CN115986182A - 圆柱形二次电池及其制造方法、包括其的电池组和车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供圆柱形二次电池及其制造方法、包括其的电池组和车辆。提供具有改进的电极端子的圆柱形二次电池及其制造方法。根据本公开的圆柱形二次电池具有改进的电极端子结构，并且第一集流板与电极端子借助激光焊接方法联接。形成在第一集流板与电极端子的接触表面上的激光焊接部分位于电极组件的卷绕中心孔、第一集流板与电极端子的交叠区域中。

Description

圆柱形二次电池及其制造方法、包括其的电池组和车辆
技术领域
本公开涉及一种圆柱形二次电池及其制造方法。本公开还涉及包括该圆柱形二次电池的电池组和车辆。
背景技术
根据产品组别易于应用并具有诸如高能量密度之类的电特性的二次电池不仅普遍应用于便携式装置，而且还应用于由电力驱动源驱动的电动车辆(EV)和混合电动汽车(HEV)。由于这些二次电池具有能够大幅减少化石燃料使用的主要优势以及在使用能源时不产生副产品的优势，因此这些二次电池作为提高生态友好性和能源效率的新能源而备受关注。
作为二次电池的一种类型，圆柱形、方形和袋型二次电池是已知的。在圆柱形二次电池的情况下，隔膜是这样一种绝缘体，该绝缘体插设在正极和负极之间，并卷绕起来形成卷芯形式的电极组件，该电极组件与电解质一起插入电池罐中，从而形成电池。此外，条状的电极接头可以连接到正极和负极中每一者的未涂覆部分，并且电极接头连接电极组件和暴露于外部的电极端子。然而，根据具有这种结构的传统圆柱形二次电池，由于电流集中在与正极未涂覆部分和/或负极未涂覆部分联接的条形电极接头上，因此电阻很大，产生大量的热，而且集流效率也不好。
对于外形因数为18650或21700的小型圆柱形二次电池，电阻和热不是主要问题。但是，当增大外形因数以将圆柱形二次电池应用于EV等时，在快速充电过程中，电极接头周围会产生大量的热，因此圆柱形二次电池可能被引燃。这里，外形因数是指表示圆柱形二次电池的直径和高度的值。在代表外形因数的数值中，前两个数字表示电池单元的直径，后两个数字表示电池单元的高度，最后一个数字0表示电池单元具有圆形截面。如果电池单元的高度超过100mm，则最后一个数字0可以省略，因为需要一个3位数的数字来表示电池单元的高度。
为了解决外形因数增大的圆柱形二次电池中的电阻和热问题，提出了一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池具有通过使用面积大于条状电极接头(所谓无接头式圆柱形二次电池)的集流板而提高集流效率的结构。
图1至图3是示出传统的无接头式圆柱形二次电池的制造过程的图。图1示出了电极板的结构，图2示出了卷绕电极板的过程，图3示出了将集流板焊接到未涂覆部分的弯折表面的过程。图4是沿纵向方向Y剖切的传统无接头式圆柱形二次电池的剖视图。
参考图1，正极板10和负极板11具有这样一种结构，其中片状集流体20涂覆有活性材料21，并且在沿卷绕方向X的一个长边侧设置有未涂覆活性材料的未涂覆部分22。基于沿集流体20的长边方向(X方向)，一侧成为芯，另一侧成为外周。
通过将正极板10和负极板11与两个隔膜12依次堆叠在一起(如图2中所示)，然后从芯沿一个方向X卷绕而制造成电极组件A。此时，沿集流体20的短边(Y方向)在两个相对的方向上布置正极板10和负极板11的未涂覆部分。
参考图3，在借助图2的方法制造的电极组件A的内芯中形成卷绕中心孔13。在卷绕工艺后，正极板10的未涂覆部分10a和负极板11的未涂覆部分11a朝芯弯折。之后，集流板30、31连接到未涂覆部分10a、11a。
不是将单独的电极接头附接到每个未涂覆部分10a、11a，而是将集流板30、31连接到外部电极端子，并且沿着电极组件A的卷绕轴线方向(见箭头)形成具有大截面的电流路径。因此，存在着降低二次电池的电阻之优势。这是因为电阻与电流流经的路径的截面面积成反比。
然而，当圆柱形二次电池的外形因数增大，并且快速充电期间的充电电流大小增加时，在无接头的圆柱形二次电池中也会再次出现热问题。
具体而言，如图4中所示，传统的无接头式圆柱形二次电池40包括电池罐41和密封体42。密封体42包括帽板42a、密封垫片42b和连接板42c。密封垫片42b围绕帽板42a的边缘，并由压接部43固定。此外，电极组件A借助卷边部44固定在电池罐41中，以防止竖向移动。
通常，正极端子是密封体42的帽板42a，并且负极端子是电池罐41。因此，与正极板10的未涂覆部分10a联接的集流板30借助条状引线45与附接到帽板42a的连接板42c连接。此外，与负极板11的未涂覆部分11a联接的集流板31与电池罐41的底部连接。绝缘体46覆盖集流板30，以防止具有不同的极性电池罐41和正极板10的未涂覆部分10a相互接触并造成短路。
在圆柱形二次电池40中，当集流板30与连接板42c连接时，使用条状引线45。引线45单独附接到集流板30，或与集流板30一体制造。然而，由于引线45是细条状的，因此当快速充电电流流动时，由于其面积小，会产生大量的热。此外，从引线45产生的过多热可能会传递到电极组件A并使隔膜12收缩(图2)，从而导致内部短路，内部短路是热失控的主要原因。
引线45在电池罐41内也占据了大量的安装空间。因此，包括引线45的圆柱形二次电池40的空间效率低，从而在提高能量密度方面存在局限性。因此，本领域需求在解决圆柱形二次电池的热问题的同时改进电极端子结构，以提高电池罐内的空间效率。
另一方面，圆柱形二次电池40包括集流板30、31，并且连接在每个集流板30、31和其它部件之间的部分存在于圆柱形二次电池40的上部分和下部分中。每个集流板30、31和其它部件之间在该位置的连接可以使用各种焊接工艺。此时，重要的是以高效率达到适当的结合强度，并且在不对焊接对象或周围部件造成损坏的情况下进行焊接。
在焊接工艺中，当使用电阻焊时，如果焊接对象是由铝材料制成的，就会在焊条上沉积氧化膜，这使得无法进行连续焊接。此外，当氧化膜以这种方式沉积时，在焊接对象产生热之前，焊条中已经产生了热。如果集流板30、31中的任何一者是由铝制成的，则由于以上问题，在使用电阻焊时，焊接工艺的效率不可避免地会降低。此外，如果集流板30、31中的任何一者是由铜制成的，则会存在诸如结合强度下降之类的焊接缺陷的问题，因为铜的电阻太低以至于不产生电阻热。此外，电阻焊接装置将焊接对象放置在上下焊条之间并加压，将对象按压成紧密接触状态，并通过施加电流以电阻热进行焊接，因此加压是必不可少的。另外，如果加压不完善，则可能出现部分焊接，这会造成焊接不均匀，并有因加压而造成部件变形的风险。
此外，在焊接工艺中，当使用超声波焊接时，焊头必须与接触部分在接触的情况下进行振动。在这里，如果焊头的振动方向是直线或之字形的，则会很可能导致焊头破裂。例如，在圆柱形二次电池40中，如果集流板31超声波焊接到电池罐41的底部，则焊头必须穿过电极组件A的卷绕中心孔13插入以进行焊接，因而焊头的长度必须等于或大于从卷绕中心孔13的一端延伸至另一端的长度。另外，如果由于长度过长，在直线或之字形方向上发生强烈的振动，则很可能使焊头破裂。考虑到这一点，可以采用焊头旋转的方法。然而，即使在这种情况下，也会存在产生大量毛刺的问题，而且难以确认是否存在部分未联接的区域。此外，在超声波焊接的情况下，也可能出现由于焊接工艺中产生的异物(金属屑)而引起的问题。此外，超声波焊接具有与电阻焊接相比结合强度下降的问题。
因此，在无接头式圆柱形二次电池制造方法(其中，集流板和其它部件之间存在连接区域，并通过焊接进行连接)中，有必要应用不同于上述传统焊接方法的焊接技术。
发明内容
技术问题
本公开旨在解决现有技术的问题，因此本公开的目的是提供一种具有改进的电极端子结构的圆柱形二次电池。
本公开要实现的另一个目标是提供一种使用激光焊接制造具有改进的电极端子结构的圆柱形二次电池的方法。
本公开要实现的另一个目标是提供使用具有改进结构的圆柱形二次电池制造的电池组以及包括该电池组的车辆。
本公开所要实现的目标不限于以上目标，本公开所属技术领域的普通技术人员根据以下公开会清楚地了解其它未提及的目标。
技术方案
用于解决以上目标的根据本公开的一种圆柱形二次电池包括：卷芯型的电极组件，该电极组件具有其中片状的第一电极板和第二电极板与插设在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔膜沿一个方向卷绕的结构，所述第一电极板包括在长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述第二电极板包括在与所述第一电极板的所述未涂覆部分相对的方向上的长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述电极组件在内部芯中具有卷绕中心孔；圆柱形的电池罐，该电池罐配置成借助形成在一侧的开放部分容纳所述电极组件，并与所述第二电极板的所述未涂覆部分连接；密封体，该密封体配置成密封所述电池罐的所述开放部分，以使得与所述电池罐绝缘；第一集流板，该第一集流板与所述第一电极板的所述未涂覆部分连接；电极端子，该电极端子穿过在所述电池罐的底部中形成的通孔而被铆接，并与所述第一集流板连接，所述电池罐的所述底部与所述电池罐的所述开放部分相对；以及激光焊接部分，该激光焊接部分形成在所述第一集流板和所述电极端子的接触表面上，其中，所述激光焊接部分位于所述卷绕中心孔、所述第一集流板和所述电极端子的交叠区域上。
优选地，暴露于所述第一集流板的所述表面的所述激光焊接部分的转换直径可以为0.15D至0.90D(D：所述卷绕中心孔的直径)。
优选地，所述电极端子可以包括：插入所述通孔中的本体部分；外凸缘部分，该外凸缘部分配置成从所述本体部分的经由所述电池罐的所述底部的外表面暴露的一个侧周边沿着所述外表面延伸；内凸缘部分，该内凸缘部分配置成从所述本体部分的经由所述电池罐的所述底部的内表面暴露的另一侧周边朝向所述内表面延伸；以及平坦部分，该平坦部分设置到所述内凸缘部分的内侧。
优选地，在所述平坦部分中，所述电极端子和所述第一集流板可以借助所述激光焊接部分联接。
在一方面，所述激光焊接部分可以是在所述第一集流板与所述电极端子的联接区域中，从所述第一集流板的朝向所述卷绕中心孔的内侧取向的一个表面朝向所述电极端子形成的。
所述电极端子的外表面可以是光滑表面。
在另一方面，所述激光焊接部分可以是针对所述卷绕中心孔的中央部分的交叠叠加型焊珠。
在另一方面，所述激光焊接部分可以配置成线性形状。
此时，所述激光焊接部分可以形成连续的闭合直线或闭合曲线。例如，所述激光焊接部分可以是以所述卷绕中心孔的所述中央部分为中心的环状圆型和以所述卷绕中心孔的所述中央部分为中心的摆动圆型中的任何一种。此外，所述激光焊接部分可以形成开放曲线。例如，基于象限，一个象限可以呈开放结构的形式。例如，其可以具有C形等。
在另一方面，所述激光焊接部分可以是相对于所述卷绕中心孔的所述中央部分在径向对称位置中形成的多点型。
在另一方面，所述激光焊接部分可以是两条线与所述卷绕中心孔的中央部分相交的X型、以所述卷绕中心孔的中央部分为中心的矩形边框型、两条线相遇于一点的L型和两圆相接的8字型中的任何一种。
在另一方面，所述激光焊接部分可以具有在所述卷绕中心孔的中央部分中的中心，具有多边形的规则或不规则的外周，并以交织方式形成焊珠以填充所述外周。
优选地，由所述激光焊接部分在所述第一集流板和所述电极端子之间的所述焊接部分的拉伸力可以为3kgf以上且15kgf以下。
在一方面，所述第一集流板和所述电极端子可以由含有铝作为主要成分的材料制成。
在另一方面，所述卷绕中心孔的直径可以为2mm以上且8mm以下。
此时，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的转换直径可以为2mm以上。
另外，此时，所述电极端子的所述平坦部分的直径可以为3mm至14mm。
在这种情况下，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的面积与所述电极端子的所述平坦部分的面积之比可以为2.04％至44.4％。
在另一方面，所述平坦部分和所述底部的所述内表面可以彼此平行。
在另一方面，所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的角度可以为0度至60度以下。
优选地，所述内凸缘部分与所述平坦部分之间可以设置有凹进部分。
在一方面，所述凹进部分可以具有不对称槽的截面结构。
在另一个方面，所述不对称凹槽可以包括平坦部分的侧壁和与侧壁的端部连接的内凸缘部分的倾斜表面。
在另一个方面，所述侧壁可以垂直于底部的内表面。
在另一个方面，所述侧壁可以朝向平坦部分倾斜。
优选地，所述内凸缘部分的厚度可以随着与主体部分的间隔而减小。
优选地，所述的圆柱形二次电池可以进一步包括插设在所述电极端子与所述通孔之间的铆钉垫片，并且所述铆钉垫片可以包括：插设在所述外凸缘部分与所述底部的所述外表面之间的外垫片；以及插设在所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的内垫片，其中，所述内垫片可以根据位置而具有不同的厚度。
在一方面，在内垫片的区域中，插设在与底部的内表面连接的通孔的内边缘与内凸缘部分之间的区域的厚度可以相对小于其它区域的厚度。
在另一个方面，在内垫片的区域中，插设在通孔与主体部分之间的区域的厚度可以随着与外凸缘部分的间隔而减小。
在另一个方面，在内垫片的区域中，插设在底部的内表面与内凸缘部分的端部之间的区域可以具有最小的厚度。
在另一个方面，通孔的内边缘可以具有面对内凸缘部分的表面。
在另一个方面，内垫片可以比内凸缘部分延伸得更长，以便其端部暴露。
在另一个方面，平坦部分的高度可以等于或大于内垫片的端部相对于底部的内表面的高度。
在另一个方面，平坦部分的高度可以等于或大于内凸缘部分相对于底部的内表面的高度。
在另一个方面，内凸缘部分的高度可以等于或大于内垫片的端部相对于底部的内表面的高度。
优选的是，相对于电池罐的底部的内表面，内凸缘部分的高度可以是0.5mm至3.0mm。
优选地，所述电极端子从所述外凸缘部分的下表面到所述平坦部分的表面的高度可以为1.5mm至7mm。
优选地，所述外凸缘部分相对于所述电池罐的所述底部的所述外表面的高度可以为0.8mm以上。
优选地，所述外垫片的至少一部分可以暴露于所述外凸缘部分的外部，并且在平行于所述电池罐的所述底部的所述外表面的方向上测量的所述外垫片的暴露宽度可以为0.1mm至1mm。
优选地，从所述本体部分的中心到所述外凸缘部分的边缘的半径相对于所述电池罐的所述底部的半径可以为10％至70％。
优选地，从所述本体部分的中心到所述平坦部分的边缘的半径相对于所述底部的半径可以为4％至30％。
优选地，当最大压缩点的厚度变化与压缩前垫片的厚度之比被定义为压缩比时，内垫片的压缩比可以是30％至90％。
更优选地，内垫片可以包括聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氟乙烯或聚丙烯，并且内垫片的压缩比可以是50％至90％。
在一方面，所述第一集流板可以包括：边框部分；第一电极板联接部分，该第一电极板联接部分从所述边框部分向内延伸，并与所述第一电极板的所述未涂覆部分联接；以及端子联接部分，该端子联接部分位于与所述第一电极板联接部分间隔开的位置，其中，所述电极端子与所述端子联接部分联接。
优选地，所述圆柱形二次电池可以进一步包括插设在所述电池罐与所述第一集流板之间的绝缘体，并且所述电极端子可以借助该绝缘体与所述端子联接部分联接。
优选地，所述圆柱形二次电池可以进一步包括包括插设在所述第一集流板与所述电池罐的所述底部的内周面之间以及所述电池罐的侧壁的内周与所述电极组件之间的绝缘体。
所述绝缘体可以包括焊接孔，焊接孔，该焊接孔配置成将所述电极端子的所述平坦部分暴露于所述第一集流板，并且所述绝缘体可以覆盖所述第一集流板的表面和所述电极组件的一个侧边缘。
优选地，从所述电池罐的所述底部的所述内表面到所述电极端子的所述平坦部分的高度可以等于或小于所述绝缘体的厚度。
优选地，所述圆柱形二次电池可以进一步包括插设在所述电极端子和所述通孔之间的铆钉垫片，并且所述铆钉垫片可以包括：插设在所述外凸缘部分与所述底部的所述外表面之间的外垫片；以及插设在所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的内垫片。
优选地，所述内垫片的端部可以暴露于所述内凸缘部分的外部。
在另一方面，所述焊接孔可以暴露所述电极端子的所述平坦部分和所述内凸缘部分。
在另一方面，所述焊接孔可以暴露所述电极端子的所述平坦部分和所述内凸缘部分，并且暴露所述内垫片。
在另一方面，通过圆柱形二次电池的直径除以高度获得的形式因数的比可以大于0.4。
在一方面，所述边框部分可以为内部区域至少部分为空的边框形式。
优选地，所述第一电极板联接部分和所述端子联接部分可以借助所述边框部分连接。
此外，所述端子联接部分可以位于所述边框部分的内部空间的中央部分中。
优选地，可以设置有多个所述第一电极板联接部分。
在这种情况下，所述多个第一电极板联接部分可以沿圆周方向彼此以相等的间隔布置。
此外，所述多个第一电极板联接部分可以具有相同的延伸长度。
此外，所述端子联接部分可以布置成由所述多个第一电极板联接部分围绕。
优选地，所述端子联接部分可以布置在对应于所述卷绕中心孔的位置。
优选地，所述第一电极板的所述未涂覆部分的至少部分区域可以被划分为多个段，并且所述多个段可以沿所述电极组件的径向方向弯折。
优选地，所述的多个段可以沿所述电极组件的径向方向在多个层中交叠。
在一方面，所述第一集流板可以包括：边框部分；第一电极板联接部分，该第一电极板联接部分从所述边框部分向内延伸，并与所述第一电极板的所述未涂覆部分联接；以及端子联接部分，该端子联接部分位于与所述第一电极板联接部分间隔开的位置，并且所述第一电极板联接部分可以与所述多个段在多个层中交叠所在的区域联接。
在另一方面，所述电池罐可以包括卷边部，该卷边部形成在与所述开放部分相邻的端部处并朝向内侧压配合，并且所述密封体可以包括无极性的帽板以及插设在所述帽板的边缘与所述电池罐的所述开放部分之间的密封垫片。
所述电池罐可以进一步包括压接部，该压接部延伸并弯折到所述电池罐的内侧，并将所述帽板的所述边缘与所述密封垫片包裹并固定在一起。
所述帽板可以包括排气凹口，当所述电池罐内的压力超过阈值时，该排气凹口破裂。
当电池罐的内部压力达到1535kgf/cm2至35kgf/cm2时，排气凹口会破裂。
在另一方面，所述圆柱形二次电池可以进一步包括与所述第二电极板的所述未涂覆部分联接的第二集流板，并且在所述第二集流板中，不与所述第二电极板的所述未涂覆部分接触的边缘的至少一部分可以插设在所述卷边部与所述密封垫片之间，并由所述压接部固定。
所述第二集流板的所述边缘的至少一部分可以通过焊接固定到与所述压接部相邻的所述卷边部的内周。
在另一方面，所述第二电极板的所述未涂覆部分的至少部分区域可以被划分成多个段，并且所述多个段可以沿所述电极组件的径向方向弯折。
此时，所述多个段可以沿所述电极组件的径向方向在多个层中交叠。
在此情况下，所述第二集流板可以包括：与所述第二电极板的所述未涂覆部分联接的第二电极板联接部分；以及与所述卷边部电联接的罐联接部分，并且所述第二电极板联接部分与所述多个段在多个层中交叠所在的区域联接。
所述第二电极板联接部分和所述罐联接部分可以借助所述第二集流板的中央部分间接连接，并且可以彼此不直接连接。
所述第二电极板联接部分可以具有至少一个注入孔。
所述第二集流板在所述第二集流板的中央部分中可以包括圆形集流板孔。
所述集流板孔的直径可以等于或大于所述卷绕中心孔的直径。
本公开还提供一种圆柱形二次电池的制造方法。根据本公开的圆柱形二次电池的制造方法包括以下步骤：提供卷芯型的电极组件，该电极组件具有其中片状的第一电极板和第二电极板与插设在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔膜沿一个方向卷绕的结构，所述第一电极板包括在长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述第二电极板包括在与所述第一电极板的所述未涂覆部分相对的方向上的长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述电极组件在内部芯中具有卷绕中心孔；将第一集流板与所述第一电极板的所述未涂覆部分连接；提供圆柱形的电池罐，该电池罐具有形成在一侧的开放部分，并包括电极端子，该电极端子穿过在所述电池罐的底部中形成的通孔而被铆接，所述电池罐的所述底部与所述电池罐的所述开放部分相对；将所述电极组件插入所述电池罐，使得所述第一集流板朝向所述电池罐的所述底部取向；以及通过使用激光焊接装置在所述第一集流板和所述电极端子的接触表面上形成激光焊接部分，其中，所述激光焊接装置的激光束沿所述卷绕中心孔的纵向方向照射到所述卷绕中心孔中。
在一方面，所述激光焊接装置可以以脉冲模式或连续模式将所述第一集流板焊接到所述电极端子。
所述激光焊接装置可以以100ns至2000ns的脉冲宽度照射所述激光束。
所述激光焊接装置可以以50W至4KW的输出照射所述激光束。
所述激光焊接装置可以以40mm/s至1000mm/s的工艺速度照射该激光束。
所述激光焊接装置的所述激光束的光点直径可以为10μm至200μm。
优选地，脉冲点型的激光束可以被照射并交叠到所述卷绕中心孔的中央部分，以形成交叠叠加型的激光焊接部分。
优选地，形成激光焊接部分的步骤可以包括：将中空管插入所述卷绕中心孔中，使得所述第一集流板的至少一部分暴露在所述中空管的内中空部中；以及允许由所述激光焊接装置照射的所述激光束穿过所述中空管的所述内中空部，从而将所述第一集流板焊接到所述电极端子。
此时，所述第一集流板可以被所述中空管压缩到所述电极端子。
所述的圆柱形二次电池的制造方法可以进一步包括：在执行所述激光焊接时，经由所述中空管与所述卷绕中心孔的内周之间的空间，供应用于移除氧气气氛的惰性气体。
所述中空管的长度可以大于所述电极组件的高度，并且所述中空管可以是金属中空管。
此外，所述的圆柱形二次电池的制造方法可以进一步包括以下步骤：在执行所述激光焊接时，移除所述卷绕中心孔的一端处的焊接烟尘。
本公开提供一种用以制造根据本公开所述的圆柱形二次电池的圆柱形二次电池制造方法，并且通过穿过所述电池罐的内侧的所述卷绕中心孔照射激光束进行焊接来形成所述激光焊接部分。
这里，所述激光束可以从所述第一集流板加热。
在所述激光束密集照射的部分与周围区域之间可以提供温度差。
在用所述激光束进行预加热后，可能发生全面熔化。
所述的激光束可以是单模式的。
本公开提供一种包括至少一个圆柱形二次电池的电池组，并且提供一种包括至少一个电池组的车辆。
有利效果
根据本公开的一个方面，通过改进圆柱形二次电池的电极端子结构来增大电池罐中的空间效率，能够降低圆柱形二次电池的内阻并提高能量密度。
根据本公开的另一个方面，通过改进圆柱形二次电池的电极端子结构来扩大电流路径的截面积，能够改善快速充电时出现的内部发热问题。
根据本公开的另一个方面，用于圆柱形二次电池的串联和/或并联连接的电气布线可以在圆柱形二次电池的一侧进行。因此，空间效率好，并且电气布线的效率高，从而在电动车辆的装配过程和电池组的维护方面有明显的改善效果。
根据本公开的另一个方面，提供了一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池包括：第一集流板，该第一集流板的结构能够即使在使用过程中施加外部冲击和/或振动时，也防止力也集中在部件之间的联接区域；和/或第二集流板，该第二集流板的结构不仅能够改善联接部分与电池罐的联接力，而且能够改善圆柱形二次电池的能量密度。第一集流板和第二集流板还具有易于将第一集流板激光焊接到电极端子的结构。因此，圆柱形二次电池的机械和电气性能得到了改善，而且容易通过焊接方法制造二次电池。
根据本公开的制造方法非常适用于外形因数增大的大型电池。由于大型电池中包括的卷芯型电极组件的高度比传统的大，因此卷绕中心孔的长度也比传统的大。为了通过焊接将第一集流板与电池罐的底部处的电极端子连接起来，有必要防止在焊接工艺中损坏电极组件。在根据本公开的制造方法中，能够在防止对电极组件的损坏的同时，在第一集流板放置在具有较长长度的卷绕中心孔中的部分处照射激光束。根据本公开，在解决由于激光焊接而可能出现的缺陷问题的情况下，第一集流板可以焊接到电极端子，这可以满足本公开所属技术领域中对大电力、低电阻电池的需求。
根据本公开的制造方法，在将电极端子焊接到第一集流板时，能够解决被焊接对象或周围部分的损坏问题以及焊接强度劣化的问题，这些问题在应用传统的焊接方法时都会发生。因此，焊接的可加工性和效率可以得到改善。
根据本公开的制造方法，集流板可以与其它部件连接并联接，而不会由于集流板的材料而产生问题，也不用担心为了焊接而使焊头破裂。此外，由于在圆柱形二次电池的外表面上没有形成焊接部分，因此，有利于在圆柱形二次电池的串联和/或并联连接的电气布线过程中，确保圆柱形二次电池与汇流条部件之间的连接效果。
附图说明
附图说明了本公开的优选实施方式，并与前述公开内容一起，有助于进一步理解本公开的技术特征，因此本公开不被理解为仅限于图示。
图1是示出了传统的无接头式圆柱形二次电池中使用的电极板的结构的平面图。
图2是示出传统的无接头式圆柱形二次电池中包括的电极组件的卷绕工艺的图。
图3是示出将集流板焊接到图2的电极组件中的未涂覆部分的弯折表面的过程的图。
图4是沿纵向方向Y剖切的传统无接头式圆柱形二次电池的剖视图。
图5是沿纵向方向Y剖切的根据本公开的一个实施方式的圆柱形二次电池的剖视图。
图6是示出根据本公开的一个实施方式的电极端子的铆接结构的剖视图。
图7是图6的部分B的放大剖视图。
图8是示出根据本公开的另一实施方式的电极端子的铆接结构的部分放大剖视图。
图9是沿纵向方向Y剖切的根据本公开的另一实施方式的圆柱形二次电池的剖视图。
图10是示例性示出根据本公开的优选实施方式的电极板结构的平面图。
图11是沿纵向方向Y剖切的电极组件的剖视图，在该电极组件中，根据本公开的一个实施方式的电极板的未涂覆部分的分段结构应用于第一电极板和第二电极板。
图12是沿纵向方向Y剖切的根据本公开的一个实施方式的电极组件的剖视图，在该电极组件中，未涂覆部分是弯折的。
图13是根据本公开的一个实施方式的电极组件的立体图，在该电极组件中，未涂覆部分是弯折的。
图14是示出根据本公开的一个实施方式，通过激光焊接将圆柱形二次电池的电极端子和第一集流板结合的过程的图。
图15是激光焊接起来的电极端子和第一集流板的剖视图。
图16和图17是示出本公开的激光焊接部分的各种表面形状的图。
图18是用于解释在三点焊接的情况下计算激光焊接部分的转换直径的方法的图示。
图19是示出根据实验例的激光焊接部分的外观和转换直径与电极组件的卷绕中心孔的直径相比较的图。
图20是示出根据实验例的激光焊接部分的外观和转换直径与插入电极组件的卷绕中心孔中的中空管的直径相比较的图。
图21至图24是示出第一集流板的各种实施方式的图。
图25至图28是示出第二集流板的各种实施方式的图。
图29是示出根据本公开的一个实施方式的电池组的示意图。
图30是示出根据本公开的一个实施方式的车辆的图。
具体实施方式
下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施方式。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应解释为限于一般的和字典含义，而应根据允许发明人对术语进行适当定义以获得最佳解释的原则，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念进行解释。
因此，本文中提出的描述只是优选的实施例，仅用于说明之目的，并不意图限制本公开的范围，从而应该理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可以对本描述进行其它等同和变型。
此外，为了帮助理解本公开，附图没有按比例绘制，而可能夸大一些部件的尺寸。另外，在不同的实施方式中，相同的附图标记可能被赋予相同的部件。
图5是沿纵向方向Y剖切的根据本公开的一个实施方式的圆柱形二次电池的剖视图。
参考图5，根据本公开的一个实施方式的圆柱形二次电池70包括卷芯型电极组件71。电极组件71具有这样一种结构，其中片状的第一电极板和第二电极板以及插设在其间的隔膜沿一个方向卷绕。在示出电极组件71的图5中，只详细示出了暴露于隔膜外部并延伸的未涂覆部分72、73，省略了第一电极板、第二电极板和隔膜的卷绕结构。
电极组件71的内芯中形成有卷绕中心孔80。卷绕中心孔80是在卷绕电极板和隔膜时成为卷绕轴的卷绕芯被取出的地方。如果在移除卷绕芯后电极组件71没有变形，则可以说卷绕中心孔80的直径与卷绕芯的直径相同。
卷绕电极组件71的方法与参考图2描述的制造传统的无接头式圆柱形二次电池中使用的电极组件的卷绕方法基本相同。
第一电极板和第二电极板具有其中在具有长边和短边的片状集流体的一侧或两侧涂覆有活性材料层的结构，并分别包括沿卷绕方向X位于一个长边端上的未涂覆部分72、73。未涂覆部分72、73可以沿集流体的一个边的端部连续形成。第一电极板包括在长边端处暴露于隔膜外部的未涂覆部分73，并且第二电极板包括在长边端处在与第一电极板的未涂覆部分73相对的方向上暴露于隔膜外部的未涂覆部分72。即，第二电极板的未涂覆部分72在电极组件71的下部分处暴露，并且第一电极板的未涂覆部分73在电极组件71的上部分处暴露。在一个实施方式中，第一电极板可以是正极板，并且第二电极板可以是负极板。当然，相反的情况也是可能的。
在本公开中，可以根据电极板的极性适当地选择集流体，并可以使用铝、铜、镍或不锈钢作为其材料，但不一定限于此，也可以采用常用的金属和金属合金作为集流体的材料。例如，用于正极板的集流体可以是铝或铝合金，并且用于负极板的集流体可以是铜或铜合金。
在本公开中，涂覆在集流体上的活性材料可以是任何类型的活性材料，只要该活性材料是本领域内众所周知的即可。
在一个实施例中，正极活性材料可以包括由一般化学式A[AxMy]O2+z表示的碱金属化合物(A包括Li、Na和K中的至少一种；M包括选自Ni、Co、Mn、Ca、Mg、Al、Ti、Si、Fe、Mo、V、Zr、Zn、Cu、Al、Mo、Sc、Zr、Ru和Cr的至少一种元素；x≥0，1≤x+y≤2，-0.1≤z≤2；并且选择化学计量因数x、y和z，使化合物维持电中性)。
优选地，正极活性材料含有锂过渡金属氧化物。过渡金属锂可以含有镍钴锰基锂氧化物，镍钴锰基锂氧化物中可以包括具有高镍含量的高浓度镍钴锰基锂氧化物。
在另一个实施方式中，正极活性材料可以是US 6677082、US 6680143等中公开的碱金属化合物xLiM1O2(1-x)Li2M2O3(M1包括至少一种平均氧化态为3的元素；M2包括至少一种平均氧化态为4的元素；且0≤x≤1)。
在另一个实施例中，正极活性材料可以是由一般化学式LiaM1 xFe1xM2 yP1yM3 zO4z(M1包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg和Al的至少一种元素；M2包括选自Ti、Si、Mn、Co、Fe、V、Cr、Mo、Ni、Nd、Al、Mg、Al、As、Sb、Si、Ge、V和S的至少一种元素；M3包括选择性地含有F的卤素组元素；0＜a≤2，0≤x≤1，0≤y＜1，0≤z＜1；且选择化学计量因数a、x、y和z，从而使化合物维持电中性)或Li3M2(PO4)3(M包括选自Ti、Si、Mn、Fe、Co、V、Cr、Mo、Ni、Al、Mg和Al的至少一种元素)表示的锂金属磷酸盐。
优选地，正极活性材料可以包括初级颗粒和/或初级颗粒聚集在一起的次级颗粒。
在一个实施例中，负极活性材料可以使用碳材料、锂金属或锂金属化合物、硅或硅化合物、锡或锡化合物等。具有小于2V电位的金属氧化物(如TiO2或SnO2)也可以用作负极活性材料。作为碳材料，可以使用低结晶碳和高结晶碳。
隔膜可以包括例如由聚烯烃基聚合物制成的呈单一或堆叠结构的多孔聚合物膜，聚烯烃基聚合物例如是乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物或乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物。在另一个实施例中，隔膜可以是一种普通的多孔无纺布，例如，由具有高熔点的玻璃纤维或聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维制成的无纺布。
隔膜的至少一个表面可以包括无机颗粒的涂覆层。否则，隔膜本身可以由无机颗粒的涂覆层制成。包括在涂覆层中的无机颗粒可以与粘合剂联接，以便在相邻的无机颗粒之间存在粒间体积。
无机颗粒可以包括具有5以上介电常数的无机材料。在一个非限制性的实施例中，无机颗粒可以包括选自由以下物质构成的组中的至少一种材料：Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb1xLaxZr1yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO和Y2O3。
如所示，在电极组件71中，未涂覆部分72、73彼此以相对方向布置。此外，每个未涂覆部分72、73均暴露于隔膜的外部。在电极组件71中，每个未涂覆部分72、73的至少一部分本身可以用作为电极接头。例如，第二电极板的未涂覆部分72可以用作负极接头，并且第一电极板的未涂覆部分73可以用作正极接头。
圆柱形二次电池70还包括圆柱形的电池罐51，该电池罐51可以容纳电极组件71并与第二电极板的未涂覆部分72连接。电池罐51是由导电的金属材料制成。在一个实施例中，电池罐51可以由铁、镀镍铁或不锈钢(SUS)材料制成，但本公开不限于此。
优选地，电池罐51的一侧(在本实施方式中为下部分)是开放的，以形成开放部分。在电池罐51中，与开放部分相对的侧是封闭部分。在本实施方式中，该封闭部分是电池罐51的底部52。电池罐51的底部52是圆形的。电池罐51的侧面(外周)和底部52可以一体形成。电池罐51的底部52具有近似平坦的形状。电池罐51经由开放部分容纳电极组件71，并且还一起盛装有电解质。电池罐51的侧面从底部52延伸一定长度。
电解质的作用是在充电和放电期间使由二次电池内的电极板上的电化学反应产生的锂离子移动。电解质可以是一种具有诸如A+B-结构的盐。这里，A+包括诸如Li+、Na+或K+之类的碱金属阳离子或其组合。此外，B-包括选自由以下阴离子构成的组中的至少一个阴离子：F--、Cl--、Br--、I--、NO3--、N(CN)2--、BF4--、ClO4 --、AlO4 --、AlCl4 --、PF6 --、SbF6 --、AsF6 --、BF2C2O4 --、BC4O8 --、(CF3)2PF4 --、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 --、(CF3)5PF--、(CF3)6P--、CF3SO3 --、C4F9SO3 --、CF3CF2SO3 --、(CF3SO2)2N--、(FSO2)2N--、CF3CF2(CF3)2CO--、(CF3SO2)2CH--、(SF5)3C--、(CF3SO2)3C--、CF3(CF2)7SO3 --、CF3CO2 --、CH3CO2 -、SCN--和(CF3CF2SO2)2N--。
电解质也可以溶解在有机溶剂中。有机溶剂可以包括碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二甲氧基乙烷、四氢呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、甲基碳酸乙酯(EMC)、γ-丁内酯或其混合物。
电池罐51的底部52具有其中电极端子50通过填缝工艺铆接到通孔53的结构。此外，圆柱形二次电池70可以包括插设在电极端子50和通孔53之间的铆钉垫片54。
电极端子50由导电金属材料制成。在一个实施例中，电极端子50可以由含有作为主要成分的铝的材料制成，但本公开不限于此。电极端子50可以由10系列铝合金制成，这种铝合金易于铆接且电阻低。电极端子50的一部分插入电池罐51内部，另一部分暴露于电池罐51的外部。
铆钉垫片54可以由具有绝缘性和弹性的聚合物树脂制成。在一个实施例中，铆钉垫片54可以由聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氟乙烯等制成，但本公开不限于此。
圆柱形二次电池70包括与第一电极板的未涂覆部分73连接的第一集流板79。可以通过焊接进行第一电极板的未涂覆部分73与第一集流板79之间的连接。第一集流板79也与电极端子50连接。第一集流板79和电极端子50是通过激光焊接连接的。第一集流板79可以是与第一电极板的集流体和/或电极端子50相同的金属，或可以由与第一电极板的集流体和/或电极端子50焊接良好的材料制成。例如，第一集流板79可以由含有作为主要成分的铝的材料制成，并可以是铁、镀镍铁、SUS等。电极端子50经由第一集流板79与第一电极板的未涂覆部分73连接。
通过激光焊接在第一集流板79和电极端子50的接触表面上形成激光焊接部分(未示出)。该激光焊接部分的特征在于，位于卷绕中心孔80以及第一集流板79与电极端子50之间的交叠区域中。稍后将参考图14至图24详细描述第一集流板79和电极端子50之间的激光焊接、激光焊接部分的配置和相关的制造方法以及第一集流板79的具体实施方式。
圆柱形二次电池70还可以包括密封体74，该密封体密封电池罐51的开放部分以与电池罐51绝缘。密封体74可以包括非极性帽板74a和密封垫片74b，该密封垫片74b插设在帽板74a的边缘与电池罐51的开放部分之间。
帽板74a可以由诸如铝、铁、镀镍铁或SUS之类的导电金属材料制成。此外，密封垫片74b可以由具有绝缘性和弹性的聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚氟乙烯等制成。然而，本公开不受帽板74a和密封垫片74b的材料限制。帽板74a可以覆盖电池罐51的开放部分。即使帽板74a由导电金属制成，帽板74a也不具有极性。不具有极性可以是指帽板74a没有连接到电极组件71。此外，这可以是指帽板74a与电池罐51和电极端子50是电绝缘的。由于不具有极性，因此帽板74a不具有电极端子的功能。帽板74a不需要与电极组件71和电池罐51连接，并且其材料也不必是导电金属。
帽板74a可以包括排气凹口77，当电池罐51内的压力超过阈值时，该排气凹口会破裂。排气凹口77可以形成在帽板74a的一侧或两侧。排气凹口77可以在帽板74a的表面上形成连续或不连续的圆形图案、直线图案或任何其它图案。例如，排气凹口77可以形成具有预定宽度的近似圆环形形状。圆环形排气凹口77可以具有与帽板74a的中心相同的中心，并具有比帽板74a的半径小的半径。
通过控制排气凹口77的深度和宽度，可以控制电池罐51的破裂压力。例如，排气凹口77可以设定成当电池罐51内部的压力在15至35kgf/cm2的范围内时破裂。排气凹口77可以通过切出凹口以部分地减小电池罐51的厚度而形成。排气凹口77可以具有厚度梯度。厚度梯度是指在检查排气凹口77的截面时，基于预定的水平表面形成为以一定角度倾斜。当电池罐51内部的压力异常上升时，排气凹口77破裂，从而将内部气体完全排出到外部。
电池罐51可以包括压接部(压接部75)，该压接部延伸并弯折到电池罐51的内侧以固定密封体74，并将帽板74a的边缘与密封垫片74b一起包裹并固定。然而，帽板74a的下表面可以位于压接部75的下表面上方。于是，帽板74a下方形成排气空间，从而当排气凹口77破裂时，气体可以顺畅地排出。
电池罐51可以进一步包括位于与开放部分相邻的区域中的朝向电池罐51的内侧压配合的卷边部76。卷边部76朝向电池罐51的内侧凹进。当密封体74被压接部75固定时，卷边部76支撑密封体74的边缘，特别是密封垫片74b的外周。
圆柱形二次电池70可以进一步包括第二集流板78，该第二集流板78与第二电极板的未涂覆部分72连接。可以通过焊接进行第二电极板的未涂覆部分72与第二集流板78之间的连接。第二集流板78可以是与第二电极板的集流体相同的金属，或者可以由与第二电极板的集流体焊接良好的材料制成。例如，第二集流板78可以是铜或铜合金、镍或镍合金、铁、SUS或其复合材料。在第二集流板78中，不与第二电极板的未涂覆部分72接触的边缘的至少一部分78a可以插设在卷边部76与密封垫片74b之间，以由压接部75固定。可选地，第二集流板78的边缘的至少一部分78a可以通过焊接固定到与压接部75相邻的卷边部76的内周76a。因此，第二集流板78也与电池罐51连接，并且电池罐51借助第二集流板78与第二电极板的未涂覆部分72连接。此外，第二集流板78在其中央部分中可以具有集流板孔(未示出)。该集流板孔不阻断卷绕中心孔80。由于第二集流板78包括集流板孔，因此在将第一集流板79焊接到电极端子50的步骤中，激光束可以穿过集流板孔到达第一集流板79。
每个集流板78、79均将电极组件71的每个电极板中产生的电流感应到电极端子50和电池罐51。每个集流板78、79均是这样的部件，该部件连接成从每个未涂覆部分72、73引出电流，该未涂覆部分是每个电极板的端部。由于集流板78、79通过焊接等直接与每个未涂覆部分72、73连接以引入和引出电流，因此不需要单独的集流接头。因此，由于集流接头的安装过程是不必要的，因此可以提高生产率。此外，由于可以减少用于容纳集流接头的空间，因此整个电池结构变得紧凑，并且空间利用率得到提高。
此外，圆柱形二次电池70具有这样一种结构，在该结构中，在电极端子50和电池罐51的外表面中，除电极端子50所占据的区域外的区域可以分别用作正极端子和负极端子。即，与电池罐51的开放部分相对的大部分表面具有可以用作负极端子的结构。因此，存在的优势在于，能够保证有足够的区域用于焊接连接部件(如用于电气布线的汇流条)。
图6是示出根据本公开的一个实施方式的电极端子的铆接结构的剖视图。图7是图6的部分B的放大剖视图。在图6和图7中，示出电池罐51的底部52放置在下侧。
参考图6和图7，电极端子50可以包括：插入通孔53中的本体部分50a；外凸缘部分50b，该外凸缘部分从本体部分50a的穿过电池罐51的底部52的外表面52a暴露的一侧周边沿外表面52a延伸；内凸缘部分50c，该内凸缘部分从本体部分50a的穿过电池罐51的底部52的内表面52b暴露的另一侧周边朝向内表面52b延伸；以及平坦部分50d，该平坦部分设置在内凸缘部分50c的内侧。
优选地，第一集流板79的至少一部分(例如中央部分79a(图5))可以激光焊接到电极端子50的平坦部分50d。因此，在平坦部分50d中，电极端子50和第一集流板79可以借助激光焊接部分联接。
优选地，平坦部分50d和电池罐51的底部52的内表面52b可以相互平行。这里，“平行”是指用肉眼观察时基本平行。
平坦部分50d是面对第一集流板79的表面。电极端子50的与该表面相对并暴露于电池罐51外部的表面可以是平坦表面。此外，该表面可以是光滑的表面。平坦指的是水平。光滑是指水平且滑溜。
根据一个方面，内凸缘部分50c和电池罐51的底部52的内表面52b之间的角度(θ)可以是0度至60度以下。角度的大小由借助填缝法将电极端子50安装在电池罐51的通孔53中时的填缝强度确定。在一个实施例中，随着填缝强度增加，角度(θ)可以减少到0度。如果角度超过60度，则铆钉垫片54的密封效果可能会劣化。
根据另一个方面，内凸缘部分50c和平坦部分50d之间可以设置有凹进部分55。凹进部分55可以具有不对称槽的截面结构。在一个实施例中，不对称槽可以是大致V形的。不对称槽可以包括平坦部分50d的侧壁55a和内凸缘部分50c的倾斜表面55b，该倾斜表面与侧壁55a的端部连接。侧壁55a可以基本垂直于电池罐51的底部52的内表面52b。“垂直”是指用肉眼观察时基本垂直。如稍后描述的，侧壁55a可以朝向平坦部分50d倾斜。当电极端子50借助填缝法安装在电池罐51的通孔53中时，由填缝夹具的形状制成凹进部分55。
优选地，内凸缘部分50c的厚度可以随着与电极端子50的本体部分50a的距离增大而减小。
根据另一个方面，铆钉垫片54可以包括：外垫片54a，该外垫片插设在外凸缘部分50b与电池罐51的底部52的外表面52a之间；以及内垫片54b，该内垫片54b插设在内凸缘部分50c与电池罐51的底部52的内表面52b之间。优选地，外垫片54a和内垫片54b是基于电池罐51的底部的外表面52a划分的。
外垫片54a和内垫片54b的厚度可以根据位置而不同。在内垫片54b的区域中，插设在通孔53的与电池罐51的底部52的内表面52b连接的内边缘56与内凸缘部分50c之间的区域的厚度可以相对较小。优选地，插设在通孔53的内边缘56与内凸缘部分50c之间的垫片区域中可以具有最小厚度点。此外，通孔53的内边缘56可以包括面对内凸缘部分50c的面对表面57。
同时，与电池罐51的底部52垂直的通孔53的内壁的顶部和底部被切角，以形成朝向电极端子50的锥形表面。然而，通孔53的内壁的顶部和/或底部可以变形为具有曲率的光滑弯曲表面。在这种情况下，在通孔53的内壁顶部和/或底部附近施加到铆钉垫片54的应力可以得到更多的缓解。
优选地，内垫片54b可以比内凸缘部分50c延伸得更长，同时与电池罐51的底部52的内表面52b形成0度至60度的角度。
在另一个方面，平坦部分50d的基于电池罐51的底部52的内表面52b的高度H1可以等于或大于内垫片54b的端部的高度H2。此外，平坦部分50d的高度H1可以等于或大于内凸缘部分50c的端部的基于电池罐51的底部52的内表面52b的高度H3。这里，高度H2是基于内表面52b测量的内垫片54b的端部的最大高度。此外，高度H3是基于内表面52b测量的内凸缘部分50c的端部的最大高度。
当高度参数H1、H2和H3满足以上条件时，能够防止内凸缘部分50c和内垫片54b与其它部件发生干涉。
优选地，内凸缘部分50c的高度H3可以是0.5mm至3.0mm。如果内凸缘部分50c的高度H3小于0.5mm，就不能确保足够的密封特性。此外，当内凸缘部分50c的高度H3超过3mm时，可以由电极组件71占据的电池罐51的内部空间会减小。
优选地，电极端子50的高度H4可以是1.5mm至7mm。电极端子50的高度H4对应于从外凸缘部分50b的下表面到平坦部分50d的距离。如果电极端子50的高度H4小于1.5mm，则由于电池罐51的底部52的厚度，难以将内凸缘部分50c的高度增大到可以保证密封特性的程度。作为参考，电池罐51的底部52的厚度约为0.5mm至1mm。此外，当电极端子50的高度H4超过7mm时，电池罐51可以被电极组件71占据的内部空间减小，并且电池单元高度增大，单位体积的能量密度因此降低很多。当H3和H4满足以上数值范围时，电极端子50的密封性能可以得到充分保证，而不会减小电池罐51内部的空间。最优选的是，电极端子50的高度H4可以是4mm至7mm。
在另一个方面，外凸缘部分50b的基于电池罐51的底部52的外表面52a的高度H5可以是0.8mm以上。如果外凸缘部分50b的高度H5小于0.8mm，则当电极端子50被铆接时，外凸缘部分50b可能会变形。考虑到绝缘和密封性能，外垫片54a的厚度为0.3mm以上。考虑到外垫片54a的厚度，如果外凸缘部分50b的高度小于0.8mm，则外凸缘部分50b的厚度就会变薄到难以保证足够的机械刚性的程度。特别是，当电极端子50是由铝制成时，情况更为严重。同时，考虑到电池单元上部分的空间余量，可以适当地设定外凸缘部分50b的高度。在一个实施例中，外凸缘部分50b的高度可以设定为2mm以下，或3mm以下，或4mm以下，但本公开不限于此。
在另一个方面，外垫片54a的至少一部分可以暴露于电极端子50的外凸缘部分50b的外部。暴露外垫片54a的目的是使电极端子50和与电极端子50具有相反极性的外表面52a相互绝缘。对于电极端子50和外表面52a的电绝缘，外垫片54a的暴露宽度G可以是0.1mm到1mm。如果暴露宽度G小于0.1mm，当进行300A以上的高C率充放电时，电极端子50和外表面52a在平面上的电绝缘可能被破坏。此外，如果暴露宽度G大于1mm，则电绝缘效果不会进一步提高，而会减小用作负极区域的外表面52a的面积，因此用于连接的部件(例如汇流条)的接触面积会减小。
在另一个方面，从本体部分50a的中心到外凸缘部分50b的边缘的半径R1可以是基于电池罐51的底部52的半径R2的10％到70％。
在R1变小的情况下，当焊接用于连接电极端子50的部件(汇流条)时，焊接空间变得不足。此外，在R1变大的情况下，当焊接除电极端子50外用于连接到电池罐51的底部52的外表面52a的部件(汇流条)时，焊接空间会减小。
如果将比率R1/R2调整在10％和70％之间，就能够适当地保证电极端子50与电池罐51的底部52的外表面52a的焊接空间。
此外，基于电池罐51的底部52的半径R2，从电极端子50的本体部分50a的中心到平坦部分50d的边缘的半径R3可以是4％到30％。
在R3变小的情况下，在将第一集流板79激光焊接到电极端子50的平坦部分50d时，焊接空间变得不足，并且电极端子50的焊接区域减小，这可能增大接触电阻。此外，R3应小于R1，并且当R3变大时，内凸缘部分50c的厚度变薄，从而内凸缘部分50c按压铆钉垫片54的强度就会减弱，这可能会使铆钉垫片54的密封能力劣化。
当将R3/R2调整在4％和30％之间时，电极端子50的平坦部分50d和第一集流板79的焊接区域得到充分保证，以促进焊接工艺并降低焊接区域中的接触电阻，并且能够防止铆钉垫片54的密封能力劣化。
根据本公开的一个实施方式，可以使用上下移动的填缝夹具来形成电极端子50的铆接结构。首先，通过将铆钉垫片54插设在形成于电池罐51的底部52中的通孔53中，插入电极端子50的预制件(未示出)。该预制件指的是铆接前的电极端子。
接下来，填缝夹具插入电池罐51的内部空间中。填缝夹具在与预制件相对的表面上具有与电极端子50的最终形状相对应的槽和突起，以便通过铆接预制件形成电极端子50。
接下来，填缝夹具移动到下部分，以压制预制件的上部分，从而将预制件变形为铆接的电极端子50。
当预制件被填缝夹具按压时，插设在外凸缘部分50b和电池罐51的底部52的外表面52a之间的外垫片54a被弹性压缩，并且其厚度减少。此外，由于插设在通孔53的内边缘56与预制件之间的内垫片54b的区域被内凸缘部分50c弹性压缩，因此厚度比其它区域进一步减小。特别是，在图7中，内垫片54b的厚度密集减小的区域由虚线圈表示。因此，铆接的电极端子50和电池罐51之间的密封性能和封闭性能得到了明显改善。
优选地，铆钉垫片54被充分压缩，以在铆接预制件的过程中不被物理损坏的情况下保证所期望的密封强度。
优选地，铆钉垫片54的压缩比可以是30％至90％。最小压缩比对应于确保电极端子50的密封(密封性)的最小压缩程度。最大压缩比对应的是在不物理损坏铆钉垫片54的情况下可以达到的最大压缩程度。
在一个实施例中，当铆钉垫片54由聚对苯二甲酸丁二醇酯制成时，铆钉垫片54在被压缩到最小厚度处的压缩比优选为50％或更高。压缩比是指压缩前后的厚度变化与压缩前的厚度之比。
优选地，压缩比是针对内垫片54b确定的。即，压缩比可以定义为最大压缩点的厚度变化与压缩前内垫片54b的厚度之比。这同样适用于以下情况。压缩前的内垫片54b的厚度可以是均匀的，并且在内边缘56附近可能有最大压缩点。
在另一个实施例中，当铆钉垫片54由聚氟乙烯制成时，期望铆钉垫片54在被压缩到最小厚度的地方的压缩比为60％以上。优选地，该压缩比是针对内垫片54b确定的。
在另一个实施例中，如果铆钉垫片54由聚丙烯制成，期望铆钉垫片54在被压缩到最小厚度的地方的压缩比为60％或更高。优选地，该压缩比是针对内垫片54b确定的。
优选地，通过竖向移动填缝夹具至少两次以上，可以对预制件的上部分逐步进行压力成型。即，预制件可以通过逐步压力成型而变形数次。此时，可以逐步增大施加到填缝夹具的压力。以这种方式，能够通过若干次分散施加到预制件的应力而防止铆钉垫片54在填缝过程中受损坏。特别是，当插设在通孔53的内边缘56与预制件之间的内垫片54b被内凸缘部分50c密集压缩时，对铆钉垫片54的损坏程度降到最低。
在使用填缝夹具完成预制件的压力成型后，如果填缝夹具与电池罐51分离，则可以获得如图6和图7中所示的根据本公开的一个实施方式的电极端子50的铆接结构。
根据上述实施方式，填缝夹具通过在电池罐51内的竖向移动来压制并形成预制件的上部分。在某些情况下，可以使用现有技术中用于预制件的压力成型的转动式旋转夹具。
然而，转动式旋转夹具在相对于电池罐51的中心轴线以预定角度倾斜的状态下旋转。因此，具有较大旋转半径的转动式旋转夹具可能会干涉电池罐51的内壁。此外，当电池罐51的深度大时，转动式旋转夹具的长度也会增大那么多。在这种情况下，由于转动式旋转夹具的端部的旋转半径增大，预制件的压力成型可能无法正常进行。因此，使用填缝夹具的压力成型比使用转动式旋转夹具的方法更有效。
同时，根据预制件和/或填缝夹具和/或铆钉垫片54的设计以及在填缝过程中施加到预制件的压力的大小，电极端子50的结构可以具有不同的结构。
图8是示出根据本公开的另一实施方式的电极端子50'的铆接结构的部分放大剖视图。
参考图8，根据另一实施方式的电极端子50'具有铆接结构，使得内凸缘部分50c与电池罐51的底部52的内表面52b基本平行。因此，内凸缘部分50c的与电池罐51的底部52的内表面52b相对的表面相对于内表面52b形成的角度基本上接近于0，并且内凸缘部分53c的高度H3大于内垫片54b的高度H2。此外，通孔53的内边缘56具有预定曲率的弧形(弧：由圆周或曲线上的两点限定的部分)。此外，平坦部分50d的侧壁55a具有朝向平坦部分50d倾斜的结构。
优选地，内垫片54b的厚度可以朝向上部分逐渐减小，在内凸缘部分53c的端部附近减少到最小厚度，然后朝向最上端略微增大。内垫片54b的压缩结构可以进一步改善电极端子50'的密封性能。可以在内凸缘部分53c的端部附近的最小厚度点处计算内垫片54b的压缩比。
在图5所示的圆柱形二次电池70中，电极端子50可以用图8中所示的电极端子50'代替。下文中，借助上述的电极端子50、50'，可以提高电池罐51中的空间效率。因此，能够降低包括电极端子50、50'的圆柱形二次电池70的内部电阻，并提高能量密度。电极端子50、50'被改进成扩大电流路径的截面面积。因此，在包括电极端子50、50'的圆柱形二次电池70中，解决了快速充电时产生的内部热的问题。
此外，应用电极端子50、50'的铆接结构的圆柱形二次电池70可以在一个方向上进行电气布线。如参考图5所述，在根据本公开的实施方式的圆柱形二次电池70中，密封体74的帽板74a不具有极性。相反，第二集流板78连接到电池罐51，因此，电池罐51的底部52的外表面52a具有与电极端子50相反的极性。因此，在连接多个圆柱形二次电池70时，正极和负极两者都可以沿一个方向连接，从而简化了连接结构。因此，当多个圆柱形二次电池70要串联和/或并联连接以制造电池组时，可以使用电池罐51的底部52的外表面52a和电极端子50在圆柱形二次电池70的顶部进行布线(例如连接汇流条的连接)。借助这一点，可以通过增加在同一空间内可以安设的二次电池的数量来提高能量密度，并可以很容易地进行电气布线。因此，空间效率好，并且电气布线的效率高，所以在电动车辆的装配过程和电池组的装配和维护方面有明显的改善效果。
此外，由于可以在电池罐51的底部52的外表面52a和电极端子50所在的那一侧进行电气布线，而在位于相反侧的帽板74a上不放置电气布线，因此，在帽板74a上形成的排气凹口77的效果可以最大化。此外，如果在帽板74a上放置散热器、冷却板、托盘或等，无论电气布线连接部分如何，都可以有效地实现装配和冷却之目的。此外，通过将排气凹口77装配成向下放置，从二次电池内部排出的气体向下排出。由于二次电池通常装设在比诸如EV之类的车辆的乘员更低的位置，如果气体从二次电池向上排出，则可能会伤害乘员。本公开的圆柱形二次电池70可以有效地排出二次电池内的高压气体，并且无论上侧的电气布线连接部分如何，都是安全的。此外，当排气凹口77破裂以排出气体时，气体向下排出，不会伤害到乘员，从而大大提高了安全性。
优选地，根据上述本公开的实施方式的电极端子50、50'的铆接结构可以应用于外形因数大于21700的圆柱形二次电池。近来，随着圆柱形二次电池应用于电动车辆，圆柱形二次电池的外形因数与传统的18650和21700相比正在增大。外形因数的增大导致能量密度的增大，对抗热失控的安全性的提高以及冷却效率的提高。
优选的是，圆柱形二次电池70可以是例如外形因数比(定义为圆柱形二次电池的直径除以高度获得的数值，即直径(Φ)与高度h的比)约大于0.4的圆柱形二次电池。这样的二次电池适合于例如作为HEV的高输出、高容量的二次电池。
根据本公开的一个实施方式的圆柱形电池单元可以是例如46110电池单元、48750电池单元、48110电池单元、48800电池单元或46800电池单元。
根据本公开的一个实施方式的二次电池可以是具有基本圆柱形形状的圆柱形二次电池，该圆柱形形状的直径约为46mm，高度约为110mm，并且外形因数比约为0.418。
根据另一个实施方式的二次电池可以是具有基本圆柱形形状的圆柱形二次电池，该圆柱形形状的直径约为48mm，高度约为75mm，并且外形因数比约为0.640。
根据另一个实施方式的二次电池可以是具有基本圆柱形形状的圆柱形二次电池，该圆柱形形状的直径约为48mm，高度约为110mm，并且外形因数比约为0.436。
根据另一个实施方式的二次电池可以是具有基本圆柱形形状的圆柱形二次电池，该圆柱形形状的直径约为48mm，高度约为80mm，并且外形因数比约为0.600。
根据另一个实施方式的二次电池可以是具有基本圆柱形的圆柱形二次电池，该圆柱形形状的直径约为46mm，高度约为80mm，并且外形因数比约为0.575。
在现有技术中，已经使用了具有约0.4以下的外形因数比的二次电池。即，在现有技术中，例如，已经使用了18650电池单元、21700电池单元等。18650电池单元的直径约为18mm，高度约为65mm，并且外形因数比为0.277。21700电池单元的直径约为21mm，高度约为70mm，并且外形因数比为0.300。
根据本公开的圆柱形二次电池70不仅实施上述改进的电极端子结构(铆接)和集流结构(未涂覆部分和集流板的连接)以及下述结构，而且还包括带来更好改进功能的具体手段(用于弯折未涂覆部分的集流板的分段结构，设计成用于使第一集流板和电极端子在与电极组件连接的状态下进行激光焊接的绝缘体，第二集流板等部件相同)，因此可以将其制造成外形因数大于21700的圆柱形二次电池。
回到图5，圆柱形二次电池70可以进一步包括绝缘体85，该绝缘体插设在电池罐51的封闭部分与第一集流板79之间。绝缘体85可以插设在第一集流板79与电池罐51的底部52的内表面52b之间以及电池罐51的侧壁的内周51a与电极组件71之间。
优选地，绝缘体85可以包括焊接孔85a，该焊接孔朝向第一集流板79暴露电极端子50的平坦部分50d。此外，焊接孔85a可以将内凸缘部分50c和内垫片54b与电极端子的平坦部分50d一起暴露。优选地，焊接孔85a不阻断卷绕中心孔80。因此，当由于二次电池的异常而产生大量的气体时，气体穿过卷绕中心孔80朝向帽板74a移动的运动不会受到阻碍。因此，当产生大量的气体时，排气凹口77可以顺畅地发挥控制电池内部压力的功能。另外，由于帽板74a包括焊接孔85a，因此在将第一集流板79焊接到电极端子50的步骤中，激光束可以穿过焊接孔85a到达第一集流板79。
优选地，绝缘体85至少可以覆盖第一集流板79的表面和电极组件71的一个(上)边缘。通过这一点，可以防止具有与电池罐51不同极性的第一集流板79与第一电极板的未涂覆部分73相互接触。
优选地，绝缘体85由绝缘树脂制成，并可以包括上板85b和侧套85c。在一个实施例中，上板85b和侧套85c可以通过注射成型而一体形成。另选地，侧套85c可以用绝缘带等代替。绝缘带可以覆盖第一集流板79的外边缘以及经由电极组件71的外周暴露的第一电极板的未涂覆部分73。
优选地，如图9中所示，绝缘体85和电池罐51的底部52的内表面52b可以彼此紧密接触。图9是沿纵向方向Y剖切的根据本公开的另一实施方式的圆柱形二次电池的剖视图。
这里，“紧密接触”是指没有肉眼可以观察到的空间(间隙)。为了消除空间(间隙)，从电池罐51的底部52的内表面52b到电极端子50的平坦部分50d的距离可以等于或略小于绝缘体85的厚度。
再参考图5，优选地，第一电极板和/或第二电极板的未涂覆部分72、73可以在电极组件71的径向方向上弯折(例如，从外周朝向芯弯折)，从而在电极组件71的上部分和下部分上形成弯折表面。此外，第二集流板78可以焊接到第二电极板的未涂覆部分72弯折时形成的弯折表面，并且第一集流板79可以焊接到第一电极板的未涂覆部分73弯折时形成的弯折表面。由于未涂覆部分72、73中的每一者均是弯折的，因此它们所占据的空间减小，从而提高能量密度。此外，每个未涂覆部分72、73与每个集流板78、79之间结合面积的增大可以带来改善结合力并减小电阻的效果。这种结构特别适用于大电力二次电池。
此外，为了缓解未涂覆部分72、73弯折时产生的应力，第一电极板和/或第二电极板可以具有不同于传统电极板的改进结构(见图1)。
图10是示例性示出根据本公开的一个优选实施方式的电极板90结构的平面图。
参考图10，电极板90包括：集流体91，该集流体具有片状并由导电材料箔制成；活性材料层92，该活性材料层形成在集流体91的至少一个表面上；以及未涂覆部分93，该未涂覆部分在集流体91的长边端处未涂覆活性材料。
优选地，未涂覆部分93可以包括多个凹口段93a。未涂覆部分93的至少部分区域被划分为多个段93a。多段93a可以形成多个组，并且每组中包括的段93a可以具有相同的高度(Y方向上的长度)和/或宽度(X方向上的长度)和/或间距。属于每组的段93a的数量可以比图示的增加或减少。段93a具有几何图形的形状，其中至少有一条直线和/或至少一条曲线结合在一起。优选地，段93a可以具有梯形的形状，并且可以根据需要变形为四边形、平行四边形、半圆形或半椭圆形。
优选地，段93a的高度可以沿着平行于电极组件卷绕方向的一个方向(例如从芯朝向外周)逐步增大。此外，与芯相邻的芯侧未涂覆部分93'可以不包括段93a，并且芯侧未涂覆部分93'的高度可以小于未涂覆部分的其它区域的高度。此外，与外周相邻的外周未涂覆部分93"可以不包括段93a，并且外周未涂覆部分93"的高度可以小于未涂覆部分的其它区域的高度。
可选地，电极板90可以包括绝缘涂覆层94，该绝缘涂覆层覆盖活性材料层92与未涂覆部分93之间的边界。绝缘涂覆层94可包括绝缘聚合物树脂，并可选地进一步包括无机填料。绝缘涂覆层94防止活性材料层92的端部经由隔膜与具有相反极性的活性材料层接触，并用于在结构上支持段93a的弯折。为此，当电极板90卷绕成电极组件时，优选至少一部分绝缘涂覆层94从隔膜向外部暴露。
图11是沿纵向方向Y剖切的电极组件100的剖视图，在该电极组件中，根据本公开的一个实施方式的电极板90的未涂覆部分的分段结构应用于第一电极板和第二电极板。
参考图11，可以通过参考图2描述的卷绕方法制造电极组件100。为便于描述，详细示出了延伸出隔膜的未涂覆部分72、73的突出结构，并省略了第一电极板、第二电极板和隔膜的卷绕结构的图示。向下突出的未涂覆部分72从第二电极板延伸，并且向上突出的未涂覆部分73从第一电极板延伸出来。
未涂覆部分72、73的高度变化的模式被示意性地示出。即，未涂覆部分72、73的高度可以根据切割的截面的位置而不规则地变更。例如，当梯形段93a(图10)的侧面部分被切割时，截面中的未涂覆部分的高度低于段93a的高度。因此，应该理解，在示出电极组件100的截面的图中所示的未涂覆部分72、73的高度对应于包括在每个卷绕匝中的未涂覆部分的平均高度。
未涂覆部分72、73可以是弯折的。图11中的弯折部分101由虚线框表示。例如，未涂覆部分72、73可以沿图11的箭头方向从外周朝向芯弯折。图12和图13示出了电极组件100，其中如上所述，未涂覆部分72、73沿电极组件100的径向方向从外周朝向芯弯折。
参考图11和图12，当未涂覆部分72、73弯折时，在半径方向相邻的段93a(图10)沿径向方向在多层中相互交叠，从而在电极组件100的上部分和下部分上形成弯折表面101a。此时，芯侧未涂覆部分93'(图10)的高度较低且不弯折，并且在最内侧弯折的段的高度h小于或等于不具有分段结构的芯侧未涂覆部分93'形成的卷绕区域的径向长度(r)。因此，电极组件100的卷绕中心孔80并没有被弯折的段封闭。如果卷绕中心孔80不被封闭，则在电解质注入过程中就没有困难，并且电解质注入效率得到提高。此外，由于在激光焊接工艺中，激光束穿过卷绕中心孔80照射的路径没有被阻断，因此可以容易地进行电极端子50和第一集流板79的焊接。
接下来，将一起参考图5和图14详细描述圆柱形二次电池70的制造方法。图14是示出根据本公开的一个实施方式，通过激光焊接将圆柱形二次电池的电极端子和第一集流板联接的过程的图。图15是图14的虚线框的部分放大图，也是激光焊接起来的电极端子和第一集流板的剖视图。
首先，根据参考图5等描述的方法和结构提供电极组件71。电极组件71可以是参考图13等描述的电极组件100。
接下来，第一集流板79连接到电极组件71的第一电极板的未涂覆部分73。例如，它们可以通过焊接方法连接。激光焊接、电阻焊接、超声波焊接等都可以将第一集流板79焊接到第一电极板的未涂覆部分73。当第一集流板79由铝制成时，激光焊接或超声波焊接是优选的。在与第一电极板的未涂覆部分73连接的第一集流板79的顶部可以添加绝缘体85。
第二集流板78连接到电极组件71的第二电极板的未涂覆部分72。例如，它们可以通过焊接方法连接。激光焊接、电阻焊接、超声波焊接等也可以将第二集流板78焊接到第二电极板的未涂覆部分72。
接下来，根据上述的方法和结构，在电池罐51上形成并准备好电极端子50。电极组件71穿过电池罐51的开放部分插入电池罐51中，使与电极组件71的第一电极板的未涂覆部分73连接的第一集流板79朝向电池罐51的底部52取向。
接下来，如图14中所示，使用激光焊接装置102将第一集流板79激光焊接到电极端子50。为了在图14中方便示出，示意性地示出了电极端子50的形状，而省略了其它部件，例如电极端子50周围的部件(例如铆钉垫片54和绝缘体85)。激光焊接装置102也被示意性地示出。
优选地，第一集流板79与第一电极板的未涂覆部分73连接，然后向下插入在下侧具有底部52的电池罐51中，从而在上侧提供开放部分，并且通过从顶部照射激光束103而激光焊接到形成在电池罐51的底部52上的电极端子50的内表面。激光束103沿卷绕中心孔80的纵向方向照射到卷绕中心孔80中。
照此，在本公开中，在电极组件71穿过电池罐51的开放部分插入的情况下，利用开放的电池罐51的开放部分进行激光焊接。激光焊接用于连接第一集流板79和电极端子50。在激光焊接工艺中，激光束103可以穿过电极组件71的卷绕中心孔80到达第一集流板79的焊接区域。当第一集流板79焊接到电极端子50的平坦部分50d时，电极端子50可以支撑第一集流板79的焊接区域。此外，由于电极端子50的平坦部分50d具有宽的区域，因此也可以保证宽的焊接区域。因此，圆柱形二次电池70的内电阻可以通过降低焊接区域的接触电阻而降低。铆接的电极端子50和第一集流板79的面对面焊接结构对快速充电非常有用。这是因为在电流流动方向上的截面中，单位面积的电流密度可以减小，因此，与现有技术相比，电流路径中产生的热可以减少。
激光束103从电极组件71和电池罐51的上部穿过电极组件71的卷绕中心孔80，向下直接到达第一集流板79的待焊接的表面。激光焊接装置102可以包括光学系统，该光学系统可以包括：激光源(激光束源)和光学部件(例如准直器、透镜、反射镜等)，以将来自激光源的激光聚焦成预定光点直径的激光束103，并将激光束照射到焊接对象；以及用于输入焊接气氛气体和排出副产品的系统。光点直径指的是焦点位置的直径。虽然焊接可以在空气中进行，但可能期望至少部分地注入惰性气体(如氮气(N2)或氩气(Ar))，因此优选包括焊接气氛气体输入系统，该焊接气氛气体输入系统包括惰性气体供应单元。此外，优选包括副产品排出系统，该副产品排出系统包括用于抽吸并移除焊接烟尘的集尘器，以便移除焊接烟尘。
参考图15，通过允许激光束103在包括第一集流板79和电极端子50的接触表面的焊接区域形成激光焊接部分104，将第一集流板79焊接到电极端子50。当然，也可以将电池罐51的底部52转为向上取向，使激光束103从电池罐51的开放部分向上照射。即使在这种情况下，也必须使激光束103穿过卷绕中心孔80进行照射。由于激光束103不经过形成在电池罐51上的电极端子50或电池罐51的外表面，因此在圆柱形二次电池70的外表面不形成焊珠或焊点，从而外表面不会不平整。因此，当进行用于圆柱形二次电池70的串联和/或并联连接的电气布线时，确保圆柱形二次电池70与汇流条部件之间的连接效果是有利的。
由于激光束103从暴露于卷绕中心孔80的内侧的第一集流板79的表面朝向其下方的电极端子50入射，因此在第一集流板79与电极端子50的联接区域中，从第一集流板79的朝向卷绕中心孔80的内侧取向的侧朝向电极端子50形成激光焊接部分104，如图15中所示。在激光焊接部分104中，暴露于第一集流板79的表面的部分的宽度WS、激光焊接部分104的深度WD以及其长宽比可以作为设计因数来管理。
在根据本公开的制造方法中，优选的是激光束103不偏离卷绕中心孔80。借此，激光焊接部分104可以位于卷绕中心孔80和第一集流板79与电极端子50之间的交叠区域中。如果激光束103不偏离卷绕中心孔80，就能够防止对焊接对象周围的部件(例如，位于靠近电极组件71的卷绕中心孔80的隔膜)的损坏。另外，即使激光束103不偏离卷绕中心孔80，如果传递到待焊接对象的热扩散到周边并传递到隔膜，隔膜也会被损坏。此外，如果激光焊接产生的副产品或金属碎片朝向隔膜飞溅，则隔膜可能被损坏。控制焊接工艺，使得不发生这种隔膜的损坏。
激光焊接部分104形成在第一集流板79的焊接区域中。通过调整激光焊接部分104的深度WD，激光焊接部分104可以不经由电极端子50暴露于外部。因此，电极端子50的焊接区域的外表面(即，将进一步连接诸如汇流条之类部件的表面，例如电极端子50暴露于电池罐51外部的部分的顶部)可以是光滑表面，并且在与汇流条连接时，通过与汇流条维持良好的接触，对确保连接效果和能量传递效率是有利的。
在根据本公开的制造方法制造的二次电池70中，第一集流板79可以借助激光焊接方法焊接到电极端子50，并且激光焊接部分104可以设置在第一集流板79和电极端子50的接触表面上，激光焊接部分104可以位于卷绕中心孔80、第一集流板79和电极端子50相互交叠的交叠区域中，并且电极端子50的焊接区域的外表面可以是光滑表面。焊接区域的外表面是光滑表面意味着当第一集流板79和电极端子50借助激光束103焊接在一起时，激光焊接部分104只形成在与电池罐51的底部52相对的一侧。即，只能在电池罐51内部观察到激光焊接部分104，即，只能在圆柱形二次电池70内部观察到，而且激光焊接部分104甚至没有暴露在电极端子50的除与电池罐51的底部52相对的一个表面以外的外表面。电极端子50的外表面仍可以维持第一集流板79被焊接前的状态，即光滑表面状态。
卷绕中心孔80的直径D可以是2mm以上且8mm以下。卷绕中心孔80的直径D越小，对利用电池罐51的内部空间越有利，但由于使用卷绕芯，因此卷绕中心孔80的直径D不能设定为0，另外，卷绕中心孔80是电解质注入过程中电解质的通道，因此卷绕中心孔80必须是预定尺寸以上才能实现电解质的顺畅浸注。因此，在允许的卷绕工艺水平上，期望卷绕中心孔80的直径D应为2mm以上。如果卷绕中心孔80的直径D超过8mm，则电池罐51的内部空间就会被低效利用，这在能量密度方面是不期望的。
激光焊接装置102的光学系统配置成使激光束103不偏离卷绕中心孔80。包括在大型电池中的卷芯型电极组件也具有加长的卷绕中心孔。例如，如果圆柱形二次电池70制造成具有大于21700的外形因数，则圆柱形二次电池70的高度可以是70mm以上，大约75mm以上，并且在这种情况下，卷绕中心孔80的长度也是60mm以上，这比小型圆柱形二次电池的长度要长。为了通过焊接将第一集流板79从电池罐51的底部52联接到电极端子50，对第一集流板79的聚焦必须是好的，而且必须防止在焊接工艺中对电极组件71的损坏。尽管激光束103具有单色性、直线性、高亮度、聚焦速度和高能量强度的优势，但要将激光束103与卷绕中心孔80对准，还需要工艺余量。另外，即使在对准后，由于轻微的振动等，卷绕中心孔80的位置也可能发生变化。此外，在激光束103首先到达的卷绕中心孔80的一端处的激光束的直径与卷绕中心孔80的靠近激光束103入射在第一集流板79上的部分的另一端处的激光束的直径不同。因此，为了使激光束103在穿过卷绕中心孔80时不偏离卷绕中心孔80，必须在保证激光束103与卷绕中心孔80之间有预定的干涉余量的情况下照射激光束103。
此外，如果激光束103的发射和照射是使用聚焦透镜，将激光束103聚焦在第一集流板79上，则聚焦透镜的焦点深度必须大于卷绕中心孔80的长度。聚焦透镜聚焦的激光在焦点位置的直径最小，当它远离焦点时，直径增大。焦点深度是指在焦点平面(第一集流板79)前后，激光束的直径不会明显偏离焦点直径的区域的长度。优选地，聚焦透镜的焦点深度应大于电极组件71的高度。更优选地，聚焦透镜的焦点深度应大于电池罐51的高度。
当焦点深度的值小于电极组件71的高度时，激光束的直径在到达焊接位置之前可能会增大，从而可能离开卷绕中心孔80而照射到电极组件71上，因此，电极组件71可能会受到干涉或损坏。由于圆柱形二次电池70的高度可以是约75mm、80mm、110mm以上，因此聚焦透镜的焦点深度优选是约60mm以上。焦点深度取决于焦距(从聚焦透镜到焊接位置的距离)、激光束的波长、入射在聚焦透镜上的激光束的直径、光质因素等。由于激光束103应从与电池罐51顶部间隔开尽可能多的位置照射，以保证作业空间，因此聚焦透镜的焦点深度越长越好。例如，聚焦透镜的焦点深度可以是电极组件71高度的2至3倍。因此，激光焊接装置102可以包括具有长焦点深度的聚焦透镜。通过使焦点深度的大小优选地更大程度地大于电池罐51的高度，在激光束到达第一集流板79之前，直径不会扩大，从而防止激光束照射到卷绕中心孔80周围的部件并干扰这些部件。
在本公开中，通过使用具有改进的光学系统的激光焊接装置102，能够将激光束103照射到暴露于卷绕中心孔80内部的第一集流板79，同时防止对放置在比传统卷绕中心孔长的卷绕中心孔80的底部的第一集流板79上的电极组件71的损坏。根据本公开，第一集流板79可以焊接到电极端子50，同时解决了由于激光焊接可能出现的缺陷问题，从而能够满足本公开所属技术领域中对大电力、低电阻电池的需求。
本公开中使用的激光焊接不需要激光焊接装置102与第一集流板79之间直接接触，而只通过将从激光焊接装置102发射的激光束103照射到第一集流板79上即可实现集流板79与电极端子50焊接之目的，因此能够防止因接触压焊而导致的元件变形，并对于保证圆柱形二次电池70的质量和性能和提高生产收得率是有利的。
当第一集流板79和电极端子50由铝制成时，使用焊条进行焊接是低效的。因为焊条磨损很快，必须经常更换焊条，并必须调整焊接装置，这不仅影响了生产效率，而且也增加了焊条的成本。由于焊条采用加压方法，因此会引起电池罐51或待焊接对象的变形，这不仅影响质量和性能，而且影响生产收得率。用超声波焊接第一集流板79和电极端子50也是不期望的。需要可以插入卷绕中心孔80中的长焊头，焊头容易断裂，产生很多毛刺，而且难以确认是否存在非联接区域。还存在由于焊接工艺中产生的异物引起的问题。
在本公开中，通过应用激光焊接，不仅有利于保证质量和性能，而且还可以通过防止由诸如电阻焊接之类的接触压力焊接造成的变形，提高生产收得率。由于激光焊接部分104形成在二次电池70内部，而不是形成在外表面，因此可以将可与汇流条等连接的电极端子50的外表面制成光滑表面，这对确保与其它部件的连接效果和能量传递效率是有利的。此外，由于不需要更换焊条或焊头，因此有利于提高生产效率，降低生产成本，减少制造工艺时间。与超声波焊接相比，它具有更高的结合强度，并且与电阻焊接相比，可以保证焊接性能和质量的均一性。
激光焊接部分104可以包括一个或多个焊珠。焊珠是指通过一次性焊接(激光束103穿过一次)来焊接的金属，也可称为焊点。焊珠的尺寸、形状、位置和交叠可以根据焊接条件而变更。激光焊接部分104不仅包括逐个单独形成并因而相互区别的焊珠，还包括焊珠部分交叠形成单质体的情况。使用激光束103的焊接方法可以是摆动焊接、点焊、交织(画斜线)焊接、扫描焊接等，在本公开所属的技术领域中具有普通技术知识的人员可以根据需要选择和应用。
图16和图17是示出本公开的激光焊接部分的各种表面形状的图。只要激光焊接部分104能维持结合强度，就不限于特定形状。然而，由于激光焊接部分104必须在直径D为2mm以上且8mm以下的卷绕中心孔80内形成，因此期望选择一种有利的形状，用于示出所需的结合强度，同时在不偏离卷绕中心孔80的位置且不偏离卷绕中心孔80的尺寸下形成。在图16和图17中，还示出了卷绕中心孔80及其直径D，以供参考。D可以是卷绕芯的直径。
首先参考图16，激光焊接部分104可以是卷绕中心孔80的中央部分的焊珠的交叠叠加型。例如，通过点焊，焊珠具有圆形形状。交叠叠加型是通过在同一点处形成若干焊珠以相互交叠而获得的。圆形焊珠可以具有相同的直径或不同的直径。即，它可以是若干具有相同直径或不同直径的同心圆交叠在一起的形状。可以通过以低输出脉冲模式在同一位置照射激光束103来实施交叠叠加型。如果一次性照射高功率的激光束，可能会造成过焊。例如，焊接对象可能被穿透，并可能产生背面焊道。这里，背面焊道是指在与进行激光焊接的表面相对的表面上出现颜色变化或焊珠的现象。这个问题可以通过安全地使用低功率的激光束103来防止。还有一个优势在于，在调整激光束103的照射次数的同时，能够控制结合强度。由于不需要移动激光束103，因此激光束103从狭窄的卷绕中心孔80中逸出的风险很小，并且激光焊接部分104可以稳定地形成在卷绕中心孔80的中央部分中，因此能够形成具有理想精度和高可靠性的焊接部分，并使焊接缺陷最少化。
通过点焊的若干圆形焊珠可以交叠，以形成一条连续的线。例如，当从激光焊接装置102发射的激光束103在卷绕中心孔80中在沿第一集流板79上的线性路径移动时照射，激光焊接部分104可以配置成线性形状。该线可以是直线、曲线、弯曲线、螺旋线(例如，螺旋、盘旋、涡旋等)。激光束103的移动可以通过在第一集流板79固定的情况下移动激光束103来实施，也可以通过固定激光束103并设定供放置电池罐51(其上放置有第一集流板79)的作业台(例如数控系统的X-Y作业台)，然后移动电池罐51使激光束103相对移动来实施。
激光焊接部分104可以通过与照射的激光束103的起点和终点相匹配而形成连续的闭合直线或闭合曲线。此外，激光焊接部分104可以不与照射的激光束103的起点和终点相匹配。另外，激光焊接部分104可以形成开放的曲线。例如，基于象限，一个象限可以是开放结构的形式。例如，它可以是C形等的形状。
参考图17的(a)，激光焊接部分104可以是以卷绕中心孔80的中央部分为中心的环状圆型。由于是圆形的，因此是优选的，因为即使在不同的方向上施加力，也能将力均匀地分散。
参考图17的(b)，激光焊接部分104可以是以卷绕中心孔80的中央部分为中心的摆动圆型。这也是优选的，因为即使在不同的方向上施加力，力也可以均匀地分布。
参考图17的(c)，激光焊接部分104可以是8字型，其中有两个圆外接。
图17的(a)和图17的(c)是闭合曲线的实施例，并且图17的(b)是包括闭合曲线的实施例，而激光束103的起点和终点不匹配。
参考图17的(d)，激光焊接部分104可以是以卷绕中心孔80的中央部分为中心的矩形边框型。图17的(d)是闭合直线的实施例。
除了矩形边框型外，多边形边框型(如三角形和五边形边框型)也是可能的。当形成圆形或多边形的激光焊接部分时，在照射的激光束的起点和终点相匹配的情况下，如果在对应的区域中形成比周边更深的焊珠成问题，则可能形成不完整的圆形或多边形，而没有完全匹配起点和终点。
如图17的(e)中所示，激光焊接部分104可以具有弧形状。弧可以形成在相对于卷绕中心孔80的中央部分的径向对称位置。对称形成的弧是优选的，因为即使在若干方向上施加力，力也可以均匀地分布。弧的数量没有特别限制，优选可以是2到4个。例如，三个弧可以以相同的距离布置，同时形成弧形状，其长度对应于基于卷绕中心孔80的中央部分的50度至80度的角度范围。
激光焊接部分104可以是X型，其中两条线与卷绕中心孔80的中央部分相交(如图17的(f)中所示)，或者可以是L型，其中两条线在一个点处相遇(如图17的(g)中所示)。
通过点焊的若干圆形焊珠可以单独形成，而不与其它焊珠交叠。在这种情况下，激光焊接部分104可以是多点型，其中点形成在相对于卷绕中心孔80的中央部分的径向对称的位置中，如图17的(h)中所示。对称形成的焊珠是优选好的，因为即使在若干方向上施加力，力也可以均匀地分布。圆点焊珠的数量可以是2个或更多。例如，圆点焊珠的数量可以是2、3、4、5、6或8，或者可以根据实际需求设定为不小于2的任何数量。在所示的实施例中，数量为3。它们可以彼此以相等的间隔布置。例如，焊珠可以相对于卷绕中心孔80的中央部分每隔120度对准。
激光束103在以交织方式移动时，可以两次或更多地穿过一个点，而不会只穿过一个点一次。在这种情况下，如图17的(i)和17的(j)中所示，激光焊接部分104可以以卷绕中心孔80的中央部分为中心，并具有多边形的规则或不规则的外周，焊珠可以填充在外周内。
照此，激光焊接部分104只要能维持结合强度，就不限于特定形状，并可以具有可以用激光束103在卷绕中心孔80内实施的各种形状。
关于结合强度，第一集流板79和电极端子50之间借助激光焊接部分104的接头处的拉伸力为2kgf以上，优选3kgf以上且15kgf以下，更优选5kgf以上且15kgf以下。拉伸力是指垂直于接头表面施加的力。该力可以通过乘以力所作用的表面的尺寸来转换为抗拉伸强度。在拉伸力为2kgf以上，优选3kgf以上的情况下，当使用圆柱形二次电池70时，二次电池的性能不受影响，并且第一集流板79不会因工艺过程中产生的设备的振动或压力而脱离电极端子50。第一集流板79与电极端子50之间的接头处的拉伸力可以是至少2kgf以上，或3kgf以上，或5kgf以上，或6kgf以上，或7kgf以上，或8kgf以上，或9kgf以上，或10kgf以上。在选择最佳焊接方法时，期望是在允许的范围内尽可能地增大拉伸力。
由于根据拉伸强度的结合强度也与激光焊接部分104的面积和深度WD(图15)有关，因此可以通过调整激光焊接部分104的面积和深度WD来调整结合强度。如图15的截面中所示，焊珠不应该只存在于表面上，而应该形成在两个待通过焊接接合的构件的接触表面上，并具有三维形状(有厚度)。激光焊接部分104的深度WD包括该焊珠的厚度。激光焊接部分104的深度WD可以通过激光束103的输出、照射时间等来调整。如果激光束103的输出增大，深度就会增大，并随着照射时间变长，深度也会增大。可以调整激光束103的输出和照射时间，使焊珠的深度不至于深到暴露于电极端子50的外表面，同时具有适当的结合强度。在实践中，第一集流板79和电极端子50的厚度范围是设定的，从而激光束103的深度WD(可以调整到防止过焊的水平)在一定程度上是有限的。调整激光焊接部分104的面积可以使工艺窗口变宽。激光焊接部分104的面积也与激光焊接部分104的宽度WS有关，但可以用本公开中建议的激光焊接部分104的转换直径D'的设计因数来管理。
激光焊接部分104的转换直径D'是暴露于待焊接对象表面的部分的直径，即在暴露于第一集流板79的表面的激光焊接部分104中，外接激光焊接部分104的假想圆的直径。因此，转换直径D'可以代表在构成激光焊接部分104中包括的焊珠的激光焊接点中彼此位于最远距离的一对焊接点之间的距离。本公开中建议管理的转换直径D'与当待焊接对象的表面上显示的焊接部分的面积(SA)转换为圆的面积(πr2)时的圆的直径(D＝2*(SA/π)0.5)不同。后者表示关于焊接部分的尺寸或焊接部分在平面上所占据的面积的信息，并且是焊接部分与给定区域的整个面积相比所占比例的管理因数。另一方面，转换直径D'不仅是关于焊接部分的尺寸，还包括关于焊接部分的形状的信息，因此是考虑到即使在同一区域的焊接部分中，焊接部分中的焊接点相距多远的管理因数，即表示该部分在给定区域内分散的程度。在本公开中，由于激光焊接部分104应形成在卷绕中心孔80中，并且激光焊接部分104应被管理成不偏离卷绕中心孔80，因此即使是具有狭窄区域的焊接部分也不应被广泛分散。因此，期望用转换直径D'来进行管理。
图18是用于解释在三点焊接的情况下计算激光焊接部分的转换直径的方法的图示。
当激光焊接形成图17中所示的各种类型中的像图17的(h)那样的多点型(例如三点焊接型)的激光焊接部分104时，激光焊接部分104的转换直径D'成为外接三个焊接点104a的假想圆104b的直径。
为了帮助理解转换直径D'，图16和图17的(a)、图17的(b)、图17的(d)和图17的(g)中也示出了激光焊接部分104的转换直径D'。
在本公开中，激光焊接部分104的转换直径D'可以是0.15D到0.90D。即，激光焊接部分104的转换直径可以在卷绕中心孔80的直径D的大约15％到90％的范围内形成。使用已知的激光焊接方法很难实现0.4D以上的转换直径D'。这是因为在不影响卷绕中心孔80周边的情况下，很难将激光束聚焦在比传统卷绕中心孔长的卷绕中心孔80的底部。即，在制造大型电池单元方面，需要改进的光学系统，该光学系统确保激光束在穿过卷绕中心孔80时不偏离直径D为2mm以上且8mm以下的卷绕中心孔80，该卷绕中心孔的长度可能为60mm以上，或者需要其它实施手段。根据本公开的激光焊接装置102可以通过包括改进的光学系统来实施0.4D以上的转换直径D'，在该光学系统中预先考虑了窄而长的卷绕中心孔80。转换直径D'越大，在结合强度方面就越有利。然而，如果转换直径D'设定为0.9D以上，则有可能由于工艺过程中的微小振动或摇晃或其它意外事故而损坏卷绕中心孔80周围的部件。因此，当然，转换直径D'即使可以实施得更大而优选设定为0.9D以下。如果转换直径D'小，则无法获得足够的结合强度。因此，转换直径D'期望至少是0.15D。
如上所述，卷绕中心孔80的直径D可以是2mm以上且8mm以下。暴露在第一集流板79的表面上的激光焊接部分104的转换直径D'可以是2mm以上。第一集流板79的表面上示出的激光焊接部分104的面积SA被认为是具有转换直径D'的圆的面积(π(D’/2)2)。
可以在考虑第一集流板79与电极端子50之间的结合强度的情况下来确定电极端子50的平坦部分50d的直径。电极端子50的平坦部分50d的直径是参考图8描述的从电极端子50的本体部分50a的中心到平坦部分50d的边缘的半径R3的两倍，并可以是3mm至14mm。
电极端子50的平坦部分50d与可焊接区域对应。因此，电极端子50中的可焊接区域的直径可以是3mm至14mm。如果可焊接区域的直径小于3mm，则难以保证激光焊接部分的转换直径D'为2mm以上。如果可焊接区域的直径超过14mm，则电极端子50的外凸缘部分50b的直径变得过大，难以充分保证电池罐底部52的外表面52a的要用作负极端子的面积。
考虑到激光焊接部分104的转换直径D'和电极端子50的可焊接区域的直径条件，优选的是，激光焊接部分104暴露于第一集流板79的表面上的面积与电极端子50的平坦部分50d的面积之比为2.04％(π12/π72)至44.4％(π12/π1.52)，以确保焊接部分的拉伸力至少为2kgf以上，优选3kgf以上。
再参考图14，形成激光焊接部分104的步骤可以包括如下步骤：将中空管105插入卷绕中心孔80中，使第一集流板79的至少一部分暴露在中空管105的内中空部中。
此时，第一集流板79可以被中空管105压缩到电极端子50。从激光焊接装置102发射的激光束103穿过中空管105的内中空部，从而第一集流板79可以焊接到电极端子50。
激光束103可以借助诸如扩展、反射和聚焦之类的光学系统聚焦在第一集流板79上，并且照射在第一集流板79上的激光束103可以从作为焊接目标的第一集流板79加热。表面热经由热传导扩散到内部，并且根据预设的设定精确控制激光束103的脉冲宽度、能量、峰值功率和重复频率(脉冲周期)。借助激光束103的照射，材料在照射部位熔化、汽化并蒸发，在激光束103穿过后，相应的熔化部位凝固而形成焊珠。可以控制激光束103移动到预定的轨迹或位置。
当诸如裂纹和背面焊道之类的结合缺陷被防止，并且结合区域中的热变形或飞溅被抑制时，结合质量是好的。这种缺陷可能是由于发生过热而产生的。在本公开中，当用激光束103加热第一集流板79时，可以根据时间调整激光束103的模式或激光束103的输出，以改变加热区域和加热温度，并可以通过在激光束103密集照射的部分与周围区域之间设置温差或在预加热后允许全面熔化来防止飞溅的发生。如果从一开始就在激光束103密集照射的部分以高能量形成深焊珠，则由于高的焊接热，具有在第一集流板79中形成孔隙或飞溅状飞行物质的风险。因此，通过具有用于管理焊接热的过程(如预加热过程)，能够防止发生飞溅。此外，即使在表面上产生了诸如飞溅物之类的飞行物质，也可以进行设置温差的方法，使飞行物质再次熔化，维持在熔融状态，然后固化而成为第一集流板79上的焊珠的一部分。
另一方面，如果通过使用中空管105将第一集流板79压缩到电极端子50上，则可以防止第一集流板79与电极端子50之间的接头不足而造成的焊接缺陷，从而提高圆柱形二次电池70的质量和性能。另一方面，激光束103和电极组件71可以被隔离，以引导激光束103，这不仅可以防止激光束103损坏电极组件71，而且还可以作为掩膜，用于防止激光束103被照射到焊接区域以外的位置。以此方式，如果使用中空管105压缩第一集流板79，可以通过对焊接区域施加更强的压力来提高焊接质量。
中空管105是可选元件。同样可选的是，中空管105的长度可以大于电极组件71的高度，以确保电极组件71和激光束103借助中空管105而分离。例如，中空管105的长度大于60mm。中空管105的外径小于卷绕中心孔80的直径D。例如，卷绕中心孔80的直径D可以是80mm，并且中空管105的外径可以是60mm。中空管105的内径DI的值是由外径减去中空管105的壁厚度的两倍而获得的。例如，中空管105的壁厚度可以在0.1mm与1mm之间。
中空管105例如是金属中空管。例如，中空管105可以由铁、镀镍铁、SUS或铝合金材料制成。作为另一个实施例，中空管105可以由耐高温的非金属材料制成。例如，该耐高温的非金属材料可以是陶瓷。中空管105还可以更有效地防止激光焊接工艺中产生的熔体(即飞溅物)进入电极组件71而造成短路。
在由激光束103进行焊接期间，可以进行经由中空管105与卷绕中心孔80的内周之间的空间供应惰性气体(如氮气或氩气)以移除氧气气氛的步骤。为了更顺畅地将惰性气体引导到第一集流板79上，中空管105的底部可以隔开，从而其定位在第一集流板79的顶部上方。作为另一个实施例，在中空管105邻近第一集流板79的壁中可以形成至少一个用于气体进入的孔。
当供应惰性气体时，中空管105的内中空部的内部空间可以被转换为惰性气体气氛。因此，当第一集流板79和电极端子50由铝制成时，能够防止通过激光照射熔化的铝与氧气反应而形成细小粉尘形式的焊接烟尘。
此外，在由激光束103进行焊接的同时，可以在卷绕中心孔80的与焊接部分相对的一端进行移除焊接烟尘的步骤。可以主要由中空管105来防止焊接烟尘流入电极组件71中，在焊接工艺中通过供应惰性气体形成惰性气体气氛时，可以防止焊接烟尘的产生。然而，如果在这种配置下仍产生焊接烟尘，则可以通过吸入/移除焊接烟尘更可靠地防止产品缺陷。因此，可以进一步提高焊接质量。
激光焊接装置102可以以脉冲模式或连续模式将第一集流板79焊接到电极端子50。在连续模式下，激光源的激光介质被连续激发以产生连续的激光束。在脉冲模式下，激光介质以脉冲形式而非连续地被激发。在这种模式下，产生时间上中断的激光束(脉冲光束)。可以调整此激光脉冲的持续时间、能量和脉冲周期。可以在激光焊接装置102的设计中将该模式预定为具有特定的操作模式。例如，激光焊接装置102可以用100ns到2000ns的脉冲宽度照射激光束103。当第一集流板79和电极端子50由铝或铝合金制成时，由于导热率较高，期望能向焊接区域照射大输出的激光束。因此，用脉冲光束进行焊接可能是期望的。当用脉冲光束进行焊接时，可以在考虑材料的类型、穿透深度等的情况下，适当地选择诸如脉冲宽度和脉冲周期之类的条件。可以根据焊接设计(如要接合的第一集流板79和电极端子50的材料、激光焊接部分104的宽度WS、深度WD和长宽比等)适当选择其它焊接条件(如光点直径、工艺速度等)。
至于激光源，已知有二氧化碳激光器、氩气激光器、固体激光器中的红宝石激光器、YAG激光器、光纤激光器等，根据待焊接对象的材料和厚度选择合适的激光源就好。此外，也可以据此选择合适的输出。例如，优选与金属结合效率高、加工性能优良的YAG激光器。激光束103选择成使待焊接对象的热变形小或材料特性的劣化小。
只要能进行高效焊接，激光束103的波长不受特别限制。绿色激光源(515nm)是优选的，因为焊接可能的输出范围高。当使用绿色激光源时，可以通过改变透镜以减小光束尺寸(光点直径)来配置光学系统。当光束尺寸大时，对腐蚀的影响增加，并且激光焊接部分104的长宽比减小，从而焊接效率可能会下降。也可以使用红外激光源(1070nm)。即使可焊接的输出范围小于绿色激光源，也可以用低输出的激光束形成交叠叠加型的焊珠。优选的是，可以通过在卷绕中心孔80的中央部分交叠照射脉冲点型激光束来形成如图16中所示的交叠叠加型的激光焊接部分104。
可以在考虑待焊接的金属端子50和第一集流板79的材料的情况下来选择激光束103的波长，但激光束103的波长可以是1000nm至1500nm，优选900nm至1350nm，更优选1060nm至1080nm。当激光束103的波长小于以上范围时，可焊接的输出范围可以扩大，但存在的问题在于，难以减小激光束103的尺寸。此外，当激光束103的波长超过以上范围时，可焊接的输出范围窄，而且焊接失效的可能性大。因此，激光束103的波长优选满足以上范围。此外，可以使用波长为400nm至600nm的激光束103。
激光焊接装置102可以以40mm/s至1000mm/s的工艺速度照射激光束103。工艺速度是指激光束103在第一集流板79上的移动速度。激光束103的工艺速度可能是重要的，因为焊珠的形状可能根据工艺速度而变更。在本公开的激光焊接步骤中，激光束103的工艺速度可以是40mm/s至1000mm/s，优选100mm/s至500mm/s，更优选200mm/s至300mm/s。如果激光束103的工艺速度小于以上范围，就存在背面焊道的风险，如果超过以上范围，则有结合强度降低的问题。因此，激光束103的工艺速度满足以上范围是优选的。
激光焊接装置102可以是以50W至4KW的输出来照射激光束103。激光束103的输出可以作为设计因数通过被转换成“线能量”来管理，该激光束103的输出是激光束103的工艺速度的输出值。如果激光束103的输出值小于以上范围，就会出现结合强度降低的问题，如果超过以上范围，就可能出现背面焊道，从而激光束103的输出优选满足以上范围。激光束103的输出功率可以是300W到500W。
激光束103的光点直径可以是10μm到200μm。当激光束103的光点直径超过200μm时，对腐蚀的影响增大，激光焊接部分104的长宽比下降，因此焊接效率可能下降。此外，当激光束103的尺寸小于10μm时，焊接区域小，从而通过一次焊接不能保证足够的结合强度。因此，激光束103的光点直径优选满足以上范围。优选地，激光束103的光点直径可以是约50μm。
当用脉冲点法照射具有以上范围内的光点直径的激光束103时，如图17的(h)中所示，通过点焊可以形成圆形形状的一个焊珠。具有圆形形状的点焊珠的宽度WS(图15)不小于50μm，例如可以是50μm、60μm、70μm、80μm或100μm，或者可以根据实际需求设定为不小于50μm的任何值。如果宽度不小于50μm，则有利于确保第一集流板79和电极端子50的良好焊接效果，并且能够防止圆形点焊珠的宽度过小而影响第一集流板79和电极端子50的焊接效果。
激光束103可以是单模式或多模式。表示激光束截面内的能量分布称为激光束模式，并且激光焊接装置102在设计时可以预定为具有特定的模式。输出能量和应用领域根据激光束模式而变更，并且使用中的模式是借助焊珠的形状来区分的。单模式激光束103的光点直径可以是50μm以下。多模式激光束103的光点直径可以是50μm以上。
在单模式中，能量分布遵循高斯分布，并具有一个能量峰值。为了获得单模式，激光器的输出可能会损失，但这对于非常精确的加工是有利的。当需要精细地形成本公开中的激光焊接部分104时，可以使用单模式的激光束。
在多模式中，能量分布中包括两个或多个能量峰值。大多数高功率激光器具有多模式光束。为了从多模式光束中获得单模式光束，输出能量减少一半。在连接时，多模式的光点直径比单模式的光点直径大。另外，在多模式下，与待焊接对象接触的被加热部分与单模式的相应加热部分不同。通过利用这些特性，可以进一步提高焊接质量或作业效率。
激光焊接装置102可以使用光纤激光器。激光束103的波长为1070nm，并且可以进行扫描式焊接。也可以使用在脉冲模式下最大输出功率约为200W、在连续模式下最大输出功率约为700W的市售激光装置。该市售激光装置的光束尺寸约为30μm，因此容易在狭窄区域中形成焊接部分。也可以通过配置激光焊接装置102，使其最大输出比上述大，并且光束尺寸比上述小或大，来进行本公开的制造方法。
由于与电阻焊接相比，激光焊接可以在狭窄的区域中进行加工，因此，有利于进一步减小卷绕中心孔80的直径D并增大电极组件71的高度以追求二次电池容量的增大。此外，与电阻焊接相比，激光焊接对待焊接对象的材料没有限制。本公开没有在已知的电阻焊接、超声波焊和激光焊接中任意选择并应用激光焊接。本公开是对正极端子50的改进。对于具有长度较长的卷绕中心孔80的电极组件71来说，在本公开之前，在电池罐51内连接可由铝作为主要材料制成的正极端子50和第一集流板79的技术任务是未知的。因此，即使是具有普通知识的人，也不容易用激光焊接来连接第一集流板79和正极端子50。即使使用激光焊接，也不可能在防止损坏长卷绕中心孔80周围的部件并防止发生飞溅以具有适当的结合强度的情况下，在与卷绕中心孔80交叠的区域中激光焊接第一集流板79和正极端子50。
下文中，将描述本公开的制造方法中的焊接步骤的实验性实施例。
图19是示出根据实验例的激光焊接部分的外观和转换直径D'与电极组件71的卷绕中心孔80的直径相比较的图。图20是示出根据实验例的激光焊接部分的外观和转换直径D'与插入电极组件71的卷绕中心孔80中的中空管的直径相比较的图。
卷绕中心孔80的直径D为8mm。在根据本公开的制造方法中，在卷绕中心孔80内的第一集流板79上形成的激光焊接部分104的表面外观如图19中所示。借助根据本公开的制造方法，成功地形成了激光焊接部分104。实验例编号(#)1、2、4、5是与图17的(a)中所示相同的圆型，并且#3是交叠叠加型。在每个实验例中，激光焊接部分104没有暴露于第一集流板79下的电极端子的外表面，并且确认第一集流板79和电极端子被牢固地焊接。在#1至#5中，激光焊接部分104的转换直径D'分别为3.8mm、4.1mm、2.6mm、3.5mm和3.6mm，从而转换直径D'变为0.325D至0.5125D，并且D'满足0.15D至0.90D的条件。此外，可以确认，用根据本公开的制造方法可以成功地形成具有转换直径D'为2mm以上的激光焊接部分104。
卷绕中心孔80的直径D可以变更。中空管105的外径和内径也可以改变，以配合各种直径D的卷绕中心孔80。使用各种中空管105进行激光焊接的结果如图20中所示。
参考图20，在中空管105的内中空部中良好地形成了激光焊接部分104，该激光焊接部分104的尺寸小于中空管105的内径DI。按从#6的2.6mm到#13的4.9mm的递增顺序布置激光焊接部分104的转换直径D'。在每个实验例中，中空管105的内径DI是不同的。在每个实验例中，中空管105的转换直径D'/内径DI也是按照从27％递增到96％的顺序布置。#6中的中空管105的内径DI是9.6mm。#13中的中空管105的内径DI是5.1mm。
由于中空管105的内径DI小于卷绕中心孔80的直径D，因此在实验例#6至#13中(其中D'/DI为27％至96％)，D'/D示出变化的范围，该范围的上限和下限的值较小。例如，D'/D可以表示30％到94％的范围。以此方式，能够满足D'为0.15D至0.90D的条件，同时用各种中空管105形成各种转换直径D'的激光焊接部分104。
特别是，当如#13中D'/DI为96％时，表示激光焊接部分104形成得非常接近中空管105的壁，应该指出，即使在这种情况下也可以形成激光焊接部分而不损坏卷绕中心孔80周围的电极组件。即使在使用中空管105的情况下，也能够充分达到D'为0.15D至0.90D的条件，即D'/D在15％至90％范围内的条件。
在完成以上激光焊接步骤后，可以进一步进行装配密封体74、卷边、压接、注入电解质和定尺寸的过程。可以根据需要改变工艺顺序，例如，根据第二集流板78的结构，也可以进行将第二集流板78焊接到电池罐51的步骤。
根据本公开的圆柱形二次电池70包括第一集流板79和第二集流板78。第一集流板79可以具有这样一种结构，即使在使用过程中施加外部冲击和/或振动，也能防止力集中在部件之间的联接区域中。第二集流板78不仅具有能够提高与电池罐51的联接区域的联接力的结构，而且还能提高圆柱形二次电池70的能量密度。第一集流板79和第二集流板78具有易于将第一集流板79激光焊接到电极端子50的结构。
现在，将描述第一集流板79和第二集流板78的各种实施方式。
图21至图24是示出第一集流板的各种表面形状的图。
参考图21至图24，第一集流板120包括边框部分121、第一电极接头联接部分122以及端子联接部分123。边框部分121、第一电极接头联接部分122和端子联接部分123都可以在同一平面内。即，第一集流板120是近似板状的构件，其厚度小于具有大面积的部分的水平或竖直长度，当第一集流板120中具有大面积的部分放置在电极组件71的顶部或底部时，整个第一集流板120具有与电极组件71的顶部或底部表面平行延伸的形状。另外，在第一集流板120中，边框部分121、第一电极接头联接部分122和端子联接部分123的高度没有差别。这种平面结构在电池罐51中不占据大量的体积，因此空间利用率好。
边框部分121可以具有其中至少在内部区域的一部分中形成空的空间S的大致边框形状。尽管图仅示出了边框部分121具有基本圆形边框形状的情况，但本公开不限于此。边框部分121可以具有近似方形的边框形状或与图示不同的其它形状。
第一电极接头联接部分122从边框部分121向内延伸，并可以通过焊接与第一电极板的未涂覆部分73联接。端子联接部分123与第一电极接头联接部分122间隔开来，并定位在边框部分121的内侧。端子联接部分123可以是借助如上所述的激光焊接与正极端子50联接的部分。端子联接部分123可以位于例如边框部分121的内部空间的中央部分中。端子联接部分123可以布置在对应于电极组件71的卷绕中心孔80的位置。端子联接部分123的尺寸可以大于卷绕中心孔80的直径。如上所述的激光焊接部分104可以形成在端子联接部分123上。
第一电极接头联接部分122和端子联接部分123不是直接连接的，而是布置成彼此间隔开，并借助边框部分121连接。照此，由于第一集流板120具有第一电极接头联接部分122和端子联接部分123彼此不直接连接，而是借助边框部分121连接的结构，因此当圆柱形二次电池70中发生冲击和/或振动时，施加到第一电极接头联接部分122与第一电极板的未涂覆部分73之间的联接区域以及端子联接部分123与正极端子50之间的联接区域的冲击可以被分散。因此，第一集流板120具有最大限度地减少或防止由于外部冲击而对焊接部分造成的损坏的效果。第一集流板120具有这样一种结构，即当施加外部冲击时，应力可以集中在边框部分121和端子联接部分123的连接部分上。由于连接部分不是形成用于联接部件的焊接部分的区域，因此能够防止由于外部冲击造成的焊接部分的损坏而导致产品缺陷的发生。照此，由于第一集流板120具有即使在使用过程中受到外部冲击和/或振动时也能防止力集中在部件之间的联接区域上的结构，因此包括该第一集流板120的圆柱形二次电池70的性能得到了提高。
第一集流板120可以进一步包括连接部分124，该连接部分从边框部分121向内延伸并与端子联接部分123连接。连接部分124的至少一部分可以形成为具有比第一电极接头联接部分122的宽度更小的宽度。在这种情况下，当连接部分124中的电阻增大，使电流流经连接部分124时，与其它部分相比产生更大的电阻，并当因此而发生过电流时，连接部分124的一部分可以破裂以阻断过电流。在考虑到这种阻断过电流的功能的情况下，可以将连接部分124的宽度调整到适当的水平。至少连接部分124的一部分可以相对较狭窄，以增强电流阻断功能。例如，连接部分124的两侧可以被向内切口，以具有凹口部分，从而使连接部分124的宽度部分减小。当设置有凹口部分时，形成凹口部分的区域中的电阻进一步增大，凹口部分由于电阻加热而熔化并破裂，从而使电流无法通过。这使得在发生过电流时能够快速切断电流。
连接部分124可以包括锥形部分124a，该锥形部分的宽度从边框部分121的内表面朝端子联接部分123逐渐变窄。当包括锥形部分124a时，可以改善部件在连接部分124和边框部分121之间的连接部分处的刚性。如果设置有凹口部分，则端子联接部分123与锥形部分124a相比，凹口部分可以位于更靠近锥形部分124a的位置。在这种情况下，由于宽度逐渐变窄的锥形部分124a的结构，凹口部分位于具有大量热的区域附近，因此能够更快速地切断过流。
第一集流板120中可以包括多个第一电极接头联接部分122。多个第一电极接头联接部分122可以沿圆周方向彼此以相等的间隔布置。多个第一电极接头联接部分122可以具有彼此相同的长度。端子联接部分123可以布置成被多个第一电极接头联接部分122围绕。连接部分124可以定位在一对彼此相邻的第一电极接头联接部分122之间。在这种情况下，从连接部分124到沿边框部分121的一对第一电极接头联接部分122中的任何一者的距离可以等于从连接部分124到沿边框部分121的一对第一电极接头联接部分122中另一者的距离。
可以包括多个连接部分124。多个连接部分124中的每一者均可以布置在彼此相邻的一对第一电极接头联接部分122之间。多个连接部分124可以沿圆周方向以彼此相等的间隔布置。
如上所述，在包括多个第一电极接头联接部分122和/或连接部分124的情况下，如果第一电极接头联接部分122之间的距离和/或连接部分124之间的距离和/或第一电极接头联接部分122与连接部分124之间的距离均匀地形成，则可以顺畅地形成从第一电极接头联接部分122流向连接部分124的电流或从连接部分124流向第一电极接头联接部分122的电流。
在第一电极接头联接部分122安置在电极组件71中的第一电极板的未涂覆部分73的弯折表面上的状态下，可以在预定区域上进行焊接。即，第一电极接头联接部分122可以联接到其中多个段93a(图12)在多个层中交叠的区域。可以为每个第一电极接头联接部分122形成焊接部分。焊接部分可以形成为沿第一电极接头联接部分122的延伸方向延伸。
当圆柱形二次电池应用于诸如车辆之类的装置时，在使用过程中可能经常被施加外部冲击和振动，这可能导致用于部件之间连接的联接区域的损坏。该联接区域的损坏会导致产品失效。另选地，当用于连接的联接区域被损坏但连接没有完全被阻断时，即使焊接区被部分损坏，并且部件之间的联接区域减小，由于电阻增大，也可能会产生过多的热，或者由于部件形状变形而发生内部短路。根据本公开的圆柱形二次电池70可以通过包括如上所述的第一集流板120来解决以上问题。
图25至图28是示出第二集流板的各种表面形状的图。
参考图25，第二集流板140包括：至少一个第二电极接头联接部分142，该第二电极接头联接部分与第二电极板的未涂覆部分72联接；以及至少一个罐联接部分143，该罐联接部分与电池罐51的内表面上的卷边部76电联接。第二电极接头联接部分142和罐联接部分143可以不在同一平面上。即，第二集流板140是近似板状的构件，其厚度小于具有大面积的部分的水平或竖直长度，当第二集流板140中具有大面积的部分放置在电极组件71的底部上时，第二集流板140中的第二电极接头联接部分142与罐联接部分143之间存在高度差。这种三维结构保证了第二电极接头联接部分142和第二电极板的未涂覆部分72之间的接触面积，同时降低了罐联接部分143，以使其固定到电池罐51的卷边部76，从而可以提高联接区域与电池罐51的结合强度。
第二集流板140的中央部分141可以具有大致圆板形状。中央部分141可以可选地与第二电极板的未涂覆部分72联接。中央部分141可以具有环形板状，在其中心设置有集流板孔145。
集流板孔145可以形成在与电极组件71的卷绕中心孔80对应的位置，并且可以是圆形的。彼此连通的卷绕中心孔80和集流板孔145可以作为照射激光束103的通道，用于焊接电极端子50和正极集流板120。此外，当由于二次电池的异常而产生大量的气体时，集流板孔145也可以用于快速将气体穿过卷绕中心孔80向下移动。
基于电极组件71的卷绕中心孔80的直径D，集流板孔145的直径可以是0.5D以上，优选0.7D以上，更优选1.0D以上。如果集流板孔145的直径大于0.5D以上且小于1.0D，就能够在电池单元排气的情况下，防止隔膜或电极板经由卷绕中心孔80被推出来。优选地，如果集流板孔145的直径设定得大于电极组件71的卷绕中心孔80的直径D，则当照射用于焊接电极端子50和正极集流板120的激光束103时，根据中空管105的插入情况，就变得更容易保证空间。
第二集流板140可以包括多个第二电极接头联接部分142和罐联接部分143。此时，虽然在图中没有示出，但多个罐联接部分143可以彼此连接成一体形成。
第二电极接头联接部分142可以具有从第二集流板140的中央部分141朝向电池罐51的侧壁大致径向延伸的形状。多个第二电极接头联接部分142可以沿中央部分141的圆周彼此间隔开。通过提供多个第二电极接头联接部分142，可以增大第二电极板与未涂覆部分72的联接区域。因此，第二电极板的未涂覆部分72与第二电极接头联接部分142之间的联接力可以得到保证，并且可以减少电阻。
第二电极接头联接部分142可以焊接到第二电极板的未涂覆部分72。当第二电极接头联接部分142安置在电极组件71中的第二电极板的未涂覆部分72的弯折表面上时，可以在预定的区域上进行焊接。即，第二电极接头联接部分142可以联接到其中多个段93a(图12)在多个层中交叠的区域。可以为每个第二电极接头联接部分142形成焊接部分。焊接部分可以形成为沿第二电极接头联接部分142的延伸方向延伸。
多个罐联接部分143可以沿中央部分141的圆周彼此间隔开。罐联接部分143可以与电池罐51的内表面上的卷边部76联接。借助第二集流板140如上所述与电池罐51的卷边部76而不是与电池罐51的圆柱形部分的内表面联接的结构，可以减小第二集流板140与卷边部76之间的距离。因此，电池罐51内部的死角被最小化，因此圆柱形二次电池70的能量密度可得到改善。
罐联接部分143可以被电池罐51的压接部114压缩并固定。罐联接部分143可以包括：接触部分143a，该接触部分在电池罐51的内表面上与卷边部76联接；以及连接部分143b，该连接部分用于连接第二电极接头联接部分142和接触部分143a。
接触部分143a联接在电池罐51的内表面上。在卷边部76形成在电池罐51中的情况下，接触部分143a可以联接到卷边部76上。在这种情况下，如上所述，为了稳定的接触和联接，卷边部76和接触部分143a两者可以在大致平行于电池罐51的下表面的方向上(即在大致垂直于电池罐51的侧壁的方向上)延伸。即，接触部分143a至少包括与电池罐51的下表面基本平行的平坦部分的一部分。
如图25中所示，连接部分143b可以包括至少一个弯折部分BD，该弯折部分的延伸方向在中央部分141与接触部分143a之间至少切换一次。即，连接部分143b可以具有在一定范围内收缩和延伸的结构，例如，类似弹簧的结构或类似波纹管的结构。同时，连接部分143b可以被弯折部分BD向上弹性偏压。尽管连接部分143b的结构在一定范围内调节电极组件71的高度分布，但在电池罐51中容纳与第二集流板140联接的电极组件71的过程中，接触部分143a可以紧密地接触到卷边部76上。此外，根据连接部分143b的结构，在定尺寸过程中可以更稳定地实现形状。定尺寸过程是压缩过程，用于减小电池罐51的卷边部76所占据的高度，以便在制造圆柱形二次电池70时减小圆柱形二次电池70的总高度。此外，即使在圆柱形二次电池70的使用过程中发生振动和/或冲击从而使电极组件71上下移动，连接部分143b的可收缩和可延伸的结构也能减轻电极组件71在一定范围内的移动所造成的冲击。
接触部分143a和连接部分143b的形状可以不同地变化。图25的第二集流板140和图26的第二集流板140仅在接触部分143a的形状上有所不同，上述第二集流板140的结构可以基本相同地应用于其它部分。
参考图26，接触部分143a的至少一部分可以具有沿电池罐51的内周延伸的形状。例如，接触部分143a可以具有沿电池罐51的卷边部延伸的弧形状。此外，虽然在图中没有示出，但为了使接触面积最大化，在第二集流板140中，至少一个罐联接部分143的接触部分143a的延伸长度的总和可以与电池罐51的内周长大致相同。在这样的实施方式中，由于联接区域的最大化，能够提供改善联接力并减小电阻的效果。
接触部分143a可以插设并固定在电池罐51的卷边部76与密封垫片180之间。即，在接触部分143a插设在电池罐51的卷边部76与密封垫片180之间的状态下，接触部分143a可以由于压接部114的卷曲力而被固定。
参考图27，图27的第二集流板140与先前参考图25描述的第二集流板140不同之处在于进一步包括附加的罐联接部分144，上述图25和图26的第二集流板140的结构可以基本同样地应用。
附加的罐联接部分144从第二电极接头联接部分142的端部延伸，并联接在电池罐51的内表面上。这样的附加罐联接部分144设置到多个第二电极接头联接部分142中的至少一者的端部。附加的罐联接部分144包括：附加接触部分144a，该附加接触部分联接到电池罐51的内表面上；以及附加连接部分144b，该附加连接部分用于连接第二电极接头联接部分142的端部和附加接触部分144a。
附加接触部分144a联接到电池罐51的内表面上。在卷边部76形成在电池罐51上的情况下，附加接触部分144a可以像接触部分143a一样联接到卷边部76上。此外，像图26中所示的接触部分143a的形状一样，附加接触部分144a的至少一部分也可以具有沿电池罐51的内周延伸的形状。
附加连接部分144b可以包括至少一个弯折部分，该弯折部分的延伸方向在第二电极接头联接部分142和附加接触部分144a之间至少切换一次，类似于以上参考图25描述的连接部分143b。由于弯折部分的形成，附加连接部分144b具有可以收缩和拉伸的结构，因此如上所述，在圆柱形二次电池70的装配过程中具有优势，并具有缓冲作用。
参考图28，第二集流板140可以包括至少一个注入孔146。注入孔146可以设置在例如第二电极接头联接部分142中。当提供有多个第二电极接头联接部分142时，可在至少一个第二电极接头联接部分142中设置注入孔146。注入孔146例如可以设置在形成于第二电极接头联接部分142上的焊接部分W的一侧，或者设置在两侧。在制造圆柱形二次电池70时，可以在包括电极组件71和第二集流板140的组件容纳在电池罐51中之后注入电解质。此时，由于注入孔146的存在，电解质可以快速流入电极组件71中，从而可改善注入性。
可以提供多个注入孔146。多个注入孔146可以布置成相对于第二电极接头联接部分142的中央部分在宽度方向上基本左右对称。用于联接第二电极接头联接部分142和第二集流板的未涂覆部分72的焊接部分W可以形成在布置成基本左右对称的注入孔146之间。
第二电极接头联接部分142可以形成为在与连接部分朝向接头联接部分的纵向端部间隔开预定距离的位置处的宽度比第二电极接头联接部分142与中央部分141之间的连接部分处的宽度更大。形成注入孔146的区域的至少一部分可以包括在随与连接部分朝向第二电极接头联接部分142的端部间隔开预定距离的位置处的宽度相对于第二电极接头联接部分142与中央部分141之间的连接部分处的宽度增大而增大的区域中。另一方面，第二电极接头联接部分142的纵向端部可以具有近似弧的形状，以对应于电池罐51的内周。此外，对于图28的第二集流板140的结构描述，以前参考图25至图27描述的第二集流板140的描述可以同样应用。
上面描述的集流板120、140的结构适合于具有低电阻结构的电极组件71。因此，包括上述集流板120、140的圆柱形二次电池70的机械和电气性能得到了改善。此外，圆柱形二次电池70容易通过焊接方法制造。
根据上述实施方式的圆柱形二次电池70可以用于制造电池组。
图29是示出根据本公开的一个实施方式的电池组的示意图。
参考图29，根据本公开的一个实施方式的电池组200包括：其中圆柱形二次电池201连接在一起的组件；以及用于容纳该组件的电池组壳体202。圆柱形二次电池201可以是根据上面描述的实施方式的二次电池70。在图中，为了方便示出，省略了诸如用于连接圆柱形二次电池201的汇流条、冷却单元和外部端子之类的部件。
电池组200可以装设在车辆上。该车辆可以是例如EV、HEV或插电式混合动力车辆(PHEV)。该车辆包括四轮车辆或两轮车辆。
图30是用于解释包括图29的电池组200的车辆的图。
参考图30，根据本公开的一个实施方式的车辆300包括根据本公开的一个实施方式的电池组200。车辆300通过从根据本公开的一个实施方式的电池组200接收电力而操作。
在本公开的描述中，除非有其它明确的规定和限制，否则术语“安装”、“连接”“接入”、“联接”等应作广义理解，并且例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、直接连接、借助介质的间接连接或两个部件的内部连通。本公开所属技术领域的普通技术人员可以根据具体情况理解本公开中术语的具体含义。
在描述本公开时，术语“第一”和“第二”仅用于区分类似的结构，并不描述具体的顺序或次序。这些数字之间可以互换，或者在适当的情况下可以改变为其它数字。
此外，尽管已经详细描述了本公开，但应该理解的是，详细描述和具体实施例虽然示出了本公开的优选实施方式，但只是以说明的方式给出，因为对于本领域的技术人员来说，根据此详细描述，本公开范围内的各种变化和变型将变得显而易见。

Claims (82)

1.一种圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池包括：
卷芯型的电极组件，该电极组件具有其中片状的第一电极板和第二电极板与插设在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔膜沿一个方向卷绕的结构，所述第一电极板包括在长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述第二电极板包括在与所述第一电极板的所述未涂覆部分相对的方向上的长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述电极组件在内部芯中具有卷绕中心孔；
圆柱形的电池罐，该电池罐配置成借助形成在一侧的开放部分容纳所述电极组件，并与所述第二电极板的所述未涂覆部分连接；
密封体，该密封体配置成密封所述电池罐的所述开放部分，以使得与所述电池罐绝缘；
第一集流板，该第一集流板与所述第一电极板的所述未涂覆部分连接；
电极端子，该电极端子穿过在所述电池罐的底部中形成的通孔而被铆接，并与所述第一集流板连接，所述电池罐的所述底部与所述电池罐的所述开放部分相对；以及
激光焊接部分，该激光焊接部分形成在所述第一集流板和所述电极端子的接触表面上，
其中，所述激光焊接部分位于所述卷绕中心孔、所述第一集流板和所述电极端子的交叠区域上。
2.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的转换直径为0.15D至0.90D，其中，D是所述卷绕中心孔的直径。
3.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述电极端子包括：
插入所述通孔中的本体部分；
外凸缘部分，该外凸缘部分配置成从所述本体部分的经由所述电池罐的所述底部的外表面暴露的一个侧周边沿着所述外表面延伸；
内凸缘部分，该内凸缘部分配置成从所述本体部分的经由所述电池罐的所述底部的内表面暴露的另一侧周边朝向所述内表面延伸；以及
平坦部分，该平坦部分设置到所述内凸缘部分的内侧。
4.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，在所述平坦部分中，所述电极端子和所述第一集流板借助所述激光焊接部分联接。
5.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分是在所述第一集流板与所述电极端子的联接区域中，从所述第一集流板的朝向所述卷绕中心孔的内侧取向的一个表面朝向所述电极端子形成的。
6.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述电极端子的外表面是光滑表面。
7.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分是针对所述卷绕中心孔的中央部分的交叠叠加型焊珠。
8.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分配置成线性形状。
9.根据权利要求8所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分形成连续的闭合直线或闭合曲线。
10.根据权利要求8所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分是以所述卷绕中心孔的中央部分为中心的环状圆型和以所述卷绕中心孔的中央部分为中心的摆动圆型中的任何一种。
11.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分是相对于所述卷绕中心孔的中央部分在径向对称位置中形成的多点型。
12.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分是两条线与所述卷绕中心孔的中央部分相交的X型、以所述卷绕中心孔的中央部分为中心的矩形边框型、两条线相遇于一点的L型和两圆相接的8字型中的任何一种。
13.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述激光焊接部分具有在所述卷绕中心孔的中央部分中的中心，具有多边形的规则或不规则的外周，并以交织方式形成焊珠以填充所述外周。
14.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，由所述激光焊接部分在所述第一集流板和所述电极端子之间的所述焊接部分的拉伸力为3kgf以上且15kgf以下。
15.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第一集流板和所述电极端子由含有铝作为主要成分的材料制成。
16.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，所述卷绕中心孔的直径为2mm以上且8mm以下。
17.根据权利要求16所述的圆柱形二次电池，
其中，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的转换直径为2mm以上。
18.根据权利要求17所述的圆柱形二次电池，
其中，所述电极端子的所述平坦部分的直径为3mm至14mm。
19.根据权利要求18所述的圆柱形二次电池，
其中，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的面积与所述电极端子的所述平坦部分的面积之比为2.04％至44.4％。
20.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，所述平坦部分和所述底部的所述内表面彼此平行。
21.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的角度为0度至60度。
22.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，所述内凸缘部分与所述平坦部分之间设置有凹进部分。
23.根据权利要求22所述的圆柱形二次电池，
其中，所述凹进部分具有不对称槽的截面结构。
24.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池进一步包括插设在所述电极端子与所述通孔之间的铆钉垫片，
其中，所述铆钉垫片包括：
插设在所述外凸缘部分与所述底部的所述外表面之间的外垫片；以及
插设在所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的内垫片，
其中，所述内垫片根据位置而具有不同的厚度。
25.根据权利要求24所述的圆柱形二次电池，
其中，所述平坦部分的高度等于或大于所述内垫片的端部相对于所述底部的所述内表面的高度。
26.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，所述平坦部分的高度等于或大于所述内凸缘部分相对于所述底部的所述内表面的高度。
27.根据权利要求24所述的圆柱形二次电池，
其中，所述内凸缘部分的高度等于或大于所述内垫片的端部相对于所述底部的所述内表面的高度。
28.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，所述电极端子从所述外凸缘部分的下表面到所述平坦部分的表面的高度为1.5mm至7mm。
29.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，所述外凸缘部分相对于所述电池罐的所述底部的所述外表面的高度为0.8mm以上。
30.根据权利要求24所述的圆柱形二次电池，
其中，所述外垫片的至少一部分暴露于所述外凸缘部分的外部，并且
其中，在平行于所述电池罐的所述底部的所述外表面的方向上测量的所述外垫片的暴露宽度为0.1mm至1mm。
31.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，从所述本体部分的中心到所述外凸缘部分的边缘的半径相对于所述电池罐的所述底部的半径为10％至70％。
32.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，
其中，从所述本体部分的中心到所述平坦部分的边缘的半径相对于所述底部的半径为4％至30％。
33.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第一集流板包括：
边框部分；
第一电极板联接部分，该第一电极板联接部分从所述边框部分向内延伸，并与所述第一电极板的所述未涂覆部分联接；以及
端子联接部分，该端子联接部分位于与所述第一电极板联接部分间隔开的位置，
其中，所述电极端子与所述端子联接部分联接。
34.根据权利要求33所述的圆柱形二次电池，
其中，所述圆柱形二次电池进一步包括插设在所述电池罐与所述第一集流板之间的绝缘体，并且所述电极端子借助该绝缘体与所述端子联接部分联接。
35.根据权利要求3所述的圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池进一步包括插设在所述第一集流板与所述电池罐的所述底部的内周之间以及所述电池罐的侧壁的内周与所述电极组件之间的绝缘体。
36.根据权利要求35所述的圆柱形二次电池，
其中，所述绝缘体包括焊接孔，该焊接孔配置成将所述电极端子的所述平坦部分暴露于所述第一集流板，并且所述绝缘体覆盖所述第一集流板的表面和所述电极组件的一个侧边缘。
37.根据权利要求36所述的圆柱形二次电池，
其中，从所述电池罐的所述底部的所述内表面到所述电极端子的所述平坦部分的高度等于或小于所述绝缘体的厚度。
38.根据权利要求37所述的圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池进一步包括插设在所述电极端子和所述通孔之间的铆钉垫片，
其中，所述铆钉垫片包括：
插设在所述外凸缘部分与所述底部的所述外表面之间的外垫片；以及
插设在所述内凸缘部分与所述底部的所述内表面之间的内垫片，
其中，所述内垫片的端部暴露于所述内凸缘部分的所述外部。
39.根据权利要求36所述的圆柱形二次电池，
其中，所述焊接孔暴露所述电极端子的所述平坦部分和所述内凸缘部分。
40.根据权利要求38所述的圆柱形二次电池，
其中，所述焊接孔暴露所述电极端子的所述平坦部分和所述内凸缘部分，并且暴露所述内垫片。
41.根据权利要求33所述的圆柱形二次电池，
其中，所述边框部分为其内部区域至少部分为空的边框形式。
42.根据权利要求33所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第一电极板联接部分和所述端子联接部分借助所述边框部分连接。
43.根据权利要求33所述的圆柱形二次电池，
其中，所述端子联接部分位于所述边框部分的内部空间的中央部分中。
44.根据权利要求33所述的圆柱形二次电池，
其中，设置有多个第一电极板联接部分。
45.根据权利要求44所述的圆柱形二次电池，
其中，所述多个第一电极板联接部分沿圆周方向彼此以相等的间隔布置。
46.根据权利要求33所述的圆柱形二次电池，
其中，所述端子联接部分布置在对应于所述卷绕中心孔的位置。
47.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第一电极板的所述未涂覆部分的至少部分区域被划分为多个段，并且所述多个段沿所述电极组件的径向方向弯折。
48.根据权利要求47所述的圆柱形二次电池，
其中，所述多个段沿所述电极组件的径向方向在多个层中交叠。
49.根据权利要求48所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第一集流板包括：
边框部分；
第一电极板联接部分，该第一电极板联接部分从所述边框部分向内延伸，并与所述第一电极板的所述未涂覆部分联接；以及
端子联接部分，该端子联接部分位于与所述第一电极板联接部分间隔开的位置，
其中，所述第一电极板联接部分与所述多个段在多个层中交叠所在的区域联接。
50.根据权利要求1所述的圆柱形二次电池，
其中，所述电池罐包括卷边部，该卷边部形成在与所述开放部分相邻的端部处并朝向内侧压配合，并且
其中，所述密封体包括无极性的帽板以及插设在所述帽板的边缘与所述电池罐的所述开放部分之间的密封垫片。
51.根据权利要求50所述的圆柱形二次电池，
其中，所述电池罐进一步包括压接部，该压接部延伸并弯折到所述电池罐的内侧，并将所述帽板的所述边缘与所述密封垫片包裹并固定在一起。
52.根据权利要求50所述的圆柱形二次电池，
其中，所述帽板包括排气凹口，当所述电池罐内的压力超过阈值时，该排气凹口破裂。
53.根据权利要求51所述的圆柱形二次电池，该圆柱形二次电池进一步包括与所述第二电极板的所述未涂覆部分联接的第二集流板，
其中，在所述第二集流板中，不与所述第二电极板的所述未涂覆部分接触的边缘的至少一部分插设在所述卷边部与所述密封垫片之间，并由所述压接部固定。
54.根据权利要求53所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第二集流板的所述边缘的至少一部分通过焊接固定到与所述压接部相邻的所述卷边部的内周。
55.根据权利要求53所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第二电极板的所述未涂覆部分的至少部分区域被划分成多个段，并且所述多个段沿所述电极组件的径向方向弯折。
56.根据权利要求55所述的圆柱形二次电池，
其中，所述多个段沿所述电极组件的径向方向在多个层中交叠。
57.根据权利要求56所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第二集流板包括：
与所述第二电极板的所述未涂覆部分联接的第二电极板联接部分；以及
与所述卷边部电联接的罐联接部分，
其中，所述第二电极板联接部分与所述多个段在多个层中交叠所在的区域联接。
58.根据权利要求57所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第二电极板联接部分和所述罐联接部分借助所述第二集流板的中央部分间接连接，并且彼此不直接连接。
59.根据权利要求57所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第二电极板联接部分具有至少一个注入孔。
60.根据权利要求57所述的圆柱形二次电池，
其中，所述第二集流板在所述第二集流板的中央部分中包括圆形集流板孔。
61.根据权利要求60所述的圆柱形二次电池，
其中，所述集流板孔的直径等于或大于所述卷绕中心孔的直径。
62.一种圆柱形二次电池的制造方法，所述圆柱形二次电池的制造方法包括以下步骤：
提供卷芯型的电极组件，该电极组件具有其中片状的第一电极板和第二电极板与插设在所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔膜沿一个方向卷绕的结构，所述第一电极板包括在长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述第二电极板包括在与所述第一电极板的所述未涂覆部分相对的方向上的长边端暴露于所述隔膜的外部的未涂覆部分，所述电极组件在内部芯中具有卷绕中心孔；
将第一集流板与所述第一电极板的所述未涂覆部分连接；
提供圆柱形的电池罐，该电池罐具有形成在一侧的开放部分，并包括电极端子，该电极端子穿过在所述电池罐的底部中形成的通孔而被铆接，所述电池罐的所述底部与所述电池罐的所述开放部分相对；
将所述电极组件插入所述电池罐，使得所述第一集流板朝向所述电池罐的所述底部取向；以及
通过使用激光焊接装置在所述第一集流板和所述电极端子的接触表面上形成激光焊接部分，
其中，所述激光焊接装置的激光束沿所述卷绕中心孔的纵向方向照射到所述卷绕中心孔中。
63.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述激光焊接部分位于所述卷绕中心孔、所述第一集流板和所述电极端子的交叠区域内。
64.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，暴露于所述第一集流板的表面的所述激光焊接部分的转换直径为0.15D至0.90D，其中，D是所述卷绕中心孔的直径。
65.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述激光焊接装置以脉冲模式或连续模式将所述第一集流板焊接到所述电极端子。
66.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述激光焊接装置以100ns至2000ns的脉冲宽度照射所述激光束。
67.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述激光焊接装置以50W至4KW的输出照射所述激光束。
68.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述激光焊接装置以40mm/s至1000mm/s的工艺速度照射所述激光束。
69.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述激光焊接装置的所述激光束的光点直径为10μm至200μm。
70.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，脉冲点型的激光束被照射并交叠到所述卷绕中心孔的中央部分，以形成交叠叠加型的激光焊接部分。
71.根据权利要求62所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，形成激光焊接部分的步骤包括：
将中空管插入所述卷绕中心孔中，使得所述第一集流板的至少一部分暴露在所述中空管的内中空部中；以及
允许由所述激光焊接装置照射的所述激光束穿过所述中空管的所述内中空部，从而将所述第一集流板焊接到所述电极端子。
72.根据权利要求71所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述第一集流板被所述中空管压缩到所述电极端子。
73.根据权利要求71所述的圆柱形二次电池的制造方法，该圆柱形二次电池的制造方法进一步包括以下步骤：
在执行所述激光焊接时，经由所述中空管与所述卷绕中心孔的内周之间的空间，供应用于移除氧气气氛的惰性气体。
74.根据权利要求71所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述中空管的长度大于所述电极组件的高度，并且所述中空管是金属中空管。
75.根据权利要求71所述的圆柱形二次电池的制造方法，该圆柱形二次电池的制造方法进一步包括以下步骤：
在执行所述激光焊接时，移除所述卷绕中心孔的一端处的焊接烟尘。
76.一种用以制造根据权利要求1所述的圆柱形二次电池的圆柱形二次电池制造方法，
其中，通过穿过所述电池罐的内侧的所述卷绕中心孔照射激光束进行焊接来形成所述激光焊接部分。
77.根据权利要求76所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述激光束从所述第一集流板加热。
78.根据权利要求77所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，在所述激光束密集照射的部分与周围区域之间提供温度差。
79.根据权利要求77所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，在用所述激光束进行预加热后，发生全面熔化。
80.根据权利要求76所述的圆柱形二次电池的制造方法，
其中，所述的激光束是单模式的。
81.一种电池组，该电池组包括根据权利要求1至61中的任一项所述的圆柱形二次电池。
82.一种车辆，该车辆包括根据权利要求81所述的电池组。
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