一种圆柱电池及其制造方法与流程

本发明涉及锂离子电池制造领域，具体是一种圆柱电池及其制造方法。

背景技术：

锂电池具有体积小、容量大、使用寿命长、自放电率低、无记忆效应、绿色环保等优点，目前被广泛应用于商用车、专用车、电动自行车、储能系统、医疗器械等。目前在电池外形尺寸一定的条件下，随着电池容量的提升，导致电池内部的空间减少，导致电池注液困难，且存在一定的安全风险。

目前圆柱电池一般采用两端分别出正负极耳的方式，同时正负极耳为连续不间断的长条片状，正负电极卷绕成型后并对极耳进行揉平后，极耳之间的连接非常致密，电解液难以浸润正负极片，同时采用两端出极耳的方式，使得卷芯高度过高，电池密度相对较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种圆柱电池及其制造方法，通过对锂离子圆柱电池整体结构的改进，使得锂离子电池的制造工艺进一步改善，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种圆柱电池，包括由正极片、负极片卷绕形成的卷芯，内置卷芯的壳体，所述正极片的若干个正极耳与负极片的若干个负极耳均位于同一端面，若干个所述正极耳和负极耳分别在正负极片上均呈不连续且间断的设置，所述卷芯的正负极耳之间形成非极耳区域，所述卷芯的正负极耳表面分别固定连接有正负集流盘，所述集流盘远离卷芯的一端设有盖板，所述盖板表面开设有与壳体内腔相连通的注液口，所述盖板上表面两侧分别固定连接有正极柱和负极柱。

作为本发明进一步的方案：所述注液口内固定连接有密封钉，所述注液口外端面覆盖有密封铝片。

作为本发明进一步的方案：所述正负集流盘远离卷芯的一端均设有凹槽，所述正负极片卷绕形成带有正负半圆环形极耳的卷芯，所述极耳呈凸台形式，所述正集流盘与正极耳相贴合固定，所述负集流盘与负极耳相贴合固定，所述正负集流盘端面的凹槽分别与正负极耳相对齐。

作为本发明进一步的方案：所述正负极柱与盖板之间均设有绝缘垫，所述盖板与正负集流盘之间均设有绝缘片，所述正极柱、绝缘垫、盖板、绝缘片和正集流盘均通过正极铆钉依次固定相连，所述负极柱、绝缘垫、盖板、绝缘片和负集流盘均通过负极铆钉依次固定连接。

根据上述所述的一种圆柱电池的制造方法，包括：

步骤一、分别对正负极片进行激光切片，在正负极片上形成若干个不连续且间断的极耳，对切割后的正负极耳和隔膜一同卷绕，形成正负极耳位于同一端且均呈半圆形的卷芯；

步骤二、对卷芯的正极耳和负极耳依次进行超声波焊接和机械揉平后，正负集流盘分别与正负极耳进行焊接固定，卷芯入壳；

步骤三、通过极柱将盖板与集流盘固定连接，再将正负集流盘翻折，带动盖板翻转180度并与壳体相互匹配固定，再通过盖板上的注液孔向壳体内注入电解液；

步骤四、注液完成后，将盖板上的注液孔通过密封钉进行一次密封，再对盖板使用密封铝片进行二次封口。

作为本发明进一步的方案：所述步骤一中激光切片后的正负极片上的正负极耳均形成不等距、不等宽的形状，步骤一中形成的卷芯包括正负极耳区域和非极耳区域，所述非极耳区域均与盖板注液孔和壳体内腔相连通。

作为本发明进一步的方案：所述步骤二的焊接过程中，正极集流盘与正极极耳贴合焊接，负极集流盘与负极极耳贴合焊接，所述正负集流盘表面的圆弧形凹槽为激光焊接区域。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构新颖，本发明通过将极耳设置在卷芯的一端面上，在一定程度上能够降低卷芯的高度，同时可以仅对壳体一端进行开口和封口，降低了圆柱电池的整体重量，由于本发明改变了圆柱电池的整体设计结构，因而对该圆柱电池的制造工艺产生了一定改变，相较于现有技术中使用全极耳的极片，本发明增设了对极片的激光切割，通过激光切割和后续对极耳的焊接揉平工艺的配合，能够使正负极片卷绕形成的卷芯一端形成正极耳区域、负极耳区域和非极耳区域，将极耳之间的非焊接区域进行省略，降低了卷绕后正负极耳之间接触的致密性，使后续注入电解液时，能够加快电解液浸润正负极片的速率，有效提高圆柱电池的生产效率。

附图说明

图1为一种圆柱电池的整体结构示意图；

图2为一种圆柱电池卷芯的结构示意图；

图3为一种圆柱电池的盖板结构示意图；

图4为一种圆柱电池正负极片的结构示意图；

图5为一种圆柱电池未合盖状态的结构示意图；

图6为一种圆柱电池合盖状态的结构示意图。

图中：1-盖板、2-集流盘、3-卷芯、4-壳体、5-极柱、6-铆钉、7-绝缘垫、8-绝缘片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种圆柱电池，包括由正极片、负极片卷绕形成的卷芯3，内置卷芯的壳体4，所述正极片的若干个正极耳与负极片的若干个负极耳均位于同一端面，若干个所述正极耳和负极耳分别在正负极片上均呈不连续且间断的设置，相较于现有技术中呈连续不间断的长片状的正负极耳，本发明在一定程度上减轻了圆柱电池的整体重量。

本发明中带有若干个正极耳的正极片以及带有若干个负极耳的负极片在卷绕形成卷芯后，会在卷芯的一端面形成正极耳区域、负极耳区域以及非极耳区域，在极耳卷绕后对极耳进行超声波焊接和揉平，本发明将正负极耳的非焊接区域直接省略，一方面减轻了圆柱电池的整体重量，另一方面降低了极耳之间的连接致密性，便于电解液能够充分的浸润正负极片；同时本发明中将正负极片的正负极耳设置在同一侧，在卷绕呈卷芯后，形成的正极耳区和负极耳区位于卷芯的同一端，相较于现有技术中两端出极耳的方式，本发明降低了整体的卷芯高度，在一定程度上能够提高生产后的电池密度。

如图2和4所示，所述正负极片卷绕形成的所述卷芯的正负极耳之间具有间距，该间距为向卷芯注液的非极耳区域，若干个不连续且间断的正负极耳，在卷绕后通过激光切工艺将其形成如图2所示的正负极耳具有一定间距的卷芯，既不影响卷芯的焊接和揉平而且省略的非极耳区域便于后续向卷芯内加入电解液，也便于电解液对正负极片的浸润。

所述卷芯的正负极耳表面分别固定连接有正负集流盘，所述正负集流盘远离圆形的一端均设有凹槽，所述凹槽呈圆弧形，通过冲压制成，因此正负集流盘的凹槽背面形成一个圆弧形凸起。所述正负极片卷绕形成带有正负半圆环形极片的卷芯，所述极耳呈凸台形式，所述正集流盘与正极耳相贴合固定，所述正集流盘端面的凹槽与正极耳对齐，其凹槽对应背面的圆弧形凸起与正极耳相接触，所述负集流盘端面的凹槽与负极耳对齐，其凹槽对应背面的圆弧形凸起与负极耳相接触，所述正负集流盘与正负极耳通过激光焊接固定。凹槽的圆弧形为激光焊接的轨迹，集流盘端面设置凹槽，一方面能够将集流盘通过凹槽形成的凸起与极耳相接触，在一定程度上降低了集流盘与极耳之间的虚焊面积，进一步提高了集流盘与极耳之间的焊接强度，另一方面对激光焊接的区域轨迹进行限定，便于工艺加工操作。

所述集流盘远离卷芯的一端设有盖板，所述盖板表面开设有与壳体内腔相连通的注液口，所述盖板上表面两侧分别固定连接有正极柱和负极柱，所述正负极柱与盖板之间均设有绝缘垫，所述盖板与正负集流盘之间均设有绝缘片，所述正极柱、绝缘垫、盖板、绝缘片和正集流盘均通过正极铆钉依次固定相连，所述负极柱、绝缘垫、盖板、绝缘片和负集流盘均通过负极铆钉依次固定连接，在上述各个结构之间的相互配合作用下，能够实现正负极柱分别于正负极片之间绝缘。

在圆柱电池制造的过程中，通过盖板表面的注液口向壳体卷芯中注入电解液，电解液下流通过非极耳区域浸润壳体卷芯中。所述注液口内固定连接有密封钉，所述注液口外端面覆盖有密封铝片，通过将密封件焊接在注液口内进行一次密封，将密封胶钉固定完成后，再在注液口的位置焊接一个密封铝片，对注液口进行二次密封。

所述锂离子圆柱电池的制造方法，包括：

步骤一、分别对正负极片进行激光切片，在正负极片上形成若干个不连续且间断的极耳，对切割后的正负极耳和隔膜一同卷绕，形成正负极耳位于同一端且均呈半圆形的卷芯；

步骤二、对卷芯的正极耳和负极耳依次进行超声波焊接和机械揉平后，正负集流盘分别与正负极耳进行焊接固定，卷芯入壳；

步骤三、通过极柱将盖板与集流盘固定连接，再将正负集流盘翻折，带动盖板翻转180度并与壳体相互匹配固定，再通过盖板上的注液孔向壳体内注入电解液；

步骤四、注液完成后，将盖板上的注液孔通过密封钉进行一次密封，再对盖板使用密封铝片进行二次封口。

如图4所示，步骤一中正负极片通过调整激光制片机的参数，在极片的极耳端通过激光切割出所需极耳，经过激光切片后的正负极耳均形成不等距、不等宽的形状，当该正负极耳与隔膜卷制形成卷芯后，如图2所示，会使卷芯的一端面上形成极耳区和一定宽度的非极耳区，相较于现有技术中的极耳全揉平工艺，本发明中展开存在间距且不连续的极片，并使卷绕的极耳部分揉平，使现有技术中的全极耳形成本发明中存在的极耳区和非极耳区，卷绕后的极片之间存在一定间隙，使电解液能够从非极耳区快速流入并浸润卷绕后的正负极片。

如图2和图3所示，步骤二中极片卷绕后形成卷芯，所述正负极片在卷芯上端分别形成正负极的半圆形凸台，正负极的半圆形凸台分别与正负集流盘固定连接，所述正负集流盘表面设有圆弧形凹槽，该凹槽通过冲压制成，使正负集流盘在凹槽的背面形成有圆弧形凸起，圆弧形凸起与正负极的半圆形凸台相接触并固定，虽然圆弧形凸起与正负极的半圆形凸台的接触减小了极耳与集流盘之间的接触面积，但是也进一步减小了极耳与集流盘之间的虚焊面积，在一定程度上提高了极耳与集流盘之间的焊接紧固程度。

如图1和图6所示，步骤三中通过极柱将盖板与集流盘固定连接，再将正负集流盘翻折，带动盖板翻转180度并与壳体相互匹配，再通过周边焊将与壳体匹配的盖板进行焊接固定，此时再通过注液孔向壳体内注入一定量的电解液，使电解液将卷芯充分浸润。

如图1和图5所示，为锂离子电池未封盖状态，如图6所示，步骤四中首先向盖板上的注液孔通过密封钉进行一次密封，再通过周边焊将密封铝片对盖板进行二次封口，相较于现有技术中一般采用先封钢珠后点胶的封口方式，本发明通过先对圆柱电池的结构改进，从而进一步改变了其封口方式，本发明采用两次封口的方式，不仅对设备精度要求低且工艺简单，而且二次封口的可靠性较高。

非极耳区的存在便于后续通过注液孔向壳体内注入电解液。在注液的过程中，电解液能够沿极耳区域快速流入电池下部，能够在相同的时间内，使电解液更快的浸润正负极片。

正负极耳和隔膜相互卷绕后形成的卷芯，再进行极耳揉平工序，首先将正负极耳通过超声波焊接，再进行机械揉平，通过超声波对卷芯端面的焊接，使正负极耳箔材的层与层之间粘接固定，在后续对卷芯端面进行揉平时可以避免外层的箔材翻折。

如图2所示，切割后的正负机构卷绕后，形成了具有半圆形凸台端面的正极耳和具有半圆形凸台端面的负极耳，且正极耳与负极耳之间的间隙形成非极耳区域，便于通过非极耳区域向卷芯中注入电解液。

所述步骤二中的正负集流盘表面均具有圆弧形凹槽，圆弧形凹槽为集流盘与正负极耳的焊接区域，在焊接时，正极集流盘与正极极耳贴合焊接，负极集流盘与负极极耳贴合焊接，正负极集流盘上的圆弧形凹槽与卷芯上的正负半圆环形凸台端面贴合并进行激光焊接。由于正负极耳之间存在非极耳区，因而正集流盘与负集流盘之间也存在一定间隙，便于后续向壳体内注入电解液，将与盖板相连的集流盘和极耳焊接完成后，将卷芯放置入壳体内，再将盖板翻折，带动正负集流盘折翻180度，使盖板与壳体相互匹配，再对卷芯和壳体进行周边焊，使卷芯与壳体相固定。所述正负集流盘与盖板为一体式设计，通过铆钉将正负集流盘和盖板进行固定，对整体结构进行预制。

步骤三中的盖板表面开设有注液孔，便于向壳体内注入一定量的电解液，所述盖板周边设计成台阶结构，能够使该台阶形状与壳体的开口处相互匹配，便于电芯入壳与锂离子电池合盖。

如图1-3所示，所述盖板上表面两侧分别固定连接有正极柱和负极柱，所述正极柱与负极柱通过盖板与正负极耳相连，正负极柱与盖板之间均设有绝缘垫，所述盖板与正负集流盘之间均设有绝缘片，所述正极柱、绝缘垫、盖板、绝缘片与正集流盘均通过正极铆钉依次固定相连，所述负极柱、绝缘垫、盖板和绝缘片与负集流盘均通过负极铆钉依次固定连接。

本发明结构新颖，运行稳定，本发明在使用时，通过一端出极耳的正负极片卷绕形成正负极耳具有一定间距的卷芯，再对卷芯的正负极耳进行焊接以及对焊接区域揉平，再将卷芯上的具有一定间距的正负极耳与正负集流盘分别焊接固定，再将盖板和正负集流盘翻折180度，使盖板与壳体开口相互匹配固定，再通过注液口将电解液注入壳体内，将卷芯浸润，最后再通过密封钉将注液口进行一次密封，通过在注液口外表面焊接一个铝片进行二次封口固定。

现有技术中的圆柱电池，其中卷芯一般采用两端出极耳的方式，需要对电池两端均进行盖板封口，工艺复杂成本增加，本发明通过将极耳设置在卷芯的一端面上，在一定程度上能够降低卷芯的高度，同时可以仅对壳体一端进行开口和封口，降低了圆柱电池的整体重量，由于本发明改变了圆柱电池的整体设计结构，因而对该圆柱电池的制造工艺产生了一定改变，相较于现有技术中使用全极耳的极片，本发明增设了对极片的激光切割，通过激光切割和后续对极耳的焊接揉平工艺的配合，能够使正负极片卷绕形成的卷芯一端形成正极耳区域、负极耳区域和非极耳区域，将极耳之间的非焊接区域进行省略，降低了卷绕后正负极耳之间接触的致密性，使后续注入电解液时，能够加快电解液浸润正负极片的速率，有效提高圆柱电池的生产效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。