一种异形极片的钢壳扣式电池结构的制作方法

1.本实用新型属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种异形极片的钢壳扣式电池结构。


背景技术：

2.如今，各国都在大力发展绿色、高效二次电池。锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。纽扣电池也称扣式电池，是指外形尺寸象一颗小纽扣的电池，一般来说直径较大，厚度较薄，纽扣电池是从外形上来对电池来分，同等对应的电池分类有柱状电池、方形电池、异形电池。扣式电池一般包括盖板和钢壳。
3.钢壳扣式电芯极片分切时采用常规长条状分切方式，完成卷绕入壳后，受正极盖板铆接柱的影响，壳体内部与铆接柱底端平行至盖板区域空间，未得到利用，导致电芯能量密度偏低；同时，封装后铆接柱容易压迫裸电芯，造成电芯短路，严重时有起火爆炸风险。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种异形极片的钢壳扣式电池结构，采用异形极片的模切和卷绕方式，有助于提高了电池内部空间利用率，从而提高电池的质量。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种异形极片的钢壳扣式电池结构，包括两个极性相异的极片，在长度方向的一端均设置有缺口，在长度方向的另一端均设置有空箔区；隔离膜，设置在两个所述极片之间；两个所述极片、所述隔离膜通过卷绕形成卷芯，所述卷芯的中部形成有凹槽，两个所述极片的空箔区位于所述卷芯的外侧。
7.优选的，两个所述极片的空箔区位于所述卷芯的不同侧，两个所述极片的空箔区分别焊接有第一极耳和第二极耳，所述第一极耳和所述第二极耳之间的夹角为70-110
°
。
8.优选的，所述第一极耳和所述第二极耳之间的夹角为90
°
。
9.优选的，在宽度方向上，所述缺口的宽度为0-2mm。
10.优选的，在长度方向上，所述极片靠近所述缺口的一端为预设坡度的切边。
11.优选的，所述缺口的形状为倒置的直角梯形。
12.优选的，还包括盖板、极柱及绝缘组件，所述盖板设置有通孔，所述极柱通过铆接穿设于所述通孔，所述绝缘组件包括密封圈和密封垫，所述密封圈通过复合工艺固定在所述通孔的内壁，所述密封垫通过复合工艺固定在所述密封圈的顶部外侧，所述密封垫在厚度方向的两端分别抵接于所述盖板的端面和所述极柱，所述密封圈和所述密封垫为一体式结构或分体式结构。
13.优选的，还包括壳体，所述壳体和所述盖板至少一者设置有台阶，所述盖板的边缘
嵌于所述壳体。
14.优选的，所述第一极耳通过焊接固定在所述极柱，所述第二极耳通过焊接固定在所述壳体，所述凹槽的位置和所述极柱的位置对应，所述盖板对应所述凹槽的位置设置有凹部，所述通孔位于所述凹部。
15.优选的，所述盖板的内侧或外部设有防爆刻痕，所述防爆刻痕的形状为弧形或圆形，所述盖板设置有注液孔，所述注液孔安装有密封箔片，所述密封箔片的对应所述注液孔的位置设置有凹陷部，所述凹陷部至少部分嵌于所述注液孔，所述密封箔片的底部设置有刻印，所述刻印的形状为十字形、米字形或弯月形。
16.本实用新型的有益效果在于，本实用新型包括两个极性相异的极片，在长度方向的一端均设置有缺口，在长度方向的另一端均设置有空箔区；隔离膜，设置在两个所述极片之间；两个所述极片、所述隔离膜通过卷绕形成卷芯，所述卷芯的中部形成有凹槽，两个所述极片的空箔区位于所述卷芯的外侧。由于钢壳扣式电芯极片分切时采用常规长条状分切方式，完成卷绕入壳后，受正极盖板铆接柱的影响，壳体内部与铆接柱底端平行至盖板区域空间未得到利用，导致电芯能量密度偏低；同时，封装后铆接柱容易压迫裸电芯，造成电芯短路，严重时有起火爆炸风险，因此，在长度方向x上，极片的一端设置有缺口，即通过模切设备模切成一端窄一端宽的异形极片，该异形极片在和隔离膜卷绕后形成卷芯，使得卷芯的中部形成有凹槽，优化了原有常规电芯的内部空间，使得电芯整体能量密度得到提升，同时卷芯中部凹陷的空间，给铆接极柱结构预留了相应的空间，避免了卷芯受压产生形变，引起电芯k值不良或内短路的风险，有助于提高电芯安全性能，其中，极片另一端均设置有空箔区，在卷绕后，空箔区位于卷芯的外侧，两个极片对应的第一极耳和第二极耳可直接焊接在两个极片的空箔区，第一极耳通过焊接固定在极柱，第二极耳通过焊接固定在壳体，并通过封口形成完整的电池，此外，可根据电池铆接极柱的结构和实际情况，调整极片较窄侧和较宽侧的高度差，满足匹配不同的尺寸的电池极柱，有助于提高电池结构的兼容性。本实用新型采用异形极片的模切和卷绕方式，有助于提高了电池内部空间利用率，从而提高电池的质量。
附图说明
17.下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施方式的特征、优点和技术效果。
18.图1为本实用新型中实施方式一的结构示意图。
19.图2为本实用新型中实施方式一的极片的结构示意图。
20.图3为本实用新型中实施方式一的卷芯的结构示意图。
21.图4为本实用新型中实施方式一的盖板的顶部结构示意图。
22.图5为本实用新型中实施方式一的壳体和盖板的连接结构示意图。
23.图6为本实用新型中实施方式二的结构示意图。
24.图7为本实用新型中实施方式二的盖板的顶部结构示意图。
25.图8为本实用新型中实施方式三的盖板的顶部结构示意图。
26.其中，附图标记说明如下：
27.11-缺口；12-空箔区；121-第一极耳；122-第二极耳；111-切边；101-第一极片；102-第二极片；
28.2-隔离膜；
29.3-卷芯；31-凹槽；
30.4-盖板；41-通孔；42-凹部；43-注液孔；
31.5-极柱；
32.6-绝缘组件；61-密封圈；62-密封垫；
33.7-壳体；704-台阶；71-防爆刻痕；
34.8-密封箔片；81-凹陷部；82-刻印；
35.x-长度方向；y-宽度方向。
具体实施方式
36.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
37.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
38.在实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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在本实用新型中的具体含义。
39.以下结合附图1～8对本实用新型作进一步详细说明，但不作为对本实用新型的限定。
40.实施方式一
41.下面结合附图1～5描述实施方式一
42.异形极片的钢壳扣式电池结构，包括两个极性相异的极片，在长度方向x的一端均设置有缺口11，在长度方向x的另一端均设置有空箔区12；隔离膜2，设置在两个极片之间；两个极片、隔离膜2通过卷绕形成卷芯3，卷芯3的中部形成有凹槽31，两个极片的空箔区12位于卷芯3的外侧。
43.由于钢壳扣式电芯极片分切时采用常规长条状分切方式，完成卷绕入壳后，受正极盖板铆接柱的影响，壳体内部与铆接柱底端平行至盖板区域空间未得到利用，导致电芯能量密度偏低；同时，封装后铆接柱容易压迫裸电芯，造成电芯短路，严重时有起火爆炸风险，因此，在长度方向x上，极片的一端设置有缺口11，即通过模切设备模切成一端窄一端宽的异形极片，该异形极片在和隔离膜2卷绕后形成卷芯3，使得卷芯3的中部形成有凹槽31，优化了原有常规电芯的内部空间，使得电芯整体能量密度得到提升，同时卷芯3中部凹陷的空间，给铆接极柱结构预留了相应的空间，避免了卷芯3受压产生形变，引起电芯k值不良或内短路的风险，有助于提高电芯安全性能，其中，极片另一端均设置有空箔区12，在卷绕后，
空箔区12位于卷芯3的外侧，两个极片对应的第一极耳121和第二极耳122可直接焊接在两个极片的空箔区12，第一极耳121通过焊接固定在极柱5，第二极耳122通过焊接固定在壳体7，并通过封口形成完整的电池，此外，可根据电池铆接极柱的结构和实际情况，调整极片较窄侧和较宽侧的高度差，满足匹配不同的尺寸的电池极柱5，有助于提高电池结构的兼容性。
44.于本实施方式中，两个极片为第一极片101和第二极片102，第一极片101为正极片，第二极片102为负极片，但本实用新型不以此为限，第一极片101也可以为负极片，第二极片102也可以为正极片，第一极片101和第二极片102还设置有涂覆区，即空箔区12外的其它区域。
45.正、负极极耳从卷芯3的同一端或异端引出；正、负极极耳分别为铝带和铜镀镍带(铜带，镍带)，采用超声波焊接方式，把极耳81焊接在对应极片的空箔上；卷芯3的正极极耳通过超声波焊，电阻焊或者激光焊焊接在盖板4上，材质为铝、镍、不锈钢中的一种，负极通过电阻焊或者激光焊直接焊接在壳体7的内部，对铝带非焊接点进行绝缘处理，处理方式包括但是不限于热压合pp胶，对贴绝缘胶纸，涂覆绝缘胶水等。
46.此外，电池的形状包括但是不限于方形，圆形，椭圆形，异形等其它结构。隔离膜2也可以采用上述极片的结构，有助于降低电池的生产成本。具体的，隔离膜2的窄侧通过圆柱卷针预卷绕；再将负极极片较窄侧入卷针预卷，极耳朝下；最后将正极极片较窄侧入卷针，正、负极通过隔离膜2绝缘分离，极耳朝上，螺旋卷绕的方式卷成圆柱状裸电芯，会因为模切后高度差，形成凹槽31。
47.在根据本实用新型的异形极片的钢壳扣式电池结构中，两个极片的空箔区12位于卷芯3的不同侧，两个极片的空箔区12分别焊接有第一极耳121和第二极耳122，第一极耳121和第二极耳122之间的夹角为70-110
°
。具体的，第一极片101的空箔区12焊接有第一极耳121，第二极片102的空箔区12焊接有第二极耳122，第一极耳121朝上，第二极耳122朝下，便于将第一极耳121通过焊接在极柱5，第二极耳122通过焊接在壳体7的底部，第一极耳121和第二极耳122位于卷芯3的不同侧，降低第一极耳121和第二极耳122发生接触或短路的概率，有助于提高电池的安全性，根据实际电池的尺寸和结构，可以将第一极耳121和第二极耳122之间的夹角限定为70-110
°
，满足两者绝缘即可。在一些实施方式中，夹角还可以为90
°
，即在三维空间投影到二维空间的角度为90
°
，此时，卷芯3中部高度就会低于卷芯3外边缘高度。
48.在根据本实用新型的异形极片的钢壳扣式电池结构中，在宽度方向y上，缺口11的宽度为0-2mm。限定缺口11的宽度，即限定极片较窄侧和较宽侧的高度差，防止高度差过大，导致极片的机械强度下降，在卷绕时容易发生断裂，同时，防止缺口11的宽度过小，导致卷芯3形成的凹槽31的尺寸过小，无法满足给极柱5预留足够的空间，甚至极柱5压迫裸电芯，造成电芯短路，严重时有起火爆炸风险。
49.在根据本实用新型的异形极片的钢壳扣式电池结构中，在长度方向x上，极片靠近缺口11的一端为预设坡度的切边111。具体的，预设坡度可以设计为10
°‑
80
°
，通过设置预设坡度的切边111，即极片较窄处形成坡度较缓的切边111，防止两个极片在卷绕过程发生中断。
50.在根据本实用新型的异形极片的钢壳扣式电池结构中，还包括盖板4、极柱5及绝
缘组件6，盖板4设置有通孔41，极柱5通过铆接穿设于通孔41，绝缘组件6包括密封圈61和密封垫62，密封圈61通过复合工艺固定在通孔41的内壁，密封垫62通过复合工艺固定在密封圈61的顶部外侧，密封垫62在厚度方向的两端分别抵接于盖板4的端面和极柱5，密封圈61和密封垫62为一体式结构或分体式结构。具体的，将密封圈61和密封垫62依次通过复合工艺复合到通孔41及盖板4的端面，并预留供极柱5铆接的安装孔，同时，采用复合的工艺，能够提高绝缘组件和盖板4之间的粘接效果，有助于提高盖板4整体的密封性能，然后将铆钉结构的极柱5通过旋铆工艺铆接在盖板4上，采用旋铆的工艺，可以使绝缘组件6均匀受压变形，避免绝缘组件6形变不均匀或过度挤压破损的情况，通过复合工艺和铆接工艺，不仅使得电池具有良好的密封性，还确保正、负之间形成较好的绝缘，其中，密封圈61固定在通孔41的内壁，能够提高极柱5的侧壁和通孔41的内壁之间的密封和绝缘性能，密封垫62固定在密封圈61的顶部外侧，起到绝缘和密封盖板4的端面和极柱5的作用，绝缘组件6的材料可以是pp，pfa，氟橡胶等
51.在根据本实用新型的异形极片的钢壳扣式电池结构中，第一极耳121通过焊接固定在极柱5，第二极耳122通过焊接固定在壳体7。具体的，第一极耳121起到连接第一极耳121和极柱5的作用，第二极耳122起到连接第二极片102和壳体7的作用，通过该分别在第一极片101和第二极片102的较宽侧边缘焊接铝带和铜镀镍带，采用超声波焊焊接在对应极片的空箔区上12，对铝带非焊接点进行绝缘处理，处理方式包括但是不限于热压合pp胶，对贴绝缘胶纸，涂覆绝缘胶水等。
52.在根据本实用新型的异形极片的钢壳扣式电池结构中，盖板4设置有注液孔43，注液孔43安装有密封箔片8，密封箔片8的对应注液孔43的位置设置有凹陷部81，凹陷部81至少部分嵌于注液孔43，密封箔片8的底部设置有刻印82，刻印82的形状为十字形。增加凹陷部81，能够将密封箔片8卡在注液孔43处，降低密封箔片8发生位移或晃动的概率，有助于提高扣式电池整体的密封性能，其中，刻印82也为凹陷结构，通过在密封箔片8上冲压形成，在特定的内部压力下，刻印82的部位可以被冲破，有助于提高电池的安全性。密封箔片8的材质为金属，密封箔片8的边缘通过激光焊接固定在注液孔43的周围。
53.本实用新型的工作原理是：
54.在长度方向x上，极片的一端设置有缺口11，即通过模切设备模切成一端窄一端宽的异形极片，该异形极片在和隔离膜2卷绕后形成卷芯3，使得卷芯3的中部形成有凹槽31，优化了原有常规电芯的内部空间，使得电芯整体能量密度得到提升，同时卷芯3中部凹陷的空间，给铆接极柱结构预留了相应的空间，避免了卷芯3受压产生形变，引起电芯k值不良或内短路的风险，有助于提高电芯安全性能，其中，极片另一端均设置有空箔区12，在卷绕后，空箔区12位于卷芯3的外侧，两个极片对应的第一极耳121和第二极耳122可直接焊接在两个极片的空箔区12，第一极耳121通过焊接固定在极柱5，第二极耳122通过焊接固定在壳体7，并通过封口形成完整的电池，此外，可根据电池铆接极柱的结构和实际情况，调整极片较窄侧和较宽侧的高度差，满足匹配不同的尺寸的电池极柱，有助于提高电池结构的兼容性。
55.实施方式二
56.与实施方式一不同的是：本实施方式的还包括壳体7，壳体7和盖板4至少一者设置有台阶704，盖板4的边缘嵌于壳体7。第一极耳121和第二极耳122之间的夹角为90
°
。具体的，在壳体7上设置开口，然后将盖板4固定在开口上，且壳体7和盖板4至少一者的边缘具有
台阶704，使得盖板4嵌入到壳体7的开口，这种结构便于定位和进行激光焊接，盖板4和壳体7的焊接面为水平方向，可以排除重力的影响，使焊缝均匀，焊接质量好，提升焊接效果；电芯装配完成后，盖板4和壳体7即可进行一次焊接，因焊缝边缘无电解液附着，可以使焊缝均匀，焊接质量好，提升焊接效果，且对焊接的环境要求低，无需在低湿度的条件下进行整体焊接成型，避免盖板4和壳体7的焊接对电解液造成影响。其中，壳体7侧壁或盖板4朝电芯里面的一面采用喷塑的方式喷涂一层薄薄的绝缘层或者采用胶纸覆盖，防止正极极耳接触到盖板4上的金属而导致短路。于本实施方式中，第一极耳121和第二极耳122之间的夹角还可以为90
°
，即在三维空间投影到二维空间的角度为90
°
，此时，卷芯3中部高度就会低于卷芯3外边缘高度。
57.凹槽31的位置和极柱5的位置对应，盖板4对应凹槽31的位置设置有凹部42，通孔41位于凹部42。其中，增加凹部42，能够配合卷芯3的中部的凹槽31，在电芯入壳后，凹槽31对应盖板4上的极柱5，有助于降低电池的整体的高度，在一些实施方式中，也可以不设置凹部42，满足极柱5没有压迫卷芯3即可。
58.刻印82的形状为米字形。
59.其他结构与实施方式一相同，这里不再赘述。
60.实施方式三
61.与实施方式一不同的是：本实施方式的盖板4的内侧或外部设有防爆刻痕71，防爆刻痕71的形状为弧形或圆形，缺口11的形状为倒置的直角梯形。防爆刻痕71采用激光进行刻蚀，在预设的内部压力下，刻痕部位可以被冲破，从而保证电池的安全性，此外可以增加电池极端滥用使用条件下的安全性，提前释放气体，防止电池的进一步的热失控产生爆炸，起火等危险。缺口11的形状可设计为倒置的直角梯形，但本实用新型不以此为限，缺口11的形状设计成其他规则或不规则形状。刻印82的形状为弯月形。
62.其他结构与实施方式一相同，这里不再赘述。
63.根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。