CN116525971A - 一种带有工字型芯轴的圆柱电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有工字型芯轴的圆柱电池，包括圆柱形壳体、卷芯、正极集流盘、负极集流盘和负极盖板，所述卷芯内置在圆柱形壳体空腔内，正极集流盘和负极集流盘分别设置在卷芯的两端，所述圆柱形壳体位于正极集流盘一端为封口端，封口端中心设有注液孔，位于负极集流盘一端为开口端，与负极盖板密封相连，所述卷芯套设在工字型芯轴上，芯轴的轴部贯穿开设有多边形结构的内孔，芯轴的端部设有耐温隔热的防护层。本发明的圆柱电池，卷芯套设在芯轴上，在卷绕时可以防止内层的极片褶皱造成电池性能差的现象，同时，防护层的设置可防止焊接时热量传递至下方损伤极片和隔膜，从而提高电池良率。

Description

一种带有工字型芯轴的圆柱电池

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种带有工字型芯轴的圆柱电池。

背景技术

随着新能源产业的发展，新能源电池，如锂离子电池在储能、电动车、航空等领域取得了巨大的运用，电池的需求量也逐日增加。

目前，圆柱电池多采用全极耳与多极耳的工艺，全极耳在揉平过程中极易产生碎屑影响电池生产良率，不管是全极耳还是多极耳在与集流盘的焊接质量很难检测，焊接设备功率降低易造成虚焊，功率增大容易造成底部隔膜或料区的损伤。同时，在制备直径较大的圆柱电池时，卷绕过程中和卷针抽出时内侧料区易造成褶皱。

因此，亟需发明一种新型结构的圆柱电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带有工字型芯轴的圆柱电池，通过对锂离子圆柱电池整体结构的改进，使得圆柱电池的制造工艺进一步得到改善，以解决上述背景技术提出的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明公开了一种带有工字型芯轴的圆柱电池，包括圆柱形壳体、卷芯、正极集流盘、负极集流盘和负极盖板，所述卷芯内置在圆柱形壳体空腔内，正极集流盘和负极集流盘分别设置在卷芯的两端，所述圆柱形壳体位于正极集流盘一端为封口端，封口端中心设有注液孔，位于负极集流盘一端为开口端，与负极盖板密封相连，所述卷芯套设在工字型芯轴上，芯轴的轴部贯穿开设有多边形结构的内孔，芯轴的端部设有耐温隔热的防护层。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

本发明的圆柱电池，卷芯套设在芯轴上，卷绕时可防止卷芯内层的极片褶皱造成电池性能差的现象，尤其在大直径圆柱电池上效果更明显，提高电池良率；

本发明的极耳采用切割结构设计，相比较于全极耳和多极耳卷芯焊接，实际焊接连通的极耳数量更多，内阻更小，过流能力更强，且可以根据极耳的数量设计过流能力；

本发明的芯轴端部设有防护层，在焊接时可防止焊接热量传递至下方损伤极片和隔膜，一定程度上可以提升焊接功率，使得焊接质量更高，焊接良品率更高，提前设计的防护层比卷绕完成后放入隔圈的生产效率也更高；

本发明的注液孔设置在圆柱形壳体底部中心，给注液和防爆阀起爆提供了流通通道，注液效率更高，泄压效率更高，安全性能更稳定；

本发明的正极集流盘通过台阶结构与圆柱形壳体配合连接，使得焊接定位更准确，提高空间利用率；

本发明的负极盖板，内极柱和外极柱互套后焊接，解决单一极柱注胶固定时密封垫片回弹的现象；

本发明的圆柱电池为单通设计，圆柱形壳体与正极集流盘通过配合结构实现了穿透焊接定位，相比较于折叠的集流盘和双通设计结构，空间利用率更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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。其中：

图1是本发明实施例圆柱电池的爆炸图；

图2是本发明实施例圆柱形外壳的结构示意图；

图3是图2局部A结构的放大示意图；

图4是本发明实施例芯轴的结构示意图；

图5是本发明实施例正极集流盘的结构示意图；

图6是本发明实施例负极集流盘的结构示意图；

图7是本发明实施例极耳的结构示意图；

图8是本发明实施例极片极耳切割结构示意图；

图9是本发明实施例负极盖板的结构示意图；

图10是图9负极盖板的放大示意图；

图中，1-圆柱形壳体，11-封口端，12-开口端，13-台阶，14-注液孔，15-环形凹槽；

2-芯轴，21-轴部，22-端部，23-内孔，24-防护层；

3-正极集流盘，31-第一凸台，32-第二凸台；

4-负极集流盘，41-弧形凸台；

5-极耳；

6-负极盖板，61-内极柱，62-密封垫片，63-绝缘片、64-盖片，65-绝缘塑料，66-外极柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1至图3所示，本发明实施例公开了一种带有工字型芯轴的圆柱电池，包括圆柱形壳体1、卷芯、正极集流盘3、负极集流盘4和负极盖板6，所述卷芯内置在圆柱形壳体1空腔内，正极集流盘3和负极集流盘4分别设置在卷芯的两端，所述圆柱形壳体1位于正极集流盘3一端为封口端11，封口端11中心设有注液孔14，位于负极集流盘4一端为开口端12，与负极盖板6密封相连。

本发明的圆柱电池采用单体设计，相比较与折叠的集流盘和双通设计结构，空间利用率更高，圆柱形壳体1与正极集流盘3通过配合结构实现穿透焊接定位。

在实际应用中，注液孔14的外表面设有台阶13，两层台阶结构，第一层台阶用于焊接防爆片，第二层台阶用于粘接保护片，且台阶的设计，使得生产过程中化成钉的使用更加稳定，且不易向内脱落。

注液孔14一方面是电解液的通孔，另一方面还起到防爆起爆气体的通孔。位于注液孔14内表面设有加强层，加强层的设计为防爆片提供焊接位置并加强焊接厚度，同时下沉结构给防爆片与保护片之间预留更宽的空隙，方便起爆。

以注液孔14为中心，圆柱形壳体1位于封口端11的内表面和外表面均设有同心的环形凹槽15。外表面环形凹槽15的宽度可大于或等于内表面环形凹槽15的宽度。其中，内表面设置环形凹槽15的目的在于与正极集流盘3凸台配合定位。外表面设有与内表面同心的环形凹槽15，可以准确识别正极集流盘3与内表面环形凹槽15相配合连接的位置，同时减少封口端的厚度，方便与正极集流盘3穿透焊接。

如图4所示，卷芯套设在工字型芯轴2上，芯轴的轴部21贯穿开设有多边形结构的内孔23，内孔结构可以是正方形、六边形或其它不规则形状，设计成多边型结构的目的在于绕卷装夹时其芯轴具有防转功能。

进一步，芯轴的端部22为圆形，带有一圆形台阶，根据设计需求端部和台阶的形状可以为方形、多变形、弧形或花瓣形等结构。芯轴的端部22设有用于耐温隔热的防护层24，防护层24的材质为云母、胶合云母板、陶瓷、涂层等耐温隔热材料，通过胶粘、喷涂等工艺与端部进行复合。

实际应用中，在制备直径较大的圆柱电池时，卷绕过程中和卷针抽出时内侧料区易造成褶皱。因此，芯轴2的设计，在绕卷时可以防止内层极片褶皱造成电池性能差，在大直径圆柱电池上效果更明显，可提高电池良率。

在极耳5堆叠区域下方与芯轴端部22设有耐温隔热的防护层24，焊接时可防止焊接热量传递至下方损伤极片和隔膜，一定程度上可以提升焊接功率，提高焊接质量，焊接良品率更高。实践表明，芯轴端部22设置的防护层24比绕卷完成后放入隔圈的生产效率更高。

如图5-6所示，卷芯包括绕卷部和与所述绕卷部相连的极耳部，绕卷部绕卷在芯轴2上，绕卷在芯轴2内圈的极耳为连续的，裁切高度不高于隔膜，高度与隔膜齐平即可。绕卷在芯轴2外圈的极耳，不高出隔膜高度的极耳5为连续的，高出隔膜高度或防护层高度的极耳5由内往外呈递增高度切割，可为剃形、弧形或其它形状，形成的多极耳折弯后层叠在防护层24表面。此裁切方式，可使折弯后的多极耳末端均与芯轴内孔23的边缘齐平或与圆形台阶边缘齐平，解决统一高度的全极耳或多极耳在揉平过程中极易产生碎屑影响电池生产良率的问题。

为进一步方便折叠，裁切后呈高度递增相邻极耳5之间留有间断区域。极耳堆叠焊接，相比较全极耳和多极耳卷芯，实际焊接连通的极耳数量更多，内阻更小，过流能力更强，且可以根据极耳的数量设计过流能力。

如图7所示，正极集流盘3的中心设有与注液孔14相对应的通孔，为了在焊接时保护卷芯，正极集流盘3的通孔直径小于或等于注液孔14直径。为使正极集流盘3与极耳5焊接紧密，以通孔为中心，正极集流盘3设有用于压实极耳的第一凸台31，与之相对应的正极集流盘另一面为凹陷结构，凹陷结构可避开注液孔14下方的加强层，同时在防爆片焊接时起到保护卷芯的作用，多了一层隔离空间。

正极集流盘3与圆柱形壳体1相接触的一面设有与封口端环形凹槽相配合连接的第二凸台32，与之相对应正极集流盘另一面为凹陷结构。第二凸台32设置在第一凸台31的外圈，第二凸台32可使正极集流盘3与圆柱形壳体环形凹槽结构压实更紧密，提高激光穿透焊接质量，焊接长度具有可设计性。

如图8所示，负极集流盘4中心孔的外侧也设有用于压实极耳的凸台，可为两瓣或两瓣以上的弧形凸台41。同理，负极集流盘4上设置凸台的目的也是为了压实防护层上层叠的极耳5，进一步提高焊接质量。

如图9和图10所示，负极盖板6包括内极柱61、绝缘片63、盖片64、绝缘塑料65和外极柱66，其中盖片64中心孔位于内极柱61一侧上设有台阶，放置有密封垫片62，内极柱61经绝缘片63穿过盖片64中心孔，外极柱66经绝缘塑料65从另一侧穿过盖片64中心孔与内极柱61套接相连。

在实际应用中，绝缘片63中心孔的外径与盖片64台阶的外径相同，套设在密封垫片62上。为保证内极柱61与盖片64完全绝缘，绝缘片63上设有用于放置内极柱61底部的台阶，装配后，内极柱61的底部位于台阶处，与绝缘片63处于同一平面。绝缘塑料65与密封垫片62内侧紧密相连，用于填充间隙实现绝缘与密封。

装配时，首先将绝缘片63、密封垫片62和绝缘塑料65以盖片64中心孔为基准，装配在盖片64上；其次，将外极柱66从绝缘塑料65一侧插入盖片64中心孔，再从绝缘片63一侧插入内极柱61，内极柱61底部压在绝缘片63的台阶处，从盖片64两侧压紧内极柱61和外极柱66，使密封垫片62压缩形成压实状态，从盖片64外侧沿极柱装配缝隙周围焊接，实现密封固定；最后，负极集流盘4与内极柱61焊接连通。

本发明的负极盖板，内极柱与外极柱为套筒结构，焊接固定时，密封垫片处于压实状态，可实现密封固定，解决单一使用一极柱在进行注胶过程中，密封垫片易出现回弹的现象。

本发明的另一实施例公开了一种带有工字型芯轴的圆柱电池的制备步骤，具体包括如下步骤：

步骤一，两端带有防护层24的芯轴2装夹在卷绕设备上，极片按设计的极耳位置裁切后入卷在芯轴2上，卷绕完成后拍平极耳5翻折至防护层24的上方，并压实；

步骤二，正极集流盘3焊接，焊接区域为正极集流盘3上的第一凸台31往层叠的极耳5上，即防护层24上方焊接，焊接时先对准压紧，正极集流盘3的中心通孔与芯轴2内孔23同心对准，焊接质量更高，良率更高；

步骤三，卷芯入壳，正极集流盘第二凸台32对准圆柱形壳体封口端11内侧的环形凹槽15压紧，从圆柱形壳体封口端11外侧的环形凹槽15激光穿透焊接正极集流盘3和圆柱形壳体1，形成电连通；

负极集流盘4与负极盖板极柱焊接后集流盘为展平状态，此时负极集流盘4上的弧形凸台41往层叠的极耳5上焊接，焊接时先对准压紧，负极集流盘4的中心通孔与芯轴内孔23同心对准；负极集流盘4与极耳5焊接完成后集流盘折弯，负极盖板6与圆柱形壳体1装配周圈激光焊接密封；

步骤四，从圆柱形壳体封口端11注液孔14向内注电解液，注液完成后，激光清洗圆柱形壳体注液孔14附近残留的电解液；焊接防爆片，粘接保护片，圆柱形壳体1外层包胶。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式，并不用于限定本发明保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种带有工字型芯轴的圆柱电池，其特征在于，包括圆柱形壳体、卷芯、正极集流盘、负极集流盘和负极盖板，所述卷芯内置在圆柱形壳体空腔内，正极集流盘和负极集流盘分别设置在卷芯的两端，所述圆柱形壳体位于正极集流盘一端为封口端，封口端中心设有注液孔，位于负极集流盘一端为开口端，与负极盖板密封相连，所述卷芯套设在工字型芯轴上，芯轴的轴部贯穿开设有多边形结构的内孔，芯轴的端部设有耐温隔热的防护层。

2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述卷芯包括绕卷部和与所述绕卷部相连的极耳部，绕卷部绕卷在芯轴上，高出防护层外部的极耳由内往外呈递增高度切割，形成的多极耳折弯后层叠在防护层表面。

3.根据权利要求1或2所述的圆柱电池，其特征在于，所述防护层为云母、胶合云母板、陶瓷的一种。

4.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述注液孔的外表面为台阶结构，内表面设有加强层。

5.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，以注液孔为中心，位于所述封口端的内表面和外表面均设有同心的环形凹槽。

6.根据权利要求2所述的圆柱电池，其特征在于，折弯后的多极耳末端均与芯轴内孔的边缘齐平。

7.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述正极集流盘的中心设有与注液孔相对应的通孔，且通孔的直径小于或等于注液孔的直径。

8.根据权利要求7所述的圆柱电池，其特征在于，所述正极集流盘与圆柱形壳体相接触的一面设有与封口端凹槽相配合连接的圆形凸台，与凸台对应的另一面为凹陷结构。

9.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述正极集流盘与极耳相焊接的一面设有用于压实极耳的圆形凸台，与凸台对应的另一面为凹陷结构。

10.根据权利要求9所述的圆柱电池，其特征在于，所述负极集流盘中心孔外侧设有用于压实极耳的凸台，所述凸台为两瓣或两瓣以上的弧形结构。

11.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述台阶结构为两层，第一层台阶用于焊接防爆片，第二层台阶用于粘接保护片。

12.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述负极盖板包括内极柱、绝缘片、盖片、绝缘塑料和外极柱，所述盖片中心孔位于内极柱一侧上设有台阶，放置有密封垫片，内极柱经绝缘片穿过盖片中心孔，外极柱经绝缘塑料从另一侧穿过盖片中心孔与内极柱套接，所述内极柱与负极集流盘焊接连通。

13.根据权利要求12所述的圆柱电池，其特征在于，所述绝缘片中心孔套设在密封垫片上，绝缘片上设有用于放置内极柱底部的台阶。