CN115799657B - 一种圆柱电池及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种圆柱电池及其制作工艺，其包括卷芯，还包括具有一端开口的正极壳体及一端开口的负极壳体，所述正极壳体套设在所述卷芯的轴向方向一端，所述卷芯的正极端与所述正极壳体的内底面焊接，所述负极壳体套设在所述卷芯的轴向方向另一端，所述卷芯的负极端与所述负极壳体的内底面焊接，所述正极壳体的开口端与所述负极壳体的开口端绝缘固定连接。本发明公开的圆柱电池取消了盖板结构，零部件种类大大降低，减少了壳体的空间占用，大副提升了圆柱电池的能量密度。

Description

一种圆柱电池及其制造工艺

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种圆柱电池及其制造工艺。

背景技术

当前锂离子电池总体可以分为三个方向：软包电池、方形电池和圆柱型电池。随着4680圆柱电池的发布，全极耳圆柱电池成为了锂离子电池发展的重要方向。当前圆柱电池按照结构划分主要包括：盖板、壳体及卷芯三个部分。其中卷芯负责提供电池能量，盖板与壳体结构组合在一起主要起到密封卷芯同时与卷芯正负极连接并防止正负极接触导致短路的作用。

公开号为CN217158535U、CN215266480U的专利分别揭示了一种常见的全极耳圆柱电池单铆钉、双铆钉盖板结构，两者所用零部件基本一致，都包括极柱、上塑件、盖板基板、下塑件、密封圈、铆钉、集流盘结构。其中极柱、铆钉与集流盘电性连接在一起，并在电池装配时与电池内部卷芯连接导通。上下塑件起到防止极柱、铆钉以及集流盘与盖板基板接触，防止电池短路的作用。电池组装时，将揉平后的卷芯端面与盖板集流盘激光焊接，焊接完成后对集流盘进行两次弯折使卷芯与盖板保持同一轴心后入壳，最后将盖板与壳体进行激光周边焊接完成电池的装配过程。装配完成后电池正负极柱分别与卷芯正负极电性连通，电池壳体与极柱保持绝缘。

现有的圆柱电池在装配制作过程中均需要使用盖板组件，由于不同型号电池盖板结构、尺寸存在差异，为满足不同型号盖板零部件生产加工，设备成本投入成倍增长，同时盖板装配制造工艺繁杂，生产成本高，盖板成本较高导致电池成本升高。另外，由于盖板组件在装配过程中，需要将对集流盘进行两次折叠在入壳，这将导致折叠后的集流盘及盖板组件中的一些零部件占据壳体较大空间，进而导致圆柱电池能量密度降低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种圆柱电池及其制造工艺，来解决电池盖板组件装配制造工艺复杂，壳体空间占用较大，圆柱电池能量密度的得不到大幅提升的问题。

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电池，其包括卷芯，还包括具有一端开口的正极壳体及一端开口的负极壳体，所述正极壳体套设在所述卷芯的轴向方向一端，所述卷芯的正极端与所述正极壳体的内底面焊接，所述负极壳体套设在所述卷芯的轴向方向另一端，所述卷芯的负极端与所述负极壳体的内底面焊接，所述正极壳体的开口端与所述负极壳体的开口端绝缘固定连接。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述正极壳体的开口端与所述负极壳体的开口端之间通过绝缘件固定连接。

进一步，优选的，所述负极壳体开口端外周面具有台阶轴，所述台阶轴插设于所述正极壳体开口端，所述绝缘件套设在所述台阶轴外壁与所述正极壳体内壁之间并抵紧所述台阶轴外壁及所述正极壳体内壁。

作为一种实施方式，所述绝缘件包括筒套及沿所述筒套底端水平延伸的环形凸缘，所述筒套套设在所述台阶轴外壁与所述正极壳体内壁之间，所述环形凸缘的一端与正极壳体开口端抵持，所述环形凸缘的另一端与所述台阶轴端面抵持。

作为另一种实施方式，所述绝缘件固定设置在所述正极壳体开口端内壁上，所述筒套内周壁设置有内螺纹，所述台阶轴外周壁上设置有与所述外螺纹相配合的外螺纹。

作为优选的，所述绝缘件与所述负极壳体及正极壳体之间均设置有粘接剂。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述卷芯正极端与所述正极壳体内底面之间还设置有正极集流盘，所述正极集流盘具有第一连接部及绕所述第一连接部中心等间距布置的第一焊接部，所述第一连接部用于和正极壳体内底面焊接，所述第一焊接部用于和所述卷芯正极端极耳焊接。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述卷芯负极端与所述负极壳体内底面之间还设置有负极集流盘，所述负极集流盘具有第二连接部及绕所述第二连接部中心等间距布置的第二焊接部，所述第二焊接部用于和所述卷芯负极端极耳焊接，所述第二连接部中心固定设置有环形定位部，所述负极壳体底面中心处开设有与环形定位部相连接的定位孔。

进一步，优选的，所述第二连接部中心处开设有注液孔，所述正极壳体上开设有防爆阀。

本发明还公开了一种圆柱电池的制作工艺，包括如下步骤：

S1、将揉平后的卷芯插入到正极壳体内，将卷芯正极端揉平后的极耳与正极壳体内底面进行焊接；

S2、将负极壳体套设到卷芯的负极端，将负极壳体的开口端与正极壳体的开口端绝缘固定连接；

S3、将卷芯负极端揉平后的极耳与负极壳体内底面进行焊接。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明公开的圆柱电池，通过设置一端开口的正极壳体和负极壳体来对卷芯轴向方向两端进行包裹，通过将卷芯的正极端和正极壳体内底面焊接，卷芯的负极端和负极壳体内底面焊接，同时正极壳体和负极壳体开口端绝缘固定连接，使得正极壳体和负极壳体电性隔离，整个电池取消了盖板结构，零部件种类大大降低，减少了壳体的空间占用，大副提升了圆柱电池的能量密度；

(2)通过在正极壳体开口端和负极壳体开口端设置由筒套及环形凸缘组成的绝缘件，同时在负极壳体开口端外周面设置台阶轴，并使筒套套设在台阶轴外壁与正极壳体内壁之间，环形凸缘的一端与正极壳体开口端抵持，环形凸缘的另一端与台阶轴端面抵持，通过上述结构设置，一方面可以提高正极壳体和负极壳体之间连接可靠性，另一方面，可以保证正极壳体和负极壳体之间绝缘性能，避免发生短路现象；

(3)通过在筒套与台阶轴进行螺纹连接，一方面，方便正极壳体和负极壳体之间的连接，另一方面，提高正极壳体和负极壳体之间连接稳定性；

(4)通过设置正极集流盘和负极集流盘，一方面方便卷芯通过集流盘与壳体进行焊接，另一方面，通过集流盘的设置，提高卷芯与壳体的过流能力。

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为本发明公开的圆柱电池的立体结构示意图；

图2为本发明公开的圆柱电池第一视角爆炸结构示意图；

图3为本发明公开的圆柱电池第二视角爆炸结构示意图；

图4为本发明公开的圆柱电池的平面结构示意图；

图5为图4中A处局部放大图；

附图标记：

1、卷芯；2、正极壳体；3、负极壳体；4、绝缘件；31、台阶轴；41、筒套；42、环形凸缘；411、内螺纹；311、外螺纹；5、正极集流盘；51、第一连接部；52、第一焊接部；6、负极集流盘；61、第二连接部；62、第二焊接部；63、环形定位部；32、定位孔；21、防爆阀；611、注液孔。

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。

本申请提供了一种圆柱电池，来解决电池盖板组件装配制造工艺复杂，壳体空间占用较大，圆柱电池能量密度的得不到大幅提升的问题。

参照图1所示，结合图2-5，本申请提供的圆柱电池包括卷芯1，卷芯1是由正极片、负极片及隔膜通过卷绕工艺制成，卷芯1的两端分别出正极耳和负极耳，卷芯1的两端分别通过揉平工艺实现正极耳和负极耳揉平操作。

现有技术中，圆柱电池的壳体通常采用一端开口或两端开口的形式，然后通过盖板组件将卷芯封装到壳体内部，同时利用盖板组件建立起和卷芯及壳体多的连接，这种方式使的盖板组件需要使用较多的零部件，盖板组件装配制作工艺复杂，同时盖板组件上的集流盘在与卷芯连接后，需要二次折叠，导致盖板组件入壳后，集流盘及盖板组件中的一些零部件占据壳体较大空间，进而导致圆柱电池能量密度降低。

为了解决上述问题，本申请采用的方案是公开了具有一端开口的正极壳体2及一端开口的负极壳体3，正极壳体2套设在卷芯1的轴向方向一端，卷芯1的正极端与正极壳体2的内底面焊接，负极壳体3套设在卷芯1的轴向方向另一端，卷芯1的负极端与负极壳体3的内底面焊接，正极壳体2的开口端与负极壳体3的开口端绝缘固定连接。由此设置，将揉平后卷芯1分别插入到正极壳体2及负极壳体3内，来实现正极壳体2和负极壳体3分别与卷芯1的轴向方向两端实施焊接，同时正极壳体2和负极壳体3开口端绝缘固定连接，使得正极壳体2和负极壳体3电性隔离，整个电池取消了盖板结构，零部件种类大大降低，减少了壳体的空间占用，大副提升了圆柱电池的能量密度。

为了能够实现正极壳体2和负极壳体3之间建立绝缘固定连接，本实施例在正极壳体2的开口端与负极壳体3的开口端之间通过设置绝缘件4来实现二者绝缘固定连接。

为了实现正极壳体2和负极壳体3连接稳定性和可靠性，参照附图2-3所示，本实施例在负极壳体3的开口端外周面设置了台阶轴31，台阶轴31的直径要小于负极壳体3的外径，台阶轴31插设于正极壳体2开口端，绝缘件4套设在台阶轴31外壁与正极壳体2内壁之间并抵紧台阶轴31外壁及正极壳体2内壁。在本实施例中，绝缘件4在台阶轴31和正极壳体2之间进行紧配连接，从而实现负极壳体3上的台阶轴31插入到正极壳体2内并通过绝缘件4来和正极壳体2紧配，同时在绝缘件4的作用下实现正极壳体2和负极壳体3之间电性隔离。

为了实现正极壳体2和负极壳体3之间完全的电性隔离，本实施例示出了绝缘件4一种较佳结构方式，具体的，绝缘件4包括筒套41及沿筒套41底端水平延伸的环形凸缘42，筒套41套设在台阶轴31外壁与正极壳体2内壁之间，环形凸缘42的一端与正极壳体2开口端抵持，环形凸缘42的另一端与台阶轴31端面抵持。由此设置，通过筒套41的设置，可以实现台阶轴31和正极壳体2内壁之间绝缘紧配连接，通过环形凸缘42的设置，可以实现台阶轴31端面和正极壳体2开口端面之间保持绝缘，从而实现正极壳体2和负极壳体3连接处通过绝缘件4完全的绝缘。

为了实现正极壳体2和负极壳体3连接处密封，本实施例在绝缘件4与负极壳体3及正极壳体2之间均设置有粘接剂。由此设置，通过粘接剂的设置，一方面，可以提高绝缘件4和正极壳体2和负极壳体3之间连接的牢固性，另一方面，粘接剂的设置，可以对绝缘件4、正极壳体2和负极壳体3之间的连接缝隙处进行有效密封，避免圆柱电池内部的电解液泄露。

为了方便正极壳体2和负极壳体3之间相互连接，本实施例对绝缘件4进行了进一步的改进，具体的，本实施例将绝缘件4固定设置在正极壳体2开口端内壁上，可以理解的是，绝缘件4通过筒套41插设于正极壳体2内部，同时环形凸缘42与正极壳体2开口端抵持，绝缘件4与正极壳体2之间可以通过粘接剂实现二者固定连接。同时，本实施例在筒套41内周壁设置有内螺纹411，台阶轴31外周壁上设置有与外螺纹311相配合的外螺纹311。通过台阶轴31插入筒套41内，台阶轴31和筒套41之间通过螺纹连接，来实现台阶轴31和绝缘件4的紧密连接。

由于卷芯1插入到正极壳体2和负极壳体3内后，直接将揉平后的极耳和壳体内底面实施焊接，则会存在焊接不良或者焊接功率过大导致极耳击穿的问题。由此，本实施例在卷芯1正极端与正极壳体2内底面之间还设置有正极集流盘5，正极集流盘5具有第一连接部51及绕第一连接部51中心等间距布置的第一焊接部52，第一连接部51用于和正极壳体2内底面焊接，第一焊接部52用于和所述卷芯1正极端极耳焊接。由此设置，本实施例设置的正极集流盘5为一薄片，首先将正极集流盘5水平放置到卷芯1揉平后的正极端，使第一焊接部52和卷芯1正极端揉平的正极耳实施焊接，该操作工艺属于传统工艺，可以有效把控正极集流盘5和卷芯1焊接时的质量，当正极集流盘5和卷芯1正极端焊接完成后，将卷芯1插入到正极壳体2内，使正极集流盘5与正极壳体2内底面抵持，通过传统焊，直接对正极壳体2中心与第一连接部51焊接，由于卷芯1具有中心孔，第一连接部51和正极壳体2中心焊接过程中，不会对卷芯1外周侧的极耳造成损坏，从而可以提高焊接后卷芯1的质量，另一方面，通过第一焊接部52预先和卷芯1正极耳焊接，再将第一连接部51和正极壳体2焊接，可以提高正极壳体2和卷芯1之间的过流能力。

在本实施中，当卷芯1的正极端通过正极集流盘5和正极壳体2内底面焊接完成后，为了方便负极壳体3与正极壳体2之间建立连接，负极壳体3在套设到卷芯1负极端上后，先不进行卷芯1和负极壳体3的焊接，即先完成负极壳体3和正极壳体2之间的连接后，再进行卷芯1负极端和负极壳体3内底面的焊接，这是方便负极壳体3在和正极壳体2连接时，可以发生相对旋转。

为了方便卷芯1负极端和负极壳体3之间焊接，同时提高焊接质量，本实施例在卷芯1负极端与负极壳体3内底面之间还设置有负极集流盘6，负极集流盘6具有第二连接部61及绕第二连接部61中心等间距布置的第二焊接部62，第二焊接部62用于和卷芯1负极端极耳焊接，第二连接部61中心固定设置有环形定位部63，负极壳体3底面中心处开设有与环形定位部63相连接的定位孔32。

由此设置，在负极壳体3与正极壳体2连接之前，首选将负极集流盘6与卷芯1负极端水平连接，将第二焊接部62和卷芯1负极端的揉平极耳进行焊接，完成焊接后，将负极壳体3套设到卷芯1负极端，并使环形定位部63穿过负极壳体3底面中心的定位孔32，通过环形定位部63和定位孔32的配合，来实现负极集流盘6与负极壳体3之间的定位，完成定位后，再将负极壳体3与正极壳体2之间进行绝缘固定连接，完成正极壳体2和负极壳体3之间的连接后，在将环形定位部63和定位孔32实施焊接，从而完成卷芯1负极端和负极壳体3之间的连接。

通过负极集流盘6的设置，一方面，可提高卷芯1与负极壳体3之间的过流能力，另一方面，负极集流盘6的结构设置，方便通过负极集流盘6来实现卷芯1和负极壳体3之间的定位，同时也方便负极集流盘6和负极壳体3之间直观的焊接，提高焊接可靠性。

优选的，第二连接部61中心处开设有注液孔611，通过注液孔611正对负极壳体3内底面中心，电解液通过注液孔611注入后，电解液可以快速在卷芯1中进行浸润，提高电解液浸润速率，正极壳体2上开设有防爆阀21，可以在圆柱电池热失控时，通过防爆阀21进行泄压。

本发明还提供了一种圆柱电池的制作工艺，包括如下步骤：

S1、将揉平后的卷芯1正极端和正极集流盘5实施焊接，再将焊接后的卷芯1插入到正极壳体2内，将正极壳体2内底面和正极集流盘5实施焊接；

S2、将揉平后的卷芯1负极端和负极集流盘6实施焊接，再将焊接后的卷芯1插入到负极壳体3内；

S3、将负极壳体3和正极壳体2通过绝缘件4建立绝缘固定连接；

S4、将负极集流盘6和负极壳体3进行焊接，完成整个圆柱电池的制作。

在上述步骤中，壳体与集流盘的焊接可以采用激光焊接，也可以低温钎焊或熔焊方式进行焊接，本实施例不对此进行限定。

本实施例公开的圆柱电池由于无传统的复杂盖板结构，节省了电池内部空间同时节省了结构件重量，提高了卷芯在电池内部高度方向上的空间利用率，同时带来电池能量密度的提升。另外，由于电池无盖板结构，相较于传统的盖板+壳体结构，避免了电池正负极盖板与壳体的激光焊接工序，加工工艺简单，生产效率高，设备投入小，大大降低电池结构件制造成本，降低电池整体成本。

本发明专利提供的无盖板结构的圆柱电池在制造过程中，电池正负极集流盘与卷芯焊接完成后无需进行弯折工序，避免了集流盘弯折断裂的隐患同时集流盘厚度方向设计尺寸可进一步增大，可满足大容量、大倍率电池的过流需求。

以上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 (3)

1.一种圆柱电池，其包括卷芯(1)，其特征在于：还包括具有一端开口的正极壳体(2)及一端开口的负极壳体(3)，所述正极壳体(2)套设在所述卷芯(1)的轴向方向一端，所述卷芯(1)的正极端与所述正极壳体(2)的内底面焊接，所述负极壳体(3)套设在所述卷芯(1)的轴向方向另一端，所述卷芯(1)的负极端与所述负极壳体(3)的内底面焊接，所述正极壳体(2)的开口端与所述负极壳体(3)的开口端绝缘固定连接；

所述正极壳体(2)的开口端与所述负极壳体(3)的开口端之间通过绝缘件(4)固定连接；

所述负极壳体(3)开口端外周面具有台阶轴(31)，所述台阶轴(31)插设于所述正极壳体(2)开口端，所述绝缘件(4)套设在所述台阶轴(31)外壁与所述正极壳体(2)内壁之间并抵紧所述台阶轴(31)外壁及所述正极壳体(2)内壁；

所述绝缘件(4)包括筒套(41)及沿所述筒套(41)底端水平延伸的环形凸缘(42)，所述筒套(41)套设在所述台阶轴(31)外壁与所述正极壳体(2)内壁之间，所述环形凸缘(42)的一端与正极壳体(2)开口端抵持，所述环形凸缘(42)的另一端与所述台阶轴(31)端面抵持；

所述绝缘件(4)固定设置在所述正极壳体(2)开口端内壁上，所述筒套(41)内周壁设置有内螺纹(411)，所述台阶轴(31)外周壁上设置有与所述内螺纹(411)相配合的外螺纹(311)；

所述绝缘件(4)与所述负极壳体(3)及正极壳体(2)之间均设置有粘接剂；

所述卷芯(1)正极端与所述正极壳体(2)内底面之间还设置有正极集流盘(5)，所述正极集流盘(5)具有第一连接部(51)及绕所述第一连接部(51)中心等间距布置的第一焊接部(52)，所述第一连接部(51)用于和正极壳体(2)内底面焊接，所述第一焊接部(52)用于和所述卷芯(1)正极端极耳焊接；

所述卷芯(1)负极端与所述负极壳体(3)内底面之间还设置有负极集流盘(6)，所述负极集流盘(6)具有第二连接部(61)及绕所述第二连接部(61)中心等间距布置的第二焊接部(62)，所述第二焊接部(62)用于和所述卷芯(1)负极端极耳焊接，所述第二连接部(61)中心固定设置有环形定位部(63)，所述负极壳体(3)底面中心处开设有与环形定位部(63)相连接的定位孔(32)。

2.如权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于：所述第二连接部(61)中心处开设有注液孔(611)，所述正极壳体(2)上开设有防爆阀(21)。

3.根据权利要求1至2任一所述的一种圆柱电池的制作工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将揉平后的卷芯（1）正极端和正极集流盘（5）实施焊接，再将焊接后的卷芯（1）插入到正极壳体（2）内，将正极壳体（2）内底面和正极集流盘（5）实施焊接；

S2、将揉平后的卷芯（1）负极端和负极集流盘（6）实施焊接，再将焊接后的卷芯（1）插入到负极壳体（3）内；

S3、将负极壳体（3）和正极壳体（2）通过绝缘件（4）建立绝缘固定连接；

S4、将负极集流盘（6）和负极壳体（3）进行焊接，完成整个圆柱电池的制作。