CN108039427B - 一种装配简易的两头出方壳装置及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于一种装配简易的两头出方壳装置及其装配方法，将尺寸较小的一极从壳体完全敞开的一头进入壳体，由于壳体一头是完全敞开式的，相对较小的极盖一头可以完全进入壳体，并且一直推到壳体不是完全敞开的一头，与壳体完全接壤，此时较大的极盖和壳体完全敞开的一头也正好完全接壤，将衔接完成的壳体、电芯、极盖放到激光焊仪器下进行焊接封装，后通过正极盖处的注液孔进行注液操作，防爆阀以螺纹的方式拧入注液孔，再涂抹密封胶进行固定。本发明的一种装配简易的两头出极柱的出方壳结构和装配方法，可以实现简易的装配过程，从而达到降低一头出铝壳动力电池和超级电容器的内阻又便于装配的效果。
Description
技术领域
本发明属于电池或者电容装配方式，具体涉及方形结构的一种两头出的装配方式。
背景技术
超级电容器动力电池按电芯的结构形状来分，主要分为圆柱电芯和方形电芯以及软包这三种。在一定程度上，电芯的性能决定了超级电容器和电池模组的性能进而影响整个动力电池系统的性能。因此在进行超级电容器和动力电池系统设计，要根据整车的设计要求去选择电芯的材料及形状。方壳结构和圆柱结构相比风道容易设计、结构规整好布局；与软包相比不需要辅助的支撑件来组成，因此相同容量的模组，理论上方壳结构所占用的空间更小，更有利于整车给其电源系统进行布局规划。
目前市场上圆柱结构和软包结构高能量型一般采用一端出极柱结构，高功率型一般采用两端出极柱结构，但目前市场上的方壳超级电容器和动力电池的结构受设计和装配的难度所限，为一头出正负极柱的结构，该结构制作简单，利于提高器件的比能量，但该结构内阻较大，不利于大功率输出，在大功率的工况下发热较大，循环寿命衰减严重。
发明内容
本发明为解决上述问题，发明了一种装配简易的两头出极柱的出方壳结构和装配方法。且该种结构可以实现简易的装配过程，从而达到降低一头出铝壳动力电池和超级电容器的内阻又便于装配的效果。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种装配简易的两头出方壳装置，包括壳体、电芯、正极盖、负极盖，该方壳的正负极柱不在同一边而分别位于方形壳体的两头，壳体采用长方体空心方壳，取位于长边的一组相对的左右侧壁分别与正极盖、负极盖衔接，正极盖上固定有正极柱、正极耳固定区域、塑封胶以及衔接平台；负极盖上固定有负极柱、负极耳固定区域、塑封胶以及衔接平台；设定其中一个极性的极盖尺寸大于另一个极性的极盖尺寸，较大尺寸的极盖处的壳体设为完全敞开式结构，用于和相应的极盖衔接；较小尺寸的极盖处的壳体设为非完全敞开式结构，用于和相应的极盖衔接，所述壳体采用铝合金材料壳体；电芯采用Z字形的叠片方式或卷绕方式。
设正极盖的长和宽与壳体尺寸大小相同，保证正极盖和壳体能够正好衔接配合，其中极盖和极柱中有塑封胶进行绝缘，极盖和正极耳固定区域中也有塑封胶进行绝缘；负极盖的长和宽比壳体尺寸小，保证负极盖向壳体负极移动的过程中大小不受壳体大小的约束，壳体尺寸大于负极盖，故壳体和负极盖接壤的部分需留有余边进行衔接配合，其中极盖和极柱中有塑封胶进行绝缘，极盖和负极耳固定区域中也有塑封胶进行绝缘。
还提供一种采用所述的装配简易的两头出方壳装置的装配方法，包括以下步骤：
1）电芯的制作：
将限定尺寸的极片和隔膜通过叠片的方式进行制作，保证电芯一头出正极耳，另一头出负极耳，且电芯的尺寸按实际工况小于负极盖的尺寸；
2）极盖和电芯的固定；
3）入壳：
将正极盖和负极盖分别和电芯的两头固定后，进行入壳操作，将已经和正负极盖连成一体的电芯负极部分从壳体的正极入口进入壳体，负极极盖的尺寸比壳体尺寸小，电芯尺寸比负极盖尺寸小，所以在负极盖和电芯移动的过程中不会受到壳体尺寸的限制而卡壳，由于台阶的设计，当正负极盖正好与壳体匹配时，正极盖的台阶外沿覆盖于壳体正极入口外，负极盖的台阶外沿覆盖于壳体负极出口内，从而起到一个相互匹配及固定的效果；
4）封装：
正负极盖、电芯和壳体匹配后，在极盖和壳体衔接的地方进行封口操作，具体的操作方式为，通过激光焊接的方式进行点焊，正负极不分优先顺序；
5）注液：
通过正极盖上的注液孔进行注液操作，此时方形铝壳的结构已经完成，注液后将防爆阀以螺纹的形式拧入注液孔中，再涂抹密封胶进行封口即完成了最后操作。
进一步的，将极盖上的极耳固定区域和极耳进行衔接，衔接的方式可以通过用螺栓拧紧的方式，具体的操作为，将电芯的集流体极耳部分先用超声焊焊接使其成为固定的一体，后将焊接完后的集流体极耳部分与金属极耳进行超声焊接将极耳引出，在金属极耳上打孔，使其大小正好和极盖极耳固定区域螺纹孔的大小匹配，然后将金属极耳的冲孔位置对齐极耳固定区域的螺纹孔，将螺栓从螺纹孔拧入，从而起到固定的效果。
进一步的，将极盖上的极耳固定区域和极耳进行衔接，衔接的方式可以通过焊接的方式，具体的操作方式为将集流体极耳部分通过工装或者设备使其弯曲集中，然后将其放于极耳固定区域，通过激光焊接的方式进行衔接固定。
进一步的，所述的两头出方壳装置的装配方式既可以利用人工来完成也可以通过机器来实现机械化达到提高效率的目的。
本发明的一种装配简易的两头出极柱的出方壳结构和装配方法，可以实现简易的装配过程，从而达到降低一头出铝壳动力电池和超级电容器的内阻又便于装配的效果。
附图说明
图1a 方壳器件外形及零部件示意图主视图
图1b方壳器件外形及零部件示意图左视图
图1c方壳器件外形及零部件示意图俯视图
图1d 方壳器件外形及零部件示意图侧视图
图2a正极极盖外形及零部件主视图
图2b正极极盖外形及零部件左视图
图2c正极极盖外形及零部件俯视图
图2d正极极盖外形及零部件侧视图
图3a负极极盖外形及零部件主视图
图3b负极极盖外形及零部件左视图
图3c负极极盖外形及零部件俯视图
图3d负极极盖外形及零部件侧视图
图4a方壳壳体外形主视图
图4b方壳壳体外形侧视图
图4c方壳壳体外形左视图
图4d方壳壳体外形俯视图
附图标记说明
1正极，2负极，3防爆阀、注液孔，4塑封胶，5螺纹孔，6极耳固定区域，7极柱，8台阶。
具体实施方式
现结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。
一种装配简易的两头出方壳装置，包括壳体、电芯、正极盖、负极盖，其特征在于，该种方形壳体的正负极柱不在同一边而分别位于方形壳体的两头，壳体采用长方体空心方壳，取位于长边的一组相对的左右侧壁分别与正极盖、负极盖衔接，正极盖上固定有正极柱、正极耳固定区域、塑封胶以及衔接平台；负极盖上固定有负极柱、负极耳固定区域、塑封胶以及衔接平台；设定其中一个极性的极盖尺寸大于另一个极性的极盖尺寸，较大尺寸的极盖处的壳体设为完全敞开式结构，用于和相应的极盖衔接；较大尺寸的极盖处的壳体设为非完全敞开式结构，用于和相应的极盖衔接。
所述壳体采用铝合金或其他等效材料壳体 ，壳体材料根据使用工况和材料发展可以不断升级。锂电池外壳设计有方角和圆角两种，铝壳的材质一般为铝锰合金，它含有的主要合金成分有Mn、Cu、Mg、Si、Fe等，这五种合金在锂电池铝壳中发挥着不同的作用，如Cu和Mg是提高强度与硬度，Mn提高耐腐蚀性，Si能增强含镁铝合金的热处理效果，Fe可以提高高温强度。
电芯采用Z字形的叠片方式或卷绕方式或其他等效走线方式 ；装配简易的两头出方壳装置中安装的电芯可以用电池或者超级电容器或其他等效元件。目前的电芯制备方式主要是叠片和卷绕，但将来若出现可替换形式，不在此限。
正负极都有或只有一极有防爆阀、可在正极或负极其中之一设有注液孔。
所述的两头出方壳装置中壳体的大小、极盖的大小可根据实际工况以及具体需求来确定。
具体的装配方式为如下，但不仅限于如下方法：所述的装配过程中涉及的工艺，比如干燥等根据不同情况而定。
1）电芯的制作：
将限定尺寸的极片和隔膜通过叠片的方式进行制作，保证电芯一头出正极耳，另一头出负极耳，且电芯的尺寸按实际工况小于负极盖的尺寸。
2）极盖和电芯的固定：
方法一：将极盖（图2、图3）上的极耳固定区域和极耳进行衔接，衔接的方式可以通过用螺栓拧紧的方式，具体的操作为，将电芯的集流体极耳部分先用超声焊焊接使其成为固定的一体，后将焊接完后的集流体极耳部分与金属极耳进行超声焊接将极耳引出，在金属极耳上打孔，使其大小正好和极盖极耳固定区域螺纹孔的大小匹配，然后将金属极耳的冲孔位置对齐极耳固定区域的螺纹孔，将螺栓从螺纹孔拧入，从而起到固定的效果。
方法二：将极盖（图2、图3）上的极耳固定区域和极耳进行衔接，衔接的方式可以通过焊接的方式，具体的操作方式为将集流体极耳部分通过工装或者设备使其弯曲集中，然后将其放于极耳固定区域，通过激光焊接的方式进行衔接固定。
3）入壳：
将正极盖和负极盖分别和电芯的两头固定后，进行入壳操作。将已经和正负极盖连成一体的电芯负极部分从壳体（图4）的正极入口进入壳体，由于负极极盖的尺寸比壳体尺寸小，电芯尺寸比负极盖尺寸小，所以在负极盖和电芯移动的过程中不会受到壳体尺寸的限制而卡壳。由于台阶的设计，当正负极盖正好与壳体匹配时，正极盖的台阶外沿覆盖于壳体正极入口外，负极盖的台阶外沿覆盖于壳体负极出口内，从而起到一个相互匹配及固定的效果。
4）封装：
正负极盖、电芯和壳体匹配后，在极盖和壳体衔接的地方进行封口操作，具体的操作方式为，通过激光焊接的方式进行点焊，正负极不分优先顺序。
5）注液：
通过正极盖上的注液孔进行注液操作，此时方形铝壳的结构已经完成，注液后将防爆阀以螺纹的形式拧入注液孔中，再涂抹密封胶进行封口即完成了最后操作（图1）。
实施例1：
1.制作同体积的方壳电池和圆柱电池，比较散热表面积，具体的装配方式为：将相同面积、相同规格的正负极片通过圆形卷绕、方形卷绕和方形叠片的方式塞入圆柱形和方形的铝壳中，具体的操作方式为：
1）电芯的制作：
将限定尺寸的极片和隔膜通过叠片的方式进行制作，保证电芯一头出正极耳，另一头出负极耳，且电芯的尺寸按实际工况小于负极盖的尺寸；
2）极盖和电芯的固定；
3）入壳：
将正极盖和负极盖分别和电芯的两头固定后，进行入壳操作，将已经和正负极盖连成一体的电芯负极部分从壳体的正极入口进入壳体，负极极盖的尺寸比壳体尺寸小，电芯尺寸比负极盖尺寸小，所以在负极盖和电芯移动的过程中不会受到壳体尺寸的限制而卡壳，由于台阶的设计，当正负极盖正好与壳体匹配时，正极盖的台阶外沿覆盖于壳体正极入口外，负极盖的台阶外沿覆盖于壳体负极出口内，从而起到一个相互匹配及固定的效果；
4）封装：
正负极盖、电芯和壳体匹配后，在极盖和壳体衔接的地方进行封口操作，具体的操作方式为，通过激光焊接的方式进行点焊，正负极不分优先顺序；
5）注液：
通过正极盖上的注液孔进行注液操作，此时方形铝壳的结构已经完成，注液后将防爆阀以螺纹的形式拧入注液孔中，再涂抹密封胶进行封口即完成了最后操作。2.将制作完成的电池置于测试设备上，用5C的电流进行相同电压区间的充放电测试，具体为充-放-充-放-充，计算第二个充放过程中的直流内阻值，截止到最后一次充电完成后，用红外线测温仪进行探测，具体位置为靠近正极耳区，靠近负极耳区、电池中间。然后进行记录和计算，具体见以下两个对比实施例。
实施例2（对比实施例）：
1.制作同体积的方壳电池（长10cm*宽5cm*高10cm）和圆柱电池（半径3.99cm*高10cm），方壳电池的表面积为400cm²，圆柱电池的表面积为351cm²，方壳电池的散热表面积大于圆柱电池的散热面积，具体的装配方式为：将相同面积、相同规格的正负极片通过圆形卷绕、方形卷绕和方形叠片的方式塞入圆柱形和方形的铝壳中，具体的操作方式为：
1）电芯的制作：
将限定尺寸的极片和隔膜通过叠片的方式进行制作，保证电芯一头出正极耳，另一头出负极耳，且电芯的尺寸按实际工况小于负极盖的尺寸；
2）极盖和电芯的固定；
3）入壳：
将正极盖和负极盖分别和电芯的两头固定后，进行入壳操作，将已经和正负极盖连成一体的电芯负极部分从壳体的正极入口进入壳体，负极极盖的尺寸比壳体尺寸小，电芯尺寸比负极盖尺寸小，所以在负极盖和电芯移动的过程中不会受到壳体尺寸的限制而卡壳，由于台阶的设计，当正负极盖正好与壳体匹配时，正极盖的台阶外沿覆盖于壳体正极入口外，负极盖的台阶外沿覆盖于壳体负极出口内，从而起到一个相互匹配及固定的效果；
4）封装：
正负极盖、电芯和壳体匹配后，在极盖和壳体衔接的地方进行封口操作，具体的操作方式为，通过激光焊接的方式进行点焊，正负极不分优先顺序；
5）注液：
通过正极盖上的注液孔进行注液操作，此时方形铝壳的结构已经完成，注液后将防爆阀以螺纹的形式拧入注液孔中，再涂抹密封胶进行封口即完成了最后操作。
2.将制作完成的电池置于测试设备上，用5C的电流进行相同电压区间的充放电测试，具体为充-放-充-放-充，截止到最后一次充电完成后，用红外线测温仪进行探测，具体位置为靠近正极耳区，靠近负极耳区、电池中间。
| 靠近正极区（℃） | 靠近负极区（℃） | 中间部分（℃） | |
| 方形叠片 | 45.6 | 45.3 | 44.2 |
| 方形卷绕（一头出极耳） | 47.3 | 46.9 | 46.5 |
| 圆形卷绕 | 48.4 | 48.1 | 47.8 |
实施例3（对比实施例）：
1.制作同体积的方壳电池（长10cm*宽5cm*高10cm）和圆柱电池（半径3.99cm*高10cm），方壳电池的表面积为400cm²，圆柱电池的表面积为351cm²，方壳电池的散热表面积大于圆柱电池的散热面积，具体的装配方式为：将相同面积、相同规格的正负极片通过圆形卷绕、方形卷绕和方形叠片的方式塞入圆柱形和方形的铝壳中，具体的操作方式为：1）电芯的制作：
将限定尺寸的极片和隔膜通过叠片的方式进行制作，保证电芯一头出正极耳，另一头出负极耳，且电芯的尺寸按实际工况小于负极盖的尺寸；
2）极盖和电芯的固定；
3）入壳：
将正极盖和负极盖分别和电芯的两头固定后，进行入壳操作，将已经和正负极盖连成一体的电芯负极部分从壳体的正极入口进入壳体，负极极盖的尺寸比壳体尺寸小，电芯尺寸比负极盖尺寸小，所以在负极盖和电芯移动的过程中不会受到壳体尺寸的限制而卡壳，由于台阶的设计，当正负极盖正好与壳体匹配时，正极盖的台阶外沿覆盖于壳体正极入口外，负极盖的台阶外沿覆盖于壳体负极出口内，从而起到一个相互匹配及固定的效果；
4）封装：
正负极盖、电芯和壳体匹配后，在极盖和壳体衔接的地方进行封口操作，具体的操作方式为，通过激光焊接的方式进行点焊，正负极不分优先顺序；
5）注液：
通过正极盖上的注液孔进行注液操作，此时方形铝壳的结构已经完成，注液后将防爆阀以螺纹的形式拧入注液孔中，再涂抹密封胶进行封口即完成了最后操作。
增加方形卷绕（一头出极耳）作为对比样，该种规格单体和目前市场上的方壳结构类似，为在一头引出正负极耳。
2.将制作完成的电池置于测试设备上，用5C的电流进行相同电压区间的充放电测试，具体为充-放-充-放-充，计算第二个充放过程中的直流内阻值。
| 交流内阻（mΩ） | 直流内阻（mΩ） | |
| 方形叠片 | 1.67 | 1.35 |
| 方形卷绕（一头出极耳） | 1.45 | 1.23 |
| 方形卷绕（两头出极耳） | 1.37 | 1.11 |
| 圆形卷绕 | 0.80 | 0.69 |
Claims (6)
1.一种装配简易的两头出方壳装置，包括壳体、电芯、正极盖、负极盖，其特征在于，该方壳的正负极柱不在同一边而分别位于方形壳体的两头，壳体采用长方体空心方壳，取位于长边的一组相对的左右侧壁分别与正极盖、负极盖衔接，正极盖上固定有正极柱、正极耳固定区域、塑封胶以及衔接平台；负极盖上固定有负极柱、负极耳固定区域、塑封胶以及衔接平台；设定其中一个极性的极盖尺寸大于另一个极性的极盖尺寸，较大尺寸的极盖处的壳体设为完全敞开式结构，用于和相应的极盖衔接；较小尺寸的极盖处的壳体设为非完全敞开式结构，用于和相应的极盖衔接，所述壳体采用铝合金材料壳体；电芯采用Z字形的叠片方式或卷绕方式。
2.如权利要求1所述的一种装配简易的两头出方壳装置，其特征在于，设正极盖的长和宽与壳体尺寸大小相同，保证正极盖和壳体能够正好衔接配合，其中极盖和极柱中有塑封胶进行绝缘，极盖和正极耳固定区域中也有塑封胶进行绝缘；负极盖的长和宽比壳体尺寸小，保证负极盖向壳体负极移动的过程中大小不受壳体大小的约束，壳体尺寸大于负极盖，故壳体和负极盖接壤的部分需留有余边进行衔接配合，其中极盖和极柱中有塑封胶进行绝缘，极盖和负极耳固定区域中也有塑封胶进行绝缘。
3.一种采用如权利要求1所述的装配简易的两头出方壳装置的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）电芯的制作：
将限定尺寸的极片和隔膜通过叠片的方式进行制作，保证电芯一头出正极耳，另一头出负极耳，且电芯的尺寸按实际工况小于负极盖的尺寸；
2）极盖和电芯的固定；
3）入壳：
将正极盖和负极盖分别和电芯的两头固定后，进行入壳操作，将已经和正负极盖连成一体的电芯负极部分从壳体的正极入口进入壳体，负极极盖的尺寸比壳体尺寸小，电芯尺寸比负极盖尺寸小，所以在负极盖和电芯移动的过程中不会受到壳体尺寸的限制而卡壳，由于台阶的设计，当正负极盖正好与壳体匹配时，正极盖的台阶外沿覆盖于壳体正极入口外，负极盖的台阶外沿覆盖于壳体负极出口内，从而起到一个相互匹配及固定的效果；
4）封装：
正负极盖、电芯和壳体匹配后，在极盖和壳体衔接的地方进行封口操作，具体的操作方式为，通过激光焊接的方式进行点焊，正负极不分优先顺序；
5）注液：
通过正极盖上的注液孔进行注液操作，此时方形铝壳的结构已经完成，注液后将防爆阀以螺纹的形式拧入注液孔中，再涂抹密封胶进行封口即完成了最后操作。
4.如权利要求3所述的一种装配简易的两头出方壳装置的装配方法，其特征在于，将极盖上的极耳固定区域和极耳进行衔接，衔接的方式通过用螺栓拧紧的方式，具体的操作为，将电芯的集流体极耳部分先用超声焊焊接使其成为固定的一体，后将焊接完后的集流体极耳部分与金属极耳进行超声焊接将极耳引出，在金属极耳上打孔，使其大小正好和极盖极耳固定区域螺纹孔的大小匹配，然后将金属极耳的冲孔位置对齐极耳固定区域的螺纹孔，将螺栓从螺纹孔拧入，从而起到固定的效果。
5.如权利要求3所述的一种装配简易的两头出方壳装置的装配方法，其特征在于，将极盖上的极耳固定区域和极耳进行衔接，衔接的方式通过焊接的方式，具体的操作方式为将集流体极耳部分通过工装或者设备使其弯曲集中，然后将其放于极耳固定区域，通过激光焊接的方式进行衔接固定。
6.如权利要求3所述的一种装配简易的两头出方壳装置，其特征在于，所述的两头出方壳装置的装配方式既可利用人工来完成或者通过机器来实现机械化达到提高效率的目的。
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