一种圆柱电池及圆柱电池的装配方法

技术领域

本发明属于电池生产制造的技术领域，具体涉及一种圆柱电池及圆柱电池的装配方法。

背景技术

如今，随着现代社会的发展和人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以锂离子电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动工具和电动汽车等，这为锂离子电池的应用与发展提供了广阔的空间。

目前的圆柱电池的常见结构为只有一个盖板，壳体带电，一端出正负极的电连接结构，上述圆柱电池的结构虽然能够解决了使用两个盖板电池的工序复杂、电池能量密度低的问题，但通常使用一个盖板的电池结构极柱和防爆阀在电池的同一端，且极柱设置在盖板的中心；一方面，会使得注液孔偏心设置于盖板，导致圆柱注液和焊接密封铝钉的时候定位不方便；另一方面，使得防爆阀的面积和性能受限，同时防爆阀与极柱设置在同一侧降低了电池的安全性。为此，亟需提出一种新型的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种圆柱电池，其将防爆阀和极柱分别设置在电池的两端，使得防爆阀的面积不被极柱限制，取消注液孔，外壳上的防爆阀安装孔作为注液孔，同时泄气孔和安装孔的设计使得电池内部气体通顺，保障了防爆阀的泄气性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种圆柱电池，包括外壳、盖设所述外壳的顶盖、位于所述外壳内部的电芯和设置在所述外壳远离所述顶盖一端的防爆阀；所述电芯的两端分别设置有第一极耳和第二极耳；所述顶盖设置有极柱，所述第一极耳通过第一集流盘与所述极柱电连接；所述第二极耳通过第二集流盘与所述外壳电连接，所述外壳上设置有安装孔，所述第二集流盘设置有泄气孔，所述安装孔和所述泄气孔均与所述防爆阀对应设置，所述极柱设置有凹槽部，所述第一集流盘设置有与所述凹槽部对应设置的凸起部，所述顶盖和所述第一集流盘通过所述凹槽部和所述凸起部穿透焊。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述凸起部设置在所述第一集流盘的中心处，所述第一集流盘设置有多个焊接区域，所述焊接区域设置为所述第一集流盘沿圆柱电池的高度方向向下延伸的凹陷，多个所述焊接区域围绕所述凸出部设置，多个所述焊接区域之间的距离相同，所述焊接区域用于所述第一集流盘和第一极耳的连接。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第一集流盘未设置所述焊接区域的区域均设置有第一减重孔，所述第一减重孔设置有多个，多个所述第一减重孔围绕所述凸出部设置，所述第一减重孔和所述焊接区域穿插设置，保持所述第一集流盘的质量分布均衡，增加所述第一集流盘的稳定性。在一些实施方式中，所述第二集流盘设置有所述第一减重孔，所述第一减重孔用于减少圆柱电池的重量，增加圆柱电池的能量密度。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述外壳包括壳体底板和与所述壳体底板连接的壳体侧壁，所述防爆阀设置在所述壳体底板上，所述壳体底板包括板本体和支撑部，所述安装孔设置在所述板本体的中心处，所述支撑部设置为所述板本体沿所述圆柱电池的高度方向向上形成的凸起。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述防爆阀包括阀本体和贴片，所述贴片靠近所述阀本体的一侧设置有固定胶，所述贴片通过所述固定胶与所述阀本体相粘连。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述安装孔的内周侧设置有台阶部，所述台阶部与所述支撑部在同一水平面上。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述台阶部包括连续相连的第一台阶体、第二台阶体和第三台阶体，所述第一台阶体所在平面与所述第二台阶体所在平面相互垂直，所述第二台阶体所在平面和所述第三台阶体所在平面相互垂直。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第一台阶体与所述第二台阶体形成第一空间，所述第一空间的尺寸与所述阀本体的尺寸相匹配，具体为所述第一空间的深度大于所述阀本体的厚度，使得所述壳体底板平整。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第二台阶体和所述第三台阶体形成第二空间，所述第二空间的尺寸与所述贴片的尺寸相匹配，具体为所述第二空间的深度大于所述贴片的厚度，进一步保障所述壳体底板的平整以及确保所述防爆阀的可安装。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第二集流盘包括盘本体、第一焊接部和第二焊接部；所述盘本体的中心处设置有泄气孔；所述第一焊接部设置为在所述盘本体上的凸起结构，所述第一焊接部围绕所述泄气孔设置，所述第一焊接部在所述盘本体的高度方向上的高度高于所述盘本体；所述第二焊接部围绕所述盘本体设置，所述第二焊接部在所述高度方向上的高度低于所述盘本体。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第二焊接部向所述第一焊接部方向延伸设置有竖直延伸体，所述竖直延伸体位于所述第二焊接部靠近所述盘本体的一侧。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第二焊接部通过所述竖直延伸体与所述盘本体相连接。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第二焊接部通过所述竖直延伸体与所述第一焊接部相连接。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述第一焊接部远离所述泄气孔的一端向外延伸形成延伸部，所述延伸部通过折弯件与所述第二焊接部连接，所述延伸部在所述高度方向上位于所述第二焊接部的上方。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述板本体具有气体通道，所述气体通道设置为所述支撑部与所述台阶部之间形成的凹陷，所述气体通道保障圆柱电池内部气体流通顺畅。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述板本体还包括有第三焊接部，所述第三焊接部设置于所述凸起与所述壳体侧壁之间的区域，所述第三焊接部与所述第二焊接部相连接。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述支撑部设置为圆环结构，所述支撑部围绕所述安装孔设置。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述支撑部设置为多个圆心和半径相等的扇环结构，多个所述支撑部围绕所述安装孔设置，多个所述支撑部之间间隔设置。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述圆柱电池为磷酸铁锂体系电池，所述防爆阀的区域面积与所述电芯容量的比值大于或等于1mm2/Ah。

作为本发明所述的圆柱电池的一种改进，所述圆柱电池为三元体系电池，所述防爆阀的区域面积与所述电芯容量的比值大于或等于3.5mm

本发明的目的之二在于，提供一种圆柱电池的装配方法，包括以下步骤：

步骤一、将电芯的第一极耳和第二极耳进行极耳整形后粘贴终止胶带进行固定；

步骤二、顶盖连接有极柱，所述极柱设置有凹槽部，第一集流盘设置有与所述凹槽部对应设置的凸起部，将所述凹槽部与所述凸起部穿透焊；

步骤三、将所述第二极耳与第二集流盘连接，将所述第二集流盘与外壳穿透焊后将所述外壳与所述顶盖焊接，得到半成品；

步骤四、所述外壳上开设有安装孔，所述第二集流盘开设有泄气孔，通过所述安装孔和所述泄气孔将电解液注入所述半成品中，然后将防爆阀安装在所述安装孔内。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的圆柱电池包括外壳、盖设所述外壳的顶盖、位于所述外壳内部的电芯和设置在所述外壳远离所述顶盖一端的防爆阀；所述电芯的两端分别设置有第一极耳和第二极耳；所述顶盖设置有极柱，所述第一极耳通过第一集流盘与所述极柱电连接；所述第二极耳通过第二集流盘与所述外壳电连接，所述外壳上设置有安装孔，所述第二集流盘设置有泄气孔，所述安装孔和所述泄气孔均与所述防爆阀对应设置，所述极柱设置有凹槽部，所述第一集流盘设置有与所述凹槽部对应设置的凸起部。防爆阀面积与电芯容量呈正相关，电芯容量越大，说明电芯涂布的材料越多或者化学体系比较激进，热失控时产气速率很快，需要更大的防爆阀面积，方便气体排出，而若防爆阀面积过小，会导致气体无法及时排出，产生爆炸起火等现象，但在现有技术中，极柱通常设置在顶盖的中部，导致防爆阀的面积受限，而本发明通过将防爆阀和极柱分别设置在电池的两端，使得防爆阀的面积不受极柱的限制；

(2)本发明通过在第二集流盘设置泄气孔以及在外壳设置安装孔，泄气孔与安装孔连通，安装孔用于安装防爆阀，上述结构使得圆柱电池内部的气体流通顺畅，确保泄气阀正常运作，增加了圆柱电池的安全性与稳定性；同时泄气孔和安装孔用于电解液的注入，减少了密封钉、注液孔等零件的制作和安装，简化了生产工序，降低了装配难度；

(3)极柱与第一集流盘之间设置有相互配合的凸起部和凹槽部，且采用穿透焊的方法将极柱与第一集流盘焊接使其与第一极耳隔离开，进一步增加了圆柱电池的安全性。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施方式的特征、优点和技术效果。

图1为本发明实施方式一的分解示意图。

图2为本发明实施方式一的剖面示意图。

图3为图2A处的放大图。

图4为本发明实施方式一中外壳的结构示意图。

图5为本发明实施方式一中外壳底部的结构示意图。

图6为本发明实施方式一中第二集流盘的结构示意图。

图7为本发明实施方式二的外壳底部的结构示意图。

图8为本发明实施方式四的第二集流盘的结构示意图。

图9为本发明实施方式五的第二集流盘的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、外壳；1、壳体底板；11、板本体；111、安装孔；1111、台阶部；1112、第一台阶体；1113、第二台阶体；1114、第三台阶体；112、气体通道；113、第三焊接部；12、支撑部；2、壳体侧壁；

200、顶盖；201、极柱；

300、电芯；301、第一极耳；

400、防爆阀；401、阀本体；402、贴片；

500、第一集流盘；501、凸起部；502、焊接区域；503、第一减重孔；

600、第二集流盘；601、泄气孔；602、盘本体；603、第一焊接部；604、第二焊接部；605-第二减重孔；610、竖直延伸体；620、延伸部；621、折弯件；622-熔断孔。

具体实施方式

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。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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”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。

在发明中，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发明中的具体含义。

以下结合附图1～9和具体的实施方式对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施方式一

下面结合附图1～6述实施方式一

圆柱电池，包括外壳100、盖设外壳100的顶盖200、位于外壳100内部的电芯300和设置在外壳100远离顶盖200一端的防爆阀400；电芯300的两端分别设置有第一极耳301和第二极耳；顶盖200设置有极柱201，第一极耳301通过第一集流盘500与极柱201电连接；第二极耳通过第二集流盘600与外壳100电连接，外壳100上设置有安装孔111，第二集流盘600设置有泄气孔601，安装孔111和泄气孔601均与防爆阀400对应设置，防爆阀400安装于安装孔111中。

优选的，极柱201通过塑胶件与顶盖200连接，保障极柱201与顶盖200绝缘连接，使得圆柱电池能够正常工作。

如图2和3所示，第一集流盘500的中心处设置有凸起部501，极柱201设置有与凸起部501相匹配的凹槽部，极柱201通过凸起部501和凹槽部与第一集流盘500穿透焊接，凸起部501和凹槽部的结构使得第一集流盘500和极柱201的连接处与第一极耳301之间形成间隙，形成隔离，增加圆柱电池的安全性和稳定性，同时增加了圆柱电池顶部的空间利用率，降低了重量，进而提高了电池的能量密度。在一些实施方式中，凸起部501和凹槽部相连的部位设置有互相匹配的凸出台缘和凹陷卡槽，能够进一步增加第一集流盘500和极柱201的连接强度。

优选的，第一集流盘500设置有多个焊接区域502，焊接区域502设置为第一集流盘500沿圆柱电池的高度方向向下延伸的凹陷，多个焊接区域502围绕凸出部设置，多个焊接区域502之间的距离相同，焊接区域502用于第一集流盘500和第一极耳的连接。

优选的，第一集流盘500未设置焊接区域502的区域均设置有第一减重孔503，第一减重孔503设置有多个，多个第一减重孔503围绕凸出部设置，第一减重孔503和焊接区域502穿插设置，保持第一集流盘500的质量分布均衡，增加第一集流盘500的稳定性。在一些实施方式中，第二集流盘600设置有第一减重孔503，第一减重孔503用于减少圆柱电池的重量，增加圆柱电池的能量密度。

如图4所示，外壳100包括壳体底板1和与壳体底板1连接的壳体侧壁2，防爆阀400设置在壳体底板1上，壳体底板1包括板本体11和支撑部12，安装孔111设置在板本体11的中心处，支撑部12设置为板本体11沿圆柱电池的高度方向向上形成的凸起。

优选的，防爆阀400与极柱201分别设置在圆柱电池的两侧且安装孔111在中心处，热电分离，进一步增加了圆柱电池的安全性。

优选的，防爆阀400包括阀本体401和贴片402，贴片402靠近阀本体401的一侧设置有固定胶，贴片402通过固定胶与阀本体401相粘连；本实施方式中，防爆阀400安装于壳体底板1的中心处，避免了偏心设置需要特殊定位的制造方式，优化了工序。

在本实施方式中，圆柱电池为磷酸铁锂体系电池，防爆阀400安装于壳体底板1的中心处，极柱201安装于顶盖200，防爆阀400的面积不受极柱201的限制，能够保障防爆阀400的区域面积与电芯300容量的比值大于或等于1mm2/Ah，满足电池安全性的需求。

优选的，安装孔111的内周侧设置有台阶部1111，台阶部1111与支撑部12在同一水平面上，台阶部1111包括连续相连的第一台阶体1112、第二台阶体1113和第三台阶体1114，第一台阶体1112位于板本体11靠近壳体侧壁2的一侧，第三台阶体1114位于板本体11远离壳体侧壁2的一侧，第一台阶体1112所在平面与第二台阶体1113所在平面相互垂直，第二台阶体1113和第三台阶体1114所在平面相互垂直。

优选的，第一台阶体1112与第二台阶体1113形成第一空间，第一空间的尺寸与阀本体401的尺寸相匹配；第二台阶体1113和第三台阶体1114形成第二空间，第二空间的尺寸与贴片402的尺寸相匹配，在本实施方式中，第一空间的深度大于阀本体401的厚度，第二空间的深度大于贴片402的厚度，满足安装需求的同时保障了壳体底板1的平整度。

优选的，第二集流盘600包括盘本体602、第一焊接部603和第二焊接部604；盘本体602的中心处设置有泄气孔601；第一焊接部603设置为在盘本体602上的凸起结构，第一焊接部603围绕泄气孔601设置，第一焊接部603与第二极耳电连接，第一焊接部603在高度方向上的高度高于盘本体602；第二焊接部604围绕盘本体602设置，第二焊接部604在高度方向上的高度低于盘本体602。

优选的，第二焊接部604向第一焊接部603方向延伸设置有竖直延伸体610，竖直延伸体610位于第二焊接部604靠近盘本体602的一侧，第二焊接部604通过竖直延伸体610与第一焊接部603相连接。

在本实施方式中，第一焊接部603和第二焊接部604形成高度差，能够避免在焊接过程中产生的热量直接传递到极耳处，避免零部件损坏或失效。

优选的，盘本体602上设置有第二减重孔605，第二减重孔605设置有多个，多个第二减重孔605围绕泄气孔601设置，且多个第二减重孔605与多个第一焊接部603穿插设置，第二减重孔65能够减少第二集流盘600的重量，进而使得电池的轻量化，进一步提高电池的能量密度优选的，同时第二减重孔605在高度方向上位于第一焊接部603和第二焊接部604之间，作为通道用于电池内部气体连通，保障防爆阀泄压功能的实现。

优选的，板本体11具有气体通道112，气体通道112设置为支撑部12与台阶部1111之间形成的凹陷，气体通道112用于电池气体的流通；板本体11还包括有第三焊接部113，第三焊接部113设置于凸起与壳体侧壁2之间的区域，第三焊接部113与第二焊接部604相连接，用于第二集流盘600与外壳100的焊接。

优选的，支撑部12设置为多个圆心和半径相等的扇环结构，多个支撑部12围绕安装孔111设置，多个支撑部12之间间隔设置，多个支撑部12之间的间隔与气体通道112相连通，增加了气体可流通区域的面积，进一步保障了圆柱电池气体的流通性。

本实施方式中，泄气孔601与安装孔111连通，使得圆柱电池内部的气体流通顺畅，确保泄气阀400正常运作，增加了圆柱电池的安全性与稳定性；防爆阀400的面积与电芯300容量呈正相关，电芯300容量越大，说明电芯300涂布的材料越多或者化学体系比较激进，热失控时产气速率很快，需要面积更大的防爆阀400，本实施方式将防爆阀400与极柱201分别设置在圆柱电池的两端，使得防爆阀400的面积不受极柱的限制，能够提高圆柱电池的安全性能。

实施方式二

如图7所示，与实施方式一不同的是，支撑部12设置为圆环结构，支撑部12围绕安装孔111设置，支撑部12的设置使得第二极耳与第三焊接部113隔离，防止在进行焊接时热量过大导致对第二极耳造成损坏的情况出现。

其他结构均与实施方式一相同，这里不再赘述。

实施方式三

与实施方式一和实施方式二不同的是，本实施方式中，支撑部12和第一台阶体1112均设置有横向贯穿的孔洞，进一步增加了气体流通的区域，减少了一部分重量，提高了圆柱电池的性能。

另外，本实施方式中的圆柱电池为三元体系电池，防爆阀400的面积不受其它部件的限制，设置防爆阀400的区域面积与电芯300容量的比值大于或等于3.5mm

其他结构均与实施方式一相同，这里不再赘述。

实施方式四

如图8所示，与实施方式一不同的是，第二焊接部604通过竖直延伸体610与盘本体602设置有第二减重孔605的区域相连接，盘本体602设置有第二减重孔605，在发生热失控现象时，盘本体602设置有第二减重孔605的区域快速熔断，使得第二焊接部604与盘本体602分开，及时切断极柱或壳体与电芯的联系，增加了电池的安全性。

其他结构均与实施方式一相同，这里不再赘述。

实施方式五

如图9所示，与实施方式一不同的是，第一焊接部603远离泄气孔601的一端向外延伸形成延伸部620，延伸部620通过折弯件621与第二焊接部604连接，延伸部620在高度方向上位于第二焊接部604的上方，延伸部620上设置有熔断孔622；折弯件621进一步隔离了第一焊接部603和第二焊接部604，熔断孔622能够在发生热失控现象时，使得延伸部620快速熔断，使得第二焊接部604与盘本体602分开，及时切断极柱或壳体与电芯的联系，增加了电池的安全性。

其他结构均与实施方式一相同，这里不再赘述。

用电装置

用电装置，包括上述的圆柱电池，并且，该电池可以为锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池等。其中，该用电装置可以是车辆、手机、便携式装置、笔记本电脑、轮船、航天器、电动玩具和电动工具等。车辆可以是燃油汽车、燃气汽车或新能源汽车，新能源汽车可以是纯电动汽车、混合动力汽车或增程式汽车等；航天器包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等；电动玩具包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等；电动工具包括金属切削电动工具、研磨电动工具、装配电动工具和铁道用电动工具，例如，电钻、电动砂轮机、电动扳手、电动螺丝刀、电锤、冲击电钻、混凝土振动器和电刨等。本申请实施例对上述用电装置不做特殊限制。

圆柱电池的装配方法

圆柱电池的装配方法，包括以下步骤：

步骤一、将电芯300的第一极耳301和第二极耳进行极耳整形后粘贴终止胶带进行固定；

步骤二、顶盖200连接有极柱201，极柱201设置有凹槽部，第一集流盘500设置有与凹槽部对应设置的凸起部501，将凹槽部与凸起部501穿透焊；

步骤三、将第二极耳与第二集流盘600连接，将第二集流盘600与外壳100穿透焊后将外壳100与顶盖200焊接，得到半成品；

步骤四、外壳100上开设有安装孔111，第二集流盘600开设有泄气孔601，将半成品倒置，通过安装孔111和泄气孔601将电解液注入半成品中，然后将阀本体401焊接在安装孔111内的第一空间后，将贴片402粘贴至安装孔111内的第二空间，贴片402与阀本体401贴合，得到圆柱电池。

步骤一中，极耳整形的具体步骤为将极耳揉平、抚平、拍平或弯折。

步骤四中，贴片402与阀本体401通过断胶或设置微孔的方式使得两者之间留有空隙，贴片402能够防止异物进入防爆阀，同时留有空隙的安装方式方便氦检，氦检能够检测防爆阀400的安装可靠性，提高了圆柱电池的安全性。

在一些实施方式中，步骤二和步骤三的顺序能够进行调换，步骤四中开设安装孔111和泄气孔601的步骤能够设置在步骤二和步骤三之前，并不影响装配效果。

在一些实施方式中，圆柱电池未设置有集流盘，装配过程中可以将第一极耳301与极柱201及第二极耳与外壳100直接焊接即可，简化了装配工艺和电池结构。

在本实施方式中，极柱201和防爆阀400分别安装在电池两侧，热点分离，降低了在装配过程中发生危险的可能性；步骤四中，电解液能够通过安装孔111和泄气孔601注入电池中，减少了密封钉、注液孔等零件的制作和安装，简化了生产工序，降低了装配难度；完成步骤四之后，能够在圆柱电池外部包覆蓝膜，蓝膜能够覆盖焊印，增加圆柱电池的美观性。

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。