CN115036584A - 一种锂离子电池集流结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池集流结构，涉及新能源设备领域，包括：卷芯，卷芯的两端均具有极耳；第一集流组件，第一集流组件设于卷芯的一端；第二集流组件，第二集流组件设于卷芯的另一端；其中，第二集流组件上延伸有支撑机构，支撑机构与第一集流组件相接触，第二集流组件上具有第一气液口和导向机构，支撑机构上设有第二气液口，第一气液口与第二气液口相连通，导向机构能够将从第一气液口进入的电解液导向至第二气液口，通过气液管即可以完成电解液的注入，并且在挡液漏斗的作用下能够有效的引导电解液进入电池卷芯，形成了电解液快速便捷注液增加了电池批次稳定性，简化了生产流程，提升了电池的生产效率和电池的揉平效果。

Description

一种锂离子电池集流结构
技术领域
本发明涉及新能源设备领域，特别涉及一种锂离子电池集流结构。
背景技术
常见的锂离子电池有圆柱、方形、软包三大类型，圆柱型锂离子电池由于电池内部多余空间小而能量密度高，并且由于其圆形卷芯的膨胀相对较小因而循环寿命长。在圆柱形锂离子电池中，传统的极耳一般都是在每张极片上焊1～2根，且这1～2根极耳在极片卷绕然后要求呈对齐关系才能对折焊接，这种1～2根极耳结构的圆柱现在仍广泛应用于数码、电动工具、电动汽车等众多领域，但是，随着对功率的需求越来越高，圆柱电池的传统极耳结构无法满足性能需求，圆柱电池开始出现全极耳的结构。
圆柱电池的全极耳一般是需要将极耳揉平形成一个平面后才能再焊接，现在传统的电池结构、仪器无法实现这种工艺，虽然一些新开发出的半成熟的仪器能具有揉平动作，但是，由于其揉平动作单一从而导致极耳受力不均匀，使极耳揉平面很容易产生翘曲，当极耳揉平面朝内翘曲导致太靠近隔膜时容易熔融隔膜，短路风险大，另外，极耳揉平面朝内或朝外的翘曲都会导致极耳揉平面与极柱的接触不均匀从而进一步导致焊接不均匀。
极耳揉平以及后续工作过程中可能由于部分位置应力过大而导致撕裂、脱落，可能造成短路等严重安全问题。
另外，由于全极耳的集流结构比传统极耳的重量更大，动力电池使用工况中常有震动工况，使得集流结构长久用下来由于不稳定而脱落，故需要加强集流结构的力学稳定性。
另外，全极耳结构由于极耳太大，会阻挡传统的注液到卷芯的方式，故需要改善电解液的注入方式。
发明内容
本发明的目的在于提供种锂离子电池结构，增强了锂离子电池的结构稳定性。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种锂离子电池集流结构，包括：卷芯，所述卷芯的两端均具有极耳；第一集流组件，所述第一集流组件设于所述卷芯的一端；第二集流组件，所述第二集流组件设于所述卷芯的另一端；其中，所述第二集流组件上延伸有支撑机构，所述支撑机构与所述第一集流组件相接触，所述第二集流组件上具有第一气液口和导向机构，所述支撑机构上设有第二气液口，所述第一气液口与所述第二气液口相连通，所述导向机构能够将从所述第一气液口进入的电解液导向至所述第二气液口。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述第二集流组件上具有通气口和第三气液口，所述第三气液口朝向所述卷芯。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述第二集流组件包括压合盘和支撑盘，所述支撑盘位于所述压合盘和所述卷芯之间，一部分所述极耳伸入至所述支撑盘和所述压合盘之间，所述支撑盘与所述压合盘连接从而夹住所述极耳。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述支撑盘上设有空腔，所述第三气液口设于所述支撑盘上靠近所述极耳的一侧壁，所述通气口和所述第一气液口设于所述支撑盘上远离所述极耳的一侧壁，且所述通气口靠近所述支撑盘的边缘，所述第一气液口、第三气液口和所述通气口均与所述空腔连通。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述支撑机构包括气液管，所述气液管的一端与所述支撑盘连接，且所述气液管与所述空腔连通，所述第二气液口设于所述气液管的侧壁上。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述支撑机构还包括绝缘层，所述绝缘层与所述气液管的另一端连接，所述气液管通过所述绝缘层与所述第一集流组件相接触。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述导向机构为挡液漏斗，所述挡液漏斗设于所述空腔内，所述挡液漏斗的出液端与所述气液管的一端连通，所述挡液漏斗的入液端的位置与所述第一气液口相对应，且所述挡液漏斗的入液端的面积大于所述第一气液口的面积。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述支撑盘包括主体部和引导部，所述引导部的一端与所述主体部连接，所述引导部的另一端向所述卷芯延伸；由所述引导部的一端至所述引导部的另一端，所述引导部的外表面逐渐收缩。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，所述第三气液口的数量为多个，多个所述第三气液口均匀设于所述引导部上；所述通气口的数量为多个，多个所述通气口在所述主体部上环形排列。
进一步地，在上述的一种锂离子电池集流结构中，在所述支撑盘的远离所述极耳的一侧壁上设有盛液槽，所述第一气液口设于所述盛液槽上。
分析可知，本发明公开一种锂离子电池集流结构，本发明通过支撑盘和压合盘能够有效地防止极耳揉平面产生翘曲，通过气液管、第三气液口和通气口能够快速高效的揉平极耳，通过气液管即可以完成电解液的注入，并且在挡液漏斗的作用下能够有效的引导电解液进入电池卷芯，增加了电池批次稳定性，简化了生产流程，提升了电池的生产效率。
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。其中：
图1本发明一实施例的结构示意图。
图2本发明一实施例的支撑盘和气液管的结构剖视示意图。
图3本发明一实施例的支撑盘和气液管的结构主视示意图。
附图标记说明：1、卷芯；2、支撑盘；201、主体部；202、引导部；3、压合盘；4、气液管；5、通气口、6、第三气液口；7、空腔；8、第一气液口；9、盛液槽；10、绝缘层；11、第一集流组件；12、第二气液口；13、挡液漏斗；14、支撑机构；15、第二集流组件；16、中心孔。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须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。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，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的具体含义。
所附附图中示出了本发明的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本发明的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。
如图1-图3所示，根据本发明的实施例，提供了一种锂离子电池集流结构，包括：卷芯1，卷芯1的两端均具有极耳；第一集流组件11，第一集流组件11设于卷芯1的一端；第二集流组件，第二集流组件设于卷芯1的另一端；其中，第二集流组件上延伸有支撑机构，支撑机构与第一集流组件11相接触，第二集流组件上具有第一气液口8和导向机构，支撑机构上设有第二气液口12，第一气液口8与第二气液口12相连通，导向机构能够将从第一气液口8进入的电解液导向至第二气液口12，通过第一气液口8和第二气液口12能够将电解液加入至电池中。
优选地，第二集流组件上具有通气口5和第三气液口6，第三气液口6朝向卷芯1，通气口5背离所述卷芯1通过第三气液口6和通气口5能够将极耳的各部分一次吸附在第一集流组件11上，从而提高极耳的焊接效果。
优选地，第二集流组件15包括压合盘3和支撑盘2，支撑盘2位于压合盘3和卷芯1之间，一部分极耳伸入至支撑盘2和压合盘3之间，支撑盘2与压合盘3连接从而夹住极耳，集流盘和压合盘3的连接方式为焊接，本发明的目的是解决单一极耳揉平动作带来的极耳揉平面翘曲、焊接部件力学不稳等问题。支撑盘2在本发明中起到了支撑极耳和压合盘3的作用，压合盘3则用于和支撑盘2共同固定住极耳。支撑机构14对支撑盘2形成支撑，使得支撑盘2能够更好地对压合盘3形成支撑，通过支撑盘2、压合盘3和支撑机构14，最终使得极耳焊接时的有效接触面积大且力学结构稳定，另外同时，相比于传统的“卷芯1中心孔的位置是空无一物”，本发明通过支撑机构提供了力学支撑，可以耐循环过充中膨胀，力学结构更稳定、循环寿命更长。
优选地，支撑盘2上设有空腔7，第三气液口6设于支撑盘2上靠近极耳的一侧壁，通气口5和第一气液口8设于支撑盘2上远离极耳的一侧壁，且通气口5靠近支撑盘2的边缘，第一气液口8、第三气液口6和通气口5均与空腔7连通，空腔7结构能够作为气体流通和缓冲的通道，实现了通气口5、第三气液口6、第一气液口8和第二气液口12之间的气体流通，在注入电解液时，空腔7又可以作为储存电解液的液仓。
优选地，支撑机构包括气液管4，气液管4的一端与支撑盘2连接，且气液管4与空腔7连通，第二气液口12设于气液管4的侧壁上，本发明的目的是解决单一极耳揉平动作带来的极耳揉平面翘曲、焊接部件力学不稳等问题。支撑盘2在本发明中起到了支撑极耳和压合盘3的作用，压合盘3则用于和支撑盘2共同固定住极耳。支撑机构14对支撑盘2形成支撑，使得支撑盘2能够更好地对压合盘3形成支撑，通过支撑盘2、压合盘3和支撑机构14，最终使得极耳焊接时的有效接触面积大且力学结构稳定，另外同时，相比于传统的“卷芯1中心孔的位置是空无一物”，本发明通过支撑机构提供了力学支撑，可以耐循环过充中膨胀，力学结构更稳定、循环寿命更长。
优选地，支撑机构还包括绝缘层10，绝缘层10与气液管4的另一端连接，气液管4通过绝缘层10与第一集流组件11相接触，绝缘层10具有耐高温和微弹性的特点。绝缘层10是防止一个电极的集流结构和另一个电极的部件形成短路。由于本发明的第一集流组件11和第二集流组件在使用时的电流很大，可能熔融胶体材质，所以绝缘层10的材质可以选用耐高温的高分子材料比如聚四氟乙烯(PTFE)、聚酰亚胺(PI)、聚苯醚(PPO/PPE)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)。并且因为绝缘层10微弹性，可以起到力学缓冲作用(类似于弹簧原理)，这种软连接可以避免支撑杆和正极集流结构接触时造成破坏。
优选地，导向机构为挡液漏斗13，挡液漏斗13设于空腔7内，挡液漏斗13的出液端与气液管4的一端连通，挡液漏斗13的入液端的位置与第一气液口8相对应，且挡液漏斗13的另一端的面积大于第一气液口8的面积。
优选地，支撑盘2包括主体部201和引导部202，引导部202的一端与主体部201连接，引导部202的另一端向卷芯1延伸；由引导部202的一端至引导部202的另一端，引导部202的外表面逐渐收缩，引导部202整体呈现为凸形，凸形的引导部202能够引导极耳向上延伸，并且通过引导部202也能够控制极耳的弯折角度，从而使极耳以较小的弯折角度弯折，降低极耳断裂的可能性，提升极耳与引导部202的贴合效果。
优选地，第三气液口的数量为多个，多个第三气液口均匀设于引导部202上；通气口5的数量为多个，多个通气口5在主体部201上环形排列。
优选地，支撑盘2的远离卷芯1的一侧壁上设有盛液槽9，第一气液口8设于盛液槽9上，盛液槽9和空腔7均能够储存一定量的电解液，在注入电解液的过程中，盛液槽9和空腔7储存的电解液能逐步释放到卷芯1中，从而降低注液工序的等待时间，提高了生产效率，当电池为高压实密度的极片对应的高能量密度电池时，往往其极片压实密度特别高、孔隙率特别低导致电解液非常缓慢渗入卷芯1里，被迫在注液机里停留时间长来等电解液渗入，所以盛液槽9、空腔7在用于高压实密度极片时优势格外明显，，电解液能够从第一气液口8流入至挡液漏斗13中，之后在流入至气液管4或者储存在空腔7中，挡液漏斗13能够防止电解液溅到通气口5处，若电解液从通气口5中流出则会造成能使用的电解液偏少，而且被吸收至卷芯的电解液的一致性差，使做出电池性能的一致性差，另外电解液直接接触极耳就会腐蚀极耳而恶化极耳焊接稳定性，因此通过挡液漏斗13使电解液不能从通气口5中流出。
本结构的具体使用方式如下：在揉平时，第三气液口6吸气，使得极耳贴紧支撑盘2的引导部202，使极耳和支撑盘2的引导部202之间的有效焊接点变多，将此处焊接完后位于最内圈的极耳把第三气液口6全部堵住，最外圈的极耳并没有和支撑盘2的主体部201焊接，故没有把通气口5堵住，即只剩下通气口5。
而当压合盘3靠近支撑盘2，直至压合盘3和支撑盘2完全夹住最外圈的极耳时，从第一气液口8吹气，气体从通气口5跑出来，吹动最外圈极耳使其贴紧圆压合盘3，在这种前提下进行焊接，能够使最外圈极耳和压合盘3之间接触面积变多、且有效焊接点变多；在焊接完该处之后，从第一气液口8吸气，本结构支撑盘2内部负压很强，夹在支撑盘2和压合盘3之间的极耳又能进一步靠近支撑盘2，在这种情况下进行焊接使极耳和支撑盘2得有效焊接点变多，通过先“吸气”再“吹气”最后再“吸气”的方式完成极耳的焊接；
在极耳焊接完成后，通过第一气液口8注入电解液，电解液进入至支撑盘2后从第二气液口12排出。
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：
当电解液注入时，挡液漏斗完全避免了电解液溅到通气口5里，从而避免了电解液流入揉平后的极耳，提高了电池性能的一致性；
通过气液管4上的第二气液口12加快了电解液的注入速度，降低了空气对电解液性能产生的影响；
盛液槽9和空腔7储存的电解液能逐步释放到卷芯1中，从而降低注液工序的等待时间，提高了生产效率；
通过设置第三气液口5和通气孔4，显著地提高极耳与支撑盘2和压合盘3的焊接效果；
通过支撑盘2和压合盘3能够有效地防止极耳揉平面产生翘曲，极大地降低了极耳揉平后发生翘曲的可能；
本结构在安装完成后通过气液管4使电池的整体力学结构更稳定，提高电池的循环寿命；
通过引导部202使极耳能够更加顺滑的与第二集流组件相接触，避免了极耳出现断裂脱落的现象，并且极耳与第二集流组件接触紧密，有效接触面积大，从而降低电池的阻抗。
以上所述仅为本发明的优选实施例，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)

1.一种锂离子电池集流结构，其特征在于，包括：
卷芯，所述卷芯的两端均具有极耳；
第一集流组件，所述第一集流组件设于所述卷芯的一端；
第二集流组件，所述第二集流组件设于所述卷芯的另一端；
其中，所述第二集流组件上延伸有支撑机构，所述支撑机构与所述第一集流组件相接触，所述第二集流组件上具有第一气液口和导向机构，所述支撑机构上设有第二气液口，所述第一气液口与所述第二气液口相连通，所述导向机构能够将从所述第一气液口进入的电解液导向至所述第二气液口。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述第二集流组件上具有通气口和第三气液口，所述第三气液口朝向所述卷芯，所述通气口背离所述卷芯。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述第二集流组件包括压合盘和支撑盘，所述支撑盘位于所述压合盘和所述卷芯之间，一部分所述极耳伸入至所述支撑盘和所述压合盘之间，所述支撑盘与所述压合盘连接从而夹住所述极耳。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述支撑盘上设有空腔，所述第三气液口设于所述支撑盘上靠近所述极耳的一侧壁，所述通气口和所述第一气液口设于所述支撑盘上远离所述极耳的一侧壁，且所述通气口靠近所述支撑盘的边缘，所述第一气液口、第三气液口和所述通气口均与所述空腔连通。
5.根据权利要求4所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述支撑机构包括气液管，所述气液管的一端与所述支撑盘连接，且所述气液管与所述空腔连通，所述第二气液口设于所述气液管的侧壁上。
6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述支撑机构还包括绝缘层，所述绝缘层与所述气液管的另一端连接，所述绝缘层与所述第一集流组件相抵接。
7.根据权利要求5所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述导向机构为挡液漏斗，所述挡液漏斗设于所述空腔内，所述挡液漏斗的出液端与所述气液管的一端连通，所述挡液漏斗的入液端的位置与所述第一气液口相对应，且所述挡液漏斗的入液端的面积大于所述第一气液口的面积。
8.根据权利要求3所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述支撑盘包括主体部和引导部，所述引导部的一端与所述主体部连接，所述引导部的另一端向所述卷芯延伸；
由所述引导部的一端至所述引导部的另一端，所述引导部的外表面逐渐收缩。
9.根据权利要求3所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，所述第三气液口的数量为多个，多个所述第三气液口均匀设于所述引导部上；
所述通气口的数量为多个，多个所述通气口在所述主体部上环形排列。
10.根据权利要求3所述的一种锂离子电池集流结构，其特征在于，在所述支撑盘的远离所述卷芯的一侧壁上设有盛液槽，所述第一气液口设于所述盛液槽上。
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