适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及锂电池结构，具体涉及适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺。

背景技术

当前，传统圆柱电池盖板结构复杂；盖帽作为正极，壳体做为负极，组装成电池模组时正负极从圆柱电池两端进行导电连结不便于外部模组汇流排的设计和焊接；另外因极耳少影响电池的功率性能，随着圆柱尺寸的增加，现有的极耳形式或结构形式难以快速导热传热。目前结构大多采用滚槽方式封口，滚槽位置至少需要占用2-3mm空间，降低了电芯的空间利用率和能量密度，整体结构的焊接效率低，设备投入成本高，生产工序多，焊接稳定性差，且焊接质量无法检测，同时焊接通过激光穿透焊接或者超声扭矩焊接的效率低，容易产生焊接粉尘，焊接质量无法保证；在电池的密封中注液密封钉的焊接由于电解液的残留，需要清洁，影响焊接密封质量，导致漏液情况发生。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明提供了适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺，用以解决现有技术电池组装效率低、传热性不好、焊接效率低和出现漏液等问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：公开了适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺，包括壳体组件，壳体组件包括外壳，外壳为U形结构，外壳内部安装卷芯件，卷芯件两端设有极耳，卷芯件一端的极耳端焊接第一汇流盘，卷芯件另一端的极耳焊接第二汇流盘，第一汇流盘紧贴外壳的U形结构的底端，外壳的U形结构的开口处设有第二汇流盘，第二汇流盘远离卷芯件一侧设有盖板，第二汇流盘与外壳和盖板焊接为一体结构；第一汇流盘表面中心点上设有注液孔，注液孔周围设有四个L形冲切孔，注液孔周围设有第一中心凸台，第二汇流盘表面中心点处设有第二中心凸台，第二中心凸台周围设有四个L形冲切孔，第二汇流盘边缘上具有与第二中心凸台相反方向的翻边。注液孔主要用于方便第一汇流盘与极柱中心孔定位安装以及通过抽芯铆钉的压紧来电联接，同时注液孔也是作为电解液注入的孔。

进一步的，外壳紧贴第一汇流盘的一端开有中心孔，中心孔内设有极柱，极柱贯穿中心孔设置，极柱的中心点处开有通孔，通孔内部设有台阶，极柱与外壳之间设有绝缘片，绝缘片与极柱之间设有密封圈，密封圈和极柱远离绝缘片的一端之间设有密封圈。第一汇流盘设有第一中心凸台和注液孔，且极柱开有通孔，便于电解液注入和第一汇流盘的第一中心凸台与通孔拉铆连接，密封方式简单且效率高。

进一步的，L形冲切孔的长边与相邻L形冲切孔的长边平行，L形冲切孔的短边与相邻L形冲切孔的短边平行，注液孔周围的L形冲切孔的两边夹角指向注液孔；定位通孔周围的L形冲切孔的两边夹角指向定位通孔。L形冲切孔主要用于第一汇流盘和第二汇流盘与电芯极耳焊接后的高度自适应性和吸收电解液及卷芯件高度公差，4个L形冲切孔根部围成一个导电薄弱区域，当外部电流过大时熔断，提高电芯的安全性。

进一步的，第二中心凸台为锥形结构，第二中心凸台插入卷芯件的中心孔中，第二汇流盘的翻边外侧与外壳的内壁和盖板贴合并采用立式激光焊接为一体结构，提高焊接效率。第二中心凸台主要用于插入卷芯件中用于定位。

进一步的，第一汇流盘的注液孔通过抽芯铆钉密封，极柱通过抽芯铆钉固定在外壳上。极柱设有通孔并采用密封圈加抽芯铆钉组合连接密封结构，一方面抽芯铆钉将第一汇流盘的第一中心凸台与通孔边缘挤压贴紧，实现电联接，另一方面没有使用注液密封钉焊接时电解液残留导致的焊接不良，提高密封合格率。

进一步的，盖板表面轴向边缘处设有定位阶，盖板与外壳搭接的圆周周边厚度进行减薄处理，减薄处理后的厚度为原厚度的0.5倍，盖板的中心位置处设有圆孔形状与三个拖尾形状组合形成的防爆刻痕。盖板四周减薄设计与汇流盘及壳体配合，便于减小激光焊接能量就能把盖板、汇流盘及壳体焊接在一起，实现密封和导电连接功能，同时减少了一次焊接，且立式激光振镜圆周焊接效率高于侧面旋转圆周焊接，降低成本，提高效率，同时减小激光焊接能量有利于减少焊接缺陷，提高焊接良品率；盖板防爆刻痕设计，便于电芯失效时的开阀以及减小开阀所需高度空间。

进一步的，卷芯件采用多极耳卷芯、全极耳卷芯和切叠极耳卷芯中的一种。

进一步的，密封圈采用橡胶材质。橡胶材质的密封圈在工作压力和一定的温度范围内，具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能，摩擦系数稳定，抗腐蚀能力强，结构简单，使用维护方便，有更长的寿命。

组装适用高速化生产圆柱型电池的工艺，包括如下步骤：

S1、对卷绕后的卷芯件进行极耳整形，使卷芯件上的极耳贴紧为平面状态；

S2、卷芯件的极耳分别与第一汇流盘和第二汇流盘进行激光焊接；

S3、将焊接好后的结构从外壳开口处插入外壳内部；

S4、外壳开口处压紧盖板进行立式激光焊接，将盖板、第二汇流盘和外壳熔融密封在一起，形成电联接；

S5、通过中心孔和注液孔进行注液；

S6、在极柱上安装密封圈，采用抽芯铆钉进行拉铆密封。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明中的盖板、外壳和第二汇流盘一体立式焊接的设计使得正负极导到同侧便于模组或系统的汇流盘设计和焊接，同时提高了生产效率，降低制造成本；第一汇流盘和第二汇流盘上上设计冲切“L”形通孔结构，具有吸收电解液及卷芯件高度公差的作用。盖板四周减薄设计与汇流盘及壳体配合，便于减小激光焊接能量就能把盖板、汇流盘及壳体焊接在一起，实现密封和导电连接功能，降低成本，提高效率，盖板防爆刻痕设计，便于电芯失效时的开阀以及减小开阀所需高度空间。

2、本发明的电池过流能力强，适合大倍率充放电，散热能力好，提高电池的快充寿命，且整体装配简单，适用于高速化制造，成本较低。

3、本发明中极柱设有通孔并采用密封圈加抽芯铆钉组合连接密封结构，抽芯铆钉将第一汇流盘的第一中心凸台与通孔边缘挤压贴紧，实现电联接，密封效果更好，提高密封合格率。

附图说明

图1为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的剖视结构示意图；

图2为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的爆炸图；

图3为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的壳体组件的剖视结构示意图；

图4为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的剖视结构示意图；

图5为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的第一汇流盘的结构示意图；

图6为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的第一汇流盘的俯视图；

图7为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的第一汇流盘的正视图；

图8为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的第二汇流盘的结构示意图；

图9为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的第二汇流盘的俯视图；

图10为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的第二汇流盘的正视图；

图11为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的盖板的结构示意图；

图12为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的盖板的俯视图；

图13为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的盖板的正视图；

图14为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的多极耳卷芯的结构示意图；

图15为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的全极耳卷芯的结构示意图；

图16为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的切叠极耳卷芯的结构示意图；

图17为本发明适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺的切叠极耳卷芯的卷芯件焊接第一汇流盘和第二汇流盘的结构示意图。

附图标记：

1、壳体组件；101、外壳；102、中心孔；103、极柱；104、通孔；105、台阶；106、绝缘片；107、密封圈；2、卷芯件；201、极耳；202；多极耳卷芯；203；全极耳卷芯；204、切叠极耳卷芯；3、第一汇流盘；301、注液孔；302、第一中心凸台；303、L形冲切孔；4、第二汇流盘；401、第二中心凸台；402、翻边；5、盖板；501、定位阶；502、防爆刻痕；6、抽芯铆钉。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

在本发明中，为组件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序和技术含义。本申请所说的“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接或间接连接。需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“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，只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。

如图1-10所示，适用高速化生产圆柱型电池及其组装工艺，包括壳体组件1，壳体组件1包括外壳101，外壳101为U形结构，外壳101内部安装卷芯件2，卷芯件2两端设有极耳201，卷芯件2一端的极耳201端焊接第一汇流盘3，卷芯件2另一端的极耳201焊接第二汇流盘4，第一汇流盘3紧贴外壳101的U形结构的底端，外壳101的U形结构的开口处设有第二汇流盘4，第二汇流盘4远离卷芯件2一侧设有盖板5，第二汇流盘4与外壳101和盖板5焊接为一体结构；第一汇流盘3表面中心点上设有注液孔301，注液孔301周围设有四个L形冲切孔303，注液孔301周围设有第一中心凸台302，第二汇流盘4表面中心点处设有第二中心凸台401，第二中心凸台401周围设有四个L形冲切孔303，第二汇流盘4边缘上具有与第二中心凸台401相反方向的翻边402。注液孔301主要用于方便第一汇流盘3与极柱103中心孔102定位安装以及通过抽芯铆钉6的压紧来电联接，同时注液孔301也是作为电解液注入的孔。

外壳101紧贴第一汇流盘3的一端开有中心孔102，中心孔102内设有极柱103，极柱103贯穿中心孔102设置，极柱103的中心点处开有通孔104，通孔104内部设有台阶105，极柱103与外壳101之间设有绝缘片106，绝缘片106与极柱103之间设有密封圈107，密封圈107和极柱103远离绝缘片106的一端之间设有密封圈107。第一汇流盘3设有第一中心凸台302和注液孔301，且极柱103开有通孔104，便于电解液注入和第一汇流盘3的第一中心凸台302与通孔104拉铆连接，密封方式简单且效率高。

优选地，L形冲切孔303的长边与相邻L形冲切孔303的长边平行，L形冲切孔303的短边与相邻L形冲切孔303的短边平行，注液孔301周围的L形冲切孔303的两边夹角指向注液孔301；定位通孔104周围的L形冲切孔303的两边夹角指向定位通孔104。L形冲切孔303主要用于第一汇流盘3和第二汇流盘4与电芯极耳201焊接后的高度自适应性和吸收电解液及卷芯件2高度公差，4个L形冲切孔303根部围成一个导电薄弱区域，当外部电流过大时熔断，提高电芯的安全性。

优选地，第二中心凸台401为锥形结构，第二中心凸台401插入卷芯件2的中心孔102中，第二汇流盘4的翻边402外侧与外壳101的内壁和盖板5贴合并采用立式激光焊接为一体结构，提高焊接效率。第二中心凸台401主要用于插入卷芯件2中用于定位。

优选地，第一汇流盘3的注液孔301通过抽芯铆钉6密封，极柱103通过抽芯铆钉6固定在外壳101上。极柱103设有通孔104并采用密封圈107加抽芯铆钉6组合连接密封结构，一方面抽芯铆钉6将第一汇流盘3的第一中心凸台302与通孔104边缘挤压贴紧，实现电联接，另一方面没有使用注液密封钉焊接时电解液残留导致的焊接不良，提高密封合格率。

如图11-13所示，盖板5表面轴向边缘处设有定位阶105，盖板5与外壳101搭接的圆周周边厚度进行减薄处理，减薄处理后的厚度为原厚度的0.5倍，盖板5的中心位置处设有圆孔形状与三个拖尾形状组合形成的防爆刻痕。盖板5四周减薄设计与汇流盘及壳体配合，便于减小激光焊接能量就能把盖板5、汇流盘及壳体焊接在一起，实现密封和导电连接功能，同时减少了一次焊接，且立式激光振镜圆周焊接效率高于侧面旋转圆周焊接，降低成本，提高效率，同时减小激光焊接能量有利于减少焊接缺陷，提高焊接良品率；盖板5防爆刻痕设计，便于电芯失效时的开阀以及减小开阀所需高度空间。

如图14-17所示，卷芯件采用多极耳卷芯、全极耳卷芯和切叠极耳卷芯中的一种。

优选地，密封圈107采用橡胶材质。橡胶材质的密封圈107在工作压力和一定的温度范围内，具有良好的密封性能，并随着压力的增加能自动提高密封性能，摩擦系数稳定，抗腐蚀能力强，结构简单，使用维护方便，有更长的寿命。

组装适用高速化生产圆柱型电池的工艺，包括如下步骤：

S1、对卷绕后的卷芯件2进行极耳201整形，使卷芯件2上的极耳201贴紧为平面状态；

S2、卷芯件2的极耳201分别与第一汇流盘3和第二汇流盘4进行激光焊接；

S3、将焊接好后的结构从外壳101开口处插入外壳101内部；

S4、外壳101开口处压紧盖板5进行立式激光焊接，将盖板5、第二汇流盘4和外壳101熔融密封在一起，形成电联接；

S5、通过中心孔102和注液孔301进行注液；

S6、在极柱103上安装密封圈107，采用抽芯铆钉6进行拉铆密封。

本结构组装时，卷芯件2的极耳201与第一汇流盘3和第二汇流盘4焊接，第二汇流盘4的第二中心凸台401定位在卷芯件2上，焊接好后将卷芯件2，第一汇流盘3和第二汇流盘4从外壳101的U形结构的开口处装入，第一汇流盘3的第一中心凸台302精准卡入极柱103的通孔104中，装好后盖上盖板5压紧，第二汇流盘4的翻边402的外圈与外壳101内圈和盖板5搭在外壳101上的部分贴合，进行立式激光周边焊，通过注液孔301和通孔104向卷芯件2内注液，注液完成后将抽芯铆钉6穿过注液孔301，通过工具进行拉铆，将抽芯铆钉6内部芯体拉出，留在注液孔301处的铆钉横向膨胀将注液孔301处密封，极柱103也通过拉铆固定在外壳101上，保证整体的密封。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用型。