CN115275529B - 圆柱型锂离子电池及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种圆柱型锂离子电池及其制备工艺，本发明的圆柱型锂离子电池，揉平的第一极耳端面和揉平的第二极耳端面设置于电芯同一侧，因此可以省略出一个连接片的高度，能大幅度提高电池内部空间利用率，进而提升单体能量密度；将第一极耳端面和第二极耳端面之间设置高度差，便于分别对其进行揉平，且防止极耳相互接触引发短路；设置密封圈和塑胶件，并一体注塑成型，能省略掉铆接件及多余密封件，同时，极柱稳定性增强，防止出现极柱松动甚至脱落的现象，且加工成型更快；在塑胶件底部突起形成环部，将第一连接片和第二连接片隔离开，防止二者接触短路。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种圆柱型锂离子电池及其制备工艺。
背景技术
随着锂电池技术的迅速发展，如今的锂电池都具有高容量、高安全性的特点，被广泛运用在汽车、航空航天、消费类电子产品等领域。
按照外形，锂离子电池大概分为三个方向：软包电池、方形电池、圆柱型电池。随着特斯拉4680电池的发布，又成功将圆柱型电池推向了另一个高度。现有的大圆柱型铝壳电池都是采用全极耳结构，且电极两端对称设置，采用铆接的电流引出及密封工艺，例如专利CN217239694U和CN216436009U就是采用的以上结构。该结构使电池单体的结构非常复杂，且空间利用率低，电池在长期使用的过程中也非常不稳定，圆柱型锂离子电池在长期使用的情况下，出现了极柱松动甚至脱落的现象，这样很容易导致电池断路甚至是爆炸。
因此，发明人考虑将正极和负极设置于同一侧，从而提高电池内部空间利用率，进而提升单体能量密度。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种圆柱型锂离子电池及其制备工艺，其能提高电池内部空间利用率，进而提升单体能量密度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种圆柱型锂离子电池，其包括圆柱型壳体、盖板、极柱和电芯，其中，
圆柱型壳体一端开口，电芯设置于圆柱型壳体内；
盖板上开设有安装孔，盖板盖在圆柱型壳体开口处并与之密封；
极柱设置于安装孔处并与之密封、固定并电性绝缘；
还包括第一连接片和第二连接片，其中，
电芯同一侧分别设置有揉平的第一极耳端面和揉平的第二极耳端面，第一极耳端面和第二极耳端面中一个为正极，另外一个为负极；
第一连接片一端与第一极耳端面抵持并焊接，另一端与极柱抵持并焊接；
第二连接片一端与第二极耳端面抵持并焊接，另一端与盖板抵持并焊接。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一极耳端面和第二极耳端面之间存在5~10mm的高度差。
在以上技术方案的基础上，优选的，第一极耳端面位于电芯中间，第二极耳端面环绕第一极耳端面设置。
进一步优选的，第一极耳端面相对于第二极耳端面向上凸起或者向下凹陷。
进一步优选的，第一连接片包括连续设置的第一连接盘、中间连接片和第二连接盘，第一连接盘与第一极耳端面抵持并焊接，中间连接片折叠设置，第二连接盘与极柱抵持并焊接。
进一步优选的，第二连接片设置有两个，分别折叠后设置于第一极耳端面两侧。
在以上技术方案的基础上，优选的，电芯包括第一极片和第二极片，第一极片和第二极片对齐后卷绕后形成电芯，第一极片一端延伸出多个第一极耳，多个第一极耳经揉平后形成第一极耳端面；第二极片一端延伸出多个第二极耳，多个第二极耳经揉平后形成第二极耳端面。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括密封圈和塑胶件，密封圈设置于盖板和极柱之间，塑胶件填充于盖板、密封圈和极柱共同围合成的开放式空腔内并与之一体注塑成型并固定。
进一步优选的，塑胶件底部突起形成环部，第一连接片设置于环部内侧，第二连接片设置于环部外侧。
第二方面，本发明提供了第一方面所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，包括以下步骤，
S1，在集流体表面切割出多个第一极耳，并在集流体表面涂覆活性物质层，制备出第一极片；在集流体表面切割出多个第二极耳，并在集流体表面涂覆活性物质层，制备出第二极片；
S2，将第一极片和第二极片对齐后卷绕后形成电芯；
S3，将第一极耳揉平后形成第一极耳端面，第二极耳经揉平后形成第二极耳端面。
进一步优选的，步骤S3中，采用第一揉平工装对第一极耳进行揉平，第一揉平工装包括第一转轴和第一转盘，其中，
所述第一转盘底部开设有圆柱状的第一成型槽，第一成型槽与第一转轴同中心轴，且第一成型槽直径大于第一极耳端面横截面直径且小于电芯横截面直径；
第一转轴，与第一转盘上部同轴固定；
对第一极耳进行揉平的过程包括：
将第一极耳伸入第一成型槽内；
转动第一转轴，并沿轴向将第一转盘往第一极耳的方向推动，在此过程中第一转盘对第一极耳揉平，得到第一极耳端面。
进一步优选的，步骤S3中，采用第二揉平工装对第二极耳进行揉平，第二揉平工装包括第二转轴和第二转盘，其中，
第二转轴，与第二转盘上部同轴固定；
所述第二转盘底部开设有圆柱状的第二成型槽，第二成型槽底部开设有穿孔，第二转轴、第二成型槽和穿孔同中心轴，第二成型槽直径大于电芯横截面直径，穿孔直径大于第一极耳端面横截面直径且小于电芯横截面直径；
将第一极耳穿过穿孔，转动第二转轴，并沿轴向将第二转盘往第二极耳的方向推动，在此过程中第二转盘对第二极耳揉平，得到第二极耳端面。
本发明的圆柱型锂离子电池及其制备工艺相对于现有技术具有以下有益效果：
（1）本发明的圆柱型锂离子电池，揉平的第一极耳端面和揉平的第二极耳端面设置于电芯同一侧，因此可以省略出一个连接片的高度，能大幅度提高电池内部空间利用率，进而提升单体能量密度；
（2）将第一极耳端面和第二极耳端面之间设置高度差，便于分别对其进行揉平，且防止极耳相互接触引发短路；
（3）设置密封圈和塑胶件，并一体注塑成型，能省略掉铆接件及多余密封件，同时，极柱稳定性增强，防止出现极柱松动甚至脱落的现象，且加工成型更快；
（4）在塑胶件底部突起形成环部，将第一连接片和第二连接片隔离开，防止二者接触短路；
（5）设置第一揉平工装，在转动过程中轴向推动，对第一极耳揉平，能防止第一极耳侧向伸出或者掉落金属屑在第二极耳表面，从而引发短路；第二揉平工装也是基于同样的原理设置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的圆柱型锂离子电池的立体图；
图2为本发明的圆柱型锂离子电池的爆炸图；
图3为本发明的圆柱型锂离子电池的顶盖部分的爆炸图（第一连接片和第二连接片弯折前）；
图4为本发明的圆柱型锂离子电池的俯视图；
图5为图4中A-A面的剖视图；
图6为图4中B-B面的剖视图；
图7为本发明的圆柱型锂离子电池的顶盖部分的立体图；
图8为本发明的圆柱型锂离子电池的第一极片和第二极片的示意图；
图9为本发明的圆柱型锂离子电池的第一揉平工装的立体图；
图10为本发明的圆柱型锂离子电池的第二揉平工装的立体图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1~8所示，本发明的圆柱型锂离子电池，其包括圆柱型壳体0、盖板1、极柱2、电芯3、第一连接片4、第二连接片5、密封圈6和塑胶件7。
其中，圆柱型壳体0，可采用现有技术，其一端开口，电芯3设置于圆柱型壳体0内。具体的，圆柱型壳体0一般采用铝壳或者钢壳，其强度较高，便于成型，且具有导电性。
盖板1盖在圆柱型壳体0开口处并与之密封，具体的，二者可采用焊接固定，或者采用翻边固定的方式，以上是现有技术，在此不再赘述。盖板1上开设有安装孔101，用于安装极柱2。具体的，盖板1上还开设有注液孔，分别用于注入电解液；具体的，盖板1上设置有防爆阀，在发生压力失控时起到泄压作用。
极柱2，如图5~6，设置于安装孔101处并与之密封、固定并电性绝缘。作为一种具体实现方式，还包括密封圈6和塑胶件7，密封圈6设置于盖板1和极柱2之间，塑胶件7填充于盖板1、密封圈6和极柱2共同围合成的开放式空腔内并与之一体注塑成型并固定。其成型过程如下：首先，将盖板1倒置于成型模具下模内，再在安装孔101处放置密封圈6，再将极柱2放入安装孔101内且与密封圈6抵持，接下来，合上成型模具上模，注入胶液，待固化形成塑胶件7，再开模，得到一体成型的顶盖组件。具体的，所述极柱2中间部位向上冲压，形成上表面突起、下表面凹陷的结构。
电芯3，采用卷绕结构的电芯3，如图2和图3，具体的，可采用液态电解质或者固态电解质。其中，电芯3采用全极耳结构，其同一侧分别设置有揉平的第一极耳端面310和揉平的第二极耳端面320，第一极耳端面310和第二极耳端面320之间存在高度差，且二者之中，其中一个为正极，另外一个为负极。在本实施例中，第一极耳端面310为负极，第二极耳端面320为负极，最终得到的电池，极柱2带负电，盖板1带正电。第一极耳端面310和第二极耳端面320之间存在高度差，便于分别对其进行揉平，且防止极耳相互接触引发短路。具体的，第一极耳端面310和第二极耳端面320之间的高度差为5~10mm。
通过将揉平的第一极耳端面310和揉平的第二极耳端面320设置于电芯3同一侧，因此可以省略出一个连接片（即集流盘）的高度，能大幅度提高电池内部空间利用率，进而提升单体能量密度。
作为一种优选实施方式，第一极耳端面310位于电芯3中间，第二极耳端面320环绕第一极耳端面310设置。如此，便于卷绕成型。
作为一种优选实施方式，第一极耳端面310相对于第二极耳端面320向上凸起。相比于第一极耳端面310相对于第二极耳端面320向下凹陷的设计，向上凸起的结构能防止第一极耳端面310上的连接片碰到第二极耳端面320对应的极耳，从而引发短路。
作为所述电芯3的一种可实现方式，如图8，电芯3包括第一极片31和第二极片32，第一极片31和第二极片32对齐后卷绕后形成电芯3，第一极片31一端延伸出多个第一极耳311，多个第一极耳311经揉平后形成第一极耳端面310；第二极片32一端延伸出多个第二极耳321，多个第二极耳321经揉平后形成第二极耳端面320。
具体的，针对液态电解质的电池，还需要在第一极片31和第二极片32之间插入隔离膜，其中，所述隔离膜顶部边缘位于第二极耳端面320上方且位于第一极耳端面310下方，防止短路。针对固态电解质的电池，需要在第一极片31和第二极片32之间设置固态电解质，防止第一极片31和第二极片32接触短路。
作为电芯3与极柱2和盖板1的电连接部分：
第一连接片4一端与第一极耳端面310抵持并焊接，另一端与极柱2抵持并焊接；
第二连接片5一端与第二极耳端面320抵持并焊接，另一端与盖板1抵持并焊接。
其中，所述第一连接片4和第二连接片5可采用导电性能较好的铝片、镍片或者铜片。
作为一种优选实施方式，第一连接片4包括连续设置的第一连接盘41、中间连接片42和第二连接盘43，第一连接盘41与第一极耳端面310抵持并焊接，中间连接片42折叠设置，第二连接盘43与极柱2抵持并焊接。盘状的第一连接盘41和第二连接盘43，便于增大接触面积，改善过流能力。
作为一种优选实施方式，第二连接片5设置有两个，分别折叠后设置于第一极耳端面310两侧。如此，防止与第一连接片4接触并引发短路，设置两个第二连接片5，便于增大接触面积，改善过流能力。
为了防止第一连接片4与第二连接片5接触短路，塑胶件7底部突起形成环部71，第一连接片4设置于环部71内侧，第二连接片5设置于环部外侧。如此，可将第一连接片4与第二连接片5相互隔离，塑胶件7一体成型，成本低，且重量轻，无需额外设置单独的隔离件，就能发挥很好的防短路效果。需要说明的是，环部71可以是部分开口的环，例如远离第一连接片4与第二连接片5的部分，无需担心二者接触，就可以将该部分设置成开口；另外，环部71不一定是圆环，其可以设计成任意形状的连续或者不连续的带状结构，只需要能将第一连接片4与第二连接片5隔离开就行。
以下介绍本发明的圆柱型锂离子电池的制备方法，其包括以下步骤，
首先，制作电芯3。
S1，在集流体表面切割出多个第一极耳311，并在集流体表面涂覆活性物质层，制备出第一极片31；在集流体表面切割出多个第二极耳321，并在集流体表面涂覆活性物质层，制备出第二极片32；其中，当第一极片31和第二极片32对齐后，第一极耳311和第二极耳321分别位于集流体同一边（上边或者下边）的两侧（一个位于左侧，另一个位于右侧）。
S2，将第一极片31和第二极片32对齐后卷绕后形成电芯3。具体的，在此过程中，针对液态电解质的电池，还需要在第一极片31和第二极片32之间插入隔离膜；针对固态电解质的电池，需要在第一极片31和第二极片32之间设置固态电解质。
S3，将第一极耳311揉平后形成第一极耳端面310，第二极耳321经揉平后形成第二极耳端面320。
具体的，先揉平第一极耳311。采用第一揉平工装8对第一极耳311进行揉平，第一揉平工装8包括第一转轴81和第一转盘82，其中，
如图9，所述第一转盘82底部开设有圆柱状的第一成型槽80，第一成型槽80与第一转轴81同中心轴，且第一成型槽80直径大于第一极耳端面310横截面直径且小于电芯3横截面直径。具体的，且第一成型槽80直径略大于第一极耳端面310横截面直径，不宜过大，保证第一极耳311能顺利插入第一成型槽80内即可。
第一转轴81，与第一转盘82上部同轴固定；
对第一极耳311进行揉平的过程包括：
将第一极耳311伸入第一成型槽80内；
揉平第一极耳311的过程包括，转动第一转轴81，并沿轴向将第一转盘82往第一极耳311的方向推动，在此过程中第一转盘82对第一极耳311揉平，得到第一极耳端面310。如此，能防止第一极耳311侧向伸出或者掉落金属屑在第二极耳321表面，从而引发短路。
然后揉平第二极耳321。采用第二揉平工装9对第二极耳321进行揉平，如图10，第二揉平工装9包括第二转轴91和第二转盘92，其中，
第二转轴91，与第二转盘92上部同轴固定；
所述第二转盘92底部开设有圆柱状的第二成型槽901，第二成型槽901底部开设有穿孔902，第二转轴91、第二成型槽901和穿孔902同中心轴，第二成型槽901直径大于电芯3横截面直径，穿孔902直径大于第一极耳端面310横截面直径且小于电芯3横截面直径。具体的，穿孔902直径略大于第一极耳端面310横截面直径，能保证第一极耳311穿过即可。为了减轻重量，同时便于观察，所述第二转盘92侧面开设有与穿孔902贯通的镂空孔。具体的，第二成型槽901直径略大于电芯3横截面直径，不宜过大，保证第二极耳321能顺利插入第二成型槽901内即可。
揉平第二极耳321的过程包括，将第一极耳311穿过穿孔902，转动第二转轴91，并沿轴向将第二转盘92往第二极耳321的方向推动，在此过程中第二转盘92对第二极耳321揉平，得到第二极耳端面320。
在制作电芯3的过程中，可以同步制作顶盖组件，其过程如下：首先，将盖板1倒置于成型模具下模内，再在安装孔101处放置密封圈6，再将极柱2放入安装孔101内且与密封圈6抵持，接下来，合上成型模具上模，注入胶液，待固化形成塑胶件7，再开模，得到一体成型的顶盖组件。
最后完成组装：将第一连接片4一端与第一极耳端面310抵持并焊接，另一端与极柱2抵持并焊接；第二连接片5一端与第二极耳端面320抵持并焊接，另一端与盖板1抵持并焊接。然后，将电芯3放入圆柱型壳体0内，再焊上盖板1，一个正负极同端的圆柱型电池组装完成。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种圆柱型锂离子电池的制备方法，所述圆柱型锂离子电池包括圆柱型壳体（0）、盖板（1）、极柱（2）和电芯（3），其中，
圆柱型壳体（0）一端开口，电芯（3）设置于圆柱型壳体（0）内；
盖板（1）上开设有安装孔（101），盖板（1）盖在圆柱型壳体（0）开口处并与之密封；
极柱（2）设置于安装孔（101）处并与之密封、固定并电性绝缘；
其特征在于：还包括第一连接片（4）和第二连接片（5），其中，
电芯（3）同一侧分别设置有揉平的第一极耳端面（310）和揉平的第二极耳端面（320），第一极耳端面（310）和第二极耳端面（320）中一个为正极，另外一个为负极；
第一连接片（4）一端与第一极耳端面（310）抵持并焊接，另一端与极柱（2）抵持并焊接；
第二连接片（5）一端与第二极耳端面（320）抵持并焊接，另一端与盖板（1）抵持并焊接；
其制备方法包括以下步骤，
S1，在集流体表面切割出多个第一极耳（311），并在集流体表面涂覆活性物质层，制备出第一极片（31）；在集流体表面切割出多个第二极耳（321），并在集流体表面涂覆活性物质层，制备出第二极片（32）；
S2，将第一极片（31）和第二极片（32）对齐后卷绕后形成电芯（3）；
S3，将第一极耳（311）揉平后形成第一极耳端面（310），第二极耳（321）经揉平后形成第二极耳端面（320）；
步骤S3中，采用第一揉平工装（8）对第一极耳（311）进行揉平，第一揉平工装（8）包括第一转轴（81）和第一转盘（82），其中，
所述第一转盘（82）底部开设有圆柱状的第一成型槽（80），第一成型槽（80）与第一转轴（81）同中心轴，且第一成型槽（80）直径大于第一极耳端面（310）横截面直径且小于电芯（3）横截面直径；
第一转轴（81），与第一转盘（82）上部同轴固定；
对第一极耳（311）进行揉平的过程包括：
将第一极耳（311）伸入第一成型槽（80）内；
转动第一转轴（81），并沿轴向将第一转盘（82）往第一极耳（311）的方向推动，在此过程中第一转盘（82）对第一极耳（311）揉平，得到第一极耳端面（310）。
2.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，其特征在于：第一极耳端面（310）和第二极耳端面（320）之间存在5~10mm的高度差。
3.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，其特征在于：第一极耳端面（310）位于电芯（3）中间，第二极耳端面（320）环绕第一极耳端面（310）设置。
4.如权利要求3所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，其特征在于：第一连接片（4）包括连续设置的第一连接盘（41）、中间连接片（42）和第二连接盘（43），第一连接盘（41）与第一极耳端面（310）抵持并焊接，中间连接片（42）折叠设置，第二连接盘（43）与极柱（2）抵持并焊接。
5.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，其特征在于：电芯（3）包括第一极片（31）和第二极片（32），第一极片（31）和第二极片（32）对齐后卷绕后形成电芯（3），第一极片（31）一端延伸出多个第一极耳（311），多个第一极耳（311）经揉平后形成第一极耳端面（310）；第二极片（32）一端延伸出多个第二极耳（321），多个第二极耳（321）经揉平后形成第二极耳端面（320）。
6.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，其特征在于：还包括密封圈（6）和塑胶件（7），密封圈（6）设置于盖板（1）和极柱（2）之间，塑胶件（7）填充于盖板（1）、密封圈（6）和极柱（2）共同围合成的开放式空腔内并与之一体注塑成型并固定。
7.如权利要求6所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，其特征在于：塑胶件（7）底部突起形成环部（71），第一连接片（4）设置于环部（71）内侧，第二连接片（5）设置于环部外侧。
8.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池的制备方法，其特征在于：步骤S3中，采用第二揉平工装（9）对第二极耳（321）进行揉平，第二揉平工装（9）包括第二转轴（91）和第二转盘（92），其中，
第二转轴（91），与第二转盘（92）上部同轴固定；
所述第二转盘（92）底部开设有圆柱状的第二成型槽（901），第二成型槽（901）底部开设有穿孔（902），第二转轴（91）、第二成型槽（901）和穿孔（902）同中心轴，第二成型槽（901）直径大于电芯（3）横截面直径，穿孔（902）直径大于第一极耳端面（310）横截面直径且小于电芯（3）横截面直径；
将第一极耳（311）穿过穿孔（902），转动第二转轴（91），并沿轴向将第二转盘（92）往第二极耳（321）的方向推动，在此过程中第二转盘（92）对第二极耳（321）揉平，得到第二极耳端面（320）。
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