一种圆柱电池顶部组件及圆柱电池的制作方法

本申请涉及锂离子电池，尤其是涉及一种圆柱电池顶部组件及圆柱电池。

背景技术：

1、随着新能源汽车及储能技术的快速发展，对锂离子电池的能量密度、充放电倍率性能以及安全性能提出了越来越高的要求。电池的盖帽组件以及集流盘是电池内部导电网络与安全防护的重要组成部分，其结构设计直接关系到电池的整体空间利用率和电性能。

2、在传统的圆柱电池顶部结构中，盖帽组件通常采用全包式结构，即顶盖外缘向下包覆壳体口部上端面，导致盖帽组件沿轴向占用的装配高度较大。为了改善这一问题，行业内有提出半包围结构的盖帽方案，这种设计不仅使得电池在受到撞击后能够保持包覆顶盖的状态以提高密封性能，而且其底盖板与安全片通过焊接连接并设有刻痕，组成了电流切断装置（cid）。该cid能够在电池内部气压异常升高时及时切断电流，提供了重要的安全保护机制。然而，仅仅在盖帽端进行结构优化，仍然无法解决现代大圆柱电池在超级快充工况下所面临的高阻抗与发热难题，这主要是受制于现有集流盘的设计路线。现有正极集流盘普遍采用"盘面-折耳-fuse（熔断保险丝）"的一体或分体结构，fuse区域虽然能够在极端短路时熔断以保护电池，但在正常工作及大倍率充放电过程中，fuse处的截面积突变会导致局部电阻显著升高，产生额外的焦耳热，并限制过流能力。

3、具体而言，传统的全包式盖帽组件高度通常需要4.2~4.8 mm，而带fuse的正极集流盘因fuse开槽或窄化设计，其有效导电截面积较本体下降20~40%，导致温升增加、倍率性能受限。如何在保证安全性的前提下，通过结构创新压缩顶部空间、降低接触阻抗，并将释放的空间反馈给卷芯以提升容量，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、基于此，本申请特提供一种圆柱电池顶部组件及圆柱电池，通过半包式盖帽与无保险丝集流盘的协同设计，在不牺牲安全性的前提下，实现了顶部空间的显著释放与接触阻抗的有效降低，可将释放空间转化为电池容量的提升，适用于高能量密度21700圆柱电池的大规模生产。

2、为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

3、本申请实施例提供一种圆柱电池顶部组件，包括半包式盖帽组件和正极集流盘，所述半包式盖帽组件包括顶盖、防爆阀和电流中断装置，所述防爆阀的边缘具有翘边，所述翘边包覆所述顶盖的外壁，所述翘边为半包围结构；所述正极集流盘包括盘面部、折耳部和根部连接区，所述盘面部呈结构连续的完整导电面，正极极耳通过位于所述根部连接区的环形圈焊印以及位于所述盘面部的多组波浪形焊印，与所述正极集流盘连接，所述折耳部与所述半包式盖帽组件的导电端连接。

4、在一种可能的实施方式中，以盖帽组件装配高度降低率为η，η=（h0-h1）/h0×100%，η的范围为10~25%，其中，h0 为同规格全包式盖帽组件在装配状态下沿圆柱电池轴向的最大占用高度，h1 为所述半包式盖帽组件在装配状态下沿圆柱电池轴向的最大占用高度；所述最大占用高度为对应盖帽组件的轴向最高点与轴向最低点之间的距离。

5、在一种可能的实施方式中，半包式盖帽组件在装配状态下沿圆柱电池轴向的最大占用高度h1的范围为3.4~3.8mm。

6、在一种可能的实施方式中，所述正极集流盘的外径为17.5~18.5 mm，厚度为0.18~0.22mm，所述折耳部的宽度为7.5~8.5 mm。

7、在一种可能的实施方式中，所述环形圈焊印的外径为4.5~5.5mm。

8、在一种可能的实施方式中，所述波浪形焊印由3条×4组波浪形焊线组成，沿圆周方向均匀分布，所述波浪形焊线的长度为5~7mm，宽度为0.25~0.35mm。

9、在一种可能的实施方式中，以有效过流截面积提升率为δ，δ=(a1 - a0) /a0×100%，δ的范围为15~40%，其中， a1为所述正极集流盘的有效过流截面积，a0为同尺寸带保险丝集流盘的有效过流截面积。

10、在一种可能的实施方式中，所述正极集流盘（120）的有效过流截面积a1的范围为2.2~2.8mm²。

11、本申请实施例还提供一种圆柱电池，包括前述的圆柱电池顶部组件。

12、在一种可能的实施方式中，所述圆柱电池为21700型圆柱电池。

13、与现有技术相比，本申请具有以下优点：首先，本申请采用半包式盖帽，所释放出的物理空间转化为了电芯内部活性物质的可用空间，从而在不改变电池外部规格的情况下，实现了电池能量密度的有效提升；其次，无保险丝集流盘设计有效优化了导电路径，显著降低了组件之间的接触阻抗，提升了电池的电化学性能；总之，半包式盖帽与无保险丝集流盘的协同设计，实现了顶部空间的显著释放与接触阻抗的有效降低，可将释放空间转化为电池容量的提升。

1.一种圆柱电池顶部组件，其特征在于，包括半包式盖帽组件（110）和正极集流盘（120），所述半包式盖帽组件（110）包括顶盖（111）、防爆阀（112）和电流中断装置（113），所述防爆阀（112）的边缘具有翘边（1121），所述翘边（1121）包覆所述顶盖（111）的外壁，所述翘边（1121）为半包围结构；所述正极集流盘（120）包括盘面部（121）、折耳部（122）和根部连接区（123），所述盘面部（121）呈结构连续的完整导电面，正极极耳（400）通过位于所述根部连接区（123）的环形圈焊印（126）以及位于所述盘面部（121）的多组波浪形焊印（124），与所述正极集流盘（120）连接，所述折耳部（122）与所述半包式盖帽组件（110）的导电端连接。

2. 根据权利要求1所述的圆柱电池顶部组件，其特征在于，以盖帽组件装配高度降低率为η，η=（h0-h1）/h0×100%，η范围为10~25%，其中，h0 为同规格全包式盖帽组件在装配状态下沿圆柱电池轴向的最大占用高度，h1 为所述半包式盖帽组件在装配状态下沿圆柱电池轴向的最大占用高度；所述最大占用高度为对应盖帽组件的轴向最高点与轴向最低点之间的距离。

3.根据权利要求2所述的圆柱电池顶部组件，其特征在于，半包式盖帽组件在装配状态下沿圆柱电池轴向的最大占用高度h1的范围为3.4~3.8mm。

4. 根据权利要求1所述的圆柱电池顶部组件，其特征在于，所述正极集流盘（120）的外径为17.5~18.5 mm，厚度为0.18~0.22mm，所述折耳部（122）的宽度为7.5~8.5 mm。

5.根据权利要求4所述的圆柱电池顶部组件，其特征在于，所述环形圈焊印（126）的外径为4.5~5.5mm。

6.根据权利要求5所述的圆柱电池顶部组件，其特征在于，所述波浪形焊印（124）由3条×4组波浪形焊线（125）组成，沿圆周方向均匀分布，所述波浪形焊线（125）的长度为5~7mm，宽度为0.25~0.35mm。

7. 根据权利要求1所述的圆柱电池顶部组件，其特征在于，以有效过流截面积提升率为δ，δ=(a1 - a0) /a0×100%，δ的范围为15~40%，其中， a1为所述正极集流盘（120）的有效过流截面积，a0为同尺寸带保险丝集流盘的有效过流截面积。

8.根据权利要求7所述的圆柱电池顶部组件，其特征在于，所述正极集流盘（120）的有效过流截面积a1的范围为2.2~2.8mm²。

9.一种圆柱电池，其特征在于，包括如权利要求1~8任一项所述的圆柱电池顶部组件。

10.根据权利要求9所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池为21700型圆柱电池。