CN220439820U - 一种圆柱电池卷芯及圆柱电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种圆柱电池卷芯及圆柱电池，其中圆柱电池卷芯包括相叠卷绕的正极极片、绝缘隔膜及负极极片，还包括一个以上的正极汇流部及负极汇流部，其包括两个以上相互对位层叠、对齐并接触的汇流片，汇流片设置于卷芯的端面，用于将电流从极片上引出或输入，相互层叠的汇流片左右两侧平齐，末端能够在沿径向弯折后在卷芯轴向方向平齐排列，还包括设置于正极汇流部或负极汇流部下面的集流片，正极汇流部或负极汇流部的下表面用于与集流片焊接固定以建立电连接。本实用新型能够使圆柱电池在焊接时保持汇流部在上集流片在下，通过集流片分散焊接压力，保护极片、避免压损，杜绝集流片焊穿后因激光损伤隔膜引发短路风险及降低焊接难度。

Description

一种圆柱电池卷芯及圆柱电池

技术领域

本实用新型涉及圆柱电池技术领域，尤其是涉及一种圆柱电池卷芯及圆柱电池。

背景技术

一直以来，大圆柱锂电池的技术的主要难题是如何解决电池的汇流、集流、引流的问题。如何形成可以让电流快速进入或输出的高效通道，以减少电池内部发热，防止电池在高倍率充放电时温升过高从而引发安全性以及其他性能缺陷，是行业内技术人员一直努力的方向。目前行业内比较成熟的大圆柱形锂电池汇流、集流、引流技术只限于直径26mm以下电池，直径32mm(包括)以上电池由于存在电池内部极片汇流、集流、引流等方面的各类技术难题，一直未得到有效解决。这也是制约圆柱电池不能做大的主要原因。

目前主要存在以下两种技术路线制作大圆柱电池：1.揉平技术：正极极片、负极极片涂布时采用目前比较流行的竖向斑马线连续涂布，正、负极极片一侧各留3-5毫米箔材，卷芯两端最外侧分别露出铜铝箔作为汇流片。用旋转压力机构从卷芯两端向中间将铜铝箔揉进1-3mm，使正负极两端形成一定厚度的铜、铝箔揉平层(相当于汇流片的集合体)，即形成类似有空隙、不致密的铜板和铝板。再使用激光将集流片焊接在揉平层上，最后将集流片(或导流片)与电池盖帽及外壳焊接，形成一个集流、汇流、引流通道，形成圆柱电池。2.堆叠技术：正极极片、负极极片涂布方案同上，一侧各留5毫米左右箔材，用激光切成4-5毫米宽的斜向小片(作为汇流片)，卷绕后将铜铝箔小片向中心位置折90度，卷绕后从内侧到外所有小片堆叠成铜、铝箔堆叠层，然后由两侧向中间拍平，在两端将正负极集流片采用激光焊接方式直接将集流片焊接到堆叠层(汇流片)上，再分别将集流片焊接到电池盖帽与外壳上，从而形成汇流、集流、引流通道(特斯拉为代表)，形成圆柱电池。

以上的大圆柱锂电池基本上可以达到较理想的效果，但由于将集流片焊接在揉平层或上堆叠层上时难度大且缺乏检测手段，这种结构的大圆柱电池存在产品合格率低、存在安全隐患、产品性能不稳定、生产效率低、设备投入高、电池一致性差等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决降低大圆柱电池焊接难度的问题，提供一种圆柱电池卷芯及圆柱电池。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种圆柱电池卷芯，所述卷芯包括正极极片、绝缘隔膜及负极极片，所述正极极片、绝缘隔膜及负极极片相叠卷绕；所述正极极片包括一个以上的正极汇流部,所述负极极片包括一个以上的负极汇流部，所述正极汇流部包括两个以上相互对位层叠并接触的正极汇流片，所述负极汇流部包括两个以上相互对位层叠并接触的负极汇流片，所述正极汇流片为所述正极极片基材的延长段，用于将电流从所述正极极片上引出或输入，所述负极汇流片为所述负极极片基材的延长段，所述负极汇流片用于将电流从所述负极极片上引出或输入，所述正极汇流片和负极汇流片分别设置于所述卷芯的端面，一组相互对位层叠的所述正极汇流片或一组相互对位层叠的所述负极汇流片左右两侧平齐，末端能够在沿径向弯折后在卷芯轴向方向平齐排列；还包括集流片，设置于所述正极汇流部或负极汇流部下面，所述正极汇流部或负极汇流部的下表面用于与所述集流片焊接固定以建立电连接。

在一些实施例中，所述正极汇流片或负极汇流片的宽度为2-35mm，长度为5-40mm。

在一些实施例中，所述集流片厚度为0.15mm以上。

在一些实施例中，还包括设置于卷芯端面及所述集流片之间的绝缘垫片，所述绝缘垫片上设置有与所述集流片轮廓相吻合的凹槽，所述集流片放置在所述凹槽内，所述汇流片能够穿过所述绝缘垫片及所述集流片上预留的空隙在折弯后与所述集流片焊接固定。

在一些实施例中，所述绝缘垫片的厚度是所述集流片厚度的3-10倍。

在一些实施例中，除所述卷芯的中心孔附近2-4圈正极极片及负极极片和最外层2-4圈正极极片及负极极片外，所述卷芯的每2圈正极极片设置有至少一个正极汇流片，所述卷芯的每2圈负极极片设置有至少一个负极汇流片。

在一些实施例中，所述一个以上的正极汇流部或负极汇流部呈直线式、三角形式、十字形式、五角形或米字型分布。

在一些实施例中，所述正极汇流部与所述负极汇流部分别设置于所述卷芯的两端。

在一些实施例中，所述正极汇流部与所述负极汇流部径向相对位置错落分布。

在一些实施例中，所述汇流片在与正极极片连接的一端设置有绝缘涂层。

在一些实施例中，所述正极汇流部的正极汇流片长度相应递增或递减，保证所有正极汇流片沿径向弯折后在所述集流片上长度一致，末端能够沿卷芯径向平齐排列；所述负极汇流部的负极汇流片长度相应递增或递减，保证所有负极汇流片沿径向弯折后在所述集流片上长度一致，末端能够沿卷芯轴向方向平齐排列。

本实用新型还提供一种圆柱电池，包括盖帽、壳体、引流片及上述的圆柱电池卷芯，所述引流片用于将电流引出到电池外部的正极端或负极端，或将电池外部电流引入电池内部，所述引流片设置在所述圆柱电池的正极或负极，所述引流片一端与所述集流片固定并电连接，另一端与所述盖帽焊接固定并电连接。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过在卷芯上设置汇流部，汇流部包括两个以上相互对位层叠并接触的汇流片，正极汇流片用于将电流从正极极片上引出或输入，负极汇流片用于将电流从负极极片上引出或输入的设置，能够有效的利用汇流部将圆柱电池汇流；通过将汇流片设置于卷芯的端面，正极汇流部或负极汇流部下面设置有集流片，正极汇流部或负极汇流部的下表面与集流片焊接固定以建立电连接的设置，能够使圆柱电池在焊接时汇流部在上集流片在下，通过集流片分散焊接压力，保护极片、避免压损，能够杜绝焊穿风险及降低焊接难度。

本实用新型还通过在圆柱电池的正极或负极设置有所述引流片，引流片一端与集流片固定并电连接，另一端与盖帽固定并电连接；电池的负极或正极与集流片固定并电连接于所述壳体内底部的设置使本实用新型无需单独开模，可使用通用的圆柱电池外壳及盖帽，极大的降低成本。

本实用新型的其他有益效果将在具体实施方式中进一步述及。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中汇流片未弯折前的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图2是本实用新型实施例1中汇流片弯折后的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图3是本实用新型实施例1中正极端面上汇流部呈直线式分布的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图4是本实用新型实施例1中负极端面上汇流部呈直线式分布的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图5本实用新型实施例1中正极端面上汇流部呈三角形式分布的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图6本实用新型实施例1中负极端面上汇流部呈三角形式分布的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图7本实用新型实施例1中正极端面上汇流部呈十字形式分布的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图8本实用新型实施例1中负极端面上汇流部呈十字形式分布的圆柱电池卷芯及集流片示意图；

图9是本实用新型实施例2中圆柱电池卷芯在钢壳电池上的应用示意图；

图10是本实用新型实施例2中将正极引流片焊接到钢壳电池正极盖帽上的示意图；

图11是本实用新型实施例2中铝壳电池正极端面示意图；

图12是本实用新型实施例2中铝壳电池负极端面示意图；

图13是本实用新型实施例2中圆柱电池卷芯在铝壳电池上的应用示意图；

图14是本实用新型实施例2中将正极引流片焊接到铝壳电池正极盖帽上的示意图；

图15是本实用新型实施例2中的焊接夹具示意图；

图16是现有揉平工艺制作的大圆柱电池正极端焊接示意图；

图17是现有堆叠工艺制作的大圆柱电池正极端焊接示意图；

图18A是现有堆叠工艺制作的大圆柱电池焊接前的正极端示意图；

图18B是现有堆叠工艺制作的大圆柱电池正极端在焊接时的理想状态示意图；

图18C是现有堆叠工艺制作的大圆柱电池在负极端面平齐时正极端焊接示意图；

图18D是现有堆叠工艺制作的大圆柱电池在负极端面突起时的正极端焊接示意图；

图18E是现有堆叠工艺制作的大圆柱电池在负极端面凹陷时的正极端焊接示意图；

图18F是另一视角的现有堆叠工艺制作的大圆柱电池正极端焊接示意图。

附图标记说明：1-汇流部，11-正极汇流部，12-负极汇流部，111-正极汇流片，121-负极汇流片，2-卷芯端面，3-集流片，31-正极集流片，32-负极集流片，4-绝缘垫片，5-激光焊接区域，6-引流片，61-正极引流片，62-负极引流片，7-钢壳壳体，71-钢壳底部，72-焊接点，8-焊针，9-盖帽，10-铝壳壳体，101-铝壳底部，13-正极揉平层，14-绝缘隔膜和箔材混合层，15-负极边缘，16-正极堆叠层，17-焊接夹具。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

名词解释：

汇流：将电流从电池极片上引出或输入的通道；

集流：是将这些电流集中起来向内输入或向外输出的通道；

引流：指将这些电流引出到电池外部正负极两端或将外部电流引入电池内部。

大圆柱电池：直径超过(包含)32mm，高度超过70mm的圆柱电池.

本实施例涉及大圆柱电池正负极汇流、集流、引流结构，广泛应用于钢壳、铝壳大尺寸圆柱动力、储能电池制造领域。

本发明人发现，目前的揉平技术及堆叠技术制作成的大圆柱电池存在以下的问题：

一、揉平技术制作成的大圆柱电池：

1.1由于揉平层内存在间隙，揉平层内部各点密度不能保证一致，因此在集流片与揉平层进行激光焊接时，存在焊穿或虚焊问题，因此存在安全隐患、合格率低问题。

1.2现有激光焊接方式是集流片(铜或铝的薄板)在上，揉平层在下的方式，激光必须穿透铜、铝板，再与揉平层焊接。但由于揉平层密度不稳定，所以焊接效果一致性差。

1.3现有激光焊接方式是集流片(铜或铝的薄板)在上，揉平层在下的方式。焊接效果不直观，缺乏有效的检测手段、因此质量不可控。

1.4存在震动后内阻变化等问题。

1.5由于焊接时集流片在上，揉平层在下，焊接深度难以控制，所以对于焊机精度要求非常高，设备造价高。

1.6揉平机构生产效率低，造成设备生产效率低，造价较高等，因此电池单位制造成本高。

1.7两端揉平后，揉平层为半实体状态，堵塞注液通道，注液时间相对较长，效率低，对设备要求高。同时由于注液效率低，需要加压注液，高压的电解液冲击会对焊点上的铜、铝箔造成拉伤，影响电池内阻的一致性。

1.8卷芯两端空间浪费较大，损失一定能量密度。

二、堆叠技术制作成的大圆柱电池：

2.1卷绕后从内向外各圈极片上激光切割成的小极耳向圆心方向90度堆叠，从里向外形成堆叠层，但堆叠层较薄(强度比揉平低)，如卷芯端面对齐水平差，会出现各点焊接质量不一致，影响电池内部集流、汇流效果。

2.2集流片在上、堆叠层在下，焊接容易出现焊穿或虚焊、影响电池安全性、一致性。

2.3由于结构设计原因。对前序极片制作、卷绕设备、焊接设备等精度要求非常高，设备造价昂贵。

2.4合格率低，量产存在一定难度，单位成本高。

2.5激光焊接时集流片在最上，堆叠层在下，焊接效果不直观，检验手段少且不可控。

2.6两端堆叠后。堵塞注液通道，注液时间长，效率低，对设备要求高。

2.7电池结构组件复杂，成本较高，影响电池单位成本。

2.8卷芯两端浪费较大空间，损失能量密度，但比揉平损失少。

本实用新型实施例是基于以上两种现有技术路线存在制约大圆柱电池发展的关键问题的基础上，采用新的结构，能够形成独特的汇流、集流、引流方式，解决以上问题造成的行业痛点。能够很好地解决现有的两项技术中在产业化中存在的各种问题。

实施例1

参考图1-图2，本实用新型实施例提供一种圆柱电池卷芯，卷芯包括相叠卷绕的正极极片、绝缘隔膜及负极极片，还包括一个以上的汇流部1，汇流部1包括正极汇流部11及负极汇流部12，正极极片包括一个以上的正极汇流部11，负极极片包括一个以上的负极汇流部12，正极汇流部11包括两个以上相互对位层叠并接触的正极汇流片111，负极汇流部12包括两个以上相互对位层叠并接触的负极汇流片121，正极汇流片111为正极极片基材的延长段，用于将电流从正极极片上引出或输入，负极汇流片121为负极极片基材的延长段，用于将电流从负极极片上引出或输入，正极汇流片和负极汇流片设置于卷芯端面2，一相互对位层叠的正极汇流片或一组相互对位层叠的负极汇流片左右两侧平齐，末端能够在沿径向弯折后在卷芯轴向方向平齐排列，本实施例中采用阿基米德曲线计算出正极汇流片111及负极汇流片121中各个汇流片之间从内到外的距离，使相互对位层叠的汇流片左右两侧平齐，即在直径方向对齐，参考图3，上述汇流片左右两侧指图中汇流片的长边侧。卷芯还包括集流片3，集流片3用于将电流集中起来向电池内输入或向电池外输出，设置于正极汇流部11或负极汇流部12下面，正极汇流部11或负极汇流部12的下表面用于与集流片3焊接固定以建立电连接。

本实施例中，汇流片宽度为2-35mm，长度为5-40mm，集流片3厚度为0.15mm以上；所有汇流片长度、宽度根据圆柱电池的具体型号尺寸决定，并且根据极汇流片弯折方向决定汇流片长度是延半径方向逐渐变长还是逐渐变短。正极汇流片及负极汇流片长度变化根据焊接方向决定，每一圈汇流片和上一圈的汇流片的长度是汇流片所在圈数半径差的递加或递减，最终保证焊接后末端对齐。

本实施例还包括设置于卷芯端面及所述集流片之间的绝缘垫片4，参考图3-图4，绝缘垫片4上设置有与集流片3轮廓(即外形、厚度)相吻合的凹槽，集流片3放置在凹槽内以便定位，汇流片能够穿过绝缘垫片4及集流片3上预留的空隙在折弯后与集流片3在激光焊接区域5焊接固定，焊接面积根据电池直径大小决定。本实施例中绝缘垫片4的厚度是集流片3厚度的3-10倍。

本实施例中汇流片在与正极极片连接的一端设置有绝缘涂层，此绝缘涂层用于在卷绕时防止电池正极与电池负极之间发生短路。

本实施例中在卷芯正负极两侧端面上的汇流片分布如图3所示，所有汇流片沿着一条直线分布在中心孔两侧，除卷芯的中心孔附近2-4圈正极极片及负极极片和最外层两圈正极极片及负极极片外，卷芯每2圈正极极片及都设置有至少一个正极汇流片，卷芯每2圈负极极片都设置有至少一个负极汇流片，也可以根据充放电倍率要求适当增减汇流片数量。根据汇流片折向不同，汇流部1的汇流片长度可设置为相应递增或递减，保证所有汇流片沿径向弯折后在所述集流片3上长度一致、末端能够沿卷芯轴向方向平齐排列。

本实施例中，正极汇流部11与负极汇流部12分别设置于卷芯的两端。参考图3、图4，本实施例根据电池充放电倍率要求在正负极两端采用在直径方向直线式的汇流部分布方式，在一些实施例中，也可以采用如图5-图6所示的三角形式的汇流部分布方式或如图7-图8所示的十字形式的汇流部分布方式，还可以根据电池直径不断增大做多角设计，如五角形或米字型等；进一步地，考虑电流分布方向以及温度均匀性，本实施例中正极汇流部与负极汇流部相对位置相反，在一些实施例中，可根据不同分布方式进行调整，正极汇流部与负极汇流部径向相对位置错落分布，位置不同。

本实施例中，汇流是指将正负极片的电流引出到集流片的过程，集流是指将所有汇流片集中到一个装置(集流片)的过程。

本实施例将汇流片穿过绝缘垫片，通过不同折平方向，采用箔材即汇流部在上，集流片在下的方式进行激光焊接，之后再由引流片将电流引导到电池外部盖帽与壳体上。现有的两种技术制作成的大圆柱电池都是集流片在最上面，然后下方是箔材层，所以焊接就要激光首先穿透集流片，再与箔材形成的集合进行溶结，因此集流片的厚度与焊接效果有直接关系，集流片必须要薄，否则将需要更大的功率，更增加了焊穿的风险。本实用新型可采用的焊接方式为：箔材在最上面，集流片在下面，这种焊接方式是穿过箔材再与集流片溶结。所以焊接功率和集流片厚度就没有必然关系，可以采用比以上两种大圆柱电池更厚的集流片(两种现有技术制作成的大圆柱电池一般集流片厚度为0.15-0.3mm.本实用新型的圆柱电池可以使用0.3以上的厚度的集流片)，再加上卷芯端面上2-3毫米硬塑料的绝缘垫片，使绝缘垫片、集流片作为焊接基准点和受力点，将本来就小的焊接压力成功分摊到两个零件，有效分散了激光焊接压力对卷芯的损伤，最终不会对负极极片有压损的风险。因此解决了以上两种技术路线上存在的问题。

本实施例的有益效果如下：

1.根据不同直径电池在用的不同汇流部分布模式，省略了揉平、堆叠环节，有效减少了设备投入。

2.采用箔材在上，集流片在下的结构，焊接时直观，利于在线检测，提高产品的合格率，相对于现有技术合格率高10％-30％。(现有技术的合格率不良主要是箔材与集流片焊接造成的)。

现有两种技术的大圆柱电池的卷芯在焊接时采用集流片在上的激光“穿刺焊”，目测只能看到集流片上的焊点，无法看到焊接界面，更无法检测焊接深度，甚至无法快速检测焊接深度，从而存在焊穿的风险，并且焊接拉力非常小，无法进行有效的在线拉力测试，所以在生产过程中目前有效的检测途径只能破坏性抽检，无法形成在线检测，所以说无有效检测手段。本实施例的电池卷芯可采用反向焊接方式，使汇流部在上，集流片在下，可以通过CCD在线监测焊点直径、颜色等数据进行全程监控焊接质量，因为此焊接强度高于两种技术，可以进行拉力检测。

本实施例可使焊接效果直观可控，检测手段多，焊接合格率大幅提高，产品合格率大幅提高。

3、本实施例彻底避免焊穿问题，杜绝现有的两种技术存在因激光焊穿损伤极片与隔膜，从而产生安全隐患的问题。

4、由于现有两种圆柱电池的卷芯在焊接时均采用集流片在上，箔材在下的“穿刺焊”对于激光焊接设备功率及精度要求较高，需要采用国产高端甚至进口设备，进口单光束每台100以上。本实施例采用相反的焊接方式，只需要国产普通激光焊机即可。本实施例的圆柱电池卷芯对于激光焊接设备要求明显低于现有两种圆柱电池，对焊机、卷绕机的要求大大降低，可大幅降低焊接设备的投入，解决设备投入高的问题。

5、本实施例中的圆柱电池卷芯每圈都可以有一条或多条汇流通道，可以将电流快速引入或输出到集流片上再通过引流片与电池外部相连，不仅达到大圆柱电池充放电倍率以及温升的要求，整体效果与两种圆柱电池相同，而且解决了两种圆柱电池不能解决的关键问题。

6、本实施例的圆柱电池卷芯采用直线、三角、四角或多角集流、汇流、引流分布方案，适用于钢壳和铝壳电池结构，电池结构组件成本低于目前两种圆柱电池，单位成本有效降低。

7、卷芯两端空间的浪费低于现有两种圆柱电池卷芯，提高了能量密度。

综上，本实施例解决了目前大圆柱电池揉平效率低，堆叠焊接设备造价高，总体效率低的问题，装配设备投入减少1/3以上【注液机投入可减少1/2，装配线的(取消揉平、堆叠环节)激光焊接封口改成机械封口，设备投入减少1/3以上，激光焊接设备相对便宜1/3以上】，同时有效节约了场地与能耗。解决了目前技术中存在的产品合格率低，量产后电池成本高问题，装配合格率高于95％以上。还能够解决现有技术中大圆柱电池焊接过程中存在的虚焊、焊穿问题，实现焊接效果直观、可控，提高电池的安全性和一致性。适用范围广，可以应用于镀镍钢壳、铝壳、不锈钢壳等不同结构电池，结构组件成本低，降低了电池单位成本，更有竞争力。提高了电池注液效率，大大减少电池注液时间，节约设备投入、场地、能耗等成本，最终电池单位成本下降，提高企业的利润与竞争力。

实施例2

本实用新型实施例还提供一种圆柱电池，包括盖帽、壳体、引流片及实施例1中的圆柱电池卷芯，引流片用于将电流引出到电池外部的正极端或负极端，或将电池外部电流引入电池内部，在圆柱电池的正极或负极设置有引流片，引流片一端与集流片固定并电连接，另一端与盖帽固定并电连接；圆柱电池的负极或正极与集流片固定并电连接于所述壳体内底部。

本实施例的圆柱电池可为钢壳电池结构或铝壳电池结构，两种电池结构分别如下：

实施例1中的圆柱电池卷芯在钢壳电池上应用时，正极汇流部与正极集流片焊接，负极汇流部与负极集流片焊接，参考图3、图5、图7，正极集流片与引流片6一体冲压成型。负极不需要引流片，集流片与钢壳底部直接焊接。

具体地，参考图9，将电池卷芯正负极汇流片与集流片焊接好以后，将正极引流片61沿小于半径4/5尺寸位置向外折90度。再将卷芯负极端朝下入到钢壳壳体7中，采用焊针8(超声波焊针或储能电阻焊焊针)将负极集流片32与钢壳底部71进行焊接形成焊接点72。检测焊接效果后进行辊槽。辊槽后，可以采用先注液后焊接盖帽方式，也可以采用先焊盖帽后注液方式进行生产，参考图10，利用超声或激光焊机将正极引流片61焊接到正极的盖帽9上，再进行封口、化成等工序，完成电池生产。

实施例1中的圆柱电池卷芯在铝壳电池上应用时，正极汇流部与正极集流片焊接，负极汇流部与负极集流片焊接，参考图11-图12，负极集流片与引流片6一体冲压。正极不需要引流片，集流片与铝壳底部直接焊接。

具体地，参考图13，在铝壳电池上应用时，正极集流片上不用引流片(结构与钢壳电池负极集流片结构相同)，负极集流片32上增加负极引流片62(与钢壳电池正极集流片结构相同)。铝壳壳体10是底端为盲孔的拉伸壳。正负极集流片焊接完毕后，负极引流片62在对应位置90度向外折弯。正极朝下入壳，采用针式超声波或激光焊接工艺将正极集流片31焊接到铝壳底部101。参考图14，再将负极引流片62采用超声或激光焊接方式焊在负极的盖帽9上，再进行激光封口、注液，化成，完成后工序。

本实施例中，引流是指将集流片与电池正负极连接的过程。

本实施例通过电池内部部件结构设计与优化，可形成新的大圆柱电池汇流、集流、导流的方式，解决了目前大圆柱电池普遍存在的产品合格率低、存在安全隐患、产品性能不稳定、生产效率低、设备投入高、电池一致性差等问题。

本实施例的有益效果如下：

1、采用正极引流片焊接，负极集流片焊接，汇流片在上/集流片在下的整体结构，焊接更可靠，抗震性能良好，保证了电池的一致性。

2、采用辊槽封口结构，以上的两种现有技术采用激光焊封口技术或辊边封口，相比较本技术设备投入更低，合格率更高。

3、成本更低：

1)外壳：本实施例的圆柱电池可以借用通的用碳钢拉伸镀镍外壳，不需要磨具费用。现有技术中的两种圆柱电池一般采用拉伸铝壳或不锈钢拉伸外壳(底部冲孔)，需自行开模，产量较低，因此碳钢外壳明显低于另外两种结构外壳。

2)盖帽：本实施例的圆柱电池采用通用形圆柱电池盖帽，现有技术中的两种圆柱电池一般采用独立设计组件的盖帽(堆叠技术正负极都需要盖帽)，价格是本技术的1倍以上。

3)集流/引流片：本实施例的圆柱电池集流片、汇流片造型简单，对于厚度精度与弹性要求低，是目前堆叠技术的价格的1//3.

由上本实施例的电池组件集中起来不足现有的两种圆柱电池造价的1/2，且取消了揉平与堆叠环节，设备造价大幅降低。

本实施例相对于现有技术的有益效果具体说明如下：

揉平技术制作大圆柱电池在正负极激光端面焊接的过程中，在激光焊夹具压力的作用下，揉平层与绝缘隔膜和箔材混合层均受到向下的压力，图15为焊接夹具剖面图，由于揉平层存在空隙，是影响焊接效果以及焊穿的主要因素，所以在焊接中希望其在压力状态下会变形，以此更加致密，达到消除空隙效果。因此参考图16，揉平技术正极端面焊接的总变形量V＝v1(正极揉平层13变形量)+v2(绝缘隔膜和箔材混合层14变形量)。在焊接中最上层是正极集流片31，如果追求焊接效果，焊接压力越大，揉平层将被压得越密实，焊接效果越好，图16中箭头方向指焊接压力方向。但正极揉平层下面是绝缘隔膜和箔材混合层，极易变形，同时绝缘隔膜和箔材混合层下面是负极边缘15，在生产过程中，必须要保证负极不受损伤，以确保电池安全性。而揉平技术如果追求焊接最佳效果，必须保证正极揉平层变形量v1最大以消除空隙。但实际过程中v2要远大于v1(大于60％)，并且相对材质柔软,故此在焊接压力实施过程中，首先绝缘隔膜和箔材混合层14受到压力变形，当绝缘隔膜和箔材混合层14停止变形后，此时作用力已经传递给负极边缘，在压力持续增加的情况下，负极边缘15和正极揉平层13同时开始变形。要保证负极不受损伤，正极揉平层的变形量就难以达到预期了。所以说，揉平方案因结构设计缺陷，存在焊接压力与保护负极这一矛盾，难以得到希望的焊接压力以确保焊接质量，所以合格率以及焊穿引起的安全问题难以解决。

堆叠技术制作大圆柱电池对比揉平技术进行了结构改进，采用更薄的集流片，以减小对焊接压力的需求，希望因此在做到保护负极的基础上能得到更好的焊接效果。但堆叠技术采用将正负极集流片直接焊接到正负极两端的工艺，没有用引流片进行缓冲振动造成对于焊点的拉伤，所以采用了更薄的弹性设计集流片，同时相比揉平技术，堆叠技术的堆叠层明显减少了空隙，堆叠层更薄，优点是焊接压力理论上减小，焊接效果有所提升。但揉平结构的揉平层作为主要的焊接力支撑，起到承接焊接压力的作用，如图17所示，正极堆叠层16因为是小片堆叠的，在承接焊接压力的能力上很差，所以大部分压力将绝缘隔膜和箔材混合层14承担，最终传导到负极边缘15上。如图18A-图18F所示，焊接时焊接夹具17在箭头方向施加焊接压力，相对于揉平技术，堆叠技术的大圆柱电池结构上考虑了减震，因此集流片3更薄，正极堆叠层16相比揉平层更薄，采用绝缘隔膜和箔材混合层14压平后焊接定位的方式，因此对于负极边缘15即卷芯负极端面的对齐度及激光焊接要求非常高，经常会出现从内圈到外圈焊接效果逐渐变化的问题，难以保证一致性。

负极端面即负极边缘15的平整度对于堆叠技术的焊接影响较大，即使在负极端面对齐度很高时的状态即理想状态时，但由于集流片薄，在焊接夹具的压力下，集流片与堆叠层会变形，无法达到理想的焊接效果，如图18D-18E圆圈处所示，在焊接时突起或凹陷的负极端面更会加剧焊接的不稳定性，这也是国内企业目前面临的问题：从中心到外圈，如果焊接压力小，焊接效果会随着负极端面的变化而导致焊接质量变化，如果焊接压力大，对于卷绕机的要求就非常高，按照目前设备水平，直径越大的电池，负极端面就越难做到平整的一致性。因此堆叠技术都在研究，需要在各方面进行平衡。

本实用新型实施例的大圆柱电池卷芯能够使焊接时铜铝箔层即汇流部1在上，集流片在下(称为反向焊接)。不同于目前两种技术路线焊接时集流片在上，铜铝箔材在下(称为正向焊接)。本实用新型实施例的卷芯可以采用更厚的集流片，焊接效果优，采用箔材在上、厚集流片、厚绝缘垫片，焊接压力不仅远小于两种技术，而且分散压力，不损伤极片，提高了安全性，避免了揉平技术中容易焊穿，堆叠技术易虚焊、震动后内阻变化的技术痛点，提高了电池一致性。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本实用新型的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (12)

1.一种圆柱电池卷芯，其特征在于，所述卷芯包括正极极片、绝缘隔膜及负极极片，所述正极极片、绝缘隔膜及负极极片相叠卷绕；所述正极极片包括一个以上的正极汇流部,所述负极极片包括一个以上的负极汇流部，所述正极汇流部包括两个以上相互对位层叠并接触的正极汇流片，所述负极汇流部包括两个以上相互对位层叠并接触的负极汇流片，所述正极汇流片为所述正极极片基材的延长段，用于将电流从所述正极极片上引出或输入，所述负极汇流片为所述负极极片基材的延长段，所述负极汇流片用于将电流从所述负极极片上引出或输入，所述正极汇流片和负极汇流片分别设置于所述卷芯的端面，一组相互对位层叠的所述正极汇流片或一组相互对位层叠的所述负极汇流片左右两侧平齐，末端能够在沿径向弯折后在卷芯轴向方向平齐排列；还包括集流片，设置于所述正极汇流部或负极汇流部下面，所述正极汇流部或负极汇流部的下表面用于与所述集流片焊接固定以建立电连接。

2.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述正极汇流片或负极汇流片的宽度为2-35mm，长度为5-40mm。

3.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述集流片厚度为0.15mm以上。

4.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，还包括设置于卷芯端面及所述集流片之间的绝缘垫片，所述绝缘垫片上设置有与所述集流片轮廓相吻合的凹槽，所述集流片放置在所述凹槽内，所述汇流片能够穿过所述绝缘垫片及所述集流片上预留的空隙在折弯后与所述集流片焊接固定。

5.如权利要求4所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述绝缘垫片的厚度是所述集流片厚度的3-10倍。

6.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，除所述卷芯的中心孔附近2-4圈正极极片及负极极片和最外层2-4圈正极极片及负极极片外，所述卷芯的每2圈正极极片设置有至少一个正极汇流片，所述卷芯的每2圈负极极片设置有至少一个负极汇流片。

7.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述一个以上的正极汇流部或负极汇流部呈直线式、三角形式、十字形式、五角形或米字型分布。

8.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述正极汇流部与所述负极汇流部分别设置于所述卷芯的两端。

9.如权利要求8所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述正极汇流部与所述负极汇流部径向相对位置错落分布。

10.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述汇流片在与正极极片连接的一端设置有绝缘涂层。

11.如权利要求1所述的圆柱电池卷芯，其特征在于，所述正极汇流部的正极汇流片长度相应递增或递减，保证所有正极汇流片沿径向弯折后在所述集流片上长度一致，末端能够沿卷芯径向平齐排列；所述负极汇流部的负极汇流片长度相应递增或递减，保证所有负极汇流片沿径向弯折后在所述集流片上长度一致，末端能够沿卷芯轴向方向平齐排列。

12.一种圆柱电池，其特征在于，包括盖帽、壳体、引流片及权利要求1-11中任一项所述的圆柱电池卷芯，所述引流片用于将电流引出到电池外部的正极端或负极端，或将电池外部电流引入电池内部，所述引流片设置在所述圆柱电池的正极或负极，所述引流片一端与所述集流片固定并电连接，另一端与所述盖帽焊接固定并电连接。