CN117638333A - 单体电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种单体电池及其制备方法，属于激光熔覆技术领域。单体电池包括壳体，壳体包括至少一个板件、连接部和熔覆层。连接部与板件连接，板件与连接部围合形成有容纳腔。熔覆层，板件远离容纳腔的一侧设有熔覆层，且熔覆层覆盖连接部。激光熔覆的过程中激光束相对于连接部扫描的速率为50‑500mm/s；激光熔覆的过程中激光功率为0.8‑5kW。采用激光熔覆方法的作用时间短、能量密度高，因此对壳体产生的应力和变形较小。通过对激光束相对于连接部的扫描速率和激光功率的控制，严格调控热输入量，可以使形成的熔覆层和连接部的结合牢固可靠。如此设置，熔覆层可以加强壳体上连接部所在位置的强度，从而可以避免壳体发生破裂，导致单体电池失效，引发安全事故。

Description

单体电池及其制备方法

技术领域

本申请属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种单体电池及其制备方法。

背景技术

在刀片锂离子电池中，电芯壳体通常采用高频焊接，激光焊接工艺成型，电芯壳体两侧为开口结构，便与电芯盖板焊接配合。当前的刀片锂离子电池中，为实现降低生产成本和轻量化目标，电芯壳体的壁厚做的往往偏薄，这就导致电芯壳体，尤其是壳体焊缝处的强度较低。当电池发生热失控时，电芯壳体很容易发生破裂，导致电池失效，发生安全事故。

发明内容

发明目的：本申请实施例提供一种单体电池，旨在解决壳体焊缝处的强度较低的技术问题；本申请实施例的另一目的是提供一种单体电池的制备方法。

技术方案：本申请实施例提供一种单体电池，包括壳体，壳体包括多个板件、连接部和熔覆层。

至少一个板件；

连接部，与板件连接，连接部和板件围合形成有容纳腔；

熔覆层，板件远离容纳腔的一侧设有熔覆层，且熔覆层覆盖连接部。

在一些实施例中，板件朝向容纳腔的一侧设有熔覆层，且熔覆层覆盖连接部。

在一些实施例中，相邻且相互间隔的两个板件沿着第一方向排列；连接部沿第一方向的尺寸为a，熔覆层沿第一方向的尺寸为b，满足：b≥a。

在一些实施例中，连接部沿第一方向的最大尺寸为a，满足：0.3mm≤a≤1mm。

在一些实施例中，熔覆层沿第一方向的最小尺寸为b，满足：0.5mm≤b≤1.5mm。

在一些实施例中，熔覆层的最大厚度为c，板件的厚度为H，熔覆层的最大厚度和板件的最大厚度的比值为x，满足：x=c/H，0.1≤x≤2。

在一些实施例中，板件的最大厚度为H，满足：0.3mm≤H≤2mm。

在一些实施例中，熔覆层的厚度为c，满足：0.2mm≤c≤0.6mm。

在一些实施例中，连接部包括第一凸出部，第一凸出部相对板件朝向远离容纳腔的一侧凸出，且第一凸出部凸出的尺寸为d，满足：d≤0.05mm。

在一些实施例中，连接部还包括第二凸出部，第二凸出部相对于板件朝向容纳腔的一侧凸出，第二凸出部凸出的尺寸为e，设于朝向容纳腔的一侧的熔覆层的最大厚度为c，满足c＞e。

在一些实施例中，第二凸出部凸出的尺寸为e，满足：e≤0.15mm。

在一些实施例中，熔覆层的材质至少为钛合金，镁合金，铝合金中的一种。

在一些实施例中，壳体在第一方向的尺寸为f，壳体在连接部的延伸方向上的尺寸为g，壳体在连接部的厚度方向上的尺寸为h，满足：10mm≤f≤100mm，100mm≤g≤600mm，50mm≤h≤250mm。

在一些实施例中，壳体在第一方向的尺寸为f，壳体在连接部的延伸方向上的尺寸为g，壳体在连接部的厚度方向上的尺寸为h，满足：10mm≤f≤100mm，600mm≤g≤1500mm，50mm≤h≤250mm。

相应的，本申请提供一种如上所述的单体电池的制备方法，方法包括：

将覆盖材料放于连接部表面；

利用激光束将覆盖材料融化以形成熔覆层；

其中，激光熔覆的过程中激光束相对于连接部扫描的速率为50-500mm/s；激光熔覆的过程中激光功率为0.8-5kW。

有益效果：本申请实施例的单体电池，包括壳体，壳体包括至少一个板件、连接部和熔覆层。连接部与板件连接，连接部和板件围合形成有容纳腔。熔覆层，板件远离容纳腔的一侧设有熔覆层，且熔覆层覆盖连接部。如此设置，熔覆层可以加强壳体上连接部所在位置的强度，以避免壳体发生破裂，导致单体电池失效，引发安全事故。

本申请实施例的单体电池的制备方法，包括将覆盖材料放于连接部表面。利用激光束将覆盖材料融化以形成熔覆层。其中，激光熔覆的过程中激光束相对于连接部扫描的速率为50-500mm/s；激光熔覆的过程中激光功率为0.8-5kW。采用激光熔覆方法形成熔覆层，可以加强壳体上连接部所在位置的强度。此外，采用激光熔覆方法的作用时间短、能量密度高，因此对壳体产生的应力和变形较小。通过对激光束相对于连接部的扫描速率和激光功率的控制，严格调控热输入量，可以使形成的熔覆层和连接部的结合牢固可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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是本申请实施例的一种壳体的结构示意图；

图2是本申请另一实施例的一种壳体的结构示意图；

图3是本申请实施例的一种板件的剖视图；

图4是本申请另一实施例的一种板件的剖视图；

图5是本申请又一实施例的一种板件的剖视图。

附图标记：1、壳体；10、板件；11、连接部；12、熔覆层；13、容纳腔；110、第一凸出部；111、第二凸出部；X、第一方向。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，至少一个指可以为一个、两个或者两个以上，除非另有明确具体的限定。在本申请的描述中，“垂直”是指完全垂直成90°或者几乎完全垂直，例如，在夹角为80°~100°的范围内都算作垂直，类似的，“平行”是指完全平行或几乎完全平行，例如，在完全平行的10°范围内都算作平行。

在刀片锂离子电池中，电芯壳体通常采用高频焊接，激光焊接工艺成型，电芯壳体两侧为开口结构，便与电芯盖板焊接配合。当前的刀片锂离子电池中，为实现降低生产成本和轻量化目标，电芯壳体的壁厚做的往往偏薄，这就导致电芯壳体，尤其是壳体焊缝处的强度较低。当电池发生热失控时，电芯壳体很容易发生破裂，导致电池失效，发生安全事故。

有鉴于此，本申请实施例提供一种单体电池，包括壳体，壳体包括至少一个板件、连接部和熔覆层。连接部与板件连接，连接部和板件围合形成有容纳腔。熔覆层，板件远离容纳腔的一侧设有熔覆层，且熔覆层覆盖连接部。如此设置，熔覆层可以加强壳体上连接部所在位置的强度，提高壳体的密封性，从而避免壳体发生破裂，导致单体电池失效，引发安全事故。

本申请实施例的单体电池的制备方法，包括将覆盖材料放于连接部表面。利用激光束将覆盖材料融化以形成熔覆层。其中，激光熔覆的过程中激光束相对于连接部扫描的速率为50-500mm/s；激光熔覆过程中激光功率为0.8-5kW。采用激光熔覆方法形成熔覆层，可以加强壳体上连接部所在位置的强度。此外，采用激光熔覆方法的作用时间短、能量密度高，因此对壳体产生的应力和变形较小。通过对连接部的通过对激光束相对于连接部的扫描速率和激光功率的控制，严格调控热输入量，可以使形成的熔覆层和连接部的结合牢固可靠。

下面结合附图，对本申请的单体电池及其制备方法进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

参考图1至图4，本申请实施例提供一种单体电池，包括壳体1，壳体1包括至少一个板件10、连接部11和熔覆层12。连接部11与板件10连接，连接部11和板件10围合形成有容纳腔13。熔覆层12，板件10远离容纳腔13的一侧设有熔覆层12，且熔覆层12覆盖连接部11。在本申请的实施例中，采用激光熔覆技术使覆盖材料融化以形成熔覆层12，以覆盖连接部11。如此设置，熔覆层12可以加强壳体1上连接部11所在位置的强度，提高壳体1的密封性，从而可以避免壳体1发生破裂，导致单体电池失效，引发安全事故。

在图4所示的实施例中，板件10朝向容纳腔13的一侧设有熔覆层12，且熔覆层12覆盖连接部11。如此设置，熔覆层12可以加强壳体1上连接部11所在位置的强度，提高壳体1的密封性，从而可以避免壳体1发生破裂，导致单体电池失效，引发安全事故。

在图2所示的实施例中，板件10沿第一方向X连接于连接部11的两侧。连接部11沿第一方向X的最大尺寸为a，熔覆层12沿第一方向X的最小尺寸为b，满足：b≥a，即连接部11沿第一方向X的最大尺寸小于熔覆层12沿第一方向X的最小尺寸。如此设置，保证采用激光熔覆技术形成的熔覆层12的面积大于连接部11的面积，从而可以提高壳体1的密封性和连接部11所在位置的强度。

在图2所示的实施例中，连接部11沿第一方向X的最大尺寸为a，满足：0.3mm≤a≤1mm。具体地，连接部11沿第一方向X的最大尺寸可以是0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm中的任意值或者任意两值之间的范围值。熔覆层12沿第一方向X的最小尺寸为b，满足：0.5mm≤b≤1.5mm。具体地，熔覆层12沿第一方向X的最小尺寸可以是0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm、1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm或1.5mm中的任意值或者任意两值之间的范围值。如此设置，保证采用激光熔覆技术形成的熔覆层12的面积大于连接部11的面积，从而可以提高壳体1的密封性和连接部11所在位置的强度。

在图3或图4所示的实施例中，熔覆层12的最大厚度为c，板件10的最大厚度为H，熔覆层12的最大厚度和板件10的最大厚度的比值为x，满足：x=c/H，0.1≤x≤2。板件10的最大厚度为H，满足：0.3mm≤H≤2mm。板件10的最大厚度可以是0.3mm、0.6mm、0.9mm、1.2mm、1.5mm、1.8mm或2mm中的任意值或者任意两值之间的范围值。熔覆层12的最大厚度为c，满足：0.2mm≤c≤0.6mm。在一些实施例中，熔覆层12可以设置于板件10远离容纳腔13的一侧并覆盖连接部11。具体地，熔覆层12的最大厚度可以是0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm或0.6mm中的任意值或者任意两值之间的范围值。控制熔覆层12的厚度熔覆层12的最大厚度在0.2mm-0.6mm之间，可以在提高壳体1的密封性和连接部11所在位置的强度的同时，控制激光熔覆的作用时间，使得壳体1由于加工应力导致的变形较小。

在另一些实施例中，熔覆层12可以设置于板件10靠近容纳腔13的一侧并覆盖连接部11。具体地，熔覆层12的最大厚度可以是0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm或0.6mm中的任意值或者任意两值之间的范围值。控制熔覆层12的厚度熔覆层12的最大厚度在0.2mm-0.6mm之间，可以在提高壳体1的密封性和连接部11所在位置的强度的同时，控制激光熔覆的作用时间，使得壳体1由于加工应力导致的变形较小。

在一些实施例中，熔覆层12的厚度通过设置适合的激光熔覆的参数以控制，并且可以通过光学显微镜测量获得熔覆层12在厚度方向上的尺寸。

在图3所示的实施例中，连接部11包括第一凸出部110，第一凸出部110相对板件10朝向远离容纳腔13的一侧凸出，且第一凸出部110凸出的尺寸为d，满足：d≤0.05mm。熔覆层12的厚度大于第一凸出部110凸出的尺寸。具体地，第一凸出部110凸出的尺寸可以是0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm或0.05mm中的任意值或者任意两值之间的范围值。连接部11通过焊接将相邻的板件10连接，可以通过减薄连接部11以控制第一凸出部110凸出的尺寸，以便后续采用激光熔覆技术将熔覆层12覆盖于连接部11。

在图4所示的实施例中，连接部11还包括第二凸出部111，第二凸出部111相对于板件10朝向容纳腔13的一侧凸出，第二凸出部111凸出的尺寸为e，设于朝向容纳腔13的一侧的熔覆层12的最大厚度为c，满足c＞e，即设于朝向容纳腔13的一侧的熔覆层12的最大厚度大于第二凸出部111凸出的尺寸。如此设置，可以提高壳体1的密封性和连接部11所在位置的强度。

在一些实施例中，第二凸出部111凸出的尺寸为e，满足：e≤0.15mm。具体地，第二凸出部111凸出的尺寸可以是0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm或0.15mm中的任意值或者任意两值之间的范围值。连接部11通过焊接将相邻的板件10连接，可以通过减薄连接部11以控制第二凸出部111凸出的尺寸，以便后续采用激光熔覆技术将熔覆层12覆盖于连接部11。

在图5所示的实施例中，连接部11包括第一凸出部110和第二凸出部111。熔覆层12同时设置于第一凸出部110和第二凸出部111的表面。熔覆层12的厚度大于第一凸出部110和第二凸出部111凸出的尺寸，从而可以进一步提高壳体1的密封性和连接部11所在位置的强度。

在一些实施例中，熔覆层12的材质至少为钛合金，镁合金，铝合金中的一种。熔覆层12通常由高强度的合金材料构成。熔覆层12与壳体1之间为冶金结合，可以提高壳体1的强度，尤其是连接部11所在位置的强度。

在一些实施例中，壳体1在第一方向X的尺寸为f，壳体1在连接部11的延伸方向上的尺寸为g，壳体1在连接部11的厚度方向上的尺寸为h，如图1所示，满足：10mm≤f≤100mm，100mm≤g≤600mm，50mm≤h≤250mm。具体地，壳体1在第一方向X上的尺寸可以是10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm中的任意值或者任意两者之间的范围值。壳体1在连接部11的延伸方向上的尺寸可以是100mm、200mm、300mm、400mm、500mm或600mm中的任意值或者任意两者之间的范围值。壳体1在连接部11的厚度方向上的尺寸可以是50mm、100mm、150mm、200mm或250mm中的任意值或者任意两者之间的范围值。

在另一些实施例中，壳体1在连接部11的延伸方向上的尺寸为g，满足：600mm≤g≤1500mm。具体地，壳体1在连接部11的延伸方向上的尺寸可以是600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm、1100mm、1200mm、1300mm、1400mm或1500mm中的任意值或者任意两者之间的范围值。

本申请提供一种如上所述的单体电池的制备方法，方法包括将覆盖材料放于连接部11表面。利用激光束将覆盖材料融化以形成熔覆层12。在高温下，覆盖材料在连接部11和板件10表面经过物理和化学反应形成混合物，经过冷却和凝固，最终形成熔覆层12。其中，激光熔覆的过程中激光束相对于连接部11扫描的速率为50-500mm/s；激光熔覆过程中激光功率为0.8-5kW。采用激光熔覆方法形成熔覆层12，可以加强壳体1上连接部11所在位置的强度，从而可以增强壳体1的强度和壳体1的密封性。此外，采用激光熔覆方法的作用时间短、能量密度高，因此对壳体1产生的应力和变形较小。通过对连接部11的通过对激光束相对于连接部11的扫描速率和激光功率的控制，严格调控热输入量，可以使形成的熔覆层12和连接部11的结合牢固可靠。

在一些实施例中，板件10的最大厚度为0.5mm，对比实例为未熔覆的壳体，熔覆层硬度和壳体爆破强度如表1所示。经激光熔覆处理的壳体，其硬度以及耐压强度得到提升。耐压强度均在1.3Mpa以上。

表1：

在一些实施例中，板件10的最大厚度为1mm，对比实例为未熔覆的壳体，熔覆层硬度和壳体爆破强度如表2所示。经激光熔覆处理的壳体，其硬度以及耐压强度得到提升。耐压强度均在1.3Mpa以上。

表2：

在一些实施例中，板件10的最大厚度为2mm，对比实例为未熔覆的壳体，熔覆层硬度和壳体爆破强度如表3所示。经激光熔覆处理的壳体，其硬度以及耐压强度得到提升。耐压强度均在1.3Mpa以上。

表3：

可以看出，本申请实施例提供的经过激光熔覆的壳体相比未熔覆的壳体提高了硬度和耐压强度，从而可以避免壳体发生破裂，导致单体电池失效，引发安全事故。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种单体电池及其制备方法进行了详细介绍，并应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种单体电池，其特征在于，包括壳体（1），所述壳体（1）包括：

至少一个板件（10）；

连接部（11），与所述板件（10）连接，所述连接部（11）和所述板件（10）围合形成有容纳腔（13）；

熔覆层（12），所述板件（10）远离和/或靠近所述容纳腔（13）的一侧设有所述熔覆层（12），且所述熔覆层（12）覆盖所述连接部（11）。

2.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述熔覆层（12）覆盖所述连接部（11）。

3.根据权利要求1或2所述的单体电池，其特征在于，所述板件（10）沿第一方向（X）连接于所述连接部（11）的两侧；所述连接部（11）沿所述第一方向（X）的最大尺寸为a，所述熔覆层（12）沿所述第一方向（X）的最小尺寸为b，满足：b≥a。

4.根据权利要求3所述的单体电池，其特征在于，所述连接部（11）沿所述第一方向（X）的尺寸为a，满足：0.3mm≤a≤1mm；和/或

所述熔覆层（12）沿所述第一方向（X）的尺寸为b，满足：0.5mm≤b≤1.5mm。

5.根据权利要求1或2所述的单体电池，其特征在于，所述熔覆层（12）的最大厚度为c，所述板件（10）的最大厚度为H，所述熔覆层（12）的最大厚度和所述板件（10）的最大厚度的比值为x，满足：x=c/H，0.1≤x≤2。

6.根据权利要求5所述的单体电池，其特征在于，所述板件（10）的厚度为H，满足：0.3mm≤H≤2mm；和/或

所述熔覆层（12）的最大厚度为c，满足：0.2mm≤c≤0.6mm。

7.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述连接部（11）包括第一凸出部（110），所述第一凸出部（110）相对所述板件（10）朝向远离所述容纳腔（13）的一侧凸出，且所述第一凸出部（110）凸出的尺寸为d，满足：d≤0.05mm。

8.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述连接部（11）还包括第二凸出部（111），所述第二凸出部（111）相对于所述板件（10）朝向所述容纳腔（13）的一侧凸出，所述第二凸出部（111）凸出的尺寸为e，设于朝向所述容纳腔（13）的一侧的所述熔覆层（12）的最大厚度为c，满足c＞e；和/或

所述第二凸出部（111）凸出的尺寸为e，满足：e≤0.15mm。

9.根据权利要求1所述的单体电池，其特征在于，所述熔覆层（12）的材质至少为钛合金，镁合金，铝合金中的一种；和/或

所述壳体（1）在所述第一方向（X）的尺寸为f，所述壳体（1）在所述连接部（11）的延伸方向上的尺寸为g，所述壳体（1）在所述连接部（11）的厚度方向上的尺寸为h，满足：10mm≤f≤100mm，100mm≤g≤600mm，50mm≤h≤250mm；和/或

所述壳体（1）在所述第一方向（X）的尺寸为f，所述壳体（1）在所述连接部（11）的延伸方向上的尺寸为g，所述壳体（1）在所述连接部（11）的厚度方向上的尺寸为h，满足：10mm≤f≤100mm，600mm≤g≤1500mm，50mm≤h≤250mm。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的单体电池的制备方法，其特征在于，包括：

将覆盖材料放于所述连接部（11）表面；

利用激光束将所述覆盖材料融化以形成熔覆层（12）；

其中，激光熔覆的过程中激光束相对于所述连接部（11）扫描的速率为50-500mm/s；所述激光熔覆的过程中激光功率为0.8-5kW。