CN115117569A - 一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池 - Google Patents

一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，属于锂离子动力电池技术领域。其主要针对现有的电动汽车因动力电池的能量密度水平不够而导致续航水平低的问题，提出如下技术方案：包括电池外壳、极耳、芯包、极柱和顶盖板，所述芯包固定连接在电池外壳内，且所述芯包的内部设置有多个正负极片，极片相互平行堆叠并在堆叠间隙中以隔膜隔开，堆叠的极片外部包覆有PET膜，所述芯包的顶端固定连接有极耳，所述极耳的顶端固定连接有极柱，所述极柱与顶盖板固定连接，且所述顶盖板与电池外壳固定连接。本申请通过将极耳与顶盖板上的极柱直接焊接，取消了传统的连接片设计，有效节约电池内部空间，用来装进更多的极片，提高电池能量密度。

Description

一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池
技术领域
本发明涉及锂离子动力电池技术领域，尤其涉及一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池。
背景技术
当前新能源电动汽车的续航里程还达不到燃油车的续航水平，尤其是无法满足长距离通勤需求。电动汽车以动力电池作为动力源，动力电池一般采用锂离子电池，主要由外部的壳体、壳体内的芯包以及外部的顶盖组成，如公告号为CN203192919U的中国专利所公开的动力锂离子电池；
提升电动汽车的续航水平关键在于提升动力电池的能量密度水平。想要提高锂离子动力电池的能量密度，就要提高单位体积或重量内存储的电量。锂离子动力电池主要由正负极，隔膜，电解液组成，正负极由活性物质混合添加剂以浆料的形式涂覆在基材上制成，正负极极片以卷绕或者堆叠的方式装进电池壳体完成电池的组装，活性物质的量决定了电池的容量。提高电池的能量密度就要在电池内部装进更多的活性物质，即装进更多的极片，也就是提高电池内部的空间利用率；
现有的锂离子动力电池的极片在通过涂布机涂布压实后直接使用，如公告号为CN109550643A的中国专利所公开的锂离子电池极片的涂布模头和涂布机。直接涂布处理后的极片上的涂层颗粒分布不够均匀紧密，从而影响极片的压实密度，且现有的如公告号为CN110620207A的中国专利所公开的用于锂离子电池的软连接片及其锂离子电池，利用连接片在极耳与顶盖之间连接，连接片会增加电池内部空间的占用，从而影响极片在电池内的容纳数量，影响续航能力。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中提到的现有的电动汽车因动力电池的能量密度水平不够而导致续航水平低的问题，提出一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池。
本发明的技术方案：一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，包括电池外壳、极耳、芯包、极柱和顶盖板，芯包固定连接在电池外壳内，且所述芯包的内部设置有多个正负极片，极片相互平行堆叠并在堆叠间隙中以隔膜隔开，堆叠的极片外部包覆有PET膜，所述芯包的顶端固定连接有极耳，所述极耳的顶端固定连接有极柱，所述极柱与顶盖板固定连接，且所述顶盖板与电池外壳固定连接。
优选的，所述极耳由极片裁切而成并直接与顶盖板上的极柱焊接。
优选的，所述堆叠的极片外部包覆有PET膜，并用胶带固定牢固。
优选的，所述芯包上的一对极耳以及所述顶盖板上的一对极柱均分别为正负极，且正极与正极以及负极与负极之间固定相连。
优选的，所述极片由合成的正负极浆料经过涂布机分别涂在铝箔和铜箔上制成，涂布机上设置有对极片振动以提高压实密度的超声波装置。
优选的，所述顶盖板包括中间开设的台阶槽，所述台阶槽内固定嵌接有极柱安装板，所述极柱固定连接在极柱安装板上。
优选的，所述台阶槽的上内壁开设有流道。
优选的，所述极柱安装板的大小与台阶槽近似相等，所述极柱安装板的上表面与台阶槽的上内壁平贴，所述极柱安装板的下表面与顶盖板的下表面平齐。
优选的，所述顶盖板的上表面开设有注射孔，且所述注射孔的底端与流道连通。
优选的，所述顶盖板与电池外壳的顶面形状相同、大小相等。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)：本申请通过将极耳与顶盖板上的极柱直接焊接，取消了传统的连接片设计，有效节约电池内部空间，用来装进更多的极片，提高电池能量密度。
(2)：本申请在对极片涂布操作中，经超声波振动后的极片不仅便于烘烤，而且能够提高极片的压实密度，便于辊压，也有益于注液后极片对于电解液的吸收，降低溶剂的使用量。提高极片的烘烤效率，同时降低烤箱的成本投入，节约能耗提升电池整体一致性。
(3)：本申请通过极柱与顶盖板之间的可拼接设计，便于极耳与极柱之间的直接焊接操作。
附图说明
图1为高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池的结构示意图；
图2为极柱安装板从顶盖板上分离后的结构示意图；
图3为图2的俯视图；
图4为顶盖板的底部结构示意图；
图5为涂布机的结构示意图。
附图标记：1、电池外壳；2、极耳；3、芯包；4、极柱；5、顶盖板；51、台阶槽；511、流道；512、注射孔；52、极柱安装板；6、烤箱；7、涂布基材；8、涂布机头；9、超声波发生器。
具体实施方式
下文的描述本质上仅是示例性的而并非意图限制本申请、应用及用途。应当理解，在所有这些附图中，相同或相似的附图标记指示相同的或相似的零件及特征。各个附图仅示意性地表示了本申请的实施方式的构思和原理，并不一定示出了本申请各个实施方式的具体尺寸及其比例。在特定的附图中的特定部分可能采用夸张的方式来图示本申请的实施方式的相关细节或结构。
实施例一
如图1-5所示，本发明提出的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池。
如图1所示，包括电池外壳1、极耳2、芯包3、极柱4和顶盖板5，芯包3固定连接在电池外壳1内，且芯包3的内部设置有多个正负极片，极片相互平行堆叠并在堆叠间隙中以隔膜隔开，堆叠的极片外部包覆有PET膜，芯包3的顶端固定连接有极耳2，极耳2的顶端固定连接有极柱4，极柱4与顶盖板5固定连接，顶盖板5与电池外壳1的顶面形状相同、大小相等，且顶盖板5与电池外壳1用激光焊接进行密封，完成组装。堆叠的极片外部包覆有PET膜，并用胶带固定牢固。芯包3上的一对极耳2以及顶盖板5上的一对极柱4均分别为正负极，且正极与正极以及负极与负极之间以激光焊接的方式进行连接。
本实施例中，极耳2由极片裁切而成并直接与顶盖板5上的极柱4焊接，取消了传统的连接片设计，有效节约电池内部空间，用来装进更多的极片，提高电池能量密度。
电池的制造工艺分成三大部分：制片、组装、活化；
S1：制片：将活性物质和添加剂混合溶剂制成浆料后涂覆在基材(铝箔和铜箔)上的过程，这个过程由涂布机完成，然后裁剪成适合组装的大小形状；
如图5所示，涂布机由涂布机头8、超声波发生器9和烤箱6组成，将涂布基材7经过涂布机头8后，穿过超声波发生器9，再进入烤箱6，经涂布机机尾进行收卷。启动超声波发生器9，开始涂布；调节涂布宽度达规定要求，待涂布稳定后，根据涂布面密度来调节超声波强度，直至面密度一致性达到要求；涂覆动作在机头完成，常见的涂布方式有刮刀式，滚涂转移式和狭缝挤压式等。极片在机头完成涂布后进入烤箱烘干，然后在机尾完成收卷(具体的涂覆过程属于现有技术，因而不做赘述)。
S2：制片：涂布后的涂布基材7经辊压后裁切成合适的大小的极片，并裁出极耳2，将裁好的正负极极片按固定数量堆叠，中间用隔膜隔开，并用PET膜包裹并用胶带固定牢固成芯包3，然后将芯包3放入电池外壳1内，顶盖板5与电池外壳1用激光焊接进行密封，完成组装。
S3：活化：在组装好的电池内部注入电解液，再进行化成充电，化成过后的电池就相当于被激活，就可以进行反复的充放电使用。
本实施例中，极片由合成的正负极浆料经过涂布机分别涂在铝箔和铜箔上制成，涂布机上设置有对极片振动以提高压实密度的超声波装置。超声波装置可以释放出适当强度和频率的超声波，在机头涂布后的极片进入烤箱之前还处于湿极片的状态，此时极片先通过超声波装置，设置超声波装置到适当的强度和频率，使湿涂层的涂层颗粒在超声波的振动下分布的更加均匀、规律、紧致，有利于极片辊压，提高极片压缩比，增加极片数量，提高电池能量密度。也有益于注液后极片对于电解液的吸收，降低溶剂的使用量。提高极片的烘烤效率，同时降低烤箱的成本投入，节约能耗提升电池整体一致性。
实施例二
如图1-5所示，本发明提出的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，包括电池外壳1、极耳2、芯包3、极柱4和顶盖板5，芯包3固定连接在电池外壳1内，且芯包3的内部设置有多个正负极片，极片相互平行堆叠并在堆叠间隙中以隔膜隔开，堆叠的极片外部包覆有PET膜，芯包3的顶端固定连接有极耳2，极耳2的顶端固定连接有极柱4，极柱4与顶盖板5固定连接，顶盖板5与电池外壳1的顶面形状相同、大小相等，且顶盖板5与电池外壳1用激光焊接进行密封，完成组装。堆叠的极片外部包覆有PET膜，并用胶带固定牢固。芯包3上的一对极耳2以及顶盖板5上的一对极柱4均分别为正负极，且正极与正极以及负极与负极之间以激光焊接的方式进行连接。
相较于实施例一，本实施例还包括：顶盖板5包括中间开设的台阶槽51，台阶槽51内固定嵌接有极柱安装板52，极柱4固定连接在极柱安装板52上。台阶槽51的上内壁开设有流道511。极柱安装板52的大小与台阶槽51近似相等，极柱安装板52的上表面与台阶槽51的上内壁平贴，极柱安装板52的下表面与顶盖板5的下表面平齐。顶盖板5的上表面开设有注射孔512，且注射孔512的底端与流道511连通。
本实施例的工作原理为：通过极柱4与顶盖板5之间的可拼接设计，便于极耳2与极柱4之间的直接焊接操作。具体的，先将极柱4的底端与极耳2的顶端之间焊接固定，然后将顶盖板5由上往下盖在电池外壳1顶部，并利用激光焊接的方式连接顶盖板5与电池外壳1，此时极柱安装板52位于台阶槽51内，利用注射器向注射孔512内注入焊液或胶液，焊液或胶液在流道511内流通，冷却/凝固后即可将极柱安装板52与顶盖板5固定连接在一起。
上文中参照优选的实施例详细描述了本申请所提出的方案的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本申请理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本申请提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本申请的保护范围，本申请的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (10)

1.一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，包括电池外壳(1)、极耳(2)、芯包(3)、极柱(4)和顶盖板(5)，其特征在于：所述芯包(3)固定连接在电池外壳(1)内，且所述芯包(3)的内部设置有多个正负极片，极片相互平行堆叠并在堆叠间隙中以隔膜隔开，堆叠的极片外部包覆有PET膜，所述芯包(3)的顶端固定连接有极耳(2)，所述极耳(2)的顶端固定连接有极柱(4)，所述极柱(4)与顶盖板(5)固定连接，且所述顶盖板(5)与电池外壳(1)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述极耳(2)由极片裁切而成并直接与顶盖板(5)上的极柱(4)焊接。
3.根据权利要求2所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，堆叠的极片外部包覆有PET膜，并用胶带固定牢固。
4.根据权利要求3所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述芯包(3)上的一对极耳(2)以及所述顶盖板(5)上的一对极柱(4)均分别为正负极，且正极与正极以及负极与负极之间固定相连。
5.根据权利要求4所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述极片由合成的正负极浆料经过涂布机分别涂在铝箔和铜箔上制成，涂布机上设置有对极片振动以提高压实密度的超声波装置。
6.根据权利要求5所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述顶盖板(5)包括中间开设的台阶槽(51)，所述台阶槽(51)内固定嵌接有极柱安装板(52)，所述极柱(4)固定连接在极柱安装板(52)上。
7.根据权利要求6所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述台阶槽(51)的上内壁开设有流道(511)。
8.根据权利要求6所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述极柱安装板(52)的大小与台阶槽(51)近似相等，所述极柱安装板(52)的上表面与台阶槽(51)的上内壁平贴，所述极柱安装板(52)的下表面与顶盖板(5)的下表面平齐。
9.根据权利要求7所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述顶盖板(5)的上表面开设有注射孔(512)，且所述注射孔(512)的底端与流道(511)连通。
10.根据权利要求9所述的一种高能量密度的方形铝壳锂离子动力电池，其特征在于，所述顶盖板(5)与电池外壳(1)的顶面形状相同、大小相等。
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