一种高能量密度圆柱型电池的制作方法

1.本实用新型属于动力电池技术领域，尤其是涉及一种高能量密度圆柱型电池。


背景技术：

2.传统圆柱电池盖板结构复杂；盖帽作为正极，壳体做为负极，组装成电池模组时，正负极从圆柱电池两端进行导电连结不便于外部模组汇流排的设计和焊接；另外因极耳少影响电池的功率性能。汇流盘与卷芯焊接后再与盖板采用滚槽方式封口，滚槽位置至少需要占用2～3mm空间，降低了电芯的空间利用率和能量密度；电芯直径增加后，使用过程中容易窜动，影响焊接点，导致虚焊，影响性能和使用寿命。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本实用新型旨在提出一种高能量密度圆柱型电池，以提高电芯的能量密度。
4.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
5.一种高能量密度圆柱型电池，包括壳体组件，壳体组件中的壳体自下至上依次设置绝缘件、二号汇流盘、卷芯、一号汇流盘和盖板，绝缘件使得二号汇流盘和壳体之间绝缘，卷芯的一侧与一号汇流盘焊接，另一侧与二号汇流盘焊接，二号汇流盘下方与极柱一体焊接，极柱的上方与壳体底部铆接，下方安装盖帽；一号汇流盘上方与壳体、盖板一体焊接。
6.进一步的，所述壳体的底部设有壳体防爆刻痕。
7.进一步的，所述极柱中部设有极柱通孔，极柱通孔的内壁上设有极柱台阶。
8.进一步的，所述极柱与壳体具有相同的材质，极柱通孔包括一体结构的上部和下部，所述上部为倒圆台结构，所述下部为圆柱结构，圆柱内径大于圆台的小直径；所述上部和下部的交接处形成极柱台阶。
9.进一步的，所述极柱与壳体具有相同的材质，极柱通孔包括一体结构的上部和下部，所述上部为倒圆台结构，所述下部为圆柱结构，圆柱内径大于圆台的小直径；所述下部的上方设有极柱台阶，极柱台阶为两级台阶。
10.进一步的，所述极柱通孔包括一体结构的上部和下部，所述上部和下部均为圆柱结构，且下部圆柱的内径大于上部圆柱的内径，上部和下部的交接处形成极柱台阶；极柱的材质为复合材质，上部的材质和汇流盘的材质相同，下部的材质和壳体的材质相同。
11.进一步的，所述一号汇流盘表面凹凸不平，一号汇流盘上周向均布若干焊接部后形成多瓣形状，每个焊接部外侧设有一条缝隙，一号汇流盘的中心位置有汇流盘凸台，边缘处设有翻边平台，且翻边平台的方向与汇流盘凸台的方向相反。
12.进一步的，所述二号汇流盘表面凹凸不平，二号汇流盘周向均布若干弹性结构，相邻的两个弹性结构之间设有焊接凸台，二号汇流盘中间设有中心凸台，且中心凸台的方向与焊接凸台的方向相反。
13.相对于现有技术，本实用新型所述的高能量密度圆柱型电池具有以下优势：
14.(1)本实用新型所述的高能量密度圆柱型电池，采用壳体铆接极柱、盖板与壳体周边焊形式，增加了内部卷芯的使用空间，增加了电芯的容量，提高电芯的能量密度。
15.(2)本实用新型所述的高能量密度圆柱型电池，电池结构紧凑，能量密度高，过流能力强，适合大倍率充放电。
16.(3)本实用新型所述的高能量密度圆柱型电池，一号汇流盘与盖板直接接触，有利于散热，便于电芯的大功率使用。
17.本实用新型的另一目的在于提出一种高能量密度圆柱型电池的组装工艺，以简化工艺复杂度，提高工作效率。
18.为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
19.一种高能量密度圆柱型电池的组装工艺，包括如下步骤：
20.s1、对卷绕后的卷芯进行极耳整形，使卷芯上的极耳贴紧成平面状态；
21.s2、卷芯极耳与一号汇流盘进行激光焊接，组成卷芯组件；
22.s3、将卷芯组件插入壳体；
23.s4、将二号汇流盘与极柱一体焊接或是将二号汇流盘、中空结构件和极柱三者一体焊接；
24.s5、盖上盖板并压紧，使盖板与一号汇流盘、壳体压紧；
25.s6、对盖板与壳体进行激光周边焊接，把壳体、盖板和一号汇流盘三者一体焊接；
26.s7、然后在极柱通孔中注液或电芯先进行干燥后再通过极柱通孔注液；
27.s8、化成，排气后补液或直接盖上盖帽，通过激光焊把极柱和盖帽焊接在一起进行密封；另外的，对于复合极柱，在放盖帽前先放置一个密封膜，盖帽压紧密封膜后激光焊接密封。
28.相对于现有技术，本实用新型所述的高能量密度圆柱型电池的组装工艺具有以下优势：
29.(1)本实用新型所述的高能量密度圆柱型电池的组装工艺，极柱是中间台阶通孔方式，极柱台阶用于二号汇流盘与极柱两者一体焊接，或二号汇流盘、极柱、中通结构件三者一体焊接，实现导电功能，比采用穿透焊的焊接质量更好管控，大大提高了工作效率。
30.(2)本实用新型所述的高能量密度圆柱型电池的组装工艺，汇流盘与盖板及壳体具有配合结构，通过激光周边焊，把汇流盘、盖板及壳体焊接在一起，实现密封和导电连接功能，同时减少了一次焊接，降低成本提高效率。
附图说明
31.构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
32.图1为本实用新型实施例所述的高能量密度圆柱型电池的爆炸图；
33.图2为本实用新型实施例所述的高能量密度圆柱型电池的剖视图；
34.图3为图2中a部的放大图；
35.图4为图2中b部的放大图；
36.图5为本实用新型实施例所述的壳体组件的示意图一；
37.图6为本实用新型实施例所述的壳体组件的示意图二；
38.图7为本实用新型实施例所述的极柱实施例1的剖视图；
39.图8为本实用新型实施例所述的极柱实施例2的剖视图；
40.图9为本实用新型实施例所述的极柱实施例3的剖视图；
41.图10为本实用新型实施例所述的多极耳卷芯的示意图；
42.图11为本实用新型实施例所述的切叠极耳卷芯的示意图；
43.图12为本实用新型实施例所述的全极耳卷芯的示意图；
44.图13为本实用新型实施例所述的一号汇流盘的示意图；
45.图14为图13中a-a向剖视图；
46.图15为本实用新型实施例所述的二号汇流盘的示意图一；
47.图16为图15的剖视图；
48.图17为本实用新型实施例所述的二号汇流盘的示意图二；
49.图18为本实用新型实施例所述的盖板的示意图；
50.图19为本实用新型实施例所述的盖帽的示意图。
51.附图标记说明：
52.1-卷芯；2-壳体组件；21-壳体；22-极柱；221-极柱通孔；222-极柱台阶；23-壳体防爆刻痕；24-绝缘件；3-一号汇流盘；31-焊接部；32-缝隙；33-翻边平台；34-汇流盘凸台；4-二号汇流盘；41-焊接凸台；42-中心凸台；43-弹性结构；5-盖板；51-盖板防爆刻痕；52-盖板台阶；6-盖帽；7-中空结构件。
具体实施方式
53.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
54.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
55.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
56.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
57.一种高能量密度圆柱型电池，如图1至图19所示，包括壳体组件2包括壳体21，壳体21自下至上依次设置绝缘件24、二号汇流盘4、卷芯1、一号汇流盘3和盖板5，绝缘件24用于
隔离二号汇流盘4和壳体21之间绝缘，卷芯1的一侧与一号汇流盘3焊接，另一侧与二号汇流盘4焊接，二号汇流盘4下方与极柱22一体焊接，极柱22上方与壳体21底部铆接，下方安装盖帽6，一号汇流盘3上方与壳体21、盖板5一体焊接。本技术的电池结构紧凑，能量密度高，过流能力强，适合大倍率充放电，且装配简单，制造成本较低。同时通过本方案能够使电池的正负极位于同一侧，便于外部模组或系统的汇流排设计和焊接。绝缘件24为绝缘圈。
58.当壳体21为钢壳时，极柱22的材质为铝，则极柱22为正极，二号汇流盘4为正极汇流盘，一号汇流盘3为负极汇流盘。
59.当壳体21为铝壳，极柱22的材质为铜、铜镀镍、钢镀镍或铜铝复合，则极柱22为负极，二号汇流盘4为负极汇流盘；一号汇流盘3为正极汇流盘。
60.卷芯1为全极耳卷芯、切叠极耳卷芯或多极耳卷芯中的一种。
61.如图5至图9，壳体组件2包括壳体21、极柱22和绝缘件24，壳体21为一侧开口的筒状结构，壳体21的开口边缘处设有凸台，壳体21底部内侧放置绝缘件24，壳体21底部与极柱22铆接。
62.如图6，在一个或多个实施例中，壳体21的底部设有壳体防爆刻痕23，壳体防爆刻痕23位于极柱22一侧，起到防爆作用。
63.极柱22中部设有极柱通孔221，极柱通孔221的内壁上设有极柱台阶222。其中靠近壳体21侧的极柱台阶222用于二号汇流盘4与极柱22进行焊接。
64.实施例1，如图7，极柱22为铝材质，壳体21为钢壳，极柱通孔221包括一体结构的上部和下部，所述上部为倒圆台结构，所述下部为圆柱结构，圆柱内径大于圆台的小直径；所述上部和下部的交接处形成极柱台阶222。所述上部方便插入二号汇流盘4进行激光焊接，下部用于与盖帽6焊接，同时用于注液后或化成后的密封；极柱台阶222起到限位作用。上部的结构，便于二号汇流盘4的凸台和中空结构件7插入极柱通孔221中。
65.实施例2，如图8，极柱22为铝材质，壳体21为钢壳，，壳体21的底部设有壳体防爆刻痕23，极柱通孔221包括一体结构的上部和下部，所述上部和下部均为圆柱结构，圆柱内径大于圆台的小直径；所述下部的上方设有极柱台阶222，极柱台阶222为两级台阶。所述上部方便插入二号汇流盘4进行激光焊接，下部用于与盖帽6焊接，同时用于注液后或化成后的密封；极柱台阶222起到限位作用。
66.实施例3，如图9，极柱22的材质为复合材质，壳体21的底部设有壳体防爆刻痕23，极柱通孔221包括一体结构的上部和下部，所述上部和下部均为圆柱结构，且下部圆柱的内径大于上部圆柱的内径，所述上部方便插入二号汇流盘4进行激光焊接，下部用于与盖帽6焊接，上部和下部的交接处形成极柱台阶222；上部的材质和汇流盘4的材质相同，下部的材质和壳体21的材质相同。极柱22下部与壳体21具有相同的材质，便于模组或系统的汇流排设计和焊接。
67.一号汇流盘3表面凹凸不平，一号汇流盘3上周向均布若干焊接部31形成多瓣形状，每个焊接部31外部均设有一条缝隙32，缝隙32用于渗透电解液；一号汇流盘3中心位置有汇流盘凸台34，所述汇流盘凸台34与卷芯1的中心孔匹配用于定位，一号汇流盘3的边缘处设有翻边平台33，且翻边平台33的方向与汇流盘凸台34的方向相反，翻边平台33用于与壳体21的开口配合。
68.焊接部31由一号汇流盘3冲切形成，焊接部31用于与卷芯的极耳焊接。所述一号汇
流盘3在与卷芯焊接后，外圈与卷芯在卷芯轴向方向有小幅的活动性，便于与壳体22及盖板5匹配。
69.如图14和图3，翻边平台33的横截面为l型或者i型。
70.二号汇流盘4表面凹凸不平，二号汇流盘4周向均布若干弹性结构43，相邻的两个弹性结构43之间设有焊接凸台41，二号汇流盘4中间设有中心凸台42，且中心凸台42的方向与焊接凸台41的方向相反，焊接凸台41与卷芯极耳压紧用于激光焊接，所述中心凸台42可以插入极柱22的极柱通孔221中，中心凸台42与极柱台阶222配合进行焊接，所述中心凸台42为了与极柱通孔221配合，可以设置成梯形的形状便于安装。弹性结构43用于吸收装配公差和压紧卷芯在使用过程中不会窜动。
71.另外的，考虑汇流盘厚度一般比较薄，焊接性和过流能力偏低，可设计增加一个中空结构件7插入到中心凸台42内，所述中空结构件7可以高出二号汇流盘4的平面，插入卷芯1作为定位用，所述中空结构件7是柱形或t型中空结构，为了与极柱22及二号汇流盘4配合，所述柱形或t型结构件的外形可以是梯形结构。
72.所述弹性结构43与二号汇流盘4为一体结构，通过冲切折弯整形所得，弹性结构43用于压紧卷芯组件，防止卷芯在使用过程中窜动拉扯极耳导致连接不良影响电芯性能和寿命。
73.如图15和图16，在一个实施例中，弹性结构43为内侧开口的多边形结构，且上方为平面，内侧开口使得弹性结构43在压紧过程中有足够的空间，能够有效节省空间。
74.如图17，在另一个实施例中，弹性结构43的横截面为s型结构，外侧为活动侧，在受到挤压时，外侧能够向外延伸，弹性结构43的两侧均为平面，方便与二号汇流盘4两侧的部件配合，且保证安装的平稳性。
75.盖板5为圆盘结构，边缘处设有盖板台阶52，盖板台阶52用于与壳体21配合，盖板5中心可以根据需要增加盖板防爆刻痕51，用于在底部做防爆和排气。
76.盖帽6是一个圆片结构，为了便于装配，装配侧可以进行倒角或斜角处理。
77.一种高能量密度圆柱型电池的组装工艺，提前放置好壳体组件，即将极柱22和壳体21铆接后，壳体21内部放置绝缘件24，然后进行如下步骤：
78.s1、对卷绕后的卷芯1进行极耳整形，使卷芯1上的极耳贴紧成平面状态；
79.s2、卷芯极耳与一号汇流盘3进行激光焊接，组成卷芯组件；
80.s3、将卷芯组件插入壳体21；
81.s4、将二号汇流盘4与极柱22进行激光焊焊接在一起或是二号汇流盘4、中空结构件7和极柱22三个结构件通过激光焊焊接在一起，(图4中y处)实现导电功能，比采用穿透焊的焊接质量更好管控；
82.s5、盖上盖板5并压紧，使盖板5与一号汇流盘3、壳体22压紧；
83.s6、盖板5与壳体21进行激光周边焊接，一次性把壳体21、盖板5和一号汇流盘3三者直接焊接在一起(图3中x处)，实现导电导热功能，节省一次焊接，提高效率降低成本；
84.s7、然后在极柱通孔221中注液或电芯先进行干燥后再通过极柱通孔221注液；
85.s8、化成，排气后补液或直接盖上盖帽6，通过激光焊把极柱22和盖帽6焊接在一起进行密封；另外的，对于复合极柱22，为了防止电解液及及其气体腐蚀复合极柱界面，在放盖帽前先放置一个密封膜，盖帽6压紧密封膜后激光焊接密封。所述密封膜材质为塑料或橡
胶材质，如氟橡胶，pfa或pp塑料等。
86.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。