CN114824599A - 一种铝壳结构、制备方法、电池及装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝壳结构、制备方法、电池及装配方法，所述铝壳结构包括具有第一端部和第二端部的外壳，所述外壳的第一端部设置有端壁，所述端壁上开设有通孔，所述外壳的第二端部为不含端壁的全开口结构。本发明提供的铝壳结构通过端壁上开设的通孔与端盖焊接固定，提高铝壳结构与端盖的焊接效率；由于焊接面下方有端盖作支撑，焊接时的焊接熔深、熔宽可以做到更大，增强了铝壳结构与端盖的焊接强度。此外，本发明提供的铝壳结构可以实现长方壳电芯两个端盖全部装配后再入壳，提高了电池的入壳效率；同时由于两个端盖与芯包在装配时不需要入壳，电芯装配时可以减小极耳的长度，从而降低了极片的加工难度，降低了电池的制作成本。
Description
技术领域
本发明属于铝壳电池技术领域，涉及一种铝壳结构、制备方法、电池及装配方法。
背景技术
锂离子电池是一种充放电可充二次电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间迁移来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。一般采用含有锂元素的材料作为电极的电池。是现代高性能电池的代表。
锂离子电池作为可循环使用的绿色新能源产品，应用领域日益广泛，同时随着现代人们环保意识的增强，越来越多的设备选择以锂离子电池作为电源，如手机、笔记本电脑、电动平衡车和电动汽车等等；其中，电动平衡车、电动汽车等电动工具所使用的锂离子电池一般称之为动力电池。
近年来，随着新能源车的迅速发展，动力电池的需求也随之增加。按电池壳体来分，动力电池一般分为钢壳动力电池和铝壳动力电池。其中，铝壳动力电池具有重量轻、容量大、渗漏少和成本低等优点，所以铝壳动力电池大有取代钢壳动力电池的趋势。
其中，铝壳在动力电池中主要起到封装卷芯、承载电解液和保护防爆的作用；现有方形电池的铝壳一般呈长方体结构，铝壳体的一端开口或两端均开口，铝壳体通过铝材拉伸成型。对于长方壳电池，两端开口的铝壳结构应用的较多。对于两端开口的结构，由于其装配方式的限制，需要先对铝壳一端的电芯进行装配，然后入壳后再装配另一端，此种装配方式会使电芯极片的极耳较长，加大了极片的制作难度，提高了电池的制作成本。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铝壳结构、制备方法、电池及装配方法，本发明提供的铝壳结构通过端壁上开设的通孔与端盖焊接固定，可以提高铝壳结构与端盖的焊接效率；且该铝壳结构在与端盖焊接时，由于焊接面下方有端盖作支撑，焊接时的焊接熔深、熔宽可以做到更大，增强了铝壳结构与端盖的焊接强度。此外，本发明提供的铝壳结构可以实现长方壳电芯两个端盖全部装配后再入壳，提高了电池的入壳效率；同时由于两个端盖与芯包在装配时不需要入壳，电芯装配时可以减小极耳的长度，从而降低了极片的加工难度，降低了电池的制作成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种铝壳结构，所述铝壳结构包括具有第一端部和第二端部的外壳，所述外壳的侧部由侧板围绕形成，所述外壳内形成有容纳电芯的容纳腔，所述外壳的第一端部设置有端壁，所述侧板的端部与所述端壁连接，所述端壁上开设有通孔，所述外壳的第二端部为全开口结构。
本发明提供的铝壳结构通过端壁上开设的通孔与端盖焊接固定，可以提高铝壳结构与端盖的焊接效率；且该铝壳结构在与端盖焊接时，由于焊接面下方有端盖作支撑，焊接时的焊接熔深、熔宽可以做到更大，增强了铝壳结构与端盖的焊接强度。此外，本发明提供的铝壳结构可以实现长方壳电芯两个端盖全部装配后再入壳，提高了电池的入壳效率；同时由于两个端盖与芯包在装配时不需要入壳，电芯装配时可以减小极耳的长度，从而降低了极片的加工难度，降低了电池的制作成本。
需要说明的是，本发明所述的“全开口结构”是指外壳的第二端部为不含端壁的敞口。
作为本发明一种优选的技术方案，所述通孔处设置有第一端盖，所述第一端盖包括盖体和凸出部，所述凸出部设置在所述盖体的一侧，所述盖体至少部分设置在所述端壁的内侧，所述凸出部穿过所述通孔设置在所述端壁的外侧。
优选地，所述第一端盖与所述通孔的边缘焊接固定。
优选地，所述全开口结构处设置有第二端盖。
优选地，所述第二端盖与所述全开口结构的边缘焊接固定。
需要说明的是，本发明的主要发明点在于铝壳结构，而非端盖结构，因此本发明对第一端盖和第二端盖的具体结构不作特殊要求和具体限定，即便不对端盖结构进行详细说明，本领域技术人员也应知晓端盖的基本结构。当然，为了保证技术方案的完整性，本发明对可选的端盖结构进行了如下示例性描述，供本领域技术人员参考适用：
端盖(包括第一端盖和第二端盖)包括盖板、极柱组件、防爆阀、注液孔和盖板，其中，第一端盖和第二端盖的极柱组件不同，如第一端盖上设置有正极极柱组件，相应地，第二端盖上设置有负极极柱组件，反之亦然。注液孔开设于盖板上，极柱组件、防爆阀、顶支架盖板安装在盖板上。极柱组件通常包括极柱、极柱注塑件和极柱密封绝缘件。极柱、极柱密封绝缘件通过极柱注塑件安装在盖板上。
当然，以上示例性描述不构成对本发明端盖结构的进一步限定，同时本领域技术人员应了解到的是，现有技术中已公开以及新技术中未公开的端盖均可用于本发明中。
作为本发明一种优选的技术方案，所述第一端部的所述通孔靠近所述铝壳结构内部的一侧边缘为倒角或R角。
作为本发明一种优选的技术方案，所述第一端部的通孔内周壁为环形台阶结构。
优选地，所述环形台阶结构包括两层竖直台阶面，分别记为第一台阶面和第二台阶面，其中，所述第一台阶面靠近所述铝壳结构内部，所述第一台阶面的轮廓尺寸大于所述第二台阶面的轮廓尺寸。
作为本发明一种优选的技术方案，所述端壁的厚度为1mm～3mm，例如可以是1.0mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、2.0mm、2.2mm、2.4mm、2.6mm、2.8mm或3.0mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
第二方面，本发明提供了一种铝壳结构的制备方法，所述制备方法用于制备第一方面所述的铝壳结构。
作为本发明一种优选的技术方案，所述制备方法包括：
对铝材进行加工形成具有一端敞口的桶形结构壳体，所述桶形结构壳体包括外壳和位于外壳一端的端壁；
在端壁处开设通孔，形成所述铝壳结构。
作为本发明一种优选的技术方案，所述制备方法包括：
对铝材进行加工形成两端敞口的筒形结构壳体；
另加工成型具有通孔的端壁，将端壁固定于筒形结构壳体的一端，形成所述铝壳结构。
需要说明的是，本发明的主要发明点在于电池的铝壳结构，以上限定的制备方法中包括两种并列的技术方案，集体而言：
方案一：对铝片拉伸后形成单开口铝壳，单开口铝壳包括外壳和位于外壳一端的端壁，通过模具冲压或者CNC加工方法对端壁处进行开口形成通孔，最终得到所述铝壳结构；
方案二：对铝片拉伸或者折弯焊接形成两端开口的铝壳(外壳)；另外制作具有通孔的端壁，通过激光焊接将铝壳一端的开口边缘与端壁边缘焊接固定，最终得到所述铝壳结构。
需要理解的是，以上方案任选其一即可制备得到本发明限定的铝壳结构。但不排斥采用其他制备方法制备得到本发明限定的铝壳结构。本发明的主要发明点在于电池的铝壳结构，因此理应理解的是，本领域技术人员采用其他制备方法制备得到了与本发明限定的铝壳结构相同的壳体结构同样落入本发明的保护范围和公开范围。
第三方面，本发明提供了一种电池，所述电池包括铝壳和位于铝壳内的电芯，所述电芯具有正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳分别电性连接所述第一端盖和所述第二端盖。
所述铝壳为第一方面所述铝壳结构。
第四方面，本发明提供了一种第三方面所述电池的装配方法，所述装配方法包括：
电芯的正极极耳和负极极耳分别电性连接第一端盖和第二端盖后得到装配体；
将装配体装配至铝壳结构内，装配体的第一端盖由铝壳结构的内部与铝壳结构的端壁相配合，并与端壁上的通孔边缘焊接固定，装配体的第二端盖与铝壳结构另一端的全开口结构边缘焊接固定。
对于现有技术中两端敞口的铝壳结构，由于其装配方式的限制，需要先对铝壳一端的电芯进行装配，然后入壳后再装配另一端，此种装配方式会使电芯极片的极耳过长，加大了极片的制作难度，提高了电池的制作成本。基于此，本发明通过对铝壳结构进行改进，进一步对电池装配方法的改进，从而解决上述技术问题。具体而言，本发明提供的铝壳结构可以实现电芯两个端盖全部装配后再入壳，提高了电池的入壳效率；同时由于两个端盖与电芯在装配时不需要入壳，电芯装配时的操作空间更大，可以进一步减小电芯的极耳长度，从而降低了极片的加工难度，降低了电池的制作成本。
需要说明的是，本发明限定的装配方法体现了本发明的主要发明点，即先装配两侧端盖再入铝壳的装配顺序，但不表示完整电池的装配过程仅包括上述步骤，本领域技术人员理应明知的是除本发明限定的装配方法外，还应包括其他必需的常规步骤，但由于该常规步骤为现有技术所公开且不属于本发明的保护范围，因此不再做特殊限定。为了保证技术方案的完整性，本发明提供了可选的装配步骤，供本领域技术人员参考适用：
承接本发明限定的制备方法，两侧端盖与铝壳结构固定后得到半成品，通过端盖上开设的注液孔向半成品内部添加电解液，经过浸润和化成后，利用注液孔密封钉对端盖上的注液孔进行焊接密封，最终得到电池成品。
当然，以上示例性描述不构成对本发明装配方法的进一步限定，同时本领域技术人员应了解到的是，现有技术中已公开以及新技术中未公开的电池装配方法均可用于本发明中。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的铝壳结构通过端壁上开设的通孔与端盖焊接固定，可以提高铝壳结构与端盖的焊接效率；且该铝壳结构在与端盖焊接时，由于焊接面下方有端盖作支撑，焊接时的焊接熔深、熔宽可以做到更大，增强了铝壳结构与端盖的焊接强度。此外，本发明提供的铝壳结构可以实现长方壳电芯两个端盖全部装配后再入壳，提高了电池的入壳效率；同时由于两个端盖与芯包在装配时不需要入壳，电芯装配时可以减小极耳的长度，从而降低了极片的加工难度，降低了电池的制作成本。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的铝壳结构的结构示意图；
图2为本发明一个具体实施方式提供的铝壳结构的主视图；
图3为本发明一个具体实施方式提供的铝壳结构的主视图；
图4为本发明一个具体实施方式提供的铝壳结构的局部放大图；
图5为本发明一个具体实施方式提供的铝壳结构的制备流程图；
图6为本发明一个具体实施方式提供的铝壳结构的制备流程图；
图7为本发明一个具体实施方式提供的电池装配过程的流程图。
其中，1-外壳；2-第二端部；3-通孔；4-端壁；5-第一端盖。
具体实施方式
需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种铝壳结构，如图1、图2和图3所示，所述铝壳结构包括具有第一端部和第二端部2的外壳1，所述外壳的侧部由侧板围绕形成，所述外壳内形成有容纳电芯的容纳腔，所述外壳1的第一端部设置有端壁4，所述侧板的端部与所述端壁连接，所述端壁4上开设有通孔3，所述外壳1的第二端部2为全开口结构。
本发明提供的铝壳结构通过端壁4上开设的通孔3与端盖焊接固定，可以提高铝壳结构与端盖的焊接效率；且该铝壳结构在与端盖焊接时，由于焊接面下方有端盖作支撑，焊接时的焊接熔深、熔宽可以做到更大，增强了铝壳结构与端盖的焊接强度。此外，本发明提供的铝壳结构可以实现长方壳电芯两个端盖全部装配后再入壳，提高了电池的入壳效率；同时由于两个端盖与芯包在装配时不需要入壳，电芯装配时可以减小极耳的长度，从而降低了极片的加工难度，降低了电池的制作成本。
需要说明的是，本发明所述的“全开口结构”是指外壳的第二端部为不含端壁的敞口。
进一步地，所述通孔3处设置有第一端盖5，所述第一端盖5包括盖体和凸出部，所述凸出部设置在所述盖体的一侧，所述盖体至少部分设置在所述端壁4的内侧，所述凸出部穿过所述通孔3设置在所述端壁4的外侧。
进一步地，所述第一端盖5与所述通孔3的边缘焊接固定(如图4所示)。
进一步地，所述全开口结构处设置有第二端盖。
进一步地，所述第二端盖与所述全开口结构的边缘焊接固定。
需要说明的是，本发明的主要发明点在于铝壳结构，而非端盖结构，因此本发明对第一端盖5和第二端盖的具体结构不作特殊要求和具体限定，即便不对端盖结构进行详细说明，本领域技术人员也应知晓端盖的基本结构。当然，为了保证技术方案的完整性，本发明对可选的端盖结构进行了如下示例性描述，供本领域技术人员参考适用：
端盖(包括第一端盖5和第二端盖)包括盖板、极柱组件、防爆阀、注液孔和盖板，其中，第一端盖5和第二端盖的极柱组件不同，如第一端盖5上设置有正极极柱组件，相应地，第二端盖上设置有负极极柱组件，反之亦然。注液孔开设于盖板上，极柱组件、防爆阀、顶支架盖板安装在盖板上。极柱组件通常包括极柱、极柱注塑件和极柱密封绝缘件。极柱、极柱密封绝缘件通过极柱注塑件安装在盖板上。
当然，以上示例性描述不构成对本发明端盖结构的进一步限定，同时本领域技术人员应了解到的是，现有技术中已公开以及新技术中未公开的端盖均可用于本发明中。
进一步地，如图3所示，所述第一端部的所述通孔3靠近所述铝壳结构内部的一侧边缘为倒角或R角。
进一步地，如图2所示，所述第一端部的通孔3内周壁为环形台阶结构。
进一步地，所述环形台阶结构包括两层竖直台阶面，分别记为第一台阶面和第二台阶面，其中，所述第一台阶面靠近所述铝壳结构内部，所述第一台阶面的轮廓尺寸大于所述第二台阶面的轮廓尺寸。
进一步地，所述端壁4的厚度为1mm～3mm。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种铝壳结构的制备方法，所述制备方法用于制备上述的铝壳结构。
进一步地，所述制备方法包括：
对铝材进行加工形成具有一端敞口的桶形结构壳体，所述桶形结构壳体包括外壳和位于外壳一端的端壁4；
在端壁4处开设通孔3，形成所述铝壳结构。
进一步地，所述制备方法包括：
对铝材进行加工形成两端敞口的筒形结构壳体；
另加工成型具有通孔3的端壁4，将端壁4固定于筒形结构壳体的一端，形成所述铝壳结构。
需要说明的是，本发明的主要发明点在于电池的铝壳结构，以上限定的制备方法中包括两种并列的技术方案，集体而言：
方案一：如图5所示，对铝片拉伸后形成单开口铝壳，单开口铝壳包括外壳1和位于外壳1一端的端壁4，通过模具冲压或者CNC加工方法对端壁4处进行开口形成通孔3，最终得到所述铝壳结构；
方案二：如图6所示，对铝片拉伸或者折弯焊接形成两端开口的铝壳(外壳1)；另外制作具有通孔3的端壁4，通过激光焊接将铝壳一端的开口边缘与端壁4边缘焊接固定，最终得到所述铝壳结构。
需要理解的是，以上方案任选其一即可制备得到本发明限定的铝壳结构。但不排斥采用其他制备方法制备得到本发明限定的铝壳结构。本发明的主要发明点在于电池的铝壳结构，因此理应理解的是，本领域技术人员采用其他制备方法制备得到了与本发明限定的铝壳结构相同的壳体结构同样落入本发明的保护范围和公开范围。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种电池，所述电池包括铝壳和位于铝壳内的电芯，所述电芯具有正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳分别电性连接所述第一端盖5和所述第二端盖。
所述铝壳为上述铝壳结构。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种上述电池的装配方法，如图7所示，所述装配方法包括：
电芯的正极极耳和负极极耳分别电性连接第一端盖5和第二端盖后得到装配体；
将装配体装配至铝壳结构内，装配体的第一端盖5由铝壳结构的内部与铝壳结构的端壁4相配合，并与端壁4上的通孔3边缘焊接固定，装配体的第二端盖与铝壳结构另一端的全开口结构边缘焊接固定。
对于现有技术中两端敞口的铝壳结构，由于其装配方式的限制，需要先对铝壳一端的电芯进行装配，然后入壳后再装配另一端，此种装配方式会使电芯极片的极耳过长，加大了极片的制作难度，提高了电池的制作成本。基于此，本发明通过对铝壳结构进行改进，进一步对电池装配方法的改进，从而解决上述技术问题。具体而言，本发明提供的铝壳结构可以实现电芯两个端盖全部装配后再入壳，提高了电池的入壳效率；同时由于两个端盖与电芯在装配时不需要入壳，电芯装配时的操作空间更大，可以进一步减小电芯的极耳长度，从而降低了极片的加工难度，降低了电池的制作成本。
需要说明的是，本发明限定的装配方法体现了本发明的主要发明点，即先装配两侧端盖再入铝壳的装配顺序，但不表示完整电池的装配过程仅包括上述步骤，本领域技术人员理应明知的是除本发明限定的装配方法外，还应包括其他必需的常规步骤，但由于该常规步骤为现有技术所公开且不属于本发明的保护范围，因此不再做特殊限定。为了保证技术方案的完整性，本发明提供了可选的装配步骤，供本领域技术人员参考适用：
承接本发明限定的制备方法，两侧端盖与铝壳结构固定后得到半成品，通过端盖上开设的注液孔向半成品内部添加电解液，经过浸润和化成后，利用注液孔密封钉对端盖上的注液孔进行焊接密封，最终得到电池成品。
当然，以上示例性描述不构成对本发明装配方法的进一步限定，同时本领域技术人员应了解到的是，现有技术中已公开以及新技术中未公开的电池装配方法均可用于本发明中。
申请人声明，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，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种铝壳结构，其特征在于，所述铝壳结构包括具有第一端部和第二端部的外壳，所述外壳的侧部由侧板围绕形成，所述外壳内形成有容纳电芯的容纳腔，所述外壳的第一端部设置有端壁，所述侧板的端部与所述端壁连接，所述端壁上开设有通孔，所述外壳的第二端部为全开口结构。
2.根据权利要求1所述的铝壳结构，其特征在于，所述通孔处设置有第一端盖，所述第一端盖包括盖体和凸出部，所述凸出部设置在所述盖体的一侧，所述盖体至少部分设置在所述端壁的内侧，所述凸出部穿过所述通孔设置在所述端壁的外侧；
优选地，所述第一端盖与所述通孔的边缘焊接固定；
优选地，所述全开口结构处设置有第二端盖；
优选地，所述第二端盖与所述全开口结构的边缘焊接固定。
3.根据权利要求1或2所述的铝壳结构，其特征在于，所述第一端部的所述通孔靠近所述铝壳结构内部的一侧边缘为倒角或R角。
4.根据权利要求1-3任一项所述的铝壳结构，其特征在于，所述第一端部的通孔内周壁为环形台阶结构；
优选地，所述环形台阶结构包括两层竖直台阶面，分别记为第一台阶面和第二台阶面，其中，所述第一台阶面靠近所述铝壳结构内部，所述第一台阶面的轮廓尺寸大于所述第二台阶面的轮廓尺寸。
5.根据权利要求1-4任一项所述的铝壳结构，其特征在于，所述端壁的厚度为1mm～3mm。
6.一种权利要求铝壳结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1-5任一项所述的铝壳结构。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
对铝材进行加工形成具有一端敞口的桶形结构壳体，所述桶形结构壳体包括外壳和位于外壳一端的端壁；
在端壁处开设通孔，形成所述铝壳结构。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
对铝材进行加工形成两端敞口的筒形结构壳体；
另加工成型具有通孔的端壁，将端壁固定于筒形结构壳体的一端，形成所述铝壳结构。
9.一种电池，其特征在于，所述电池包括铝壳和位于铝壳内的电芯，所述电芯具有正极极耳和负极极耳，所述正极极耳和所述负极极耳分别电性连接所述第一端盖和所述第二端盖；
所述铝壳为权利要求1-5任一项所述铝壳结构。
10.一种权利要求9所述电池的装配方法，其特征在于，所述装配方法包括：
电芯的正极极耳和负极极耳分别电性连接第一端盖和第二端盖后得到装配体；
将装配体装配至铝壳结构内，装配体的第一端盖由铝壳结构的内部与铝壳结构的端壁相配合，并与端壁上的通孔边缘焊接固定，装配体的第二端盖与铝壳结构另一端的全开口结构边缘焊接固定。
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|---|---|---|---|---|
| CN116787070A (zh) * | 2023-02-07 | 2023-09-22 | 万向一二三股份公司 | 一种在电池壳体上加工防爆片焊接孔的方法 |
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| CN113299975A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-08-24 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 锂离子电池结构及装配方法 |
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2022
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