CN111370775A - 一种大容量电池及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大容量电池及其制作方法,属于电池技术领域。该电池包括铝壳、圆柱卷芯、正极盖板、负极盖板、正极汇流片、负极汇流片、硅胶片和电池支架，圆柱卷芯由卷芯体和金属圆筒管组成，为无极耳结构；铝壳内设有圆柱卷芯，圆柱卷芯正极端、负极端与正负极汇流片进行焊接，如此焊接成卷芯组；正极汇流片与圆柱卷芯的正极端的金属圆筒管进行焊接。通过采用高导热及高导电的金属管容纳圆柱卷芯，大幅提高单个卷芯的散热性能；通过无极耳端面焊接工艺提高单个卷芯的倍率性能；通过外壳体与金属圆筒管之间、金属圆筒管与正极端面汇流片之间两两焊接，实现整体高导热和高导电网络，降低电池内阻，提高整个大容量电池的散热性、倍率性能及长寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种大容量电池及其制作方法,属于电池技术领域。
背景技术
在现有的锂电池应用中，常涉及大容量电池的使用。众所周知相比小容量电池，大容量电池加工工艺难度大、成品率低、成本高。由于大容量电池尺寸较大，在使用时会存在大面易膨胀，散热困难、倍率性能差、循环寿命短、安全性差等问题。
因此，有人将若干小容量电池并联组合成大容量电池，例如专利申请号为201210382758.7(公开号为CN102881948A)，专利名称为一种方形锂离子电池及加工方法的发明专利，采取圆柱卷绕式卷芯，极片间隙和松紧度均匀，生产效率高。卷芯辅助模块能够支撑和保护卷芯，提高了方形电池的机械强度和安全性。通过增加卷芯的个数可以增加电池的容量。专利申请号为201621215288.5(公告号为CN206388790U)，专利名称为一种方形动力电池的实用新型，将多个圆柱形卷芯并排放入方形外壳中，组成了一个方形动力电池，解决了方形电池易膨胀的问题。专利申请号201720727978.7(公告号CN206976440U)，专利名称为一种电池包，其结构包括多个卷绕电芯及用于收容多个卷绕电芯的塑料材质的支架、这些卷绕电芯并联后形成大容量电池。但上述三个专利中所用的固定卷芯的支架或是辅助模块均为绝缘导热性能较差的材质，散热性甚至比普通大容量电池还差，无法达到提高散热、倍率性能及提高寿命的目的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种大容量电池的制作方法。通过采用高导热及高导电的金属圆筒容纳无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型等连接方式形成一个整体，再与无极耳卷芯的正极(也可以是负极)基体、正极(也可以是负极)汇流片、金属外壳焊接形成一个整体，大幅提高每个无极耳圆柱卷芯的散热性能和倍率性能；通过金属外壳与金属圆筒之间、金属圆筒与正极(也可以是负极)汇流片之间、正极(也可以是负极)基体与正极(也可以是负极)汇流片之间的两两焊接，实现整体的高导热和高导电网络，降低电池内阻，提高整个大容量电池的散热性、倍率性能及长寿命。
本发明设计的大容量电池，包括金属外壳、无极耳圆柱卷芯、正极盖板、负极盖板、正极汇流片、负极汇流片、绝缘导热片和电池支架；
金属外壳形状不局限于圆柱形或方形，可设计为任意需要的形状；
无极耳圆柱卷芯由卷芯体和包裹卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体(比如铝箔)，另一端为负极基体(比如铜箔)；
金属外壳内设有若干个无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型等方式连接并形成一个整体，无极耳圆柱卷芯正极基体与正极汇流片进行焊接，负极基体与负极汇流片进行焊接，如此焊接成一个卷芯组；
负极端在负极汇流片和负极盖板之间填充有绝缘导热片，用于导热；
绝缘导热片的材质具有绝缘性及较高的导热系数，可以是硅胶片、硅橡胶、橡胶等具有此特性的任何一种，且不局限于所述的这些种类。
负极汇流片和绝缘导热片上均开设有若干个圆孔，便于注液；
负极端使用电池支架固定圆柱形卷芯，电池支架卡在各无极耳圆柱卷芯之间；其轴向上方位以绝缘导热片和负极盖板限位，轴向下方位以金属圆筒限位。
正极基体、正极汇流片与无极耳圆柱卷芯的正极端的金属圆筒进行焊接；
负极盖板上设置有负极柱和防爆阀。防爆阀所在位置为注液口，完成注液后，在注液口的位置焊接防爆阀。
本发明大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯由同样体系的正负极组成，比如磷酸铁锂-石墨卷芯、锰酸锂-石墨卷芯、镍钴锰酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、锌-镍卷芯等化学电源中的任何一种，且不局限于上述体系。
同时本发明大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯可以用不同材料体系的卷芯进行组合，例如锰酸锂-石墨卷芯与镍钴锰酸锂-石墨卷芯组合、功率型的超级电容器卷芯与同类正极材料的能量型的锂离子卷芯组合等。通过不同特性的两类卷芯并联组合成大容量电池，在提高性能的同时降低成本。
需要说明的是，不同的电池体系适用的金属种类不同，这属于本行业的公知技术，比如锂离子电池采用铝作为金属外壳和金属圆筒的材质，且无极耳圆柱卷芯的正极基体为铝箔，负极基体为铜箔；比如超级电容器和以钛酸锂为负极材料的电池，采用铝作为金属外壳和金属圆筒的材质，且无极耳圆柱卷芯的正极与负极基体均为铝箔；也可以采用不锈钢或其他材料作为金属外壳和金属圆筒的材质。
按照前述的大容量电池的加工方法包括如下步骤：
(1)将无极耳圆柱卷芯的的金属圆柱筒按照金属外壳的形状焊接为一体；
(2)将电池支架卡在无极耳圆柱卷芯负极端，固定住无极耳圆柱卷芯；
(3)将正极汇流片与无极耳圆柱卷芯的正极基体进行焊接；
(4)将负极汇流片与无极耳圆柱卷芯的负极基体进行焊接；
(5)将正极盖板与正极汇流片进行焊接；
(6)将装配好的卷芯组放入金属外壳内，并将正极盖板与金属外壳进行焊接封闭；
(7)在负极汇流片上填充一层绝缘导热片；
(8)将负极盖板与负极汇流片进行焊接；
(9)最后将负极盖板与金属外壳进行焊接封闭。
(10)烘干内部水分；
(11)通过注液口对电池注液；
(12)开口化成(也可焊接防爆阀后进行闭口化成)；
(13)清洁注液口，并焊接防爆阀。
本发明具有如下的技术效果和优点：
1、用小容量无极耳圆柱卷芯并联成大容量单体电池，由于小容量无极耳圆柱卷芯的一致性好，大幅提高了大容量单体电池的合格率。
2、正极基体、正极汇流片与无极耳圆柱卷芯的金属圆筒进行焊接，使汇流片与无极耳圆柱卷芯的金属圆筒在焊点处融为一体，减小了连接电阻，提高了单体电池的传热速度，进而提高大容量电池的散热效率。
3、无极耳圆柱卷芯通过正负极汇流片分别与正极基体、负极基体进行激光焊接，提高了焊点面积，缩短了焊接路径，大幅提高了功率输出能力。
4、通过金属外壳与金属圆筒之间、金属圆筒与正极端面汇流片之间的两两焊接，实现整体的高导热和高导电网络，降低电池内阻，提高整个大容量电池的散热性、倍率性能及长寿命。
5、此大容量电池可在无极耳卷芯与壳体的空隙处加入电解液，生产过程的注液效率高，且可由于较多的电解液储备，提高循环寿命。
6、结构简单，加工过程简单，综合成本低。
附图说明
图1为本发明的六边形电池的爆炸图。
图2为本发明的六边形电池的立体图。
图3为本发明的六边形电池的正面图。
图4为沿图3所示的六边形电池的A-A线的剖视图。
图5为本发明的无极耳圆柱卷芯的立体图。
图6本发明的无极耳圆柱卷芯的正面图。
图7为为图6所示的无极耳圆柱卷芯的A-A线的剖视图。
图8为图7所示的无极耳圆柱卷芯的A部放大图。
图9为图7所示的无极耳圆柱卷芯的B部放大图。
图10为本发明的无极耳圆柱卷芯菱形组合的立体图。
图11为本发明的无极耳圆柱卷芯菱形组合的侧面图。
图12为本发明的无极耳圆柱卷芯梯形组合的立体图。
图13为本发明的无极耳圆柱卷芯梯形组合的侧面图。
图14为本发明的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的立体图。
图15为本发明的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的侧面图。
图16为本发明的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的装配分解图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在附图中，1为负极盖板，2为绝缘导热片，3为负极汇流片，4为金属外壳，5为电池支架，6为无极耳圆柱卷芯，7为正极汇流片，8为正极盖板，11为负极柱，12为注液口(防爆阀)，61为卷芯体，62为金属圆筒。
图1为本发明的六边形电池的爆炸图，图2为本发明的六边形电池的立体图，图3为本发明的六边形电池的正面图，图4为沿图3所示的六边形电池的A-A线的剖视图。如图1-4所示，本发明设计的大容量电池，包括金属外壳4、无极耳圆柱卷芯6、正极盖板8、负极盖板1、正极汇流片7、负极汇流片3、绝缘导热片2和电池支架5。图1-4中示出的金属外壳4的形状为六边形。当然，金属外壳形状不局限此，金属外壳形状不局限于圆柱形或方形，可设计为任意需要的形状，包括六边形、椭圆形、圆柱形或方形等。
图5为本发明的无极耳圆柱卷芯的立体图，图6本发明的无极耳圆柱卷芯的正面图，图7为图6所示的无极耳圆柱卷芯的A-A线的剖视图，图8为图7所示的无极耳圆柱卷芯的A部放大图，图9为图7所示的无极耳圆柱卷芯的B部放大图。如图5-9所示，无极耳圆柱卷芯6由卷芯体61和包裹卷芯体的金属圆筒62组成；无极耳圆柱卷芯6的一端为正极基体(比如铝箔)，另一端为负极基体(比如铜箔)。卷芯体61的一部分从金属圆筒62的一端或两端露出，便于卡在电池支架5上。
如图所示，金属外壳4内设有若干个无极耳圆柱卷芯6，无极耳圆柱卷芯6正极基体与正极汇流片7进行焊接，负极基体与负极汇流片3进行焊接，如此焊接成一个卷芯组。负极端在负极汇流片3和负极盖板1之间填充有绝缘导热片2，用于导热。负极汇流片3和绝缘导热片2上均开设有若干个圆孔，便于注液。
负极端使用电池支架5固定圆柱形卷芯6，电池支架5卡在各无极耳圆柱卷芯6之间；其轴向上方位以绝缘导热片2和负极盖板1限位，轴向下方位以金属圆筒62限位。正极汇流片7与无极耳圆柱卷芯6的正极端的金属圆筒62进行焊接。
如图2所示，负极盖板1上设置有负极柱11和防爆阀(未示出)。防爆阀所在位置为注液口12，完成注液后，在注液口12的位置焊接防爆阀。
另外，无极耳圆柱卷芯6组合可以设计为各种形状，比如，图10-11示出了本发明的无极耳圆柱卷芯菱形组合。图12-13示出了本发明的无极耳圆柱卷芯梯形组合。图14-15示出了本发明的无极耳圆柱卷芯椭圆组合。图16为本发明的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的装配分解图。如图16所示，首先，卷芯体61由金属圆筒62包裹组成无极耳圆柱卷芯6，卷芯体61的一部分从金属圆筒62的两端露出；然后，无极耳圆柱卷芯6椭圆组合装配在负极汇流片3和正极汇流片7之间；接着，再装配在具有正极盖板8和负极盖板1的椭圆金属外壳4内。
上述本发明的大容量电池的加工方法包括如下步骤：
(1)将无极耳圆柱卷芯的金属圆柱筒按照金属外壳的形状焊接为一体；
(2)将电池支架卡在无极耳圆柱卷芯负极端，固定住无极耳圆柱卷芯；
(3)将正极汇流片与无极耳圆柱卷芯的正极基体进行焊接；
(4)将负极汇流片与无极耳圆柱卷芯的负极基体进行焊接；
(5)将正极盖板与正极汇流片进行焊接；
(6)将装配好的卷芯组放入金属外壳内，并将正极盖板与金属外壳进行焊接封闭；
(7)在负极汇流片上填充一层绝缘导热片；
(8)将负极盖板与负极汇流片进行焊接，
(9)最后将负极盖板与金属外壳进行焊接封闭；
(10)烘干内部水分；
(11)通过注液口对电池注液；
(12)开口化成(也可焊接防爆阀后进行闭口化成)；
(13)清洁注液口，并焊接防爆阀。
实施例1：
本发明大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯是由同样体系的正负极组成，比如磷酸铁锂-石墨卷芯、锰酸锂-石墨卷芯、镍钴锰酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、锌-镍卷芯等化学电源中的任何一种，且不局限于上述体系。
实施例2：
本发明大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯可以用不同材料体系的卷芯进行组合，例如锰酸锂-石墨卷芯与镍钴锰酸锂-石墨卷芯组合、功率型的超级电容器卷芯与同类正极材料的能量型的锂离子卷芯组合等。通过不同特性的两类卷芯并联组合成大容量电池，在提高性能的同时降低成本。
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)
1.一种大容量电池的制作方法，其特征在于，通过采用高导热及高导电的金属圆筒容纳无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型等连接方式形成一个整体，再与无极耳卷芯的正极基体、正极汇流片、金属外壳焊接形成一个整体；金属外壳与金属圆筒之间、金属圆筒与正极汇流片之间、正极基体与正极汇流片之间两两焊接,也可以将所有的负极基体、负极汇流片、金属圆筒、金属外壳之间进行两两连接。
2.根据权利要求1所述的大容量电池的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将无极耳圆柱卷芯的金属圆筒按照金属外壳的形状焊接为一体；
(2)将电池支架卡在无极耳圆柱卷芯的负极端，固定住无极耳圆柱卷芯；
(3)将正极汇流片与无极耳圆柱卷芯的正极基体进行焊接；
(4)将负极汇流片与无极耳圆柱卷芯的负极基体进行焊接；
(5)将正极盖板与正极汇流片进行焊接；
(6)将装配好的卷芯组放入金属外壳内，并将正极盖板与金属外壳进行焊接封闭；
(7)在负极汇流片上填充一层绝缘导热片；
(8)将负极盖板与负极汇流片进行焊接，
(9)最后将负极盖板与金属外壳进行焊接封闭。
3.根据权利要求2所述的大容量电池的制作方法，其特征在于，还包括如下步骤：
(10)烘干内部水分；
(11)通过注液口对电池注液；
(12)开口化成或者焊接防爆阀后进行闭口化成；
(13)清洁注液口，并焊接防爆阀。
4.一种大容量电池，其特征在于，包括金属外壳、无极耳圆柱卷芯、正极盖板、负极盖板、正极汇流片、负极汇流片、绝缘导热片和电池支架；无极耳圆柱卷芯由卷芯体和包裹卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体，另一端为负极基体；金属外壳内设有若干个无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型等方式连接并形成一个整体，无极耳圆柱卷芯正极基体与正极汇流片进行焊接，负极基体与负极汇流片进行焊接，如此焊接成一个卷芯组；正极基体、正极汇流片与无极耳圆柱卷芯正极端的金属圆筒焊接在一起；负极端在负极汇流片和负极盖板之间填充有绝缘导热片，用于导热；负极汇流片和绝缘导热片上均开设有若干个圆孔，便于注液；负极端使用电池支架固定圆柱形卷芯，电池支架卡在各无极耳圆柱卷芯之间；其轴向上方位以绝缘导热片和负极盖板限位，轴向下方位以金属圆筒限位；负极盖板上设置有负极柱和防爆阀；防爆阀所在位置为注液口，完成注液后，在注液口的位置焊接防爆阀。
5.根据权利要求4所述的大容量电池，其特征在于，所述金属外壳形状为六边形、椭圆形、圆柱形或方形的任意需要的形状。
6.根据权利要求4或5所述的大容量电池，其特征在于，所述无极耳圆柱卷芯由同样体系的正负极组成。
7.根据权利要求6所述的大容量电池，其特征在于，所述无极耳圆柱卷芯为磷酸铁锂-石墨卷芯、锰酸锂-石墨卷芯、镍钴锰酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、锌-镍卷芯化学电源中的任何一种。
8.根据权利要求4或5所述的大容量电池，其特征在于，所述无极耳圆柱卷芯可用不同材料体系的卷芯进行组合。
9.根据权利要求8所述的大容量电池，其特征在于，所述组合可为锰酸锂-石墨卷芯与镍钴锰酸锂-石墨卷芯组合、功率型的超级电容器卷芯与同类正极材料的能量型的锂离子卷芯组合等，且不局限于上述组合。
10.根据权利要求4或5所述的大容量电池，其特征在于，所述绝缘导热片的材质具有绝缘性及较高的导热系数，可以是硅胶片、硅橡胶、橡胶具有此特性的任何一种。
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