CN108336283A - 一种超大容量单体电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超大容量单体电池及其制备方法，电池包括电池壳体和若干个电池极组，电池极组的正极之间通过第一导电材料并联，负极之间通过第二导电材料并联，若干个电池极组设于电池壳体中，电池壳体外侧设有若干个正极柱和负极柱，正极柱与负极柱穿过电池壳体，正极柱的底部与第一导电材料连接，负极柱的底部与第二导电材料连接，电池壳体中填充有电解液。制备方法包括制作电池极组；将电池极组的正极、负极与导电材料连接；将电池极组装入电池壳体中，装配正极柱和负极柱；向电池壳体中注入电解液、化成。该超大容量单体电池焊接及装配的工艺难度低，生产效率高，生产工艺的稳定性强，散热效率高，电池工作可靠性强，电池使用寿命长。

Description

一种超大容量单体电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，尤其是涉及一种超大容量单体电池及其制备方法。

背景技术

锂离子电池与镉镍、铅酸等体系电池相比，具有电压高，能量密度大，循环性能好，自放电小，无记忆效应，工作温度范围宽等优点，目前主要应用在动力、储能及消费类几大领域。随着锂离子电池使用范围的不断扩大，已广泛应用于车载、船载动力领域。随续航能力的不断提升，对储能电池的电池能量密度提出了更高需求，要求锂离子电池不仅应具备更大的容量，还应具备高的能量密度。传统意义上的动力及储能电池多采用铅酸电池及镉镍电池，这两种电池的能量密度较低，不能满足高能量密度的使用要求。目前动力电池领域多采用小容量电池如18650或26650电池通过多个串并联组合形式满足能量输出要求。其结构上的特点是电池组单体电池只数较多，体积能量密度不高，电池组管理控制结构复杂。商用化的大容量锂离子电池多在50-100Ah以下。

限制电池容量进一步提升的主要难点有：电池极片数量多；极组与极柱电连接困难，多采用铆接工艺，铆接点与极柱电联接时压降过大，影响电池的功率输出特性。此外由于电池容量大，极组厚度大、长期充放电循环过程中易导致极组中部及外部温度梯度较大，导致局部容量衰降过快，严重影响电池的循环寿命。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种超大容量单体电池及其制备方法，结构可靠性高、装配简单、散热效率高、工艺上易于实现。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种超大容量单体电池，包括电池壳体和若干个电池极组，电池极组的正极之间通过第一导电材料并联，电池极组的负极之间通过第二导电材料并联，若干个电池极组设于电池壳体中，电池壳体外侧设有若干个正极柱和负极柱，正极柱与负极柱穿过电池壳体，正极柱的底部与第一导电材料连接，负极柱的底部与第二导电材料连接，电池壳体中填充有电解液。

技术方案中，优选的，第一导电材料包括第一横向汇流组件和多个第一纵向汇流组件，每个第一纵向汇流组件的一端分别与一个电池极组的正极连接，另一端与第一横向汇流组件连接，第一横向汇流组件上设置若干个正极柱。

技术方案中，优选的，第二导电材料包括第二横向汇流组件和多个第二纵向汇流组件，每个第二纵向汇流组件的一端分别与一个电池极组的负极连接，另一端与第二横向汇流组件连接，第二横向汇流组件上设置若干个负极柱。

技术方案中，优选的，第一横向汇流组件上设有若干个通孔，第一纵向汇流组件为Γ型，每一个第一纵向汇流组件的底端与电池极组的正极连接，第一纵向汇流组件的顶部穿过通孔与第一横向汇流组件连接。

技术方案中，优选的，第二横向汇流组件上设有若干个通孔，第二纵向汇流组件为Γ型，每一个第二纵向汇流组件的底端与电池极组的负极连接，第二纵向汇流组件的顶部穿过通孔与第二横向汇流组件连接。

技术方案中，优选的，相邻的两个或多个电池极组之间设有绝缘导热板。

技术方案中，优选的，电池壳体底部设有导向安装槽，绝缘导热板安装在导向安装槽上。

本发明的另一目的是提供制备上述超大容量单体电池的方法，包括：

第一步、制作电池极组；

第二步、将若干个电池极组的正极与第一导电材料连接，将若干个电池极组的负极与第二导电材料连接；

第三步、将若干个电池极组装入电池壳体中，装配正极柱和负极柱；

第四步、向电池壳体中注入电解液、化成。

技术方案中，优选的，第二步中电池极组的正极与第一导电材料的连接方式为焊接，电池极组的负极与第二导电材料的连接方式为焊接。

技术方案中，优选的，第三步还包括在相邻的两个或多个电池极组之间设置绝缘导热板。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、超大容量单体电池为共电解液体系，电池内部各个小容量极组之间通过并联实现了容量的扩展，设计简单、灵活，为真正意义上的共电解液超大容量单体电池。

2、通过“多重复合一体化”集流结构的使用，可以实现多个小容量极组与汇流组件的多重一体化焊接，有效地提高了超大容量电池电联接的可靠性。

3、超大容量单体电池内部每个小容量极组与正、负极“Γ型”汇流组件可以单独进行焊接，待全部焊接完成后再与正、负极“一字型”汇流组件进行焊接或铆接结合焊接装配，完成极组的并联，有效地简化了焊接工装，降低了焊接及装配过程的工艺难度，有利于提高生产效率，提升生产工艺的稳定性。

4、“一字型”汇流组件采用镂空通孔设计，“Γ型”汇流组件从通孔中穿出形成“Γ型”，再通过焊接或铆接结合焊接形式实现“Γ型”汇流组件与“一字型”汇流组件的多点焊接，一方面提高了集流的可靠性，另一方面“一字型”汇流组件的尺寸可以根据电池容量的要求进行灵活调整，工艺上可塑性大。

5、超大容量电池采用多极柱设计，可以根据电池容量的不同设计一个或多个极柱，提高了电联接的可靠性。

6、超大容量电池内部安装多个超薄绝缘导热板，排布合理，在保证小容量极组之间绝缘的同时，具有高的导热效率，保证电池处于最佳工作温度范围，延长了电池寿命。

附图说明

图1是本发明实施例的超大容量单体电池的外部结构示意图。

图2是本发明实施例的超大容量单体电池中电池极组的结构示意图。

图3是本发明实施例的超大容量单体电池内部的结构示意图。

图4是本发明实施例的超大容量单体电池内部结构的侧视图。

图中：

1、电池极组 2、电池壳体 3、导电材料

4、导电材料 5、正极柱 6、负极柱

7、绝缘导热板 8、导向安装槽 9、散热结构

10、紧固件 21、底座 22、侧壁

23、电池盖 31、纵向汇流组件 32、横向汇流组件

41、纵向汇流组件 42、横向汇流组件 311、通孔

411、通孔

具体实施方式

为了满足动力电池、储能电池对电池容量性能需求的提高，常采用多个小容量电池并联组合来实现，但是该现有技术存在以下缺点：电池极片数量多；极组与极柱电连接困难，多采用铆接工艺，而铆接点与极柱电联接时压降过大，影响电池的功率输出特性；由于电池容量大，极组厚度大、长期充放电循环过程中易导致极组中部及外部温度梯度较大，导致局部容量衰降过快，严重影响电池的循环寿命。

为了解决上述问题，本发明提出了一种超大容量单体电池，如图2、3、4所示，包括若干个电池极组1和电池壳体2，电池极组1的正极之间通过导电材料3并联，电池极组1的负极之间通过导电材料4并联，若干个电池极组1置于电池壳体2中，电池设有若干个正极柱5和负极柱6，正极柱5与负极柱6穿过电池壳体2上的电池盖23，正极柱5的底部与导电材料3连接，负极柱6的底部与导电材料4连接，电池壳体2中填充有电解液。该单体电池为共电解液体系，电池内部各个小容量极组之间通过并联实现了容量的扩展，设计简单、灵活，为真正意义上的共电解液超大容量单体电池。

其中，每个小容量电池极组1包括正极片、负极片、隔膜、正极极耳和负极极耳，正极片与负极片之间通过隔膜隔离，正极片、隔膜和负极片可以通过叠片或卷绕的方式形成电池极组，正极极耳和负极极耳分别设于电池极组的相对两侧。

如图1所示，电池壳体2可以包括底座21、侧壁22和电池盖23，底座21与侧壁22可以通过焊接连接，底座21与侧壁22也可为一体结构的两部分，电池盖23焊接在侧壁22的顶部。

其中，导电材料3、4可以为任何形状如条形状、板状，任何材质的导电材料如铝、铜、铁等材料，优选的，导电材料3包括多个纵向汇流组件31和一个横向汇流组件32，每个纵向汇流组件31的一端分别与一个电池极组1的正极连接，另一端与横向汇流组件32连接，横向汇流组件32上设置若干个正极柱5。导电材料4包括多个纵向汇流组件41和一个横向汇流组件42，每个纵向汇流组件41的一端分别与一个电池极组1的负极连接，另一端与横向汇流组件42连接，横向汇流组件42上设置若干个负极柱6。通过多个纵向汇流组件31、41与横向汇流组件32、42的“多重复合一体化集流”结构的设计，实现电流由电池内部向外电路的导出功能，超大容量单体电池内部每个小容量极组与正、负极纵向汇流组件可以单独进行焊接，待全部焊接完成后再与正、负极横向汇流组件进行焊接或铆接结合焊接装配，完成极组的并联，实现多个小容量极组与汇流组件的多重一体化焊接，有效地简化了焊接工装，降低了焊接及装配过程的工艺难度，有利于提高生产效率，提升生产工艺的稳定性。

更优选的，横向汇流组件上设有若干个通孔311、411，纵向汇流组件31、41为“Γ型”，每个纵向汇流组件31、41的底端分别与一个电池极组1的正极、负极连接，纵向汇流组件31、41的顶部穿过通孔311、411与横向汇流组件32、42连接。其连接方式可以选择各种合适的方式，只要相连的两部分之间电流可以导通即可，优选的连接方式为焊接。其中，将纵向汇流组件31、41设置为“Γ型”，可以实现纵向汇流组件31、41与横向汇流组件32、42的多点焊接，一方面提高了集流的可靠性，另一方面横向汇流组件的尺寸可以根据电池容量的要求进行灵活调整，工艺上可塑性大。

优选的，相邻的电池极组1之间设有绝缘导热板7，绝缘导热板7可根据实际需要使用不同的数量，可以使用各种绝缘材料，最好使用导热性能较高的绝缘材料，绝缘导热板的可以在保证小容量极组之间绝缘的同时，具有高的导热效率，有效将极组内部的热量快速传导至电池外部；优选的，在电池壳体2的外部设置散热结构9，绝缘导热板7通过电池壳体2外侧的散热结构9，结合气体导热工质或液体导热工质实现超大容量电池的快速降温，避免热量的累积，减小极组间的温度梯度，保证电池处于最佳温度范围工作。优选的，在电池壳体2底部设有导向安装槽8，绝缘导热板7安装在导向安装槽8上，使绝缘导热板7的安装稳定性更高。

优选的，在正极柱5和负极柱6与电池盖23之间设置绝缘组件，防止正负极柱通过电池盖23的导通，并通过紧固件10实现极柱与电池盖23之间的紧固及密封。电池盖23上还设有注液孔，用于注入电解液，还设有防爆组件，为电池使用过程中的安全性能提供保证。电池正负极柱可以根据电池容量的设计不同数量的极柱，提高电联接的可靠性。

本发明还提出了一种制备上述超大容量单体电池的方法，包括：

第一步、制作电池极组1；可以使用现有技术中任何制作小容量电池极组的方法制作任意类型、形状、大小的电池极组。

第二步、将若干个电池极组1的正极与导电材料3连接，将若干个电池极组1的负极与导电材料4连接；其中连接方式多种多样，只要可以将电池极组的正负极与导电材料3、4之间导电连接即可，优选焊接方式。优选的，对于上述具有“Γ型”纵向汇流组件和横向汇流组件的导电材料3、4，可以先将每个小容量电池极组1的正极极耳与“Γ型”纵向汇流组件31的下端焊接，每个小容量电池极组1的负极极耳与“Γ型”纵向汇流组件41的下端焊接，然后将每个“Γ型”纵向汇流组件31、41的上部穿过横向汇流组件32、42的一个通孔311、411，将其上部与横向汇流组件多点焊接。在纵向汇流组件和横向汇流组件的焊接区域可以设置焊接导向槽，在焊接电池极组的极耳时可以实现一体化焊接，焊接紧密度更高。将纵向汇流组件31、41设置为“Γ型”，可以实现纵向汇流组件31、41与横向汇流组件32、42的多点焊接，一方面提高了集流的可靠性，另一方面横向汇流组件的尺寸可以根据电池容量的要求进行灵活调整，工艺上可塑性大。

同时，还可以在相邻的两个或多个电池极组之间设置绝缘导热板7，将其安装在电池壳体2底部的导向安装槽8中，依据电池容量不同进行热设计，将各导热板在多个小容量极组间合理排布。

第三步、将若干个电池极组1装入电池壳体2中，装配正极柱5和负极柱6，在正负极柱与电池盖之间设置绝缘组件，防止两极柱之间连通，并通过紧固件10将极柱与电池盖之间密封；然后将电池盖23与电池侧壁22焊接。

第四步、通过电池盖23上的注液口向电池壳体2中注入电解液，之后完成化成等步骤，完成超大容量单体电池的制作。

下面以500Ah超大容量单体电池为实施例，具体描述本发明的超大容量单体电池及其制备方法，制备过程如下：

一、通过叠片或卷绕方式，将正极片和负极片之间通过隔膜进行隔离，装配成10个50Ah小容量极组，实现极组成型；

二、制作正、负极“多重复合一体化”集流结构

1.用铝板制作正极“一字型”横向汇流组件32，其中汇流组件厚度为1.5mm，板上制作出多个尺寸为15mm×5mm的通孔311。用铜板制作负极“一字型”横向汇流组件42，其中汇流组件厚度为1.0mm，板上制作出多个尺寸为15mm×5mm的通孔411。“一字型”横向汇流组件32、42的通孔附近设置多个焊接安装导向槽，尺寸为18mm×8mm，便于装配及焊接。

2.用铝板制作正极“Γ型”纵向汇流组件31，板材厚度为0.8mm，其中“Γ型”纵向汇流组件31的竖直部分与水平部分呈90°角，其上存在多条2mm×6mm的焊接导向槽；用铜板制作负极“Γ型”纵向汇流组件41，板材厚度为0.5mm，其中“Γ型”汇流组件的竖直部分与水平部分呈90°角，其上存在多条2mm×6mm的焊接导向槽；

3.完成步骤2后，每个小容量极组1的正极铝箔极耳与正极侧“Γ型”纵向汇流组件31焊接在一起；负极铜箔极耳与负极侧“Γ型”纵向汇流组件41焊接在一起。

4.完成步骤1、3后，正极侧的多个“Γ型”纵向汇流组件31的上部通过正极“一字型”横向汇流组件32的通孔311，与“一字型”横向汇流组件32通过焊接形式实现一体化焊接。负极侧的多个“Γ型”纵向汇流组件41的上部通过负极“一字型”横向汇流组件42的通孔411，与“一字型”横向汇流组件42通过焊接形式实现一体化焊接。

5.在电池壳体内部安装多个超薄绝缘导热板7，导热板厚度为0.8mm，超薄导热板7安装于电池壳体内部底板的导向安装槽8上，每两个极组之间安装一个超薄绝缘导热板7，共安装9个。

三、电池极组装配入电池壳体中

1.完成步骤5后的极组装入电池壳体2中。正极柱5、负极柱6分别与电池盖1进行装配，极柱与电池盖之间安装绝缘组件、通过密封紧固组件10实现极柱与电池盖23之间的紧固及密封。

2.完成步骤1的电池进行电池盖23与电池侧壁22的焊接，通过电池盖上的注液孔进行注液、化成，完成500Ah超大容量单体电池的制作过程。

本实施例所述的一种超大容量单体电池及其制备方法的优点和有益效果是：

1、超大容量单体电池为共电解液体系，电池内部各个小容量极组之间通过并联实现了容量的扩展，设计简单、灵活，为真正意义上的共电解液超大容量单体电池。

2、通过“多重复合一体化”集流结构的使用，可以实现多个小容量极组与汇流组件的多重一体化焊接，有效地提高了超大容量电池电联接的可靠性。

3、超大容量单体电池内部每个小容量极组与正、负极“Γ型”汇流组件可以单独进行焊接，待全部焊接完成后再与正、负极“一字型”汇流组件进行焊接装配，完成极组的并联，有效地简化了焊接工装，降低了焊接及装配过程的工艺难度，有利于提高生产效率，提升生产工艺的稳定性。

4、“一字型”汇流组件采用镂空通孔设计，“Γ型”汇流组件从通孔中穿出形成“Γ型”，再通过焊接形式实现“Γ型”汇流组件与“一字型”汇流组件的多点焊接，一方面提高了集流的可靠性，另一方面“一字型”汇流组件的尺寸可以根据电池容量的要求进行灵活调整，工艺上可塑性大。

5、超大容量电池采用多极柱设计，可以根据电池容量的不同设计一个或多个极柱，提高了电联接的可靠性。

6、超大容量电池内部安装多个超薄绝缘导热板，排布合理，在保证小容量极组之间绝缘的同时，具有高的导热效率，保证电池处于最佳工作温度范围，延长了电池寿命。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种超大容量单体电池，其特征在于：包括电池壳体和若干个电池极组，所述电池极组的正极之间通过第一导电材料并联，所述电池极组的负极之间通过第二导电材料并联，所述若干个电池极组设于所述电池壳体中，所述电池壳体外侧设有若干个正极柱和负极柱，所述正极柱与所述负极柱穿过所述电池壳体，所述正极柱的底部与所述第一导电材料连接，所述负极柱的底部与所述第二导电材料连接，所述电池壳体中填充有电解液。

2.根据权利要求1所述的超大容量单体电池，其特征在于：所述第一导电材料包括第一横向汇流组件和多个第一纵向汇流组件，每个所述第一纵向汇流组件的一端分别与一个电池极组的正极连接，另一端与所述第一横向汇流组件连接，所述第一横向汇流组件上设置若干个正极柱。

3.根据权利要求1或2所述的超大容量单体电池，其特征在于：所述第二导电材料包括第二横向汇流组件和多个第二纵向汇流组件，每个所述第二纵向汇流组件的一端分别与一个电池极组的负极连接，另一端与所述第二横向汇流组件连接，所述第二横向汇流组件上设置若干个负极柱。

4.根据权利要求2所述的超大容量单体电池，其特征在于：所述第一横向汇流组件上设有若干个通孔，所述第一纵向汇流组件为Γ型，每一个所述第一纵向汇流组件的底端与电池极组的正极连接，所述第一纵向汇流组件的顶部穿过所述通孔与所述第一横向汇流组件连接。

5.根据权利要求3所述的超大容量单体电池，其特征在于：所述第二横向汇流组件上设有若干个通孔，所述第二纵向汇流组件为Γ型，每一个所述第二纵向汇流组件的底端与电池极组的负极连接，所述第二纵向汇流组件的顶部穿过所述通孔与所述第二横向汇流组件连接。

6.根据权利要求1-5任一所述的超大容量单体电池，其特征在于：相邻的两个或多个所述电池极组之间设有绝缘导热板。

7.根据权利要求6所述的超大容量单体电池，其特征在于：所述电池壳体底部设有导向安装槽，所述绝缘导热板安装在所述导向安装槽上。

8.制备如权利要求1-7任一所述的超大容量单体电池的方法，其特征在于：包括：

第一步、制作所述电池极组；

第二步、将若干个所述电池极组的正极与所述第一导电材料连接，将若干个所述电池极组的负极与所述第二导电材料连接；

第三步、将若干个所述电池极组装入所述电池壳体中，装配所述正极柱和所述负极柱；

第四步、向所述电池壳体中注入电解液、化成。

9.根据权利要求8所述的制备超大容量单体电池的方法，其特征在于：第二步中所述电池极组的正极与所述第一导电材料的连接方式为焊接，所述电池极组的负极与所述第二导电材料的连接方式为焊接。

10.根据权利要求8或9所述的制备超大容量单体电池的方法，其特征在于：所述第三步还包括在相邻的两个或多个所述电池极组之间设置绝缘导热板。