CN115036585A - 一种电极组件、圆柱电池及其装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种电极组件、圆柱电池及其装配方法，电极组件包括电芯，所述电芯由正极片、负极片以及隔膜通过卷绕构成；所述电芯至少一端向外引出极耳，所述极耳沿所述电芯的径向向内抚平，极耳沿所述电芯的径向错位排开。本发明通过抚平方式使得位于电芯一端的极耳沿电芯的径向向内铺展，使得圆柱电池的制造工艺中无需揉平工艺，进而避免了采用揉平方式对极耳进行处理时会震碎极耳的风险。

Description

一种电极组件、圆柱电池及其装配方法

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种电极组件、圆柱电池及其装配方法。

背景技术

目前，锂离子电池应用日趋广泛，对电池的性能提出了更高的要求。圆柱形锂离子电池由于生产流程标准化，生产效率高，循环性能优异，一致性好，近年来广泛应用于汽车动力电池。圆柱形动力锂离子电池正极片多采用中间极耳设计，以降低内阻，提高性能。随着新能源汽车的发展，高能量密度的电池成为发展趋势，圆柱电池成组效率高，一致性好，具有广泛的应用前景。

现有圆柱电池技术均采用揉极耳的工艺，即先采用揉极耳的方式将极耳揉成一个平面，汇流排和揉后的极耳采用激光点焊到一起，这种方式极易导致电池短路，降低产品安全性。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种电极组件、圆柱电池及其装配方法，通过对圆柱电池整体结构进行改进，使得圆柱电池的制造工艺中无需揉极耳工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：包括电芯，所述电芯由正极片、负极片以及隔膜通过卷绕构成；所述电芯至少一端向外引出n个极耳，n≥1，n个所述极耳沿所述电芯的径向向内抚平，n个所述极耳沿所述电芯的径向错位排开。

进一步地，所述极耳包括正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电芯的同一端，且分别沿所述电芯的径向呈阶梯状排布。

进一步地，所述正极极耳和所述负极极耳之间设置有间隙位，所述间隙位沿所述电芯的径向延伸，所述间隙位内设置有绝缘件，以绝缘所述正极极耳和所述负极极耳。

本发明还涉及一种圆柱电池，包括壳体、盖板组件、转接片以及上述的电极组件，所述壳体至少一端设置有敞开口，所述盖板组件覆盖所述敞开口并与所述壳体密封连接；所述电极组件设置在所述壳体内部；所述转接片设置在所述电极组件至少一端，且所述转接片和所述电极组件的极耳电性连接。

进一步地，所述转接片包括第一导电部、第二导电部以及设置在所述第一导电部和所述第二导电部之间的连接部。

进一步地，所述第一导电部、所述第二导电部和所述连接部一体成型。

进一步地，所述第一导电部和所述第二导电部均包括第一环形平面、第二环形平面以及连接于所述第一环形平面和所述第二环形平面之间的弧形面，所述弧形面呈倾斜状，所述第一环形平面的正投影和所述第二环形平面的正投影不重合。

进一步地，所述第一导电部和/或所述第二导电部背向所述电极组件的一表面部分向外延伸凸出形成凸体，所述凸体位于所述弧形面区域。

进一步地，所述盖板组件包括正极端子、负极端子以及设置在所述正极端子和所述负极端子之间的连接件，所述正极端子和/或所述负极端子部分向远离所述电极组件的方向凸出形成凸部，所述凸部内部中空，所述凸部和所述凸体相配合。

进一步地，所述正极端子和/或所述负极端子部分向靠近所述电极组件的方向凹陷形成凹陷部，所述凹陷部与所述弧形面相抵接。

本发明还涉及一种圆柱电池的装配方法，应用于圆柱电池，包括：

极片包括极耳区和非极耳区，于极耳区模切出n个极耳，极耳区和非极耳区交替分布，其中，n≥1；

模切极耳时，抚平所述极耳，以使得所述极耳向一侧倾斜并与极片形成有夹角；

将正极片、负极片以及隔膜卷绕成电芯，将所述极耳抚平，n个所述极耳沿所述电芯的径向错位排开。

本发明的有益效果在于：一种电极组件，包括电芯，所述电芯由正极片、负极片以及隔膜通过卷绕构成；所述电芯至少一端向外引出n个极耳，n≥1，n个所述极耳沿所述电芯的径向向内抚平，n个所述极耳沿所述电芯的径向错位排开。本发明通过抚平方式使得位于电芯一端的极耳沿电芯的径向向内铺展，使得圆柱电池的制造工艺中无需揉平工艺，进而避免了采用揉平方式对极耳进行处理时会震碎极耳的风险。

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为本发明具体实施方式中的一种圆柱电池的爆炸示意图；

图2为本发明具体实施方式中的一种圆柱电池的结构示意图之一；

图3为本发明具体实施方式中的一种圆柱电池的结构示意图之二；

图4为本发明具体实施方式中的电极组件的结构示意图；

图5为本发明具体实施方式中的盖板组件的结构示意图；

图6为本发明具体实施方式中的转接片的结构示意图之一；

图7为本发明具体实施方式中的转接片的结构示意图之二；

图8为本发明具体实施方式中的盖板组件与电极组件的装配示意图；

图9为本发明具体实施方式中的极片的模切示意图；

图10为本发明具体实施方式中的电极组件的端面示意图。

其中，附图标记说明如下：

1、电芯；2、极耳；21、正极极耳；22、负极极耳；3、间隙位；4、壳体；5、盖板组件；51a、正极端子；51b、负极端子；51c、连接件；52、凸部；53、凹陷部；6、转接片；61a、第一导电部；61b、第二导电部；61c、连接部；62a、第一环形平面；62b、第二环形平面；62c、弧形面；63、凸体；7、密封圈；8、注液孔；9、极耳区；10、非极耳区。

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。

在申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

以下结合附图1～10对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

在圆柱电池的生产制造过程中，在集流板焊接之前，均需要对电芯的极耳位端面进行揉平整形。

目前，极耳揉平方式主要分为机械揉平和超声波揉平两种方式。其中，现有的机械揉平方式大多是通过轴向进给的方式揉平极耳。该方式会导致极耳压倒的方向不一致，极耳变形，容易造成材料外翻，一旦外翻后的极耳入壳后，极耳外翻的边缘会对电池外壳造成刮伤，并与电池外壳短路，引起电池故障，无法达到安全标准。因此，目前行业普遍采用超声波揉平的方式来对极耳端面进行处理，然而，在揉平过程中，发明人发现，采用超声波揉平方式会导致极耳被震碎，尤其是正极铝箔，正极铝箔的端面会产生金属碎屑，金属碎屑处理不及时会导致电芯物理自放电增加，甚至进入电芯内部引起正极片和负极片短路，或者散落到设备内部，导致交叉污染。

鉴于此，本发明具体实施方式提供了一种圆柱电池，参见图1所示，圆柱电池包括壳体4、盖板组件5、转接片6以及电极组件，壳体4至少一端设置有敞开口，盖板组件5覆盖敞开口并与壳体4密封连接；电极组件设置在壳体4内部；转接片6设置在电极组件至少一端，且转接片6和电极组件的极耳2电性连接。

具体地，本发明具体实施方式中的电极组件包括电芯1，电芯1由正极片、负极片以及隔膜通过卷绕构成；电芯1至少一端向外引出n个极耳2，n≥1，n个极耳2沿电芯的径向向内抚平，n个所述极耳2沿所述电芯1的径向错位排开。

本发明具体实施方式中的圆柱电池在焊接转接片6之前，采用抚平方式来对电芯1的极耳2进行整形，以使得极耳2沿所述电芯1的径向错位排开。当极耳2穿设在与之对应的抚平工装时，在抚平工装的抚平力作用下，使得极耳2铺展在电芯1的正上方，并使得极耳2沿电芯1的径向向内呈阶梯状排布，不在需要揉平和其他处理，避免了揉平产生金属屑的风险。

在一实施方式中，壳体4的上下两端均设置有开口，相对应地，电芯1分别从上下两端引出正极极耳21和负极极耳22，然后分别对位于电芯1上下两端的正极极耳21和负极极耳22进行抚平处理，使得正极极耳21和负极极耳22分别铺展在电芯1的两端。

发明人发现，传统的圆柱电池，其极耳和顶盖的连接方式通常采用引出极耳和顶盖焊接，这种方式过电流能力弱，同时两端引出极耳，浪费电池空间，影响电池能量密度的提升。

鉴于此，发明人对圆柱电池的结构做了进一步改进，参见图4所示，正极极耳21和负极极耳22从电芯1的同一端向外引出，且正极极耳21和负极极耳22之间设置有间隙位3，间隙位3沿电芯1的径向延伸，间隙位3内设置有绝缘件，以绝缘正极极耳21和负极极耳22。

具体地，发明具体实施方式中的电芯1一端向外引出正极极耳21和负极极耳22，正极极耳21和负极极耳22分别沿电芯1的径向向内抚平，且分别沿电芯1的径向呈阶梯状排布，使得圆柱电池的制造工艺中无需揉平工艺，进而避免了采用揉平方式对极耳2进行处理时会震碎极耳2的风险，同时，采用一端引出正极极耳21和负极极耳22的方式，提高了圆柱电池的空间利用率，使得圆柱电池的能量密度得到了进一步地提升。

圆柱电池在充放电时正极极耳21和负极极耳22极易达到温度上限，经过分析后发现，是由于所采用的极耳2厚度与圆柱电池的能量不匹配造成的。因此，为了降低极耳2对电池功率性能的影响，从而提高电池的充放电性能，在本具体实施方式中，正极极耳21为铝材料，正极极耳21的厚度为0.2～0.6mm，正极极耳21的厚度优选为0.3mm、0.4mm和0.5mm；负极极耳22为铜材料，负极极耳22的厚度为0.2～0.6mm，负极极耳22的厚度优选为0.3mm、0.4mm和0.5mm，当正极极耳21和负极极耳22的厚度在上述数值时，既能够提高正极极耳21和负极极耳22的导流能力，又能够防止由于极耳2厚度设计不合理导致电池受力不均匀，从而避免电池产生界面问题。而且，正极极耳21和负极极耳22的厚度这样设计，还能够便于正极极耳21、负极极耳22与转接片6的焊接，若是极耳厚度过大，不容易焊透从而使得极耳2与转接片6之间的牢固性差，容易出现虚焊，若是极耳厚度过小，会导致电芯1的功率性能急剧下降。

在本发明具体实施方式中，转接片6的厚度为0.3～0.5mm，具体地，转接片6的厚度优选为0.3mm、0.4mm和0.5mm。转接片6的厚度这样设计，一方面是为了保证转接片6和极耳2焊接时容易焊透，使转接片6和极耳2有效连接，另一方面是由于该厚度能有效防止转接片6和盖板组件5焊接时发生焊穿转接片6的问题，降低了发生焊接不良的机率。

本具体实施方式中的圆柱电池在焊接转接片6之前，采用抚平方式来对电芯1的正极极耳21的端面以及负极极耳22的端面进行整形，使得正极极耳21和负极极耳22经过整形后于电芯1一端面形成中间低、四周高的阶梯形状，当正极极耳21和负极极耳22分别穿设在与之对应的抚平工装的极耳抚平空间内时，在抚平工装的抚平力作用下，使得正极极耳21和负极极耳22铺展在电芯1的正上方，不在需要揉平和其他处理，避免了揉平产生金属屑的风险。

优选地，本发明具体实施方式中的转接片6包括第一导电部61a、第二导电部61b和设置在第一导电部61a和第二导电部61b之间的连接部61c，第一导电部61a、第二导电部61b和连接部61c一体成型。在本发明具体实施方式中，转接片6采用一体式结构，减少了圆柱电池的部件，提高了圆柱电池的空间利用率。具体地，正极极耳21和负极极耳22中的一个与第一导电部61a电性连接，相对应地，正极极耳21和负极极耳22中的另一个与第二导电部61b电性连接，从而使得第一导电部61a与第二导电部61b的极性相反，为了防止正负极相互导通导致电池短路，本发明具体实施方式中的连接部61c为绝缘材料制成，从而能够起到防止短路的作用。

其中，具体地，连接部61c为绝缘材质，其可以是橡胶、塑料等材质制成，塑料可以是PBT(Polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PET(Polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PA(Polyamide，聚酰胺)等。

在本具体实施方式中，极耳卷绕之后，外圈极耳的堆叠层数较多，内圈极耳的堆叠层数相对较少，使得外圈极耳相对于内圈极耳而言，外圈极耳的厚度大于内圈极耳的厚度，为了提高极耳和转接片的接触面积，本具体实施方式中的第一导电部61a和第二导电部61b均包括第一环形平面62a、第二环形平面62b以及连接于第一环形平面62a和第二环形平面62b之间的弧形面62c，参见图6所示，弧形面62c呈倾斜状，第一环形平面62a的正投影和第二环形平面62b的正投影不重合。在本发明具体实施方式中，由第一环形平面62a、第二环形平面62b以及弧形面62c构成的转接片6整体呈弧形状，即从转接片边缘至转接片中心为具有一定坡度的梯形结构，该设计与极耳2卷绕后的形状相适应，有利于极耳2和转接片6充分接触，在焊接时能够避免出现虚焊。

如图6～7所示，第一导电部61a和/或第二导电部61b背向电极组件的一表面部分向外延伸凸出形成凸体63，凸体63位于弧形面62c区域。相对应地，盖板组件5包括正极端子51a、负极端子51b和设置在正极端子51a和负极端子51b之间的连接件51c，正极端子51a和/或负极端子51b部分向远离电极组件的方向凸出形成凸部52，凸部52内部中空，凸部52和凸体63相配合。具体地，在本具体实施方式中，第一导电部61a和第二导电部61b均设置有凸体63，相对应地，正极端子51a和负极端子51b的对应区域同样设置有凸部52，且该凸部52内部中空，当装配圆柱电池时，分别位于正极端子51a和负极端子51b的凸部52一一对应位于第一导电部61a和第二导电部61b上的凸体63，然后盖板组件5盖合在壳体4的敞开口上，使得凸体63容置在凸部52的中空腔内且与凸部52抵接，从而使得两者相互导通，这种结构设计，使得转接片6和转接片6不会轻易的转动，使得圆柱电池的结构紧凑。在另一实施方式中，第一导电部61a和第二导电部61b中的仅一个设置有凸体63，相对应地，盖体组件上也仅设置有一个与凸体63相对应设置的凸部52。

具体地，连接件51c为绝缘材质，其可以是橡胶、塑料等材质制成，塑料可以是PBT(Polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PET(Polyethyleneterephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PA(Polyamide，聚酰胺)等。

如图5所示，正极端子51a和/或负极端子51b部分向靠近电极组件的方向凹陷形成凹陷部53，凹陷部53与弧形面62c相抵接。在本发明具体实施方式中，正极端子51a和负极端子51b均设置有凹陷部53，凹陷部53由正极端子51a/负极端子51b背向电芯1的一表面向内凹陷并于正极端子51a的另一表面向外凸出，从而在正极端子51a/负极端子51b的一表面形成了一个凹陷区域，相对应的另一表面形成一个凸起，增大了盖板组件5与转接片6的接触面积，降低了连接位置的内阻，降低损耗。

具体地，正极端子51a为铝材料，负极端子51b为铜材料，壳体4采用钢材料，电池的密封圈7为绝缘材料，注液口采用抽芯铆钉密封。其中，凹陷部53的厚度为0.5～1.0mm。该厚度可以保证盖板组件5的连接强度，同时有利于凹陷部53和转接片6的焊接。

本发明具体实施方式还提供了圆柱电池的装配方法，包括以下步骤：

(1)激光切极耳2：采用激光模切的方式将极片模切成如图9所示形状，极片包括极耳区9和非极耳区10，第1非极耳区10为靠近极片起始位置，也是卷绕的入料位置，后面依次内推，第2非极耳区10、第3非极耳区10…第n非极耳区10；极耳区9和非极耳区10交替排列，极耳区9的极耳2之间互相保持一定间距，间距值为1～20mm，极耳区9至少有1个极耳2；模切过程中采用抚平工装将极耳2抚平。

(2)卷绕：将模切好的正负极片以及隔膜卷绕成电芯1。卷绕后电芯1的正极极耳21和负极极耳22分布在同一端的左右两侧，卷绕过程中采用抚平工装抚平正极极耳21和负极极耳22，以使得正极极耳21和负极极耳22分别向电芯1内侧倾斜，同时卷绕完成后在电芯1外侧包裹一层绝缘胶。

(3)极耳整形：采用抚平工装使极耳2向电芯1内侧铺展，同时保持向下，整形后的极耳2如图4所示。

(4)极耳贴胶：在正极极耳21和负极极耳22的中间位置贴上一层绝缘胶，防止正极极耳21和负极极耳22接触发生短路。

(5)极耳与转接片焊接：将转接片6对齐放置在电芯1具有极耳2的一端，转接片6的第一导电部61a和正极极耳21接触，转接片6的第二导电部61b和负极极耳22接触，焊接过程中采用夹具使转接片6和极耳2压合使得两者之间充分接触，保证中间无间隙，然后采用激光热传导焊接，具体地，所选用的激光器为1500～3000w的蓝光激光器或者绿光激光器；也可采用激光脉冲焊或者连续焊，优选的采用蓝光激光器连续焊，连续焊的焊接功率为800～2000w，焊接速度为10～50mm/s。

(6)入壳和滚槽：将已焊转接片6的电芯1放入壳体4，对壳体4进行滚槽，使壳体4形成一个凹槽，固定住电芯1的位置，使其不能发生移动。

(7)墩封：将套入密封圈7的盖板组件5和壳体4墩封密封。

(8)盖板组件5和转接片6焊接：焊接采用激光焊接，即激光穿透盖板组件5，使盖板组件5和转接片6焊接到一起实现电连接，焊接前，盖板组件5的下凹部位和转接片6相接触，然后采用夹具压紧后进行焊接，焊接优先选用环形光斑激光器进行焊接，即中心光束的激光功率为2000～4000w，外圈光束的激光功率为1000～3000w。

(9)电芯1组装完成后经高温烘烤、注液、静置、化成、老化等工序；

(10)注液口密封：注液口采用抽芯铆钉密封，如图3所示。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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 (11)

1.一种电极组件，其特征在于：包括电芯(1)，所述电芯(1)由正极片、负极片以及隔膜通过卷绕构成；所述电芯(1)至少一端向外引出n个极耳(2)，n≥1，n个所述极耳(2)沿所述电芯(1)的径向向内抚平，n个所述极耳(2)沿所述电芯(1)的径向错位排开。

2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于：所述极耳(2)包括正极极耳(21)和负极极耳(22)，所述正极极耳(21)和所述负极极耳(22)位于所述电芯(1)的同一端。

3.如权利要求2所述的电极组件，其特征在于：所述正极极耳(21)和所述负极极耳(22)之间设置有间隙位(3)，所述间隙位(3)沿所述电芯(1)的径向延伸，所述间隙位(3)内设置有绝缘件，以绝缘所述正极极耳(21)和所述负极极耳(22)。

4.一种圆柱电池，其特征在于，包括：

壳体(4)，所述壳体(4)至少一端设置有敞开口；

盖板组件(5)，所述盖板组件(5)覆盖所述敞开口并与所述壳体(4)密封连接；

权利要求1～3任意一项所述的电极组件，所述电极组件设置在所述壳体(4)内部；

转接片(6)，所述转接片(6)设置在所述电极组件至少一端，且所述转接片(6)和所述电极组件的极耳(2)电性连接。

5.如权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于：所述转接片(6)包括第一导电部(61a)、第二导电部(61b)以及设置在所述第一导电部(61a)和所述第二导电部(61b)之间的连接部(61c)。

6.如权利要求5所述的圆柱电池，其特征在于：所述第一导电部(61a)、所述第二导电部(61b)和所述连接部(61c)一体成型。

7.如权利要求5所述的圆柱电池，其特征在于：所述第一导电部(61a)和所述第二导电部(61b)均包括第一环形平面(62a)、第二环形平面(62b)以及连接于所述第一环形平面(62a)和所述第二环形平面(62b)之间的弧形面(62c)，所述弧形面(62c)呈倾斜状，所述第一环形平面(62a)的正投影和所述第二环形平面(62b)的正投影不重合。

8.如权利要求7所述的圆柱电池，其特征在于：所述第一导电部(61a)和/或所述第二导电部(61b)背向所述电极组件的一表面部分向外延伸凸出形成凸体(63)，所述凸体(63)位于所述弧形面(62c)区域。

9.如权利要求8所述的圆柱电池，其特征在于：所述盖板组件(5)包括正极端子(51a)、负极端子(51b)以及设置在所述正极端子(51a)和所述负极端子(51b)之间的连接件(51c)，所述正极端子(51a)和/或所述负极端子(51b)部分向远离所述电极组件的方向凸出形成凸部(52)，所述凸部(52)内部中空，所述凸部(52)和所述凸体(63)相配合。

10.如权利要求9所述的圆柱电池，其特征在于：所述正极端子(51a)和/或所述负极端子(51b)部分向靠近所述电极组件的方向凹陷形成凹陷部(53)，所述凹陷部(53)与所述弧形面(62c)相抵接。

11.一种包括权利要求4～10任意一项所述的圆柱电池的装配方法，其特征在于，包括：

极片包括极耳区(9)和非极耳区(10)，于所述极耳区(9)模切出n个极耳(2)，所述极耳区(9)和所述非极耳区(10)交替分布，其中，n≥1；

模切所述极耳(2)时，抚平所述极耳(2)，以使得所述极耳(2)向一侧倾斜并与极片形成有夹角；

将正极片、负极片以及隔膜卷绕成电芯(1)，将所述极耳(2)抚平，n个所述极耳(2)沿所述电芯(1)的径向错位排开。

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