CN115149082A - 一种锂离子电池及其组装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源汽车及锂离子电池技术领域，公开了一种锂离子电池及其组装方法；本发明的锂离子电池包括壳体、卷芯、正极盖板和负极盖板，壳体的一端设有固定板，固定板的中心处设有通孔；正极盖板设置在壳体设有固定板一端的开口处；卷芯设置在壳体内，卷芯上设有中心孔，卷芯的正极的集流盘与固定板的远离正极盖板的一面焊接连接；负极盖板设置在壳体远离固定板一端的开口处，负极盖板的中心处设有负极极柱，负极极柱设于壳体内的一端上设有导流板，导流板的一面与负极极柱焊接连接，导流板的另一面与卷芯的负极的集流盘焊接连接。其不需要折叠的导电连接件，降低了电池组装的难度和发生短路的风险。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车及锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子电池及其组装方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，广泛运用于各种工作场合。其中，圆柱锂离子电池凭借其易于制造等结构上的优势成为了插电式混合驱动、纯电驱动新能源汽车普遍使用的动力源。同时，圆柱锂离子电池也是储能应用市场的常用电池结构，例如用于家庭储能、房车储能及大型工业储能等场景。
传统的锂离子电池有18650、21700等型号，其多采用单极耳的方式连接卷芯和电池电极。由于极耳多为细长薄片式的导体，是影响电池内阻和电池发热的主要不利因数。随着新能源汽车对于电池能量密度、输出功率的要求增高，大圆柱锂离子电池成为了圆柱电池发展的趋势，同时也意味着极耳需要承受更大电流、释放更多热量，成为了影响电池安全的关键。此外也出现有“无极耳”或“全极耳”结构的锂离子电池卷芯，卷芯两端通常设有盖板(或称“集流盘”)。由于一些电芯外壳的为两端开口的圆筒结构，两端分别设置正极盖板和负极盖板，对应电极需要通过导电连接件与卷芯两极的集流盘连接，为适应集流盘与电极间的距离误差，导电连接件通常采用折叠结构，占用电芯外壳内的空间较大，制约了卷芯的体积和电池的能量密度。正极盖板和负极盖板安装时需要对导电连接件进行折叠，操作繁琐，同时连接负极的导电连接件折叠组装易碰壳壁及电芯造成短路，影响电池安全。同时，因此有必要对圆柱锂离子电池的结构进行改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种锂离子电池，其不需要折叠的导电连接件，降低了电池组装的难度和发生短路的风险。
为达上述目的，本发明的锂离子电池包括壳体、卷芯、正极盖板和负极盖板，所述壳体成两端开口的圆筒形，所述壳体的一端设有固定板，所述固定板靠近对应端开口设置在所述壳体内，所述固定板的周边与所述圆柱筒的内壁导电固定连接，所述固定板的中心处设有通孔；
所述正极盖板设置在所述壳体设有所述固定板一端的开口处，所述正极盖板与所述壳体对应开口的周边焊接连接；
所述卷芯设置在所述壳体内，所述卷芯上设有中心孔，所述中心孔贯穿所述卷芯两极的集流盘，所述卷芯的正极的集流盘与所述固定板的远离所述正极盖板的一面焊接连接；
所述负极盖板设置在所述壳体远离所述固定板一端的开口处，所述负极盖板与所述壳体对应开口的周边焊接连接，所述负极盖板的中心处设有负极极柱，所述负极极柱与所述负极盖板绝缘设置，所述负极极柱的一端设于所述壳体内，所述负极极柱的另一端贯穿所述负极盖板设于所述壳体外，所述负极极柱设于所述壳体内的一端上设有导流板，所述导流板的一面与所述负极极柱焊接连接，所述导流板的另一面与所述卷芯的负极的集流盘焊接连接。
在其中一个实施例中，导流板采用弹性金属导电材料制成。
在其中一个实施例中，所述负极盖板的中心处设有安装孔，所述安装孔贯穿所述负极盖板；所述负极极柱包括负极压板和导电铆钉，所述负极压板设置在所述负极盖板的外侧，所述负极压板与所述负极盖板之间设有绝缘件，所述负极盖板的内侧设有绝缘密封件，所述绝缘密封件穿过所述安装孔与所述绝缘件连接；所述导电铆钉依次贯穿所述绝缘密封件、所述安装孔及所述绝缘件与所述负极压板铆接，所述导流板的一面与所述导电铆钉焊接连接，所述导流板的另一面与所述卷芯的负极的集流盘焊接连接。
在其中一个实施例中，所述绝缘密封件靠近所述负极盖板的一面设有凸台，所述凸台贯穿所述安装孔并插入所述绝缘件内，所述导电铆钉贯穿所述绝缘密封件远离所述负极盖板的一面，和所述凸台插入所述绝缘件内一端的端面与所述负极压板连接。
在其中一个实施例中，所述凸台的插入所述绝缘件的一端与所述绝缘件和所述安装孔过盈配合，所述导电铆钉与所述绝缘密封件过盈配合。
在其中一个实施例中，所述导流板靠近所述导电铆钉的一面设有第一凸出部，所述第一凸出部与所述导电铆钉焊接连接，所述导流板背离所述导电铆钉的一面设有第二凸出部，所述第二凸出部与所述卷芯负极的集流盘焊接连接。
在其中一个实施例中，所述固定板背离所述正极盖板的一面设有环形槽和多个凹陷部，所述环形槽与所述固定板同心设置，并设置在所述固定板与所述壳体的连接处，所述凹陷部设置在所述环形槽围成的区域内，且环绕所述固定板的中心间隔设置。
在其中一个实施例中，所述正极盖板与所述固定板相互靠近的两面之间设有间隙，所述正极盖板上设有注液孔和能够封闭所述注液孔的密封盖，所述凹陷部贯穿所述固定板设置。
上述实施方式中的锂离子电池至少具有以下优点：
(1)正极盖板通过壳体和固定板与卷芯的正极集流盘连接，负极极柱通过导流板与卷芯的负极的集流盘连接，整个结构中避免了折叠形式的导电连接件使用，降低了电池组装的难度和发生短路的风险。通过固定板中心处的通孔和卷芯上的中心孔，导流板能够先与负极集流盘焊接后通过再与负极极柱焊接连接；同时，采用固定板和导流板与卷芯的集流盘直接焊接连接，卷芯在壳体内的位置固定效果更好；同时，还能够简化其组装过程、减少节流结构对电芯壳体内的空间占用，提高电池能量密度。
(2)导流板采用弹性金属导电材料便于导流板与卷芯负极集流盘和负极极柱及导电铆钉连接，导流板能产生一定形变适应导电铆钉和卷芯负极集流盘之间的距离误差。导电铆钉与绝缘密封件和绝缘密封件的凸台与安装孔同时过盈配合，导电铆钉安装后能够使绝缘密封件与安装孔间的过盈量增大，能够在保证过盈量的情况下降低绝缘密封件的安装难度。
(3)第一凸出部、第二凸出部及环形槽和凹陷部使卷芯与导流板和固定板的局部区域之间形成间隙，既便与焊接，又便于电解液注入后流动。正极盖板与固定板之间设有间隙，以便于电解液注入。
针对上述实施例中的锂离子电池，本发明还提出一种锂离子电池的组装方法，本发明的锂离子电池的组装方法包括如下步骤：
S1：将固定板通过焊接或一体成形固定在壳体的一端内，然后从壳体的另一端放入卷芯，并通过激光点焊焊接连接固定板和卷芯正极的集流盘；
S2：将导流板装入壳体内，通过激光点焊将导流板焊接连固定到卷芯的负极集流盘上；
S3：将负极极柱安装到负极盖板上，将负极盖板安装到壳体远离固定板的一端上，通过卷芯上的中心孔使用电阻焊焊接连接导流板和负极极柱；
S4：安装正极盖板和注入电解液，正极盖板通过焊接与壳体连接。
进一步的，步骤S3还包括以下步骤，先将负极盖板焊接在壳体上，然后利用电阻焊焊机的上下电极夹紧导流板和负极极柱进行焊接。
上述实施方式中的锂离子电池的组装方法至少具有以下优点：
(1)正极盖板和负极盖板不需要单独组焊，在先焊接固定板和卷芯正极的集流盘，再焊接导流板和卷芯的负极集流盘，便于控制固定板和导流板与对应集流盘贴紧，保证焊接质量。导流板和负极极柱通过电阻焊焊接，使导流板和负极极柱在焊接过程中贴紧，避免空焊。电池组装过程得到简化，利于提高生产效率。
(2)先将负极盖板焊接在壳体上，再焊接导流板和负极极柱便于负极盖板焊接，降低负极盖板对导流板焊接的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例提供的锂离子电池的主视剖视图；
图2为图1所示的锂离子电池的A放大视图；
图3为图1所示的锂离子电池的B放大视图；
图4为图1所示的壳体的立体结构示意图；
图5为图1所示的导流板的立体结构示意图；
附图标记：
1-壳体，11-固定板，111-通孔，112-环形槽，113-凹陷部，2-正极盖板，21-注液孔，22-密封盖，3-负极盖板，31-安装孔，32-负极极柱，321-负极压板，322-导电铆钉，33-绝缘件，34-绝缘密封件，341-凸台，4-卷芯，41-中心孔，5-导流板，51-第一凸出部，52-第二凸出部，53-过液孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
请参阅图1至图5，一实施方式中的锂离子电池包括壳体1、正极盖板2、负极盖板3和卷芯4，其不需要折叠的导电连接件，降低了电池组装的难度和发生短路的风险。
具体的，请参阅图1至图3，壳体1成两端开口的圆筒形。壳体1的一端设有固定板11，固定板11靠近对应端开口设置在壳体1内。固定板11的周边与圆柱筒的内壁导电固定连接。固定板11的中心处设有通孔111。正极盖板2设置在壳体1设有固定板11一端的开口处。正极盖板2与壳体1对应开口的周边焊接连接。正极盖板2及壳体1构成电池的正极端结构。固定板11可以与壳体1一体成型或通过焊接等方式设置在壳体1内。
卷芯4设置在壳体1内。卷芯4上设有中心孔41，中心孔41贯穿卷芯4两极的集流盘。卷芯4的正极的集流盘与固定板11的远离正极盖板2的一面焊接连接。卷芯4即电池卷芯，通过正极片、负极片和隔膜卷曲形成。卷芯4两端设有与正负极对应的集流盘，所谓集流盘即采用无极耳或权极耳等电池卷芯结构的集流体结构，可参考现有技术。中心孔41通过卷曲形成或在卷芯4中心设置中心管形成。中心孔41与通孔111同轴设置。请一并参阅图4，具体的，固定板11背离正极盖板2的一面设有环形槽112和多个凹陷部113。环形槽112与固定板11同心设置，并设置在固定板11与壳体1的连接处。凹陷部113设置在环形槽112围成的区域内，且环绕固定板11的中心间隔设置。卷芯4的正极的集流盘与环形槽112和凹陷部113之间的间隔区域焊接连接，结构简单且导电面积大，能够承受较大电流。凹陷部113和环形槽112与卷芯4的正极集流盘之间形成间隙，便于电解液流动。一实施方式中，正极盖板2与固定板11相互靠近的两面之间设有间隙。正极盖板2上设有注液孔21和能够封闭注液孔21的密封盖22。凹陷部113贯穿固定板11设置。注液孔21用于注入电池电解液，凹陷部113贯穿固定板11便于电解液流入卷芯4。具体的，凹陷部113环绕通孔111均匀间隔设置。一实施方式中，凹陷部113成扇形或扇环形。
负极盖板3设置在壳体1远离固定板11一端的开口处。负极盖板3与壳体1对应开口的周边焊接连接。负极盖板3的中心处设有负极极柱32，负极极柱32与负极盖板3绝缘设置。负极极柱32的一端设于壳体1内，负极极柱32的另一端贯穿负极盖板3设于壳体1外。负极极柱32设于壳体1内的一端上设有导流板5。导流板5的一面与负极极柱32焊接连接，导流板5的另一面与卷芯4的负极的集流盘焊接连接。正极盖板2通过壳体1和固定板11与卷芯4的正极集流盘连接，负极极柱32通过导流板5与卷芯4的负极的集流盘连接，整个结构中避免了折叠形式的导电连接件使用，降低了电池组装的难度和发生短路的风险。通过固定板11中心处的通孔111和卷芯4上的中心孔41，导流板5能够先与负极集流盘焊接后通过再与负极极柱32焊接连接；同时，采用固定板11和导流板5与卷芯4的集流盘直接焊接连接，卷芯4在壳体1内的位置固定效果更好；同时，还能够简化其组装过程、减少集流结构对电芯壳体1内的空间占用，提高电池能量密度。
一实施方式中，负极盖板3的中心处设有安装孔31。安装孔31贯穿负极盖板3。负极极柱32包括负极压板321和导电铆钉322。负极压板321设置在负极盖板3的外侧，负极压板321与负极盖板3之间设有绝缘件33。负极盖板3的内侧设有绝缘密封件34，绝缘密封件34穿过安装孔31与绝缘件33连接。导电铆钉322依次贯穿绝缘密封件34、安装孔31及绝缘件33与负极压板321铆接。导流板5的一面与导电铆钉322焊接连接，导流板5的另一面与卷芯4的负极的集流盘焊接连接。具体的，绝缘密封件34靠近负极盖板3的一面设有凸台341。凸台341贯穿安装孔31并插入绝缘件33内。导电铆钉322贯穿绝缘密封件34远离负极盖板3的一面，和凸台341插入绝缘件33内一端的端面与负极压板321连接。一实施方式中，凸台341的插入绝缘件33的一端与绝缘件33和安装孔31过盈配合，导电铆钉322与绝缘密封件34过盈配合。导电铆钉322安装后能够使绝缘密封件34与安装孔31间的过盈量增大，绝缘密封件34与绝缘件33间的过盈量增大，从而在保证过盈量的情况下降低绝缘密封件34的安装难度。
请一并参阅图5，一实施方式中，导流板5靠近导电铆钉322的一面设有第一凸出部51，第一凸出部51与导电铆钉322焊接连接。导流板5背离导电铆钉322的一面设有第二凸出部52，第二凸出部52与卷芯4负极的集流盘焊接连接。第一凸出部51、第二凸出部52及环形槽112和凹陷部113使卷芯4与导流板5和固定板11的局部区域之间形成间隙，既便与焊接，又便于电解液注入后流动。进一步的，导流板5上还设有过液孔53，过液孔53对应各第二凸出部52的间隔设置，并贯穿导流板5。过液孔53便于电解液在卷芯负极端流动和空气排出，方便电解液注液。
一实施方式中，导流板5采用弹性金属导电材料制成。具体的，弹性金属导电材料为铜片或镍片或铜镀镍片。导流板5能产生一定形变适应负极极柱32和卷芯4的负极集流盘之间的距离误差，便于导流板5与负极极柱32和卷芯的负极集流盘连接。
针对上述实施例中的锂离子电池，本发明还提出一种锂离子电池的组装方法，一实施方式中的锂离子电池的组装方法包括如下步骤：
S1，将固定板11通过焊接或一体成形固定在壳体1的一端内。然后从壳体1的另一端放入卷芯4，并通过激光点焊焊接连接固定板11和卷芯4正极的集流盘。具体的，对卷芯4的正极的集流盘与固定板11进行多点焊接，使对应集流盘与固定板11稳定连接并增大接触、传导面积，降低电池内阻。
S2，将导流板5装入壳体1内，通过激光点焊将导流板5焊接连固定到卷芯4的负极集流盘上。具体的，导流板5与卷芯4的负极集流盘进行多点焊接。点焊位置环绕中心孔41设置。以增大导流板5与卷芯4的负极集流盘的接触、传导面积，降低电池内阻。
S3，将负极极柱32安装到负极盖板3上，将负极盖板3安装到壳体1远离固定板11的一端上，通过卷芯4上的中心孔41使用电阻焊焊接连接导流板5和负极极柱32。具体的，先将负极盖板3焊接在壳体1上，然后利用电阻焊焊机的上下电极夹紧导流板5和负极极柱32进行焊接。焊接过程中，由于采用电阻焊，电阻焊机能够在焊接时将导流板5和负极极柱32夹紧，使导流板5与负极极柱32焊接牢固、传导稳定。
S4，安装正极盖板2和注入电解液，正极盖板2通过焊接与壳体1连接。
根据上述实施方式中的锂离子电池的组装方法，正极盖板2和负极盖板3不需要单独组焊，在先焊接固定板11和卷芯4正极的集流盘，再焊接导流板5和卷芯4的负极集流盘，便于控制固定板11和导流板5与对应集流盘贴紧，保证焊接质量。导流板5和负极极柱32通过电阻焊焊接，使导流板5和负极极柱32在焊接过程中贴紧，避免空焊。电池组装过程得到简化，利于提高生产效率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种锂离子电池，包括壳体、卷芯、正极盖板和负极盖板，其特征在于，所述壳体成两端开口的圆筒形，所述壳体的一端设有固定板，所述固定板靠近对应端开口设置在所述壳体内，所述固定板的周边与所述圆柱筒的内壁导电固定连接，所述固定板的中心处设有通孔；
所述正极盖板设置在所述壳体设有所述固定板一端的开口处，所述正极盖板与所述壳体对应开口的周边焊接连接；
所述卷芯设置在所述壳体内，所述卷芯上设有中心孔，所述中心孔贯穿所述卷芯两极的集流盘，所述卷芯的正极的集流盘与所述固定板的远离所述正极盖板的一面焊接连接；
所述负极盖板设置在所述壳体远离所述固定板一端的开口处，所述负极盖板与所述壳体对应开口的周边焊接连接，所述负极盖板的中心处设有负极极柱，所述负极极柱与所述负极盖板绝缘设置，所述负极极柱的一端设于所述壳体内，所述负极极柱的另一端贯穿所述负极盖板设于所述壳体外，所述负极极柱设于所述壳体内的一端上设有导流板，所述导流板的一面与所述负极极柱焊接连接，所述导流板的另一面与所述卷芯的负极的集流盘焊接连接。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述导流板采用弹性金属导电材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池，其特征在于，所述负极盖板的中心处设有安装孔，所述安装孔贯穿所述负极盖板；所述负极极柱包括负极压板和导电铆钉，所述负极压板设置在所述负极盖板的外侧，所述负极压板与所述负极盖板之间设有绝缘件，所述负极盖板的内侧设有绝缘密封件，所述绝缘密封件穿过所述安装孔与所述绝缘件连接；所述导电铆钉依次贯穿所述绝缘密封件、所述安装孔及所述绝缘件与所述负极压板铆接，所述导流板的一面与所述导电铆钉焊接连接，所述导流板的另一面与所述卷芯的负极的集流盘焊接连接。
4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述绝缘密封件靠近所述负极盖板的一面设有凸台，所述凸台贯穿所述安装孔并插入所述绝缘件内，所述导电铆钉贯穿所述绝缘密封件远离所述负极盖板的一面，和所述凸台插入所述绝缘件内一端的端面与所述负极压板连接。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述凸台的插入所述绝缘件的一端与所述绝缘件和所述安装孔过盈配合，所述导电铆钉与所述绝缘密封件过盈配合。
6.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述导流板靠近所述导电铆钉的一面设有第一凸出部，所述第一凸出部与所述导电铆钉焊接连接，所述导流板背离所述导电铆钉的一面设有第二凸出部，所述第二凸出部与所述卷芯负极的集流盘焊接连接。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述固定板背离所述正极盖板的一面设有环形槽和多个凹陷部，所述环形槽与所述固定板同心设置，并设置在所述固定板与所述壳体的连接处，所述凹陷部设置在所述环形槽围成的区域内，且环绕所述固定板的中心间隔设置。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极盖板与所述固定板相互靠近的两面之间设有间隙，所述正极盖板上设有注液孔和能够封闭所述注液孔的密封盖，所述凹陷部贯穿所述固定板设置。
9.一种锂离子电池的组装方法，用于组装如权利要求1～8任意一项中所述的锂离子电池，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将固定板通过焊接或一体成形固定在壳体的一端内，然后从壳体的另一端放入卷芯，并通过激光点焊焊接连接固定板和卷芯正极的集流盘；
S2：将导流板装入壳体内，通过激光点焊将导流板焊接连固定到卷芯的负极集流盘上；
S3：将负极极柱安装到负极盖板上，将负极盖板安装到壳体远离固定板的一端上，通过卷芯上的中心孔使用电阻焊焊接连接导流板和负极极柱；
S4：安装正极盖板和注入电解液，正极盖板通过焊接与壳体连接。
10.根据权利要求9所述的锂离子电池的组装方法，其特征在于，步骤S3还包括以下步骤，先将负极盖板焊接在壳体上，然后利用电阻焊焊机的上下电极夹紧导流板和负极极柱进行焊接。
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| CN202210733597.5A CN115149082A (zh) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | 一种锂离子电池及其组装方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115295860A (zh) * | 2022-10-09 | 2022-11-04 | 深圳海润新能源科技有限公司 | 二次电池的制备方法、二次电池及电池模组 |
| CN117352861A (zh) * | 2023-11-03 | 2024-01-05 | 惠州市前景新能源有限公司 | 一种电控型可充电电池制备方法 |
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2022
- 2022-06-27 CN CN202210733597.5A patent/CN115149082A/zh active Pending
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