圆柱电池的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种圆柱电池。


背景技术：

2.相关技术中，硅碳体系的圆柱电池，仅内部电芯孔和电芯与壳体之间的间隙两处有膨胀余量，导致内外侧极片所受应力不均匀，电芯中间层受压力较大。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种圆柱电池，以改善圆柱电池的安全性。
4.本实用新型提供了一种圆柱电池，圆柱电池包括第一电芯和第二电芯，所述第一电芯包括第一中心孔，所述第二电芯包括第二中心孔，所述第二电芯穿设于所述第一中心孔内，所述第二电芯与所述第一电芯之间具有间隙。
5.本实用新型提供的圆柱电池，包括套设的第一电芯和第二电芯，第一电芯包括第一中心孔，且第一电芯和第二电芯之间具有间隙，即在第一电芯的第一中心孔形成了电芯膨胀空间，同时在第一电芯和第二电芯之间也形成了电芯膨胀空间，使得内外侧极片所受应力相对较为均匀，使得电芯中间层受压力较小，避免了中间层极片由于应力不均受力较大导致出现塌陷、析锂等问题，改善了圆柱电池的安全性。
附图说明
6.为了更好地理解本公开，可参考在下面的附图中示出的实施例。在附图中的部件未必是按比例的，并且相关的元件可能省略，以便强调和清楚地说明本公开的技术特征。另外，相关要素或部件可以有如本领域中已知的不同的设置。此外，在附图中，同样的附图标记在各个附图中表示相同或类似的部件。
7.其中：
8.图1是根据一示例性实施方式示出的一种圆柱电池的结构示意图；
9.图2是根据一示例性实施方式示出的一种电芯的结构示意图；
10.图3是根据一示例性实施方式示出的一种电芯的俯视图；
11.图4是根据一示例性实施方式示出的一种电芯入壳后的俯视图；
12.图5是根据另一示例性实施方式示出的一种电芯的俯视图；
13.图6是根据另一示例性实施方式示出的一种电芯入壳后的俯视图。
14.附图标记说明如下：
15.10、圆柱电池；
16.100、电芯；110、第一电芯；111、第一中心孔；120、第二电芯；121、第二中心孔；130、第三电芯；131、第三中心孔；
17.200、电池壳体；210、容纳空间。
具体实施方式
18.下面将结合本公开示例实施例中的附图，对本公开示例实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。本文中的描述的示例实施例仅仅是用于说明的目的，而并非用于限制本公开的保护范围，因此应当理解，在不脱离本公开的保护范围的情况下，可以对示例实施例进行各种修改和改变。
19.在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”是指两个或两个以上；术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何组合和所有组合。特别地，提到“该/所述”对象或“一个”对象同样旨在表示可能的多个此类对象中的一个。
20.除非另有规定或说明，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接，或信号连接；“连接”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
21.进一步地，本公开的描述中，需要理解的是，本公开的示例实施例中所描述的“上”、“下”、“内”、“外”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本公开的示例实施例的限定。还需要理解的是，在上下文中，当提到一个元件或特征连接在另外元件(一个或多个)“上”、“下”、或者“内”、“外”时，其不仅能够直接连接在另外(一个或多个)元件“上”、“下”或者“内”、“外”，也可以通过中间元件间接连接在另外(一个或多个)元件“上”、“下”或者“内”、“外”。
22.本公开的实施例首先提供了一种圆柱电池，如图1～图4所示，圆柱电池10包括第一电芯110和第二电芯120，第一电芯110包括第一中心孔111，第二电芯120包括第二中心孔121，第二电芯120穿设于第一电芯110的第一中心孔111内，第二电芯120与第一电芯110之间具有间隙。
23.本公开提供的圆柱电池10，电芯100由第一电芯110和第二电芯120套设形成，第二电芯120包括第二中心孔121，且第一电芯110和第二电芯120之间具有间隙，即在第二电芯120的第二中心孔121形成了电芯膨胀空间，同时在第一电芯110和第二电芯120之间的间隙形成了电芯膨胀空间，使得内外侧极片所受应力相对较为均匀，使得电芯100中间层受到的压力较小，避免了中间层极片由于应力不均受力较大导致出现塌陷、析锂等问题，改善了圆柱电池10的安全性。
24.其中，第二电芯120与第一电芯110之间的间隙距离为0.1mm～2mm，例如0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.7mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.7mm、2.0mm等，本技术在此不一一列举。通过使第二电芯120与第一电芯110之间的间隙距离为0.1mm～2mm，一方面保证了在第一电芯110和第二电芯120之间形成有足够的电芯膨胀空间，另一方面也保证了电芯100的能量密度。当然，第二电芯120与第一电芯110之间的间隙距离也可大于2mm，或小于0.1mm，能够形成一定的电芯膨胀空间即可，本公开对此不做限制。
25.其中，在电芯100的径向上，第二电芯120与第一电芯110之间的间隙距离可相同或不同，第二电芯120与第一电芯110为等间隙间隔设置或非等间隙间隔设置。
26.其中，在电芯100轴向上的任一高度处，第二电芯120与第一电芯110之间在电芯100径向上的间隙和相等，以保证电芯100轴向上的任一高度处第二电芯120与第一电芯110
之间的间隙形成的电芯膨胀空间相同，进一步保证减小电芯100中间层压力的作用。
27.其中，第一电芯110可为等直径电芯，形成的第一中心孔111可为等直径通孔；第二电芯100可为等直径电芯，形成的第二中心孔121可为等直径通孔。
28.需要说明的是，第二电芯120与第一电芯110之间的间隙距离为0.1mm～2mm，第二电芯120与第一电芯110可以利用电池壳体200形成固定，由此保证第二电芯120与第一电芯110之间的间隙距离为0.1mm～2mm，或者，第二电芯120与第一电芯110可以利用与其连接的电转接结构进行固定，或者，第二电芯120与第一电芯110之间可以具有缓冲结构，由此形成对第二电芯120与第一电芯110的限位，但又保证了第二电芯120与第一电芯110之间具有间隙。
29.在本公开的实施例中，如图1和图4所示，圆柱电池10还包括电池壳体200，电池壳体200形成有容纳空间210，电芯100位于电池壳体200的容纳空间210中。即第一电芯110和第二电芯120设置于电池壳体200内。
30.其中，第一电芯110的周向外表面和电池壳体200之间具有间隙。第一电芯110和第二电芯120套设形成电芯100并设置于电池壳体200内后，电芯100的周向外表面和电池壳体200之间具有间隙，从而通过第二电芯120的第二中心孔121形成了电芯100的第一膨胀空间，通过第一电芯110和第二电芯120之间的间隙形成了电芯100的第二膨胀空间，进一步地通过第一电芯110的周向外表面和电池壳体200内壁之间的间隙形成了电芯100的第三膨胀空间，通过三个膨胀空间吸收电芯100的极片膨胀，使得电芯100内外侧极片所受的应力更加均匀，避免中间层极片受到的压力过大，同时避免了外层较大的膨胀力直接作用在电池壳体200的内壁上导致出现电池壳体200破裂、极片撕裂的情况，提升了圆柱电池的安全性。
31.其中，第一电芯110的周向外表面和电池壳体200之间的间隙距离为0.1mm～2mm，例如0.1mm、0.2mm、0.5mm、0.7mm、1mm、1.2mm、1.5mm、1.7mm、2.0mm等，本技术在此不一一列举。通过第一电芯110的周向外表面和电池壳体200之间的间隙为0.1mm～2mm，一方面保证了在第一电芯110和电池壳体200之间形成有足够的电芯膨胀空间，另一方面也保证了电池的能量密度。当然，第一电芯110的周向外表面和电池壳体200之间的间隙距离也可大于2mm，或小于0.1mm，能够形成一定的电芯膨胀空间即可，本公开对此不做限制。
32.其中，在电芯100的径向上，第一电芯110的周向外表面和电池壳体200之间的间隙距离可相同或不同，第一电芯110的周向外表面和电池壳体200为等间隙间隔设置或非等间隙间隔设置。
33.其中，在电芯100轴向上的任一高度处，第一电芯110的周向外表面和电池壳体200之间在电芯100径向上的间隙和相等，以保证电芯100轴向上的任一高度处第一电芯110的周向外表面和电池壳体200之间的间隙形成的电芯膨胀空间相同，进一步保证吸收外层较大膨胀力的作用。
34.在本公开的实施例中，第二电芯120与第一电芯110具有高度差。在电芯100入壳时，由于圆柱形的电池壳体200底部有形成有外滚槽，顶部盖板设有极柱，因此上表面和下表面存在凹凸不平的情况，通过使第二电芯120与第一电芯110具有高度差，使套设形成的电芯100上下表面具有与电池壳体200底部以及顶盖匹配的凹陷部或凸起部，有利于提高壳体内空间利用率，从而提高电池的能量密度。
35.其中，第二电芯120的顶面与第一电芯110的顶面之间具有高度差；或者，第二电芯
120的底面与第一电芯110的底面之间具有高度差；或者，第二电芯120的顶面与第一电芯110的顶面之间具有高度差，且第二电芯120的底面与第一电芯110的底面之间具有高度差。通过使第二电芯120的顶面与第一电芯110的顶面之间具有高度差，在电芯100入壳后，第二电芯120的顶面与第一电芯110的顶面通过高度差形成电芯100的顶面与顶盖上凸起的极柱匹配的凹陷结构，从而提升壳体内空间利用率。通过使第二电芯120的底面与第一电芯110的底面之间具有高度差，在电芯100入壳后，第二电芯120的底面与第一电芯110的底面通过高度差形成电芯100的底面与壳体底部外滚槽匹配的凹陷结构，从而提升壳体内空间利用率。
36.其中，第二电芯120的顶面与第一电芯110的顶面之间的高度差，可根据顶部盖板上极柱的具体高度进行设置；第二电芯120的底面与第一电芯110的底面之间具有高度差，可根据壳体底部外滚槽的具体深度进行设置。
37.在本公开的实施例中，第一电芯110与第二电芯120的高度相同，第一电芯110与第二电芯120上下错位设置，第一电芯110相对第二电芯120位置较高，即第二电芯120的顶面位于第一中心孔111内。通过使第一电芯110与第二电芯120上下错位设置，能够避让壳体顶部极柱以及利用壳体底部滚槽边内的空间，提高圆柱电池10的体积能量密度。
38.在本技术的实施例中，第一电芯110的容量与第二电芯120的容量相一致。由于第一电芯110与第二电芯120串联，通过使第一电芯110的容量与第二电芯120的容量相一致，能够使串联分压均匀，防止分压大的电芯过充。当然，第一电芯110的容量与第二电芯120的容量也可不同，本公开对此不做限制。
39.在本公开的实施例中，第一电芯110与第二电芯120为硅基电芯，第一电芯110采用低膨胀体系的活性物质，第二电芯120采用高膨胀体系的活性物质，即第一电芯110的膨胀系数小于第二电芯120的膨胀系数。通过使第一电芯110的膨胀系数小于第二电芯120的膨胀系数，电芯100的外层极片产生的膨胀力较小，使得电芯100的外层结构稳定，能够辅助电池壳体200对电芯100的内层提供束缚作用。
40.需要说明的是，电芯具有相互层叠的正极片与负极片以及设置在正极片和负极片之间的隔膜片，正极片与负极片以及设置在正极片和负极片之间的隔膜片进行卷绕得到卷绕式电芯。电芯的正极极耳与正极片连接，负极极耳与负极片连接。
41.其中，电芯的膨胀系数＝100％soc时的负极片厚度/0％soc时的负极片厚度，100％soc(state of charge)表示电芯完全充满，0％soc表示电芯放电完全。
42.其中，100％soc时的负极片厚度＝负极片厚度
×
(1+100％soc负极片涂层膨胀率)，0％soc时的负极片厚度＝负极片厚度
×
(1+0％soc负极片涂层膨胀率)。
43.其中，第一电芯110的活性物质的硅含量小于第二电芯120的活性物质的硅含量。通过使第一电芯110的活性物质的硅含量小于第二电芯120的活性物质的硅含量，从而使得第一电芯110的膨胀系数小于第二电芯120的膨胀系数，以使电芯100的外层结构稳定，能够辅助电池壳体200对电芯100的内层提供束缚作用。
44.其中，第一电芯110的活性物质的硅含量占比为0～10％，例如0、1％、3％、5％、8％、10％等；第二电芯120的活性物质的硅含量占比为5％～25％，例如5％、10％、15％、20％、25％等。
45.示例的，在制备第一电芯110的负极片时，制备原料包括硅材料、石墨、sp(导电炭
黑)、cmc(羧甲基纤维素钠)和paa(聚丙烯酸)，硅材料的质量占比可为0～10％，石墨的质量占比可为85％～95％，sp的质量占比可为0.5％～1.5％，cmc的质量占比可为0.5％～1.5％，paa的质量占比可为1％～3％。在制备第二电芯120的负极片时，制备原料包括硅材料、石墨、sp(导电炭黑)、cmc(羧甲基纤维素钠)和paa(聚丙烯酸)，硅材料的质量占比可为5％～25％，石墨的质量占比可为80％～90％，sp的质量占比可为0.5％～1.5％，cmc的质量占比可为0.5％～1.5％，paa的质量占比可为1％～3％。
46.在本公开的实施例中，如图5和图6所示，圆柱电池10还包括第三电芯130，第三电芯130穿设于第二中心孔121内，第三电芯130包括第三中心孔131。通过设置第三电芯130，将第三电芯130设置在第二电芯120的第二中心孔121中，第一电芯110、第二电芯120与第三电芯130套设形成了电芯100。
47.其中，第一电芯110与第二电芯120之间具有间隙，第二电芯120与第三电芯130之间具有间隙，即电芯100的中间层具有两个间隙，在电芯100的中间层形成了两个电芯膨胀空间，进一步使得内外侧极片所受应力相对较为均匀，进一步使得电芯100的中间层受压力较小，进一步避免了中间层极片由于应力不均受力较大导致出现塌陷、析锂等问题，改善了圆柱电池10的安全性。
48.其中，第一电芯110、第二电芯120与第三电芯130为硅基电芯，第一电芯110的膨胀系数小于第二电芯120的膨胀系数。通过使第一电芯110的膨胀系数小于第二电芯120的膨胀系数，电芯100的外层极片产生的膨胀力较小，以使电芯100的外层结构稳定，能够辅助电池壳体200对电芯100的内层提供束缚作用。
49.其中，第二电芯120的活性物质的硅含量小于第三电芯130的活性物质的硅含量。通过使第二电芯120的活性物质的硅含量小于第三电芯130的活性物质的硅含量，从而使得第二电芯120的膨胀系数小于第三电芯130的膨胀系数，以使电芯100的外层结构稳定，能够辅助电池壳体200对电芯100的内层提供束缚作用。
50.其中，第一电芯110的活性物质中硅含量占比为0～10％，例如0、1％、3％、5％、8％、10％等；第二电芯120的活性物质中硅含量占比为3％～15％，例如3％、5％、8％、10％、12％、15％等；第三电芯130的活性物质涂层中硅含量占比为5％～25％，例如5％、10％、15％、20％、25％等。当然，第一电芯110的活性物质中硅含量占比也可大于10％，第二电芯120的活性物质中硅含量占比也可小于3％或大于15％，第三电芯130的活性物质涂层中硅含量占比也可小于5％或大于25％，使第三电芯130的活性物质中硅含量占比大于第二电芯120的活性物质中硅含量占比，第二电芯120的活性物质中硅含量占比大于第一电芯110的活性物质中硅含量占比即可，本公开对此不做限制。
51.示例的，在制备第一电芯110的负极片时，制备原料包括硅材料、石墨、sp(导电炭黑)、cmc(羧甲基纤维素钠)和paa(聚丙烯酸)，硅材料的质量占比可为0～10％，石墨的质量占比可为85％～95％，sp的质量占比可为0.5％～1.5％，cmc的质量占比可为0.5％～1.5％，paa的质量占比可为1％～3％。在制备第二电芯120的负极片时，制备原料包括硅材料、石墨、sp(导电炭黑)、cmc(羧甲基纤维素钠)和paa(聚丙烯酸)，硅材料的质量占比可为3～15％，石墨的质量占比可为85％～96％，sp的质量占比可为0.5％～1.5％，cmc的质量占比可为0.5％～1.5％，paa的质量占比可为1％～3％。在制备第三电芯130的负极片时，制备原料包括硅材料、石墨、sp(导电炭黑)、cmc(羧甲基纤维素钠)和paa(聚丙烯酸)，硅材料的
质量占比可为5％～25％，石墨的质量占比可为80％～90％，sp的质量占比可为0.5％～1.5％，cmc的质量占比可为0.5％～1.5％，paa的质量占比可为1％～3％。
52.本公开的一个实施例还提供了一种电池组，包括上述的圆柱电池10。
53.本公开一个实施例的电池组包括圆柱电池10，圆柱电池10包括套设的第一电芯110和第二电芯120，第二电芯120包括第二中心孔121，且第一电芯110和第二电芯120之间具有间隙，即在第二电芯120的第二中心孔121形成了电芯膨胀空间，同时在第一电芯110和第二电芯120之间的间隙形成了电芯膨胀空间，使得内外侧极片所受应力相对较为均匀，使得电芯100的中间层受压力较小，避免了中间层极片由于应力不均受力较大导致出现塌陷、析锂等问题，改善了圆柱电池10的安全性，提升了电池组的安全性。
54.在一个实施例中，电池组为电池模组或电池包。
55.电池模组包括多个圆柱电池10，圆柱电池10可以设置在托板上，以此形成电池模组。
56.电池包包括多个圆柱电池10和电池箱体，电池箱体用于固定多个圆柱电池10。
57.需要说明的是，电池包包括电池，圆柱电池10可以为多个，多个圆柱电池10设置于电池箱体内。其中，多个圆柱电池10可以形成电池模组后安装于电池箱体内。或者，多个圆柱电池10可以直接设置在电池箱体内，即无需对多个圆柱电池10进行成组，利用电池箱体对多个电池进行固定。
58.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型创造后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例实施方式仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
59.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的保护范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种圆柱电池，其特征在于，包括第一电芯(110)和第二电芯(120)，所述第一电芯(110)包括第一中心孔(111)，所述第二电芯(120)包括第二中心孔(121)，所述第二电芯(120)穿设于所述第一中心孔(111)内，所述第二电芯(120)与所述第一电芯(110)之间具有间隙。2.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二电芯(120)与所述第一电芯(110)之间的间隙距离为0.1mm～2mm。3.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二电芯(120)与所述第一电芯(110)具有高度差。4.根据权利要求3所述的圆柱电池，其特征在于，所述第二电芯(120)的顶面与所述第一电芯(110)的顶面之间具有高度差，和/或，所述第二电芯(120)的底面与所述第一电芯(110)的底面之间具有高度差。5.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第一电芯(110)与所述第二电芯(120)为硅基电芯。6.根据权利要求5所述的圆柱电池，其特征在于，所述第一电芯(110)的膨胀系数小于所述第二电芯(120)的膨胀系数。7.根据权利要求6所述的圆柱电池，其特征在于，所述第一电芯(110)的活性物质的硅含量小于所述第二电芯(120)的活性物质的硅含量。8.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池还包括第三电芯(130)，所述第三电芯(130)穿设于所述第二中心孔(121)内，所述第三电芯(130)包括第三中心孔(131)，所述第三电芯(130)与所述第二电芯(120)之间具有间隙；所述第二电芯(120)的膨胀系数小于所述第三电芯(130)的膨胀系数。9.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第一电芯(110)与所述第二电芯(120)的高度相同，所述第二电芯(120)的顶面位于所述第一中心孔(111)内。10.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述第一电芯(110)与所述第二电芯(120)的容量相同。11.根据权利要求1所述的圆柱电池，其特征在于，所述圆柱电池还包括电池壳体(200)，所述第一电芯(110)和所述第二电芯(120)设置于所述电池壳体(200)内；其中，所述第一电芯(110)的周向外表面和所述电池壳体(200)之间具有间隙。

技术总结
本实用新型涉及电池技术领域，提出了一种圆柱电池，圆柱电池包括第一电芯和第二电芯，第一电芯包括第一中心孔，第二电芯包括第二中心孔，第二电芯穿设于第一中心孔内，第二电芯与第一电芯之间具有间隙。本实用新型提供的圆柱电池，改善了圆柱电池的安全性。改善了圆柱电池的安全性。改善了圆柱电池的安全性。


技术研发人员：徐鹏飞
受保护的技术使用者：中创新航科技集团股份有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/19