全极耳电芯极组、电芯极组制作工艺及电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种全极耳电芯极组、电芯极组制作工艺及电池。

背景技术

目前全极耳电池在制作过程中，传统的工艺是：首先是将正极片、隔离膜及负极片在卷绕机上进行卷绕组成卷芯，在卷芯制作完成后，需要对卷芯两端的正极极耳和负极极耳进行揉平处理，然后再对卷芯两端的极耳分别焊接正极集流盘和负极集流盘，从而得到电芯极组，最后将电芯极组入壳封装形成电池。如公开号为CN114361555A的专利揭示了一种全极耳圆柱电池揉平方法，其是将原本直立的极耳糅合，使各极耳最大限度的接触，以起到更好的集流作用﹔全极耳直接引出电流，有效的降低电池内阻。同时，将全极耳揉平处于同一平面内，方便后续的集流盘焊接和保证导流效果

市面上另一些电芯制作工艺是：对卷芯两端的正极极耳和负极极耳先进性预弯折然后在进行卷绕，最后焊接正、负集流盘得到电芯极组。如公开号为CN114171774A的专利揭示了一种电芯加工方法及极耳预折弯装置，其采用的是极耳先预折弯再卷芯工艺，是将极耳与极片呈一定夹角，在卷绕过程中，极耳均朝卷芯中部靠拢，由此，方便采用揉平轮旋转并向中心收缩挤压极耳，从而使极耳全部向中心卷芯方向压倒。

由于全极耳电池极耳数量较多，无论是通过先卷绕再揉平，还是先预弯折再卷绕都需要增加工序和设备投入；其次，预弯折工序需要把裁切好的极耳往同一方向弯折，但由于箔材较薄导致各个弯折后的极耳弯折曲度不一致，有可能造成极耳被内卷，从而使得电芯存在安全隐患；而揉平工序通过向内挤压揉平，一方面，卷绕完成的极耳在两端向内的力作用下容易造成接近极耳的敷料区域发生褶皱影响电芯性能，另一方面，揉平工艺是一个对所有极耳统一向内旋转施压，使得极耳的弯折不可控，在后续集流盘的焊接工序中无法保证焊接稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种全极耳电芯极组、电芯极组制作工艺及电池，来解决现有的全极耳电芯制作过程中，通过极耳预弯折或极耳揉平工艺容易造成极耳错位、内卷及极片褶皱的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明实施例提供了一种全极耳电芯极组，所述电芯极组包括卷芯；

还包括卷绕装置，所述卷绕装置包括中心管及与所述中心管两端分别固定连接的第一集流盘及第二集流盘；

所述第一集流盘由其中心朝远离所述第二集流盘的一面翻折，所述第二集流盘由其中心朝远离所述第一集流盘的一面翻折；

所述卷芯由第一极片、隔膜及第二极片交替层叠在所述中心管上卷绕成型，所述第一极片端部的第一极耳在越过所述第一集流盘表面时由所述卷芯的轴线向外围弯折；所述第二极片端部的第二极耳在越过所述第二集流盘表面时由所述卷芯的轴线向外围弯折。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述第一集流盘、第二集流盘相对于所述中心管中心轴线所呈夹角均为70°～85°。

进一步，优选的，所述第一极片卷绕末端到卷芯径向方向最近的第一极耳的间距大于或等于至少一个第一极耳的长度；所述第二极片卷绕末端到卷芯径向方向最近的第二极耳间的间距大于或等于至少一个第二极耳的长度。

作为一些实施例而言，所述中心管为绝缘材质，所述第一集流盘的中心开设有第一通孔，所述第二集流盘的中心开设有第二通孔，所述中心管的一端插入所述第一通孔中，并与所述第一集流盘固定连接，所述中心管的另一端插入所述第二通孔中，并与所述第二集流盘固定连接。

作为另一些实施例而言，所述中心管为导电材质，所述第一集流盘的中心开设有第一通孔，所述第二集流盘的中心开设有第二通孔，所述中心管的一端插入所述第一通孔中，并与所述第一集流盘固定连接，所述中心管的另一端插入所述第二通孔中，且所述第二集流盘与所述中心管之间设置有第一绝缘件。

进一步，优选的，所述中心管远离所述第一集流盘的一端外周侧开设有第一环形卡槽，所述第一绝缘件套接在所述第一环形卡槽中，所述第一绝缘件外周侧开设有第二环形卡槽，所述第二集流盘套接在所述第二环形卡槽中。

另一方面，本发明实施例还提供了一种全极耳电芯极组的制作工艺，包括步骤如下：

S1、将第一集流盘及第二集流盘分别与中心管的两端进行固定连接组成卷绕装置，并使第一集流盘相对于中心管的端部向远离第二集流盘的一面翻折，第二集流盘相对于中心管的端部向远离第一集流盘的一面翻折；

S2、将制作完成的卷绕装置通过中心管插入到卷绕设备的卷针上；

S3、第一极片、隔膜及第二极片交替层叠卷绕在中心管上，第一极片端部的第一极耳在越过第一集流盘表面时由中心管中心轴线向外围弯折；第二极片端部的第二极耳在越过第二集流盘表面时由中心管中心轴线向外围弯折；

S4、将第一集流盘及第二集流盘压平，使第一集流盘与第一极耳紧密贴合，第二集流盘与第二极耳紧密贴合；

S5、使用激光穿透焊将第一极耳与第一集流盘焊接在一起，第二极耳与第二集流盘焊接在一起。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电池，包括壳体及所述的电芯极组，还包括盖板组件，所述电芯极组插设于所述壳体内，所述盖板组件设置在所述壳体的开口端并与所述电芯极组电连接。

在上述技术方案的基础上，优选的，所述盖板组件包括顶盖及极柱，所述极柱与所述顶盖铆接，且所述极柱与顶盖电性隔离；

当所述中心管为绝缘材质时，所述顶盖与第一集流盘或第二集流盘之间设置有第二绝缘件，所述极柱与第一集流盘或第二集流盘电连接；

当所述中心管为导电材质时，所述中心管与所述第二集流盘相连接的一端沿长度方向延伸，并与所述极柱电连接，所述第二集流盘与顶盖电连接，所述第一集流盘与壳体内底面之间连接有第三绝缘件。

进一步，优选的，所述第一集流盘和第二集流盘表面均开设有至少一个下液孔。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明公开的全极耳电芯极组，通过设置中心管，将中心管的两端分别与第一集流盘和第二集流盘固定连接来组成卷绕装置，同时使第一集流盘相对于中心管的端部向远离第二集流盘的一面翻折；第二集流盘相对于中心管的端部向远离第一集流盘的一面翻折，将卷绕装置通过中心管套设在卷绕设备的卷针上，使第一极片、隔膜及第二极片交替层叠卷绕在中心管上，在卷绕过程中，第一极片端部的第一极耳在越过第一集流盘表面时由中心管中心轴线向外围弯折；第二极片端部的第二极耳在第二集流盘表面时由中心管中心轴线向外围弯折，使得全极耳极片在卷绕时极耳自动贴合在集流盘上，并由内向外弯折，弯折曲度一致，不会出现极耳错位、内卷等现象；在卷绕完成后，通过压平第一集流盘及第二集流盘，可以使第一极耳及第二极耳在受压时朝由内朝外弯折，弯折方向可控，从而实现极耳处于同一平面内，避免极耳在两端向内的力作用下造成接近极耳的敷料区域发生褶皱影响电芯性能；

(2)本发明通过将第一集流盘、第二集流盘及中心管集成在一起形成卷绕装置，利用卷绕装置生产全极耳电芯时，可以取消极耳预弯折或极耳揉平工艺，使得生产流程更快，设备投入更少；

(3)本发明公开的电芯极组因存在中心管，极片在充放电过程中产生的热量可以通过中心管快速导出，从而提高电芯的热管理水平；

(4)通过第一极片、隔膜及第二极片卷绕组成的卷芯最外侧至少若干层第一极片上不设置第一极耳，及卷芯最外侧至少若干层第二极片上不设置第二极耳，可以避免卷芯外侧的极片上的极耳朝外弯折后，漏出集流盘外侧，导致集流盘无法完全覆盖并连接极耳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明公开的卷绕装置的平面结构示意图；

图2为图1中A处局部放大图；

图3为本发明公开的第一集流盘和第二集流盘平面结构示意图；

图4为本发明公开的电芯极组制作过程状态结构示意图；

图5为本发明公开的电芯极组制作完成的状态结构示意图；

图6为发明公开的圆柱电池的第一种结构示意图；

图7为发明公开的圆柱电池的第二种结构示意图；

图8为发明公开的圆柱电池的第三种结构示意图；

图9为发明公开的圆柱电池的第四种结构示意图；

图10为发明公开的圆柱电池的第五种结构示意图；

附图标记：

1、电芯极组；11、第一极片；12、第二极片；13、隔膜；14、卷绕装置；141、中心管；142、第一集流盘；143、第二集流盘；1421、第一通孔；1431、第二通孔；144、第一绝缘件；1411、第一环形卡槽；1441、第二环形卡槽；2、壳体；3、盖板组件；31、极柱；32、顶盖；33、第二绝缘件；34、第三绝缘件；140、下液孔；111、第一极耳；121、第二极耳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种全极耳电芯极组，来解决现有的全极耳电芯制作过程中，通过极耳预弯折或极耳揉平工艺容易造成极耳错位、内卷及极片褶皱的问题。

如图1所示，结合图3-5，本发明实施例公开的电芯极组1包括卷芯10，卷芯10包括第一极片11、第二极片12及隔膜13。第一极片11、第二极片12及隔膜13交替层叠卷绕成型。上述部件为现有技术中制作卷绕式电芯的常规部件，以下简称卷芯。在本实施例中，第一极片11定义为正极极片，第二极片12定义为负极极片，当然，第一极片11也可以定义为负极极片，第二极片12定位位正极极片。需要说明的，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并不对方案进行具体限定。

为了实现全极耳电芯的制作，本实施例第一极片11长度方向一端等间距裁切出多个第一极耳，第二极片12的长度方向一端等间距裁切出多个第二极耳。

为了实现第一极片11、第二极片12及隔膜13卷绕组成卷芯10，同时在卷芯上对极耳揉平来实施与集流盘的焊接，本实施例公开了一种卷绕装置14。

本实施例公开的卷绕装置14包括中心管141、第一集流盘142及第二集流盘143。

其中，中心管141的一端与第一集流盘142的中心固定连接，中心管141的另一端与第二集流盘143的中心固定连接。本实施例公开的中心管141的内径和卷绕设备上的卷针直径相适配。

在本实施例中，中心管141可以是圆管，由此实现卷绕成型的卷芯10为圆柱形卷芯，可以用来制作圆柱电芯，适用于圆柱电池。当然，中心管141还可以是方形管，由此实现卷绕成型的卷芯为方形卷芯，可以用来制作方形电芯，适用于方形电池。

在本实施例中，第一集流盘142由其中心朝远离第二集流盘143的一面翻折；第二集流盘143由其中心朝远离第一集流盘142的一面翻折；具体的，作为一种实施方式，相互平行的第一集流盘142和第二集流盘143在初始状态下可以与中心管141连接后，在通过翻折工艺实现第一集流盘142和第二集流盘143相对于中心管141的两端朝外翻折。作为另一种实施方式，可以预先将翻折好的第一集流盘142和第二集流盘143来和中心管141的两端分别固定连接。

在极片卷绕时，第一极片11、隔膜13及第二极片12交替层叠卷绕在中心管141上，第一极片11端部的第一极耳在越过第一集流盘142表面时由卷芯10的轴线向外围弯折；第二极片12端部的第二极耳在越过第二集流盘143表面时由卷芯10的轴线向外围弯折。

采用上述技术方案，全极耳极片在卷绕时极耳自动贴合在集流盘上，并由内向外弯折，弯折曲度一致，不会出现极耳错位、内卷等现象；在卷绕完成后，通过压平第一集流盘142及第二集流盘143，可以使第一极耳及第二极耳在受压时朝由内朝外弯折，弯折方向可控，从而实现极耳处于同一平面内，避免极耳在两端向内的力作用下造成接近极耳的敷料区域发生褶皱影响电芯性能。

另外，本实施例通过将第一集流盘142、第二集流盘143及中心管141集成在一起形成卷绕装置14，利用卷绕装置14生产全极耳电芯时，可以取消极耳预弯折或极耳揉平工艺，使得生产流程更快，设备投入更少。

为了实现极片在卷绕过程中，极片上的极耳均能够与集流盘表面贴合并实现弯折，本实施例将第一集流盘142、第二集流盘143相对于中心管141中心轴线所呈夹角均为70°～85°。由此使得，卷绕过程中，中心管141上卷芯端面和集流盘之间形成5°～20°，此夹角刚好能够实现极片由内往外卷绕时，极片上的极耳均能够与集流盘贴合，从而实现将极耳向卷芯外周侧折弯。如果夹角过小，则容易造成极耳与集流盘接触时，极耳相互交错，折弯方向会发生混乱。如果夹角过大，则会造成极耳无法与集流盘接触，造成极耳无法弯折，在后续按压集流盘时，极耳再次弯折时，其弯折方向会发生变化，造成弯折方向不一致或者错位问题。

由于极片在卷绕过程中，极耳沿卷芯中部由内向外弯折，那么靠近卷芯外侧的极耳则会在折弯后伸出集流盘，导致后续集流盘无法覆盖所有的极耳，从而导致集流盘和极耳焊接不完全。

为此，本实施例采用如下技术方案来实现，具体的，第一极片卷绕末端到卷芯径向方向最近的第一极耳的间距大于或等于至少一个第一极耳的长度；第二极片卷绕末端到卷芯径向方向最近的第二极耳间的间距大于或等于至少一个第二极耳的长度。更具体而言，卷芯由外向内若干层极片在厚度方向总和大于一个极耳的长度，则此厚度范围内的极片上均不设置极耳。由此设置，可以避免卷芯外侧的极片上的极耳朝外弯折后，漏出集流盘外侧，导致集流盘无法完全覆盖并连接极耳。

作为一些实施例而言，中心管141为绝缘材质，第一集流盘142的中心开设有第一通孔1421，第二集流盘143的中心开设有第二通孔1431，中心管141的一端插入第一通孔1421中，并与第一集流盘142固定连接，中心管141的另一端插入第二通孔1431中，并与第二集流盘143固定连接。由此设置，可以使第一集流盘142和第二集流盘143之间保持电性隔离。

作为另一些实施例而言，参照附图1和2所示，中心管141为导电材质，第一集流盘142的中心开设有第一通孔1421，第二集流盘143的中心开设有第二通孔1431，中心管141的一端插入第一通孔1421中，并与第一集流盘142固定连接，中心管141的另一端插入第二通孔1431中，第二集流盘143与中心管141之间设置有第一绝缘件144。由此设置，通过中心管141设置为导电材质，作为优选，中心管141设置为铝型材，一方面极片在充放电过程中产生的热量可以通过中心管141快速导出，从而提高电芯的热管理水平，另一方面，可以提高整个电芯极组1的结构强度，作为第三方面，通过第二集流盘143与中心管141之间设置第一绝缘件144，使导电管和第一集流盘142建立导电连接，可以方便在后续电池封装过程中，实现同侧出电极的结构。

为了方便第二集流盘143与中心管141绝缘连接，本实施例在中心管141远离与第一集流盘142的一端外周侧开设有第一环形卡槽1411，第一绝缘件144套接在第一环形卡槽1411中，第一绝缘件144外周侧开设有第二环形卡槽1441，第二集流盘143套接在第二环形卡槽1441中。由此设置，将环形结构的第一绝缘件144套设在第一环形卡槽1411中，然后再将第二集流盘143套设在第一绝缘件144外周侧的第二环形卡槽1441上，可以充分避免第二集流盘143与中心管141之间电连接，同时实现第二集流盘143在中心管141端部进行轴向定位。

另外，为了使第二集流盘143卡接在第二环形槽中，并使第二集流盘143与第一绝缘件144的厚度一致，本实施例在第二集流盘143的第二通孔1431外周侧上下表面均设置有环形槽，使的第一绝缘件144的上下凸缘能够嵌入到环形槽中，保持第二集流盘143上下表面和第一绝缘件144的上下表面齐平，从而实现在第二集流盘143与极耳焊接时，避免因第一绝缘件144和第二集流盘143厚度不均，造成焊接虚焊或不良。

本发明还公开了全极耳电芯极组1的制作工艺，包括步骤如下：

S1、将第一集流盘142及第二集流盘143分别与中心管141的两端进行固定连接组成卷绕装置14，并使第一集流盘142相对于中心管141的端部向远离第二集流盘143的一面翻折，第二集流盘143相对于中心管141的端部向远离第一集流盘142的一面翻折；

S2、将制作完成的卷绕装置14通过中心管141插入到卷绕设备的卷针上；

S3、第一极片11、隔膜13及第二极片12交替层叠卷绕在中心管141上，第一极片11端部的第一极耳在越过第一集流盘142表面时由中心管141中心轴线向外围弯折；第二极片12端部的第二极耳在越过第二集流盘143表面时由中心管141中心轴线向外围弯折；

S4、将第一集流盘142及第二集流盘143压平，使第一集流盘142与第一极耳紧密贴合，第二集流盘143与第二极耳紧密贴合；

S5、使用激光穿透焊将第一极耳与第一集流盘142焊接在一起，第二极耳与第二集流盘143焊接在一起。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电池，包括壳体2及的电芯极组1，还包括盖板组件3，电芯极组1插设于壳体2内，盖板组件3设置在壳体2的开口端并与电芯极组1电连接。

在本实施例中，盖板组件3包括顶盖32及极柱31，极柱31与顶盖32铆接，且极柱31与顶盖32电性隔离。

作为第一种实施例，参照6和7所示，本发明示出了一些圆柱电池的实施方式，当中心管141为绝缘材质时，顶盖32与第一集流盘142或第二集流盘143之间设置有第二绝缘件33，极柱31与第一集流盘142或第二集流盘143电连接。

上述实施例中，壳体2可以为一端开口，也可以为两端开口，当壳体2一端开口时，只设置一个盖板组件3，当壳体2为两端开口时，壳体2两端分别设置一个盖板组件3。

作为第二种实施例，参照附图10所示，当中心管141为导电材质时，中心管141与第二集流盘143相连接的一端沿长度方向延伸，并与极柱31电连接，第二集流盘143与顶盖32电连接，第一集流盘142与壳体2内底面之间连接有第三绝缘件34。由此设置，中心管141与第一集流盘142带同一极性电，例如带负电，则中心管141与极柱31电连接，极柱31带负电，同时第一集流盘142通过第三绝缘件34与壳体2之间电性隔离，顶盖32直接与第二集流盘143电连接，同时顶盖32与壳体2电连接，此时顶盖32、壳体2及第二集流盘143带正电。

在上述实施方式的基础上，参照附图8和9所示，当中心管141为导电材质时，中心管141不与极柱31连接，此时参照第一实施例的结构。

需要说明的是，本实施例通过上述卷绕装置成型的电芯极组，不限于圆柱电池的装配制造，还可以适用于方形电池的装配制造。

作为优选的，第一集流盘142和第二集流盘143表面均开设有至少一个下液孔140。方便电解液入壳后，可以通过下液孔140渗入到极片中，提高导电性能。

以上仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。