CN107968216A - 一种动力蓄电池电芯、pack结构及其制造方法 - Google Patents

一种动力蓄电池电芯、pack结构及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种动力蓄电池电芯、pack结构及其制造方法，属于动力电池领域。本发明提供一种动力蓄电池电芯，由正极端壳体、极组、负极端壳体组成，正极端壳体由材料为铝或铜的正极端子，材料为铝的正极汇流盒，材料为塑料的注塑塑料层组成。本发明的动力蓄电池pack结构，由多个前述动力蓄电池电芯、两端端板、液冷板以及连接液冷板的软管组成。本发明还提供一种动力蓄电池pack的制造方法。本发明可解决现有技术中存在的上述问题，大大降低了动力电池电芯制造工艺的高精度的要求、简化了成组pack结构与制造工艺、降低动力电池系统成本，并兼容未来固态聚合物电池工艺。

Description

一种动力蓄电池电芯、pack结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种动力蓄电池电芯、pack(电池包)结构及其制造方法，属于动力电池领域。
背景技术
动力锂离子电池作为一种储能装置在纯电动汽车中得到了推广应用。但是目前存在的三种动力锂离子电池技术包括方形铝壳、圆柱、以及软包装技术路线，由于其结构、制造工艺都是从原来3C市场应用演化而来，在新能源车、储能应用中，成组成本高、工艺控制复杂、使得成本居高不下，影响了新能源储能的广泛应用；同时，原工艺配套的设施设备也不利于未来固态聚合物电池的兼容性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种动力蓄电池电芯、pack结构及其制造方法，可解决现有技术中存在的上述问题，大大降低了动力电池电芯制造工艺的高精度的要求、简化了成组pack结构与制造工艺、降低动力电池系统成本，并兼容未来固态聚合物电池工艺。
本发明提供的一种动力蓄电池电芯，由正极端壳体、极组、负极端壳体组成，正极端壳体由材料为铝或铜的正极端子，材料为铝的正极汇流盒，材料为塑料的注塑塑料层组成；其中正极端子焊接在正极汇流盒上，作为镶件，采用注塑工艺完成正极端壳体，负极端壳体由材料为铜的负极端子，材料为铜的负极汇流盒，材料为塑料的注塑塑料层组成；其中负极端子焊接在负极汇流盒上，作为镶件，采用注塑工艺完成负极端壳体；极组的正极端与正极端壳体中的正极汇流盒焊接在一起，极组的负极端与负极端壳体中的负极汇流盒焊接在一起。
进一步，上述动力蓄电池电芯中，所述正极端壳体、所述负极端壳体采用超声或激光焊接一起，保证其密封性。在所述正极端壳体或所述负极端壳体上留有注液孔。所述极组由多条极组单元(Bicell)组成，极组单元(Bicell)构成形式为正极集流体+正极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体+负极活性物质层+隔膜+正极活性物质层+正极集流体；或者负极集流体+负极活性物质层+隔膜+正极极活性物质层+正极极集流体+正极极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体；或者为正极集流体+正极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体；或者负极集流体+负极活性物质层+隔膜+正极活性物质层+正极集流体。每条极组单元(Bicell)通过热压工艺热合为一体，多条极组单元(Bicell)根据同性相对叠放后，采用S或Z折方式叠层，组成极组。所述极组的正极极片由铝箔集流体、活性物质层构成，负极极片由铜箔集流体、负极活性物质层构成，隔膜或为微孔膜或为无纺布膜，双面涂覆固态电解质或聚合物。根据容量大小、功率特性确定极组单元(Bicell)的数量，将正极集流体引出与正极端壳体中的正极汇流盒焊接；将负极集流体引出与负极端壳体中的负极汇流盒焊接。
另外，本发明提供一种动力蓄电池pack结构，由多个前述动力蓄电池电芯、两端端板、液冷板以及连接液冷板的软管组成，用金属钢带将其固定在一起，其中液冷板夹在电芯之间，分别紧密与电芯中的正极端壳体、负极端壳体中的正极汇流盒、负极汇流盒接触；电芯之间通过正极端子与负极端子通过激光焊接在一起实现串联；总正端子、总负端子从两端端板接出，液冷板的连接可以通过进水口、出水口实现并联连接或者串联连接。
进一步，上述动力蓄电池pack结构中，所述液冷板由两块铝制件，及焊接在其上面的进出水管组成，两块铝制件在密封带与隔离带处通过激光焊接在一起，从而两块铝制件之间形成空腔，液体可以在空腔中流动。
此外，本发明还提供一种动力蓄电池pack制造方法，由如下工艺流程组成：正、负极、隔膜合浆，正、负极、隔膜涂布，正负极滚压，正、负极、隔膜分切，正负极、隔膜热合，极组单元(Bicell)裁切，极组单元(Bicell)叠放成极组，极组S折叠，极组正负极分别与正负极端壳体焊接，正负极端壳体组合焊接密封，真空烘烤，化成、分容、配组、组成pack。
进一步，上述动力蓄电池pack制造方法中，还包括注液流程。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、采用了新的极组结构，规避掉传统叠片工艺中电极裁切工序容易造成毛刺的缺点以及卷绕工艺电芯应用中由于应力而产生扭曲现象；
2、采用了正负极单子处于电芯两端的结构极大便于pack成组，新型电芯类双极性结构，便于pack组装，减少电连接件、降低成本、减轻重量；
3、采用金属镶嵌注塑壳体结构组合，兼顾了软包装的安全性，并适合大规模制造，正负极端壳体采用金属镶嵌注塑结构兼顾软包装电池的安全性，避开软包装用铝塑膜的国外垄断；
4、本结构同时也考虑到了pack的液冷结构应用，Pack结构液冷一体化；
5、本结构及其制造工艺可以兼容固态聚合物电池应用，本发明的新型工艺技术路线，其对应设备可以兼容未来固态聚合物电池的制造。
本发明提供了一种新型的动力蓄电池电芯、及其pack结构，该结构便于电芯制造、pack制造；与其对应的新型电芯制造工艺，适合规模化生产、降低制成本。
附图说明
图1是本发明一种动力蓄电池电芯的结构示意图。
图2a-2c是本发明一种动力蓄电池电芯的结构中的极组的说明的示意图，其中图2a为极组的S折方式的示意图，图2b和图2c为极组中极组单元(Bicell)构成形式的示意图。
图3a-3b是本发明一种动力蓄电池电芯组成的pack结构的示意图，其中图3a为pack结构的截面示意图，图3b为pack结构的正面示意图。
图4a-4b是本发明pack结构的液冷板的示意图，其中图4a为液冷板的侧面示意图，图4b为液冷板的正面示意图。
图5a-5c是本发明一种动力蓄电池电芯的结构中的正极(或负极)端壳体的结构示意图，其中图5a为正极端壳体的截面示意图，图5b为正极端壳体的从图5a中的A向箭头所见的示意图,图5c为正极端壳体的从图5a中的B向箭头所见的示意图。
图6是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
图1是本发明一种动力蓄电池电芯的结构示意图。图2a-2c是本发明一种动力蓄电池电芯的结构中的极组的说明的示意图，其中图2a为极组的S折方式的示意图，图2b和图2c为极组中极组单元(Bicell)构成形式的示意图。图3a-3b是本发明一种动力蓄电池电芯组成的pack结构的示意图，其中图3a为pack结构的截面示意图，图3b为pack结构的正面示意图。图4a-4b是本发明pack结构的液冷板的示意图，其中图4a为液冷板的侧面示意图，图4b为液冷板的正面示意图。图5a-5c是本发明一种动力蓄电池电芯的结构中的正极(或负极)端壳体的结构示意图，其中图5a为正极端壳体的截面示意图，图5b为正极端壳体的从图5a中的A向箭头所见的示意图,图5c为正极端壳体的从图5a中的B向箭头所见的示意图。图6是本发明的工艺流程图。
如图1所示，新型动力蓄电池电芯1结构由正极端壳体1-1、极组1-2、负极端壳体1-3组成。正极端壳体1-1由材料为铝或铜的正极串并联端子1-1-1，材料为铝的正极汇流盒1-1-2，材料为塑料的注塑塑料层1-1-3组成；其中正极端子1-1-1焊接在正极汇流盒1-1-2上，作为镶件，将注塑塑料层1-1-3注塑完成(采用注塑工艺完成正极端壳体)。负极端壳体1-3由材料为铜的负极端子1-3-1，材料为铜的负极汇流盒1-3-2，材料为塑料的注塑塑料层1-3-3组成；其中负极端子1-3-1焊接在负极汇流盒1-3-2上，作为镶件，将注塑塑料层1-3-3注塑完成(采用注塑工艺完成负极端壳体)；极组1-2的正极(端)与正极端壳体1-1中的正极汇流盒1-1-2焊接在一起，极组1-2的负极(端)与负极端壳体1-3中的负极汇流盒1-3-2焊接在一起；然后，将正极端壳体1-1、负极端壳体1-3采用超声或激光焊接一起，保证其密封性；考了到在液态电解液电池中，使用液态电解液，在正极端壳体1-1或负极端壳体1-3上留有注液孔(没有画出)。
如图2a-2c所示，是本发明一种动力蓄电池电芯的结构中的极组1-2的说明。极组1-2由多条极组单元(Bicell)组成。极组单元(Bicell)构成形式有三种：1、正极集流体+正极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体+负极活性物质层+隔膜+正极活性物质层+正极集流体；2、或者负极集流体+负极活性物质层+隔膜+正极极活性物质层+正极极集流体+正极极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体；3、或者为正极集流体+正极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体。每条极组单元(Bicell)通过热压工艺热合为一体，多条极组单元(Bicell)根据同性相对叠放后，采用S或Z折方式叠层。正极极片由铝箔(或穿孔)集流体、正极活性物质层构成，负极极片由铜箔(或穿孔)集流体、负极活性物质层构成，隔膜或为微孔膜或为无纺布膜，双面涂覆固态电解质或聚合物。多条极组单元(Bicell)根据同性(相同极性集流体)相对叠放后，采用S或Z折方式叠层，组成极组，根据容量大小、功率特性确定极组单元(Bicell)的数量，将正极集流体引出与正极端壳体1-1中的正极汇流盒1-1-2焊接；将负极集流体引出与负极端壳体1-3中的负极汇流盒1-3-2焊接。
如图3a-3b所示，是本发明一种动力蓄电池电芯组成的pack结构的示意图，为新型动力蓄电池电芯组成的pack结构。该结构由多个新型蓄电池电芯1、两端端板3、4、液冷板2以及连接液冷板2的软管组成，用金属钢带5将其固定在一起。其中液冷板2夹在电芯1之间，分别紧密与电芯1中的正极端壳体1-1、负极端壳体1-3中的正极汇流盒1-1-2、负极汇流盒1-3-2接触；电芯1之间通过正极端子1-1-1与负极端子1-3-1通过激光焊接在一起实现串联；总正端子、总负端子从两端端板3、4接出。液冷板2的连接可以通过进水口、出水口实现并联连接或者串联连接。
如图4a-4b所示，是本发明pack结构的液冷板2的示意图。液冷板2由两块铝制件(左铝制件2-2、右铝制件2-3)，及焊接在其上面的进出水管(2-1、2-4)组成，两块铝制件在密封带(四周密封带)与隔离带处通过激光焊接在一起，从而两块铝制件之间形成空腔，液体可以在空腔中流动。水(液体)流方向如箭头所示。图4b中示出了进水口、出水口、隔离带、四周密封带及水(液体)流方向。
如图5a-5c所示，是本发明一种动力蓄电池电芯的结构中的正极端壳体1-1(或负极端壳体1-3)的结构示意图。图5a-5c仅示出了正极端壳体1-1的附图标记，负极端壳体1-3的结构与正极端壳体1-1相类似。在图5a-5c中，正极端壳体1-1由材料为铝或铜的正极端子1-1-1，材料为铝的正极汇流盒1-1-2，材料为塑料的注塑塑料层1-1-3组成；其中正极端子1-1-1焊接在正极汇流盒1-1-2上，作为镶件，将注塑塑料层1-1-3注塑完成。图5b为正极端壳体的从图5a中的A向箭头所见的示意图,图5c为正极端壳体的从图5a中的B向箭头所见的示意图
如图6所示为本发明的工艺流程。正、负极、隔膜合浆，正、负极、隔膜涂布，正负极滚压，正、负极、隔膜分切，正负极、隔膜热合，极组单元(Bicell)裁切，极组单元(Bicell)叠放成极组(相当于并联)，极组S折叠，极组正负极分别与正负极端壳体焊接，正负极端壳体组合焊接密封，真空烘烤，注液(聚合物电解质电池没有该工序)，化成、分容、配组、组成pack。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种动力蓄电池电芯，其特征在于，由正极端壳体、极组、负极端壳体组成，正极端壳体由材料为铝或铜的正极串并联端子，材料为铝的正极汇流盒，材料为塑料的注塑塑料层组成；其中正极端子焊接在正极汇流盒上，作为镶件，将注塑塑料层注塑完成，负极端壳体由材料为铜的负极端子，材料为铜的负极汇流盒，材料为塑料的注塑塑料层组成；其中负极串并联端子焊接在负极汇流盒上，作为镶件，将注塑塑料层注塑完成；极组的正极端与正极端壳体中的正极汇流盒焊接在一起，极组的负极端与负极端壳体中的负极汇流盒焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的动力蓄电池电芯，其特征在于，所述正极端壳体、所述负极端壳体采用超声或激光焊接一起，保证其密封性。
3.根据权利要求1或2所述的动力蓄电池电芯，其特征在于，在所述正极端壳体或所述负极端壳体上留有注液孔。
4.根据权利要求1或2所述的动力蓄电池电芯，其特征在于，所述极组由多条极组单元(Bicell)组成，极组单元(Bicell)构成形式为正极集流体+正极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体+负极活性物质层+隔膜+正极活性物质层+正极集流体；或者负极集流体+负极活性物质层+隔膜+正极极活性物质层+正极极集流体+正极极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体；或者为正极集流体+正极活性物质层+隔膜+负极活性物质层+负极集流体。每条极组单元(Bicell)通过热压工艺热合为一体，多条极组单元(Bicell)根据同性相对叠放后，采用S或Z折方式叠层，组成极组。
5.根据权利要求4所述的动力蓄电池电芯，其特征在于，所述极组单元(Bicell)的正极极片由铝箔集流体、活性物质层构成，负极极片由铜箔集流体、负极活性物质层构成，隔膜或为微孔膜或为无纺布膜，双面涂覆固态电解质或聚合物。其中极组单元的外层集流体可以是穿孔铝箔或者穿孔铜箔。
6.根据权利要求5所述的动力蓄电池电芯，其特征在于，根据容量大小、功率特性确定极组单元(Bicell)的数量，将正极集流体引出与正极端壳体中的正极汇流盒焊接；将负极集流体引出与负极端壳体中的负极汇流盒焊接。
7.一种动力蓄电池pack结构，其特征在于，由多个前述权利要求1-6所述的动力蓄电池电芯、两端端板、液冷板以及连接液冷板的软管组成，用金属钢带将其固定在一起，其中液冷板夹在电芯之间，分别紧密与电芯中的正极端壳体、负极端壳体中的正极汇流盒、负极汇流盒接触；电芯之间通过正极端子与负极端子通过激光焊接在一起实现串联；总正端子、总负端子从两端端板接出，液冷板的连接可以通过进水口、出水口实现并联连接或者串联连接。
8.根据权利要求7所述的动力蓄电池pack结构，其特征在于，所述液冷板由两块铝制件，及焊接在其上面的进出水管组成，两块铝制件在密封带与隔离带处通过激光焊接在一起，从而两块铝制件之间形成空腔，液体可以在空腔中流动。
9.一种动力蓄电池pack制造方法，其特征在于，由如下工艺流程组成：正、负极、隔膜合浆，正、负极、隔膜涂布，正负极滚压，正、负极、隔膜分切，正负极、隔膜热合，极组单元(Bicell)裁切，极组单元(Bicell)叠放成极组，极组S折叠，极组正、负极分别与正、负极端壳体焊接、正负极端壳体组合焊接密封、真空烘烤、化成、分容、配组、组成pack中的全部或大部分工序。
10.根据权利要求9所述的动力蓄电池pack制造方法，其特征在于，还可以包括注液流程。
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