CN103500844A - 圆柱形多极耳锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱形多极耳锂离子电池及其制备方法。该锂离子电池包括：圆筒状壳体；正极盖板和负极盖板，负极盖板上具有向圆筒状壳体内部延伸的凸出平台；电芯卷绕体，位于圆筒状壳体内，电芯卷绕体由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，正极片和负极片上均设有多个极耳；以及电解液，填充在圆筒状壳体内；其中，位于负极片上的多个极耳向电芯卷绕体中心延伸并连接在凸出平台上。该设计结构将负极片上的多个极耳通过一个焊接点直接设置在凸出平台上，不仅提高了电池性能的一致性和制成率，而且节约了电池内部的空间，提高了电池的设计容量，降低了成本。该制备工艺不需要大型仪器和设备，操作简单，便于生产线的自动化改造。

Description

圆柱形多极耳锂离子电池及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种圆柱形多极耳锂离子电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池尤其是采用磷酸铁锂作为正极活性物质的锂离子电池具有比功率高、循环寿命长、安全性能好以及无污染等优点，是决定目前电动汽车、混合电动汽车能否快速发展的关键产品。在一系列锂离子电池产品中，圆柱形铝合金外壳电池备受关注，其特殊的外形与材质使产品的外形尺寸高度稳定，大电流放电性能更加优异、安全性能更高、外壳防腐性能明显改善。

目前对于圆柱形铝合金外壳电池的制造工艺有很多种，但如何对电池结构来优化以提高各项性能一直是目前困扰人们的难题，如有的采用多极耳结构的优化方式，通过采用多极耳结构，在高倍率放电时，由于电芯具有多个极耳，电子传输通道大大增加，电流密度减少，大大减少了极化，可以降低电池内阻，提高锂离子电池放电性能和安全性能，使其更加适合应用在电动汽车、电动玩具、模型飞机以及电动工具等电源方面。

但是由于具有多个极耳结构，对于极耳的焊接一直是个难题。现有的如图1所示，将多极耳焊接在集流环a’上，集流环a’上设置有导流引带b’，再将导流引带b’焊接在负极盖板上。但是该方法存在诸多缺陷：

1）员工素质对产品性能影响较大。因为大量的极耳需要通过手工操作焊接在集流环上，若操作不熟练会引起部分极耳出现断裂，导致极耳的载流能力不同，最终反应在电池性能上则是一致性难以提高。

2）集流环焊接难度大。由于大量极耳是无序排布的，集流环只能是圆形才能兼顾所有极耳。但是圆形集流环存在一个弧度，超声波焊接的焊头以及底座都需要设置一定的弧度与集流环的弧度匹配，有弧度的焊接方式对焊头损耗大，且焊接效果差，容易产生虚焊，脱焊以及漏焊等问题。

3）焊接工艺复杂。该方式需要将大量极耳焊接在集流环上，导流引带的一端焊接在集流环上，另一端焊接在盖板上。由于多次焊接均需手工操作，工艺复杂，使得制程控制较难。

4）制造成本较高。该结构还需要购买专业设计的集流环配件以及导流引带以及超声波焊机等材料和设备，增加了制作成本和制作工艺流程。

5）影响电池的容量。在圆柱形电池设计中，集流环与导流引带需要占用大量的内部空间，在电池高度方向上占用的空间将减少电池极片的宽度，继而较大幅度的降低了电池的设计容量。

可见，目前的设计结构存在着制造成本高、电池设计容量小、性能一致性较差且产品合格率低等缺陷，继而影响电池成组后电池组的寿命。因此，目前迫切希望出现一种合适的锂离子电池的结构以替代目前的设计结构。

发明内容

本发明旨在提供一种圆柱形多极耳锂离子电池及其制备方法，以解决现有的锂离子电池结构中存在的设计容量小及一致性差的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种圆柱形多极耳锂离子电池，包括：圆筒状壳体；正极盖板和负极盖板，负极盖板上具有向圆筒状壳体内部延伸的凸出平台；电芯卷绕体，位于圆筒状壳体内，电芯卷绕体由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，正极片和负极片上均设有多个极耳；以及电解液，填充在圆筒状壳体内；其中，位于负极片上的多个极耳向电芯卷绕体中心延伸并连接在凸出平台上。

进一步地，连接在凸出平台上的多个极耳重叠设置。

进一步地，凸出平台与负极盖板铆接固定。

进一步地，离子电池还包括设置在凸出平台与负极盖板之间的绝缘垫片。

进一步地，正极盖板具有开口，位于正极片端的多个极耳穿过开口并沿开口的周侧向外延伸。

进一步地，开口的周侧设置有定位槽，所述正极盖板还包括与定位槽配合使用的密封盖。

进一步地，多个极耳焊接在凸出平台上。

进一步地，焊接为储能焊。

进一步地，圆筒状壳体与正极盖板之间、圆筒状壳体与负极盖板之间通过激光焊接形成密封结构。

根据本发明的另一方面，提供了一种圆柱形多极耳锂离子电池的制备方法，包括制备具有多个极耳的正极片、具有多个极耳的负极片以及具有突出平台的负极盖板，将负极片端的多个极耳直接焊接在突出平台上。

本发明摈弃了现有技术中所采用的先将负极片上的多个极耳设置在集流环上并通过导流引带将集流环与负极盖板连接的结构，而是将负极片上的多个极耳通过一个焊接点直接设置在凸出平台上，不仅提高了电池性能的一致性和制成率，而且节约了电池内部的空间，提高了电池的设计容量，降低了成本。该制备工艺不需要大型仪器和设备，操作简单，便于生产线的自动化改造。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的所采用的集流环与导流引带的连接结构示意图； 

图2示出了根据本发明典型实施例的负极盖板的结构示意图； 

图3示出了根据本发明典型实施例的圆柱形多极耳锂离子电池的主视图；

图4示出了根据本发明典型实施例的圆柱形多极耳锂离子电池的正极盖板的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了解决现有技术中设置集流环而导致的工艺复杂且电池性能一致性差的问题，本发明提供了一种圆柱形多极耳锂离子电池，如图2和图3所示，该锂离子电池包括：圆筒状壳体10、正极盖板20和负极盖板30、电芯卷绕体40以及填充在圆筒状壳体10内部的电解液。其中负极盖板30上具有向圆筒状壳体10内部延伸的凸出平台31；电芯卷绕体40设置在圆筒状壳体10内，该电芯卷绕体40由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，其中正极片和负极片上均设有多个极耳41，位于负极片上的多个极耳41向电芯卷绕体40中心延伸并连接在凸出平台31上。

本发明摈弃了现有技术中所采用的先将负极片上的多个极耳41设置在集流环上并通过导流引带将集流环与负极盖板30连接的结构，而是将负极片上的多个极耳41通过一个焊接点直接设置在凸出平台31上，不仅提高了电池性能的一致性和制成率，而且节约了电池内部的空间，提高了电池的设计容量，降低了成本。该制备工艺不需要大型仪器和设备，操作简单，便于生产线的自动化改造。

本发明的电芯卷绕体40是由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，该制备方法为常规而位于正极片和负极片端部的极耳41在卷绕所形成的电芯卷绕体40上一般分布不均匀。为了使得制作的电池性能更加优异，优选地，本发明通过设计使得形成电芯卷绕体40后的多个极耳41均匀地分布在正极片或负极片上。

根据本发明的一种典型实施方式，连接在凸出平台31上的多个极耳41重叠设置。如图2和图3所示，极耳41的一端与负极片连接，另一端在凸出平台31上重叠，该设置方式使得位于负极片上的所有极耳41在与凸出平台31相连接的一端形成极耳重叠点，该极耳重叠点与凸出平台31连接，这样多个极耳41与凸出平台31之间就仅有一个连接点，避免了现有技术中多个极耳41与集流环连接形成多个连接点导致接触电阻不均的问题，同时该设置方式减少了手工接触电芯的时间和环节，得到了性能一致性优异的锂离子电池。

为了使得锂离子电池结构更加坚固，凸出平台31与负极盖板30铆接固定。本发明优选但并不局限于上述方式，也可以采用注塑成型在负极盖板30上形成凸出平台31。为了将负极与正极绝缘，本发明的锂离子电池还包括设置在凸出平台31与负极盖板30之间的绝缘垫片50。本发明优选采用铆钉将负极盖板30与绝缘垫片铆接固定，这样铆钉突出于负极盖板30的部分形成凸出平台31，用于多个极耳41的固定。

如图4所示，正极盖板20上设有开口21，位于正极片端的多个极耳41穿过开口21并沿开口21的周侧向外延伸。电解液通过位于正极盖板20上的开口21填充到圆筒状壳体10内，在开口的周侧设置有定位槽22，该正极盖板20还包括与定位槽22配合使用的密封盖23。本发明优选将多个极耳41通过正极盖板20的开口21引出后焊接在正极盖板20上，然后用密封盖23密封与定位槽22卡合后密封，密封后密封盖23的顶面与正极盖板20的顶面相平齐。

根据本发明的另一方面，提供了一种圆柱形多极耳锂离子电池的制备方法，包括制备具有多个极耳41的正极片、具有多个极耳41的负极片，具有突出平台31的负极盖板30，将正极片端的多个极耳41直接焊接在突出平台31上。

其中可以采用现有的常规方法将极耳41连接在凸出平台31上，本发明优选采用焊接的方式，进一步优选地，本发明所采用的焊接为储能焊。储能焊是把电荷储存在一定容量的电容里，使焊炬通过焊材与工件瞬间以每秒2-3次的高频率脉冲放电，从而使焊材与工件在瞬间接触点部位达到冶金结合的一种焊接技术。

现有技术主要采用超声波焊接和激光焊接两种方式，如现有技术中采用集流环工艺时，多个极耳41是通过超声波焊接在集流环的边缘，导流引带的一端也是采用超声波焊接在集流环上，而导流引带的另一端可以用超声波焊接或者激光焊接在正极盖板20或者负极盖板30上。但是采用激光焊接会产生铝残渣的飞溅，使电芯内部带入污染物。而储能焊具有超声波焊接所不具备的优点：1）不会产生大面积高温：由于储能焊施焊的形式是通过点焊形成面的施焊过程，所以最大的优点是对于一些不能采用高温焊接、怕热变形退火的工件的局部硬伤可以修补；2）焊接点能达到冶金结合：储能焊施焊的焊炬通过焊材和工件之间瞬间温度可以达到1000℃，可以使焊接点达到冶金结合的效果，使得焊接更加牢固，比现有技术中的超声波焊接或激光焊接更加可靠。

本发明的焊接过程大致如下：首先将电芯卷绕体40放入圆筒状壳体10内，将负极片端的所有极耳41朝着电芯卷绕体40的中心位置弯折，这样极耳41在负极盖板30的凸出平台31上形成极耳重叠点，然后将储能焊的焊针（一般为紫铜）从电芯卷绕体40的正极盖板20的中心开口21处伸入，焊针头顶住负极端的极耳重叠点，将电芯卷绕体竖直放置进行储能焊接，将极耳重叠点与负极盖板30的凸出平台31的中心位置焊接在一起。其中，焊接的位置要保证精确，可以通过合适的工装夹具实现。

本发明的圆筒状壳体10与正极盖板20之间、圆筒状壳体10与负极盖板30之间通过激光焊接形成密封结构。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明摈弃了现有技术中所采用的先将负极片上的多个极耳设置在集流环上并通过导流引带将集流环与负极盖板连接的结构，而是将负极片上的多个极耳通过一个焊接点直接设置在凸出平台上，不仅提高了电池性能的一致性和制成率，而且节约了电池内部的空间，提高了电池的设计容量，降低了成本。该制备工艺不需要大型仪器和设备，操作简单，便于生产线的自动化改造。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种圆柱形多极耳锂离子电池，其特征在于，包括：

圆筒状壳体（10）；

正极盖板（20）和负极盖板（30），所述负极盖板（30）上具有向所述圆筒状壳体（10）内部延伸的凸出平台（31）；

电芯卷绕体（40），位于所述圆筒状壳体（10）内，所述电芯卷绕体（40）由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，所述正极片和所述负极片上均设有多个极耳（41）；以及

电解液，填充在所述圆筒状壳体（10）内；其中，

位于所述负极片上的所述多个极耳（41）向所述电芯卷绕体（40）中心延伸并连接在所述凸出平台（31）上。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，连接在所述凸出平台（31）上的所述多个极耳（41）重叠设置。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述凸出平台（31）与所述负极盖板（30）铆接固定。

4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述离子电池还包括设置在所述凸出平台（31）与所述负极盖板（30）之间的绝缘垫片（50）。

5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述正极盖板（20）具有开口（21），位于所述正极片端的所述多个极耳（41）穿过所述开口（21）并沿所述开口（21）的周侧向外延伸。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述开口（21）的周侧设置有定位槽（22），所述正极盖板（20）还包括与所述定位槽（22）配合使用的密封盖（23）。

7.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述多个极耳（41）焊接在所述凸出平台（31）上。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述焊接为储能焊。

9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述圆筒状壳体（10）与所述正极盖板（20）之间、所述圆筒状壳体（10）与所述负极盖板（30）之间通过激光焊接形成密封结构。

10.一种圆柱形多极耳锂离子电池的制备方法，包括制备具有多个极耳的正极片、具有多个极耳的负极片以及具有突出平台（31）的负极盖板（30），其特征在于，将所述负极片端的所述多个极耳（41）直接焊接在所述突出平台（31）上。

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