CN206610861U - 电化学器件 - Google Patents

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董明
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Abstract

本申请公开了一种电化学器件及其制备方法，所述电化学器件包括：两端开口的壳体；采用搅拌摩擦焊接工艺分别封堵固定于壳体两端开口处的正极端盖和负极端盖；收容于壳体内的内芯；形成于内芯上的正极全极耳和负极全极耳；采用搅拌摩擦焊接工艺与正极全极耳固定连接的正极汇流片；采用搅拌摩擦焊接工艺与负极全极耳固定连接的负极汇流片；布置于正极端盖外侧、且通过第一螺栓与所述正极汇流片锁紧固定的正电极片；布置于负极端盖外侧、且通过第二螺栓与负极汇流片锁紧固定的负电极片。本申请这种电化学器件内阻更低，高导电、高导热、壳体绝缘性更好、使用过程更安全、能够承载大电流充放电的。

Description

电化学器件
技术领域
本申请涉及电化学技术领域，特别涉及一种高功率大电流充放电的电化学器件。
背景技术
随着现代电子技术的发展，小型化的设备日益增多，对电源提出了很高的要求。电化学器件随之进入了大规模的实用阶段。电化学器件早期主要用在手机和笔记本电脑等个人小型电器用品上，随着技术的发展和领域的拓展，电化学器件开始向摩托车、汽车、电动工具、电动车领域发展，特别是的近期，用作车用大功率充放电电源发展迅速，但传统的电化学器件设计采用钢壳，铝塑膜或塑壳等设计，电流的引出结构按小电流充放设计，难以承载大电流充放电，影响电化学器件的使用效果和负载需求。
实用新型内容
本申请目的是：针对上述问题，提出一种内阻更低，高导电、高导热、壳体绝缘性更好、使用过程更安全、能够承载大电流充放电的电化学器件。
本申请的技术方案是：一种电化学器件，包括：
两端开口的壳体；
采用搅拌摩擦焊接工艺分别封堵固定于所述壳体两端开口处的正极端盖和负极端盖；
收容于所述壳体内的内芯；
形成于所述内芯上的正极全极耳和负极全极耳；
采用搅拌摩擦焊接工艺与所述正极全极耳固定连接的正极汇流片；
采用搅拌摩擦焊接工艺与所述负极全极耳固定连接的负极汇流片；
布置于所述正极端盖外侧、且通过第一螺栓与所述正极汇流片锁紧固定的正电极片；以及
布置于所述负极端盖外侧、且通过第二螺栓与所述负极汇流片锁紧固定的负电极片。
本申请在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：
所述正电极片与所述正极端盖之间设置有正电极绝缘密封圈，所述负电极片与所述负极端盖之间设置有负电极绝缘密封圈。
所述正极汇流片、正极端盖和正电极片上开设有相互对应的、用于锁入所述第一螺栓的螺栓孔，所述负极汇流片、负极端盖和负电极片上开设有相互对应的、用于锁入所述第二螺栓的螺栓孔。
所述第一螺栓与所述正电极片采用搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，以将所述正电极片上的所述螺栓孔密封住；所述第二螺栓与所述负电极片采用搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，以将所述负电极片上的所述螺栓孔密封住。
所述内芯包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片的基材为微孔铝箔，其孔径为0-200微米，孔隙为率0-50％，正极片基材表面涂覆一层0-20微米厚的导电碳层；所述负极片的基材为微孔铜箔，其孔径为0-200微米，孔隙为率0-50％，负极片基材表面涂覆一层0-20微米厚的导电碳层。
所述正极汇流片的材质为纯铝或铝合金。
所述负极汇流片的材质为纯铜或铜合金。
所述正电极片的材质为铝镀镍，其截面积不小于所述正极全极耳的截面积。
所述负电极片的材质为铜镀镍，其截面积不小于所述负极全极耳的截面积。
本申请的优点是：
1、正负极耳采用全极耳结构，汇流排与极耳采用搅拌摩擦焊接工艺结合在一起，做到极耳导流截面积最大化，提高化学元器件的导电、导热能力，便于大电流充电、放电。
2、该化学元器件结构巧妙，整个工艺设计兼顾高功率和高容量型化学元器件的制作，有效提高生产效率，适合规模化生产。
3、正负极端盖与壳体采用搅拌摩擦焊接工艺结合在一起，保证连接处的密封性，有效防止壳体内电解液溢出。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本申请实施例中电化学器件的结构示意图。
其中：1-壳体，2-正极端盖，3-负极端盖，4-内芯，5-正极汇流片，6-负极汇流片，7-正电极片，8-负电极片。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解。例如，“连接”可以使固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以使直接相连，也可以是通过中介媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“上”、“下”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单元必须具有特定的方向、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。
图1示出了本申请这种电化学器件的一个具体实施例，其主要包括：壳体1、正极端盖2、负极端盖3、内芯4、正极全极耳、负极全极耳、正极汇流片5、负极汇流片6、正电极片7和负电极片8。其中：
壳体1的通常为圆筒状结构，其两端开口，即图1中壳体的左右两端均为开口结构。本实施例中该壳体1的制法为：采用1060系列铝材(或铝镁合金)运用冷拔精抽方法成型，成型后微弧阳极氧化成15微米厚(一般要求10微米以上)的、致密的、耐磨、导热、绝缘的Al2O3陶瓷层(或Al2O3/MgO陶瓷层)。
正极端盖2采用搅拌摩擦焊接工艺封堵固定于图1中壳体1的左端开口处。负极端盖3采用搅拌摩擦焊接工艺封堵固定于图1中壳体1的右端开口处。正、负极端盖与壳体之间采用搅拌摩擦焊接工艺连接固定的好处在于，可以保证连接处的密封性，有效防止壳体内电解液溢出。本实施例中，正极端盖2和负极端盖3的制法相同，具体为：采用1060系列铝材(或铝镁合金)运用冲压方法成型，再经微弧氧化在端盖内外表面成15微米厚(一般要求10微米以上)的、致密的、耐磨、导热、绝缘的Al2O3陶瓷层(或Al2O3/MgO陶瓷层)。
壳体1、正极端盖2和负极端盖3表面绝缘，保证该电化学器件更安全。壳体1、正极端盖2和负极端盖3也可以采用铝镁合金材质。
内芯4收容于壳体内并且处于正极端盖2和负极端盖3之间，内芯4包括正极片、负极片和隔膜。本实施例采用全极耳卷绕方式制作内芯，卷绕时依次放置负极片、隔膜、正极片、隔膜。其中正极片的基材为微孔铝箔，其孔径一般为0-200微米，本例具体为50微米，孔隙为率一般为0-50％，本例具体为10％，正极片基材表面涂覆一层5微米厚(一般为0-20微米)的导电碳层。负极片的基材为微孔铜箔，其孔径一般为0-200微米，本例具体为50微米，孔隙为率一般为0-50％，本例具体为10％，负极片基材表面涂覆一层5微米厚(一般为0-20微米)的导电碳层。导电碳层用于增强导电、导热能力和电解液的浸润。
为了保证该电化学器件能够承载大电流充放电，正负极耳均采用全极耳结构，正极全极耳和负极全极耳形成于内芯4上，具体是直接形成于正极片和负极片上。显然，正极全极耳的截面积为正极片基材的厚度与正极片基材的长度的乘积，负极全极耳的截面积为负极片基材的厚度与负极片基材的长度的乘积。
正极汇流片5采用搅拌摩擦焊接工艺与正极全极耳固定连接，如此使得二者充分结合。而且为了进一步保证正极汇流片5和正极全极耳具有足够大的接触面积，进而使该电化学元件能够承载大电流充放电，正极汇流片5的截面积最好不小于正极全极耳的截面积。正极汇流片5的材质一般为纯铝或铝合金，本例为纯铝。
基于同样的考虑，负极汇流片6采用搅拌摩擦焊接工艺与负极全极耳固定连接，负极汇流片6的截面积不小于负极全极耳的截面积。负极汇流片6的材质一般为纯铜或铜合金，本例为纯铜。
正电极片7布置于正极端盖2的外侧，而且正电极片7通过第一螺栓与正极汇流片5锁紧固定。具体地，正极汇流片5、正极端盖2和正电极片7上开设有多个相互对应的、用于锁入前述第一螺栓的螺栓孔，前述第一螺栓锁入该螺栓孔中，从而使得正极汇流片5、正极端盖2和正电极片7锁紧固定在一起。
正电极片7与正极端盖2之间设置正电极绝缘密封圈，以使二者绝缘隔离。
负电极片8布置于负极端盖3的外侧，而且负电极片8通过第二螺栓与负极汇流片锁紧固定。具体地，负极汇流片6、负极端盖3和负电极片8上开设有多个相互对应的、用于锁入前述第二螺栓的螺栓孔，前述第二螺栓锁入该螺栓孔中，从而使得负极汇流片6、负极端盖3和负电极片8锁紧固定在一起。
负电极片8与负极端盖3之间设置负电极绝缘密封圈，以使二者绝缘隔离。
上述第一螺栓和正电极片7采用相同材质，均为铝镀镍材料。第二螺栓和负电极片8采用相同材质，均为铜镀镍材料。
在制作过程中，正负极两端各留出一个螺栓孔用作注液孔注液使用，注液化成完成后，再将留出的螺栓孔锁入螺栓，并采用搅拌摩擦焊接工艺将各个第一螺栓和第二螺栓分别与正电极片和负电极片焊接在一起，以将螺栓孔完全密封住，防止壳体1内的电解液溢出。
再结合图1所示，现将本实施例这种电化学器件的制备方法简单介绍如下：
1)以铝材为原材料，采用冷拔精抽方法成型出壳体的初型件，再经微弧氧化在壳体初型件内外表面形成厚度15微米的Al2O3陶瓷层，从而制得壳体；
2)以铝材为原材料，运用冲压方法成型出正极端盖和负极端盖的初型件，再经微弧氧化在正极端盖和负极端盖的初型件内外表面形成厚度15微米的Al2O3陶瓷层，从而制得正极端盖和负极端盖；
3)采用全极耳卷绕方式制取内芯，内芯上形成有正极全极耳和负极全极耳；
4)采用搅拌摩擦焊接工艺将正极汇流片正极全极耳固定连接，采用搅拌摩擦焊接工艺将负极汇流片与负极全极耳固定连接，
5)将正极汇流片、负极汇流片和内芯布置于壳体内，采用搅拌摩擦焊接工艺将正极端盖和负极端盖分别封堵固定于壳体两端开口处；
6)向壳体内注入电解液后，用第一螺栓将正电极片与正极汇流片锁紧固定，且在正电极片与正极端盖之间设置正电极绝缘密封圈，并采用搅拌摩擦焊接工艺将第一螺栓与正电极片连接在一起；用第二螺栓将负电极片与负极汇流片锁紧固定，且在负电极片与负极端盖之间设置负电极绝缘密封圈，并采用搅拌摩擦焊接工艺将第二螺栓与负电极片连接在一起。
当然，上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电化学器件，其特征在于，包括：
两端开口的壳体(1)；
采用搅拌摩擦焊接工艺分别封堵固定于所述壳体两端开口处的正极端盖(2)和负极端盖(3)；
收容于所述壳体内的内芯(4)；
形成于所述内芯上的正极全极耳和负极全极耳；
采用搅拌摩擦焊接工艺与所述正极全极耳固定连接的正极汇流片(5)；
采用搅拌摩擦焊接工艺与所述负极全极耳固定连接的负极汇流片(6)；
布置于所述正极端盖外侧、且通过第一螺栓与所述正极汇流片锁紧固定的正电极片(7)；以及
布置于所述负极端盖外侧、且通过第二螺栓与所述负极汇流片锁紧固定的负电极片(8)。
2.如权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，所述正电极片(7)与所述正极端盖(2)之间设置有正电极绝缘密封圈，所述负电极片(8)与所述负极端盖(3)之间设置有负电极绝缘密封圈。
3.如权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，所述正极汇流片(5)、正极端盖(2)和正电极片(7)上开设有相互对应的、用于锁入所述第一螺栓的螺栓孔，所述负极汇流片(6)、负极端盖(3)和负电极片(8)上开设有相互对应的、用于锁入所述第二螺栓的螺栓孔。
4.如权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，所述第一螺栓与所述正电极片(7)采用搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，以将所述正电极片(7)上的所述螺栓孔密封住；所述第二螺栓与所述负电极片(8)采用搅拌摩擦焊接工艺连接在一起，以将所述负电极片(8)上的所述螺栓孔密封住。
5.如权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，所述内芯(4)包括正极片、负极片和隔膜，所述正极片的基材为微孔铝箔，其孔径为0-200微米，孔隙为率0-50％，正极片基材表面涂覆一层0-20微米厚的导电碳层；所述负极片的基材为微孔铜箔，其孔径为0-200微米，孔隙为率0-50％，负极片基材表面涂覆一层0-20微米厚的导电碳层。
6.如权利要求5所述的电化学器件，其特征在于，所述正极汇流片(5)的材质为纯铝或铝合金。
7.如权利要求5所述的电化学器件，其特征在于，所述负极汇流片(6)的材质为纯铜或铜合金。
8.如权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，所述正电极片(7)的材质为铝镀镍，其截面积不小于所述正极全极耳的截面积。
9.如权利要求1所述的电化学器件，其特征在于，所述负电极片(8)的材质为铜镀镍，其截面积不小于所述负极全极耳的截面积。
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