CN211743247U - 一种简化工序的大容量电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及及一种简化工序的大容量电池,属于电池技术领域。包括底板、金属外壳、无极耳圆柱卷芯、盖板、发泡金属、负极汇流片、绝缘导热片和电池支架；无极耳圆柱卷芯由卷芯体和包裹卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体，另一端为负极基体；金属外壳内设有若干个无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型等方式连接并形成一个整体，无极耳圆柱卷芯负极基体与负极汇流片进行焊接，如此焊接成一个卷芯组；将底板与金属外壳焊接为一体，底板上放置发泡金属，卷芯组正极朝向壳体底部，与发泡金属紧密接触。提高了电池的合格率，在壳体的空隙处及发泡金属的孔隙中加入电解液，注液效率高；在发泡金属中储存电解液，提高循环寿命。

Description

一种简化工序的大容量电池

技术领域

本申请涉及一种简化工序的大容量电池,属于电池技术领域。

背景技术

在现有的锂电池应用中，常涉及大容量电池的使用。众所周知相比小容量电池，大容量电池加工工艺难度大、成品率低、成本高。由于大容量电池尺寸较大，在使用时会存在大面易膨胀，散热困难、倍率性能差、循环寿命短、安全性差等问题。

因此，有人将若干小容量电池并联组合成大容量电池，例如专利申请号为201210382758.7(公开号为CN102881948A)，专利名称为一种方形锂离子电池及加工方法的发明专利，采取圆柱卷绕式卷芯，极片间隙和松紧度均匀，生产效率高。卷芯辅助模块能够支撑和保护卷芯，提高了方形电池的机械强度和安全性。通过增加卷芯的个数可以增加电池的容量。专利申请号为201621215288.5(公告号为CN206388790U)，专利名称为一种方形动力电池的申请，将多个圆柱形卷芯并排放入方形外壳中，组成了一个方形动力电池，解决了方形电池易膨胀的问题。专利申请号201720727978.7(公告号CN206976440U)，专利名称为一种电池包，其结构包括多个卷绕电芯及用于收容多个卷绕电芯的塑料材质的支架、这些卷绕电芯并联后形成大容量电池。上述专利正负极两端的焊接工序较多，由焊接导致的不良率较高。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种简化工序的大容量电池。

本申请设计的大容量电池，包括底板、金属外壳、无极耳圆柱卷芯、盖板、发泡金属、负极汇流片、绝缘导热片和电池支架；

发泡金属包括以Al、Cu、Ni、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe等金属和合金为骨架的泡沫材料。孔隙率为60～95％，发泡金属的厚度为0.2～20mm；

无极耳圆柱卷芯、发泡金属、负极汇流片、绝缘导热片在大容量电池壳体内为过盈装配，其壳体腔内高度比各组件的高度总和大0.1mm以上；

电池外壳的底板与外壳也可以是一体成型的，不需要额外焊接。

大容量电池的正负极可以互换，即也可以是负极通过发泡金属与壳体接触。

金属外壳形状不局限于圆柱形或方形，可设计为任意需要的形状；

无极耳圆柱卷芯由卷芯体和包裹卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体(比如铝箔)，另一端为负极基体(比如铜箔)；

金属外壳内设有若干个无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型等方式连接并形成一个整体，负极基体与负极汇流片进行焊接，如此焊接成一个卷芯组；

将底板与金属外壳焊接为一体；

外壳底部放置发泡金属，卷芯组正极朝向壳体底部，与发泡金属紧密接触；

负极端在负极汇流片和盖板之间填充有绝缘导热片，用于导热；

负极端使用电池支架固定圆柱形卷芯，电池支架卡在各无极耳圆柱卷芯之间；其轴向上方位以绝缘导热片和盖板限位，轴向下方位以金属圆筒限位。

盖板上设置有负极柱和防爆阀。防爆阀所在位置为注液口，完成注液后，在注液口的位置焊接防爆阀。

本申请大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯由同样体系的正负极组成，比如磷酸铁锂-石墨卷芯、锰酸锂-石墨卷芯、镍钴锰酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、锌-镍卷芯等化学电源中的任何一种，且不局限于上述体系。

同时本申请大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯可以用不同材料体系的卷芯进行组合，例如锰酸锂-石墨卷芯与镍钴锰酸锂-石墨卷芯组合、功率型的超级电容器卷芯与同类正极材料的能量型的锂离子卷芯组合等。通过不同特性的两类卷芯并联组合成大容量电池，在提高性能的同时降低成本。

需要说明的是，不同的电池体系适用的金属种类不同，这属于本行业的公知技术，比如锂离子电池采用铝作为金属外壳和金属圆筒的材质，且无极耳圆柱卷芯的正极基体为铝箔，负极基体为铜箔；比如超级电容器和以钛酸锂为负极材料的电池，采用铝作为金属外壳和金属圆筒的材质，且无极耳圆柱卷芯的正极与负极基体均为铝箔；也可以采用不锈钢或其他材料作为金属外壳和金属圆筒的材质。

按照前述的大容量电池的加工方法包括如下步骤：

(1)将无极耳圆柱卷芯的的金属圆柱筒按照金属外壳的形状焊接为一体；

(2)将电池支架卡在无极耳圆柱卷芯负极端，固定住无极耳圆柱卷芯；

(3)将负极汇流片与无极耳圆柱卷芯的负极基体进行焊接；

(4)将底板与金属外壳焊接为一体；

(5)将发泡金属放置于金属外壳的底部；

(6)将装配好的卷芯组，正极朝向底部放入金属外壳内；

(7)在负极汇流片上填充一层绝缘导热片；

(8)将盖板与负极汇流片进行焊接；

(9)最后将盖板与金属外壳进行焊接封闭。

(10)烘干内部水分；

(11)通过注液口对电池注液；

(12)开口化成(也可焊接防爆阀后进行闭口化成)；

(13)清洁注液口，并焊接防爆阀。

本申请具有如下的技术效果和优点：

(1)用小容量无极耳圆柱卷芯并联成大容量单体电池，由于小容量无极耳圆柱卷芯的一致性好，大幅提高了大容量单体电池的合格率。

(2)正极不需要焊接汇流片，也不需要与金属外壳进行焊接，省去了一半的焊接工序，提高了整体合格率。

(3)此大容量电池可在壳体的空隙处及发泡金属的孔隙中加入电解液，生产过程的注液效率高；且可在发泡金属中储存电解液，有助于提高循环寿命。

(4)结构简单，加工过程简单，综合成本低。

附图说明

图1为本申请的六边形电池的爆炸图。

图2为本申请的六边形电池的立体图。

图3为本申请的六边形电池的正面图。

图4为沿图3所示的六边形电池的A-A线的剖视图。

图5为本申请的无极耳圆柱卷芯的立体图。

图6为本申请的无极耳圆柱卷芯的正面图。

图7为为图6所示的无极耳圆柱卷芯的A-A线的剖视图。

图8为图7所示的无极耳圆柱卷芯的A部放大图。

图9为图7所示的无极耳圆柱卷芯的B部放大图。

图10为本申请的无极耳圆柱卷芯菱形组合的立体图。

图11为本申请的无极耳圆柱卷芯菱形组合的侧面图。

图12为本申请的无极耳圆柱卷芯梯形组合的立体图。

图13为本申请的无极耳圆柱卷芯梯形组合的侧面图。

图14为本申请的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的立体图。

图15为本申请的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的侧面图。

图16为本申请的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的装配分解图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本申请的具体实施方式。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。

在附图中，1为盖板，2为绝缘导热片，3为负极汇流片，4为金属外壳，5为电池支架，6为无极耳圆柱卷芯，7为发泡金属，8、底板(或与外壳为一体的底板)，11为负极柱，12为注液口(防爆阀)，61为卷芯体，62为金属圆筒。

本申请设计的大容量电池的总体方案如下，其包括底板8、金属外壳4、无极耳圆柱卷芯6、盖板1、发泡金属7、负极汇流片3、绝缘导热片2和电池支架5；发泡金属包括以Al、Cu、Ni、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe等金属和合金为骨架的泡沫材料。孔隙率为60～95％，发泡金属的厚度为0.2～20mm；

无极耳圆柱卷芯6、发泡金属7、负极汇流片3、绝缘导热片2在大容量电池壳体内为过盈装配，其壳体腔内高度比各组件的高度总和大0.1mm以上；电池外壳的底板与外壳也可以是一体成型的，不需要额外焊接。

大容量电池的正负极可以互换，即也可以是负极通过发泡金属与壳体接触。

金属外壳形状不局限于圆柱形或方形，可设计为任意需要的形状；无极耳圆柱卷芯由卷芯体和包裹卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体(比如铝箔)，另一端为负极基体(比如铜箔)；金属外壳内设有若干个无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型等方式连接并形成一个整体，负极基体与负极汇流片进行焊接，如此焊接成一个卷芯组；将底板与金属外壳焊接为一体；外壳底部放置发泡金属，卷芯组正极朝向壳体底部，与发泡金属紧密接触；负极端在负极汇流片和盖板之间填充有绝缘导热片，用于导热；负极端使用电池支架固定圆柱形卷芯，电池支架卡在各无极耳圆柱卷芯之间；其轴向上方位以绝缘导热片和盖板限位，轴向下方位以金属圆筒限位。

盖板上设置有负极柱和防爆阀。防爆阀所在位置为注液口，完成注液后，在注液口的位置焊接防爆阀。

本申请大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯由同样体系的正负极组成，比如磷酸铁锂-石墨卷芯、锰酸锂-石墨卷芯、镍钴锰酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、锌-镍卷芯等化学电源中的任何一种，且不局限于上述体系。

同时本申请大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯可以用不同材料体系的卷芯进行组合，例如锰酸锂-石墨卷芯与镍钴锰酸锂-石墨卷芯组合、功率型的超级电容器卷芯与同类正极材料的能量型的锂离子卷芯组合等。通过不同特性的两类卷芯并联组合成大容量电池，在提高性能的同时降低成本。

需要说明的是，不同的电池体系适用的金属种类不同，这属于本行业的公知技术，比如锂离子电池采用铝作为金属外壳和金属圆筒的材质，且无极耳圆柱卷芯的正极基体为铝箔，负极基体为铜箔；比如超级电容器和以钛酸锂为负极材料的电池，采用铝作为金属外壳和金属圆筒的材质，且无极耳圆柱卷芯的正极与负极基体均为铝箔；也可以采用不锈钢或其他材料作为金属外壳和金属圆筒的材质。

图1为本申请的六边形电池的爆炸图，图2为本申请的六边形电池的立体图，图3为本申请的六边形电池的正面图，图4为沿图3所示的六边形电池的A-A线的剖视图。如图1-4所示，本申请设计的大容量电池，包括金属外壳4、无极耳圆柱卷芯6、盖板1、负极汇流片3、绝缘导热片2和电池支架5。图1-4中示出的金属外壳4的形状为六边形。当然，金属外壳形状不局限此，金属外壳形状不局限于圆柱形或方形，可设计为任意需要的形状，包括六边形、椭圆形、圆柱形或方形等。

图5为本申请的无极耳圆柱卷芯的立体图，图6本申请的无极耳圆柱卷芯的正面图，图7为图6所示的无极耳圆柱卷芯的A-A线的剖视图，图8为图7所示的无极耳圆柱卷芯的A部放大图，图9为图7所示的无极耳圆柱卷芯的B部放大图。如图5-9所示，无极耳圆柱卷芯6由卷芯体61和包裹卷芯体的金属圆筒62组成；无极耳圆柱卷芯6的一端为正极基体(比如铝箔)，另一端为负极基体(比如铜箔)。卷芯体61的一部分从金属圆筒62的一端或两端露出，便于卡在电池支架5上。

如图1所示，金属外壳4内设有若干个无极耳圆柱卷芯6，负极基体与负极汇流片3进行焊接，如此焊接成一个卷芯组。负极端在负极汇流片3和盖板1之间填充有绝缘导热片2，用于导热。

负极端使用电池支架5固定圆柱形卷芯6，电池支架5卡在各无极耳圆柱卷芯6之间；其轴向上方位以绝缘导热片2和盖板1限位，轴向下方位以金属圆筒62限位。

将底板8与金属外壳4焊接为一体；发泡金属7放于壳体底板8上，将装配好的卷芯组，正极朝向底部放入金属外壳4内；

如图2所示，盖板1上设置有负极柱11和防爆阀(未示出)。防爆阀所在位置为注液口12，完成注液后，在注液口12的位置焊接防爆阀。

另外，无极耳圆柱卷芯6组合可以设计为各种形状，比如，图10-11示出了本申请的无极耳圆柱卷芯菱形组合。图12-13示出了本申请的无极耳圆柱卷芯梯形组合。图14-15示出了本申请的无极耳圆柱卷芯椭圆组合。图16为本申请的无极耳圆柱卷芯椭圆组合的装配分解图。如图16所示，首先，卷芯体61由金属圆筒62包裹组成无极耳圆柱卷芯6，卷芯体61的一部分从金属圆筒62的两端露出；然后，无极耳圆柱卷芯6椭圆组合装配在负极汇流片3和发泡金属7之间；接着，再装配在具有壳体底板8和盖板1的椭圆金属外壳4内。

上述本申请的大容量电池的加工方法包括如下步骤：

(1)将无极耳圆柱卷芯的的金属圆柱筒按照金属外壳的形状焊接为一体；

(2)将电池支架卡在无极耳圆柱卷芯负极端，固定住无极耳圆柱卷芯；

(3)将负极汇流片与无极耳圆柱卷芯的负极基体进行焊接；

(4)将底板与金属外壳焊接为一体；

(5)将发泡金属放置于金属外壳的底板上；

(6)将装配好的卷芯组，正极朝向底部放入金属外壳内；

(7)在负极汇流片上填充一层绝缘导热片；

(8)将盖板与负极汇流片进行焊接；

(9)最后将盖板与金属外壳进行焊接封闭。

(10)烘干内部水分；

(11)通过注液口对电池注液；

(12)开口化成(也可焊接防爆阀后进行闭口化成)；

(13)清洁注液口，并焊接防爆阀。

实施例1：

本申请的一种简化工序的大容量电池，直接采用带底板的金属外壳，用6个磷酸铁锂正极-石墨负极卷芯体(直径32mm高度140mm)，发泡金属采用孔隙率90％，厚度1mm的泡沫铝，用上述的加工方法做成3.2V72Ah的大容量电池。

实施例2：

本申请的一种简化工序的大容量电池，直接采用带底板的金属外壳，用6个锰酸锂正极-石墨负极卷芯体(直径35mm高度130mm)，发泡金属采用孔隙率95％，厚度2mm的泡沫铝，用上述的加工方法做成3.6V120Ah的大容量电池。

实施例3：

本申请的一种简化工序的大容量电池，将底板与金属外壳焊接为一体，用6个锰酸锂正极-石墨负极卷芯体(直径35mm高度130mm)，发泡金属采用孔隙率95％，厚度2mm的泡沫铝，用上述的加工方法做成3.6V120Ah的大容量电池。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种简化工序的大容量电池，其特征在于，包括底板、金属外壳、无极耳圆柱卷芯、盖板、发泡金属、负极汇流片、绝缘导热片和电池支架；无极耳圆柱卷芯由卷芯体和包裹卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体，另一端为负极基体；金属外壳内设有若干个无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接、粘接或一体成型方式连接并形成一个整体，无极耳圆柱卷芯负极基体与负极汇流片通过焊接方式形成一个卷芯组；底板与金属外壳通过焊接方式形成为一体，底板上放置有发泡金属，卷芯组正极朝向壳体底部，与发泡金属紧密接触；负极端在负极汇流片和负极盖板之间填充有绝缘导热片，用于导热；负极端使用电池支架固定圆柱形卷芯，电池支架卡在各无极耳圆柱卷芯之间；无极耳圆柱卷芯轴向上方位以绝缘导热片和负极盖板限位，无极耳圆柱卷芯轴向下方位以金属圆筒限位；盖板上设置有负极柱和防爆阀；防爆阀所在位置为注液口，在注液口的位置焊接有防爆阀。

2.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，发泡金属的孔隙率为60～95％，发泡金属的厚度为0.2～20mm。

3.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，无极耳圆柱卷芯、发泡金属、负极汇流片、绝缘导热片在大容量电池壳体内为过盈装配，其壳体腔内高度比各组件的高度总和大0.1mm以上。

4.根据权利要求1所述的大容量电池，其特征在于，所述金属外壳形状为六边形、椭圆形、圆柱形或方形。

5.根据权利要求1或3所述的大容量电池，其特征在于，所述无极耳圆柱卷芯由同样体系的正负极组成。

6.根据权利要求5所述的大容量电池，其特征在于，所述无极耳圆柱卷芯为磷酸铁锂-石墨卷芯、锰酸锂-石墨卷芯、镍钴锰酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-石墨卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、锌-镍卷芯化学电源中的任何一种。

7.根据权利要求1或3所述的大容量电池，其特征在于，所述无极耳圆柱卷芯是用不同材料体系的卷芯进行组合。

8.根据权利要求7所述的大容量电池，其特征在于，所述组合为锰酸锂-石墨卷芯与镍钴锰酸锂-石墨卷芯组合、功率型的超级电容器卷芯与同类正极材料的能量型的锂离子卷芯组合。

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