CN114361663A - 一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法及其电池 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于动力电池技术领域,提供了一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法及其电池,包括以下步骤:根据电池尺寸计算出需要软包装材料板材尺寸,选择模具,模具包括上凸模和下凹模;软包动力电池外包装材料放置在上凸模和下凹模之间,上凸模和下凹模之间相互作用对软包动力电池外包装材料进行冲压。本发明采用缓倾斜的冲壳、宽的双坑间距相结合有效减弱了现有软包装动力电池包装材料双坑冲壳工艺常出现的双坑之间材料拉伸变形大及软包装材料沿双坑之间中轴线弯折后的应力集中,特别是坑顶R角外延与中轴线交汇点处应力集中尤为严重,导致的中间层金属或金属合金材料残留不足、中间层材料和内层热封层产生微裂纹、裂纹和破损问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域,具体是一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法及其电池。
背景技术
随着电动汽车对续航里程要求的不断提高,对电池的能量密度要求也不断提升,动力电池企业也在加速研发高能量密度电池。提高电池能量密度在改进电池化学体系的同时,留给活性物质更多的物理空间提升电池能量密度的成为普遍做法,以致于单体电池尺寸越来越大,而体积大的电池组成电池包时,不利于车辆行驶过程中的电池包散热,不仅影响电动汽车安全、而且降低电池使用寿命。长条形的软包电池不仅可实现高能量密度性能,而且具有很好的散热效果、热管理系统更容易实现,归因于此,电池包采用长条形的电池方案逐渐取代方形电池,大长宽比、大厚度的软包装锂离子电池也逐步成为国内外主流动力电池企业研发的一个方向。
常见的动力用软包动力电池外壳材料一般由外层、中间层和内层构成,外层为高分子塑料类、中间层为一种金属、金属合金或其他复合材料、内层热封层一般为CPP、PP或其他具有热融合性能的材料构成的复合材料,层与层之间通过胶黏剂进行压合粘结而成,厚度70~200um不等。随着电池能量密度提升的要求,软包动力电池外包装材料冲坑的深度也往越来越深的方向发展(>5mm)。此外,因单张软包装材料双坑单折边可减少双折边所带来的1~3mm的物理空间损失,提高活性物质储存空间。单张软包装材料双深坑单折边工艺也逐渐兴起,特别是对于大长宽比、大厚度的软包锂离子电池来说节约可用活性物质空间可观。
对于一些大厚度锂离子电池,有些软包装材料冲坑坑深已达到7~10mm。随着深度的增大,在冲壳模具的压延作用下动力电池软包装材料在壳体内外R角处延展明显,也别是在单张软包装材料包装材料冲双坑的情况下,两坑之间区域受拉应力集中尤为明显,软包装材料冲壳成型对折后两坑之间区域形成一条内凹线,沿内凹线上下部两坑之间R角外延与中轴线交汇点应力集中更为明显。常用的单张软包装材料冲双坑方案,两坑之间距离一般为1~2mm,冲壳成型后软包张材料沿双坑之间中轴线对折后,双坑之间材料拉伸变形大及软包装材料沿双坑之间中轴线弯折后的应力集中,特别是坑顶R角外延与中轴线交汇点处应力集中尤为严重,导致的中间层金属材料残留不足、中间层和内层热封层产生微裂纹、裂纹和破损,导致电池漏液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法及其电池,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下一种技术方案:
一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,包括以下步骤:
根据电池尺寸计算出需要外包装材料尺寸,选择模具,所述模具包括上凸模和下凹模;
将软包装材料板材放置在上凸模和下凹模之间,所述上凸模和下凹模之间相互作用对软包动力电池外包装材料进行冲压。
作为本发明进一步的方案:所述模具还包括上凸模辅助凸块;所述上凸模上对称设置有A坑和B坑;所述下凹模中间位置设置有下凹模辅助凹槽。
作为本发明再进一步的方案:所述下凹模辅助凹槽与上凸模辅助凸块底部冲压凸起配合。
作为本发明再进一步的方案:上凸模辅助凸块对上凸模对两深坑之间的中轴线冲压,使得成型的软包装材料双坑之间获得一长条形凹槽。
作为本发明再进一步的方案:所述两深坑之间的中轴线长条形凹槽的深度为0.2~1mm。
作为本发明再进一步的方案:所述第一坑和第二坑底坑边沿设置有R角,且R角直径为R1;所述第一坑和第二坑底坑长边长度为L1。
本发明提供如下另一种技术方案:
一种动力电池,所述电池包括采用所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法制得的软包材料。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明两坑之间内凹线和内凹线外R角交汇点解决了现有技术常出现金属层残留不足、金属层层和内层热封层(CPP或PP)产生微裂纹、裂纹和破损问题;(2)冲坑成型后的电池软包装材料对折后或整形后,电芯沿长度方向非封印区软包装材料隆起,消除非封印区外R角的应力集中,消除有应力集中导致的失效问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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的附图。
图1为一种动力电池单张软包装材料双冲坑示意图。
图2为一种动力电池单张软包装材料双冲坑后沿双坑间中轴线对折后未封区形貌示意图。
图3为一种动力电池软包材料缓倾斜双深坑成壳剖视图。
图4为图3中的一种双深坑缓倾斜双深坑成壳后对折效果剖视图。
图5为一种动力电池软包材料缓倾斜双深坑及坑间中轴线凹槽处理后成壳剖视图单张。
图6为图5中的一种双深坑缓倾斜双深坑成壳后对折效果剖视图。
图7为一种动力电池软包材料缓倾斜双深坑成壳剖视图。
图中:1-上凸膜、11-第一坑、12-第二坑、13-双坑肩宽、131-两坑之间内凹线、132-应力集中点、14-软包装材料封印区、15-未封印区形貌、151-线性突出、2-上凸模辅助凸块、21-冲压凸起、3-下凹模、31-下凹模辅助凹槽。
具体实施方式
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,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
请参阅图1-图7,本发明实施例1中,为本发明实施例提供的一种双深坑缓倾斜双深坑模具的结构图,包括:上凸模1、上凸模辅助凸块2和下凹模3,所述上凸模1和下凹模3配合使用,所述下凹模3上对称设置有A坑和B坑,所述上凸模1上设置有与A坑和B坑配合冲压的两个凸起。
所述下凹模3上对称设置有A坑和B坑其深度可以相等(如图3),也可不相等(如图7)。
一种动力电池单张软包装材料软采用上述提供的模具冲出了双坑,所述双坑可以对称设置,所述双坑为第一坑11和第二坑12;所述第一坑11和第二坑12的肩宽2mm,坑深5mm,软包装材料厚度156um。所述的对比例对折后未封区形貌如图2所示,所述第一坑11和第二坑12之间连接部位设置有两坑之间内凹线131,所述两坑之间内凹线131中间位置为应力集中点132;
所述下凹模3中间位置设置有下凹模辅助凹槽31,所述下凹模辅助凹槽31与上凸模辅助凸块2底部冲压凸起21配合,冲压过程中上凸模辅助凸块2通过应力集中点132冲压到下凹模辅助凹槽31上,如此用于消除应力。
当所述所述第一坑11和第二坑12深度相等时可以采用下述方法进行所需要的材料长度进行计算,具体的,所述第一坑11和第二坑12底坑边沿设置有R角,且R角直径为R1;所述第一坑11和第二坑12底坑长边长度为L1,长边坑顶外R角直径与底坑R角相等,软包装材料长边为2R1+L1;短边长度为L2,短边坑顶外R角直径为R2,双坑肩宽13的半宽为L3,软包装材料长边为R1+R2+L3,则2R1+L1=R1+R2+L3;所述第一坑11和第二坑12底部与水平面之间设置有倾斜角度,所述倾斜角度为α。
实施例1中双坑肩宽6mm,坑深7.6mm,软包装材料厚度156um。
软包材料对折后进行一侧热封(热封区14)和未封印区形貌15呈近平面状无内凹线,未封区两侧内R角交汇点没出现金属层残留不足、金属层和内层热封层(CPP或PP)产生微裂纹、裂纹和破损。
冲坑时通过上凸模辅助凸块2和下凹模3的下凹模辅助凹槽31进行冲压,凹模3深度上凸模1mm;对折后效果剖视图如图5所示,未封印区形成一条线性突出151(未封区两侧内R角外延),顶封区与未封区热封后未出现残铝不足、铝层和内层热封层(CPP或PP)产生微裂纹、裂纹和破损。
图3中的一种双深坑缓倾斜双深坑冲壳模具被用于大长宽比、大厚度动力电池的软包装材料的双深坑的冲坑。模具的凸模和凹模对应以缓倾斜状装布置,凸模和凹模分别沿双坑之间的中心线对称布置;双坑之间的距离W为3~6mm;孔深H1为5~9mm,冲孔深度沿坑深宽度方向不一致,呈缓倾斜状,倾斜角度为α,左右侧坑深分别为h和h’(h>h’),h≈h’+W/2,两坑之间的宽间距用于减弱大厚度电池的软包装材料压延应力和补偿左右侧坑深不一致的长度补偿,使成形后的电芯沿长度方向非封印侧呈近平面状。
作为优选,在两坑之间W/2处,可冲压一长条形,深度为0.2~1mm凹槽,软包装材料对折后或对折整形后,电芯沿长度方向非封印区软包装材料隆起,消除非封印区外R角的应力集中。
所述的两坑之间的宽度和长短边坑深的确定理论计算公式如下式:
2R1+L1=R1+L2+R2+L3
式中,R1为冲坑模具坑底内R角和长边坑顶外R角半径。作为优选,底内R角和长边坑顶外R角半径相等,作为优选,取1.0~2.5mm。
L1,L上凸模辅助凸块2分别为冲坑模具长边、短边长度,mm;
L3为模具两坑之间的宽间距,mm;
R2为模具短边侧外R角半径,作为优选取0.2~0.5mm。
作为优选,式中各参数选取,以实际试验得出的软包装材料延展率、软包装材料厚度和软包装材料各层厚度变化等做调整。
本发明未封区两侧坑顶R角外延与中轴线交汇点中间层金属材料残留不足、中间层和内层热封层产生微裂纹、裂纹和破损;(2)冲坑成型后的双坑沿坑间中轴线对折后或中轴线整形后,电芯沿长度方向非封印区软包材料隆起,消除非封印区外R角的应力集中,消除有应力集中导致的失效问题;(3)提高两相邻深坑间距离,减少两相邻深孔对坑间软包装材料和软包装材料沿两坑间中轴线翻折后的材料应力集中损伤;(4)提高两相邻深坑间距离可有效补偿缓倾斜冲壳短坑边的深度,使软包装材料沿两坑间中轴线翻折后形成的壳体厚度一致。
实施例2
本发明实施例还提供的一种双深坑缓倾斜双深坑冲壳方法,包括以下步骤:
根据电池尺寸计算出需要软包装材料板材尺寸,选择模具,所述模具包括上凸模和下凹模;
将软包装材料板材放置在上凸模和下凹模之间,所述上凸模和下凹模之间相互作用对对软包动力电池外包装材料进行冲压。
所述上凸模1和下凹模3之间相互作用对软包动力电池外包装材料进行冲压;
上凸模辅助凸块2对上凸模1上应力集中点132所处的双坑之间的中轴线处进行冲压,使得成型的软包装材料双坑之间获得一长条形凹槽,深度为0.2~1mm凹槽。
成型的软包装材料之间肩宽为双坑肩宽13。
图4是本发明实施例1的一种大长宽比、大厚度双深坑缓倾斜双深坑成壳后对折效果剖视图。软包装材料对折后进行一侧热封(热封区14)和未封印区形貌15呈近平面状无内凹线,未封区两侧坑顶R角外延与中轴线交汇点中间层金属材料残留不足、中间层和内层热封层产生微裂纹、裂纹和破损,导致电池漏液。
对折后效果剖视图如图5所示,未封印区形成一条线性突出151(未封区两侧内R角外延),未封区两侧坑顶R角外延与中轴线交汇点中间层金属材料残留不足、中间层和内层热封层产生微裂纹、裂纹和破损。。
一种动力电池,所述电池包括采用上述一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法制得的软包材料。
所述动力电池的制备方法包括以下步骤:
S1、使用缓倾斜的双坑冲壳模具对电池软包装材料进行冲壳,形成第一坑和第二坑;
S2、将极片组件置入第一坑,然后将冲壳成型的软包装材料沿第一坑和第二坑之间中轴线反折,使电芯极片组件凸出第一坑的部分置于第二坑内,然后对电池进行顶封;
S3、从电池的未未区注入电解液,经浸润、预充、抽空、化成、高温老化、分容等,最后终封得电池。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,其特征在于,包括以下步骤:
根据电池尺寸计算出需要软包装材料尺寸,选择模具,所述模具包括上凸模和下凹模;
将放置在上凸模和下凹模之间,所述上凸模和下凹模之间相互作用对软包动力电池外包装材料进行冲压。
2.根据权利要求1所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,其特征在于,所述模具还包括上凸模辅助凸块;所述上凸模上对称设置有A坑和B坑;所述下凹模中间位置设置有下凹模辅助凹槽。
3.根据权利要求1所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,其特征在于,所述下凹模辅助凹槽与上凸模辅助凸块底部冲压凸起配合。
4.根据权利要求1所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,其特征在于,上凸模辅助凸块对上凸模对两深坑之间的中轴线冲压,使得成型的软包装材料双坑之间获得一长条形凹槽,并固定;同时坑周边和两侧施加压紧力固定,开始冲壳。
5.根据权利要求1所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,其特征在于,所述两深坑之间的中轴线长条形凹槽的深度为0.2~1mm。
6.根据权利要求1所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,其特征在于,所述第一坑和第二坑底坑边沿设置有R角,且R角直径为R1;所述第一坑和第二坑底坑长边长度为L1。
7.根据权利要求2所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法,其特征在于,上凸模辅助凸块对上凸模对两深坑之间的中轴线进行预压并固定,同时坑周边和两侧施加压紧力固定,开始冲壳。
8.一种动力电池,其特征在于,所述电池包括采用权利要求1-7任一所述的一种动力电池软包装材料缓倾斜双深坑冲壳方法制得的软包材料。
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