圆柱电芯结构及其制作方法与流程

本发明涉及锂离子电池，具体是关于一种圆柱电芯结构及其制作方法。

背景技术：

1、4680圆柱电芯因能量密度高，单一电芯采用全极耳大幅降低内阻、提升功率、安全性、快充性能，目前主流电池厂均在研发4680圆柱电芯。但在模组或pack组装时，电芯与电芯之间无法贴合，导致模组或pack体积利用率较低(此处空间目前多数用来填充散热材料或结构固定)。同时为追求圆柱电芯的高能量密度，电芯主材多数采用高压实材料，电解液浸润较差，浸润时间较长，注液难度大，同时因电芯内部空间应用极致，导致电芯的游离电解液较少，循环性能存在隐患。

2、因此，提高整体圆柱系统的体积利用率以及解决圆柱电芯注液难、浸润难、游离少的问题成为圆柱电芯开发中难点。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的是提供一种圆柱电芯结构及其制作方法，能够提高电芯内部可用空间，进而增加游离电解液的量。

2、为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

3、本发明所述的圆柱电芯结构，包括：电芯组件，若干个圆柱电芯绕一个设置中心周向设置以形成电芯组件，且在电芯组件的设置中心位置留有空隙，所述空隙内填充有电解液；正极集流盘，包括集流盘极柱和集流盘本体，若干个集流盘本体绕所述集流盘极柱周向设置，且与所述集流盘极柱连接；每个所述集流盘本体对应一个所述圆柱电芯，且每个所述集流盘本体与对应的所述圆柱电芯的正极耳焊接；正极止动架，盖设在所述正极集流盘的顶部，用于对正极集流盘和电芯组件进行限位；所述正极止动架为由若干个圆盘状结构的止动架本体集成为花瓣状的一体结构。

4、所述的圆柱电芯结构，优选地，还包括电芯壳体组件；所述电芯壳体组件包括外壳本体、绝缘环和正极极柱；所述外壳本体为由若干个柱形壳体集成为截面为花瓣状的一体结构；所述绝缘环套设在所述正极极柱外，且与所述外壳本体的顶部固定连接；所述外壳本体罩设在带有正极集流盘和正极止动架的所述电芯组件外，且所述集流盘极柱依次穿过所述正极止动架和所述外壳本体的顶部中心后与所述正极极柱紧配合。

5、所述的圆柱电芯结构，优选地，所述集流盘极柱的外壁上设置有若干个定位块，所述正极极柱的内壁设置有若干个相对应的定位槽；在所述集流盘极柱与所述正极极柱紧配合时，所述定位块与定位槽配合连接。

6、所述的圆柱电芯结构，优选地，所述电芯壳体组件还包括密封圈，所述密封圈设置于所述绝缘环和所述外壳本体的顶部之间。

7、所述的圆柱电芯结构，优选地，还包括密封铝片和密封胶钉，所述密封铝片盖设在所述正极极柱的自由端，并通过密封胶钉密封。

8、所述的圆柱电芯结构，优选地，还包括负极集流盘和负极盖板，所述负极集流盘为由若干个圆盘状结构集成为花瓣状的一体结构；每个圆盘状结构对应一个圆柱电芯；所述圆柱电芯的负极极耳与所述负极集流盘的圆盘状结构焊接；所述负极盖板盖设在所述带有负极集流盘的所述电芯组件的底部，以对电芯组件的底部进行密封。

9、所述的圆柱电芯结构，优选地，还包括防爆阀；所述防爆阀设置在所述负极集流盘的中心位置；且所述负极盖板中心设置有通孔，以使所述防爆阀伸出所述负极盖板外。

10、所述的圆柱电芯结构，优选地，所述集流盘极柱上设置有注液孔；所述注液孔与所述电芯组件的空隙相对应。

11、所述的圆柱电芯结构，优选地，所述正极止动架的外壁上设置有电芯限位结构，在正极止动架与所述电芯组件配合时，所述电芯限位结构用于与圆柱电芯配合，以对圆柱电芯进行限位；所述正极止动架的止动架本体中心设置有电芯定位结构，所述电芯定位结构用于与圆柱电芯的卷针进行配合，以对圆柱电芯进行定位。

12、本发明所述的圆柱电芯结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

13、(1)外壳本体通过一体冲压而成，再将密封圈、绝缘环以及正极极柱与外壳本体集成为一个整体，形成电芯壳体组件；

14、(2)将圆柱电芯的正极耳和正极集流盘通过激光焊接，连接在一起，形成焊接后的电芯结构体，所述正极集流盘中间区域引出集流盘极柱；

15、(3)将正极止动架扣合在步骤(2)中焊接后的电芯结构体上，形成组合体；

16、(4)将步骤(3)中的组合体，装入步骤(1)中电芯壳体组件，使正极集流盘上的集流盘极柱和正极极柱配合，采用激光焊将正极集流盘和正极极柱相连接；

17、(5)将负极集流盘平整面和步骤(4)中组合体的负极极耳进行焊接；

18、(6)将负极盖板和步骤(5)中负极集流盘进行焊接。

19、所述的制作方法，优选地，所述正极极柱中间开孔，连通到电芯组件内部的空隙。

20、所述的制作方法，优选地，所述集流盘极柱外径和正极极柱内径一致，以使二者紧密配合，其中，在集流盘极柱中间开注液孔，注液孔连通电芯组件内部的空隙。

21、所述的制作方法，优选地，在所述正极止动架上设置电芯限位结构和电芯定位结构，通过柱形锥体形状的电芯定位结构进行定位，通过电芯限位结构，将圆柱电芯位置进行限制，防止卷芯晃动。

22、所述的制作方法，优选地，在步骤(5)之前还包括如下步骤：

23、(4’)将防爆阀和负极集流盘进行激光焊接。

24、所述的制作方法，优选地，在步骤(6)之后还包括如下步骤：

25、(6’)将防爆阀与负极盖板焊接，负极盖板边缘和中间孔位均有定位台阶，以保证配合的准确性，负极盖板和电芯壳体组件底部进行周边焊接。

26、本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

27、(1)正极集流盘引出的集流盘极柱和壳体正极极柱进行激光焊接，焊接较为可靠，操作简单，便于检验；

28、(2)本发明将多个卷芯放置于一个壳体内，比四个电芯组合在一起，减少了壳体材料的使用，同时缩减了3/4的极柱材料。利于整体模组或pack的减重；

29、(3)通过此种结构，将原先电芯与电芯之间无法贴合的外部空间挪到电芯内部，使得电芯内部空间增大，有利于电解液的注入，同时提高了游离电解液的量，利于电芯循环性能的提升，另外，内部空间的增大为进一步提高电芯能量密度提供可能；

30、(4)负极通过防爆阀作为中间连接体将负极集流盘和壳体进行连接，在壳体表面进行激光焊接，相较于一般圆柱采用的穿透焊接要可靠，同时负极极耳和负极集流盘先焊接，方便检测焊接强度。

技术特征：

1.一种圆柱电芯结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的圆柱电芯结构，其特征在于，还包括电芯壳体组件；

3.根据权利要求2所述的圆柱电芯结构，其特征在于，所述集流盘极柱的外壁上设置有若干个定位块，所述正极极柱的内壁设置有若干个相对应的定位槽；

4.根据权利要求2所述的圆柱电芯结构，其特征在于，所述电芯壳体组件还包括密封圈，所述密封圈设置于所述绝缘环和所述外壳本体的顶部之间。

5.根据权利要求2所述的圆柱电芯结构，其特征在于，还包括密封铝片和密封胶钉，所述密封铝片盖设在所述正极极柱的自由端，并通过密封胶钉密封。

6.根据权利要求1所述的圆柱电芯结构，其特征在于，还包括负极集流盘和负极盖板，所述负极集流盘为由若干个圆盘状结构集成为花瓣状的一体结构；

7.根据权利要求6所述的圆柱电芯结构，其特征在于，还包括防爆阀；

8.根据权利要求1所述的圆柱电芯结构，其特征在于，所述集流盘极柱上设置有注液孔；所述注液孔与所述电芯组件的空隙相对应。

9.根据权利要求1所述的圆柱电芯结构，其特征在于，所述正极止动架的外壁上设置有电芯限位结构，在正极止动架与所述电芯组件配合时，所述电芯限位结构用于与圆柱电芯配合，以对圆柱电芯进行限位；

10.一种基于权利要求2至9任一项所述的圆柱电芯结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

11.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述正极极柱中间开孔，连通到电芯组件内部的空隙。

12.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，所述集流盘极柱外径和正极极柱内径一致，以使二者紧密配合，其中，在集流盘极柱中间开注液孔，注液孔连通电芯组件内部的空隙。

13.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在所述正极止动架上设置电芯限位结构和电芯定位结构，通过柱形锥体形状的电芯定位结构进行定位，通过电芯限位结构，将圆柱电芯位置进行限制，防止卷芯晃动。

14.根据权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在步骤(5)之前还包括如下步骤：

15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，在步骤(6)之后还包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种圆柱电芯结构及其制作方法，圆柱电芯结构包括：电芯组件，若干个圆柱电芯绕一个设置中心周向设置以形成电芯组件，且在电芯组件的设置中心位置留有空隙，所述空隙内填充有电解液；正极集流盘，包括集流盘极柱和集流盘本体，若干个集流盘本体绕所述集流盘极柱周向设置，且与所述集流盘极柱连接；每个所述集流盘本体对应一个所述圆柱电芯，且每个所述集流盘本体与对应的所述圆柱电芯的正极耳焊接；正极止动架，盖设在所述正极集流盘的顶部，用于对正极集流盘和电芯组件进行限位；所述正极止动架为由若干个圆盘状结构的止动架本体集成为花瓣状的一体结构。本发明能够提高电芯内部可用空间，进而增加游离电解液的量。

技术研发人员：张纬阳,吴诺,苏聪聪
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/10/10