WO2024260263A1

WO2024260263A1 - 用于圆柱电池的集流盘组件和圆柱电池

Info

Publication number: WO2024260263A1
Application number: PCT/CN2024/097933
Authority: WO
Inventors: 徐雨
Original assignee: NIO Technology Anhui Co Ltd
Current assignee: NIO Technology Anhui Co Ltd
Priority date: 2023-06-20
Filing date: 2024-06-07
Publication date: 2024-12-26
Anticipated expiration: 2025-12-20
Also published as: CN220400852U

Abstract

一种用于圆柱电池的集流盘组件和圆柱电池，涉及电池技术领域，旨在解决现有圆柱电池的电芯容易发生偏心的问题。集流盘组件包括：集流盘本体（1）；定位结构（2），定位结构（2）形成为环状，定位结构（2）套设于集流盘本体（1）。通过定位结构（2）的设置，能够防止电芯（3）发生偏移或偏心，且便于电芯（3）安装至电池的壳体（4）内。

Description

用于圆柱电池的集流盘组件和圆柱电池

本申请要求2023年06月20日提交的、发明名称为“用于圆柱电池的集流盘组件和圆柱电池”的中国专利申请CN202321603802.2的优先权，上述中国专利申请的全部内容通过引用并入本申请中。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体提供一种用于圆柱电池的集流盘组件和圆柱电池。

背景技术

锂离子电池(俗称“锂电池”)是一种以锂离子嵌入化合物为正极材料的二次电池，它具有体积小、容量大、使用寿命长、自放电率低、无记忆效应、绿色环保等诸多优点。因此，锂电池的应用越来越广泛。

根据外形的不同，可以将锂电池大致分为方形电池、圆柱电池、软包电池和纽扣电池等多种类型。其中，圆柱电池包括大致圆柱形的壳体和布置在壳体内的电芯。电芯由正极片、负极片和布置在正极片和负极片之间的隔膜通过卷绕而成。正极片上设有正极耳，负极片上设有负极耳。正负极耳通过集流盘分别与位于圆柱电池两端的正负端连接。

现有技术中的圆柱电池的集流盘的设计比电芯小，电芯的外径比壳体的内径小，会造成电芯进入壳体后发生偏心，即，电芯和壳体的侧壁之间存在间隙，且间隙不均匀，如果电芯发生偏心，再向电池内部注液后，电芯会发生膨胀，且偏心会造成电芯不同位置与壳体之间的膨胀力不同，这会直接造成电芯在循环后析锂，跳水，循环性能下降，导致整个电池的寿命减短。

综上所述，现有圆柱电池的电芯在安装时容易发生偏心造成析锂、跳水、循环性能下降等问题。

相应地，本领域需要一种新的用于圆柱电池的集流盘组件和圆柱电池来解决上述问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有圆柱电池的电芯容易发生偏心造成析锂、跳水、循环性能下降的问题。

在第一方面，本发明提供一种用于圆柱电池的集流盘组件，所述集流盘组件包括：

集流盘本体；

定位结构，所述定位结构形成为环状，所述定位结构套设于所述集流盘本体。

在上述集流盘组件的优选技术方案中，所述集流盘本体上设有位于边缘的台阶部，所述定位结构套设于所述台阶部上。

在上述集流盘组件的优选技术方案中，所述台阶部设有第一通孔，所述定位结构注塑成型在所述台阶部上，所述定位结构在所述第一通孔内设有固定部。

在上述集流盘组件的优选技术方案中，所述台阶部上设置有第一卡接构件，所述定位结构包括环部以及设于所述环部上的第二卡接构件，所述环部环绕所述台阶部设置，所述定位结构和所述台阶部通过所述第一卡接构件和所述第二卡接构件连接。

在上述集流盘组件的优选技术方案中，所述定位结构上设置有导向结构，所述导向结构位于所述定位结构的一端，且所述导向结构的横截面积沿着所述定位结构的轴线自下向上的方向逐渐变小。

在上述集流盘组件的优选技术方案中，所述集流盘本体上设置有多个沿所述集流盘本体周向间隔分布的注液通道。

在上述集流盘组件的优选技术方案中，所述台阶部上设置有第一配合部，所述定位结构上设有与所述第一配合部对应设置的第二配合部。

在上述集流盘组件的优选技术方案中，所述台阶部上设置有至少两个第二通孔，所述至少两个第二通孔沿着所述台阶部的周向间隔分布。

在第二方面，本发明还提供一种圆柱电池，所述圆柱电池包括上述优选技术方案中任一项所述的集流盘组件，所述圆柱电池还包括极耳、电芯和壳体，

所述集流盘组件和所述电芯均设于所述壳体内，

所述集流盘组件设于所述电芯的一端且通过所述极耳与所述电芯连接。

在上述圆柱电池的优选技术方案中，所述定位结构朝向电芯的一面包括端面和延伸面，在电池高度方向上，延伸面位于端面的上方；所述集流盘本体与所述电芯端面的距离小于所述延伸面与所述电芯端面的距离。

在上述圆柱电池的优选技术方案中，所述端面位于所述极耳和所述壳体侧壁之间。

在上述圆柱电池的优选技术方案中，所述端面和所述集流盘本体之间的距离大于或等于所述极耳压实后的厚度。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的集流盘组件包括：集流盘本体和定位结构，定位结构形成为环状，定位结构套设于集流盘本体。本发明通过定位结构的设置，在电芯和集流盘焊接后，电芯和集流盘本体所组成的整体进入壳体时，能够精准定位，防止电芯发生偏移或偏心，便于电芯安装至电池的壳体内。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的集流盘组件的结构图；

图2是本发明的集流盘本体的结构图；

图3是本发明的定位结构的结构图；

图4是本发明的集流盘组件部分区域的剖视图；

图5是本发明的电池的部分结构剖视图；

图6是本发明的另一种优选实施例的集流盘组件的结构图；

图7是本发明的另一种优选实施例的集流盘本体的结构图；

图8是本发明的另一种优选实施例的定位结构的结构图；

附图标记：
1、集流盘本体；1A、第一面；1B、焊接区域；11、台阶部；
111、第一卡接构件；12、第一通孔；13、第二通孔；14、第一配合部；15、注液通道；2、定位结构；21、本体；21A、第二面；211、环部；212、第二卡接构件；22、端部；22A、第二面；23、导向结构；24、圆柱孔；25、第二配合部；3、电芯；3A、电芯端面；31、极耳；4、壳体。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，本发明不对电池所应用的车辆的具体类型作任何限制，本领域技术人员可以根据实际使用需求自行设定车辆的具体类型，如可以是轿车车型，也可以是SUV车型，还可以是其他车型，这都不是限制性的。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先参阅图5，如图5所示，圆柱电池包括壳体4、电芯3和集流盘本体1，电芯3和集流盘本体1均设置在壳体4内，电芯3和集流盘本体1的一端通过极耳31连接；集流盘本体1的设计比电芯3小，电芯3的外径比壳体4的内径小，会造成电芯3进入壳体4后发生偏心，为了避免电芯3进入壳体后发生偏心，本发明提供一种用于电池的集流盘组件来解决上述问题。

接下来参阅图1至5，如图1至5所示，第一种优选实施例的用于电池的集流盘组件包括：集流盘本体1和定位结构2，定位结构2形成为环状，定位结构2套设于集流盘本体1。

进一步地，集流盘本体1上设有位于边缘的台阶部11，定位结构2套设于台阶部11上，定位结构2设置成在电池组装到位的情况下能够限制电芯3的移动。

具体而言，集流盘本体1为圆形板状结构，在集流盘本体1的外周设置有圆环形的台阶部11，且台阶部11所处的位置高度高于集流盘本体1所处的位置高度，定位结构2也为圆环状结构，套在台阶部11上，以图5所示方向为基准方向，在电池组装到到位的情况下，定位结构2的外周侧与壳体4的侧内壁抵接，即，定位结构2的外径与壳体4的内径相同，或者是定位结构2的外径与壳体4的内径接近，在电芯3进入壳体4后，由于定位结构2与集流盘本体1连接，集流盘本体1通过极耳31和电芯3焊接，所以定位结构2间接的与电芯3连接，定位结构2的外周侧与壳体4的侧壁抵接，因此，定位结构2能够对电芯3起到定位的作用，避免电芯3发生偏移或偏心。

本领域技术人员能够理解的是，以图5所示方向为基准方向，在电池组装到位的情况下，定位结构2仅仅与的壳体4的侧内壁抵接；还可以是，在集流盘组件的外径略小于与壳体4的内径，但两者数值接近的情况下，且在电池组装到位的情况下，定位结构2与壳体4的侧壁之间均在间隙，但是定位结构2与壳体4侧壁之间间隙小于电芯3与壳体4侧壁之间的间隙，基于此，减小电芯3与壳体4的偏移量，使得电芯3的偏移量在允许的误差范围内，仍然能够避免电芯3过度偏移造成析锂、跳水或循环性能下降等问题的发生，也可以是定位结构2仅仅与壳体4的顶壁连接，即，壳体4的顶壁上设置有环形容纳槽(图中未示出)，环形容纳槽与定位结构2相匹配，定位结构2位于环形容纳槽内，依然能够避免电芯3发生偏移或偏心；还可以是定位结构在左右方向上与壳体4的内壁抵接，同时与壳体4的顶壁抵接，只要能够满足集流盘组件的外径略小于与壳体4的内径，但两者数值接近即可，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

在另一种优选的实施例中，集流盘组件不包括台阶部11，定位结构2直接套在集流盘本体1上，且集流盘本体1的外径大于电芯3的外径，在集流盘本体1与电芯3同心装配后，定位结构2套在集流盘本体1的与电芯3的未接触部分。

进一步地，集流盘本体1和极耳31焊接，而台阶部11为圆环形结构，位于集流盘本体1的外侧，通过台阶部11实现集流盘本体1与定位结构2的连接，避免定位结构2与集流盘本体1直接连接，造成极耳31的焊接区域减少，台阶部11的设置既可以保证极耳31的焊接面积，又方便集流盘本体1与定位结构2的连接。

接下来参阅图4和图5，定位结构2朝向电芯3的一面包括端面和延伸面，在电池高度方向上，延伸面位于端面的上方；集流盘本体1与电芯端面3A的距离小于延伸面与电芯端面的距离。具体而言，下文中所述的第二面21A为延伸面，第三面22A为端面，以图5所示方向为基准方向，定位结构2包括本体21，本体21为双层结构，本体21的部分剖视图如图4和5中所示的U形结构，夹住台阶部11，集流盘本体1的靠近电芯3的一面为第一面1A，即，集流盘本体1最下方的端面为第一面1A，本体21的靠近电芯3的一面为第二面21A，即，本体21的下端面为第二面21A，电芯3的靠近集流盘本体1的一面为电芯端面3A，即，电芯3的上端面为电芯端面3A，第一面1A与电芯端面3A的距离小于第二面21A与电芯端面3A的距离，即，第一面1A低于第二面21A。基于上述结构设置，在定位结构2与集流盘本体1连接到位后，将其整体与极耳31进行焊接时，使得集流盘本体1优先于本体21接触到极耳31，不会因为本体21的下表面先接触极耳31而造成集流盘本体1与极耳31之间存在间隙，避免造成集流盘本体1与极耳31焊接不到位而发生虚焊。

本领域技术人员能够理解的是，虽然本优选实施例中，通过将台阶部11的位置高度设置成高于集流盘本体1的位置高度，来满足第一面1A低于第二面21A，但这并不是限制性的，在另一种优选的实施例中，以图4所示方向为基准方向，台阶部11在上下方向上的厚度小于集流盘本体1的厚度，且台阶部11的下表面高于集流盘本体1的下表面，同时，台阶部11的下表面和集流盘本体1的下表面之间的距离大于本体21的位于台阶部11下方的部分的厚度，还可以是，为了避免造成虚焊，将集流盘本体1设置成能够完全覆盖电芯端面3A，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

进一步地，定位结构2还包括端部22，端部22与本体21连接，在电池组装到位的情况下，端部22位于极耳31和壳体4侧壁之间。以图5所示方向为基准方向，端部22也为圆环状结构，在左右方向上，用于隔断极耳31和壳体4，在极耳31发生振动偏移时端部22能够防止极耳31和壳体4接触，避免两者电连接，进而避免电池发生短路。

继续参阅图5，以图5所示方向为基准方向，端部22远离本体21的一面为第三面22A，即，第三面22A为端部22的下表面，也为上文中所述的端面，端面和集流盘本体1之间的距离大于或等于极耳31压实后的厚度，即，第一面1A和第三面22A之间的距离大于或等于极耳31压实后的厚度。第三面22A在上下方向上始终位于极耳31的下方，完全隔断极耳31和壳体4。

在另一种可行的实施例中，在极耳31压实后，端部22的下表面位于极耳31外周侧面上下方向的中间位置(图中未示出)，依然能够起到防止极耳31偏移的作用，避免极耳31和壳体4电连接。

需要说明的是，本发明不对定位结构2的具体结构作任何限制，定位结构2可以仅仅包括本体21，也可以同时包括本体21和端部22，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

进一步地，定位结构2上设置有导向结构23，导向结构23位于定位结构2的一端，且导向结构23的横截面积沿着定位结构2的轴线自下向上的方向逐渐变小。以图4所示方向为基准方向，导向结构23为设置在定位结构2外侧面上端的倒角结构或圆角结构，导向结构23在电芯3进入壳体4内时起到导向作用，使得电芯3不会与壳体4发生剐蹭，使得电芯3能够快速进入壳体4。

接下来参阅图2和3，台阶部11上设置有至少两个第二通孔13，至少两个第二通孔13沿着台阶部11的周向间隔分布。具体而言，第二通孔13为贯穿台阶部11的孔状结构，且第二通孔13的数量设置有两个，两个第二通孔13在台阶部11的径向方向上相对称设置，在对定位结构2进行注塑时，通过第二通孔13将集流盘本体1固定，使其不发生偏转，避免注塑定位结构2失败。

在定位结构2注塑完成后，在定位结构2的与第二通孔13的相对应位置形成有圆柱孔24。

需要说明的是，本发明不对第二通孔13的具体结构和具体数量作任何限制，第二通孔13可以是圆柱形通孔，也可以是方形通孔，还可以是长通孔，第二通孔13的数量还可以是三个、四个或其他数值，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

进一步地，台阶部11上设置有第一通孔12，定位结构2注塑成型在台阶部11上，定位结构2在第一通孔12内设有固定部。第一通孔12为长通孔，且第一通孔12的数量为四个，四个第一通孔12沿着台阶部11的周向设置且均匀分布，定位结构2通过注塑模具(图中未示出)直接注塑在台阶部11上，第一通孔12的设置能够将定位结构2与台阶部11牢固的连接，即，定位结构2的位于台阶部11的上下两侧的部分通过第一通孔12内的部分(固定部)紧固连接，在定位结构2注塑成型后，定位结构2和台阶部11连接为一个整体结构，使得定位结构2不易脱离台阶部11。

需要说明的是，本发明不对第一通孔12的具体形状、具体数量和具体分布方式作任何限制，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

本领域技术人员能够理解的是，虽然本优选实施例中，定位结构2直接注塑在台阶部11上实现与台阶部11的连接，但这不并是限制性的，在另一种可行的实施例中，定位结构2直接套接或卡接或粘接在台阶部11上，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

接下来参阅图1和2，如图1和2所示，集流盘本体1上设置有多个注液通道15，多个注液通道15沿集流盘本体周向间隔分布，集流盘本体1包括焊接区域1B，焊接区域1B避开注液通道15，定位结构2上设置有第二配合部25，第二配合部与焊接区域1B对应设置。

具体而言，第二配合部25为设置在定位结构2上的缺口结构，第二配合部25的数量设置有两个，且两个第二配合部25在定位结构2的径向方向呈相对立设置，注液通道15用来向电芯3内注入电解液，注液通道15的数量为六个，且六个注液通道15在集流盘本体1上呈周向阵列分布，第二配合部25所对应的相邻两个注液通道15之间的区域为焊接区域1B，焊接区域1B用来和极耳31焊接，通过第二配合部25的设置，对焊接区域1B进行定位识别，能够快速确定焊接区域1B，在极耳31和集流盘本体1焊接时，能够避免焊接点与注液通道15发生干涉。

进一步地，台阶部11上设置有第一配合部14，第二配合部25和第一配合部14相匹配设置。第一配合部14为设置在台阶部11上的缺口结构，第一配合部14与焊接区域1B对应设置，基于此，在对定位结构2进行注塑的优选实施例里中，第二配合部25和第一配合部14通过注塑连接，由于第一配合部14与焊接区域1B对应设置，所以第二配合部25注塑成型后便直接与焊接区域1B对应。

通过第一配合部14和第二配合部25的设置，既能够使得集流盘本体1和定位结构2相互连接配合，避免发生相互转动，又能够起到识别定位焊接区域1B的作用。

需要说明的是，本发明不对第二配合部25和第一配合部14的具体结构作任何限制，第二配合部25和第一配合部14还可以是凸起结构或凸点结构，还可以是凹槽结构，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

本领域技术人员能够理解的是，虽然本优选实例中，通过第一配合部14的设置，使得定位结构2在注塑时直接形成第二配合部25，但这并不是限制性的，还可以是，仅仅包括第二配合部25，且通过对定位结构2的注塑模具进行改进，使得注塑模具满足定位结构2注塑成型后形成有第二配合部25，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

接下来参阅图6至8，如图6至8所示，第二种优选实施例的集流盘组件与第一种优选实施例的集流盘组件的区别在于，集流盘本体1和定位结构2通过卡接的方式相连。

具体而言，在第二种优选实施例中，本体21为双层结构夹紧贴合台阶部11，在第二种优选实施例中，台阶部11上设置有第一卡接构件111，本体21为单层结构，本体21包括环部211以及设置在环部211上的第二卡接构件212，环部211环绕台阶部11设置，定位结构2和台阶部11通过第一卡接构件111和第二卡接构件212连接，第二卡接构件212为设置在本体21上的卡扣，第一卡接构件111为设置在台阶部11上的卡孔，卡扣和卡孔卡接实现集流盘本体1与定位结构2的连接。

需要说明的是，本发明不对第一卡接构件111和第二卡接构件212的具体结构、设置位置以及具体设置数量作任何限制，例如，还可以是第一卡接构件111为卡扣，第二卡接构件212为卡孔，以图8所示方向为基准方向，第二卡接构件212可以设置在环部211的上方，也可以设置在环部211的下方，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

在第二种优选实施例的集流盘组件中，台阶部11上不设置第一通孔12和第二通孔13，定位结构2上不设置圆柱孔24，其他结构以及设置方式，第二种优选实施例与第一种优选实例的集流盘组件均相同，在此不再赘述。

需要说明的是，本发明不对集流盘本体1和极耳31的电性作任何限制，极耳31可以负极耳，也可以是正极耳，相对应地，集流盘本体1可以带正电，也可以带负电，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

本发明的定位结构2的材质为绝缘材质，优选为绝缘塑胶，当然，这仅仅是一种优选的设置方式，还可以是绝缘橡胶、绝缘复合制品，或其他绝缘材质，本领域技术人员可根据实际情况自行设定。

在第二方面，本发明还要求保护一种圆柱电池，所述圆柱电池包括上述优选实施例中任一项的所述的集流盘组件。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims

一种用于圆柱电池的集流盘组件，其特征在于，所述集流盘组件包括：

集流盘本体；

定位结构，所述定位结构形成为环状，所述定位结构套设于所述集流盘本体。
根据权利要求1所述的集流盘组件，其特征在于，所述集流盘本体上设有位于边缘的台阶部，所述定位结构套设于所述台阶部上。
根据权利要求2所述的集流盘组件，其特征在于，所述台阶部设有第一通孔，所述定位结构注塑成型在所述台阶部上，所述定位结构在所述第一通孔内设有固定部。
根据权利要求2所述的集流盘组件，其特征在于，所述台阶部上设置有第一卡接构件，所述定位结构包括环部以及设于所述环部上的第二卡接构件，所述环部环绕所述台阶部设置，所述定位结构和所述台阶部通过所述第一卡接构件和所述第二卡接构件连接。
根据权利要求2所述的集流盘组件，其特征在于，所述定位结构上设置有导向结构，所述导向结构位于所述定位结构的一端，且所述导向结构的横截面积沿着所述定位结构的轴线自下向上的方向逐渐变小。
根据权利要求2所述的集流盘组件，其特征在于，所述集流盘本体上设置有多个沿所述集流盘本体周向间隔分布的注液通道。
根据权利要求2所述的集流盘组件，其特征在于，所述台阶部上设置有第一配合部，所述定位结构上设有与所述第一配合部对应设置的第二配合部。
根据权利要求2所述的集流盘组件，其特征在于，所述台阶部上设置有至少两个第二通孔，所述至少两个第二通孔沿着所述台阶部的周向间隔分布。
一种圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池包括权利要求1至8中任一项所述的集流盘组件，所述圆柱电池还包括极耳、电芯和壳体，

所述集流盘组件和所述电芯均设于所述壳体内，

所述集流盘组件设于所述电芯的一端且通过所述极耳与所述电芯连接。
根据权利要求9所述的圆柱电池，其特征在于，所述定位结构朝向电芯的一面包括端面和延伸面，在电池高度方向上，延伸面位于端面的上方；所述集流盘本体与所述电芯端面的距离小于所述延伸面与所述电芯端面的距离。
根据权利要求10所述的圆柱电池，其特征在于，所述端面位于所述极耳和所述壳体侧壁之间。
根据权利要求11所述的圆柱电池，其特征在于，所述端面和所述集流盘本体之间的距离大于或等于所述极耳压实后的厚度。