CN115995654A - 一种圆柱电芯 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种圆柱电芯，包括芯包、端盖、中空管及锁定部；芯包中心沿其轴向设置有预留道；端盖设置在芯包轴向的其中一端；中空管插设在预留道内；端盖中央设置有第一极柱，第一极柱内开设有通道；中空管朝向端盖的一端连接第一极柱并与通道相连通；锁定部设置在第一极柱上，锁定部相对于第一极柱移动并封闭或者开启通道远离中空管的一端；通过中空管与通道的连通结构，通道能够自主的封闭或者开启，不仅能够向电芯内灌注电解液，同时当电芯进行排气时，气体能够挤压锁定部使其弹开而开放通道以便排气，不仅将注液孔功能与防爆阀功能通过一个孔进行实现，而且不会对电芯本身造成不可逆的损伤，有助于电芯的重复利用。

Description

一种圆柱电芯

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种圆柱电芯。

背景技术

目前，圆柱电芯会在电芯端盖上同时开两个孔，一个孔用于给电芯注入电解液，另一个孔用于给电芯布置防爆，而且防爆阀孔与注液孔无法兼容。其原因在于，注液孔一般通过注液装置给电芯注满电解液后，会通过点胶或封胶的方式进行密封，因此后续无法实现防爆功能；而防爆阀孔一般是通过设置防爆金属片或设置铝塑膜来布置防爆装置。中国专利CN213583894U就公开了一种目前常见的圆柱电芯的内部结构。

但上述设计存在两个缺点：

其一，从加工工序上来说，电芯端盖上需要进行两次加工，且需要分别进行涂胶和焊接防爆金属片等工序，工序流程较长，装配材料增加，大大的增加了产品成本。

其二，目前的电芯在长期使用后，电芯内的电解液被大量消耗，电解液难以补充，同时由于电芯内部会大量产气并冲破防爆阀排出，使电芯的密封结构损坏，因此电芯进行重复利用的难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种圆柱电芯，用于解决目前的电芯端盖需要两次加工，且电芯无法重复利用的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种圆柱电芯，包括芯包，中心沿其轴向设置有预留道；端盖，设置在芯包轴向的其中一端；中空管，插设在预留道内；锁定部；其中，端盖中央设置有第一极柱，第一极柱内开设有通道；中空管朝向端盖的一端连接第一极柱并与通道相连通；锁定部设置在第一极柱上，锁定部相对于第一极柱移动并封闭或者开启通道远离中空管的一端。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括软管；其中，软管一端穿过通道并与中空管朝向端盖的端部相连通，软管另一端朝远离端盖的方向延伸；锁定部相对于第一极柱移动并挤压软管使其封闭，锁定部远离软管时，软管复位。

更进一步优选的，第一极柱远离端盖一端的外周壁上开设有滑槽，滑槽一端与通道相连通且另一端与外界相连通，滑槽内壁上设置有突出部；锁定部插设在滑槽内，锁定部外表面沿滑槽的延伸方向布设若干凹槽，锁定部沿滑槽移动并使突出部卡入其中一个凹槽内，锁定部朝向通道的端部挤压软管并抵持通道内壁，使软管封闭。

在以上技术方案的基础上，优选的，芯包轴向两端分别设置有第一极耳组及第二极耳组；第一极耳组靠近端盖；第二极耳组远离端盖；中空管的其中一端与第一极耳组或者与第二极耳组相连接。

更进一步优选的，还包括转接件；其中，中空管远离端盖的一端与第二极耳组相连接；端盖上还设置有第二极柱，第二极柱与第一极柱间隔设置；转接件设置在第二极柱与第一极耳组之间。

更进一步优选的，还包括隔片；其中，隔片设置在端盖远离芯包的端面上，隔片位于第一极柱与第二极柱之间，隔片具有绝缘能力。

更进一步优选的，转接件为锥形螺旋弹簧，转接件一端固设在第二极柱上且另一端与第一极耳组相接触；端盖抵近芯包并挤压转接件，使转接件最大压缩，并使转接件固设在端盖上的一端也接触第一极耳组。

更进一步优选的，还包括第一集流盘，设置在芯包与端盖之间并与第一极耳组相连接；第二集流盘，设置在芯包轴向远离端盖的一端并与第二极耳组相连接；其中，第一集流盘中央开设有通孔；中空管穿过通孔并与第一集流盘之间留有间隙，中空管远离端盖的一端连接在第二集流盘的中央。

在以上技术方案的基础上，优选的，中空管的外壁紧贴预留道内壁，中空管外壁上涂设有绝缘层。

在以上技术方案的基础上，优选的，中空管远离端盖的端部贯通或者封闭，中空管的外周壁上均匀布设有若干镂空孔。

本发明的一种圆柱电芯相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明在芯包中央的预留道内插设中空管，并将中空管与端盖极柱上的通道相连通，通道能够自主的封闭或者开启，通过中空管与通道的连通结构，不仅能够向电芯内灌注电解液，同时当电芯进行排气时，气体能够挤压锁定部使其弹开而开放通道以便排气，不仅将注液孔功能与防爆阀功能通过一个孔进行实现，而且不会对电芯本身造成不可逆的损伤，有助于电芯的重复利用。

(2)本发明将软管插入通道并连接中空管，当锁定部封闭通道时，软管容易在锁定部挤压下形变并填满通道的角落空隙以实现密封，同时当电芯内部排气时，气体能够挤压软管使其形变复位，从而能够推动锁定部开放通道，以实现防爆排气的目的。

(3)本发明的中空管外壁与芯包的预留道内壁紧贴，并在中空管外壁上涂布绝缘层，使中空管成为了芯包的内部支撑骨架，避免芯包因为挤压的原因而形变时向预留道内凸出，同时中空管也有助于芯包内部散热。

(4)本发明在芯包的同一端盖上设置正负极柱，方便电芯组成模组时进行装配及连接管线设计，有助于缩小模组的体积。

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为本发明的圆柱电芯的立体图；

图2为本发明的圆柱电芯的俯视图；

图3为本发明的圆柱电芯的侧剖图；

图4为本发明的圆柱电芯的另一状态的侧剖图；

图5为本发明的图4中A处的放大图；

图6为本发明的圆柱电芯的另一实施方式的侧剖图；

图7为本发明的图6中B处的放大图。

图中：1、芯包；11、第一极耳组；12、第二极耳组；101、预留道；2、端盖；21、第一极柱；22、第二极柱；211、突出部；201、通道；202、滑槽；3、中空管；4、锁定部；401、凹槽；5、软管；6、转接件；7、隔片；8、第一集流盘；801、通孔；9、第二集流盘。

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。

实施例一：

如图1所示，结合图5，本发明的一种圆柱电芯，包括芯包1、端盖2、中空管3及锁定部4。

其中，芯包1中心沿其轴向设置有预留道101。芯包1是圆柱电芯的卷芯，在进行生产时，一般会将展开的芯包1一层一层的卷绕在卷针上，完成卷绕后抽出卷针，从而在芯包1内形成预留道101。预留道101的内径通常为3mm，其作用除了方便卷针抽出，同时有助于圆柱电芯的全极耳芯包1在组装过程中排除掉电芯内部多余水分，提升电芯的性能和品质。

端盖2设置在芯包1轴向的其中一端。端盖2中央设置有第一极柱21，第一极柱21内开设有通道201，通过通道201使电芯内部能够与外界环境相连通。需要说明的是，圆柱电芯的外壳结构通常包括中空筒状壳体以及盖设在其两端的顶盖与底盖，从而围成电芯外壳，顶盖与底盖底盖上分别设置正极及负极，在本实施例中，端盖2实际上就是顶盖。由于本方案并不涉及对于圆柱电芯整体外壳的改进，因此并未对电芯的壳体结构进行详细的描述。

中空管3插设在预留道101内，中空管3朝向端盖2的一端连接第一极柱21并与通道201相连通。在本实施例中，中空管3与通道201形成的连通结构有两个作用，其一是方便从外界向电芯内注入电解液，其二是方便电芯内部产生的气体向外界排出，因此中空管3与通道201形成的连通结构实际上同时实现了注液孔与防爆阀孔的两个功能。

另外，中空管3插入预留道101内的部分的长度不能大于预留道101的长度。为了进行注液及排气，中空管3远离端盖2的端部可以是贯通；或者也可以封闭中空管3远离端盖2的端部，同时在中空管3的外周壁上均匀布设有若干镂空孔，气体或者液体通过镂空孔能够更均匀的进入中空管3内或者从中空管3排出到芯包1内。

但电芯内部在使用中需要密封状态，为了解决中空管3与通道201形成的连通结构的可密封性，将锁定部4设置在第一极柱21上，锁定部4类似于通道201上的阀门开关，锁定部4相对于第一极柱21移动并封闭或者开启通道201远离中空管3的一端。

在对电芯进行装配时，锁定部4开启通道201，然后通过通道201及中空管3向芯包1内注入电解液，完成注液后，锁定部4锁定封闭通道201；电芯长期持续使用后，电芯内部产生大量气体并使电芯内部压力增大时，锁定部4在压力作用下会弹开并开放通道201，气体会向中空管3内聚集并通过通道201排放到外界，完成排气后，重新注液，电芯又能够重新使用。

实施例二：

在实施例一的基础上，描述锁定部4在压力作用下会弹开并开放通道201，为了实现这个功能，如图1所示，结合图7，还包括软管5。

其中，软管5一般是橡胶材料制成，因此具有弹性。软管5一端穿过通道201并与中空管3朝向端盖2的端部相连通，软管5另一端朝远离端盖2的方向延伸；为了保证软管5与中空管3的连通紧密性，软管5插入中空管3的端部外壁与中空管3的内壁黏合在一起，或者软管5的端部包裹在中空管3的端部外壁上。之所以采用橡胶制成的软管5，一方面是方便通过软管5进行注液以及排气，另一方面具有弹性的软管5在受到挤压形变后，可以视作是一个弹性填充体，能够有效的挤满锁定部4与通道201内壁之间的角落空隙，从而保证通道201受到锁定部4封闭时的密封性。

锁定部4相对于第一极柱21移动并挤压软管5使其封闭，锁定部4远离软管5时，软管5复位。

具体来说，为了实现锁定部4与软管5相配合的弹性锁定功能，第一极柱21远离端盖2一端的外周壁上开设有滑槽202，滑槽202一端与通道201相连通且另一端与外界相连通，滑槽202内壁上设置有突出部211。

锁定部4插设在滑槽202内，锁定部4外表面沿滑槽202的延伸方向布设若干凹槽401，锁定部4沿滑槽202移动并使突出部211卡入其中一个凹槽401内，锁定部4朝向通道201的端部挤压软管5并抵持通道201内壁，使软管5封闭。或者简单来说，上述结构就是常见的弹性锁扣装置。

当锁定部4移动并封闭通道201时，由于第一极柱21为金属件，而锁定部4为金属件或者塑料件，第一极柱21及锁定部4都是硬质材料，即使第一极柱21及锁定部4相抵持，二者之间必然还是会存在细微的间隙，此时具有弹性的软管5填充在第一极柱21及锁定部4之间，软管5在受到锁定部4挤压后发生形变，不仅能够填满第一极柱21及锁定部4之间的细微间隙，同时也起到了一定的缓冲作用，避免锁定部4抵持第一极柱21可能对其表面造成的损伤。

而为了使锁定部4能够在压力下弹开，锁定部4插入通道201的端部朝向芯包1的表面为倾斜面，电芯内部气体挤压倾斜面，作用在倾斜面上的一部分作用力使锁定部4弹开；然后，软管5失去受压而形状复位成管状，使电芯内部气体能够通过软管5排出到电芯外，从而实现了防爆阀的功能；在完成排气后，由于软管5、通道201及锁定部4均并未受到损伤，因此只需要对电芯进行一定的处理工艺后，重新提供软管5向芯包1注入电解液，然后移动锁定部4使其重新封闭通道201，就能够使电芯重新得到使用。

相比目前的圆柱电芯上的注液孔完成注液后就需要贴片封装，以及防爆阀孔排气后就已经受损而无法重新使用，本实施例采用锁定部4、软管5及通道201相配合的结构，就实现了电芯的重复利用。

实施例三：

在实施例一的基础上，在目前的圆柱电芯的芯包1上，芯包1轴向两端分别设置有第一极耳组11及第二极耳组12。

其中，第一极耳组11靠近端盖2，第二极耳组12远离端盖2。

由于中空管3与第一极柱21固接，中空管3的其中一端与第一极耳组11或者与第二极耳组12相连接，使中空管3起到类似于转接片的功能。

具体来说，其中一种情况，中空管3与芯包1顶部的第一极耳组11相连接时，中空管3沿其长度无需延伸到芯包1轴向另一端，中空管3的端部尽可能的插入预留道101内即可。

实施例四：

在实施例一的基础上，相比实施例三，作为另一种情况，中空管3还可以与芯包1底部的第二极耳组12相连接，此时中空管3沿其长度延伸到芯包1轴向另一端，并与第二极耳组12相连接。在圆柱电芯的芯包1上，芯包1两端的全极耳组均通过揉平机构揉成若干扇形的极耳组，因此第二极耳组12与中空管3相连接时，中空管3的端部扩开，使中空管3的端部外壁同时与第二极耳组12的各扇形极耳组相连接。需要说明的是，上述结构仅是中空管3与第二极耳组12相连接的一种形式，在目前的圆柱电芯领域中，中空管3与第二极耳组12相连接已经是成熟技术，而本发明并不涉及对于这一成熟技术的改进，仅对其进行利用，因此在本实施例中并未对中空管3与第二极耳组12的连接结构及连接方法进行详细的描述。

回到正题，当中空管3与芯包1底部的第二极耳组12相连接后，中空管3可以视作第二极耳组12与第一极柱21之间的转接结构；因此第一极耳组11也需要另外的转接结构以连接到电芯外部。

如图1所示，结合图3，还包括转接件6。

其中，端盖2上还设置有第二极柱22，第二极柱22与第一极柱21间隔设置，以避免第二极柱22与第一极柱21发生误接触而造成电芯短路。

转接件6设置在第二极柱22与第一极耳组11之间；转接件6可以是常规的转接片。

在本实施例中，第一极柱21与第二极柱22均设置在电芯的同一端盖2上，因此相比现有的圆柱电芯，本实施例中的圆柱电芯的正负极都设置在电芯的同一端盖2上，这种设计的好处是，使圆柱电芯与方壳电芯类似，其正负极都位于电芯顶部，因此当若干圆柱电芯组成模组时，分别连接圆柱电芯正负极的连接管线都能够设置在电芯上方，而无需分别设置在电芯上方及下方，这不仅有助于管线的排线设计，同时也使模组的体积更小。

实施例五：

在实施例四的基础上，如图1所示，结合图4，转接件6为锥形螺旋弹簧，转接件6一端固设在第二极柱22上且另一端与第一极耳组11相接触。

端盖2抵近芯包1并挤压转接件6，使转接件6最大压缩，并使转接件6固设在端盖2上的一端也接触第一极耳组11。

在本实施例中，转接件6为锥形的螺旋弹簧，其原因在于，当螺旋弹簧最大压缩后，螺旋弹簧形变为类似于片状的结构与第一极耳组11接触，从而使螺旋弹簧起到类似于转接片的作用；相比于转接片，螺旋弹簧与第一极耳组11的接触部位无需焊接，也就不会产生转接片常见的虚焊或者产生焊渣等情况下；以及，如果采用其他种类的弹簧，例如圆柱弹簧，由于其螺旋线是重合的，因此其进行最大压缩后，螺旋线会压紧在一起，造成弹簧的厚度会较厚。

转接件6的端部可以直接焊接到第二极柱22的里端上，但本案中为了避免出现虚焊或者产生焊渣等情况下，可以通过卡接结构或者插接结构将螺旋弹簧的端部连接在第二极柱22的里端上。

另外，可以在转接件6的锥形螺旋弹簧的底部最外圈连接一个环形片，该环形片可以与第一极耳组11的全部扇形极耳组相接触，使第一极耳组11的全部极耳组都能够电性连接到第二极柱22上，从而保证了第一极耳组11的全功率输出。

实施例六：

在实施例五的基础上，尽管本发明无需采用集流盘连接全极耳，在由集流盘连接极柱的电通方式，但本发明仍然适用于采用集流盘的电芯结构，如图1所示，结合图6，还包括第一集流盘8及第二集流盘9。

其中，第一集流盘8设置在芯包1与端盖2之间并与第一极耳组11相连接。第一集流盘8中央开设有通孔801；中空管3穿过通孔801并与第一集流盘8之间留有间隙，中空管3远离端盖2的一端连接在第二集流盘9的中央，以避免形成短路。

第二集流盘9设置在芯包1轴向远离端盖2的一端并与第二极耳组12相连接。

实施例七：

在实施例四的基础上，如图1所示，结合图2，还包括隔片7。

其中，隔片7设置在端盖2远离芯包1的端面上，隔片7位于第一极柱21与第二极柱22之间，隔片7具有绝缘能力。隔片7可以视作一个灭弧装置，有效的隔开第一极柱21与第二极柱22，以防止电芯在使用的过程中发生短路。

实施例八：

在实施例一的基础上，中空管3的外壁紧贴预留道101内壁，这样做的优点是，其一为中空管3在芯包1中心起到结构支撑作用，防止芯包1因使用年限过长产生朝预留道101内部塌陷或引起电芯缺陷的可能；其二为中空管3通常为金属管，因此有助于将芯包1内部的温度传导到电芯两端进行散热。

同时为了保证中空管3与芯包1的预留道101内壁接触时不会发生短路，中空管3外壁上涂设有绝缘层。具体来说，中空管3采用表面电镀搪瓷的空芯铜管。

实施例九：

在不存在技术冲突的情况下，还包括实施例一至八的任意组合。

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 (10)

1.一种圆柱电芯，其特征在于，包括：

芯包(1)，中心沿其轴向设置有预留道(101)；

端盖(2)，设置在所述芯包(1)轴向的其中一端；

中空管(3)，插设在所述预留道(101)内；

锁定部(4)；

其中，所述端盖(2)中央设置有第一极柱(21)，所述第一极柱(21)内开设有通道(201)；

所述中空管(3)朝向所述端盖(2)的一端连接所述第一极柱(21)并与所述通道(201)相连通；

所述锁定部(4)设置在所述第一极柱(21)上，所述锁定部(4)相对于所述第一极柱(21)移动并封闭或者开启所述通道(201)远离所述中空管(3)的一端。

2.根据权利要求1所述的一种圆柱电芯，其特征在于，还包括：

软管(5)；

其中，所述软管(5)一端穿过所述通道(201)并与所述中空管(3)朝向所述端盖(2)的端部相连通，所述软管(5)另一端朝远离所述端盖(2)的方向延伸；

所述锁定部(4)相对于所述第一极柱(21)移动并挤压所述软管(5)使其封闭，所述锁定部(4)远离所述软管(5)时，所述软管(5)复位。

3.根据权利要求2所述一种圆柱电芯，其特征在于：所述第一极柱(21)远离所述端盖(2)一端的外周壁上开设有滑槽(202)，所述滑槽(202)一端与所述通道(201)相连通且另一端与外界相连通，所述滑槽(202)内壁上设置有突出部(211)；

所述锁定部(4)插设在所述滑槽(202)内，所述锁定部(4)外表面沿所述滑槽(202)的延伸方向布设若干凹槽(401)，所述锁定部(4)沿所述滑槽(202)移动并使所述突出部(211)卡入其中一个所述凹槽(401)内，所述锁定部(4)朝向所述通道(201)的端部挤压所述软管(5)并抵持所述通道(201)内壁，使所述软管(5)封闭。

4.根据权利要求1所述一种圆柱电芯，其特征在于：所述芯包(1)轴向两端分别设置有第一极耳组(11)及第二极耳组(12)；

所述第一极耳组(11)靠近所述端盖(2)；

所述第二极耳组(12)远离所述端盖(2)；

所述中空管(3)的其中一端与第一极耳组(11)或者与第二极耳组(12)相连接。

5.根据权利要求4所述一种圆柱电芯，其特征在于，还包括：

转接件(6)；

其中，所述中空管(3)远离所述端盖(2)的一端与所述第二极耳组(12)相连接；

所述端盖(2)上还设置有第二极柱(22)，所述第二极柱(22)与所述第一极柱(21)间隔设置；

所述转接件(6)设置在所述第二极柱(22)与第一极耳组(11)之间。

6.根据权利要求5所述一种圆柱电芯，其特征在于，还包括：

隔片(7)；

其中，所述隔片(7)设置在所述端盖(2)远离所述芯包(1)的端面上，所述隔片(7)位于所述第一极柱(21)与所述第二极柱(22)之间，所述隔片(7)具有绝缘能力。

7.根据权利要求5所述一种圆柱电芯，其特征在于：所述转接件(6)为锥形螺旋弹簧，所述转接件(6)一端固设在所述第二极柱(22)上且另一端与所述第一极耳组(11)相接触；

所述端盖(2)抵近所述芯包(1)并挤压所述转接件(6)，使所述转接件(6)最大压缩，并使所述转接件(6)固设在所述端盖(2)上的一端也接触所述第一极耳组(11)。

8.根据权利要求5所述一种圆柱电芯，其特征在于，还包括：

第一集流盘(8)，设置在所述芯包(1)与所述端盖(2)之间并与所述第一极耳组(11)相连接；

第二集流盘(9)，设置在所述芯包(1)轴向远离所述端盖(2)的一端并与所述第二极耳组(12)相连接；

其中，所述第一集流盘(8)中央开设有通孔(801)；

所述中空管(3)穿过所述通孔(801)并与所述第一集流盘(8)之间留有间隙，所述中空管(3)远离所述端盖(2)的一端连接在所述第二集流盘(9)的中央。

9.根据权利要求1所述一种圆柱电芯，其特征在于：所述中空管(3)的外壁紧贴预留道(101)内壁，所述中空管(3)外壁上涂设有绝缘层。

10.根据权利要求1所述一种圆柱电芯，其特征在于：所述中空管(3)远离所述端盖(2)的端部贯通或者封闭，所述中空管(3)的外周壁上均匀布设有若干镂空孔。

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