一种磷酸铁锂离子动力电池结构的制作方法

1.本发明涉及动力电池技术领域，特别是涉及一种磷酸铁锂离子动力电池结构。


背景技术：

2.动力电池可以为圆柱电池、方形电池或者软包电池，圆柱电池具有生产效率高、设备自动化程度高、产品性能一致性好等优势，越来越受到人们的青睐。但是，动力电池在高倍率充放电时会产生大量的热，当散热速率不能满足要求时，电池内部的温度将持续升高，使得电池循环寿命下降，严重时引发电池热失控，造成安全事故。
3.目前，市面上圆柱型动力电池电芯的正极/负极多采用单极耳或多极耳结构，很难满足大电流充放电条件下电池的散热要求，存在因极耳过流能力差、在大电流放电时电芯发热而导致电池在循环过程中内部涨力不均匀、极耳位置附近正负极片接触不紧密而导致电池循环寿命差、电子传导路径长、电池内阻大等问题。而且，正负极耳传统的安装工艺包括焊接、极耳包胶等工序，操作复杂、生产效率较低。


技术实现要素：

4.基于此，本发明提供一种磷酸铁锂离子动力电池结构，旨在解决极耳过流能力差、在大电流放电时电芯发热而导致电池在循环过程中内部涨力不均匀、极耳位置附近正负极片接触不紧密而导致电池循环寿命差、电子传导路径长、电池内阻大等问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例提出如下技术方案：
6.一种磷酸铁锂离子动力电池结构，用于圆柱电池，包括正极结构、卷芯、负极结构和壳体；所述正极结构设置于所述卷芯一端的端面上，所述负极结构设置于所述卷芯另一端的端面上，所述卷芯套设于所述壳体内，且所述负极结构与所述壳体底部的内表面相抵接；
7.所述正极结构包括盖帽、防爆片、正极连接片、密封圈、胶带、正极极耳和绝缘垫片；所述正极极耳为所述卷芯的端面；所述绝缘垫片设置于所述正极极耳远离所述卷芯的侧面的边缘上；所述胶带套设于所述卷芯的一端，且所述胶带分别与所述正极极耳、所述绝缘垫片相抵接；所述正极连接片焊接于所述正极极耳远离所述卷芯的侧面上；所述防爆片焊接于所述正极连接片远离所述正极极耳的侧面上；所述盖帽设置于所述防爆片远离所述正极连接片的侧面上；所述密封圈套设于所述盖帽的边缘上，且所述密封圈与所述壳体相抵接。
8.作为优选的实施方式，所述正极连接片靠近所述正极极耳的侧面上设置有圆形凸起，所述圆形凸起靠近所述正极极耳的侧面上均匀设置有多个第一条形凸起，所述正极连接片通过所述第一条形凸起焊接于所述正极极耳上。这样设置，可以使得正极连接片与正极极耳更好的接触，有效避免焊接时发生炸火现象；同时可以很好的增加正极连接片的刚性，并对正极极耳有较好的预压效果。
9.作为优选的实施方式，相邻的所述第一条形凸起之间设置有扇形面，所述扇形面
上设置有多个通孔。在本技术中，通孔主要用于下液和排气。
10.作为优选的实施方式，所述正极连接片的几何中心处设置有第一圆孔，每个所述第一条形凸起自所述第一圆孔向所述正极连接片的边缘延伸设置。
11.作为优选的实施方式，所述正极连接片、所述圆形凸起、所述第一条形凸起、所述扇形面、所述通孔以及所述第一圆孔一体成型设置。
12.作为优选的实施方式，所述胶带的内表面分别与所述正极极耳的外周、所述绝缘垫片的外周相抵接。这样，通过胶带固定绝缘垫片，并有效预防辊槽过程中绝缘垫片移位而造成卷芯短路。
13.作为优选的实施方式，所述盖帽的边缘均匀设置有多个排气孔。在本技术中，盖帽作为正极结构的输出端，可以起到密封封口和顶端排气的作用。密封圈在密封封口的同时，能够有效保证正极结构与负极结构绝缘。
14.作为优选的实施方式，所述防爆片的内部压力≥18kg。开启防爆阀可以泄压，同时，防爆片与正极连接片焊接连接，起到密封和过流的作用。
15.作为优选的实施方式，所述负极结构包括负极极耳和负极连接片，所述负极极耳为所述卷芯的端面；所述负极连接片焊接于所述负极极耳远离所述卷芯的侧面上；所述负极连接片与所述壳体底部的内表面相抵接。
16.作为优选的实施方式，所述负极连接片靠近所述负极极耳的侧面上均匀设置有多个第二条形凸起，相邻的两个所述第二条形凸起之间设置有扇形凹槽；所述负极连接片通过所述第二条形凸起焊接于所述负极极耳上，所述负极连接片通过所述扇形凹槽与所述壳体底部的内表面相抵接。
17.作为优选的实施方式，所述负极连接片的几何中心处设置有第二圆孔，每个所述第二条形凸起自所述第二圆孔向所述负极连接片的边缘延伸设置。
18.通过在负极连接片靠近卷芯的侧面上设置第二条形凸起和扇形凹槽，可以很好的增加负极连接片的刚性，并对负极极耳有较好的预压效果，有效减少接触电阻；同时，能够充分利用电池的内部空间，可以有效增加电池的能量密度和体积密度。
19.作为优选的实施方式，所述卷芯为采用卷绕结构将正负极片进行卷绕得到的卷芯；所述正极极耳为采用揉平工艺将所述卷芯的正极端揉平得到的极耳；所述负极极耳为采用揉平工艺将所述卷芯的负极端揉平得到的极耳；所述正极连接片和所述负极连接片均为采用冲压工艺得到的连接片。
20.在本技术中，正极极耳与正极连接片、正极连接片与防爆片、负极极耳与负极连接片、负极连接片与壳体底部均具有较大的焊接截面，电阻较小，可以通过大的电流，因此采用本技术结构的电池具有物理电阻小、可以通过大倍率电流的能力，同时可以很好的保证电池结构的密封性和可靠性。
21.作为优选的实施方式，所述盖帽为镀镍钢带材质的盖帽；所述正极连接片为铝材质的连接片；所述防爆片为铝材质的防爆片；所述壳体为镀镍钢壳；所述负极连接片为铜或镍材质的连接片。
22.本发明所达到的有益效果：本技术的正负极都采用全极耳结构，可以有效缩短电子传导路径，降低电池内阻，改善大电流放电使电芯发热的问题，大电流充放电过程散热效果好；同时去掉传统工艺正负极耳焊接、极耳包胶工序，提升生产效率。通过将卷芯的两端
揉平得到正负极极耳，可以替代目前市场上传统圆柱结构电池的单极耳或多极耳结构，有效提升电池的能量密度、降低电芯内阻，成本较低(不需要正负极耳极、高温胶带、焊接极耳和极耳贴胶工序)。本技术结构不需要焊接正负极极耳，电池装配比例高，能够保证电芯内部的正负极片平整度，相对传统生产工艺生产效率更高。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明一实施例的磷酸铁锂离子动力电池结构的爆炸结构示意图；
25.图2为图1的磷酸铁锂离子动力电池结构的卷芯的结构示意图；
26.图3为图1的磷酸铁锂离子动力电池结构的正极连接片的结构示意图。
27.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.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也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
32.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
33.目前，市面上圆柱型动力电池电芯的正极/负极多采用单极耳或多极耳结构，很难满足大电流充放电条件下电池的散热要求，存在因极耳过流能力差、在大电流放电时电芯
发热而导致电池在循环过程中内部涨力不均匀、极耳位置附近正负极片接触不紧密而导致电池循环寿命差、电子传导路径长、电池内阻大等问题。而且，正负极耳传统的安装工艺包括焊接、极耳包胶等工序，操作复杂、生产效率较低。基于此，本发明提供一种磷酸铁锂离子动力电池结构以解决上述技术问题。本技术结构简单，密封性好，成本较低，具有较好的可靠性，正极和负极均采用全极耳结构，可以很好的缩短电子传导路径，降低电池内阻，改善大电流放电时电芯发热问题，生产工艺简单，生产效率较高。
34.具体的，如图1至图3所示，本发明实施例提供一种磷酸铁锂离子动力电池结构，用于圆柱电池，包括正极结构10、卷芯20、负极结构30和壳体40；所述正极结构10设置于所述卷芯20一端的端面上，所述负极结构30设置于所述卷芯20另一端的端面上，所述卷芯20套设于所述壳体40内，且所述负极结构30与所述壳体40底部的内表面相抵接；
35.所述正极结构10包括盖帽11、防爆片12、正极连接片13、密封圈14、胶带15、正极极耳16和绝缘垫片17；所述正极极耳16为所述卷芯20的端面；所述绝缘垫片17设置于所述正极极耳16远离所述卷芯20的侧面的边缘上；所述胶带15套设于所述卷芯20的一端，且所述胶带15分别与所述正极极耳16、所述绝缘垫片17相抵接；所述正极连接片13焊接于所述正极极耳16远离所述卷芯20的侧面上；所述防爆片12焊接于所述正极连接片13远离所述正极极耳16的侧面上；所述盖帽11设置于所述防爆片12远离所述正极连接片13的侧面上；所述密封圈14套设于所述盖帽11的边缘上，且所述密封圈14与所述壳体40相抵接。
36.作为优选的实施方式，所述正极连接片13靠近所述正极极耳16的侧面上设置有圆形凸起131，所述圆形凸起131靠近所述正极极耳16的侧面上均匀设置有多个第一条形凸起132，所述正极连接片13通过所述第一条形凸起132焊接于所述正极极耳16上。这样设置，可以使得正极连接片13与正极极耳16更好的接触，有效避免焊接时发生炸火现象；同时可以很好的增加正极连接片13的刚性，并对正极极耳16有较好的预压效果。
37.作为优选的实施方式，相邻的所述第一条形凸起132之间设置有扇形面133，所述扇形面133上设置有多个通孔134。在本技术中，通孔134主要用于下液和排气。
38.作为优选的实施方式，所述正极连接片13的几何中心处设置有第一圆孔135，每个所述第一条形凸起132自所述第一圆孔135向所述正极连接片13的边缘延伸设置。这样，能够很好的保证正极连接片13的刚性。
39.作为优选的实施方式，所述正极连接片13、所述圆形凸起131、所述第一条形凸起132、所述扇形面133、所述通孔134以及所述第一圆孔135一体成型设置。这样，使得整个正极结构10的结构紧凑、空间利用率高。
40.在本技术实施例中，所述第一条形凸起132的厚度优选为3mm～5mm。这样，使得整个正极结构10的结构紧凑、空间利用率高，可以节省原材料成本，有效降低生产成本。
41.作为优选的实施方式，所述胶带15的内表面分别与所述正极极耳16的外周、所述绝缘垫片17的外周相抵接。这样，通过胶带15固定绝缘垫片17，并有效预防辊槽过程中绝缘垫片17移位而造成卷芯20短路。
42.作为优选的实施方式，所述盖帽11的边缘均匀设置有多个排气孔111。在本技术中，盖帽11作为正极结构10的输出端，可以起到密封封口和顶端排气的作用。密封圈14在密封封口的同时，能够有效保证正极结构10与负极结构30绝缘。
43.作为优选的实施方式，所述防爆片12的内部压力≥18kg。开启防爆阀可以泄压，同
时，防爆片12与正极连接片13焊接连接，起到密封和过流的作用。
44.作为优选的实施方式，所述负极结构30包括负极极耳31和负极连接片32，所述负极极耳31为所述卷芯20的端面；所述负极连接片32焊接于所述负极极耳31远离所述卷芯20的侧面上；所述负极连接片32与所述壳体40底部的内表面相抵接。
45.作为优选的实施方式，所述负极连接片32靠近所述负极极耳31的侧面上均匀设置有多个第二条形凸起321，相邻的两个所述第二条形凸起321之间设置有扇形凹槽322；所述负极连接片32通过所述第二条形凸起321焊接于所述负极极耳31上，所述负极连接片32通过所述扇形凹槽322与所述壳体40底部的内表面相抵接。
46.作为优选的实施方式，所述负极连接片32的几何中心处设置有第二圆孔323，每个所述第二条形凸起321自所述第二圆孔323向所述负极连接片32的边缘延伸设置。
47.通过在负极连接片32靠近卷芯20的侧面上设置第二条形凸起321和扇形凹槽322，可以很好的增加负极连接片32的刚性，并对负极极耳31有较好的预压效果，有效减少接触电阻；同时，能够充分利用电池的内部空间，可以有效增加电池的能量密度和体积密度。
48.作为优选的实施方式，所述第二条形凸起321的面积之和小于所述扇形凹槽322的面积之和。这样，能够充分利用电池的内部空间，可以有效增加电池的能量密度和体积密度。
49.作为优选的实施方式，所述卷芯20为采用卷绕结构将正负极片进行卷绕得到的卷芯；所述正极极耳16为采用揉平工艺将所述卷芯20的正极端揉平得到的极耳；所述负极极耳31为采用揉平工艺将所述卷芯20的负极端揉平得到的极耳；所述正极连接片13和所述负极连接片32均为采用冲压工艺得到的连接片。
50.在本技术中，正极极耳16与正极连接片13、正极连接片13与防爆片12、负极极耳31与负极连接片32、负极连接片32与壳体40底部均具有较大的焊接截面，电阻较小，可以通过大的电流，因此采用本技术结构的电池具有物理电阻小、可以通过大倍率电流的能力，同时可以很好的保证电池结构的密封性和可靠性。
51.作为优选的实施方式，所述盖帽11为镀镍钢带材质的盖帽；所述正极连接片13为铝材质的连接片；所述防爆片12为铝材质的防爆片；所述壳体40为镀镍钢壳；所述负极连接片32为铜或镍材质的连接片。
52.本技术的正负极都采用全极耳结构，可以有效缩短电子传导路径，降低电池内阻，改善大电流放电使电芯发热的问题，大电流充放电过程散热效果好；同时去掉传统工艺正负极耳焊接、极耳包胶工序，提升生产效率。通过将卷芯的两端端揉平得到正负极极耳，可以替代目前市场上传统圆柱结构电池的单极耳或多极耳结构，有效提升电池的能量密度、降低电芯内阻，成本较低(不需要正负极耳极、高温胶带、焊接极耳和极耳贴胶工序)。本技术结构不需要焊接正负极极耳，电池装配比例高，能够保证电芯内部的正负极片平整度，相对传统生产工艺生产效率更高。
53.在本技术实施例中，所述负极连接片32上均匀设置有六个所述第二条形凸起321和六个扇形凹槽322，所述第二条形凸起321和所述扇形凹槽322间隔设置。通过在负极连接片32靠近卷芯20的侧面上设置第二条形凸起321和扇形凹槽322，可以很好的增加负极连接片32的刚性，并对负极极耳31有较好的预压效果，有效减少接触电阻；同时，能够充分利用电池的内部空间，可以有效增加电池的能量密度和体积密度。
54.本发明的正负极极耳均采用全极耳结构、负极极耳直接与负极连接片连接(焊接)、负极连接片与壳体连接(焊接)、正极极耳直接与正极连接片连接(焊接)、正极连接片直接与防爆片连接(焊接)，可以缩短电子传导路径，降低电池内阻，改善大电流放电时电芯发热的问题。并且，通过在负极连接片上设置条形凸起和扇形凹槽、通过条形凸起连接负极极耳、扇形凹槽连接壳体底部，可以很好的增加负极连接片的刚性，并对负极极耳有较好的预压效果，有效减少接触电阻；同时，能够充分利用电池的内部空间，可以有效增加电池的能量密度和体积密度。通过在正极连接片上设置圆形凸起和条形凸起、通过条形凸起连接正极极耳，可以很好的增加正极连接片的刚性，并对正极极耳有较好的预压效果，有效减少接触电阻；同时，能够充分利用电池的内部空间，可以有效增加电池的能量密度和体积密度本技术结构简单，密封性好，成本较低，具有较好的可靠性，能够有效解决动力电池极耳过流能力差、在大电流放电时电芯发热而导致电池在循环过程中内部涨力不均匀、极耳位置附近极片接触不紧密而导致电池循环寿命差、电子传导路径长、电池内阻大等问题。
55.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“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发明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一定指的是相同的实施例或示例。
56.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。