CN114899415B - 集流盘组件、圆柱型锂离子电池及装配工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种集流盘组件、圆柱型锂离子电池及装配工艺，属于锂离子电池领域，通过在盘本体上模切出弹片，并将弹片与极柱焊接，弹片压缩后发生形变，从而将集流盘与箔材端面焊接处抵紧，如此，采用硬连接的方式，能够实现软连接的效果，即使流盘与箔材端面焊接处出现虚焊或者脱落，也能使二者保持紧密的电性连接；模切留下的贯穿孔可作为电解液注入通道，改善电解液在极片间的浸润；盘本体与卷芯正极一侧的箔材焊接，让壳体带正电，便于极柱与盖板上的孔通过焊接实现密封；负极采用传统的负极集流盘组件和负极顶盖组件，便于与盖板密封的同时电性绝缘。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种集流盘组件、圆柱型锂离子电池及装配工艺。
背景技术
全极耳圆柱型锂离子电池是目前动力电池的一个重点发展方向，其通过在卷芯两端分别预留空白的正、负极箔材，再对箔材径向挤压、端面揉平，然后将集流盘与箔材端面做激光焊接，集流盘上引出连接片，与盖板上的极柱焊接，实现电性导通。
但是，以上集流盘及连接方式存在以下缺陷，限制了全极耳圆柱型锂离子电池的大规模推广应用：
（1）集流盘与箔材端面焊接处容易出现虚焊或者焊接不牢靠的情形，尤其是在振动测试中，容易发生脱落，导致电池内阻增大，单体电芯内阻的一致性很差，难以通过串并联形成电池模组或者电池包，严重情况下电芯甚至无法正常工作；
（2）需要增加集流盘连接片，并在盖板内额外设置一个极柱与集流盘连接片焊接，以上结构会占用电池壳体内高度空间，大幅度降低电池能量密度。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种集流盘组件、圆柱型锂离子电池及装配工艺，能改善集流盘与箔材端面焊接处出现虚焊或者脱落导致的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种集流盘组件，其包括盘本体和极柱，还包括弹片，弹片一端连接盘本体、另一端翘起并与极柱焊接，弹片由盘本体中间部位模切而成，且盘本体上的模切部位对应设置有贯穿孔。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述弹片至少设置有两个，以极柱中心轴对称设置。
在以上技术方案的基础上，优选的，贯穿孔的尺寸大于或者等于弹片的尺寸。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述盘本体包括连续设置的若干加厚部和薄弱部，所述加厚部沿径向排列，各加厚部之间形成薄弱部，加厚部厚度大于薄弱部，所述弹片由加厚部模切而成。
第二方面，本发明提供了一种圆柱型锂离子电池，其包括卷芯、壳体和盖板，盖板盖设在壳体端部开口处并与之密封，所述卷芯设置于壳体内且其卷芯两端分别设置有外露的箔材，所述箔材经揉平后形成焊接端面，还包括本发明第一方面所述的集流盘组件，盘本体远离极柱的端面与焊接端面相抵持并焊接，盖板上开设有孔，极柱穿过孔并与之密封、固定，弹片处于压缩形变状态。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述极柱包括极柱本体和限位部，极柱本体穿过孔且底部与弹片焊接，限位部设置于极柱本体侧面且与盖板相抵持。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括至少两个凸台，凸台设置于盘本体表面并与盖板相抵持。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述盘本体四周边缘处设置有定位缺口。
在以上技术方案的基础上，优选的，盘本体与卷芯正极一侧的箔材焊接。
进一步优选的，还包括负极集流盘组件和负极顶盖组件，负极集流盘组件包括负极集流盘和连接片，负极顶盖组件包括负极顶盖和负极极柱，负极顶盖盖设在壳体端部开口处并与之密封，负极极柱固定在负极顶盖上并与之电性绝缘；负极集流盘与卷芯负极对应的焊接端面相互抵持并焊接，连接片弯折设置且两端分别电性连接负极集流盘与负极极柱。
第三方面，本发明提供了本发明第二方面的圆柱型锂离子电池的装配工艺，包括以下步骤：
S1，将盘本体与卷芯正极一侧的箔材对应的焊接端面相抵持并焊接；
S2，将负极集流盘与卷芯负极一侧的箔材对应的焊接端面相抵持并焊接，将连接片与负极极柱电性连接；
S3，将连接片折弯，设置于负极集流盘与负极顶盖之间；
S4，将卷芯塞入壳体内；
S5，将极柱穿过孔，并将极柱与盖板焊接，孔与极柱之间随之密封；
S6，将盖板与负极顶盖盖设在壳体两端开口处并焊接密封。
本发明的集流盘组件、圆柱型锂离子电池及装配工艺相对于现有技术具有以下有益效果：
（1）通过在盘本体上模切出弹片，并将弹片与极柱焊接，弹片压缩后发生形变，从而将集流盘与箔材端面焊接处抵紧，如此，采用硬连接的方式，能够实现软连接的效果，即使流盘与箔材端面焊接处出现虚焊或者脱落，也能使二者保持紧密的电性连接；模切留下的贯穿孔可作为电解液注入通道，改善电解液在极片间的浸润；本发明的弹片装配完成后被压缩，几乎不占用电池壳体内高度空间，相比于现有的集流盘组件，可大幅度提高电池能量密度；
（2）设置加厚部和薄弱部，可在保证盘本体强度的前提下，减轻重量；同时，弹片由加厚部模切而成，能保证弹片的弹力；
（3）设置限位部，便于极柱与盖板上的孔限位，便于极柱与盖板焊接密封，同时又能增加极柱与盖板的接触面积，改善过流性能；
（4）设置凸台，增加集流盘与盖板的接触面积，改善过流性能；
（5）设置定位缺口，便于焊接集流盘时定位，同时也可以作为电解液灌注通道，改善电解液在极片间的浸润；
（6）盘本体与卷芯正极一侧的箔材焊接，让壳体带正电，便于极柱与盖板上的孔通过焊接实现密封；负极采用传统的负极集流盘组件和负极顶盖组件，便于与盖板密封的同时电性绝缘。
附图说明
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获得其他的附图。
图1为本发明的集流盘组件的立体图；
图2为本发明的集流盘组件的俯视图；
图3为本发明的集流盘组件的仰视图；
图4为本发明的圆柱型锂离子电池的立体图；
图5为本发明的圆柱型锂离子电池的正剖视图；
图6为图5的椭圆区域逆时针旋转90°后的放大图；
图7为本发明的圆柱型锂离子电池的拆解图；
图8为本发明的圆柱型锂离子电池的集流盘组件和负极顶盖组件部分的拆解俯视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如图1~3所示，本实施例的集流盘组件，其包括盘本体1、极柱2、弹片3和凸台4。如图4~8所示，本实施例的圆柱型锂离子电池，其包括卷芯5、壳体6、盖板7、负极集流盘组件8和负极顶盖组件9。
其中，盘本体1，采用金属材质，与卷芯5电性连接。具体的，卷芯5两端分别设置有外露的箔材51，所述箔材51经揉平后形成焊接端面50，盘本体1远离极柱2的端面与焊接端面50相抵持并焊接。具体的，可采用激光焊。
正如本发明背景技术所介绍的，由于盘本体1与焊接端面50采用硬连接，焊接处容易出现虚焊或者脱落，导致电池内阻增大，或者断路的问题。因此，本发明设置了弹片3，其电性导通盘本体1和极柱2；同时，弹片3装配完成后处于形变状态，可以将盘本体1与焊接端面50压紧，采用硬连接的方式，能够实现软连接的效果，即使盘本体1与焊接端面50焊接处出现虚焊或者脱落，也能使二者保持紧密的电性连接。
具体的，弹片3一端连接盘本体1、另一端翘起并与极柱2焊接。为了便于快速成型，弹片3由盘本体1中间部位模切而成；同时，采用模切的方式形成弹片3还有以下好处：盘本体1上的模切部位对应留下贯穿孔10。以上贯穿孔10可作为电解液的灌注通道，众所周知，全极耳圆柱型锂离子电池由于焊接端面50经揉平后比较紧密，存在电解液难以在极片间浸润的问题，通过以上贯穿孔10，可以改善电解液浸润的问题。
为了防止弹片3压缩形变后将贯穿孔10堵死，导致电解液无法灌注；或者弹片3卡入贯穿孔10后无法恢复形变，作为一种优选实施方式，贯穿孔10的尺寸大于或者等于弹片3的尺寸。具体的，如本发明附图所示，贯穿孔10转角处设置有圆弧形边，供电解液通过。
弹片3一端翘起，是为了防止弹片3在装配过程中卡入贯穿孔10内，使弹片3无法发生形变。作为一种优选实施方式，所述弹片3至少设置有两个，以极柱2中心轴对称设置。如此，即使一个弹片3卡在贯穿孔10内，在其余弹片3的作用下，也能将其“拨”出；此外，多个弹片3的设计，也可以让每个弹片3受力更加均匀。具体的，如本发明附图所示，所述弹片3设置有四个，在盘本体1表面呈“十”字形布局。
为了减轻重量，所述盘本体1越薄越好。但是，如果盘本体1太薄，其强度低，容易变形；此外，弹片3是从盘本体1上模切形成的，其厚度与盘本体1相同，过薄的弹片3弹力不够。因此，作为一种优选实施方式，所述盘本体1包括连续设置的若干加厚部11和薄弱部12，所述加厚部11沿径向排列，各加厚部11之间形成薄弱部12，加厚部11厚度大于薄弱部12，所述弹片3由加厚部11模切而成。如此，在重量较轻的前提下，能保证盘本体1强度，还能使得弹片3弹力足够。具体的，薄弱部12底面与焊接端面50抵持并激光焊接，更薄，更容易焊透，焊接更加牢靠。
壳体6，一般采用圆柱型筒体，其两端开口。
盖板7，盖设在壳体6端部开口处并与之密封。
所述卷芯5设置于壳体6内且其卷芯5两端分别设置有外露的箔材51，所述箔材51经揉平后形成焊接端面50。作为现有技术，所述卷芯5由正极片、隔离膜、负极片和隔离膜依次层叠后卷绕，形成圆柱型筒体结构，正极片和负极片上的箔材从卷芯5两端露出，并在卷绕后揉平，形成焊接端面50。
本发明的集流盘组件装配关系如下：
盘本体1远离极柱2的端面与焊接端面50相抵持并焊接，盖板7上开设有孔70，极柱2穿过孔70并与之密封、固定，弹片3处于压缩形变状态。如此，在弹片3的回弹力作用下，保证盘本体1抵紧焊接端面50。
为了便于极柱2与盖板7上的孔70限位，所述极柱2包括极柱本体21和限位部22，极柱本体21穿过孔70且底部与弹片3焊接，限位部22设置于极柱本体21侧面且与盖板7相抵持。具体的，所述极柱本体21呈圆柱型，限位部22呈环形，极柱本体21和限位部22底部端面共平面。
极柱2可以与盖板7电性连接，也可以设计成与盖板7绝缘。考虑到极柱2与孔70处需要做密封处理，而极柱2如果处于活动状态，将不利于密封，因此，极柱2与孔70之间采用焊接固定的方式密封比较好，这就需要极柱2与盖板7电性连接。
通过设置限位部22，便于极柱2与盖板7焊接密封，同时又能增加极柱2与盖板7的接触面积，改善过流性能。
为了改善过流性能，还包括至少两个凸台4，凸台4设置于盘本体1表面并与盖板7相抵持。具体的，如本发明附图所示，凸台4设置有四个，且位于加厚部11上，以提高其强度。具体的，凸台4由盘本体1冲压形成。
为了便于焊接集流盘时定位，同时也可以作为电解液灌注通道，改善电解液在极片间的浸润，所述盘本体1四周边缘处设置有定位缺口13。
考虑到采用了本发明的集流盘组件，极柱2需要与盖板7电性连接，进而与壳体6电性连接；那么电池另外一个极柱就需要与壳体6绝缘，不然就形成短路了。作为一种优选实施方式，盘本体1与卷芯5正极一侧的箔材51焊接。如此，壳体6带正电，起到电化学防腐的作用，防止金属材质的壳体6生锈。
考虑到电池另外一个极柱需要与壳体6绝缘，可采用现有的负极集流盘组件8和负极顶盖组件9。具体的，负极集流盘组件8包括负极集流盘81和连接片82，负极顶盖组件9包括负极顶盖91和负极极柱92，负极顶盖91盖设在壳体6端部开口处并与之密封，负极极柱92固定在负极顶盖91上并与之电性绝缘；负极集流盘81与卷芯5负极对应的焊接端面50相互抵持并焊接，连接片82弯折设置且两端分别电性连接负极集流盘81与负极极柱92。作为现有技术，所述负极极柱92与负极顶盖91之间设置有绝缘垫，将二者电性隔离。
以下介绍本发明的圆柱型锂离子电池的装配工艺，包括以下步骤：
S1，焊接正极集流盘：将盘本体1与卷芯5正极一侧的箔材51对应的焊接端面50相抵持并焊接；
S2，焊接负极集流盘：将负极集流盘81与卷芯5负极一侧的箔材51对应的焊接端面50相抵持并焊接，将连接片82与负极极柱92电性连接；
S3，连接片82折弯：将连接片82折弯，设置于负极集流盘81与负极顶盖91之间；
S4，入壳；将卷芯5塞入壳体6内；
S5，正极极柱2密封：将极柱2穿过孔70，并将极柱2与盖板7焊接，孔70与极柱2之间随之密封；
S6，壳体6密封：将盖板7与负极顶盖91盖设在壳体6两端开口处并焊接密封。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种圆柱型锂离子电池，其包括卷芯（5）、壳体（6）和盖板（7），盖板（7）盖设在壳体（6）端部开口处并与之密封，所述卷芯（5）设置于壳体（6）内且其卷芯（5）两端分别设置有外露的箔材（51），所述箔材（51）经揉平后形成焊接端面（50），特征在于：还包括集流盘组件，所述集流盘组件包括盘本体（1）、极柱（2）和弹片（3），弹片（3）一端连接盘本体（1）、另一端翘起并与极柱（2）焊接，弹片（3）由盘本体（1）中间部位模切而成，且盘本体（1）上的模切部位对应设置有贯穿孔（10）；
盘本体（1）远离极柱（2）的端面与焊接端面（50）抵紧并焊接，盖板（7）上开设有孔（70），极柱（2）穿过孔（70）并与之密封、固定，弹片（3）处于压缩形变状态；所述盘本体（1）包括连续设置的若干加厚部（11）和薄弱部（12），加厚部（11）厚度大于薄弱部（12），所述弹片（3）由加厚部（11）模切而成。
2.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述弹片（3）至少设置有两个，以极柱（2）中心轴对称设置。
3.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于：贯穿孔（10）的尺寸大于或者等于弹片（3）的尺寸。
4.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述加厚部（11）沿径向排列，各加厚部（11）之间形成薄弱部（12）。
5.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于：所述极柱（2）包括极柱本体（21）和限位部（22），极柱本体（21）穿过孔（70）且底部与弹片（3）焊接，限位部（22）设置于极柱本体（21）侧面且与盖板（7）相抵持。
6.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于：还包括至少两个凸台（4），凸台（4）设置于盘本体（1）表面并与盖板（7）相抵持。
7.如权利要求1所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于：盘本体（1）与卷芯（5）正极一侧的箔材（51）焊接。
8.如权利要求7所述的圆柱型锂离子电池，其特征在于：还包括负极集流盘组件（8）和负极顶盖组件（9），负极集流盘组件（8）包括负极集流盘（81）和连接片（82），负极顶盖组件（9）包括负极顶盖（91）和负极极柱（92），负极顶盖（91）盖设在壳体（6）端部开口处并与之密封，负极极柱（92）固定在负极顶盖（91）上并与之电性绝缘；负极集流盘（81）与卷芯（5）负极对应的焊接端面（50）相互抵持并焊接，连接片（82）弯折设置且两端分别电性连接负极集流盘（81）与负极极柱（92）。
9.如权利要求8所述的圆柱型锂离子电池的装配工艺，其特征在于：包括以下步骤，
S1，将盘本体（1）与卷芯（5）正极一侧的箔材（51）对应的焊接端面（50）相抵持并焊接；
S2，将负极集流盘（81）与卷芯（5）负极一侧的箔材（51）对应的焊接端面（50）相抵持并焊接，将连接片（82）与负极极柱（92）电性连接；
S3，将连接片（82）折弯，设置于负极集流盘（81）与负极顶盖（91）之间；
S4，将卷芯（5）塞入壳体（6）内；
S5，将极柱（2）穿过孔（70），并将极柱（2）与盖板（7）焊接，孔（70）与极柱（2）之间随之密封；
S6，将盖板（7）与负极顶盖（91）盖设在壳体（6）两端开口处并焊接密封。
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