，这种结构设计，使得集流件1和极耳23能够充分接触，同时，又能够防止极耳23被压倒插入极片内部引起短路。

具体地，凸体12的高度h优选为0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、2.5mm或3mm。需要说明的是，不论凸体12的高度h在区间0.2～3mm取何值，其与极耳23的长度L均需要满足上述关系式。

实施方式三

本实施方式三提供了一种圆柱电池的焊接方法，其圆柱电池为实施方式二中的圆柱电池2，包括以下步骤：

S1、将正极片、隔膜和负极片依次卷绕形成卷芯22，卷绕完成后极耳23的长度为3mm；

S2、采用工装将集流件1下压，使集流件1的凸体12压入极耳23内部0.5mm，其中，位于集流件1上的凹槽结构13的深度为0.5mm，焊接部12a的厚度为0.3mm；

S3、通过激光热传导焊将凸体12和极耳23焊接。

进一步地，在S3步骤中，采用激光热传导焊时，负极集流件的焊接功率1000～2500w，焊接速度为30～150mm/s，正极集流件的焊接功率为600～2000w，焊接速度30～150mm/s。

需要说明的是，经过卷绕后形成的卷芯22，其极耳23长度不限于本实施方式三所列举的3mm，极耳23长度还可为2～10mm中的其它任意一数值，同样地，位于集流件1上的凹槽结构13的深度不限于本实施方式三所列举的0.5mm，还可为0.5～10mm中的其它任意一数值，在本发明实施方式三中，凸体12压入极耳23内部的长度保持在0.2～3mm，能够使得集流件1和极耳23充分接触，又能够防止极耳23被压倒插入极片内部引起短路。

为了使得激光能够穿透凸体12，避免虚焊的出现，焊接部12a的厚度小于或等于0.5mm，经过大量的实验反复验证，当本发明实施方式中的焊接部12a的厚度大于0.5mm时，采用激光热传导焊时，出现虚焊的概率约为20％，极容易导致焊接不牢固。

具体地，激光热传导焊采用的激光器为半导体激光器时，激光波长小于1000nm，负极集流件的焊接参数：焊接功率为1000～2500w，焊接速度为30～150mm/s；正极集流件的焊接参数：焊接功率为600-2000w，焊接速度为30～150mm/s。其中，负极集流件的焊接功率优选为1500～2000w，焊接速度优选为80～100mm/s，正极集流件的焊接功率优选为1200～1800w，焊接速度优选为80～100mm/s。

激光热传导焊采用的激光光源为蓝光或绿光时，负极集流件的焊接参数优选为：焊接功率为1800～2000w，焊接速度为90～100mm/s；正极集流件的焊接参数：焊接功率为1500～1800w，焊接速度为90～100mm/s。需要说明的是，该焊接参数区间仅作为激光光源采用蓝光或绿光时的最优选值区间。

经过多次测试，采用本发明提供的一种圆柱电池的焊接方法，将集流件1和极耳23焊接后，焊缝宽D1≥1.2mm，熔宽D2≥1.0mm，熔深H1在0.1～0.5mm，焊接深宽比≤1.0，同时，焊缝横截面也未见气孔、裂纹等缺陷，相比其他焊接方式，显示本发明提供的圆柱电池的焊接方法，能够使得熔深小，减小飞溅产生，改善焊缝成形的效果。

其中，负极集流件的焊接功率为1000～2500w，焊接速度为30～150mm/s，正极集流件的焊接功率为600-2000w，焊接速度30～150mm/s，使得所获得的焊接面12b平整度高、一致性好，集流件1表面光滑且无飞溅，满足集流件1和极耳23的精密焊接需求。

本实施方式三提供的一种圆柱电池的焊接方法可在原技术上有以下优点：

(1)开发激光热传导焊代替激光点焊，使焊接轨迹连续且焊接面积增大，不仅能够改善集流件与极耳的贴合效果，同时，还提高了过流能力，提高生产制备得到的电池倍率性能，避免了由于采用点焊容易出现焊穿导致卷芯报废的问题。

(2)一方面省去揉极耳工艺，简化工艺，降低成本；另一方面，避免了采用揉极耳易产生金属碎屑导致短路的问题，提高了生产的产品安全性，降低生产成本。

(3)传统的激光点焊存在部分点虚焊和焊穿的风险，而激光热传导焊的熔合效果比点焊要好，可以降低虚焊和焊穿的风险，使得焊缝平滑无气孔。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种圆柱电池用集流件，其特征在于：包括

基体，所述基体具有背向电池卷芯的第一表面和面向电池卷芯的第二表面，所述第二表面设置有若干个凸体，所述第一表面与若干个所述凸体相对应的部位为凹槽结构；

其中，所述凸体靠近电池卷芯的一侧设置有焊接部，所述焊接部用于与极耳焊接。

2.如权利要求1所述的一种圆柱电池用集流件，其特征在于：所述凸体包括多个第一凸部和多个第二凸部，多个所述第一凸部环绕设置在多个所述第二凸部的外围，且所述第一凸部和所述第二凸部错位排布。

3.如权利要求1所述的一种圆柱电池用集流件，其特征在于：所述凸体包括第一环形凸部和第二环形凸部，所述第一环形凸部环绕设置在所述第二环形凸部的外围。

4.如权利要求1所述的一种圆柱电池用集流件，其特征在于：所述凹槽结构的深度为0.5～10mm，所述焊接部的厚度小于或等于0.5mm。

5.一种圆柱电池，其特征在于：包括权利要求1～4任意一项所述的圆柱电池用集流件、壳体、盖板和卷芯，所述壳体为具有开口的筒状结构，所述盖板覆盖所述开口并与所述壳体密封连接，所述卷芯设置在所述壳体内，所述卷芯两端设置有极耳，所述极耳和所述集流件的凸体焊接。

6.如权利要求5所述的一种圆柱电池，其特征在于：所述极耳的长度为L，所述凸体的高度为h，并满足以下关系式：

L>3h。

7.如权利要求5所述的一种圆柱电池，其特征在于：所述壳体的一端为开放端，所述壳体的另一端为封闭端，且所述封闭端的外端面向靠近所述卷芯的方向凹陷并于所述封闭端的内端面凸出0.2～3mm。

8.一种包括权利要求5～7任意一项所述的圆柱电池的焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将正极片、隔膜和负极片依次卷绕形成卷芯；

S2、将所述集流件下压，使所述集流件的凸体压入所述极耳内部；

S3、通过激光热传导焊将所述凸体和所述极耳焊接。

9.根据权利要求8所述的一种圆柱电池的焊接方法，其特征在于：在S3步骤中，采用激光热传导焊时，负极集流件的焊接功率1000～2500w，焊接速度为30～150mm/s，正极集流件的焊接功率为600～2000w，焊接速度30～150mm/s。

10.根据权利要求8所述的一种圆柱电池的焊接方法，其特征在于：在S3步骤中，所述凸体和所述极耳的焊缝宽D1大于或等于1.2mm，熔宽D2大于或等于1.0mm，焊接深宽比小于或等于0.5，熔深H1为0.1～0.5mm。

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