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CN115693041A - 圆柱电池 - Google Patents

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CN115693041A
CN115693041A CN202110837679.XA CN202110837679A CN115693041A CN 115693041 A CN115693041 A CN 115693041A CN 202110837679 A CN202110837679 A CN 202110837679A CN 115693041 A CN115693041 A CN 115693041A
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CN
China
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positive
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CN202110837679.XA
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容亮斌
潘秋
王信月
程晗
袁万颂
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BYD Co Ltd
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BYD Co Ltd
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Priority to EP22845195.1A priority patent/EP4343953A1/en
Priority to AU2022313342A priority patent/AU2022313342A1/en
Priority to BR112023027334A priority patent/BR112023027334A2/pt
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Abstract

本发明公开了一种圆柱电池，包括：壳体，壳体具有容置空间，依次叠置的正极片层、第一隔膜层、负极片层和第二隔膜层，正极片层、第一隔膜层、负极片层和第二隔膜层绕壳体的轴线卷绕多层以限定出极芯，且极芯设置在容置空间内；正极片层包括：正极料层和正极箔材层，负极片层包括：负极料层和负极箔材层，沿轴线卷绕的多层正极箔材层中的至少部分向壳体的一端延伸以形成为正极极耳，沿轴线卷绕的多层负极箔材层中的至少部分向壳体的另一端延伸以形成为负极极耳，以使极芯的端面适于在正极极耳的内侧或外侧、在负极极耳的内侧或外侧露出。由此，可以降低热失控风险，满足不同规格圆柱电池的电池容量以及过流需求、提高电解液的注液效率。

Description

圆柱电池
技术领域
本发明涉及圆柱电池技术领域，尤其是涉及一种圆柱电池
背景技术
相关技术中，圆柱电池的极芯通过引片引出并连接至连接片；或者极芯外露的极耳压平后覆盖极芯的端面，集流盘设置在极耳上方，并与极耳焊接固定。
然而，引片引出并连接至连接片的技术方案，引片需要设置的较薄以避免刺穿极片导致电池失效，过流能量有限，且引片发热较大，电流过大存在热失控风险；极耳压平方案对焊接工艺的要求较高、焊接难度大、生产效率低、良率不稳定，且极耳内部孔隙较小，除工艺孔外，无其他孔隙用于电解液渗透，不利于电解液的注入、渗透、浸润，注液效率低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种圆柱电池。
根据本发明实施例的圆柱电池，包括：壳体，所述壳体具有容置空间，依次叠置的正极片层、第一隔膜层、负极片层和第二隔膜层，所述正极片层、所述第一隔膜层、所述负极片层和所述第二隔膜层绕所述壳体的轴线卷绕多层以限定出极芯，且所述极芯设置在所述容置空间内；所述正极片层包括：正极料层和正极箔材层，所述负极片层包括：负极料层和负极箔材层，沿所述轴线卷绕的多层所述正极箔材层中的至少部分向所述壳体的一端延伸以形成为正极极耳，沿所述轴线卷绕的多层所述负极箔材层中的至少部分向所述壳体的另一端延伸以形成为负极极耳，以使所述极芯的端面适于在所述正极极耳的内侧或外侧、在所述负极极耳的内侧或外侧露出。
根据本发明实施例的圆柱电池，通过使正极极耳和负极极耳均构造为非全引出极耳，一方面，正极极耳和负极极耳的厚度、引出位置可以根据过流需求、电池容量选取，可以降低热失控风险，满足不同规格圆柱电池的电池容量以及过流需求；另一方面，可以提高电解液的注液效率，避免出现电解液溢出现象。
根据本发明的一些实施例，所述极芯的两端分别形成为正极端和负极端，所述正极极耳形成在所述正极端，所述负极极耳形成在所述负极端，所述正极极耳和所述负极极耳均构造为环形。
进一步地，还包括：集流盘和盖帽，所述集流盘包括：与所述正极极耳连接的正极集流盘和与所述负极极耳连接的负极集流盘，所述盖帽包括：与所述正极集流盘连接的正极盖帽以及与所述负极集流盘连接的负极盖帽。
在一些实施例中，所述正极集流盘设置在所述正极极耳的内侧并与所述正极极耳电连接；所述负极集流盘设置在所述负极极耳的内侧并与所述负极极耳电连接。
进一步地，所述正极集流盘和所述负极集流盘均包括：集流盘本体，位于集流盘本体周侧的连接部以及与所述集流盘本体正对的连接片，所述集流盘本体伸入呈环形的所述正极极耳或所述负极极耳内，所述连接部与所述正极极耳或所述负极极耳的的内壁面贴合并焊接连接，所述连接片用于与所述圆柱电池的盖帽电连接。
在一些实施例中，所述正极集流盘和所述负极集流盘均构造为环形盘，所述正极集流盘设置在所述正极极耳的外侧并与所述正极极耳电连接；所述负极集流盘设置在所述负极极耳的外侧并与所述负极极耳电连接。
进一步地，所述正极集流盘和所述负极集流盘均包括：集流盘本体，位于集流盘本体周侧的连接部以及与所述集流盘本体正对的连接片，所述集流盘本体构造为环形盘并套设在呈环形的所述正极极耳或所述负极极耳上，所述连接部与所述正极极耳或所述负极极耳的的外壁面贴合并焊接连接，所述连接片用于与所述圆柱电池的盖帽电连接。
进一步地，所述连接片的一端与所述集流盘本体或所述连接部连接，所述连接片的另一端沿所述壳体的径向朝向所述轴线延伸。
进一步地，所述集流盘与所述极芯的端面之间设置有隔圈，所述集流盘与所述盖帽之间设置有绝缘垫。
在一些实施例中，所述极芯的两端分别形成为正极端和负极端，所述极耳设置于所述正极端和所述负极端以分别形成为正极极耳和负极极耳，所述集流盘包括：与所述正极极耳连接的正极集流盘和与所述负极极耳连接的负极集流盘，所述盖帽包括：与所述正极集流盘连接的正极盖帽以及与所述负极集流盘连接的负极盖帽。
进一步地，所述正极盖帽、所述负极盖帽均构造为金属材料件。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的极芯与极耳相对位置的示意图；
图2是根据本发明另一个实施例的极芯与极耳相对位置的示意图；
图3是根据本发明实施例的极芯、极耳以及隔圈的示意图；
图4是根据本发明实施例的圆柱电池的示意图。
附图标记：
圆柱电池100，
极芯10，极耳20，
集流盘30，集流盘本体31，连接部32，连接片33，
盖帽40，隔圈50，绝缘垫60。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图4描述根据本发明实施例的圆柱电池100。
如图1和图2所示，根据本发明第一方面实施例的圆柱电池100，包括：壳体(图中未示出)以及设置在壳体内的极芯10，极芯10的两端分别引出极耳20，极耳20包括：正极极耳和负极极耳。
其中，壳体具有容置空间，壳体内具有依次叠置的正极片层、第一隔膜层、负极片层和第二隔膜层，正极片层、第一隔膜层、负极片层和第二隔膜层绕一轴线卷绕多层以限定出极芯10，且极芯10设置在容置空间内。
其中，正极片层包括：正极料层和正极箔材层，负极片层包括：负极料层和负极箔材层，沿轴线卷绕的多层正极箔材层中的至少部分向壳体的一端延伸以形成为正极极耳，沿轴线卷绕的多层负极箔材层中的至少部分向壳体的另一端延伸以形成为负极极耳，以使极芯的端面适于在正极极耳的内侧或外侧、在负极极耳的内侧或外侧露出。
换言之，壳体构造为圆柱形壳体，依次叠置的正极片层、第一隔膜层、负极片层和第二隔膜层形成为一个整体并围绕壳体的轴线卷绕多层，进而多层正极极片层中的正极箔材层的至少部分引出形成为正极极耳，至少部分负极极片层的负极箔材层引出形成为负极极耳，以使极芯10的两个端面的至少部分分别在正极极耳的内侧或外侧、负极极耳的内侧或外侧露出。
正极箔材层和负极箔材层用于导电，可以采用相同材料。
例如：绕壳体的轴线卷绕15圈，其中位于外侧的10圈上的正极箔材层和负极箔材层引出分别形成为正极极耳和负极极耳，且引出部分经过折弯、挤压等工艺后形成为呈圆环形的正极极耳和负极极耳；或者其中位于内侧的10圈上的正极箔材层和负极箔材层引出分别并形成为正极极耳和负极极耳，且引出部分经过折弯、挤压等工艺后形成为呈圆环形的正极极耳和负极极耳。
进而，极芯10的一端的部分端面被正极极耳遮挡，其他部分露出，极芯10的另一端的部分端面被负极极耳遮挡，其他部分露出，以使本发明的正极极耳和负极极耳均构造为非全出极耳，可以预留更多的间隙用于电解液的注入、渗透以及浸润，可以有效提高注液效率，降低电解液溢出概率，同时可以基于圆柱电池100的容量以及过流需求，合理选取引出层数，以使呈圆形的极耳20的厚度更大，满足更大的电流需求，适用于更大容量的电池使用。
需要说明的是，合理选取引出层数是指，如上述极芯10卷绕圆柱电池100的轴线卷绕15圈，可以根据过流需求，选择位于外侧的第10圈至第15圈引出正极极耳和负极极耳、第8圈-第15圈引出正极极耳和负极极耳。
可以理解的是，正极极耳以及负极极耳在极芯10的端面上的具体引出位置本发明不做具体限定，可以是由内向外依次引出(即：由第一圈开始引出)；或由外向内依次引出(即：由最外圈引出)；或由中间向两侧引出(即：共计缠绕2n圈，由第n圈向内、向外依次引出)。
根据本发明实施例的圆柱电池100，通过使正极极耳和负极极耳均构造为非全引出极耳，一方面，正极极耳和负极极耳的厚度、引出位置可以根据过流需求、电池容量选取，可以降低热失控风险，满足不同规格圆柱电池的电池容量以及过流需求；另一方面，可以提高电解液的注液效率，避免出现电解液溢出现象。
可以理解的是，极芯10的两端分别形成为正极端和负极端，正极极耳形成在正极端、负极极耳形成在负极端，且正极极耳和负极极耳均构造为环形，即正极极耳、负极极耳均通过挤压、折弯工艺以形成为环形极耳，使圆柱电池100整体的规格更加规整，并便于正极极耳、负极极耳与周围部件之间的装配，合理利用空间，使圆柱电池100的空间布置更加紧凑。
根据本申请的一些实施例，集流盘30包括：与正极极耳连接的正极集流盘和与负极极耳连接的负极集流盘，盖帽40包括：与正极集流盘连接的正极盖帽以及与负极集流盘连接的负极盖帽。
如图3和图4所示，在一些实施例中，正极集流盘设置在正极极耳的内侧并与正极极耳电连接；负极集流盘设置在负极极耳的内侧并与负极极耳电连接。
具体而言，正极集流盘和负极集流盘均包括：集流盘本体31，位于集流盘本体31周侧的连接部32以及与集流盘本体31正对的连接片33，集流盘本体31伸入呈环形的正极极耳或负极极耳内，连接部32与正极极耳或负极极耳的的内壁面贴合并焊接连接，连接片33用于与圆柱电池100的盖帽40电连接。
换言之，在图1所示的具体的实施例中，集流盘本体31构造为圆盘，圆盘伸入到正极极耳或负极极耳内，在正极极耳或负极极耳与集流盘30的焊接过程中，可以由正极极耳或负极极耳向集流盘30焊接，实现焊接的“薄穿厚”，可以避免焊接过程中，焊穿极耳20，避免圆柱电池100短路，以提高圆柱电池100的安全性。
同时，可以理解的是，本发明的极耳20与集流盘30焊接过程中，不会出现焊穿极耳20的现象，可以采用本申请结构替代现有的极耳压平形式的圆柱电池，极耳20在极芯10的长度方向(即Z向)上的尺寸可以设置的更小，可以降低极耳20对圆柱电池100整体的空间占用，提高极芯10的空间利用率，有利于提高圆柱电池100的能量密度。
可以理解的是，优选将集流盘30设置在极耳20的内侧，实现“薄穿厚”焊接，可以降低极耳20与集流盘30的焊接难度，提高焊接成功率，提高圆柱电池100的加工效率以及良率。
当然，本申请的圆柱电池100的结构不限于此，在另一些实施例中，正极集流盘和负极集流盘均构造为环形盘，正极集流盘设置在正极极耳的外侧并与正极极耳电连接；负极集流盘设置在负极极耳的外侧并与负极极耳电连接。
正极集流盘和负极集流盘均包括：集流盘本体31，位于集流盘本体31周侧的连接部32以及与集流盘本体31正对的连接片33，集流盘本体31构造为环形盘并套设在呈环形的正极极耳或负极极耳上，连接部32与正极极耳或负极极耳的的外壁面贴合并焊接连接，连接片33用于与圆柱电池100的盖帽40电连接，也可以实现与上述设置在内侧相同的电连接效果，在这里不再赘述。
在图4所示的具体的实施例中，集流盘30包括：集流盘本体31，位于集流盘本体31周侧的连接部32以及与集流盘本体31正对的连接片33，集流盘本体31套设于极耳20或极耳20套设在集流盘本体31上，连接部32与极耳20的内壁面或外壁面贴合并焊接连接，连接片33用于与圆柱电池100的盖帽40电连接。
具体而言，集流盘30的尺寸可以根据极耳20位置和尺寸确定，集流盘30与极耳20通过焊接方式连接，可以是点焊、超声焊等任意焊接形式，以通过集流盘30将极耳20与盖帽40电连接，可以提高集流盘30与极耳20的连接稳定性，同时极耳20、集流盘30均具有较高的过流能力，可以提高圆柱电池100的工作稳定性以及使用安全性。
进一步地，连接片33的一端与集流盘本体31或连接部32连接，连接片33的另一端沿径向朝向壳体的轴线延伸。这样，一方面，可以增大连接片33与盖帽40的接触面积，以提高电连接稳定性，另一方面，连接片33与极芯10的端面相对设置，可以降低集流盘30在圆柱电池100的Z向上的尺寸占用，以进一步提高圆柱电池100的能量密度。
进一步地，集流盘30与极芯10的端面之间设置有隔圈50，集流盘30与盖帽40之间设置有绝缘垫60，盖帽40外围设置有密封圈，以通过隔圈50、盖帽40以及绝缘垫60的绝缘作用，避免圆柱电池100内部出现短路现象，以提高圆柱电池100的工作稳定性以及使用安全性。
在一些实施例中，正极盖帽、负极盖帽均构造为金属材料件。即正极盖帽、负极盖帽均构造为单一金属件、合金件或者复合材料件，在正极盖帽和负极盖帽构造为复合材料件的实施例中，复合材料件中至少包括一种导电金属材料。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
在本发明的描述中，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种圆柱电池(100)，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体具有容置空间，
依次叠置的正极片层、第一隔膜层、负极片层和第二隔膜层，所述正极片层、所述第一隔膜层、所述负极片层和所述第二隔膜层绕所述壳体的轴线卷绕多层以限定出极芯(10)，且所述极芯(10)设置在所述容置空间内；
所述正极片层包括：正极料层和正极箔材层，所述负极片层包括：负极料层和负极箔材层，沿所述轴线卷绕的多层所述正极箔材层中的至少部分向所述壳体的一端延伸以形成为正极极耳，沿所述轴线卷绕的多层所述负极箔材层中的至少部分向所述壳体的另一端延伸以形成为负极极耳，以使所述极芯(10)的端面适于在所述正极极耳的内侧或外侧、在所述负极极耳的内侧或外侧露出。
2.根据权利要求1所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述极芯(10)的两端分别形成为正极端和负极端，所述正极极耳形成在所述正极端，所述负极极耳形成在所述负极端，所述正极极耳和所述负极极耳均构造为环形。
3.根据权利要求2所述的圆柱电池(100)，其特征在于，还包括：集流盘(30)和盖帽(40)，所述集流盘(30)包括：与所述正极极耳连接的正极集流盘和与所述负极极耳连接的负极集流盘，所述盖帽(40)包括：与所述正极集流盘连接的正极盖帽以及与所述负极集流盘连接的负极盖帽。
4.根据权利要求3所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述正极集流盘设置在所述正极极耳的内侧并与所述正极极耳电连接；所述负极集流盘设置在所述负极极耳的内侧并与所述负极极耳电连接。
5.根据权利要求4所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述正极集流盘和所述负极集流盘均包括：集流盘本体(31)，位于集流盘本体(31)周侧的连接部(32)以及与所述集流盘本体(31)正对的连接片(33)，所述集流盘本体(31)伸入呈环形的所述正极极耳或所述负极极耳内，所述连接部(32)与所述正极极耳或所述负极极耳的的内壁面贴合并焊接连接，所述连接片(33)用于与所述圆柱电池(100)的盖帽(40)电连接。
6.根据权利要求3所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述正极集流盘和所述负极集流盘均构造为环形盘，所述正极集流盘设置在所述正极极耳的外侧并与所述正极极耳电连接；所述负极集流盘设置在所述负极极耳的外侧并与所述负极极耳电连接。
7.根据权利要求6所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述正极集流盘和所述负极集流盘均包括：集流盘本体(31)，位于集流盘本体(31)周侧的连接部(32)以及与所述集流盘本体(31)正对的连接片(33)，所述集流盘本体(31)构造为环形盘并套设在呈环形的所述正极极耳或所述负极极耳上，所述连接部(32)与所述正极极耳或所述负极极耳的的外壁面贴合并焊接连接，所述连接片(33)用于与所述圆柱电池(100)的盖帽(40)电连接。
8.根据权利要求3所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述连接片(33)的一端与所述集流盘本体(31)或所述连接部(32)连接，所述连接片(33)的另一端沿所述壳体的径向朝向所述轴线延伸。
9.根据权利要求1所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述集流盘(30)与所述极芯(10)的端面之间设置有隔圈(50)，所述集流盘(30)与所述盖帽(40)之间设置有绝缘垫(60)。
10.根据权利要求3所述的圆柱电池(100)，其特征在于，所述正极盖帽、所述负极盖帽均构造为金属材料件。
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