CN108493488A - 一种电化学装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种电化学装置，包括设有开口的壳体；壳体内固定卷芯，卷芯端部为正极全极耳和负极全极耳，正极全极耳焊接正电极，负极全极耳焊接负电极，壳体的开口处焊接固定盖板，盖板分为正极盖板与负极盖板；正极盖板和负极盖板面积均小于壳体开孔的截面积，壳体在与盖板配合的位置设有收缩部，收缩部的截面面积小于壳体的截面面积，收缩部方便实现外壳与两端盖板的紧密配合，且正极盖板设有注液孔。本发明还公开了一种上述电化学装置的制备方法。相对于现有技术，本发明的技术效果为，本发明设计盖板小于壳体，可以提前将卷芯极耳与电极和盖板固定连接后从壳体内部穿过去，便于入壳，有利于实现自动化生产。

Description

一种电化学装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，特别涉及一种高功率大电流充放电的电化学器件及其制备方法。

背景技术

随着现代电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。电化学器件随之进入了大规模的实用阶段。电化学器件早期主要用在手机和笔记本电脑等个人小型电器用品上，随着技术的发展和领域的拓展，电化学器件开始向摩托车、汽车、电动工具、电动车领域发展，特别是的近期，用作车用大功率充放电电源发展迅速，但传统的电化学器件设计采用钢壳，铝塑膜或塑壳等设计，电流的引出结构按小电流充放设计，难以承载大电流充放电，影响电化学器件的使用效果和负载需求。

发明内容

本发明的要解决的技术问题：电池在装配时，要讲电芯先放在壳体内，再在壳体的端部完成盖板的封堵，最后加注电解液。根据自动化的生产工艺需要，现在先将盖板与电芯固定为一起，然后将其纵向穿过壳体，使盖板刚好位于壳体的端部，再完成盖板与壳体的固定，最后加注电解液。问题是，一般的盖板轮廓都大于壳体，无法纵向穿过。

本发明目的是：针对上述问题，提出一种内阻更低，高导电、高导热、使用过程更安全、能够承载大电流充放电的电化学装置，同时还提供了该电化学装置的制备方法。

本发明的技术方案具体为：

一种电化学装置，包括设有开口的壳体；壳体内固定卷芯，卷芯端部为正极全极耳和负极全极耳，正极全极耳焊接正电极，负极全极耳焊接负电极，壳体的开口处焊接固定盖板，盖板分为正极盖板与负极盖板；正极盖板和负极盖板面积均小于壳体开孔的截面积，正电极、负电极都能从盖板中穿出，壳体在与盖板配合的位置设有收缩部，收缩部的截面面积小于壳体的截面面积，收缩部方便实现外壳与两端盖板的紧密配合，且正极盖板设有注液孔。

正极全极耳与正电极的焊接、负极全极耳与负电极的焊接为搅拌摩擦焊或超声波焊接。

壳体与盖板的焊接为搅拌摩擦焊或激光焊。

盖板的角部设有外凸的凸出部。

凸出部为圆形或者多边形。

所述正电极与正极盖板之间、负电极与负极盖板之间都设有绝缘密封圈。

所述正、负盖板上设有与正、负电极相吻合的孔，使正、负电极分别与正、负盖板固定密封连接。

所述正负电极与正负盖板之间的固定密封连接为螺栓连接、铆接、镦粗或者搅拌摩擦焊。

一种上述电化学装置的制备方法，包括如下步骤：

第一步，以铝材或铝合金为原材料采用拉伸成型工艺制成没有收缩部的壳体；

第二步，以铝材或铝合金为原材料采用冲压工艺制成正极盖板和负极盖板；

第三步，采用卷绕方式制成卷芯，卷芯包含正极全极耳和负极全极耳；

第四步，采用搅拌摩擦焊或超声波焊接工艺将正电极与正极全极耳固定连接；采用搅拌摩擦焊或超声波焊接工艺将负电极与负极全极耳固定连接；

第五步，采用螺栓连接、铆接工艺、镦粗工艺或搅拌摩擦焊工艺将正、负电极分别与正、负盖板固定密封连接，并且在正、负电极与正、负盖板之间设置绝缘密封圈；

第六步，将固定在一起的卷芯、正电极、负电极、盖板整体从壳体的开口处进入其内部，壳体的开口处向内收缩形成收缩部，完成收缩部与盖板的固定；

第七步，从正极盖板注入电解液，采用搅拌摩擦焊工艺焊接密封钉，此电化学装置便制成。

上述第六步中，收缩部形成时，使用下面两种方法中的一种：

第一种：采用电磁脉冲工艺，使壳体端部向内收缩形成收缩部，使壳体与盖板合缝，然后采用搅拌摩擦焊或激光焊封堵壳体与盖板之间的缝隙；

第二种：采用电磁脉冲焊一次实现壳体与盖板的紧密配合与全密封焊接，实现壳体与盖板的密封连接，此时，盖板的外端设有凹槽，凹槽内设有垫板，垫板与凹槽的槽壁接触，在电磁脉冲焊作业时，垫板能抵抗其作用力，保护盖板不会变形。

相对于现有技术，本发明的技术效果为，本发明设计盖板小于壳体，可以提前将卷芯极耳与电极和盖板固定连接后从壳体内部穿过去，便于入壳，有利于实现自动化生产。

附图说明

图1是本发明的示意图（电极在两侧）。

图2为本发明的示意图（电极在一侧）。

图3为壳体收缩部的放大示意图。

图4为收缩部没有形成时盖板角部的俯视放大示意图（一）。

图5为收缩部没有形成时盖板角部的俯视放大示意图（二）。

图6为使用垫板加工工件的示意图。

具体实施方式

一种电化学装置，包括设有开口的壳体1；壳体1内固定卷芯4，卷芯端部为正极全极耳和负极全极耳，正极全极耳焊接正电极5，负极全极耳焊接负电极6。壳体1的开口处焊接固定盖板2，盖板2分为正极盖板与负极盖板；正极盖板和负极盖板面积均小于壳体开孔的截面积。正电极5、负电极6都能从盖板2中穿出。

壳体1在与盖板2配合的位置设有收缩部11，收缩部11的截面面积小于壳体1的截面面积，收缩部11方便实现外壳与两端盖板的紧密配合，再通过焊接手段实现紧密配合部位的全密封焊接，且正极盖板设有注液孔。

正极全极耳与正电极5的焊接、负极全极耳与负电极6的焊接为搅拌摩擦焊或超声波焊接。

壳体1与盖板2的焊接为搅拌摩擦焊或激光焊。

针对方形壳体收缩时、作用力不同、长短边收缩率不同，为了减小壳体与盖板的间隙，盖板的角部设有外凸的凸出部21，凸出部21为圆形（参见图4）或者多边形（参见图5）。

所述正电极与正极盖板之间、负电极与负极盖板之间都设有绝缘密封圈。

所述正、负盖板上设有与正、负电极相吻合的孔，使正、负电极分别与正、负盖板固定密封连接。所述正负电极与正负盖板之间的固定密封连接为螺栓连接、铆接、镦粗或者搅拌摩擦焊。

所述正电极的材质为铝，其截面积不小于所述正极全极耳的截面积。

所述负电极的材质为铜、铜铝复合材料或铜铝摩擦焊连接，其截面积不小于所述负极全极耳的截面积。

正电极5、负电极6分布在壳体1的两端（参见图1），也可以分布在壳体1的一端（参见图2）。

为了保证该电化学装置能够承载大电流充放电，正负极耳均采用全极耳结构，具体为：正极全极耳和负极全极耳形成于卷芯4上，正极全极耳焊接在正极转接片10上，正极转接片10焊接在正电极5上，负极全极耳焊接在负极转接片9上，负极转接片9焊接在负电极6上，正极全极耳的截面积为正极片基材的厚度与正极片基材的长度的乘积，负极全极耳的截面积为负极片基材的厚度与负极片基材的长度的乘积。

正极转接片10采用搅拌摩擦焊接工艺与正极全极耳固定连接，如此使得二者充分结合。而且为了进一步保证正极转接片10和正极全极耳具有足够大的接触面积，进而使该电化学元件能够承载大电流充放电，正极转接片10的截面积最好不小于正极全极耳的截面积。正极转接片10的材质一般为纯铝或铝合金，本例为纯铝。

基于同样的考虑，负极转接片9采用搅拌摩擦焊接工艺与负极全极耳固定连接，负极转接片9的截面积不小于负极全极耳的截面积。负极转接片9的材质一般为纯铜或铜合金，本例为纯铜。

正电极5采用摩擦焊或电阻焊工艺与正极转接片10固定连接，本例采用摩擦焊，为了保证正电极5和正极转接片10具有足够大的接触面积，进而使该电化学元件能够承载大电流充放电，正电极5的截面积最好不小于正极转接片10的截面积。正电极5的材质一般为纯铝或铝合金，本例为纯铝。

基于同样的考虑，正电极6采用同样焊接工艺与负极转接片固定连接，正电极6的截面积不小于负极转接片的截面积。正电极6的材质一般为纯铜或铜铝复合材料，本例为纯铜。

本装置的优点是：

1) 盖板小于壳体，可以提前将卷芯极耳与电极和盖板固定连接后从壳体内部穿过去，便于入壳，有利于实现自动化生产；

2) 正负极耳采用全极耳结构，做到极耳导流截面积最大化，提高化学元器件的导电、导热能力，便于大电流充电、放电。

上述电化学装置的制备方法：

第一步，以铝材或铝合金为原材料采用拉伸成型工艺制成没有收缩部11的壳体1；

第二步，以铝材或铝合金为原材料采用冲压工艺制成正极盖板和负极盖板；

第三步，采用卷绕方式制成卷芯4，卷芯4包含正极全极耳和负极全极耳；

第四步，采用搅拌摩擦焊或超声波焊接工艺将正电极5与正极全极耳固定连接；采用搅拌摩擦焊或超声波焊接工艺将负电极6与负极全极耳固定连接；

第五步，采用螺栓连接、铆接工艺、镦粗工艺或搅拌摩擦焊工艺将正、负电极分别与正、负盖板固定密封连接，并且在正、负电极与正、负盖板之间设置绝缘密封圈；

第六步，将固定在一起的卷芯4、正电极5、负电极6、盖板2整体从壳体1的开口处进入其内部，壳体1的开口处向内收缩形成收缩部11，完成收缩部11与盖板2的固定；

第七步，从正极盖板注入电解液，采用搅拌摩擦焊工艺焊接密封钉，此电化学装置便制成。

上述第六步中，收缩部11形成时，有两种方法：

第一种：采用电磁脉冲工艺使壳体端部向内收缩，形成收缩部11，使壳体1与盖板2合缝，然后采用搅拌摩擦焊或激光焊封堵壳体1与盖板2之间的缝隙。这种方法电磁脉冲的作用力不能太大，如果太大，会将盖板2冲击变形，成为废品。所以，壳体1与盖板2之间会留有缝隙，不能满足电池的需要，所以要二次加工（就是上述搅拌摩擦焊或激光焊封堵），比较麻烦。

第二种：采用电磁脉冲焊一次实现壳体1与盖板2的紧密配合与全密封焊接，实现壳体与盖板的密封连接。这种情况下，电磁脉冲的作用力较大，会将盖板2冲击变形。为此，参见图6，盖板2的外端设有凹槽25，凹槽25内设有垫板30，垫板30与凹槽25的槽壁26接触，在电磁脉冲焊作业时（作用力的冲击区参见附图标记11^’），垫板30能抵抗其作用力，保护盖板2不会变形。这样可以一次加工完成。

其他内容参加现有技术。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电化学装置，包括设有开口的壳体，壳体内固定卷芯，卷芯端部为正极全极耳和负极全极耳，正极全极耳焊接正电极，负极全极耳焊接负电极，壳体的开口处焊接固定盖板，盖板分为正极盖板与负极盖板；正极盖板和负极盖板面积均小于壳体开孔的截面积，正电极、负电极都能从盖板中穿出，其特征在于：壳体在与盖板配合的位置设有收缩部，收缩部的截面面积小于壳体的截面面积，收缩部方便实现外壳与两端盖板的紧密配合，且正极盖板设有注液孔。

2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于：正极全极耳与正电极的焊接、负极全极耳与负电极的焊接为搅拌摩擦焊或超声波焊接。

3.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于：壳体与盖板的焊接为搅拌摩擦焊或激光焊。

4.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于：盖板的角部设有外凸的凸出部。

5.如权利要求4所述的电化学装置，其特征在于：凸出部为圆形或者多边形。

6.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于：所述正电极与正极盖板之间、负电极与负极盖板之间都设有绝缘密封圈。

7.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于：所述正、负盖板上设有与正、负电极相吻合的孔，使正、负电极分别与正、负盖板固定密封连接。

8.如权利要求7所述的电化学装置，其特征在于：所述正负电极与正负盖板之间的固定密封连接为螺栓连接、铆接、镦粗或者搅拌摩擦焊。

9.一种上述电化学装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，以铝材或铝合金为原材料采用拉伸成型工艺制成没有收缩部的壳体；

第二步，以铝材或铝合金为原材料采用冲压工艺制成正极盖板和负极盖板；

第三步，采用卷绕方式制成卷芯，卷芯包含正极全极耳和负极全极耳；

第四步，采用搅拌摩擦焊或超声波焊接工艺将正电极与正极全极耳固定连接；采用搅拌摩擦焊或超声波焊接工艺将负电极与负极全极耳固定连接；

第五步，采用螺栓连接、铆接工艺、镦粗工艺或搅拌摩擦焊工艺将正、负电极分别与正、负盖板固定密封连接，并且在正、负电极之间与正、负盖板之间都设置绝缘密封圈；

第六步，将固定在一起的卷芯、正电极、负电极、盖板整体从壳体的开口处进入其内部，壳体的开口处向内收缩形成收缩部，完成收缩部与盖板的固定；

第七步，从正极盖板注入电解液，采用搅拌摩擦焊工艺焊接密封钉，此电化学装置便制成。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：上述第六步中，收缩部形成时，使用下面两种方法中的一种：

第一种：采用电磁脉冲工艺，使壳体端部向内收缩形成收缩部，使壳体与盖板合缝，然后采用搅拌摩擦焊或激光焊封堵壳体与盖板之间的缝隙；

第二种：采用电磁脉冲焊一次实现壳体与盖板的紧密配合与全密封焊接，实现壳体与盖板的密封连接，此时，盖板的外端设有凹槽，凹槽内设有垫板，垫板与凹槽的槽壁接触，在电磁脉冲焊作业时，垫板能抵抗其作用力，保护盖板不会变形。