CN219436082U - 一种圆柱锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池的技术领域，提供一种圆柱锂离子电池，包括：外壳、卷芯、正极集流盘、盖板组件和密封钉；外壳具有内腔且一端设置有放置口，外壳为导电体；卷芯设置于内腔中，卷芯在放置口处形成有正极；负极与外壳电连接；正极集流盘电连接于卷芯的正极；正极集流盘背离卷芯的一面具有凸起；盖板组件包括绝缘连接的盖板和连接铆钉；盖板盖合于放置口并与外壳电连接；连接铆钉穿设于盖板上，连接铆钉上设置有连接孔，凸起与连接孔嵌合；密封钉嵌设于连接孔中，密封钉为抽芯拉铆。如此设置，电池的正负极被引到同侧，方便模组的设计及制作，取消了传统的金属连接片，极大的增强了过流能力，降低了电池的内阻，实现了电池较大倍率的快充快放。

Description

一种圆柱锂离子电池

技术领域

本实用新型涉及电池的技术领域，尤其涉及一种圆柱锂离子电池。

背景技术

锂电池作为新一代绿色环保电池，因其具有能量高、工作电压高、工作稳度范围宽、体积小等优势，在各行各业得到了广泛的应用，同时人们对于锂电池的性能要求也越来越高。

目前，钢壳圆柱状锂电池的正负极一般在异侧，因而在制作电池模组时，只能异侧通过连接片焊接，造成模组结构较为复杂；此外，电池的集流盘需要通过金属连接片与盖帽焊接，受金属连接片尺寸的限制，会影响电池的过流能力，造成电池内阻相对较大，影响电池的过流能力，不利于电池太大倍率的快充快放。

如何简化电池模组结构，提高电池的过流能力，以实现电池较大倍率的快充快放，成为当前亟需解决的重要课题。

实用新型内容

本实用新型提供一种圆柱锂离子电池，用以解决现有技术中电池模组结构复杂，电阻较大的缺陷，以简化电池模组结构，提高电池的过流能力，实现电池较大倍率的快充快放。

本实用新型提供一种圆柱锂离子电池，包括：外壳、卷芯、正极集流盘、盖板组件和密封钉；

所述外壳具有内腔且一端设置有放置口，所述外壳为导电体；

所述卷芯设置于所述内腔中，所述卷芯在所述放置口处形成有正极，在所述外壳的另一端形成有负极；所述负极与所述外壳电连接；

所述正极集流盘电连接于所述卷芯的正极，并且所述正极集流盘与所述外壳电绝缘；所述正极集流盘背离所述卷芯的一面具有凸起；

所述盖板组件包括绝缘连接的盖板和连接铆钉；所述盖板盖合于所述放置口并与所述外壳电连接；所述连接铆钉穿设于所述盖板上，连接铆钉上设置有连接孔，所述凸起与所述连接孔嵌合；

所述密封钉嵌设于所述连接孔中，所述密封钉为抽芯拉铆。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述连接孔包括同轴设置的第一孔和第二孔；所述第二孔靠近所述正极集流盘且大于所述第一孔，所述凸起的形状与所述连接孔的形状适配。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述第二孔为锥形孔且扩口端朝向所述正极集流盘。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述凸起上具有用于连通所述内腔的通孔。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，还包括连接于所述卷芯负极的负极集流盘；所述外壳背离所述放置口的一端具有底板，所述负极集流盘通过激光穿透焊固接于所述底板。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述负极集流盘朝向所述卷芯的一面上设置有环形的嵌槽，所述嵌槽中嵌设有耐高温的保护环。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述保护环为陶瓷环。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述正极集流盘的外围套设有绝缘圈，以使所述正极集流盘与所述外壳电绝缘。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述盖板上设置有用于供所述连接铆钉穿过的连通孔；所述盖板组件还包括第一垫圈和第二垫圈；所述第一垫圈和第二垫圈均套设于所述连接铆钉上，并且所述盖板位于所述第一垫圈和第二垫圈之间；所述第一垫圈朝向所述盖板的一面形成有环形的凸出部，所述凸出部穿过所述连通孔，所述凸出部的外壁与所述连通孔的内壁相贴合，凸出部的内壁与所述连接铆钉贴合，并且所述凸出部的端部与所述第二垫圈贴合。

根据本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，所述正极集流盘上环绕中心均布有多个焊接区域，所述焊接区域沿外部轮廓与所述正极集流盘断开，并且所述焊接区域靠近正极集流盘中心的部分与所述正极集流盘连接。

本实用新型提供的一种圆柱锂离子电池，通过将负极集流盘与外壳电连接，可以增加接触面积，增强过流能力，盖板既可以起到密封放置口的作用，还可以充当电池的负极，而连接铆钉与正极集流盘电连接，可以充当电池的正极，由此，电池的正负极被引到同侧，减小了异侧导电片的使用，方便模组的设计及制作，降低了电池模组的成本。此外，正极集流盘上的凸起与连接铆钉、密封钉一体连接，增加了正极集流盘与连接铆钉和密封钉的接触面积，同时采用密封钉连接电池的盖帽，取消了传统的金属连接片，极大的增强了过流能力，降低了电池的内阻，实现了电池较大倍率的快充快放。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的圆柱锂离子电池的结构示意图之一；

图2是本实用新型提供的圆柱锂离子电池的结构示意图之二；

图3是图2中A部分的放大图；

图4是本实用新型提供的负极集流盘的结构示意图；

图5是图2中B部分的放大图；

图6是图2中C部分的放大图。

附图标记：

1、外壳；10、底板；100、防爆刻痕；2、卷芯；3、负极集流盘；30、嵌槽；31、凸环；32、支撑部；33、焊接区；4、正极集流盘；5、盖板组件；50、盖板；51、连接铆钉；52、连接孔；520、第一孔；521、第二孔；522、沉孔；53、第一垫圈；530、凸出部；54、第二垫圈；6、密封钉；7、凸起；8、保护环；9、绝缘圈。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为了方便理解本实用新型提供的圆柱锂离子电池，首先说明其应用场景，现有的大圆柱锂电池通常采用全极耳的结构，即在极片涂布时留有空箔区，卷芯成型后将两端的空箔区压平并焊接集流盘，以将电流从正负极引出。现有技术中，电池的正负极位于异侧，因而在制作电池模组时，只能异侧通过导电片焊接，造成模组结构较为复杂；此外，电池的正极集流盘需要通过金属连接片与盖帽焊接，受金属连接片尺寸的限制，会影响电池的过流能力，造成电池内阻相对较大；因此不利于电池太大倍率的快充快放。因此，本实用新型提供了一种圆柱锂离子电池，以简化电池模组结构，提高电池的过流能力，实现电池较大倍率的快充快放。

下面结合图1-图6描述本实用新型的圆柱锂离子电池。

参照图1，一种圆柱锂离子电池，包括外壳1、卷芯2、负极集流盘3、正极集流盘4、盖板组件5和密封钉6；其中，外壳1具有内腔，外壳1的一端设置有与内腔连通的放置口，用于供卷芯2放入内腔中；外壳1采用导电的金属材料制成，例如可以为不锈钢或镀镍碳钢；卷芯2设置于内腔中，并且卷芯2在外壳1的放置口处形成有正极，在外壳1的另一端形成有负极。

负极集流盘3设置于卷芯2的负极处并与卷芯2的负极电连接，负极集流盘3同时与外壳1电连接，从而将卷芯2的负极引入到正极的同侧。正极集流盘4设置于卷芯2的正极处，正极集流盘4与卷芯2的正极电连接并且与外壳1电绝缘。正极集流盘4背离卷芯2的一面上设置有凸起7。

参照图2和图3，盖板组件5包括盖板50和连接铆钉51；其中，盖板50盖合于放置口上，用于封闭放置口，盖板50与外壳1电连接，从而使盖板50作为电池的负极；连接铆钉51穿设于盖板50上并且与盖板50电绝缘，连接铆钉51上设置有连接孔52，连接孔52与正极集流盘4上的凸起7相嵌合，以使连接铆钉51与正极集流盘4电连接，从而使连接铆钉51作为电池的正极。密封钉6与连接孔52相嵌合，用于连接电池盖帽。密封钉6采用抽芯拉铆，相较于传统的焊接，可以节省成本和工序。

在实际生产时，通过将负极集流盘3与外壳1电连接，可以增加接触面积，增强过流能力，盖板50既可以起到密封放置口的作用，还可以充当电池的负极，而连接铆钉51与正极集流盘4电连接，可以充当电池的正极，由此，电池的正负极被引到同侧，减小了异侧导电片的使用，方便模组的设计及制作，降低了电池模组的成本。此外，正极集流盘4上的凸起7与连接铆钉51、密封钉6一体连接，增加了正极集流盘4与连接铆钉51和密封钉6的接触面积，同时采用密封钉6连接电池的盖帽，取消了传统的金属连接片，极大的增强了过流能力，降低了电池的内阻，实现了电池较大倍率的快充快放。

外壳1背离放置口的一端具有底板10；卷芯2由正极片、负极片和隔膜卷绕而成，隔膜包裹住负极片，负极片包裹住正极片，以在卷芯2的两端形成正极和负极。卷芯2通过放置口放入外壳1中，卷芯2的正极位于放置口处，卷芯2的负极位于外壳1的另一端。

参照图4，负极集流盘3采用导电性能良好的金属材料制成，例如可以采用铜镀镍、铜镍复合材料等。负极集流盘3呈圆盘状，设定其朝向卷芯2的一面为第一面，背离卷芯2的一面为第二面，第一面上设置有环形的嵌槽30，嵌槽30的圆心与负极集流盘3的圆心重合。

具体的，参照图5和图6，嵌槽30通过冲压而成，从而在第一面上形成嵌槽30的同时，在第二面上形成凸环31，凸环31用于和壳体的底板10相贴合，以形成焊接位置，通过激光穿透焊，可以将负极集流盘3焊接在外壳1的底板10上。嵌槽30内嵌设有耐高温的保护环8，例如陶瓷环，以避免在焊穿负极集流盘3时，烧坏卷芯2。负极集流盘3第二面的中心位置凸出设置有支撑部32，支撑部32与凸环31表面平齐且一体成型于负极集流盘3上，支撑部32可以起到支撑的作用，以提高焊接的稳定性。

参照图1和图4，负极集流盘3上形成有多个焊接区33，焊接区33位于嵌槽30的内侧并且环绕负极集流盘3的圆心均匀布设，用于焊接负极集流盘3和卷芯2负极的露箔，焊接区33靠近负极集流盘3圆心的一端与负极集流盘3处于连接状态，其他位置与负极集流盘3处于断开的状态；具体的，可以沿焊接区33的外边线进行切割，以形成焊接区33与负极集流盘3外断内连的结构。每个焊接区33可单独发生形变，即使焊接时产生较大的震动，也可以保证每个焊接区33与露箔贴紧，从而保证每个焊接区33与卷芯2的焊接质量，减小虚焊的问题。焊接区33的数量和形状可以根据实际的需求进行选择，本实施例中，焊接区33有六个且为扇形结构。

正极集流盘4采用导电性能良好的金属材料制成，例如可以采用纯铝材料等；正极集流盘4上具有与负极集流盘3上结构相同的焊接区33，用于焊接正极集流盘4和卷芯2的正极露箔。正极集流盘4的外围套设有绝缘圈9，以使正极集流盘4与外壳1电绝缘，具体的，绝缘圈9可以由聚丙烯材料注塑成型，还可以采用聚酰亚胺胶带缠绕在正极集流盘4的外侧以形成所述绝缘圈9。

参照图3，凸起7一体成型于正极集流盘4上，凸起7上沿轴线位置设置有通孔，用于连通外壳1的内腔，以使凸起7在引出电流的同时，还可以作为电解液的注液口。盖板50与外壳1采用相同的材料制成，并且盖板50与外壳1的接触处通过激光封口焊接，已完成盖板50与外壳1的固定以及电连接，以使盖板50作为电池的负极。

为了使盖板50与连接铆钉51电绝缘，盖板组件5还包括绝缘材料制成的第一垫圈53和第二垫圈54；其中，盖板50的中心设置有连通孔，用于供连接铆钉51穿过；第一垫圈53和第二垫圈54均套设于连接铆钉51外，并且盖板50位于第一垫圈53和第二垫圈54之间，通过第一垫圈53，可以将连接铆钉51的上端与盖板50隔绝，通过第二垫圈54，可以将连接铆钉51下端与盖板50隔绝，以使连接铆钉51上下两端与盖板50之间均处于电绝缘的状态。

第一垫圈53朝向盖板50一面的中心位置一体成型有环形的凸出部530，凸出部530的外径与连通孔适配，凸出部530穿过连通孔并且端面与第二垫圈54贴合，连接铆钉51穿设于凸出部530中，此时，凸出部530的外壁与连通孔的内壁相贴合，凸出部530的内壁与连接铆钉51的外壁相贴合，通过凸出部530，可以对连接铆钉51与连通孔的连接处进行电隔绝。通过第一垫圈53和第二垫圈54，以使连接铆钉51与盖板50整体处于绝缘状态。

连接铆钉51上的连接孔52包括同轴设置的第一孔520和第二孔521；其中，第二孔521靠近正极集流盘4且大于第一孔520，凸起7的形状与连接孔52的形状适配。凸起7与连接孔52嵌合后，可以增大凸起7与连接孔52之间的接触面积，以增强过流能力。

第一孔520为柱形直孔，第二孔521可以为柱形孔、锥形孔、棱台孔等，只需保证特定形状的凸起7可以嵌入到连接孔52内即可。本实施例中，第二孔521为锥形孔，并且第二孔521的扩口端朝向正极集流盘4；相应的凸起7包括锥形部和柱形部；锥形部靠近正极集流盘4且与第二孔521适配，柱形部一体成型于锥形部上并且与第一孔520适配，当凸起7嵌入到连接孔52内后，锥形部与第二孔521内壁贴合，柱形部与第一孔520的内壁贴合。

在连接铆钉51背离盖板50的一面上环绕连接孔52开设有沉孔522，沉孔522的直径大于第一孔520的直径，当密封钉6封闭连接孔52后，密封钉6的端部位于沉孔522中，以提高电池端部的平整度。

参照图5，外壳1的底板10上设置有防爆刻痕100，以提高电池的防爆能力，防爆刻痕100的形状和深度可以根据实际的需求进行选择。

上述圆柱锂离子电池的制备方法，包括：

S1、卷芯2的制作；

1、正极片制作；将磷酸亚铁锂、导电剂、粘结剂按一定比例混合制成浆料，采用条纹涂布的方式，将浆料涂覆在正极集流体铝箔上，共涂2条。铝箔两侧留出7.5mm空箔区，中间1条留15mm空箔区，干燥后收卷，再经过辊压及分切，完成正极制片。

正极集流体为15μm涂碳铝箔，宽度为590mm，涂布面密度41.5mg/cm²，辊压后厚度195μm，分切成4条极片，每条宽度147.5mm。

2、负极片制作；将人造石墨、导电剂、粘结剂按一定比例混合制成浆料，采用条纹涂布的方式，将浆料涂覆在负极集流体铜箔上，共涂2条，铜箔两侧留出4.5mm空箔区，中间1条留9mm空箔区，干燥后收卷，再经过辊压及分切，完成负极制片。

负极集流体为8μm铜箔，宽度为590mm，涂布面密度19.5mg/cm²，辊压后厚度125μm，分切成4条极片，每条宽度147.5mm。

3、极耳切割；将碾压后的正、负极进行极耳切割，宽度5mm。

4、隔膜制作；隔膜采用一侧表面涂覆有3μm陶瓷涂层，总厚度为12μm的聚乙烯膜，宽度为146mm。

5、卷绕；将分切好的正、负极片，隔膜卷绕成卷芯2，要求正、负极空箔在卷芯2的两侧，隔膜陶瓷面面向负极，隔膜包裹住负极料区，负极料区包裹住正极料区。卷绕同时对极耳进行向内的预弯折。卷绕后卷芯2的直径为45.2mm。

6、将极耳预弯折后的卷芯2两端压平，尺寸控制在149mm。

S2、焊接正极集流盘4；

将卷芯2正极与正极集流盘4进行装配，正极集流盘4上凸起7向外，保证装配同心度，同时将正极集流盘4与极耳接触紧密，再对正极集流盘4的焊接区33进行激光焊接。

S3、焊接负极集流盘3；

将保护环8安装于负极集流盘3的嵌槽30内；将卷芯2负极与负极集流盘3进行装配，负极集流盘3上的支撑部32向外，保护环8与负极接触，保证装配同心度，同时将负极集流盘3与极耳接触紧密，再对负极集流盘3的焊接区33进行激光焊接。

S4、焊接底板10与负极集流盘3；

将绝缘圈9装入卷芯2正极侧，再将卷芯2装入钢壳；将卷芯2压紧，钢壳底部进行激光穿透焊。然后对激光穿透焊处进行氦气检测；

S5、连接盖板组件5；

装入盖板50，使正极集流盘4上的凸起7，穿过连接铆钉51上的连接孔52，压入钢壳内，对盖板50与钢壳接触处进行激光封口焊接。

S6、检漏；

从连接孔52处注入氦气，使用氦检设备，对电池封口激光焊进行密封性检测。

S7、注液后密封；

通过盖板50上的连接孔52对电池进行第一次注液，注液量为10g；使用橡皮塞堵住连接孔52，对电池进行预化成工序，电池产生的气体由连接孔52排出。

拿掉橡皮塞，对电池进行第二次注液，注液量为80g；连接孔52充入氦气；在连接孔52处压入密封钉6，进行拉铆密封；使用氦检设备，对连接孔52进行密封性检测。

S8、后续处理；

对电池进行清洗、烘干，最后对电池进行涂油、热缩、喷码；对电池进行化成与分容等其他工序。

经过以上步骤，制作完成的电池容量可以做到35Ah(磷酸铁锂体系)，内阻≤2.5mΩ，4C充放电温升小于30℃。

本实用新型的创新点在于：通过将负极集流盘3与外壳1电连接，可以增加接触面积，增强过流能力，盖板50既可以起到密封放置口的作用，还可以充当电池的负极，而连接铆钉51与正极集流盘4电连接，可以充当电池的正极，由此，电池的正负极被引到同侧，减小了异侧导电片的使用，方便模组的设计及制作，降低了电池模组的成本。此外，正极集流盘4上的凸起7与连接铆钉51、密封钉6一体连接，增加了正极集流盘4与连接铆钉51和密封钉6的接触面积，同时采用密封钉6连接电池的盖帽，取消了传统的金属连接片，极大的增强了过流能力，降低了电池的内阻，实现了电池较大倍率的快充快放。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种圆柱锂离子电池，其特征在于，包括：外壳(1)、卷芯(2)、正极集流盘(4)、盖板组件(5)和密封钉(6)；

所述外壳(1)具有内腔且一端设置有放置口，所述外壳(1)为导电体；

所述卷芯(2)设置于所述内腔中，所述卷芯(2)在所述放置口处形成有正极，在所述外壳(1)的另一端形成有负极；所述负极与所述外壳(1)电连接；

所述正极集流盘(4)电连接于所述卷芯(2)的正极，并且所述正极集流盘(4)与所述外壳(1)电绝缘；所述正极集流盘(4)背离所述卷芯(2)的一面具有凸起(7)；

所述盖板组件(5)包括绝缘连接的盖板(50)和连接铆钉(51)；所述盖板(50)盖合于所述放置口并与所述外壳(1)电连接；所述连接铆钉(51)穿设于所述盖板(50)上，连接铆钉(51)上设置有连接孔(52)，所述凸起(7)与所述连接孔(52)嵌合；

所述密封钉(6)嵌设于所述连接孔(52)中，所述密封钉(6)为抽芯拉铆。

2.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述连接孔(52)包括同轴设置的第一孔(520)和第二孔(521)；所述第二孔(521)靠近所述正极集流盘(4)且大于所述第一孔(520)，所述凸起(7)的形状与所述连接孔(52)的形状适配。

3.根据权利要求2所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述第二孔(521)为锥形孔且扩口端朝向所述正极集流盘(4)。

4.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述凸起(7)上具有用于连通所述内腔的通孔。

5.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，还包括连接于所述卷芯(2)负极的负极集流盘(3)；所述外壳(1)背离所述放置口的一端具有底板(10)，所述负极集流盘(3)通过激光穿透焊固接于所述底板(10)。

6.根据权利要求5所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述负极集流盘(3)朝向所述卷芯(2)的一面上设置有环形的嵌槽(30)，所述嵌槽(30)中嵌设有耐高温的保护环(8)。

7.根据权利要求6所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述保护环(8)为陶瓷环。

8.根据权利要求1所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述正极集流盘(4)的外围套设有绝缘圈(9)，以使所述正极集流盘(4)与所述外壳(1)电绝缘。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述盖板(50)上设置有用于供所述连接铆钉(51)穿过的连通孔；所述盖板组件(5)还包括第一垫圈(53)和第二垫圈(54)；所述第一垫圈(53)和第二垫圈(54)均套设于所述连接铆钉(51)上，并且所述盖板(50)位于所述第一垫圈(53)和第二垫圈(54)之间；所述第一垫圈(53)朝向所述盖板(50)的一面形成有环形的凸出部(530)，所述凸出部(530)穿过所述连通孔，所述凸出部(530)的外壁与所述连通孔的内壁相贴合，凸出部(530)的内壁与所述连接铆钉(51)贴合，并且所述凸出部(530)的端部与所述第二垫圈(54)贴合。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的圆柱锂离子电池，其特征在于，所述正极集流盘(4)上环绕中心均布有多个焊接区(33)，所述焊接区(33)沿外部轮廓与所述正极集流盘(4)断开，并且所述焊接区(33)靠近正极集流盘(4)中心的部分与所述正极集流盘(4)连接。