一种多极片圆柱极芯、多极片圆柱电芯及制作方法与流程

1.本说明书一个或多个实施例涉及圆柱电池技术领域，尤其涉及一种多极片圆柱极芯、多极片圆柱电芯及制作方法。


背景技术：

2.目前锂离子电芯从结构上大体分为方形电芯、圆柱电芯、软包电芯等。其中，圆柱电芯的力学性能很好，与另外两种形态相比，在充放电过程中其抗变形能力最强，而且尺寸型号较容易达成统一，便于电池系统的平台化。另外圆柱电芯由于单体能量小，因此在发生事故时其失效形式易于控制。然而也正是因为其单体能量小，因此在电动汽车场景下一个电池系统就需要大量的圆柱电芯，这便增加了电池系统的复杂程度，无论机构还是管理系统的成本，与其他结构电芯相比都会更高。因此近几年各大电池、整车企业都在将目光转移到更大容量的圆柱电芯上，随着电芯容量的增大，对电芯的过流能力要求也会增加，现有的工艺方案已经不能满足过流要求，因此目前常用的方式是将卷芯进行揉平，形成全极耳。但目前的技术存在的问题是揉平的极耳形貌可控性不好，并且表面形态难以实现直接与顶盖的焊接，因此通常需要焊接集流盘用于与顶盖的焊接，全极耳和焊接集流盘造成加工工艺复杂，电池腔体内可用空间相对变小，进而导致电池能量密度下降。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种多极片圆柱极芯、多极片圆柱电芯及制作方法，以解决全极耳的电池腔体内可用空间相对变小，进而导致电池能量密度下降的问题。
4.基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种多极片圆柱极芯，所述多极片圆柱极芯包括：正极卷轴组件，所述正极卷轴组件包括多个正极卷针以及正极焊接盘，各个所述正极卷针设置在所述正极焊接盘上，每两个正极卷针之间具有一个第一容纳空间，每个正极卷针具有一个正极导电面以及至少一个正极绝缘面；
5.负极卷轴组件，所述负极卷轴组件包括多个负极卷针以及负极焊接盘，所述负极卷针的数量与所述正极卷针的数量相同，各个所述负极卷针设置在所述负极焊接盘上，所述负极卷针具有一个负极导电面以及至少一个负极绝缘面；其中，
6.所述正极卷轴组件与所述负极卷轴组件插接，以使一个负极卷针位于一个所述第一容纳空间内；
7.每个所述负极卷针的负极导电面与其相邻的一个正极卷轴的正极绝缘面相对设置；
8.每个所述正极卷针的正极导电面与其相邻的一个负极卷轴的负极绝缘面相对设置。
9.可选地，一个所述负极卷针的负极导电面与其相邻的所述正极卷针之间具有第二容纳空间；一个所述正极卷针的正极导电面与其相邻的一个负极卷轴之间具有第三容纳空
间；
10.所述多极片圆柱极芯进一步包括：多个正极片组件，所述正极片组件数量与所述正极卷针的数量相同，所述正极片组件设置在所述第三容纳空间内，所述正极片组件具有一个正极片未涂布区域，所述正极片未涂布区域与一个所述正极卷针的正极导电面接触且与一个所述负极卷针的负极绝缘面接触；
11.多个负极片组件，所述负极片组件数量与所述负极卷针的数量相同，所述负极片组件设置在所述第二容纳空间内，所述负极片组件具有一个负极片未涂布区域，所述负极片未涂布区域与一个所述负极卷针的负极导电面接触且与一个所述正极卷针的正极绝缘面接触。
12.可选地，所述正极片组件包括：正极片和正极隔离片，所述正极片和正极隔离片相邻设置；
13.所述负极片组件包括：负极片和负极隔离片，所述负极片和负极隔离片相邻设置。
14.本说明书一个或多个实施例还提供了一种多极片圆柱电芯，所述多极片圆柱电芯包括：电芯外壳、正极顶盖组件、负极绝缘组件以及上述的多极片圆柱极芯；其中，
15.所述多极片圆柱极芯设置在所述电芯外壳内；
16.所述多极片圆柱极芯的负极卷轴组件与所述电芯外壳的负极端相对设置；
17.所述负极绝缘组件设置于所述多极片圆柱极芯的负极卷轴组件与所述电芯外壳的负极端的缝隙内；
18.所述正极顶盖组件连接于所述多极片圆柱极芯的正极卷轴组件，所述正极顶盖组件部分连接于所述电芯外壳的正极端。
19.可选地，所述多极片圆柱电芯还包括传感器组件，所述传感器组件设置于任意一个正极卷针上。
20.本说明书一个或多个实施例提供了一种多极片圆柱极芯制作方法，所述多极片圆柱极芯制作方法包括：
21.将所述正极卷轴组件与所述负极卷轴组件插接，其中，
22.所述正极卷轴组件包括多个正极卷针以及正极焊接盘，各个所述正极卷针设置在所述正极焊接盘上，每两个正极卷针之间具有一个第一容纳空间，每个正极卷针具有一个正极导电面以及至少一个正极绝缘面；
23.所述负极卷轴组件包括多个负极卷针以及负极焊接盘，所述负极卷针的数量与所述正极卷针的数量相同，各个所述负极卷针设置在所述负极焊接盘上，所述负极卷针具有一个负极导电面以及至少一个负极绝缘面；
24.所述正极卷轴组件与所述负极卷轴组件插接，以使一个负极卷针位于一个所述第一容纳空间内；
25.每个所述负极卷针的负极导电面与其相邻的一个正极卷轴的正极绝缘面相对设置；
26.每个所述正极卷针的正极导电面与其相邻的一个负极卷轴的负极绝缘面相对设置。
27.可选地，在所述将正极卷轴组件与所述负极卷轴组件插接之前，所述多极片圆柱极芯制作方法还包括：
28.将一个正极片组件插入至一个第三容纳空间中，以使每个第三容纳空间中均具有一个正极片组件；
29.将一个负极片组件插入至一个第二容纳空间中，以使每个第二容纳空间中均具有一个负极片组件；其中，
30.正极片未涂布区域与正极导电面贴合，负极片未涂布区域与负极导电面贴合。
31.可选地，所述多极片圆柱极芯制作方法进一步包括：
32.以所述正极卷轴组件与所述负极卷轴组件为轴进行卷绕，使得多个正极片组件和多个负极片组件围绕在所述正极卷轴组件与所述负极卷轴组件外侧。
33.本说明书一个或多个实施例还提供了一种多极片圆柱电芯制作方法，所述多极片圆柱电芯制作方法包括：
34.采用上述的多极片圆柱极芯制作方法制作多极片圆柱极芯；
35.将所述负极绝缘组件放入所述电芯外壳内；
36.将所述多极片圆柱极芯的负极向内插入所述电芯外壳内；
37.将所述正极顶盖组件放到所述多极片圆柱极芯的正极外侧；
38.使用折边封口设备将电芯外壳开口端向内弯折，压住所述正极顶盖组件。
39.可选地，所述将所述多极片圆柱极芯的负极向内插入所述电芯外壳内之后还包括：
40.将传感器组件的导线穿过所述正极顶盖组件连接至外部控制系统。
41.本技术至少存在以下有益技术效果：
42.基于本技术的多极片圆柱电芯中正极卷轴和负极卷轴的使用，实现多个极片同时卷绕，每个单独极片均可独立传导电流，并借由卷轴进行电流的输入输出，实现大的过流面积，并且同时对多个极片进行卷绕，提高卷绕效率。与此同时，正极卷轴与负极卷轴的焊接盘可以直接与顶盖和壳体进行焊接，无需焊接集流盘，也无需留出折极耳空间，使电芯结构更加紧凑。
附图说明
43.为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书一个或多个实施例，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。
44.图1为本说明书一个或多个实施例提供的多极片圆柱电芯的结构示意图；
45.图2为本说明书一个或多个实施例提供的多极片圆柱电芯的立体示意图；
46.图3为本说明书一个或多个实施例提供的正极卷轴组件结构示意图；
47.图4为图5中圆圈部分的放大图；
48.图5为本说明书一个或多个实施例提供的正极卷轴组件与负极卷轴组件插接示意图；
49.图6为本说明书一个或多个实施例提供的正极片组件和负极片组件插接后的截面示意图；
50.图7为本说明书一个或多个实施例提供的多极片圆柱极芯制作方法中卷绕步骤的
示意图。
51.其中，附图标记说明如下：
52.1-电芯外壳；2-正极顶盖组件；21-正极顶盖；22-正极绝缘件；3-负极绝缘组件；4-多极片圆柱极芯；41-正极卷轴组件；411-正极卷针；4111-正极导电面；4112-正极绝缘面；412-正极焊接盘；42-负极卷轴组件；421-负极卷针；422-负极焊接盘；43-正极片组件；431-正极片；432-正极隔离片；44-负极片组件；441-负极片；442-负极隔离片；5-传感器组件；6-外部控制系统。
具体实施方式
53.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
54.需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
55.图1为本说明书一个或多个实施例提供的多极片圆柱电芯的结构示意图；
56.图2为本说明书一个或多个实施例提供的多极片圆柱电芯的立体示意图。
57.参照图1和2，本技术的一个实施例提供了一种多极片圆柱电芯，多极片圆柱电芯包括：电芯外壳1、正极顶盖组件2、负极绝缘组件3以及多极片圆柱极芯4；其中，
58.多极片圆柱极芯4设置在电芯外壳1内；
59.多极片圆柱极芯4的负极卷轴组件42与电芯外壳1的负极端相对设置；
60.负极绝缘组件3设置于多极片圆柱极芯4的负极卷轴组件42与电芯外壳1的负极端的缝隙内；
61.正极顶盖组件2连接于多极片圆柱极芯4的正极卷轴组件41，正极顶盖组件2部分连接于电芯外壳1的正极端。
62.基于本技术提出的多极片圆柱极芯4代替了传统的极片通过极耳传递电流，在提高过流能力的同时，可以直接用焊接盘与顶盖焊接，减少了为预留折极耳和固定电芯所需要的辊槽空间，提高电芯内部空间利用率。
63.在一实施例中，正极顶盖组件2包括正极顶盖21和正极绝缘件22；
64.正极绝缘件22沿周向套设于正极顶盖21。正极绝缘件22用于在电芯外壳1与正极顶盖21之间进行绝缘。正极顶盖21连接于多极片圆柱极芯4的正极卷轴组件41并向外传导电流。
65.图3为本说明书一个或多个实施例提供的正极卷轴组件结构示意图；
66.图4为图5中圆圈部分的放大图；
67.图5为本说明书一个或多个实施例提供的正极卷轴组件与负极卷轴组件插接示意
图；
68.图6为本说明书一个或多个实施例提供的正极片组件和负极片组件插接后的截面示意图。
69.参照图3-6，在一实施例中，多极片圆柱极芯4包括：正极卷轴组件41和负极卷轴组件42；
70.正极卷轴组件41包括多个正极卷针411以及正极焊接盘412，各个正极卷针411设置在正极焊接盘412上，每两个正极卷针411之间具有一个第一容纳空间，每个正极卷针411具有一个正极导电面4111以及至少一个正极绝缘面4112；
71.负极卷轴组件42包括多个负极卷针421以及负极焊接盘422，负极卷针421的数量与正极卷针411的数量相同，各个负极卷针421设置在负极焊接盘422上，负极卷针421具有一个负极导电面(未示出)以及至少一个负极绝缘面(未示出)；其中，
72.正极卷轴组件41与负极卷轴组件42插接，以使一个负极卷针421位于一个第一容纳空间内；
73.每个负极卷针421的负极导电面与其相邻的一个正极卷轴的正极绝缘面4112相对设置；
74.每个正极卷针411的正极导电面4111与其相邻的一个负极卷轴的负极绝缘面相对设置。
75.基于正极卷轴41和负极卷轴42的使用，大大增加过流面积，并且可以同时安装多个极片，进一步增加了电池容量。与此同时，正极焊接盘412和负极焊接盘422可以直接与顶盖和壳体进行焊接，无需焊接集流盘，也无需留出折极耳空间，使电芯结构更加紧凑。
76.具体来说，负极卷针421与正极卷针411的结构相同，下面以正极卷针411为例详细介绍。正极焊接盘412如图5所示的形状，在圆柱电池中使用也可以为圆柱、圆台等任意形状，当然，在其他形状的电池使用也可以为多面体，总的来说正极焊接盘412是为了将多个正极卷针411进行固定，并传导电流，只要能满足以上需求即可，对材料和形状可以根据需求任意设置。
77.正极卷针411设置在负极焊接盘422的一侧，数量可以根据电池的性能调整，优选2-8个。如图5所示，正极卷针411的导电面和与其相对的面为倾斜斜面，靠近正极焊接盘的一端较远离焊接盘的一端更宽，使得侧面如图5所示的形状，由于这样的设计在插接过程中，随着插接深度的增加，可以使得正极卷针与负极卷针接触面更加紧密。
78.举例来说：
79.用于锂离子电池时，正极卷轴组件41材质为铝，负极卷针为铜铝复合，其中，可以是负极焊接盘为铜铝复合材质，远离负极卷针的一侧为铝制，靠近负极卷针的一侧是铜制，负极卷针为铜材质，也可以是负极焊接盘是铝制，负极卷针是铜制。
80.用于钠离子电池时，正负极均为铝卷轴。
81.用于固态电池时，正极隔离片和负极隔离片为固态电解质，也可以先将正极隔离片与正极片通过压制或者涂布等工艺复合成一个“片”，负极可以是负极片，也可以是锂箔。
82.在一实施例中，一个负极卷针421的负极导电面与其相邻的正极卷针411之间具有第二容纳空间；一个正极卷针411的正极导电面4111与其相邻的一个负极卷轴之间具有第三容纳空间；
83.多极片圆柱极芯4进一步包括：多个正极片组件43，多个负极片组件44；
84.正极片组件43数量与正极卷针411的数量相同，正极片组件43设置在第三容纳空间内，正极片组件43具有一个正极片未涂布区域，正极片未涂布区域与一个正极卷针411的正极导电面4111接触且与一个负极卷针421的负极绝缘面接触；
85.负极片组件44数量与负极卷针421的数量相同，负极片组件44设置在第二容纳空间内，负极片组件44具有一个负极片未涂布区域，负极片未涂布区域与一个负极卷针421的负极导电面接触且与一个正极卷针411的正极绝缘面4112接触。
86.具体地，使用负极卷针421和正极卷针411代替传统的极耳，实现多个极片同时卷绕，每个单独极片均可独立传导电流，并借由卷轴进行电流的输入输出，实现大的过流面积，并且同时对多个极片进行卷绕，提高卷绕效率。
87.在一实施例中，参照图6；正极片组件43包括：正极片431和正极隔离片432，正极片431和正极隔离片432相邻设置；
88.负极片组件44包括：负极片441和负极隔离片442，负极片441和负极隔离片442相邻设置。
89.具体地，正极片组件43与负极片组件44数量相同。正极片组件43和负极片组件44间隔设置，具体的位置关系为：正极片431、正极隔离片432、负极片441、负极隔离片442依次设置，并卷绕在正极卷轴组件41与负极卷轴组件42外侧。
90.在一实施例中，多极片圆柱电芯还包括传感器组件5，传感器组件5设置于任意一个正极卷针411上，电连接于外部控制系统。
91.本技术的多极片圆柱电芯创新性的提出了正极卷轴和负极卷轴，采用正负极卷轴插接的方式实现多极片的固定，正极卷轴和负极卷轴与多极片之间接触面作为电流传导面，实现大的过流面积，将多极片同时进行卷绕，提高卷绕效率，卷轴顶端焊接盘，可以直接作为极柱与顶盖和壳体进行焊接，使电芯结构更加紧凑。
92.传感器组件5包括：压力传感器和温度传感器，用于采集温度和压力信号并发送至外部控制系统6。
93.图5为本说明书一个或多个实施例提供的正极卷轴组件与负极卷轴组件插接示意图；
94.图6为本说明书一个或多个实施例提供的正极片组件和负极片组件插接后的截面示意图；
95.图7为本说明书一个或多个实施例提供的多极片圆柱极芯制作方法中卷绕步骤的示意图。
96.本技术的另一个实施例提供了一种多极片圆柱极芯4制作方法，多极片圆柱极芯4制作方法包括：
97.将正极卷轴组件41与负极卷轴组件42插接，其中，
98.正极卷轴组件41包括多个正极卷针411以及正极焊接盘412，各个正极卷针411设置在正极焊接盘412上，每两个正极卷针411之间具有一个第一容纳空间，每个正极卷针411具有一个正极导电面4111以及至少一个正极绝缘面4112；
99.负极卷轴组件42包括多个负极卷针421以及负极焊接盘422，负极卷针421的数量与正极卷针411的数量相同，各个负极卷针421设置在负极焊接盘422上，负极卷针421具有
一个负极导电面以及至少一个负极绝缘面；
100.正极卷轴组件41与负极卷轴组件42插接，以使一个负极卷针421位于一个第一容纳空间内；
101.每个负极卷针421的负极导电面与其相邻的一个正极卷轴的正极绝缘面4112相对设置；
102.每个正极卷针411的正极导电面4111与其相邻的一个负极卷轴的负极绝缘面相对设置。
103.在一实施例中，在将正极卷轴组件41与负极卷轴组件42插接之前，多极片圆柱极芯4制作方法还包括：
104.将一个正极片组件43插入至一个第三容纳空间中，以使每个第三容纳空间中均具有一个正极片组件43；
105.将一个负极片组件44插入至一个第二容纳空间中，以使每个第二容纳空间中均具有一个负极片组件44；其中，
106.正极片431未涂布区域与正极导电面4111贴合，负极片441未涂布区域与负极导电面贴合。
107.在一实施例中，多极片圆柱极芯4制作方法进一步包括：
108.以正极卷轴组件41与负极卷轴组件42为轴进行卷绕，使得多个正极片组件43和多个负极片组件44围绕在正极卷轴组件41与负极卷轴组件42外侧。
109.举例来说，参照图7，旋转正极卷轴组件41与负极卷轴组件42以使得多个正极片组件43和多个负极片组件44围绕在正极卷轴组件41与负极卷轴组件42外侧。
110.本技术的另一个实施例提供了一种多极片圆柱电芯制作方法，多极片圆柱电芯制作方法包括：
111.采用上述的多极片圆柱极芯4制作方法制作多极片圆柱极芯4；
112.将负极绝缘组件3放入电芯外壳1内；
113.将多极片圆柱极芯4的负极向内插入电芯外壳1内；
114.将正极顶盖组件2放到多极片圆柱极芯4的正极外侧；
115.使用折边封口设备将电芯外壳1开口端向内弯折，压住正极顶盖组件2。
116.在一实施例中，电芯外壳1底部有第一通孔，正极顶盖组件2具有第二通孔；
117.多极片圆柱电芯制作方法进一步包括：
118.将多极片圆柱极芯4的负极焊接盘422插入第一通孔，使得负极焊接盘422的外表面与电芯外壳1平齐，将负极焊接盘422的外表面与外壳的接触缝隙使用激光焊接进行密封焊接；
119.将正极焊接盘412的外表面穿过第二通孔，将正极焊接盘412的外表面与正极顶盖组件2的接触缝隙使用激光焊接进行密封焊接。
120.在一实施例中，传感器组件5在制造正极卷针411时已经预先安装在正极卷针411上。在一实施例中，将多极片圆柱极芯4的负极向内插入电芯外壳1内之后还包括：
121.将传感器组件5的导线穿过正极顶盖组件2连接至外部控制系统6。
122.正极绝缘件22预留有通孔，在将多极片圆柱极芯4的负极向内插入电芯外壳1内之后，将传感器组件5的导线穿过通孔连接至外部控制系统6，并对通孔进行密封。
123.本实施例提出的圆柱电池具有如下优点：
124.(1)开创性的提出了正极卷轴和负极卷轴，采用正负极卷轴插接的方式实现多极片的固定；
125.(2)正极卷轴和负极卷轴与极片之间接触面作为电流传导面，实现大的过流面积；
126.(3)将多极片同时进行卷绕，提高卷绕效率；
127.(4)卷轴顶端焊接盘，可以直接作为极柱与顶盖和壳体进行焊接，使电芯结构更加紧凑；
128.(5)内置传感器，可以快速准确的进行电池检测。
129.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
130.另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(ic)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
131.尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态ram(dram))可以使用所讨论的实施例。
132.本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。