圆柱形电池及其电极集流组件的制作方法

本申请涉及电池领域，具体涉及一种圆柱形电池电极的集流组件以及配置这种组件的圆柱形电池。

背景技术：

近几年来，随着混合动力汽车、电动汽车、电动摩托车等市场的不断发展，蓄电池的作用越来越被重视，蓄电池组的规模即每组中集成电池的数量越来越大，对蓄电池的功率输出特性和可靠性要求也越来越高。

可是，目前被广泛使用的蓄电池，如镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池及铅酸电池，都存在着单体电池的容量越大，其功率性能显著下降的情况。造成这种结果的原因很多，但是，其中最主要的一个原因是电池本身的集流效果下降、内阻较大所导致的。特别是在大电流充放电时，因电池产生的热量不能及时导出，整组电池就会在高温下工作，因而导致电池性能的迅速劣化；更为严重的是，如果电池组内部热量导出不均匀，就会使个别电池处于比同组中其它电池更高的环境温度下工作，从而易造成这部分电池过充或过放，性能过早衰退，从而导致整组电池性能降低和寿命缩短。为了减少电池组内部热量局部积聚和温度不均匀，人们不得不加大电池之间的排列间距，采取通风甚至通水等强制冷却措施，这样不仅增大了电池组的体积，更提高了设计难度和制造成本。

传统的蓄电池正负极的集流结构如下图所示，其采用金属壳的圆柱型蓄电池电池壳3为中空带底部的圆柱型，电池壳3的底部同时也是负极端子；安全阀4是目前密封蓄电池上普遍采用的一种安全阀，也就是正极端子2；负极集流板8一方面通过焊接与筒状卷绕的极组(也称电极卷芯)的负极端连接在一起，同时通过焊接与电池壳3的壳底部连接在一起。正极集流盘7通过焊接与筒状卷绕的极组(也称电极卷芯)连接在一起，同时通过焊接与正极端子2连接在一起。安全阀4与电池壳3通过一个塑胶材质的绝缘环5来实现电气绝缘，同时起到密封作用。

传统蓄电池的制作步骤：(1)按传统的技术制作出预定尺寸的正极板9、负极板10，将隔膜11放在正极板9和负极板10之间，一起卷绕成圆筒状极组，即卷绕极芯。(2)用电阻焊机或是激光焊机将正极端子与正极引流条6焊接在一起；用电阻焊机或是激光焊机将负极端子(电池壳壳底)与负极集流板8焊接在一起；(3)将卷绕成筒状的极组装入电池壳3中，将电阻焊机的针状电极从筒状极组的中心插入，并与正极集流板7接触，将电阻焊机的另一个电极与电池壳底接触并焊接住。注入电解液，再用类似的方法将正极集流板上的引流元件与安全阀4焊住。(4)采用机械方法通过绝缘垫5将电池壳3与安全阀4密封并实现电气绝缘。

上述正极集流板7、正极引流条6、负极集流板8(尤其是引流条)均为单层金属片结构，当金属片比较薄时，易于焊接，但承载的电流较小。若简单增加金属片厚度，以提高集流板和引流板承载的电流能力，会大幅增加焊接难度。

技术实现要素：

本申请目的是：针对现有技术的不足，本项目提出一种新型结构的圆柱形电池电极的集流组件以及配置这种组件的圆柱形电池，该电极集流组件结构紧凑，制作简单，兼顾了载流能力及焊接性能，使得电池的内阻降低，功率性能大幅度提高，从而可以避免使用过程中电池温度过高，改善电池组温度场的均一性，提升电池组的性能和可靠性，延长使用寿命。

本申请的技术方案是：

一种圆柱形电池的电极集流组件，包括导电材质的集流板和导电材质的电极端子，其特征在于，所述集流板朝向所述电极端子的那一侧固定设置有一引流柱，所述电极端子上开设有与所述引流柱相适配的通孔，所述引流柱插入所述通孔中、并且通过对所述引流柱外周壁与所述通孔孔壁之间的环形缝隙区域作焊接处理而使得所述引流柱与所述电极端子密封焊接。

本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述焊接为激光焊接。

所述焊接为搅拌摩擦焊接。

所述集流板、所述引流柱和所述电极端子均为圆形结构，并且所述集流板、所述引流板和所述电极端子同轴布置。

所述引流柱与所述集流板焊接固定。

所述集流板包括位于其中心的第一焊接区以及位于所述第一焊接区外围的圆环形的第二焊接区，所述第一焊接区用于焊接所述引流柱，所述第二焊接区用于焊接卷绕极芯。

一种圆柱形电池，包括：

圆筒状的电池壳，

收容于所述电池壳内的卷绕极芯，

收容于所述电池壳内、且与所述卷绕极芯的正极焊接的正极集流板，

收容于所述电池壳内、且与所述卷绕极芯的负极焊接的负极集流板，

设于所述电池壳轴向第一端的负极端子，以及

设于所述电池壳轴向第二端的正极端子；

所述正极集流板朝向所述正极端子的那一侧固定设置一正极引流柱，所述正极端子上开设有与所述正极引流柱相适配的通孔，所述正极引流柱插入所述通孔中、并且通过对所述正极引流柱外周壁与所述通孔孔壁之间的环形缝隙区域作焊接处理而使得所述正极引流柱与所述正极端子密封焊接；

所述负极集流板朝向所述负极端子的那一侧固定设置一负极引流柱，所述负极端子上开设有与所述负极引流柱相适配的通孔，所述负极引流柱插入所述负极端子的所述通孔中、并且通过对所述负极引流柱外周壁与所述负极端子通孔孔壁之间的环形缝隙区域作焊接处理而使得所述负极引流柱与所述负极端子密封焊接；

所述正极端子与所述电池壳为分体结构。

所述负极端子与所述电池壳为分体结构。

所述负极端子与所述电池壳为一体结构。

本申请的优点是：

1、与现有电池相比，本申请的电极集流组件结构紧凑，制作方便，兼顾了载流能力和焊接性能，使得电池的内阻降低，功率性能大幅度提高，从而可以避免使用过程中电池温度过高，改善电池组温度场的均一性，提升电池组的性能和可靠性，延长使用寿命。同时，使大型电池组的冷却问题容易解决，降低了设计的复杂性和制造成本。

2、电极端子上开设插接孔，在引流柱和电极端子的环形接缝处进行焊接，方便实施容易操作，而且可保证连接处的密封性，防止电池漏液。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为传统圆柱形电池的结构示意图；

图2为本申请实施例中圆柱形电池的分解结构示意图；

图3为本申请实施例中圆柱形电池正极集流组件的分解结构示意图；

图4为本申请实施例中圆柱形电池正极集流组件的装配结构示意图之一；

图5为本申请实施例中圆柱形电池正极集流组件的装配结构示意图之二；

图6为本申请实施例中圆柱形电池负极集流组件的分解结构示意图；

图7为本申请实施例中圆柱形电池负极集流组件的装配结构示意图之一；

图8为本申请实施例中圆柱形电池负极集流组件的装配结构示意图之二；

其中：在图1中，1-电池，2-正极端子，3-电池壳，4-安全阀，5-绝缘密封环，6-正极引流条，7-正极集流板，8-负极集流板，9-正极板，10-负极板，11-隔膜。

在图2至图8中，1-电池壳，2-卷绕极芯，3-正极集流板，301-正极集流板第一焊接区，302-正极集流板第二焊接区，4-负极集流板，401-负极集流板第一焊接区，402-负极集流板第二焊接区，5-负极端子，501-负极端子上的通孔，502-负极引流柱与负极端子的密封焊接面，6-正极端子，601-正极端子上的通孔，602-正极引流柱与正极端子的密封焊接面，7-正极引流柱，8-负极引流柱。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

图2至图8示出了本申请这种圆柱形电池的一个具体实施例，与传统圆柱形电池相同的是，其也包括：圆筒状的电池壳1，收容于电池壳内的卷绕极芯2，收容于电池壳内、且与卷绕极芯的正极焊接的正极集流板3，收容于电池壳内、且与卷绕极芯的负极焊接的负极集流板4，设于电池壳轴向底端的负极端子5，设于所述电池壳轴向顶端的正极端子6。与图1所示的传统电池相同，卷绕极芯2由正极板、负极板和隔膜卷绕而成。电池的电解质一般为液态，分布在正极板、负极板和隔膜中并被电池壳收容，同时与正极板、负极板和隔膜一起密封在电池壳中。电解质也可以是凝胶状的，与隔膜结合在一起。

参照图4和图5所示，本实施例的关键改进在于：上述正极集流板3朝向正极端子6的那一侧焊接一圆柱形的正极引流柱7，正极引流柱7轴线与正极端子6的厚度同向布置，正极端子6上开设有与正极引流柱7相适配的圆形的通孔，正极引流柱7插入该通孔中、并且通过对正极引流柱7外周壁与通孔孔壁之间的环形缝隙区域作焊接处理而使得正极引流柱7与正极端子6密封焊接。而负极集流组件采用了与上述正极集流组件相同的结构形式，具体的：负极集流板4朝向负极端子5的那一侧固定设置一圆柱形的负极引流柱8，负极端子5上开设有与负极引流柱8相适配的圆形的通孔，负极引流柱8插入负极端子5的通孔中、并且通过对负极引流柱8外周壁与通孔孔壁之间的环形缝隙区域作焊接处理而使负极引流柱8与负极端子6密封焊接。

制作时，先将正极引流柱7插入正极端子5的通孔中，然后在正极端子5的外侧(背离正极引流柱的那一侧)沿着正极引流柱7外周壁与通孔孔壁之间环形缝隙进行激光焊接处理(或进行搅拌摩擦焊接)，焊接完成后前述环形缝隙被密封封堵住(电解液不会从缝隙中溢出)，正极引流柱7与正极端子6固定连接在一起。负极端的做法相同，在此不再赘述。

在引流柱和电极端子的环形接缝处进行焊接，方便实施容易操作，而且可保证连接处的密封性，防止电池漏液。

上述正极集流板3、正极引流柱7和正极端子6共同形成了新型结构的正极集流组件。而负极集流板4、负极引流柱8和负极端子5共同形成了新型结构的负极集流组件。在该正极集流组件和负极集流组件中，正极集流板3和负极集流板4采用易于焊接的厚度较薄的金属片制成，其厚度一般小于2mm，更优选为小余1mm。而正极引流柱7和负极引流柱8轴向尺寸较大，以起到收集及传输大电流的作用。

上述正极集流板3、正极引流柱7和正极端子6外轮廓均为圆形，并且正极集流板3、正极引流柱7和正极端子6同轴布置。

上述负极集流板4、负极引流柱8和负极端子5外轮廓均为圆形，并且负极集流板4、负极引流柱8和负极端子5同轴布置。

正极集流板3包括位于其中心的正极集流板第一焊接区301以及位于正极集流板第一焊接区外围的圆环形的正极集流板第二焊接区302，其中正极集流板第一焊接区301用于焊接正极引流柱7，正极集流板第二焊接区302用于焊接卷绕极芯2。

负极集流板4包括位于其中心的负极集流板第一焊接区401以及位于负极集流板第一焊接区外围的圆环形的负极集流板第二焊接区402，其中负极集流板第一焊接区401用于焊接负极引流柱8，负极集流板第二焊接区402用于焊接卷绕极芯2。

为了加强正极集流板3和正极端子6的连接强度和连接稳定性，以及负极集流板4和负极端子5的连接强度和连接稳定性，最好使正极集流板3与正极端子6上的通孔过盈配合(然后焊接)，使负极集流板4和负极端子5上的通孔也过盈配合(然后焊接)。

本实施例中，正极端子6与电池壳1为分体结构，而且二者焊接固定。负极端子5和电池壳1也为分体结构，二者焊接连接。如此设计的好处在于，可以先在电池壳1外完成负极端子5、负极引流柱8和负极集流板4的连接(焊接)，再将连接在一起的负极端子5、负极引流柱8和负极集流板4装至电池壳1，把负极端子5和电池壳1焊接在一起，其组装过程更加简单。

如此设计的好处在于，可以先在电池壳1外分别完成正极集流组件的组装焊接以及负极集流组件的组装焊接，然后分别把正极端子6和电池壳1焊接在一起，负极端子5和电池壳1焊接在一起，其组装过程更加简单。

当然，我们也可以将负极端子与电池壳做成一体式结构——电池壳为有底圆筒形结构。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。