一种圆柱电池盖板、圆柱电池及装配方法与流程

1.本发明涉及电池端盖技术领域，具体涉及一种圆柱电池盖板、圆柱电池及装配方法。

背景技术：

2.随着新能源电池技术的不断提升，对锂离子电池的要求也越来越高，高能量密度和高安全性成为了锂离子电池发展的主要目标。当前锂离子电池大概可以分为三个方向：软包电池、方形电池和圆柱型电池，目前，全极耳大圆柱电池成为了锂离子电池发展的重要方向。
3.现有的全极耳大圆柱电池结构主要为：在盖板中间打孔，通过铆钉将盖板上方极柱与盖板下方上集流盘连接，盖板与极柱以及盖板与上集流盘之间通过增加绝缘件，保证极柱与盖板以及上集流盘与盖板的绝缘。装配时，正负极上集流盘分别与揉平后卷芯端面焊接，保证电池正负极极柱与卷芯导通，上集流盘焊接完成对上集流盘进行“z”字型压缩折弯，使圆柱电池盖板中心与卷芯中心对齐，实现盖板与卷芯的装配过程。
4.如在中国实用新型专利cn212934806u和cn216311911u的说明书中，就公开了这种常见的全极耳圆柱电池盖板结构，电池极柱在盖板中心位置，上集流盘焊接完成后，经过两次弯折完成上集流盘焊接面与盖板平行、卷芯与盖板中心对齐，实现装配固定。并且装配后，正负极上集流盘与塑料结构件的受力挤压防止卷芯上下晃动，或者通过对圆柱壳体进行滚槽设计防止电芯上下晃动。
5.当前的全极耳圆柱电池盖板结构存在以下缺点：
6.1、装配时，每个圆柱电池盖板上集流盘须经过两次弯折成“z”形，从电池的制造工艺上来讲，两次弯折工艺需要控制点较多，其中某一个弯折尺寸出现偏差，就会造成上集流盘与盖板错位，影响圆柱电池盖板入壳准确度，降低生产效率。
7.2、随着圆柱电池能量密度、容量及倍率的设计增长，为满足圆柱电池盖板的过流能力，上集流盘的厚度需要进行持续加大，相应的上集流盘弯折的难度也会大大增加，实际制造加工困难，上集流盘材料铝或者铜抗形变能力不足，难以满足大容量、大倍率电池上集流盘弯折需求。
8.3、当前对上集流盘进行弯折的工艺，电芯装配入壳后，为防止卷芯在电池内部上下晃动，会通过塑料结构件与上集流盘对卷芯形成一定的挤压力，导致上集流盘两个弯折处在电芯内部持续受力，弯折位置应力集中，长期下来材料内部可能产生微裂纹，有折弯位置断裂的安全隐患。另外，正负极盖板的塑料结构件厚度以及上集流盘弯折后厚度会降低卷芯高度方向上的空间利用率，实际带来卷芯高度方向尺寸下降，降低电池的能量密度。
9.4、当前对壳体进行滚槽防止卷芯上下晃动的工艺，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。卷芯采用辊槽固定，当电芯直径增加后可靠性不高，电芯振动过程中，造成高度方向上卷芯中间抽芯，不利于大圆柱结构设计。

技术实现要素：

10.本发明要解决的技术问题是提供一种圆柱电池盖板、圆柱电池及装配方法，将铆钉铆接位置偏移基板中心，优化上集流盘的结构和连接方式，使装配时无需折叠上集流盘，提高生产效率和空间利用率，且对电芯定位可靠。
11.为了解决上述技术问题，本发明的一种圆柱电池盖板，包括极柱、基板、上集流盘和铆钉，所述极柱、所述基板和所述上集流盘通过所述铆钉连接在一起，且所述铆钉电性连接所述极柱与所述上集流盘，所述上集流盘能够相对于所述基板绕所述铆钉轴线转动，所述铆钉设于偏离所述基板中心的位置，使得绕所述铆钉轴线转动所述上集流盘，能够将所述上集流盘与电芯极耳的焊接区域从所述基板的底部转出，焊接完成后再转动回到基板的底部。
12.在上述圆柱电池盖板中，通过将铆钉设于偏离所述基板中心的位置，使得绕所述铆钉轴线转动所述上集流盘，能够将所述上集流盘与电芯极耳的焊接区域从所述基板的底部转出进行焊接，焊接完成后再转动回到基板的底部，从而在现有的上集流盘结构上省去用于折叠的连接结构，实现结构的简化，降低成本，节省电池内部空间，且上集流板装配时无需折叠工序，提高生产效率；设计制造时也无需考虑厚度的影响。另外，旋转前后，上集流板的在厚度方向的浮动小，对电芯的轴向挤压限位可靠，可以节省塑料限位结构件及滚槽等结构的使用，提高空间利用率。
13.作为本发明圆柱电池盖板的改进，所述基板与所述上集流盘之间设置有下绝缘垫板，所述下绝缘垫板上设有供所述铆钉钉柱穿过的第四通孔。通过下绝缘垫板将基板与上集流盘绝缘隔开，避免出现短路现象。优选的，下绝缘垫板也可以设计定位结构，对卷芯进行定位。
14.进一步的，所述下绝缘垫板与所述上集流盘之间设置有旋转辅助件，所述旋转辅助件用于减少所述上集流盘与所述下绝缘垫板之间的旋转摩擦力。优选的，铆钉的钉帽设于上集流盘的底部。铆钉的顶端可以采用活动压铆的方式连接极柱、基板、上集流盘；也可以采用与极柱焊接的方式连接，在焊接前，施加一定的压力在极柱上，压紧基板和上集流盘。
15.由于铆钉活动压铆或其他方式连接后，上集流盘的转动需要克服由于轴向力而产生的静摩擦力，通过旋转辅助件降低上集流盘旋转摩擦力，使得旋转操作容易，对轴向的连接力影响也较小，使铆钉保持与上集流盘和极柱良好接触，即保持良好的导通状态。
16.更进一步的，所述旋转辅助件套设在所述铆钉钉柱上。优选的，旋转辅助件采用平面轴承。
17.作为本发明圆柱电池盖板的另一种改进，所述上集流盘包括矩形的板状主体和设于所述板状主体一侧的凸耳，所述板状主体用于与电芯极耳焊接，所述凸耳上设有供所述铆钉钉柱穿过的第七通孔。
18.通过在现有的上集流盘结构中，去掉需要折叠的连接部分，只保留与电芯极耳焊接部分，以及与铆钉连接的部分，实现对上集流盘结构和连接方式的优化。上集流盘的尺寸小于所述基板，从基板的顶部看，上集流盘的完全被覆盖在基板的底部，大大节省制造成本，简化结构。板状主体能够绕铆钉轴线旋转，转出基板的底部，从而具有充足的空间进行焊接操作。
19.优选的，板状主体的中心能够与所述基板的中心竖直对齐。
20.为了解决上述技术问题，本发明一种圆柱电池，包括如上所述的圆柱电池盖板，还包括壳体、下集流盘和卷芯，所述壳体的端口与所述基板边缘密封焊接，所述上集流盘与所述卷芯的正极极耳焊接，所述下集流盘与所述卷芯的负极极耳焊接，且与所述壳体的底板焊接固定。
21.在上述圆柱电池中，通过将电池盖板的铆钉设于偏离所述基板中心的位置，使得绕所述铆钉轴线转动所述上集流盘，能够将所述上集流盘与电芯极耳的焊接区域从所述基板的底部转出，进行焊接，焊接完成后再转动回到基板的底部，即将现有的折叠形集流盘转变设计为旋转型，从而在现有的上集流盘结构上省去用于折叠的连接结构，实现结构的简化，降低成本，节省电池内部空间，且上集流板装配时无需折叠工序，提高生产效率；设计制造时也无需考虑厚度的影响。另外，旋转前后，上集流板的在厚度方向的浮动小，对电芯的轴向挤压限位可靠，可以节省塑料限位结构件及滚槽等结构的使用，提高空间利用率。
22.为了解决上述技术问题，本发明的一种基于上述圆柱电池的装配方法，包括如下步骤：
23.步骤一：将极柱、基板和上集流盘通过铆钉连接；
24.步骤二：转动上集流盘，使上集流盘上与电芯极耳的焊接区域转动到基板的一侧；
25.步骤三：将卷芯正极揉平端面与上集流盘焊接；
26.步骤四：转动上集流盘回到基板底部的位置，并使卷芯与基板的轴线共线。
27.进一步的，还包括：
28.步骤五：在卷芯负极揉平端面上焊接下集流盘；
29.步骤六：将卷芯放入壳体内；
30.步骤七：将基板的边缘与壳体的端口密封焊接；
31.步骤八：通过注液孔和卷芯的卷针孔，将下集流盘与壳体底板焊接。
32.在上述装配方法中，在电池盖板铆接完成后，通过旋转操作使上集流盘与电芯极耳的焊接区域从所述基板的底部转出，进行焊接，焊接完成后再转动回到基板的底部，从而无需折叠操作，大大提高生产效率。
33.综上所述，采用该圆柱电池盖板、圆柱电池及装配方法，通过对上集流盘结构和连接方式的优化，不仅简化上集流盘的结构，使设计制造时无需考虑折弯变形，降低制造成本，而且对电芯的轴向限位可靠，利于电池空间的优化，另外也能简化电池生产组装工序，提高效率。
附图说明
34.在附图中：
35.图1为本发明圆柱电池盖板的断面示意图。
36.图2为本发明圆柱电池盖板的拆分结构图。
37.图3为本发明圆柱电池盖板的仰视图。
38.图4为本发明圆柱电池盖板的俯视图。
39.图5为本发明圆柱电池盖板的旋转辅助件的结构图。
40.图6为本发明圆柱电池盖板的下绝缘垫板的结构图。
41.图7为本发明圆柱电池盖板的上集流盘结构图。
42.图8为本发明圆柱电池的拆分结构图。
43.图9为本发明圆柱电池的下集流盘结构图。
44.图10为本发明圆柱电池盖板的上集流盘转出基板底部示意图。
45.图中，1、极柱；11、第一通孔；2、上绝缘垫片；21、第二通孔；3、基板；31、第三通孔；32、注液孔；4、密封件；5、下绝缘垫板；51、第四通孔；52、第五通孔；53、垫块；54、转动限位块；6、上集流盘；61、第六通孔；62、板状主体；63、凸耳；64、第七通孔；7、铆钉；8、旋转辅助件；81、滚槽；82、滚珠；91、壳体；92、下集流盘；921、叶片部；922、固定部；93、卷芯。
具体实施方式
46.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
47.图1-5示出了本发明一种圆柱电池盖板。如图1-4所示，该圆柱电池盖板包括极柱1、基板3、上集流盘6和铆钉7，极柱1、基板3和上集流盘6通过铆钉7连接在一起，且铆钉7电性连接极柱1与上集流盘6，上集流盘6能够相对于基板3绕铆钉7轴线转动，铆钉7设于偏离基板3中心的位置。
48.可选的，铆钉7的钉帽设于上集流盘6的底部。铆钉7的顶端可以采用活动压铆的方式连接极柱1、基板3、上集流盘6；也可以采用与极柱1焊接的方式连接，在焊接前，可以施加一定的压力在极柱1上，压紧基板3和上集流盘6。
49.使用时，上集流盘6整体位于基板3的底部区域，绕铆钉7轴线转动上集流盘6，能够将上集流盘6与电芯极耳的焊接区域从基板3的底部转出进行焊接，焊接完成后再转动回到基板3的底部。即在组装过程中，上集流盘6无需进行弯折工序，将原有的每个盖板需要进行两次弯折降为零弯折，完全规避了弯折工序所造成的尺寸偏差，提高了电芯入壳的准确度，提高了生产效率，同时避免了弯折工序所产生的不良报废，降低了生产成本。另外，舍弃上集流盘6弯折后，避免了弯折部位长期受力造成断裂的风险，提高了电池的安全性能。
50.如图1和图2所示，极柱1与基板3之间设置有上绝缘垫片2，极柱1上设有供铆钉7钉柱穿过的第一通孔11，上绝缘垫片2上设有供铆钉7钉柱穿过的第二通孔21。
51.可选的，第一通孔11的顶端设有与铆钉7钉帽适配的沉孔槽，用于嵌放铆钉7的钉帽。上绝缘垫片2的顶面设有与极柱1适配的凹槽，用于嵌放极柱1，并将极柱1与基板3绝缘隔开，极柱1和上绝缘垫片2呈方形。
52.如图1和图2所示，基板3上开有供铆钉7钉柱穿过的第三通孔31，第三通孔31上设置有密封件4，密封件4用于对第三通孔31与铆钉7钉柱之间进行密封。密封件4可以采用o形密封圈，设置子啊第三通孔31的底端。
53.如图1和图2所示，基板3与上集流盘6之间设置有下绝缘垫板5，将二者绝缘隔开，下绝缘垫板5与基板3均为圆盘状。下绝缘垫板5上设有供铆钉7钉柱穿过的第四通孔51。
54.可选的，下绝缘垫板5与上集流盘6之间设置有旋转辅助件8，旋转辅助件8用于减少上集流盘6与下绝缘垫板5之间的旋转摩擦力。
55.由于铆钉7连接基板3和上集流盘6后，上集流盘6的转动需要克服由于压铆力等轴向力产生的静摩擦力，这个静摩擦力太大不便于转动操作，通过旋转辅助件8降低上集流盘
6旋转摩擦力，使得旋转操作容易，对轴向的连接力影响也较小，使铆钉7保持与上集流盘6和极柱1良好接触，即保持良好的导通状态。
56.另外，旋转辅助件8可以是套设在铆钉7钉柱上的平面轴承，结构简单，转动灵活，且轴向能够承受较大的轴向力，如压铆力等。旋转辅助件8也可以是如图5所示的平面滚盘结构，具有环状基体，基体端面上设置有滚槽81，滚槽81内嵌设滚珠82，滚珠82凸出滚槽81的表面，与上集流盘6的表面滚动接触。
57.可选的，如图6所示，下绝缘垫板5的底面上还设置有垫块53和转动限位块54，垫块53高度与旋转辅助件8相同，用于在轴向挤压卷芯93限位时提供支撑力，转动限位块54用于对上集流盘6的转动进行限位，保证焊接后能够回到最初的设计位置，与基板3的中心对齐。
58.可选的，如图1和2所示，基板3的中心设置有注液孔32，下绝缘垫板5上设置有第五通孔52，上集流盘6上设置有第六通孔61，注液孔32、第五通孔52和第六通孔61竖直对齐，一方面使注液时更加顺畅，注液时，电解液直接从卷芯93中心注入朝内部渗透扩散，电解液渗透压力相较于从传统的盖板偏心位置注液时更加均匀，电解液渗透速度更快，有利于减少注液时间，提高注液生产效率；另一方面将将下集流盘92与壳体91底部进行焊接时，可以将焊头从注液孔32位置伸入，通过卷芯93中卷针孔，直到下集流盘92焊接区，使用超声焊或电阻焊方式进行焊接固定。基板3上还设置有防爆阀33.
59.如图7所示，上集流盘6包括矩形的板状主体62和设于板状主体62一侧的凸耳63，板状主体62用于与电芯极耳焊接，凸耳63上设有供铆钉7钉柱穿过的第七通孔64。
60.在现有的上集流盘6结构中，去掉需要折叠的连接部分，只保留与电芯极耳焊接部分，以及与铆钉7铆接的部分，即为本发明的上集流盘6结构。这样使上集流盘6的尺寸整体小于基板3，从基板3的顶部看，上集流盘6的完全被覆盖在基板3的底部，大大节省制造成本，简化结构。
61.可满足大容量、大倍率圆柱电池的设计要求，为满足电池过流能力，上集流盘6厚度可在设计范围内加大，无需考虑折弯所带来的加工困难，同时相较于可折弯的集流盘，本发明的转动式集流盘长度大大缩短，从成本来讲降低了材料成本，从物理角度来说，在极耳的材质、截面积等一致的情况下，极耳长度越短，电池内阻越低同时电流通过时发热越小，有利于电池的安全性能。
62.板状主体62呈矩形，凸耳63从板状主体的一侧边凸出形成，其上的第七通孔64与铆钉7配合，使板状主体62能够旋转。铆钉连接时候，板状主体62位于与基板3中心重合的位置，即凸耳63的一侧边与转动限位块54接触限位时的位置，焊接时，将板状主体62转出基板3的底部，从而具有充足的空间进行焊接操作，焊接完后，在将板状主体62转回到初始连铆钉连接时位置。
63.可选的，板状主体62上设置有焊接区，焊接区的顶面凸出板状柱体62，便于激光焊接的进行。焊接区呈对称的v形。
64.图8示出了本发明一种圆柱电池。如图8所示，该圆柱电池包括如上述的圆柱电池盖板，还包括壳体91、下集流盘92和卷芯93，壳体91的端口与基板3边缘密封焊接，上集流盘6与卷芯93的正极极耳焊接，下集流盘92与卷芯93的负极极耳焊接，且与壳体91的底板焊接固定。
65.为防止卷芯93在壳体91内部上下晃动，通过在电池卷芯93两端，利用基板3、下绝
缘垫板5、上集流盘6，以及下集流盘92与壳体91底部挤压受力，保证电池的紧配度。相较于传统的正负极双盖板结构，以及滚槽结构，本发明提高了卷芯93在壳体91内部高度方向上的空间利用率，提高了单体电池的能量密度，只需进行一道正极基板3与壳体91端口的周边焊接作业，提高了周边焊生产效率，降低了周边焊工序焊接产生的不良率，降低了生产成本。
66.如图9所示，下集流盘92呈四叶片状，包括四个与卷芯93负极焊接叶片部921，以及中心的与底板焊接的固定部922。
67.本发明一种基于上述圆柱电池的装配方法，包括如下步骤：
68.步骤s10：将极柱1、基板3和上集流盘6通过铆钉7连接。铆钉7的钉柱依次穿过极柱1、上绝缘垫片2、基板3、密封件4、下绝缘垫板5、上集流盘6上的通孔，铆接固定，组装出电池盖板。
69.步骤s20：转动上集流盘6，使上集流盘6上与电芯极耳的焊接区域转动到基板3的一侧，如图10所示的位置。
70.步骤s30：将卷芯93正极揉平端面与上集流盘6焊接，通常为激光焊接，焊接区域如图7所示。
71.步骤s40：转动上集流盘6回到基板3底部的位置，并使卷芯93与基板3的轴线共线，完成电池盖板与卷芯93的焊接。
72.可选的，还包括：
73.步骤s50：在卷芯93负极揉平端面上焊接下集流盘92。
74.步骤s60：将卷芯93放入壳体91内。将上集流盘6和下集流盘92焊接完毕后的卷芯93入壳，保证卷芯93在壳体91内部上下不晃动。
75.步骤s70：将基板3的边缘与壳体91的端口密封焊接。，再使用激光焊接将基板3边缘与壳体91边缘进行焊接。
76.步骤s80：通过注液孔32和卷芯93的卷针孔，将下集流盘92与壳体91底板焊接。将焊头从电芯注液孔32位置伸入通过卷芯93中心直到下集流盘92固定部922，使用超声焊或电阻焊方式，将负极集流盘与壳体91底部进行焊接。
77.最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在发明待批的权利要求保护范围之内。

技术特征：

1.一种圆柱电池盖板，其特征在于，包括极柱(1)、基板(3)、上集流盘(6)和铆钉(7)，所述极柱(1)、所述基板(3)和所述上集流盘(6)通过所述铆钉(7)连接在一起，且所述铆钉(7)电性连接所述极柱(1)与所述上集流盘(6)，所述上集流盘(6)能够绕所述铆钉(7)轴线转动，所述铆钉(7)设于偏离所述基板(3)中心的位置。2.根据权利要求1所述的一种圆柱电池盖板，其特征在于，所述极柱(1)与所述基板(3)之间设置有上绝缘垫片(2)，所述极柱(1)上设有供所述铆钉(7)钉柱穿过的第一通孔(11)，所述上绝缘垫片(2)上设有供所述铆钉(7)钉柱穿过的第二通孔(21)。3.根据权利要求1所述的一种圆柱电池盖板，其特征在于，所述基板(3)上开有供所述铆钉(7)钉柱穿过的第三通孔(31)，所述第三通孔(31)上设置有密封件(4)，所述密封件(4)用于对所述第三通孔(31)与所述铆钉(7)钉柱之间进行密封。4.根据权利要求1所述的一种圆柱电池盖板，其特征在于，所述基板(3)与所述上集流盘(6)之间设置有下绝缘垫板(5)，所述下绝缘垫板(5)上设有供所述铆钉(7)钉柱穿过的第四通孔(51)。5.根据权利要求4所述的一种圆柱电池盖板，其特征在于，所述下绝缘垫板(5)与所述上集流盘(6)之间设置有旋转辅助件(8)，所述旋转辅助件(8)用于减少所述上集流盘(6)与所述下绝缘垫板(5)之间的旋转摩擦力。6.根据权利要求5所述的一种圆柱电池盖板，其特征在于，所述基板(3)的中心设置有注液孔(32)，所述下绝缘垫板(5)上设置有第五通孔(52)，所述上集流盘(6)上设置有第六通孔(61)，所述注液孔(32)、所述第五通孔(52)和所述第六通孔(61)竖直对齐。7.根据权利要求1所述的一种圆柱电池盖板，其特征在于，所述上集流盘(6)包括矩形的板状主体(62)和设于所述板状主体(62)一侧的凸耳(63)，所述板状主体(62)用于与电芯极耳焊接，所述凸耳(63)上设有供所述铆钉(7)钉柱穿过的第七通孔(64)。8.一种圆柱电池，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的圆柱电池盖板，还包括壳体(91)、下集流盘(92)和卷芯(93)，所述壳体(91)的端口与所述基板(3)边缘密封焊接，所述上集流盘(6)与所述卷芯(93)的正极极耳焊接，所述下集流盘(92)与所述卷芯(93)的负极极耳焊接，且与所述壳体(91)的底板焊接固定。9.一种基于权利要求8所述圆柱电池的装配方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将极柱(1)、基板(3)和上集流盘(6)通过铆钉(7)连接；步骤二：转动上集流盘(6)，使上集流盘(6)上与电芯极耳的焊接区域转动到基板(3)的一侧；步骤三：将卷芯(93)正极揉平端面与上集流盘(6)焊接；步骤四：转动上集流盘(6)回到基板(3)底部的位置，并使卷芯(93)与基板(3)的轴线共线。10.根据权利要求9所述的一种装配方法，其特征在于，还包括：步骤五：在卷芯(93)负极揉平端面上焊接下集流盘(92)；步骤六：将卷芯(93)放入壳体(91)内；步骤七：将基板(3)的边缘与壳体(91)的端口密封焊接；步骤八：通过注液孔(32)和卷芯(93)的卷针孔，将下集流盘(92)与壳体(91)底板焊接。

技术总结

本发明公开了一种圆柱电池盖板、圆柱电池及装配方法。该圆柱电池盖板包括包括极柱、基板、上集流盘和铆钉，极柱、基板和上集流盘通过铆钉连接在一起，且铆钉电性连接极柱与上集流盘，上集流盘位于基板的底部，铆钉设于偏离基板中心的位置。通过将铆钉设于偏离所述基板中心的位置，使得绕所述铆钉轴线转动所述上集流盘，能够将所述上集流盘与电芯极耳的焊接区域从所述基板的底部转出进行焊接，焊接完成后再转动回到基板的底部，从而在现有的上集流盘结构上省去用于折叠的连接结构，实现结构的简化，降低成本，节省电池内部空间，且上集流板装配时无需折叠工序，提高生产效率；设计制造时也无需考虑厚度的影响。也无需考虑厚度的影响。也无需考虑厚度的影响。