一种圆柱电池及其制备方法、电池包

技术领域

本发明涉及二次电池领域，具体涉及一种圆柱电池及其制备方法、电池包。

背景技术

随着时代的发展，人们对锂离子电池使用越来越频繁，要求更是越来越高。特别是近年新能源汽车的发展越发迅猛，对锂电池更是提出了高能量密度和高安全性能的要求。目前的圆柱锂电池中，正负极耳分别设置于圆柱电芯的两端，并从两端引出，但此种两端出极耳的结构并不利于后期模组汇流排的设计和焊接，增加了制备的繁琐和难度，大大限制了圆柱电池的组装应用。

有鉴于此，确有必要提供一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的之一在于：提供一种圆柱电池，以解决目前圆柱电池两端出极耳导致后续其与汇流排焊接繁琐的问题，通过一端出正负极耳的设计不仅减少了焊接的工序，且也化简了汇流排的设计。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种圆柱电池，包括：

电极组件，包括卷芯和极耳，所述极耳包括沿所述卷芯两端分别延伸形成的极性相反的第一极耳和第二极耳；

引流件，至少一部分沿出极耳方向设置于所述卷芯的内径形成的收容空间内；

外壳组件，用于包容所述电极组件和引流件，包括壳体和设置于所述壳体一端且临近所述第一极耳设置的电极端子，所述壳体与所述电极端子绝缘设置；

其中，所述电极端子所在的一端，所述第一极耳与该端的所述壳体电连接，所述第二极耳通过所述引流件与所述电极端子电连接，且所述第二极耳与所述壳体绝缘设置。

优选的，所述引流件包括设置于所述收容空间的第一部和沿所述第一部的至少一端部的厚度方向延伸形成的第二部；所述第一部与所述电极端子电连接；所述第二部与所述第二极耳电连接。

优选的，所述第一部和所述第二部各自独立由铝、铜、镍中的至少一种金属制成。

优选的，所述第一部和所述第二部在出极耳方向形成的截面图为

优选的，所述第二部与所述第一部一体成型，所述第一部的端部沿出极耳方向切割成两部分后沿所述第一部的厚度方向呈反向弯折形成第二部，第二部的至少一部分覆于所述第二极耳的表面并与所述第二极耳焊接。

优选的，所述第一部设置有若干个通孔。

优选的，所述第一部的外表面还覆盖有绝缘聚合物层。

优选的，所述壳体包括壳壁与盖板，所述盖板用于密封所述第二极耳所在端部的壳壁的开口。

优选的，所述盖板靠近所述第二极耳的一侧设置有绝缘层。

优选的，圆柱电池还包括设置于所述第一极耳与所述壳体之间的集流盘，所述第一极耳通过所述集流盘与所述壳体电连接，且所述集流盘与引流件绝缘设置。

优选的，所述第一极耳为正极极耳，所述第二极耳为负极极耳，所述壳体为铝壳体；或所述第一极耳为负极极耳，所述第二极耳为正极极耳，所述壳体为钢壳体。

本发明的目的之二在于，提供一种上述任一项所述的圆柱电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、将电极组件置于外壳组件中，并在电极端子所在的一端，将电极组件上的第一极耳与该端的壳体焊接；

S2、沿出极耳方向将引流件伸入卷芯内径形成的收容空间内，并将引流件的一端与电极端子焊接，另一端与第二极耳焊接；

S3、密封所述第二极耳所在端部，并保持所述第二极耳与壳体绝缘设置，完成圆柱电池的制备。

本发明的目的之三在于提供一种电池包，包括上述任一项所述的圆柱电池。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的圆柱电池，通过引流件的设置开辟了一条新的电流路径，其与第二极耳电连接后可将第二极耳的电性由第一极耳所在的一端引出，从而形成一端出极耳的圆柱电池，解决了目前圆柱电池因两端出极耳导致的与汇流排焊接繁琐的问题，不仅减少了焊接的工序，且也化简了汇流排的设计。

附图说明

图1为本发明圆柱电池的结构示意图之一。

图2为本发明圆柱电池的结构示意图之二。

图3为本发明引流件的结构示意图之一。

图4为本发明引流件的结构示意图之二。

图5为本发明引流件的结构示意图之三。

图中：11-卷芯；12-第一极耳；13-第二极耳；2-引流件；21-第一部；22-第二部；3-壳体；31-壳壁；32-盖板；4-电极端子；5-绝缘层；6-集流盘。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式和说明书附图，对本发明及其有益效果作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

本发明旨在提供一种电池包，该电池包由若干个单体电池组合而成。

如图1所示，该单体电池为圆柱电池，包括电极组件、引流件2、外壳组件。

其中，该电极组件收容于外壳组件内，包括卷芯11和极耳，所述极耳包括沿所述卷芯11两端分别延伸形成的极性相反的第一极耳12和第二极耳13。极耳可为全极耳，经揉平后设置于电芯主体的两端，其中一端为第一极耳12，另一端为第二极耳13。极耳也可为多极耳，同性极耳彼此电连接压平后分别形成第一极耳12和第二极耳13。其中，该电连接可为焊接，包括超声焊、激光焊或者电阻焊。

而该卷芯11包括正极极片、负极极片和间隔在正极极片和负极极片之间的隔膜，通过卷绕制成，卷绕制成的形成可为圆柱形或多边形。其中，由正极极片中引出的为正极极耳，正极极耳可采用铝箔制成；而由负极极片中引出的负极极耳，负极极耳可采用铜箔或镍转铜制成。具体的，第一极耳12可为正极极耳或负极极耳，第二极耳13可为负极极耳或正极极耳。

而外壳组件用于包容所述电极组件，其包括壳体3和设置于所述壳体3一端且临近所述第一极耳12设置的电极端子4，所述壳体3与所述电极端子4绝缘设置。将电极组件收容于外壳组件中，通过外壳组件的壳体3和电极端子4分别与第一极耳12和第二极耳13电连接，从而将电池的正负极引出。

具体的，该电极端子4可为负极极柱，也可为正极极柱，当其为负极极柱时，即与负极极耳电连接，而壳体3则作为正极端将电性引出；当其为正极极柱时，即与正极极耳电连接，而壳体3则作为负极端将电性引出。该电连接可为焊接，包括超声焊、激光焊或者电阻焊。电极端子4与壳体3可通过在两者的交界处设置绝缘密封圈来起到绝缘作用。绝缘密封圈的形状可根据壳体3和电极端子4的形状进行匹配调整。

而壳体3的形状可为圆柱形，当卷芯11的形状对应为圆柱形时两者的形状可适配组装。而当卷芯11的形状为多边形时，壳体3也可仍设置为圆柱形，此时当卷芯11充放电后会产气膨胀，而卷芯11与壳体3之间仍存在预留空间，一方面能够容许电极组件发生膨胀，另一方面还能起到避免电极组件的外周免收到壳体3挤压的作用。

另外上述圆柱电池还包括引流件2，该引流件2至少一部分沿出极耳方向设置于所述卷芯11的内径形成的收容空间内；所述电极端子4所在的一端，所述第一极耳12与该端的所述壳体3电连接，所述第二极耳13通过所述引流件2与所述电极端子4电连接，且所述第二极耳13与所述壳体3绝缘设置。其中出极耳方向即为图1中的Z方向。

通过引流件2的设置使其与一端的极耳电连接，从而将该端的电性引出到另一端，由此实现了同端出极耳，解决了目前圆柱电池因两端出极耳导致的与汇流排焊接繁琐的问题。

此外，本发明通过引入引流件2，也取消了正极极耳和连接片焊接或负极极耳与连接片焊接，然后再通过连接片与端板焊接的工艺，减少了焊印位置/焊接次数，进而减少焊渣对产品性能的影响。另外，该引流件2还可以起到卷芯11内部支架的作用，优化电芯的设计结构。

其中，当第二极耳13为正极极耳时，则引流件2与其连接将正极端引出与电极端子4电连接，对应的电极端子4为正极极柱，第一极耳12为负极极耳，壳体3为负极端，可选用钢材制备壳体3。而当第二极耳13为负极极耳时，则引流件2与其连接将负极端引出与电极端子4电连接，对应的电极端子4为负极极柱，第一极耳12为正极极耳，壳体3为正极端，可选用铝材制备壳体3。上述电连接可为焊接、螺纹连接或铆接，焊接包括超声焊、激光焊或者电阻焊。

在一些实施方式中，引流件2包括设置于所述收容空间的第一部21和沿所述第一部21的至少一端部的厚度方向延伸形成的第二部22；所述第一部21与所述电极端子4电连接；所述第二部22与所述第二极耳13电连接，其中第一部的厚度方向即为图1中的X方向。通过第一部21和第二部22的结构设置，将第二极耳13与电极端子4很好的电连接在一起，有效实现了正负极耳由同一端引出。优选的，第一部21可设置于卷芯11的卷绕中心位置，一方面起到引出一端电流的作用，取消了两端出极耳需借助连接片焊接的设置，减少了焊印的次数，进而减少了焊渣对产品性能的影响；另一方面还可起到卷芯11内部支架的作用，优化电极组件的设计结构。

在一些实施方式中，所述第一部21和所述第二部22在出极耳方向形成的截面图为

优选的，所述第一部21和所述第二部22在出极耳方向形成的截面图为

在一些实施方式中，所述第一部21可由铝、铜、镍中的至少一种金属制成，具体的，当引流件2用于引出正极端时，第一部21可由铝材或铝合金制成；当引流件2用于引出负极端时，第一部21可由铜、镍、铜合金或镍合金制成。在一些实施方式中，第一部21可为实心设置，实心的支撑力更好，过流能力也会更好。在另一些实施方式中，第一部21也可为空心设置，该空心结构具体为包括至少一个通孔，通过通孔的设置在电解液浸润卷芯11时可存储过量的电解液，待后续循环消耗一部分电解液后，通孔内存储的电解液能及时进行补充，保证电池的循环性能。优选的第一部21的空心结构为由若干个通孔组成，具体的通孔可以沿Z方向竖直设置于第一部21，也可以沿X方向横向设置于第一部21，也可以沿其他方向设置于第一部21，或呈蜂窝状设置于第一部21。进一步优选的通孔由所述第一部21的侧壁延伸至其内部，或是整个第一部21类似海绵结构的多孔设计，一方面更有利于电解液的浸润，将电解液提前存储于电池中；另一方面还能减轻电池的重量，轻便型更好。

在一些实施方式中，第一部21的外表面还覆盖有绝缘聚合物层。该绝缘聚合物层中的聚合物可为吸收电解液的聚合物，一方面避免了第一部21与卷芯11内壁接触短路的情形，另一方面也能起到提前存储电解液的目的，待多次循环充放电后，电解液被消耗减少时，能及时释放出提前存储的电解液，进而有效提升电池的循环性能。另外，该绝缘聚合物层中的聚合物还可以是导热聚合物，一方面避免了第一部21与卷芯11内壁接触短路的情形，另一方面在电池产热时能将其热量导出电池外，保证电池的使用安全。上述所述聚合物为现有公开的且具有上述功能的物质，这里不再赘述。

在一些实施方式中，所述第二部22由铝、铜、镍中的至少一种金属制成。具体的，当引流件2用于引出正极端时，第二部22可由铝材或铝合金制成；当引流件2用于引出负极端时，第二部22可由铜、镍、铜合金或镍合金制成。优选的第二部22采用柔性金属材料制成，以便于弯折、翻折等覆于第二极耳13的表面。第二部22设置的长度可为卷芯11直径的30～95％。具体的可为30～50％、50～60％、60～70％、70～80％或80～95％。而第二部22与第二极耳13重叠的面积可为第二部22面积的50～99％。

在一些实施方式中，所述壳体3包括壳壁31与盖板32，所述盖板32用于密封所述第二极耳13所在端部的壳壁31的开口，具体的可与壳壁31进行焊接以密封。另外，所述盖板32沿出极耳方向贯通至少一个注液孔，通过此处的注液孔进行注液，即是倒置圆柱电池由其底部注液，可避免电解液注入时聚集于底部的引流件2第二部22而无法充分浸润卷芯11的情形。

优选的，所述盖板32靠近所述第二极耳13的一侧设置有绝缘层5。通过该绝缘层5的设置以避免引流件2第二部22与盖板32接触而引起短路的问题，进一步保证电池的使用安全。对应的，注液孔贯通至绝缘层5，待注液后再通过胶塞密封注液孔，保证电池的密封性。

在一些实施方式中，可如图2所示，圆柱电池还包括设置于所述第一极耳12与所述壳体3之间的集流盘6，所述第一极耳12通过所述集流盘6与所述壳体3电连接，且所述集流盘6与引流件2绝缘设置。通过集流盘6转引流第一极耳12与壳体3的电连接更加紧密，电子移动更加顺通，内阻降低。具体的，该集流盘6对应第一部21位置设置有穿孔，第一部21穿过该孔与电极端子4电连接，穿孔孔壁上设置有绝缘组件以避免集流盘6与第一部21接触短路。该集流盘6至少一部分覆于第一极耳12表面设置，集流盘6的长度可为卷芯11直径的30～95％。具体的可为30～50％、50～60％、60～70％、70～80％或80～95％。而第一部21与第一极耳12重叠的面积可为第一极耳12揉平后面积的50～90％。

具体的，本发明圆柱电池的具体实施方式之一为：

一种圆柱电池，包括电极组件、引流件2、外壳组件；其中，该电极组件包括卷芯11和极耳，极耳包括沿卷芯11两端分别延伸形成的正极极耳和负极极耳，卷芯11的内径形成一收容空间；引流件2包括设置于收容空间的第一部21和沿第一部21的一端部的厚度方向延伸形成的第二部22，第二部22覆于负极极耳的表面并与其焊接，第一部21的外表面覆盖有绝缘聚合物层，第二部22与第一部21一体成型；外壳组件用于包容电极组件和引流件2，其包括铝壳壳体3和设置于铝壳壳体3一端且临近正极极耳设置的电极端子4(即负极柱)，电极端子4与第一部21远离第二部22的一端电连接，以将负极电性由电极端子4引出，而与电极端子4位于同一端的铝壳壳体3则与正极极耳焊接，作为正极端引出，铝壳壳体3与电极端子4绝缘设置，由此使得正负极均由圆柱电池的同一端引出。此外，该铝壳壳体3还包括壳壁31与盖板32，盖板32用于密封负极极耳所在端部的壳壁31的开口，盖板32靠近负极极耳的一侧设置有绝缘层5，以保证正负极的绝缘性。

该极柱为负极，铝壳壳体3为正极的圆柱电池的制备方法为：

步骤1：铝壳壳体3、引流件2和负极柱根据生产所需尺寸加工好，其中铝壳壳体3与引流件2和负极柱做好密封绝缘处理；

步骤2：制备圆柱形卷芯11，并将其正极极耳和负极极耳做熔平处理，然后正极直接从底部插入顶部与铝壳顶部接触，进行正极极耳与铝壳点底焊后，铝壳壳体3做正极；

步骤3：将引流件2一端由中部割开并压弯后形成第二部22与负极极耳直接点底焊接，其第一部21远离第二部22的一端与负极柱焊接，负极柱做负极；其中，引流件2可在卷芯11生产时即作为支撑件参与卷绕，也可待上述步骤2完成后再将引流件2插入收容空间内，而后再行切割形成第二部22；

步骤4：采用盖板32密封壳壁31的开口，其中盖板32靠近第二极耳13的一侧设置有绝缘层5，该绝缘层5可以是增设绝缘挡板，也可以是盖板32的表面涂覆绝缘层5，做好盖板32与负极的绝缘处理后，盖板32与铝壳激光密封焊接，完成圆柱电池的制备。

本发明圆柱电池的具体实施方式之二为：

一种圆柱电池，包括电极组件、引流件2、外壳组件；其中，该电极组件包括卷芯11和极耳，极耳包括沿卷芯11两端分别延伸形成的正极极耳和负极极耳，卷芯11的内径形成一收容空间；引流件2包括设置于收容空间的第一部21和沿第一部21的一端部的厚度方向延伸形成的第二部22，第二部22覆于正极极耳的表面并与其焊接，第一部21的外表面覆盖有绝缘聚合物层，第二部22与第一部21一体成型；外壳组件用于包容电极组件和引流件2，其包括钢壳壳体3和设置于钢壳壳体3一端且临近负极极耳设置的电极端子4(即正极柱)，电极端子4与第一部21远离第二部22的一端电连接，以将正极电性由电极端子4引出，而与电极端子4位于同一端的钢壳壳体3则与负极极耳焊接，作为负极端引出，钢壳壳体3与电极端子4绝缘设置，由此使得正负极均由圆柱电池的同一端引出。此外，该钢壳壳体3还包括壳壁31与盖板32，盖板32用于密封正极极耳所在端部的壳壁31的开口，盖板32靠近正极极耳的一侧设置有绝缘层5，以保证正负极的绝缘性。

该极柱为正极，钢壳壳体3为负极的圆柱电池的制备方法为：

步骤1：钢壳壳体3、引流件2和正极柱根据生产所需尺寸加工好，其中钢壳壳体3与引流件2和正极柱做好密封绝缘处理；

步骤2：制备圆柱形卷芯11，并将其正极极耳和负极极耳做熔平处理，然后负极直接从底部插入顶部与钢壳顶部接触，进行负极极耳与钢壳点底焊后，钢壳壳体3做负极；

步骤3：将引流件2一端由中部割开并压弯后形成第二部22与正极极耳直接点底焊接，其第一部21远离第二部22的一端与正极柱焊接，正极柱做正极；其中，引流件2可在卷芯11生产时即作为支撑件参与卷绕，也可待上述步骤2完成后再将引流件2插入收容空间内，而后再行切割形成第二部22；

步骤4：采用盖板32密封壳壁31的开口，其中盖板32靠近正极极耳的一侧设置有绝缘层5，该绝缘层5可以是增设绝缘挡板，也可以是盖板32的表面涂覆绝缘层5，做好盖板32与正极的绝缘处理后，盖板32与钢壳激光密封焊接，完成圆柱电池的制备。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明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，本发明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发明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发明的保护范围。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，并不对本发明构成任何限制。