CN116365009B - 中心管成型方法、电池和用电设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种中心管成型方法、电池和用电设备，涉及电池技术领域。本申请的中心管成型方法包括将非固态的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中，中心管原料固化后得到插设于中心孔隙的中心管。通过使中心管直接在卷芯的中心孔隙中成型，取代了传统工艺中将已经成型的中心管插入到卷芯的中心孔隙的过程，从而避免了在插入中心管的过程中中心管对卷芯的机械损伤。本申请提供的电池包括了上述成型方法得到的插设有中心管的卷芯。本申请提供的用电设备，包括上述的电池。

Description

中心管成型方法、电池和用电设备

技术领域

本申请涉及电池技术领域，具体而言，涉及中心管成型方法、电池和用电设备。

背景技术

锂离子电池中，正极极片、负极极片和隔膜通过卷针向同一方向转动卷绕形成卷芯，卷芯会形成中心孔隙。电池在充放电过程中卷芯在径向上会有一定程度的膨胀，包括向外和向内的膨胀。其中，向外膨胀有壳体支撑，向内膨胀时若无物体支撑，会使卷芯因形变而损坏。传统的方式是在卷芯的中心孔隙中插入中心管来进行支撑，但插入中心管时，有可能因为中心管与卷芯的碰撞、摩擦而导致卷芯受损。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本申请的目的在于提供一种中心管成型方法、电池和用电设备，可改善中心管插入时损伤卷芯的问题。

本申请是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种中心管成型方法，包括：

将非固态的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中，中心管原料固化后得到插设于中心孔隙的中心管。

在可选的实施方式中，在将非固态的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中的步骤之前，中心管成型方法还包括：

获取与顶盖组件接触的卷芯，其中，卷芯在轴向上的两端分别形成第一端面和第二端面，中心孔隙的两端分别延伸至第一端面和第二端面，顶盖组件设置于第一端面以封堵中心孔隙位于第一端面的一端。

在可选的实施方式中，将非固化的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中的步骤，包括：

将卷芯的第一端面朝下，将具有流动性的中心管原料从中心孔隙位于第二端面的一端注入，直至中心管原料的液面位置距离第二端面2~4mm。

在可选的实施方式中，中心管原料包括聚氨酯。

在可选的实施方式中，中心管原料还包括固化剂。

在可选的实施方式中，固化剂为封闭型异氰酸酯型固化剂。

在可选的实施方式中，非固态的中心管原料通过以下方式制得：

将液态的聚氨酯和固化剂按质量比（0.5~2）:1混合后搅拌至呈现凝胶态。

在可选的实施方式中，中心孔隙中的中心管原料在常温或低于常温下固化形成中心管。

第二方面，本申请提供一种电池，包括前述实施方式中任一项的中心管成型方法制得的插设有中心管的卷芯。

在可选的实施方式中，电池为圆柱电池。

第三方面，本申请提供一种用电设备，包括前述第二方面提供的电池。

本申请具有以下有益效果：

本申请的中心管成型方法包括将非固态的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中，中心管原料固化后得到插设于中心孔隙的中心管。通过使中心管直接在卷芯的中心孔隙中成型，取代了传统工艺中将已经成型的中心管插入到卷芯的中心孔隙的过程，从而避免了在插入中心管的过程中中心管对卷芯的机械损伤。

本申请提供的电池包括了上述成型方法得到的插设有中心管的卷芯。该电池的卷芯不容易有划痕、掉粉、断裂等现象。

本申请提供的用电设备，包括上述的电池。该用电设备的电池具有稳定的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请一种实施例中中心管成型方法的流程图；

图2为本申请一种实施例中在中心孔隙中注入中心管原料的示意图。

主要元件符号说明：100-壳体；200-卷芯；201-第一端面；202-第二端面；210-中心孔隙；300-中心管原料；400-顶盖组件；410-正极转接片；420-正极柱。

具体实施方式

锂离子电池中，正极极片、负极极片和隔膜通过卷针向同一方向转动卷绕形成卷芯，卷芯会形成中心孔隙。电池在充放电过程中卷芯在径向上会有一定程度的膨胀。卷芯的外侧有壳体支撑，如果卷芯内无物体支撑，会使卷芯因形变而损坏。相关技术中为了避免卷芯中部缺乏支撑，在卷芯卷绕成型后，在中心孔隙中插入中心管来进行支撑。但插入中心管时，有可能因为中心管与卷芯的碰撞、摩擦而导致卷芯内侧受损，影响电池性能。

为了改善相关技术中插入中心管时容易导致卷芯受损的问题，本申请实施例提供一种中心管成型方法，通过将非固态的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中，使中心管原料固化后直接形成插设于中心孔隙的中心管，省去了插入固态中心管的步骤，因此不容易损伤卷芯，保证了电池性能。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

本申请实施例提供的中心管成型方法，包括将非固态的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中，中心管原料固化后得到插设于中心孔隙的中心管。通过令中心管直接在卷芯的中心孔隙中固化成型，避免了将固态中心管插入中心孔隙的过程中导致的中心管与卷芯的摩擦、碰撞，因此不容易损坏卷芯。

图1为本申请一种实施例中中心管成型方法的流程图；图2为本申请一种实施例中在中心孔隙210中注入中心管原料300的示意图。如图1和图2所示，可选的，中心管成型方法具体包括：

步骤S100，获取与顶盖组件400接触的卷芯200，其中，卷芯200在轴向上的两端分别形成第一端面201和第二端面202，中心孔隙210的两端分别延伸至第一端面201和第二端面202，顶盖组件400设置于第一端面201以封堵中心孔隙210位于第一端面201的一端。

步骤S200，将卷芯200的第一端面201朝下，将具有流动性的中心管原料300从中心孔隙210位于第二端面202的一端注入，直至中心管原料300的液面位置距离第二端面202 2~4mm。

在本申请实施例中，卷芯200由重叠设置的正极片、隔膜以及负极片卷绕而成，中部形成中心孔隙210，该中心孔隙210沿着卷芯200的轴向延伸，中心孔隙210的两端均与外部连通。在灌注中心管原料300之前，顶盖组件400已预先设置于第一端面201以封堵中心孔隙210位于第一端面201的一端。

具体在本实施例中，卷芯200的第一端面201为正极端面，第二端面202为负极端面，第一端面201设置有正极极耳，第二端面202设置有负极极耳。顶盖组件400包括正极柱420和正极转接片410，正极转接片410与卷芯200的正极极耳电连接，并且正极转接片410封堵中心孔隙210位于第一端面201的一端。正极转接片410与正极柱420扭矩焊接。

在本实施例中，正极柱420作为电池正极，而壳体100作为电池负极，因此正极柱420与壳体100之间通过绝缘件进行电性隔离。在可选的其他实施例中，卷芯200的正极极耳、负极极耳也可以位于同一端；电池也可以设置两个极柱，分别为正极柱420和负极柱，并分别于正极极耳和负极极耳电连接。

在本实施例中，中心管原料300浇注至液面位置与第二端面202距离2~4mm，如此可以避免因浇注过多导致中心管原料300外溢影响电池性能或者因浇注不足导致最终形成的中心管支撑效果不佳。

在可选的其他实施例中，也可以不利用顶盖组件400对中心孔隙210的一端进行封堵，而是另外使用封堵工具（比如挡板）封堵中心孔隙210的一端，然后从中心孔隙210的另一端进行原料浇注。中心管成型之后再移除封堵工具，进行焊接顶盖组件400等后续组装工作。在使用封堵工具进行封堵的情况下，也可以将封堵工具覆盖在卷芯200的第二端面202以封堵中心孔隙210位于第二端面202的一端。

可选的，中心管原料300包括聚氨酯。聚氨酯是一种具有高低温性能，硬度高，耐腐蚀的高分子材料，适合作为中心管的材料。进一步的，中心管原料300还包括固化剂，可选的，固化剂为封闭型异氰酸酯型固化剂。

单纯的聚氨酯不容易在较短时间内固化，所以加入封闭型异氰酸酯型固化剂，可让聚氨酯在常温或者低于常温环境下快速固化。因为封闭型异氰酸酯固化剂低温或常温下可与聚氨酯反应，反应时固化剂释放出的异氰酸酯（-NCO）基团与聚氨酯分子链上氨基基团反应形成交联结构，改善聚氨酯性能。

另外，加入固化剂也能提高聚氨酯的胶合强度和耐腐蚀性，从而提高中心管的寿命以及与卷芯200结合的稳定性。

可选的，非固态的中心管原料300通过以下方式制得：将液态的聚氨酯和固化剂按质量比（0.5~2）:1混合后搅拌至呈现凝胶态。可选的，聚氨酯和固化剂按质量比1:1混合。

在可选的其他实施例中，中心管原料300可以以液态或者粘稠胶状形态灌注于中心孔隙210中。

在本实施例中，由于使用了聚氨酯和固化剂作为中心管原料300，因此中心孔隙210中的中心管原料300可在常温或低于常温下固化形成中心管。避免了卷芯200因高温而损坏，保证了电池的性能和良率。

以下结合具体实施例、对比例以及测试，对本申请实施例的有益效果进行说明。

实施例1

本实施例提供一种中心管成型方法，包括以下步骤：

先取完成正极转接片和正极柱扭矩焊接的卷芯，正极端面朝下，聚氨酯和封闭型异氰酸酯型固化剂各取50g搅拌混合均匀，待二者呈现凝胶态后作为中心管原料注入卷芯的中心孔隙，加入的高度距离负极端面3mm。最终中心管原料完全固化形成中心管。

对比例1

该对比例提供一种传统插入式中心管，先取完成正极转接片和正极柱扭矩焊接的卷芯，正极端面朝下，将已经成型的中心管插入卷芯的中心孔隙，中心管的端部距离负极端面3mm。

上述实施例1、对比例1中，卷芯的正极极片通过以下方式制得：

将NCM613三元材料、PVDF粘结剂、碳纳米管、导电炭黑以96：2：0.8：1.2比例混合均匀后，涂布在铝箔上，经烘烤、辊压、分条和模切后，得到正极极片。

卷芯的负极极片通过以下方式制得：

按95.5：2：1.0：1.5的质量比例将人造石墨、导电炭黑、羧甲基纤维素钠和丁苯橡胶混合均匀后进行涂布在铝箔上，经烘烤、辊压、分条和模切后，得到负极极片。

隔膜选用厚度7μm的PP基膜，在基膜两侧涂覆有厚度为3μm的陶瓷层。

取上述实施例1和对比例1制作得到的插设有中心管的卷芯各50个，慢慢拆开实施例和对比例的卷芯，观察正极极片、负极极片、隔膜的第1圈和第2圈的界面情况，看是否出现划痕、掉粉、断裂等现象。出现异常现象的卷芯数量以及占实施例和对比例的比例如下表所示。

从上表可见，采用本申请实施例提供的中心管成型方法相较于传统的插入式中心管，由于中心管在中心孔隙中直接成型，不会与卷芯产生摩擦、碰撞，因此其不容易对卷芯造成划痕、掉粉、断裂等损伤，有利于保证电池的性能和良率。

本申请实施例提供的电池，包括上述实施例提供的中心管成型方法制得的插设有中心管的卷芯。此外，电池还包括壳体和顶盖组件，卷芯设置于壳体内，壳体内还填充有电解液。电池可以是圆柱电池，也可以是方形电池。电池可以是锂离子电池、钠离子电池或者其他类型的二次电池。

本申请提供实施例的用电设备，包括本申请实施例提供的电池。用电设备可以是新能源汽车，也可以是其他需要电力驱动的设备。

综上所述，本申请的中心管成型方法包括将非固态的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中，中心管原料固化后得到插设于中心孔隙的中心管。通过使中心管直接在卷芯的中心孔隙中成型，取代了传统工艺中将已经成型的中心管插入到卷芯的中心孔隙的过程，从而避免了在插入中心管的过程中中心管对卷芯的机械损伤。

本申请提供的电池包括了上述成型方法得到的插设有中心管的卷芯。该电池的卷芯不容易有划痕、掉粉、断裂等现象。

本申请提供的用电设备，包括上述的电池。该用电设备的电池具有稳定的性能。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种中心管成型方法，其特征在于，包括：

获取与顶盖组件接触的卷芯，其中，所述卷芯在轴向上的两端分别形成第一端面和第二端面，中心孔隙的两端分别延伸至所述第一端面和第二端面，所述顶盖组件设置于所述第一端面以封堵所述中心孔隙位于所述第一端面的一端；

将非固态的中心管原料从所述中心孔隙位于所述第二端面的一端注入所述卷芯的中心孔隙中，所述中心管原料固化后得到插设于所述中心孔隙的中心管。

2.根据权利要求1所述的中心管成型方法，其特征在于，将非固化的中心管原料注入卷芯的中心孔隙中的步骤，包括：

将所述卷芯的所述第一端面朝下，将具有流动性的所述中心管原料从所述中心孔隙位于所述第二端面的一端注入，直至所述中心管原料的液面位置距离所述第二端面2~4mm。

3.根据权利要求1或2所述的中心管成型方法，其特征在于，所述中心管原料包括聚氨酯。

4.根据权利要求3所述的中心管成型方法，其特征在于，所述中心管原料还包括固化剂。

5.根据权利要求4所述的中心管成型方法，其特征在于，所述固化剂为封闭型异氰酸酯型固化剂。

6.根据权利要求4所述的中心管成型方法，其特征在于，非固态的所述中心管原料通过以下方式制得：

将液态的聚氨酯和固化剂按质量比（0.5~2）:1混合后搅拌至呈现凝胶态。

7.根据权利要求4所述的中心管成型方法，其特征在于，所述中心孔隙中的所述中心管原料在常温或低于常温下固化形成所述中心管。

8.一种电池，其特征在于，包括权利要求1-7中任一项所述的中心管成型方法制得的插设有所述中心管的所述卷芯。

9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述电池为圆柱电池。

10.一种用电设备，其特征在于，包括根据权利要求8或9所述的电池。