CN119674367A - 圆柱电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种圆柱电池及其制备方法，该圆柱电池包括：钢壳，钢壳包括内腔以及连接件，内腔包括相对的第一开口以及第二开口，连接件与钢壳连接并且封闭第一开口，连接件的材料为铝；电池卷芯，电池卷芯的一端为正极集流盘，电池卷芯的另一端为负极集流盘，电池卷芯设于内腔中并通过负极集流盘与连接件连接；盖帽，盖帽与正极集流盘连接，并且盖帽封闭内腔的另一端，盖帽的材料为铝。该圆柱电池将正极处与母线组件连接的盖帽使用材料铝制成，提高了母线组件与盖帽之间的焊接效率，同时在电池卷芯的负极位置设置使用材料铝制成的连接件，通过连接件与母线组件连接，提高焊接效率。

Description

圆柱电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及圆柱电池技术领域，尤其涉及一种圆柱电池及其制备方法。

背景技术

在当前电池技术领域，大圆柱型钢壳电池的盖帽及其主体壳体普遍选用了钢镀镍材质，该材质以其优越的耐腐蚀性和机械强度著称，其大圆柱型钢壳电池厚度精细控制在1毫米以下，旨在实现轻量化与结构强度的平衡。而大圆柱型钢壳电池使用于电池模组中，在电池模组中的关键连接部件为母线组件。因为圆柱型钢壳电池的正负极均为钢镀镍材质，所以母线组件只能采用更为昂贵的材料，如纯镍带、铜镀镍层或镀镍钢带等，这些材料的选择无疑增加了制造成本。

与此同时，受到正负极材料以及母线组件材料的限制，母线组件与正负极焊接时的焊接工艺需要采用电阻焊接技术。尽管该技术成熟且应用广泛，但在实际生产中，却面临着焊接效率低下及焊接接触面积有限的挑战。焊接效率低下可能导致生产周期延长，影响产能提升；而焊接面积的限制则会影响到焊接接头的强度和载流量，进而对电池模组的整体性能与安全性构成潜在威胁。

发明内容

本发明提供一种圆柱电池及其制备方法，该圆柱电池用以解决现有技术中母线组件与正负极焊接时焊接效率低下及焊接接触面积有限的问题。

本发明提供一种圆柱电池，包括：

钢壳，所述钢壳包括内腔以及连接件，所述内腔包括相对的第一开口以及第二开口，所述连接件与所述钢壳连接并且封闭所述第一开口，所述连接件的材料为铝；

电池卷芯，所述电池卷芯的一端为正极集流盘，所述电池卷芯的另一端为负极集流盘，所述电池卷芯设于所述内腔中并通过所述负极集流盘与所述连接件连接；

盖帽，所述盖帽与所述正极集流盘连接，并且所述盖帽封闭所述内腔的另一端，所述盖帽的材料为铝。

根据本发明提供的一种圆柱电池，所述连接件与所述钢壳铆接。

根据本发明提供的一种圆柱电池，所述连接件开设有注液孔，所述注液孔与所述内腔中的所述电池卷芯连通。

根据本发明提供的一种圆柱电池，所述圆柱电池还包括密封钉，所述密封钉穿设于所述注液孔并密封所述注液孔。

根据本发明提供的一种圆柱电池，所述圆柱电池还包括密封盖板，所述密封盖板与所述钢壳连接，所述密封盖板设于所述密封钉背离所述内腔的一端。

根据本发明提供的一种圆柱电池，所述盖帽还包括电流切断装置以及防爆阀。

本发明还提供一种圆柱电池制备方法，所述圆柱电池制备方法用于制备如上所述的圆柱电池，包括以下步骤：

将电池卷芯放入钢壳的内腔中，将电池卷芯的负极集流盘与内腔中连接件抵接；

从钢壳底部进行穿透焊接，把连接件与负极集流盘焊接在一起；

通过激光焊接把盖帽与电池卷芯的正极集流盘焊接到一起，并通过盖帽进行正极封口。

根据本发明提供的一种圆柱电池制备方法，将电池卷芯放入钢壳的内腔之前还包括：在电池卷芯的正极焊接正极集流盘，在电池卷芯的负极焊接负极集流盘，沿电池卷芯进入内腔的方向，将电池卷芯的负极集流盘与连接件对准。

根据本发明提供的一种圆柱电池制备方法，正极封口后还包括：

通过连接件的注液孔向内腔中的电池卷芯进行一次注液；

一次注液完成后，采用负压化成工艺进行化成；

化成结束后，再通过注液孔向内腔中的电池卷芯进行二次注液。

根据本发明提供的一种圆柱电池制备方法，通过连接件的注液孔向内腔中的电池卷芯二次注液完成后，还包括：将密封钉插入注液孔，通过激光焊接把密封盖板和连接件焊接到一起，完成负极封口。

本发明提供的一种圆柱电池及其制备方法，在圆柱电池中将盖帽通过铝材料制成，同时将钢壳设计为两端开口形，即钢壳的内腔包括第一开口和第二开口，在钢壳的一端通过连接件进行密封，连接件也为铝材料。通过盖帽和连接件分别密封钢壳的第一开口和第二开口，使母线组件通过盖帽和连接件与钢壳内的电池卷芯连接。因为盖帽和连接件都为铝材料制成，所以母线组件也可以使用铝材料。那么母线组件与盖帽或连接件焊接时，焊接方式可以选用激光焊接，从而使焊接效率变高，焊接面积增大，解决了现有技术中的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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获得其他的附图。

图1是本发明提供的圆柱电池的爆炸图。

图2是本发明提供的圆柱电池的主视图。

图3是图2中A-A处的截面图。

图4是本发明提供的圆柱电池未安装电池卷芯的剖视图。

图5是本发明提供的连接件的结构示意图。

附图标记：

1、钢壳；11、内腔；12、连接件；121、注液孔；13、第一开口；14、第二开口；

2、电池卷芯；21、正极集流盘；22、负极集流盘；

3、盖帽；

4、密封钉；

5、密封盖板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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。

下面结合图1描述本发明的一种圆柱电池，包括钢壳1、电池卷芯2以及盖帽3。钢壳1包括内腔11以及连接件12，内腔11包括相对的第一开口13以及第二开口14，连接件12与钢壳1连接并且封闭第一开口13，连接件12的材料为铝。电池卷芯2的一端为正极集流盘21，电池卷芯2的另一端为负极集流盘22，电池卷芯2设于内腔11中并通过负极集流盘22与连接件12连接。盖帽3与正极集流盘21连接，并且盖帽3封闭内腔11的另一端，盖帽3的材料为铝。

请一并参照图1至图4，本申请对应的为圆柱电池，所以本实施例中钢壳1为圆管状，钢壳1为空心，且沿轴向钢壳1的两端开口。钢壳1的中空部分为内腔11，两端的开口则分别为第一开口13以及第二开口14。内腔11用于存放电池卷芯2，所以内腔11的直径与电池卷芯2的直径对应，使电池卷芯2恰好能放入内腔11中。将圆柱形的电池卷芯2放入内腔11中以后，需要保证电池卷芯2的稳定，防止电池卷芯2从内腔11中滑出。所以本实施例中，分别通过连接件12以及盖帽3对钢壳1的两端进行密封。

如图3所示，本实施例中，连接件12连接于钢壳1，并且密封钢壳1的第一开口13。连接件12与钢壳1连接后，使内腔11中具有承接部位。然后再将电池卷芯2放入内腔11中，通过连接件12为电池卷芯2提供支撑，防止电池卷芯2从第一开口13滑出内腔11。当电池卷芯2放入内腔11中以后，再通过盖帽3将第二开口14密封，从而使电池卷芯2的两端分别受到连接件12以及盖帽3的限位，使电池卷芯2在内腔11中保持稳定。

进一步地，如图1所示，电池卷芯2的两端还分别设有正极集流盘21和负极集流盘22。正极集流盘21对应电池卷芯2的正极，负极集流盘22对应电池卷芯2的负极，并且正极集流盘21设有延伸柄。因为盖帽3需要与正极集流盘21的延伸柄连接，所以将电池卷芯2放入内腔11中时，需要将电池卷芯2的负极集流盘22与连接件12对准布置，然后将负极集流盘22与连接件12焊接在一起。然后盖帽3与正极集流盘21的延伸柄连接后，再将第二开口14密封。

在本实施例中，与负极集流盘22连接的为连接件12，与正极集流盘21连接的为盖帽3，所以母线组件需要通过盖帽3与正极集流盘21连接，需要通过连接件12与负极集流盘22连接。而盖帽3和连接件12均采用铝材料制成，所以母线组件也可以选用铝材料制成。那么当母线组件与盖帽3连接时，二者均为铝材料可以提高焊接效率以及提高焊接面积。同理，母线组件与连接件12连接时，二者均为铝材料也可以提高焊接效率以及提高焊接面积。

进一步地，因为本实施例中仅将盖帽3以及连接件12替换成铝材料，而钢壳1本身并未替换，仍然使用的是钢材料。那么本发明提供的圆柱电池中，不仅具有钢壳1良好的耐腐蚀性以及较高的机械强度，同时又通过两端盖帽3以及连接件12的替换，提高了焊接效率以及提高焊接面积。

在一实施例中，连接件12与钢壳1铆接。如图1至图5所示，本实施例中连接件12为圆盘形，连接件12的外形与内腔11的形状对应，使连接件12能够与内腔11贴合。因为本实施例中，连接件12使用材料铝制成，所以连接件12与钢壳1分开制造，制造完成后再将连接件12与钢壳1进行装配。

本实施例中，连接件12与钢壳1的连接方式选用铆接。将连接件12放入内腔11中对应位置后，采用模具压合的方式进行连接，从而保证了连接件12与钢壳1之间的密封性。通过连接件12密封了内腔11的一个开口，本实施例中以连接件12密封第一开口13为例。在不同实施例中，对于连接件12密封第一开口13还是第二开口14不做限定。

在一实施例中，连接件12开设有注液孔121，注液孔121与内腔11中的电池卷芯2连通。

如图1至图5所示，连接件12的中心开设有注液孔121，注液孔121为通孔，能够将连接件12两侧的空间连通。连接件12的一侧与内腔11连通，连接件12的另一侧与外界连通。而内腔11中设有电池卷芯2，所以通过注液孔121将电池卷芯2与外界连通。

当电池卷芯2放入内腔11中，并通过连接件12和盖帽3密封两端后，可以通过注液孔121进行一次注液。然后采用负压化成工艺，对圆柱电池进行化成。化成结束后，还能够通过注液孔121对电池卷芯2进行二次注液。二次注液可以为电池卷芯2补液，从而提高电池卷芯2的质量。

在本实施例中，通过在连接件12上开设注液孔121，使电池卷芯2在化成后能够进行补液，提高了电池卷芯2的质量。

在一实施例中，圆柱电池还包括密封钉4，密封钉4穿设于注液孔121并密封注液孔121。在一实施例中，圆柱电池还包括密封盖板5，密封盖板5与钢壳1连接，密封盖板5设于密封钉4背离内腔11的一端。

如图3所示，在连接件12的外侧还设有密封钉4，密封钉4的直径略大于注液孔121的直径，使密封钉4与注液孔121之间为过盈配合。优选地，密封钉4还具有弹性。对电池卷芯2的二次注液完成以后，需要保证电池卷芯2的密封，防止电池卷芯2中的电解液发生泄漏。因此，在完成二次注液后，将密封钉4插入注液孔121内，通过密封钉4将注液孔121进行密封。

因为密封钉4的直径略大于注液孔121的直径，所以密封钉4插入注液孔121内后，直径较大的密封钉4向外膨胀，在膨胀过程中密封钉4受到直径较小的注液孔121的限制，从而使密封钉4的外壁面与注液孔121的内壁面抵接，进而减小密封钉4与注液孔121之间的间隙，达到密封的效果。

进一步地，因为密封性是圆柱电池的一个重要指标，所以为了保证圆柱电池具有良好的密封性，本实施例中还增加了密封板5。当密封钉4插入注液孔121内，对注液孔121进行密封后，再将密封板5覆盖在密封钉4上。密封板5从外侧连接在钢壳1上，密封板5设于密封钉4背离内腔11的一侧，并且密封板5与钢壳1之间为焊接，从而保证密封板5能够提供良好的密封性。同时，密封板5的面积大于密封钉4的面积，使密封板5在安装过程中能够全面覆盖密封钉4，从而对密封钉4与注液孔121之间的连接进行密封。

优选地，本实施例中密封板5为圆形平板。密封板5的直径大于密封钉4的直径，且安装时密封板5与密封钉4同轴，保证密封板5能够全面覆盖密封钉4。进一步地，还可以将密封板5的直径设为与内腔11的直径对应。那么密封板5进行安装时，密封板5与钢壳1的内壁抵接，然后再将密封板5与钢壳1的内壁进行焊接。这样不仅能够对密封钉4进行密封，还可以对连接板12与钢壳1之间的连接进行保护。

那么，即使在连接板12与钢壳1之间发生了漏液情况，泄漏的电解液也是流入密封板5与连接板12之间的空隙中，而无法从密封板5与钢壳1之间泄漏。

在一实施例中，盖帽3还包括电流切断装置以及防爆阀。因为本申请提供的圆柱电池中，在连接件12的中心开设注液孔121，通过连接件12上的注液孔121进行注液，而不需要在盖帽3上开设通孔，所以可以在盖帽3上安装电流切断装置以及防爆阀。

其中，电流切断装置（CID）能够在圆柱电池受损或者发生意外情况下及时断电，从而避免圆柱电池因为继续放电而造成二次损伤。同时防爆阀则能够适当调节圆柱电池内的压力，在圆柱电池内压力过大时进行泄压，从而防止圆柱电池因内部压力过大导致爆裂。

进一步地，在本发明提供的圆柱电池中，通过连接件12中心开设注液孔121能欧实现电池的二次注液，然后通过盖帽3中设计的电流切断装置（CID）以及防爆阀（vent）能够提高电池的安全性。而在现有技术中，因为只能够在盖帽3上开设通孔，然后进行二次注液，所以想要在电池化成后进行二次注液，进行补液，只能采取在盖帽3上开设通孔的方式。而这种方式则会导致盖帽3上的电流切断装置（CID）损坏，或者说导致盖帽3上不能安装电流切断装置（CID）。可以理解地，如果需要在盖帽3上安装电流切断装置（CID），并且使盖帽3上的电流切断装置（CID）生效，则不能够在盖帽3上开孔，那么也就无法进行二次注液。因此，现有技术中二次注液工艺和电流切断装置（CID）的二者中只能保留一项，进而降低了电池的性能。

而本发明中，通过连接件12与钢壳1铆接，然后在连接件12上开设注液孔121的设置，使得本发明提供的圆柱电池不仅能够进行二次注液，还能够在盖帽3内保留电流切断装置（CID）等提高安全性的组件，大大提高了圆柱电池的整体性能。

本发明另一实施例还提供一种钢壳圆柱电池制备方法，包括：

将电池卷芯2放入钢壳1的内腔11中，将电池卷芯2的负极集流盘22与内腔11中连接件12抵接；

从钢壳1底部进行穿透焊接，把连接件12与负极集流盘22焊接在一起；

通过激光焊接把盖帽3与电池卷芯2的正极集流盘21焊接到一起，并通过盖帽3进行正极封口。

在本实施例中，因为钢壳1已经提前与连接件12装配完成，并且钢壳1与连接件12的连接方式选用铆接，所以可以直接将电池卷芯2放入钢壳1的内腔11中，通过连接件12对电池卷芯2进行支撑。因为需要通过连接件12对电池卷芯2进行支撑，那么连接件12与电池卷芯2抵接，所以电池卷芯2在放入内腔11中之前，需要将电池卷芯2的负极与连接件12对准。

因为本发明中，在钢壳1的底部设有连接件12，且连接件12为铝材料制成，所以将连接件12与负极集流盘22焊接在一起时，可以选用激光穿透焊接。激光穿透焊接的方式可以提高焊接效率，并且通过激光穿透焊接铝材料也可以提高焊接面积。

因为连接件12已经将第一开口13密封，所以需要将电池卷芯2从第二开口14放入内腔11。在放入过程中，还需要将电池卷芯2的负极对准连接件12，使电池卷芯2的负极先进入内腔11中，直至电池卷芯2的负极与连接件12抵接。那么此时只剩下第二开口14还未密封，电池卷芯2可能从第二开口14滑出内腔11，或者电解液从第二开口14泄漏。

因此，将连接件12与电池卷芯的负极焊接在一起后，再将盖帽3与电池卷芯的正极对准连接。先将盖帽3与电池卷芯2的正极焊接在一起，然后再通过盖帽3封闭第二开口14。且盖帽3为铝材料制成，所以将连接件12与电池卷芯2的正极焊接在一起时，可以选用激光穿透焊接。激光穿透焊接的方式可以提高焊接效率，并且通过激光穿透焊接铝材料也可以提高焊接面积。至此，完成圆柱电池的装配。

本发明提供的工艺中，通过将连接件12以及盖帽3替换成铝材料，从而提高了焊接效率以及焊接面积。

在一实施例中，将电池卷芯2放入钢壳1的内腔11之前还包括：在电池卷芯2的正极焊接正极集流盘21，在电池卷芯2的负极焊接负极集流盘22，沿电池卷芯2进入内腔11的方向，将电池卷芯2的负极集流盘22。

因为电池卷芯2的正极以及负极需要集流并且与其余零件连接，所以为了方便电池卷芯2的连接以及集流，在电池卷芯2放入内腔11之前，会先在电池卷芯2的正极焊接正极集流盘21，在电池卷芯2的负极焊接负极集流盘22。进一步地，为了方便盖帽3的连接，还在正极集流盘21上设置了延伸柄。所以当电池卷芯2放入内腔11后，通过负极集流盘22与连接件12焊接在一起，通过正极集流盘21与盖帽3焊接在一起。并且，将盖帽3焊接在正极集流盘21的延伸柄上以后，通过折弯延伸柄，从而带动盖帽3移动至密封第二开口14的位置。

在一实施例中，正极封口后还包括：

通过连接件12的注液孔121向内腔11中的电池卷芯2进行一次注液；

一次注液完成后，采用负压化成工艺进行化成；

化成结束后，再通过注液孔121向内腔11中的电池卷芯2进行二次注液。

在本实施例中，因为连接件12开设有注液孔121，所以可以进行二次注液。首先通过注液孔121进行一次注液，注液完成后先不进行密封。在注液孔121未密封的情况下，采用负压化成工艺对圆柱电池进行化成。在化成完成后，因为注液孔121还未密封，所以可以通过注液孔121进行二次注液，补充化成过程中消耗的电解液。经过二次注液的圆柱电池能够具有更好的品质以及更长的使用寿命。

本实施例中，通过盖帽3将正极封口，通过连接件12将负极封口。然后通过在连接件12开设注液孔121，实现对圆柱电池的二次注液，以此圆柱电池的品质。

在一实施例中，通过连接件12的注液孔121向内腔11中的电池卷芯2注液完成后，还包括：将密封钉4插入注液孔121，通过激光焊接把密封盖板5和连接件12焊接到一起，完成负极封口。

当二次注液完成后，圆柱电池能够正常使用，需要进入下一步工序。但是注液孔121可能导致圆柱电池在正常使用过程发生漏液情况，因此，在圆柱电池进入下一步工序之前，需要对注液孔121进行密封。本实施例中，首先通过密封钉4插入注液孔121的方式来封堵注液孔121，然后又通过密封盖板5和连接件12焊接的方式，使密封盖板5对密封钉4加强密封。本实施例中，采用了密封盖板5以及密封钉4的双重密封方式，保证了圆柱电池的密封性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种圆柱电池，其特征在于，包括：

钢壳（1），所述钢壳（1）包括内腔（11）以及连接件（12），所述内腔（11）包括相对的第一开口（13）以及第二开口（14），所述连接件（12）与所述钢壳（1）连接并且封闭所述第一开口（13），所述连接件（12）的材料为铝；

电池卷芯（2），所述电池卷芯（2）的一端为正极集流盘（21），所述电池卷芯（2）的另一端为负极集流盘（22），所述电池卷芯（2）设于所述内腔（11）中并通过所述负极集流盘（22）与所述连接件（12）连接；

盖帽（3），所述盖帽（3）与所述正极集流盘（21）连接，并且所述盖帽（3）封闭所述内腔（11）的另一端，所述盖帽（3）的材料为铝。

2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述连接件（12）与所述钢壳（1）铆接。

3.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述连接件（12）开设有注液孔（121），所述注液孔（121）与所述内腔（11）中的所述电池卷芯（2）连通。

4.根据权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池还包括密封钉（4），所述密封钉（4）穿设于所述注液孔（121）并密封所述注液孔（121）。

5.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池还包括密封盖板（5），所述密封盖板（5）与所述钢壳（1）连接，所述密封盖板（5）设于所述密封钉（4）背离所述内腔（11）的一端。

6.根据权利要求5所述的圆柱电池，其特征在于，所述盖帽（3）还包括电流切断装置以及防爆阀。

7.一种圆柱电池制备方法，其特征在于，所述圆柱电池制备方法用于制备如权利要求1至6中任一项所述的圆柱电池，包括以下步骤：

将电池卷芯（2）放入钢壳（1）的内腔（11）中，将电池卷芯（2）的负极集流盘（22）与内腔（11）中连接件（12）抵接；

从钢壳（1）底部进行穿透焊接，把连接件（12）与负极集流盘（22）焊接在一起；

通过激光焊接把盖帽（3）与电池卷芯（2）的正极集流盘（21）焊接到一起，并通过盖帽（3）进行正极封口。

8.根据权利要求7所述的圆柱电池制备方法，其特征在于，将电池卷芯（2）放入钢壳（1）的内腔（11）之前还包括：在电池卷芯（2）的正极焊接正极集流盘（21），在电池卷芯（2）的负极焊接负极集流盘（22），沿电池卷芯（2）进入内腔（11）的方向，将电池卷芯（2）的负极集流盘（22）与连接件（12）对准。

9.根据权利要求7所述的圆柱电池制备方法，其特征在于，正极封口后还包括：

通过连接件（12）的注液孔（121）向内腔（11）中的电池卷芯（2）进行一次注液；

一次注液完成后，采用负压化成工艺进行化成；

化成结束后，再通过注液孔（121）向内腔（11）中的电池卷芯（2）进行二次注液。

10.根据权利要求9所述的圆柱电池制备方法，其特征在于，通过连接件（12）的注液孔（121）向内腔（11）中的电池卷芯（2）二次注液完成后，还包括：将密封钉（4）插入注液孔（121），通过激光焊接把密封盖板（5）和连接件（12）焊接到一起，完成负极封口。