圆柱电池及电子设备的制作方法

1.本技术实施例涉及电池技术领域，特别是涉及一种圆柱电池及电子设备。


背景技术：

2.电池在使用过程中，随着充放电过程的进行，阴阳极颗粒会不断膨胀收缩，易导致阴阳极颗粒破碎，并与电解液发生副反应，这就会持续消耗电解液，使得锂离子传导恶化，导致裸电芯浓差极化增大，并且容量衰减加速。
3.全极耳圆柱电池采用箔材揉平外加集流盘焊接的结构，集流盘整片贴合在揉平面上，易堵塞游离电解液进入裸电芯内的通道。因此，全极耳圆柱电池在循环中后期对裸电芯内部的电解液补给更困难，加剧了电解液断桥和浓差极化，严重影响了电池的使用寿命。


技术实现要素：

4.本技术旨在提供一种圆柱电池及电子设备，以改善裸电芯内补给电解液困难的问题。
5.本技术的第一方面，提供了一种圆柱电池，包括卷绕体和集流盘，卷绕体设置有揉平面，集流盘包括贴合部和折叠部，贴合部覆盖在揉平面上，贴合部的面积为s1，揉平面的面积为s2，满足60％≤s1/s2≤75％。
6.上述技术方案中，揉平面未完全被贴合部覆盖，在循环过程中，外部游离的电解液可从未覆盖区域进入卷绕体内部，从而补充卷绕体内的电解液消耗，以使得电解液快速浸润各极片。并且在上述范围内，贴合部与揉平面具有足够的贴合区域，可在改善浸润能力的同时保证界面的载流能力，缓解电池的温升。
7.在一些实施方式中，满足65％≤s1/s2≤70％，在此范围内，电池温升进一步减小。
8.在一些实施方式中，贴合部上开设有贯穿贴合部的通孔。通孔可作为电解液的浸润通道，电解液从通孔进入并经揉平面进入卷绕体内部，从而快速对卷绕体内的极片进行浸润。
9.在一些实施方式中，贴合部设置有若干连接位，连接位被构造为与揉平面连接，全部连接位的面积之和为s3，满足6％≤s3/s2≤10％。在此范围内，可在保证电解液能够快速浸润卷绕体内部的同时，保证集流盘与揉平面之间具有较大的连接面积，以提高连接位的载流能力，从而缓解温升。
10.在一些实施方式中，通孔开设于贴合部的中心。贴合部上设置有多个连接组，连接组包括若干依次排列设置的连接位。在多个连接组中，至少两组连接组沿通孔的径向布置。在单个连接组中，沿若干连接位的排列方向，连接位的宽度为在单个连接位边缘任意取两点连成线段，最长线段为连接位的宽度，相邻两连接位之间的间距(相邻两个连接位边缘的最短距离)为d，满足d≥(1～1.4)此种结构可使得连接位更为均匀的分布于贴合部，以均匀过流，减少热量集中。
11.在一些实施方式中，连接位为波浪形的曲线段，连接位与通孔之间的距离为l1，满
足l1≥5mm，连接位与通孔之间具有足够的距离，保证连接位不影响电解液经通过进入卷绕体内部。曲线段首尾的直线距离为l2，满足15mm≤l2≤20mm，以保证集流盘与揉平面具有较大的连接面积。
12.在一些实施方式中，连接位沿通孔的径向分布于贴合部，以保证卷绕体的各第一极片均能够通过连接位与集流盘连接，使得载流能力最大化。
13.在一些实施方式中，贴合部包括开设有通孔的主体件以及连接于主体件的若干条状件。若干条状件环绕主体件设置，条状件沿通孔的径向延伸，连接位设置于条状件。电解液可从各条状件之间的间隔空间以及通孔到达揉平面，从而使得电解液能够更为快速的进入卷绕体的内部。
14.第二方面，本技术的实施例还提出了一种电子设备，包括如上述第一方面任一实施例所述的圆柱电池。
15.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据附图获得其他的附图。
17.图1为本技术一些实施例的圆柱电池的结构示意图；
18.图2为本技术一些实施例的第一极片与第二极片的层叠示意图；
19.图3为本技术图2沿第一方向x的截面示意图；
20.图4为本技术一些实施例的集流盘的贴合部与揉平面的贴合示意图；
21.图5为本技术一些实施例的集流盘的结构示意图；
22.图6为本技术一些实施例的集流盘的结构示意图；
23.图7为本技术一些实施例的集流盘的结构示意图；
24.图8为本技术一些实施例的集流盘的贴合部的结构示意图。
25.附图标记说明：
26.100、圆柱电池；
27.10、卷绕体；11、第一极片；11a、第一极耳；111、第一集流体；1111、第一留白区域；112、第一活性物质层；12、第二极片；12a、第二极耳；121、第二集流体；1211、第二留白区域；122、第二活性物质层；13、隔离膜；14、第一端部；141、揉平面；15、第二端部；
28.20、集流盘；20a、贴合部；20b、折叠部；21、通孔；22、连接位；22a、连接组；23、主体件；24、条状件；
29.z、第一方向；x、第二方向；y、第三方向。
具体实施方式
30.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存
在一个或多个居中的元件。
31.在本技术实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。
32.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。此外，下面所描述的本技术不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。
34.第一方面，本技术的实施例提出了一种圆柱电池100，请参照图1，该圆柱电池100包括卷绕体10和集流盘20。
35.对于上述卷绕体10，请参照图1至图3，卷绕体10包括第一极片11、第二极片12和隔离膜13，第一极片11与第二极片12的极性相反，隔离膜13设置于第一极片11和第二极片12之间以分隔二者。第一极片11、隔离膜13以及第二极片12层叠并卷绕设置以形成卷绕体10。沿卷绕体10的长度方向(图1中第二方向x)，该卷绕体10具有相对设置的第一端部14和第二端部15。
36.第一极片11设置有第一极耳11a，第一极耳11a于卷绕体10的第一端部14伸出，第一极耳11a用于引出圆柱电池100的一个极性。第二极片12设置有第二极耳12a，第二极耳12a于卷绕体10的第二端部15伸出，第二极耳12a用于引出圆柱电池100的另一个极性。例如，第一极耳11a引出圆柱电池100的正极，第二极耳12a引出圆柱电池100的负极；或者，在其他实施例中，第一极耳11a也可引出圆柱电池100的负极，第二极耳12a引出圆柱电池100的正极，这就使得第一端部14与第二端部15的极性相反。
37.在一些实施例中，请继续参照图1和图2，第一极片11包括第一集流体111以及涂覆于第一集流体111至少一个表面的第一活性物质层112，第二极片12包括第二集流体121以及涂覆于第二集流体121至少一个表面的第二活性物质层122。
38.如图2所示，第一集流体111的上边缘为第一留白区域1111，第一留白区域1111未涂覆活性物质，第二集流体121的下边缘为第二留白区域1211，第二留白区域1211也未涂覆活性物质。当第一极片11和第二极片12层叠设置时，请再次参照图3，第一活性物质层112与第二活性物质层122在第一方向z上对应设置，也即第二活性物质层122在第一活性物质层112上的投影近似与第一活性物质层112重合。第一留白区域1111在第二方向x上超出第二极片12，可使得第一集流体111位于第一留白区域1111的部分作为第一极耳11a使用，第二留白区域1211在第二方向x的反方向上超出第一极片11，可使得第二集流体121位于第二留白区域1211的部分作为第二极耳12a使用。也即本实施例中，卷绕体10采用的是全极耳结构，全极耳结构可提高过流面积，电流流经距离短，易满足大倍率充放电要求，且大倍率电流密度分布均匀，极片发热量小。
39.对于上述集流盘20，请参照图1，集流盘20可设置为扁平状，其具体形状可设置为圆形、多边形或分叉形等。请进一步参照图4和图5，集流盘20包括相连接贴合部20a和折叠
部20b，折叠部20b用于朝贴合部20a的方向弯折设置，贴合部20a用于与卷绕体10的第一端部14贴合连接，连接方式可采用焊接或导电胶粘接等。其中，集流盘20与上述各第一极耳11a电连接，以集中导流。可选的，为方便集流盘20与第一端部14的电连接，卷绕体10第一端部14的各第一极耳11a均揉平以使得第一端部14形成有揉平面141，贴合部20a可直接贴合连接于揉平面141。
40.可选的，揉平面141的面积为s2，集流盘20在揉平面141上的覆盖面积为s1，也即贴合部20a的面积为s1，满足60％≤s1/s2≤75％。集流盘20未完全覆盖上述揉平面141，卷绕体10外部游离的电解液可从未覆盖的部分进入卷绕体10内部，从而浸润各极片。
41.进一步的，满足65％≤s1/s2≤70％，贴合部20a的面积越小代表揉平面141露出面积越大，在此范围内，电解液浸润效果更佳，并可有效改善温升。
42.为进一步提高电解液对卷绕体10内部的浸润效果，请参照图4，贴合部20a上开设有贯穿的通孔21，通孔21可作为电解液的浸润通道，电解液从通孔21进入并经揉平面141进入卷绕体10内部，从而快速对各极片进行浸润。需要说明，上述集流盘20在揉平面141上的覆盖面积是指贴合部20a除去通孔21或其他各孔后的覆盖面积。
43.在一些实施例中，请再次参照图4，贴合部20a设置有若干连接位22，该连接位22被构造为与揉平面141连接，连接方式可采用焊接或导电胶连接。以焊接为例，全部连接位22的面积之和为s3，满足6％≤s3/s2≤10％。连接位22的面积越小，集流盘20与揉平面141连接处的载流能力就会减弱，易恶化温升；但较大的连接位22面积易阻塞电解液进入卷绕体10内部，易恶化温升。本技术的实施例中，选择6％≤s3/s2≤10％，可在保证电解液能够快速浸润卷绕体10内部的同时，保证集流盘20与揉平面141之间具有较大的连接面积，以提高连接位22的载流能力，从而缓解温升。进一步的，满足6.5％≤s3/s2≤8％。
44.请参照图5，上述通孔21可开设于贴合部20a的中心，贴合部20a上设置有多个连接组22a，每个连接组22a均包括若干依次排列设置的连接位22。折叠部20b朝贴合部20a的方向弯折设置，圆柱电池100可通过极柱(图中未标示)将卷绕体10的一极性引出至外部，极柱可作为圆柱电池100与外部电路的导通结构，该折叠部20b即用于电连接极柱。
45.贴合部20a可设置为圆形结构，为减少贴合部20a与折叠部20b的占用空间，提高电解液的浸润效果，贴合部20a进行了部分剪裁，折叠部20b连接于贴合部20a剪裁区域的边沿，如此，不仅方便折叠部20b与贴合部20a的连接，还可节省部分空间。可选的，折叠部20b与贴合部20a一体成型设置，以提高折叠部20b与贴合部20a的连接强度。
46.请进一步参照图6，在多个连接组22a中，至少两组连接组22a沿通孔21的径向布置，并且至少一组连接组22a靠近折叠部20b与贴合部20a的连接区域。在单个连接组22a中，沿若干连接位22的排列方向，连接位22的宽度为(在单个连接位22边缘任意取两点连成线段，最长线段为连接位22的宽度)，相邻两连接位22之间的间距为d(相邻两个连接位22边缘的最短距离)，满足d≥(1～1.4)此种结构可使得连接位22更为均匀的分布于集流盘20，以均匀过流，减少热量集中，从而缓解温升。
47.在一些实施例中，请参照图7，连接位22为波浪形的曲线段，连接位22与通孔21之间的距离为l1，满足l1≥5mm。连接位22与通孔21之间具有足够的距离，保证连接位22不影响电解液经通过进入卷绕体10内部。曲线段首尾的直线距离(从通孔21至贴合部20a边沿的方向)为l2，满足15mm≤l2≤20mm，以保证集流盘20与揉平面141之间具有较大的连接面积；其
中，曲线段的走向可设置为通孔21的径向，以保证卷绕体10的各第一极片11均能够通过连接位22与集流盘20连接，使得载流能力最大化。
48.在其他一些实施例中，请参照图8(折叠部20b图中未示出)，贴合部20a为分叉机构，其包括开设有通孔21的主体件23以及连接于主体件23的若干条状件24，上述折叠部20b可连接于条状件24。若干条状件24环绕主体件23设置，条状件24沿通孔21的径向延伸，上述连接位22设置于条状件24。例如，分叉结构的贴合部20a包括三个条状件24，相邻两个条状件24之间的夹角为120
°
，每个条状件24的宽度l3为4.8mm，贴合部20a外径为18mm，主体件23的直径为3mm，连接位22直径为1.2mm，每个条状件24上均设置3个连接位22，3个连接位22沿通孔21的径向排列。电解液可从各条状件24之间的间隔空间以及通孔21到达揉平面141，从而进入卷绕体10的内部。
49.在其他一些实施例中，上述第二极耳12a均于第二端部15揉平以形成揉平面141，第二端部15的揉平面141也可贴合连接一个集流盘20，该结构与上述第一端部14的连接结构类似，可参照上述集流盘20的说明。
50.本技术中各参数测试方法如下：
51.(1)集流盘的贴合部面积：拆解电池，取出集流盘，将集流盘的贴合部置于图像尺寸测量仪(基恩士im8020)测量视野中，获取贴合部面积，应注意的是，若贴合部形状不规则，可以获取计算贴合部面积所需要的参数(如圆的半径、线段的距离等)，再计算得到贴合部的面积。
52.(2)揉平面的面积：拆解电池，得到卷绕体，用游标卡尺测出卷绕体直径，不同的部分测3次取平均值，即得到卷绕体直径d，揉平面上有中心孔，测量出中心孔的直径，测量三次取平均值d，则揉平面的面积为π*(d
2-d2)/4。
53.(3)连接位总面积：
54.拆解电池，取出集流盘的贴合部，将贴合部背离揉平面的表面至于图像尺寸测量仪(基恩士im8020)中；
55.曲线段连接位：首先测量焊线宽度(与焊印两侧相切的一组平行直线的间距)，长度为直线段的部分通过多段尺寸测量加和得到(直线段区域用两点之间的距离测量，曲线段用设备进行圆弧拟合测试得到)，将单个焊接位的宽度与长度的乘积作为焊接位的面积，焊接位总面积为所有单个焊接位面积之和。
56.圆形焊接位：根据基恩士im8020拟合的单个焊接位的直径计算得到单个焊接位的面积，焊接位总面积为所有单个焊接位面积之和。
57.以圆柱电池为例，对其进行温升测试。
58.测试方法：对圆柱电池进行放电，25℃温度下，以10c倍率恒流放电至2.5v，监控放电过程中圆柱电池表面的最大温升。
59.实施例1：贴合部20a面积170.33mm2，揉平面141面积313.4mm2，连接位22总面积23.56mm2；
60.实施例2：与实施例1不同的是，贴合部20a面积为187.26mm2；
61.实施例3：与实施例1不同的是，贴合部20a面积为203.01mm2；
62.实施例4：与实施例1不同的是，贴合部20a面积为211.66mm2；
63.实施例5：与实施例1不同的是，贴合部20a面积为220.51mm2；
64.实施例6：与实施例1不同的是，贴合部20a面积为237.28mm2；
65.实施例7：与实施例1不同的是，贴合部20a面积为257.80mm2；
66.实施例8：贴合部20a面积211.66mm2，揉平面141面积313.4mm2，连接位22总面积8.68mm2；
67.实施例9：与实施例8不同的是，连接位22总面积12.4mm2；
68.实施例10：与实施例8不同的是，连接位22总面积17.36mm2；
69.实施例11：与实施例8不同的是，连接位22总面积20.15mm2；
70.实施例12：与实施例8不同的是，连接位22总面积23.56mm2；
71.实施例13：与实施例8不同的是，连接位22总面积27.28mm2；
72.实施例14：与实施例8不同的是，连接位22总面积34.12mm2；
73.实施例15：与实施例8不同的是，连接位22总面积37.86mm2。
74.测试结果如下表1所示：
[0075][0076][0077]
上述实施例1至7中，保持连接位22总面积不变，考察贴合部20a的面积对温升的影响。而实施例8至15则是保持贴合部20a的面积不变，控制连接位22的总面积变化。
[0078]
上述实施例1至7中，连接位22总面积固定时，贴合部20a的面积越小，导致贴合部20a与揉平面141之间的贴合面积减小，以致于载流能力减弱，恶化温升。但贴合部20a面积较小使得揉平面141露出的面积多大，电解液更易经揉平面141进入卷绕体10内部，使得电解液浸润效果更佳，从而改善温升。两者中最终会有一个综合值，以达到温升最小。由上述
表1可知，当59.75％≤s1/s2≤75.71％时，圆柱电池100温升较小，均不超过36℃。由此，本技术中取整数值，也即60％≤s1/s2≤75％，在此范围内，能够在改善圆柱电池100温升的同时，提高电解液的浸润效果。进一步的，64.78％≤s1/s2≤70.36％，圆柱电池100温升进一步减小，均不超过35℃，本技术中进一步取整数值65％≤s1/s2≤70％。
[0079]
上述实施例8至15中，连接位22面积越大，载流能力越好，故放电温升越小。而当连接位22面积越大时，此时动力学以及载流瓶颈不在于连接位22处的载流，而在于圆柱电池100自身电解液浸润和其他部件的载流，故连接位22面积大于一定限度后，继续增加连接位22面积对温升改善很小(可参照实施例14和实施例15)，并且连接位22面积过大会增加生产工序时间，以及热量累积和灼烧隔膜的风险。由表1可知，当满足5.54％≤s3s2≤10.89％时，圆柱电池100温升较小，均不超过36℃，并且在该范围内连接位22与揉平面141面积比对温升的影响也较大，本技术的实施例中取整数6％≤s3/s2≤10％。进一步的，满足6.43％≤s3/s2≤8.7％时，此范围内温升不超过35℃，本技术中取整数6.5％≤s3/s2≤8％。
[0080]
本技术的实施例中，贴合部20a的面积为s1，揉平面141的面积为s2，满足60％≤s1/s2≤75％，集流盘20的贴合部20a未完全覆盖上述揉平面141，在循环过程中，外部游离的电解液可从未覆盖区域进入卷绕体10内部，从而补充卷绕体10内的电解液消耗，以使得电解液快速浸润各极片。并且在上述范围内，集流盘20与揉平面141具有足够的贴合区域，可在提高电池载流能力的同时，缓解电池的温升。
[0081]
第二方面，本技术的实施例还提出了一种电子设备，包括上述任一实施例所述的圆柱电池100。本技术实施例的电子设备没有特别限定，其可以是现有技术中已知的任何电子设备。例如，电子设备包括但不限于蓝牙耳机、手机、平板、笔记本电脑、电动玩具、电动工具、电瓶车、电动汽车、轮船、航天器等等。其中，电动玩具可以包括固定式或移动式的电动玩具，例如，游戏机、电动汽车玩具、电动轮船玩具和电动飞机玩具等等，航天器可以包括飞机、火箭、航天飞机和宇宙飞船等等。
[0082]
需要说明的是，本技术的说明书及其附图中给出了本技术的较佳的实施例，但是，本技术可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本技术内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本技术说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本技术所附权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种圆柱电池，包括卷绕体和集流盘，所述卷绕体设置有揉平面，所述集流盘包括贴合部和折叠部，所述贴合部覆盖在所述揉平面上，其特征在于，所述贴合部的面积为s1，所述揉平面的面积为s2，满足60％≤s1/s2≤75％。2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，满足65％≤s1/s2≤70％。3.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述贴合部上开设有贯穿所述贴合部的通孔。4.根据权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，所述贴合部设置有若干连接位，所述连接位被构造为与所述揉平面连接，全部所述连接位的面积之和为s3，满足6％≤s3/s2≤10％。5.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，满足6.5％≤s3/s2≤8％。6.根据权利要求5所述的圆柱电池，其特征在于，所述通孔开设于所述贴合部的中心；所述贴合部上设置有多个连接组，所述连接组包括若干依次排列设置的所述连接位；在所述多个连接组中，至少两组所述连接组沿所述通孔的径向布置；在单个所述连接组中，沿所述若干连接位的排列方向，所述连接位的宽度为φ，相邻两所述连接位之间的间距为d，满足d≥(1～1.4)φ。7.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述连接位为波浪形的曲线段，所述连接位与所述通孔之间的距离为l1，满足l1≥5mm；所述曲线段首尾的直线距离为l2，满足15mm≤l2≤20mm。8.根据权利要求7所述的圆柱电池，其特征在于，所述连接位沿所述通孔的径向分布于所述贴合部。9.根据权利要求4所述的圆柱电池，其特征在于，所述贴合部包括开设有所述通孔的主体件以及连接于所述主体件的若干条状件；所述若干条状件环绕所述主体件设置，所述条状件沿所述通孔的径向延伸，所述连接位设置于所述条状件。10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的圆柱电池。

技术总结
本申请涉及一种圆柱电池及电子设备，包括卷绕体和集流盘，卷绕体设置有揉平面，集流盘包括贴合部和折叠部，贴合部覆盖在揉平面上，贴合部的面积为S1，揉平面的面积为S2，满足60％≤S1/S2≤75％。揉平面未完全被贴合部覆盖，在循环过程中，外部游离的电解液可从未覆盖区域进入卷绕体内部，从而补充卷绕体内的电解液消耗，以使得电解液快速浸润各极片。并且在上述范围内，集流盘与揉平面具有足够的贴合区域，可在改善浸润能力的同时保证界面的载流能力，从而缓解电池的温升。从而缓解电池的温升。从而缓解电池的温升。


技术研发人员：汪其
受保护的技术使用者：厦门新能安科技有限公司
技术研发日：2023.02.08
技术公布日：2023/7/23