CN116995373A - 一种集流盘结构及圆柱电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集流盘结构及圆柱电池，涉及锂电池电芯结构设计技术领域。该集流盘结构包括正极焊接端子、绝缘件、正极集流片和负极集流片，绝缘件包括中心孔，且绝缘件边缘采用翻边结构；正极焊接端子与正极集流片穿过绝缘件中心孔进行连接，负极集流片包括大面和小面，负极集流片大面附在绝缘件下方，小面通过翻边结构向外延伸。集流盘结构与顶盖、壳体和卷芯一同组成圆柱电池，通过集成化的正负极集流盘与卷芯同侧出极耳的设计使电芯内部非焊接面无需增加零件，高度方向的利用率增加，提升了空间的利用率。

Description

一种集流盘结构及圆柱电池

技术领域

本发明涉及锂电池电芯结构设计技术领域，尤其涉及一种集流盘结构及圆柱电池。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着社会的快速发展，环保意识的不断提高，电池因其具有良好的大功率充放电性能、温度特性好、循环使用寿命长、绿色环保等优点，己受到普遍重视和使用。其中，锂离子电池由于其能量密度高，体积小，重量轻，环保无污染，无记忆效应等显著优点逐步成为能源领域的首选。

目前市场上的圆柱锂电池卷芯大多为卷芯双侧出极耳，且两侧各与正负极集流盘焊接，再由集流盘引出电流至极柱和壳体设计，正负极集流盘无法一次焊接组装，装配工序复杂。并且现有的圆柱电芯中集流盘与壳体连接方式采用外部穿透焊接或者内部拼接焊接结构，装配工艺复杂且零件数目较多，成本偏高，对锂电池的空间占用率大，影响锂电池的能量密度，且内部两侧都会被占用一定空间，限制空间利用率，影响电芯容量。另外集流盘与盖板或者壳体的连接通过外部穿透焊接或者缝焊接，焊接难度大，容易造成外部镍层脱落，影响防锈效果，焊接熔渣难控制，易造成电芯短路的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种集流盘结构及圆柱电池，通过集成化的正负极集流盘组件减少电芯内部零件数量，增大了体积利用率。并且集流盘外延采用翻边结构，减小了加工难度，降低了成本，焊接时与卷芯隔离，避免了熔渣掉落卷芯内部，造成短路的风险，避免了焊接集流盘时破坏壳体外部镍层造成生锈风险的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明第一方面提供了一种集流盘结构，包括正极焊接端子、绝缘件、正极集流片和负极集流片，所述绝缘件包括中心孔，且绝缘件边缘采用翻边结构；正极焊接端子与正极集流片穿过绝缘件中心孔进行连接，所述负极集流片包括大面和小面，负极集流片大面附在绝缘件下方，小面通过翻边结构向外延伸。

进一步的，所述正极焊接端子形状与绝缘件的中心孔相适应，下表面设置有凸起。

更进一步的，所述正极焊接端子通过凸起穿过绝缘件中心孔与正极集流片进行连接。

进一步的，所述绝缘件边缘与中心孔之间通过若干连接部进行连接，所述连接部上设置有贯穿孔。

进一步的，所述绝缘件中心孔处还延伸出若干压板，压板另一端不与绝缘件边缘连接。

进一步的，所述负极集流片的小面通过翻边结构设计高于大面。

进一步的，所述绝缘件边缘设置有缺口，供所述负极集流片的小面伸出。

本发明第二方面提供了一种圆柱电池，包括如上任一所述的一种集流盘结构，还包括顶盖、壳体和卷芯，所述卷芯采用单侧出正负极耳，卷芯另一侧与壳体紧密贴合，所述顶盖包括顶盖基板，顶盖基板分别与壳体和负极集流片连接。

进一步的，圆柱电池之间通过异性弯折结构的busbar连接。

进一步的，所述圆柱电池还包括密封铝钉，所述密封铝钉通过密封胶圈与顶盖连接。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

本发明公开了一种集流盘结构，将现有的集流盘与壳体连接方式从外部穿透焊接或者内部拼接焊接结构改为集流盘外延翻边结构，减小了加工难度，降低了成本，焊接时与卷芯隔离，避免了熔渣掉落卷芯内部，造成短路的风险，避免了焊接集流盘时破坏壳体外部镍层造成生锈风险的问题。

本发明公开了一种圆柱电池，将现有的卷芯两侧出极耳设计改为同侧出极耳，通过集成化的正负极集流盘组件减少电芯内部零件数量，增大了体积利用率。集成化的设计可在同一台激光焊接设备上使用一个工作台将正极集流片、负极集流片与卷芯同时焊接成型，达到减少组装工序，减少加工设备，提高工作效率，减少加工周期的作用；同时，集成化的正负极集流盘与卷芯同侧出极耳的设计使电芯内部非焊接面无需增加零件，高度方向的利用率增加，提升了空间的利用率。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例一中集流盘拆分结构示意图；

图2为本发明实施例一中集流盘整体结构示意图；

图3为本发明实施例一中正极焊接端子整体结构示意图；

图4为本发明实施例一中正极焊接端子正视图；

图5为本发明实施例一中绝缘件整体结构示意图；

图6为本发明实施例一中绝缘件俯视图；

图7为本发明实施例一中绝缘件边缘示意图；

图8为本发明实施例一中集流盘与顶盖连接结构示意图；

图9为本发明实施例二中圆柱电池剖视图；

图10为本发明实施例二中多个圆柱电池连接整体结构示意图；

图11为本发明实施例二中busbar侧视图；

图12为本发明实施例二中busbar俯视图；

图13为本发明实施例二中多个圆柱电池连接俯视图；

其中，1、顶盖，2、集流盘，201、正极焊接端子，2011、凸起，202、绝缘件，2021、贯穿孔，2022、中心孔，2023、压板，2024、缺口，2025、绝缘件边缘，203、正极集流片，204、负极集流片，2041、小面，3、壳体，4、卷芯，5、密封铝钉，6、密封胶圈，7、busbar。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

实施例一：

本发明实施例一提供了一种集流盘结构，如图1、图2所示，包括正极焊接端子201、绝缘件202、正极集流片203和负极集流片204。绝缘件202材质为绝缘塑料，包括中心孔2022，且绝缘件边缘2025采用翻边结构；正极焊接端子201与正极集流片203穿过绝缘件中心孔2022进行连接，具体采用激光焊接的方式。负极集流片204包括大面和小面2041，负极集流片大面附在绝缘件下方，小面2041通过翻边结构向外延伸。通过绝缘件202将其余三个零件合并在一起并形成正负极间绝缘效果。

在一种具体的实施方式中，如图3、图4所示，正极焊接端子201为圆柱形，中间镂空。正极焊接端子201形状与绝缘件的中心孔2022相适应，下表面设置有凸起2011。其凸起2011的主要作用为装配后便与正极集流片203进行焊接，并对整体正极焊接端子201的Z-和X+方向的运动及扭矩进行限制，实现形式包括但不限于对称半圆凸起，非对称的弧形凸起以及齿轮状的啮合凸起。本实施例中，凸起2011设置为半圆形，即正极焊接端子下表面的一半高于另一半。凸起2011优选的高度0.3＜H1≤2mm，优选的直径3≤d1≤10mm。

在一种具体的实施方式中，正极焊接端子201通过凸起2011穿过绝缘件中心孔2022与正极集流片203进行连接。本实施例中，中心孔2022设置为两个半圆拼接的形状，两个半圆半径不同，其中，较小半径的半圆半径小于正极焊接端子201半径，防止其从中心孔中漏下，较大半圆的半径大于正极焊接端子201半径，使其凸起2011能够穿过中心孔2022与正极集流片203进行焊接。

如图5、图6所示，绝缘件边缘2025与中心孔2022之间通过若干连接部进行连接，本实施例中，设置为四个连接部，分别为第一连接部、第二连接部、第三连接部和第四连接部，第一连接部和第二连接部、第二连接部和第三连接部、第三连接部和第四连接部之间夹角为60°，第一连接部与第四连接部中心线重合。基于绝缘件202的形状，正极集流片203设置为扇形板状，包括三个叶片，三个叶片连接处设置为与正极焊接端子凸起相适应的半圆状。三个叶片形状分别与第一连接部和第二连接部、第二连接部和第三连接部、第三连接部和第四连接部之间的镂空部分相适应。每个连接部上设置有贯穿孔2021，主要作用为便于防爆阀开启时气体的快速排出、电芯制程过程中电解液的渗透以及电芯制程过程中辅助定位，实现形式包括但不限于腰圆孔、方形孔、数量多而直径较小的孔洞。绝缘件中心孔2022处还延伸出若干压板2023，压板2023另一端不与绝缘件边缘2025连接，主要作用是固定负极集流片204以及电芯制程过程中负极集流片204与卷芯4焊接时辅助工装的压紧作用，有助于负极集流片204的整形，现有技术中，电芯组装过程中需要额外的工装进行压紧定位，电芯使用过程中负极集流片204缺少压紧部件，压板2023实现形式包括但不限于花瓣形状、长条状以及腰圆状。

绝缘件边缘2025设置有缺口2024，主要作用是预留负极集流片204折边空间，供所述负极集流片的小面2041伸出，便于其与顶盖1进行焊接、负极集流片204折边导向以及电芯制程过程中集流盘2定位，实现形式包括但不限于直边缺口、圆弧状缺口，缺口优选的最小宽度5mm≤L1≤30mm，如图6所示。

特别的，绝缘件边缘2025为翻边结构，主要作用是保护极耳、避免正极与壳体接触起到绝缘作用，现有技术中，卷芯需要在靠近极耳处进行包胶，工序麻烦且容易造成后续卷芯与集流片焊接面不平整，挤占焊接区域，导致焊接困难，绝缘件边缘2025可以替代端部包胶，减少工序，提高生产速度、提升效率，翻边长度超出正极箔材留白区域从而起到绝缘作用，优选超出正极箔材留白区域长度0＜h1≤5mm,如图7所示。

在一种具体的实施方式中，负极集流片的大面设置为扇形板状，中间设置有镂空部分，其镂空部分形状和大小与压板相适应。负极集流片的小面2041通过翻边结构设计高于大面。小面2041与大面的高度差受限于顶盖装配后卷芯与顶盖内部高度差。本实施例中，小面2041与大面的高度差为2.6mm。主要作用为连接卷芯4与顶盖1，具体通过激光焊接电连接，现有技术中，负极连接片与盖板或者壳体的连接通过外部穿透焊接或者缝焊接，焊接难度大，容易造成外部镍层脱落，影响防锈效果，焊接熔渣难控制，造成电芯短路，并且，两者之间装配，配合精度要求高，加工困难，焊接面积受限，本实施例通过将负极集流片设计为大小面形式，能够解决上述问题，小面2041实现形式包括但不限于环状、长条状以及腰圆状,如图8所示。

实施例二：

本发明实施例二提供了一种圆柱电池，具体为圆柱锂电池，如图9所示，包括实施例一所述的一种集流盘结构，还包括顶盖1、壳体3和卷芯4，所述卷芯4采用单侧出正负极耳，卷芯4另一侧与壳体3紧密贴合，所述顶盖1包括顶盖基板，顶盖基板分别与壳体3和负极集流片204连接。

在一种具体的实施方式中，以圆柱电芯肩高80mm，零件优选厚度为例，卷芯高度方向可利用尺寸为：

T卷1＝电芯肩高T肩-顶盖基板104的厚度t1-极柱占电芯内部高度t2-正负集流体组件2平台厚度t3-壳底厚度t4＝80-0.8-1.5-1.1-0.6＝76mm，

现有技术中的圆柱锂电池卷芯大多采用双侧出极耳，集流盘2与壳体3连接方式采用外部穿透焊接或者内部拼接焊接结构，装配工艺复杂，且零件数目较多，成本偏高，对锂电池的空间占用率大，影响锂电池的能量密度和容量，以相同情况圆柱电芯肩高80mm为例，现有技术中壳底电芯内侧至少需增加集流盘厚度0.3，集流盘与壳体焊接区域1mm，止动保护件厚度1mm，故卷芯高度方向可利用尺寸：

T卷2＝76-1-0.3-1＝73.7mm，

本实施例的圆柱锂电池可提升高度利用率为：

S＝(T卷1-T卷2)/T卷2＝(76-73.7)/73.7＝3.12％，

故本发明有效的利用了电芯内部空间，极大提升了锂电池的能量密度和容量。

在一种具体的实施方式中，顶盖1除顶盖基板外，还由不锈钢环、正极极柱、绝缘垫片、顶盖基板、密封圈、绝缘环、防爆阀贴片以及防爆阀组成，从上到下不锈钢环、正极极柱、绝缘垫片、顶盖基板、密封圈和绝缘环依次连接。防爆阀贴片和防爆阀设置于顶盖基板上。圆柱电池还包括密封铝钉5，密封铝钉5通过密封胶圈6与顶盖1连接，具体安装于正极极柱顶端。

正极极柱与正极焊接端子201通过激光焊接电连接，正极焊接端子201与正极集流片203通过激光焊接电连接，顶盖基板与负极集流片204通过激光焊接电连接，正极集流片203与负极集流片204同时与卷芯4激光焊接电连接或者脉冲焊接连接，顶盖基板与壳体3通过激光焊接电连接，从而形成正极极柱带正电，顶盖基板与壳体3带负电。

在一种具体的实施方式中，圆柱电池之间通过异性弯折结构的busbar7连接，如图10所示。busbar7为异形弯折结构,如图11、图12所示，主要作用为连接电芯正负极极柱，一侧连接电芯正极极柱，一侧连接电芯顶盖基板，通过激光焊接电连接，引出电流，加工成型方式为先冲裁再弯折，现有技术中，busbar多采用直连小片，无法有效进行避让，本实施例中异形弯折结构可以在避让防爆阀的同时充分利用顶盖基板空间，增大焊接面积，保证过流能力，如图13所示。

以上实施例二中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种集流盘结构，其特征在于，包括正极焊接端子(201)、绝缘件(202)、正极集流片(203)和负极集流片(204)，所述绝缘件(202)包括中心孔(2022)，且绝缘件边缘(2025)采用翻边结构；正极焊接端子(201)与正极集流片(203)穿过绝缘件中心孔(2022)进行连接，所述负极集流片(204)包括大面和小面(2041)，负极集流片大面附在绝缘件下方，小面(2041)通过翻边结构向外延伸。

2.如权利要求1所述的集流盘结构，其特征在于，所述正极焊接端子(201)形状与绝缘件的中心孔(2022)相适应，下表面设置有凸起(2011)。

3.如权利要求2所述的集流盘结构，其特征在于，所述正极焊接端子(201)通过凸起(2011)穿过绝缘件中心孔(2022)与正极集流片(203)进行连接。

4.如权利要求1所述的集流盘结构，其特征在于，所述绝缘件边缘(2025)与中心孔(2022)之间通过若干连接部进行连接，所述连接部上设置有贯穿孔(2021)。

5.如权利要求1所述的集流盘结构，其特征在于，所述绝缘件中心孔(2022)处还延伸出若干压板(2023)，压板(2023)另一端不与绝缘件边缘(2025)连接。

6.如权利要求1所述的集流盘结构，其特征在于，所述负极集流片的小面(2041)通过翻边结构设计高于大面。

7.如权利要求1所述的集流盘结构，其特征在于，所述绝缘件边缘(2025)设置有缺口(2024)，供所述负极集流片的小面(2041)伸出。

8.一种圆柱电池，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的一种集流盘结构，还包括顶盖(1)、壳体(3)和卷芯(4)，所述卷芯(4)采用单侧出正负极耳，卷芯(4)另一侧与壳体(3)紧密贴合，所述顶盖(1)包括顶盖基板，顶盖基板分别与壳体(3)和负极集流片(204)连接。

9.如权利要求8所述的圆柱电池，其特征在于，圆柱电池之间通过异性弯折结构的busbar(7)连接。

10.如权利要求8所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池还包括密封铝钉(5)，所述密封铝钉(5)通过密封胶圈(6)与顶盖(1)连接。