CN111599946A - 电动汽车、锂离子电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种电动汽车、锂离子电池及其制造方法，涉及电池领域。该锂离子电池，包括第一金属板、第二金属板、金属框、电芯、极柱和防爆阀，第一金属板、金属框和第二金属板依次连接，并围成安装腔室，电芯安装于安装腔室内，极柱绝缘地设置于金属框上，并与电芯电连接，防爆阀设置于金属框上，金属框上设置有注液孔。本发明的实施例提供的电动汽车、锂离子电池及其制造方法，其既兼顾软包结构工艺设计简单、质轻的优点，又兼顾铝封装可靠度的优点，可以长期耐受电解液腐蚀；本发明实施例的性能可靠、价格低廉，从而使锂离子电池达到更高性价比。

Description

电动汽车、锂离子电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及电池领域，具体而言，涉及一种电动汽车、锂离子电池及 其制造方法。
背景技术
作为动力电池核心动力部件的锂离子电芯是电动汽车市场化的关键一 环。目前市场主流电芯包装技术采用软包或铝壳作为封装材料，两者各有 技术优缺点：软包电芯具有结构和封装工艺简单，重量能量密度占优，以 及成本低廉的优点，但软包的封装长期可靠性不足，有长期使用漏液风险， 为电动汽车长期可靠性使用带来风险；铝壳封装虽然可靠性较高，但其结 构和工艺复杂，重量能量密度较低，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车、锂离子电池及其制造方法，其 既兼顾软包结构工艺设计简单、质轻的优点，又兼顾铝封装可靠度的优点， 可以长期耐受电解液腐蚀；本发明实施例的性能可靠、价格低廉，从而使 锂离子电池达到更高性价比。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种锂离子电池，包括第一金属板、第 二金属板、金属框、电芯、极柱和防爆阀，所述第一金属板、所述金属框 和第二金属板依次连接，并围成安装腔室，所述电芯安装于所述安装腔室 内，所述极柱绝缘地设置于所述金属框上，并与所述电芯电连接，所述防 爆阀设置于所述金属框上，所述金属框上设置有注液孔。
在可选的实施方式中，所述锂离子电池还包括绝缘密封件，所述极柱 通过所述绝缘密封件绝缘地密封于所述金属框上。
在可选的实施方式中，所述极柱铆接于所述金属框上。
在可选的实施方式中，所述电芯包括本体和设置于所述本体上的第一 极耳和第二极耳，所述极柱包括与所述第一极耳电连接的第一极柱、以及 与所述第二极耳电连接的第二极柱。
在可选的实施方式中，所述第一极柱和所述第二极柱位于所述金属框 的同一侧或不同侧。
在可选的实施方式中，所述电芯的形状与所述金属框的形状对应。
在可选的实施方式中，所述第一金属板和/或所述第二金属板的外表面 上设置有高导热涂层或绝缘复合涂层。
在可选的实施方式中，所述高导热涂层为电子绝缘涂层；所述绝缘复 合涂层的外表面为石墨导热复合膜、或者石墨烯导热复合膜。
在可选的实施方式中，所述第一金属板和所述第二金属板为不锈钢、 铝或合金材料制成。
第二方面，本发明实施例提供一种锂离子电池的制造方法，用于制造 如前述实施方式中任一项所述的锂离子电池，所述方法包括：
将所述极柱、所述防爆阀设置于所述金属框上，并在所述金属框上加 工所述注液孔；
将制备好的电芯的极耳与对应的所述极柱电连接，并将所述电芯固定 于所述金属框上；
将第一金属板和所述第二金属板设置于所述金属框的相对两侧，使所 述电芯位于所述第一金属板、所述金属框和所述第二金属板所围成的所述 安装腔室内。
在可选的实施方式中，所述将所述极柱、所述防爆阀设置于所述金属 框上的步骤包括：
将所述极柱铆接于所述金属框上，并将所述防爆阀焊接于所述金属框 上。
在可选的实施方式中，所述将第一金属板和所述第二金属板设置于所 述金属框的相对两侧的步骤包括：
将所述第一金属板和所述第二金属板焊接于所述金属框的相对两侧 上，所述焊接的方式包括激光焊接、电磁焊接和电阻焊接。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
在所述第一金属板和所述第二金属板上设置高导热涂层或绝缘复合涂 层。
第三方面，本发明实施例提供一种电动汽车，包括如前述实施方式中 任一项所述的锂离子电池。
本发明实施例提供的锂离子电池及其制造方法、以及包括该锂离子电 池的电动汽车：锂离子电池的外包装结构通过第一金属板、第二金属板和 金属框围成。极柱、防爆阀均设置于金属框上，注液孔也设置在金属框上。 其中，极柱与电芯的极耳对应连接，注液孔用于向第一金属板、第二金属 板和金属框围成的安装空间内注入电解液。本发明实施例的锂离子电池的 外包装由金属材料制成，其中的第一金属板、第二金属板和金属框的厚度较薄，能够在保证锂离子电池的结构可靠性，并且具有较高的体积能量密 度。即该锂离子电池既兼顾软包结构工艺设计简单、质轻的优点，又兼顾 铝封装可靠度的优点，可以长期耐受电解液腐蚀；本发明实施例的性能可 靠、价格低廉，从而使锂离子电池达到更高性价比。同时，该锂离子电池 的制造方法步骤简单、易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需 要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些 实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的锂离子电池的结构示意图；
图2为图1中的锂离子电池在另一视角下的结构示意图；
图3为图1中A处的放大结构示意图；
图4为图1中的锂离子电池的爆炸结构示意图；
图5为本发明另一实施例提供的锂离子电池的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的锂离子电池的制造方法的流程示意框图。
图标：100-锂离子电池；110-第一金属板；120-第二金属板；130-金属 框；140-电芯；150-极柱；160-防爆阀；170-注液孔；180-绝缘密封件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配 置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限 制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一 旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步 定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附 图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位 置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的 装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理 解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区 分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬 垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更 加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定， 术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固 定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以 是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个 元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上 述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1至图4，其示出了本发明实施例提供的一种锂离子电池100， 该锂离子电池100可以应用于电动设备或装置中，并为该电动设备或装置 提供电能。该电动设备或装置可以为电动汽车等，即本发明实施例提供的 锂离子电池100可以应用于电动汽车或其他电动设备或装置。
本发明实施例提供的锂离子电池100，其既可以兼顾软包结构工艺设计 简单、质轻的优点，又可以兼顾铝封装可靠度的优点，能长期耐受电解液 腐蚀；本发明实施例的性能可靠、价格低廉，从而使锂离子电池100达到 更高性价比。
在本发明实施例中，该锂离子电池100包括第一金属板110、第二金属 板120、金属框130、电芯140、极柱150和防爆阀160，第一金属板110、 金属框130和第二金属板120依次连接，并围成安装腔室，电芯140安装 于安装腔室内，极柱150绝缘地设置于金属框130上，并与电芯140电连 接，防爆阀160设置于金属框130上，金属框130上设置有注液孔170。
需要说明的是，在本发明实施例中，上述的第一金属板110、第二金属 板120和金属框130所围成的安装腔室，用于安装电芯140，即该第一金属 板110、第二金属板120和金属框130为锂离子电池100的外包装结构。
可选地，对于本发明实施例来说，该外包装结构可以由不锈钢材料制 成，即第一金属板110、第二金属板120和金属框130均为不锈钢结构。当 然，并不仅限于此，在本发明的其他实施例中，该外包装结构也可以为纯 铝材料或者铝合金材料。
应当理解的是，不锈钢或者铝自身的导热性能优于铝塑复合膜或者钢 塑复合膜，具有高导热性能，并且可取消软包模组中电芯140之间的导热 铝板，进一步提高动力电池包的能量密度。同时，还能够降低包装材料的 成本，有利于提升产品性价比。
可选地，上述的第一金属板110、第二金属板120和金属框130由同一 材料制成，但也并非一定如此，第一金属板110、第二金属板120和金属框 130也可以由不同种材料制成。
可选地，在第一金属板110、第二金属板120和金属框130为不锈钢材 料时，其可以为奥氏体不锈钢、铁素体型不锈钢、或者奥氏体-铁素体双相 不锈钢等不锈钢材料。当然，上述的第一金属板110、第二金属板120和金 属框130可以为其中的任一种不锈钢材料，比如第一金属板110、第二金属 板120和金属框130均为奥氏体不锈钢，或者第一金属板110为奥氏体不 锈钢、第二金属板120和金属框130为铁素体型不锈钢等。
可选地，在第一金属板110、第二金属板120和金属框130为铝合金材 料时，其可以为1系纯铝或者铝合金、3系铝锰合金、5系铝镁合金、6系 铝硅合金等。当然，上述的第一金属板110、第二金属板120和金属框130 可以为其中的任一种铝合金材料，比如第一金属板110、第二金属板120和 金属框130均为3系铝锰合金，或者第一金属板110为3系铝锰合金、第 二金属板120和金属框130为5系铝镁合金等。
可选地，第一金属板110和第二金属板120的厚度基本相等，以便于 从同一金属板材上制造第一金属板110和第二金属板120，从而使锂离子电 池100的制造工艺更加简单。第一金属板110的厚度范围可以为0.02-0.2mm (包含两端点值)，比如，第一金属板110的厚度为0.03mm；进一步地， 第一金属板110的厚度范围可以为0.05-0.15mm(包含两端点值)，比如， 第一金属板110的厚度为0.10mm；同样地，第二金属板120的厚度范围可 以为0.02-0.2mm(包含两端点值)，比如，第二金属板120的厚度为0.04mm； 进一步地，第二金属板120的厚度范围可以为0.05-0.15mm(包含两端点值)， 比如，第二金属板120的厚度为0.12mm。
需要特别说明的是，第一金属板110和第二金属板120的厚度可以基 本相等，也可以根据实际设计需求灵活设置为不相等，比如，第一金属板 110的厚度大于第二金属板120的厚度等，本发明实施例对于第一金属板 110和第二金属板120的厚度关系不做具体限定。
可选地，金属框130的厚度范围可以为0.02-2.00mm(包含两端点值)， 比如，金属框130的厚度为0.05mm；进一步地，金属框130的厚度为 0.10-1.0mm(包含两端点值)，比如，金属框130的厚度为0.15mm。
在本发明实施例中，第一金属板110、第二金属板120和金属框130围 成的安装腔室的大小略大于电芯140的大小，即安装腔室的尺寸略大于电 芯140尺寸，以将电芯140安装在安装腔室内。能够提高动力电池的体积 能量密度，并且，第一金属板110、第二金属板120和金属框130的厚度较 薄，进一步提升了体积能量密度。
可选地，第一金属板110和第二金属板120于金属框130之间的连接 方式包括但不限于激光焊接、电磁焊接、电阻焊接等。
在可选的实施方式中，该锂离子电池100还可以包括绝缘密封件180， 极柱150通过绝缘密封件180绝缘地密封于金属框130上。
进一步地，该绝缘密封件180的材质可以为高分子绝缘材料、工程塑 料或者陶瓷绝缘材料。
可选地，极柱150可以铆接于金属框130上，铆接工艺简单、技术原 理成熟，有利于使制造更加简单、方便。
在可选的实施方式中，上述的电芯140可以包括本体和设置于本体上 的第一极耳和第二极耳，极柱150包括与第一极耳电连接的第一极柱、以 及与第二极耳电连接的第二极柱。
应当理解的是，上述的第一极耳和第二极耳分别为正负极极耳，第一 极柱和第二极柱分别为正负极极柱150，正负极极耳和正负极极柱150一一 对应。
在可选的实施方式中，第一极柱和第二极柱位于金属框130的同一侧 或不同侧。其中，图1和图2所示的锂离子电池100，其第一极柱和第二极 柱位于相对的两侧上，而图5所示的方案中，第一极柱和第二极柱位于金 属框130的同一侧上。本发明实施例对于第一极柱和第二极柱所在金属框 130上的位置不做具体限定，即可以根据需要灵活设置。
在可选的实施方式中，电芯140的形状与金属框130的形状对应。金 属框130可以为矩形，此时，电芯140的形状为与金属框130形状对应的 矩形；金属框130也可以为其他形状，比如菱形、或者不规则形状，相应 地，电芯140的形状与金属框130的形状对应，从而使制造而成的锂离子 电池100具有更强的适应性，满足不同产品对应电池形状的要求。
在可选的实施方式中，在第一金属板110和/或第二金属板120的外表 面上设置有高导热涂层或绝缘复合涂层。
进一步地，该高导热涂层可以为电子绝缘涂层；绝缘复合涂层的外表 面可以为石墨导热复合膜、或者石墨烯导热复合膜。
可选地，第一金属板110和/或第二金属板120的外表面上涂布一层高 导热涂层，该涂层为电子绝缘涂层。
可选的，第一金属板110和/或第二金属板120的外表面上直接粘贴一 层高导热和绝缘复合涂层，该涂层为外表面为PET的石墨导热复合膜或者 石墨烯导热复合膜。
需要说明的是，上述的“第一金属板110和/或第二金属板120”指的 是前后两者至少满足其一，比如“在第一金属板110和/或第二金属板120 的外表面上设置有高导热涂层”指的就是至少以下三种情况：其一、在第 一金属板110的外表面上设置有高导热涂层；其二、在第二金属板120的 外表面上设置有高导热涂层；其三、第一金属板110和第二金属板120的 外表面上均设置有高导热涂层。
请参阅图6，本发明实施例提供一种锂离子电池100的制造方法，用于 制造上述的锂离子电池100，该方法包括以下步骤。
步骤S100：将极柱150、防爆阀160设置于金属框130上，并在金属 框130上加工注液孔170。
在可选的实施例中，上述的步骤S100可以包括子步骤S110：将极柱 150铆接于金属框130上，并将防爆阀160焊接于金属框130上。
应当理解的是，在金属框130成型后，极柱150、防爆阀160可以位于 金属框130的同一侧边框上，也可以位于不同侧边框。
步骤S200：将制备好的电芯140的极耳与对应的极柱150电连接，并 将电芯140固定于金属框130上。
步骤S300：将第一金属板110和第二金属板120设置于金属框130的 相对两侧，使电芯140位于第一金属板110、金属框130和第二金属板120 所围成的安装腔室内。
在可选的实施例中，步骤S300可以包括子步骤：将第一金属板110和 第二金属板120焊接于金属框130的相对两侧上，焊接的方式包括激光焊 接、电磁焊接和电阻焊接。
当然，在进行上述的步骤S100至S300前，还可以包括正极极片制作 步骤、负极极片制作步骤、隔离膜制备步骤、电解液制备步骤以及电芯140 制备步骤，以下分别进行介绍。
正极极片制作步骤：将正极活性物质材料NMC(811)、导电剂炭黑SP (TIMCAL)、粘结剂PVDF(Arkema)大致按照质量比96:2:2进行混合， 加入容积NMP，用搅拌机搅拌成均匀稳定的正极浆料；将正极浆料均匀的 涂覆在正极集流体铝箔上，烘干后经过辊压、分切、膜切得到正极极片。
负极极片制作步骤：将负极活性物质材料石墨、导电剂乙炔黑、增稠 剂CMC、粘结剂SBR大致按照质量比96.5:0.5:1.5:1.5混合后，加入溶剂 去离子水，在搅拌机中搅拌至均匀稳定的负极浆料；将负极浆料均匀涂覆 在负极集流体铜箔上，烘干后经过辊压、分切、膜切得到负极极片。
隔离膜制备步骤：选取聚乙烯多孔膜作为隔离膜，按照设计尺寸分切 成相应的宽度待用。
电解液制备步骤：将碳酸乙烯酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二 乙酯(DEC)大致按照体积比1:1:1进行混合得到有机溶剂，接着将充分干 燥的锂盐LiPF6溶解于混合后的溶剂中，配制成浓度约为1mol/L的电解液。
锂离子电池100的裸电芯140制备步骤：将上述正极极片、隔离膜、 负极极片按照叠片的方式层叠起来，使隔离膜处于正负极极片之间起到隔 离作用，层叠完成后用隔离膜包裹一圈并由胶纸粘贴固定得到裸电芯140； 随后完成裸电芯140热压、Tab(极耳)焊接等工序。
同时，也需要按照预设的设计要求制造第一金属片、第二金属片和金 属框130，比如采用1mm厚度的不锈钢条制造成金属框130，并在其表面 上实施上述的步骤S100。然后，将该金属框130焊接成设定形状，比如矩 形框体等。而第一金属板110和第二金属板120的制造可以将一定厚度的 即金属板材切割成设定的形状和尺寸，比如将0.1mm厚度的不锈钢板加工 成与金属框130对应的形状、尺寸，从而制造第一金属板110和第二金属 板120。
在可选的实施例中，在还可以包括：在第一金属板110和第二金属板 120上设置高导热涂层或绝缘复合涂层。
在上述的步骤S300之后，可以进行电芯140烘烤、电解液注入、化成、 排气、封口、测试等工序，从而制得成品锂离子电池100。
本发明实施例采用分体组装的方式完成锂离子电池100的外包装、以 及正负极极耳的引出：采用两个超薄金属板(即第一金属板110和第二金 属板120)与一个金属框130进行焊接，组装成锂离子电池100的外包装结 构。金属框130上设置有正负极的极柱150，极柱150与金属框130之间通 过高分子塑胶或者陶瓷绝缘材料实现完全绝缘，极柱150通过铆接的方式 与金属框130之间形成牢固连接和良好密封。金属框130上还设置有防爆 阀160和注液孔170。极柱150、防爆阀160和注液孔170提前在金属框130 上加工制作好，电池组装时先将预制好的电芯140的正负极极耳与金属框 130相应的正负极极柱150焊接好，完成除尘和极耳支架安装后，将电芯 140与金属框130固定组装在一起，然后分别将两个超薄金属薄片(即第一 金属板110和第二金属板120)盖扣到金属框130的上下大面上，再将第一 金属板110和第二金属板120分别与金属框130焊接，即可完成电池的组 装。
通过该锂离子电池100制造方法制造的锂离子电池100具备能量密度 高、散热效果好、安全性较高、高封装强度和高耐电解液耐腐蚀性、长期 可靠性好以及成本更低等优点。
本发明实施例提供一种电动汽车，其包括如前述实施方式中任一项的 锂离子电池100。
请结合参阅图1至图6，综上所述，本发明实施例提供的锂离子电池 100及其制造方法、以及包括该锂离子电池100的电动汽车：锂离子电池 100的外包装结构通过第一金属板110、第二金属板120和金属框130围成。 极柱150、防爆阀160均设置于金属框130上，注液孔170也设置在金属框 130上。其中，极柱150与电芯140的极耳对应连接，注液孔170用于向第 一金属板110、第二金属板120和金属框130围成的安装空间内注入电解液。 本发明实施例的锂离子电池100的外包装由金属材料制成，其中的第一金 属板110、第二金属板120和金属框130的厚度较薄，能够在保证锂离子电 池100的结构可靠性，并且具有较高的体积能量密度。即该锂离子电池100 既兼顾软包结构工艺设计简单、质轻的优点，又兼顾铝封装可靠度的优点， 可以长期耐受电解液腐蚀；本发明实施例的性能可靠、价格低廉，从而使 锂离子电池100达到更高性价比。同时，该锂离子电池100的制造方法步 骤简单、易于实现。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于 本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括第一金属板、第二金属板、金属框、电芯、极柱和防爆阀，所述第一金属板、所述金属框和第二金属板依次连接，并围成安装腔室，所述电芯安装于所述安装腔室内，所述极柱绝缘地设置于所述金属框上，并与所述电芯电连接，所述防爆阀设置于所述金属框上，所述金属框上设置有注液孔。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池还包括绝缘密封件，所述极柱通过所述绝缘密封件绝缘地密封于所述金属框上。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述极柱铆接于所述金属框上。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述电芯包括本体和设置于所述本体上的第一极耳和第二极耳，所述极柱包括与所述第一极耳电连接的第一极柱、以及与所述第二极耳电连接的第二极柱。
5.根据权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一极柱和所述第二极柱位于所述金属框的同一侧或不同侧。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述电芯的形状与所述金属框的形状对应。
7.一种锂离子电池的制造方法，其特征在于，用于制造如权利要求1-6中任一项所述的锂离子电池，所述方法包括：
将所述极柱、所述防爆阀设置于所述金属框上，并在所述金属框上加工所述注液孔；
将制备好的电芯的极耳与对应的所述极柱电连接，并将所述电芯固定于所述金属框上；
将第一金属板和所述第二金属板设置于所述金属框的相对两侧，使所述电芯位于所述第一金属板、所述金属框和所述第二金属板所围成的所述安装腔室内。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述将所述极柱、所述防爆阀设置于所述金属框上的步骤包括：
将所述极柱铆接于所述金属框上，并将所述防爆阀焊接于所述金属框上。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于，所述将第一金属板和所述第二金属板设置于所述金属框的相对两侧的步骤包括：
将所述第一金属板和所述第二金属板焊接于所述金属框的相对两侧上，所述焊接的方式包括激光焊接、电磁焊接和电阻焊接。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的锂离子电池。
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