CN117393934A - 圆柱电池及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种圆柱电池，包括壳体、裸电芯、第一集流盘、第二集流盘以及盖板，壳体包括柱状主体，柱状主体的一端设有第一开口，柱状主体的另一端设有第二开口，裸电芯的一端设有第一全极耳，裸电芯的另一端设有第二全极耳，第一全极耳与盖板之间通过第一集流盘连接；柱状主体的另一端向第二开口内延伸以形成连接部，连接部向第一开口方向折弯并形成环状连接面，环状连接面向柱状主体的轴心方向折弯以形成承载平面，第二集流盘包括搭接于承载平面且与承载平面激光焊接连接的外缘部以及向第一开口方向凸起的凸起部，凸起部与第二全极耳激光焊接连接。本发明使用激光穿透焊，焊接更牢固，有效满足了圆柱动力电池大倍率充放电的需求。
Description
技术领域
本发明涉及电池领域，尤其涉及一种圆柱电池及其装配方法。
背景技术
目前，锂离子/钠离子圆柱电池由于能量密度高，容量一致性好等优势逐渐成为新能源行业主流产品，其中采用全极耳/集流盘结构被越来越多的厂家定为圆柱电池结构优选方向，常见问题：
1、圆柱动力电池有极柱一端一般为顶盖或壳底集成方式，另一端只能采用裸电芯的中心孔电阻焊方式将裸电芯和壳底焊接/固定，而电阻焊容易出现虚焊问题或装车震动时正常的焊接位发生脱落，且电阻焊较小的焊接面积导致其过流能力较差，无法满足大倍率充放电；
2、圆柱动力电池很难实施防爆阀泄压，因为有极柱一端由于面积太小，无法实施防爆阀，另一端中部与壳底电阻焊固定，也无法实施，因此，会带来安全性问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆柱电池及其装配方法，以解决现有圆柱电池中裸电芯和壳底之间焊接效果较差的问题。
为了实现上述目的，本发明提供的一种圆柱电池，包括壳体、裸电芯、第一集流盘、第二集流盘以及盖板，所述壳体包括柱状主体，所述柱状主体呈中空结构且所述柱状主体的两端均为敞口结构，所述柱状主体的一端设有第一开口，所述柱状主体的另一端设有第二开口，所述裸电芯设于所述壳体内，且所述裸电芯的一端设有第一全极耳，所述裸电芯的另一端设有第二全极耳，所述盖板封闭所述第一开口，所述第一全极耳与所述盖板之间通过第一集流盘连接；所述柱状主体的另一端向所述第二开口内延伸以形成连接部，所述连接部向所述第一开口方向折弯并形成环状连接面，所述环状连接面向所述柱状主体的轴心方向折弯以形成承载平面，所述第二集流盘包括搭接于所述承载平面且与所述承载平面激光焊接连接的外缘部以及向所述第一开口方向凸起的凸起部，所述凸起部与所述第二全极耳激光焊接连接。
优选地，所述第二集流盘在所述柱状主体的轴心方向上的厚度小于所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度，所述第二集流盘的外侧还叠设有对应所述环状连接面设置的防爆焊片，所述防爆焊片的外边缘与所述环状连接面之间通过激光缝焊连接。
优选地，所述连接部呈环形设置，所述连接部在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第一宽度为大于或等于1.5毫米，所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度为大于或等于0.25毫米，所述承载平面在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第二宽度为大于或等于2毫米，所述连接部在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第一宽度与所述承载平面在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第二宽度之和小于所述柱状主体的半径。
优选地，所述第二集流盘的外缘部在所述柱状主体的轴心方向上的厚度与所述防爆焊片在所述柱状主体的轴心方向上的厚度之和与所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度相同。
优选地，所述防爆焊片上设置有防爆部以实现防爆泄压。
优选地，所述第二集流盘呈板状，所述第二集流盘的中部开设有第一通孔，所述凸起部为多个且呈扇形设置，多个所述凸起部均匀分布于所述第二集流盘上。
本发明还提供一种上述圆柱电池的装配方法，所述装配方法包括：提供壳体，所述壳体包括柱状主体，所述柱状主体呈中空结构且所述柱状主体的两端均为敞口结构，所述柱状主体的一端设有第一开口，所述柱状主体的另一端设有第二开口，所述柱状主体的另一端向所述第二开口内延伸以形成连接部，所述连接部向所述第一开口方向折弯并形成环状连接面，所述环状连接面向所述柱状主体的轴心方向折弯以形成承载平面；提供第二集流盘，所述第二集流盘包括搭接于所述承载平面且与所述承载平面激光焊接连接的外缘部以及向所述第一开口方向凸起的凸起部，将所述第二集流盘的外缘部搭接于所述承载平面上并将所述外缘部与所述承载平面进行激光穿透焊接；提供裸电芯，所述裸电芯的一端设有第一全极耳，所述裸电芯的另一端设有第二全极耳，将所述裸电芯的第一全极耳与第一集流盘连接；将连接有所述第一集流盘所述裸电芯安装于所述壳体内，并利用夹具固定所述裸电芯以使得所述裸电芯的第二全极耳与所述第二集流盘的凸起部抵接，通过激光穿透焊将所述第二全极耳与所述第二集流盘的凸起部焊接；提供盖板，所述盖板封闭所述第一开口且将所述盖板与所述第一全极耳焊接。
优选地，所述第二集流盘在所述柱状主体的轴心方向上的厚度小于所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度，将所述盖板与所述第一全极耳焊接步骤之后还包括：提供防爆焊片，所述防爆焊片对应所述环状连接面设置；将所述防爆焊片叠设于所述第二集流盘的外侧；将所述防爆焊片的外边缘与所述环状连接面之间通过激光缝焊连接。
优选地，所述利用夹具固定所述裸电芯包括：将所述夹具抵压于第一集流盘上以固定所述裸电芯。
优选地，将所述裸电芯的第一全极耳与所述第一集流盘连接之前还包括：将正极片、负极片以及设于所述正极片和所述负极片之间的隔离膜进行卷绕形成裸电芯；将裸电芯的一端进行揉平或拍平处理形成第一全极耳；将裸电芯的另一端进行揉平或拍平处理形成第二全极耳。
与现有技术相比，本发明通过将壳体设为双开口结构，并在第二开口处设置台阶结构的连接部、环状连接面以及承载平面，由于承载平面具有一定面积，可以使用激光穿透焊将第二集流盘的外缘部与承载平面进行焊接连接、并采用激光穿透焊将第二集流盘的凸起部与第二全极耳进行焊接连接，取代现有裸电芯中心孔的电阻焊的方式，焊接更牢固，有效满足了圆柱动力电池大倍率充放电的需求。
附图说明
图1为本发明圆柱电池的结构图，此时，盖板朝向上方。
图2为本发明圆柱电池的另一角度的结构图，此时，防爆焊片朝向上方。
图3为本发明圆柱电池壳体的结构图。
图4为图3的剖视图。
图5为本发明圆柱电池壳体的部分剖视图。
图6为本发明圆柱电池的剖视图。
图7为图6中A处的放大图。
图8为本发明圆柱电池去掉防爆焊片后的剖视图。
图9为本发明圆柱电池中的第二集流盘的结构图。
图10为本发明圆柱电池中的第一集流盘的结构图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如图1至图10所示，本发明实施例公开一种圆柱电池，包括壳体1、裸电芯2、第一集流盘3、第二集流盘4以及盖板5，壳体1包括柱状主体11，柱状主体11呈中空结构且柱状主体11的两端均为敞口结构，柱状主体11的一端设有第一开口12，柱状主体11的另一端设有第二开口13，裸电芯2设于壳体1内，且裸电芯2的一端设有第一全极耳，裸电芯2的另一端设有第二全极耳，盖板5封闭第一开口12，第一全极耳与盖板5之间通过第一集流盘3连接；柱状主体11的另一端向第二开口13内延伸以形成连接部14，连接部14向第一开口12方向折弯并形成环状连接面15，环状连接面15向柱状主体11的轴心方向折弯以形成承载平面16，第二集流盘4包括搭接于承载平面16且与承载平面16激光焊接连接的外缘部41以及向第一开口12方向凸起的凸起部42，凸起部42与第二全极耳激光焊接连接。
具体的，如图3至图5所示，壳体1为双开口结构，第一开口12设于圆柱电池10的上端，第二开口13设于圆柱电池10的下端，承载平面16为圆环面，连接部14、环状连接面15以及承载平面16形成台阶结构，如图6及图8所示，柱状主体11与盖板5之间可以采用常规的连接方式，例如采用滚槽17封口或激光焊接密封；如图10所示，第一集流盘3的结构可以为常规结构，包括一集流盘主体31以及与集流盘主体31连接的折弯部32，第一集流盘3与第一全极耳以及盖板5之间的连接方式也可以采用常规的连接方式。本发明通过将壳体1设为双开口结构，并在第二开口13处设置台阶结构的连接部14、环状连接面15以及承载平面16，由于承载平面16具有一定面积，可以使用激光穿透焊将第二集流盘4的外缘部41与承载平面16进行焊接连接、并采用激光穿透焊将第二集流盘4的凸起部42与第二全极耳进行焊接连接，取代现有裸电芯中心孔的电阻焊的方式，焊接更牢固，有效满足了圆柱动力电池大倍率充放电的需求。
本发明实施例中，如图5及图7所示，第二集流盘4在柱状主体11的轴心方向上的厚度小于环状连接面15在柱状主体11的轴心方向上的高度c，第二集流盘4的外侧还叠设有对应环状连接面15设置的防爆焊片6，防爆焊片6的外边缘与环状连接面15之间通过激光缝焊连接。具体的，防爆焊片6呈圆形，防爆焊片6的上设置有防爆部61以实现防爆泄压，例如，如图7所示，防爆部61设于防爆焊片6的中部，防爆焊片6的直径对应环状连接面15的内径设置，优选略小于环状连接面15的内径以嵌设于环状连接面15内，且可以沿防爆焊片6与环状连接面15之间的连接缝隙62将防爆焊片6与环状连接面15之间采用激光缝焊连接，通过环状连接面15的设置以使得在圆柱电池10的底部能够设置防爆焊片6，可以有效提高圆柱动力电池安全性，设计非常巧妙。
本发明实施例中，如图5所示，连接部14呈环形设置，连接部14在朝向柱状主体11的轴心方向上的第一宽度a为大于或等于1.5毫米，环状连接面15在柱状主体11的轴心方向上的高度c为大于或等于0.25毫米，承载平面16在朝向柱状主体11的轴心方向上的第二宽度b为大于或等于2毫米，连接部14在朝向柱状主体11的轴心方向上的第一宽度a与承载平面16在朝向柱状主体11的轴心方向上的第二宽度b之和小于柱状主体11的半径。具体的，圆柱电池10的直径大于18毫米，高度大于70毫米，连接部14在朝向柱状主体11的轴心方向上的第一宽度a优选大于或等于1.5毫米且小于或等于5毫米，环状连接面15在柱状主体11的轴心方向上的高度c优选大于或等于0.25毫米且小于或等于1.2毫米，承载平面16在朝向柱状主体11的轴心方向上的第二宽度b优选为大于或等于2毫米且小于或等于4毫米，当然，对于不同尺寸的圆柱电池10，连接部14、环状连接面15和承载平面16的尺寸可随之发生变化，具体可根据实际需要进行设计。
本发明实施例中，第二集流盘4的外缘部41在柱状主体11的轴心方向上的厚度与防爆焊片6在柱状主体11的轴心方向上的厚度之和与环状连接面15在柱状主体11的轴心方向上的高度c相同。具体的，防爆焊片6的最外侧平面优选与连接部14的最外侧平面齐平，以稳定支撑圆柱电池10。
本发明实施例中，第二集流盘4呈板状，第二集流盘4的中部开设有第一通孔43，凸起部42为多个且呈扇形设置，多个凸起部42均匀分布于第二集流盘4上，如图9所示，凸起部42为具体为三个，三个凸起部42均匀分布于第二集流盘4上。
如图1至图10所示，本发明实施例还提供一种圆柱电池10的装配方法，装配方法包括：
S1、提供壳体1，壳体1包括柱状主体11，柱状主体11呈中空结构且柱状主体11的两端均为敞口结构，柱状主体的一端设有第一开口12，柱状主体11的另一端设有第二开口13，柱状主体11的另一端向第二开口13内延伸以形成连接部14，连接部14向第一开口12方向折弯并形成环状连接面15，环状连接面15向柱状主体11的轴心方向折弯以形成承载平面16，具体的，参考图3至图5所示。
S2、提供第二集流盘4，第二集流盘4包括搭接于承载平面16且与承载平面16激光焊接连接的外缘部41以及向第一开口12方向凸起的凸起部42，将第二集流盘4的外缘部41搭接于壳体1的承载平面16上并将外缘部41与承载平面16进行激光穿透焊接；具体的，参考图3、图4、图8以及图9所示，将与承载平面16和环状连接面15配合的第二集流盘4首先搭接于承载平面16上并采用激光穿透焊将第一集流盘3的外缘部41与承载平面16焊接连接。
S3、提供裸电芯2，裸电芯2的一端设有第一全极耳，裸电芯2的另一端设有第二全极耳，将裸电芯2的第一全极耳与第一集流盘3连接；具体的，参考图8和图10所示，第一集流盘3包括一集流盘主体31以及与集流盘主体31连接的折弯部32，将裸电芯2的第一全极耳与集流盘主体31进行焊接连接，具体的连接工艺可以采用常规的焊接工艺。
S4、将连接有第一集流盘3裸电芯2安装于壳体1内，并利用夹具固定裸电芯2以使得裸电芯2的第二全极耳与第二集流盘4的凸起部42抵接，通过激光穿透焊将第二全极耳与第二集流盘4的凸起部42焊接；具体的，参考图8和图9所示，由于凸起部42朝向裸电芯2位置凸起，因此，裸电芯2能够与凸起部42接触以方便进行激光穿透焊。
S5、提供盖板5，所述盖板5封闭所述第一开口12且将盖板5与第一全极耳焊接。具体的，如图1及图8所示，将盖板5封闭第一开口12并与柱状主体11连接，柱状主体11与盖板5连接的一端在未与盖板5连接时为圆柱型，将盖板5嵌于柱状主体11内并与第一全极耳的折弯部32焊接之后，柱状主体11通过形成滚槽17以与盖板5之间形成密封连接。
本发明实施例通过设计双开口结构的壳体1，并在第二开口13处设置台阶结构的连接部14、环状连接面15以及承载平面16，由于承载平面16具有一定面积，可以使用激光穿透焊将第二集流盘4的外缘部41与承载平面16进行焊接连接、并可采用激光穿透焊将第二集流盘4的凸起部42与第二全极耳进行焊接连接，取代现有裸电芯中心孔的电阻焊的方式，焊接更牢固，有效满足了圆柱动力电池大倍率充放电的需求。
需要说明的是，步骤S2和步骤S3之间之间的顺序可以对调，可以先执行步骤S3，再执行步骤S2。
本发明实施例中，步骤S3，将裸电芯2的第一全极耳与第一集流盘3连接之前还包括：
S031，将正极片、负极片以及设于所述正极片和所述负极片之间的隔离膜进行卷绕形成裸电芯2；
S032，将裸电芯2的一端进行揉平或拍平处理形成第一全极耳；具体的，第一全极耳可以为正极片的极耳也可以负极片的极耳，例如，第一全极耳为对应正极片的极耳。
S033，将裸电芯2的另一端进行揉平或拍平处理形成第二全极耳。具体的，当第一全极耳为对应正极片的极耳时，第二全极耳则为对应负极片的极耳。
本发明实施例中，第二集流盘4在柱状主体11的轴心方向上的厚度小于环状连接面15在柱状主体11的轴心方向上的高度，步骤S5，将盖板5与第一全极耳焊接步骤之后还包括：
S61、提供防爆焊片6，防爆焊片6对应环状连接面15设置。
S62、将防爆焊片6叠设于第二集流盘4的外侧；具体的，如图7所示，将防爆焊片6嵌设安装于环状连接面15内且设于第二集流盘4的上方。
S63、将防爆焊片6的外边缘与环状连接面15之间通过激光缝焊连接。具体的，通过激光缝焊将防爆焊片6的外边缘与环状连接面15之间连接，防爆焊片6也用于封闭第二开口13。
本发明实施例中，步骤S4中，利用夹具固定裸电芯2包括：
S41、将夹具抵压于第一集流盘3上以固定裸电芯2。由于裸电芯2上首先连接了第一集流盘3，夹具抵压于第一集流盘3上也可以避免夹具对裸电芯2的第一全极耳产生损伤。
本发明实施例中，盖板5上设置有注液孔51，注液孔与裸电芯2的中间孔连通，步骤S63，将防爆焊片6的外边缘与环状连接面15之间通过激光缝焊连接步骤之后，还包括：
S71，通过注液孔51向裸电芯2中注液；
S72，注液完成后通过钢珠或UV胶或密封钉密封注液孔51。
本发明通过将壳体1设为双开口结构，并在第二开口13处设置台阶结构的连接部14、环状连接面15以及承载平面16，由于承载平面16具有一定面积，可以使用激光穿透焊将第二集流盘4的外缘部41与承载平面16进行焊接连接、并采用激光穿透焊将第二集流盘4的凸起部42与第二全极耳进行焊接连接，取代现有裸电芯中心孔的电阻焊的方式，焊接更牢固，有效满足了圆柱动力电池大倍率充放电的需求。同时，通过环状连接面15的设置以使得在圆柱电池10的底部能够设置防爆焊片6，可以有效提高圆柱动力电池安全性，设计非常巧妙。同时，壳体1底部有一体成型式连接部14、环状连接面15以及承载平面16的环形平面特征，其与壳体1连接的折弯位厚度/强度均比激光焊大很多，面对大电池装车长期震动带来的冲击时，不容易出现失效/漏液等问题，电池结构件的可靠性更高；壳体1底部承载平面16焊接第二集流盘4，可以确保较大的焊接过流面积，且壳体1的连接部14、环状连接面15以及承载平面16可直接对第二集流盘4进行强力径向限位，减小震动出现径向冲击；圆柱电池装车震动带来的裸电芯2轴向跳动冲击时，底部的防爆阀片6可避免直接被冲击，即第二集流盘4起到缓冲作用，延长电池使用寿命。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种圆柱电池，其特征在于，包括壳体、裸电芯、第一集流盘、第二集流盘以及盖板，所述壳体包括柱状主体，所述柱状主体呈中空结构且所述柱状主体的两端均为敞口结构，所述柱状主体的一端设有第一开口，所述柱状主体的另一端设有第二开口，所述裸电芯设于所述壳体内，且所述裸电芯的一端设有第一全极耳，所述裸电芯的另一端设有第二全极耳，所述盖板封闭所述第一开口，所述第一全极耳与所述盖板之间通过第一集流盘连接；
所述柱状主体的另一端向所述第二开口内延伸以形成连接部，所述连接部向所述第一开口方向折弯并形成环状连接面，所述环状连接面向所述柱状主体的轴心方向折弯以形成承载平面，所述第二集流盘包括搭接于所述承载平面且与所述承载平面激光焊接连接的外缘部以及向所述第一开口方向凸起的凸起部，所述凸起部与所述第二全极耳激光焊接连接。
2.如权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二集流盘在所述柱状主体的轴心方向上的厚度小于所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度，所述第二集流盘的外侧还叠设有对应所述环状连接面设置的防爆焊片，所述防爆焊片的外边缘与所述环状连接面之间通过激光缝焊连接。
3.如权利要求2所述的圆柱电池，其特征在于，所述连接部呈环形设置，所述连接部在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第一宽度为大于或等于1.5毫米，所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度为大于或等于0.25毫米，所述承载平面在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第二宽度为大于或等于2毫米，所述连接部在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第一宽度与所述承载平面在朝向所述柱状主体的轴心方向上的第二宽度之和小于所述柱状主体的半径。
4.如权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二集流盘的外缘部在所述柱状主体的轴心方向上的厚度与所述防爆焊片在所述柱状主体的轴心方向上的厚度之和与所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度相同。
5.如权利要求2所述的圆柱电池，其特征在于，所述防爆焊片的上设置有防爆部以实现防爆泄压。
6.如权利要求5所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二集流盘呈板状，所述第二集流盘的中部开设有第一通孔，所述凸起部为为多个且呈扇形设置，多个所述凸起部均匀分布于所述第二集流盘上。
7.一种如权利要求1至6中任一项所述的圆柱电池的装配方法，其特征在于，所述装配方法包括：
提供壳体，所述壳体包括柱状主体，所述柱状主体呈中空结构且所述柱状主体的两端均为敞口结构，所述柱状主体的一端设有第一开口，所述柱状主体的另一端设有第二开口，所述柱状主体的另一端向所述第二开口内延伸以形成连接部，所述连接部向所述第一开口方向折弯并形成环状连接面，所述环状连接面向所述柱状主体的轴心方向折弯以形成承载平面；
提供第二集流盘，所述第二集流盘包括搭接于所述承载平面且与所述承载平面激光焊接连接的外缘部以及向所述第一开口方向凸起的凸起部，将所述第二集流盘的外缘部搭接于所述承载平面上并将所述外缘部与所述承载平面进行激光穿透焊接；
提供裸电芯，所述裸电芯的一端设有第一全极耳，所述裸电芯的另一端设有第二全极耳，将所述裸电芯的第一全极耳与第一集流盘连接；
将连接有所述第一集流盘所述裸电芯安装于所述壳体内，并利用夹具固定所述裸电芯以使得所述裸电芯的第二全极耳与所述第二集流盘的凸起部抵接，通过激光穿透焊将所述第二全极耳与所述第二集流盘的凸起部焊接；
提供盖板，所述盖板封闭所述第一开口且将所述盖板与所述第一全极耳焊接。
8.如权利要求7所述的圆柱电池的装配方法，其特征在于，所述第二集流盘在所述柱状主体的轴心方向上的厚度小于所述环状连接面在所述柱状主体的轴心方向上的高度，将所述盖板与所述第一全极耳焊接步骤之后还包括：
提供防爆焊片，所述防爆焊片对应所述环状连接面设置；
将所述防爆焊片叠设于所述第二集流盘的外侧；
将所述防爆焊片的外边缘与所述环状连接面之间通过激光缝焊连接。
9.如权利要求7所述的圆柱电池的装配方法，其特征在于，所述利用夹具固定所述裸电芯包括：
将所述夹具抵压于第一集流盘上以固定所述裸电芯。
10.如权利要求7所述的圆柱电池的装配方法，其特征在于，将所述裸电芯的第一全极耳与第一集流盘连接之前还包括：
将正极片、负极片以及设于所述正极片和所述负极片之间的隔离膜进行卷绕形成裸电芯；
将裸电芯的一端进行揉平或拍平处理形成第一全极耳；
将裸电芯的另一端进行揉平或拍平处理形成第二全极耳。
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