CN212323106U - 一种可大电流输出的大容量电池 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种可大电流输出的大容量电池,属于电池技术领域。其包括底板、金属外壳、卷芯、盖板、负极汇流片、带翻边的正极汇流片和绝缘支架；负极汇流片与盖板负极上的引流片焊接，正极汇流片的翻边与金属外壳内壁边沿焊接；再将底板与金属外壳封闭焊接，将盖板与金属外壳封闭焊接。本申请电池容量可无限增大；所需生产设备简单，大幅提高大容量电池的生产合格率和生产效率。正极汇流片翻边处与金属外壳内壁焊接，通过金属外壳导流到正极柱，明显提升电池大电流充放电能力，减少电池温升。多极柱结构可明显提高电池的大电流输出能力，降低电池大电流输出时的发热量。正极柱和负极柱同一表面引出，提高电池系统的集成效率和安装维护便利性。

Description

一种可大电流输出的大容量电池

技术领域

本申请涉及一种可大电流输出的大容量电池,属于电池技术领域。

背景技术

在当前的大容量电池应用中，电池系统规模越来越大，要求电池系统尺寸越来越小、重量越来越轻，同时还需要电池具备快充快放功能。为了降低电池系统重量，减少体积，通常将电池容量做大，减少电池辅件用量，提高电池比能量。但将电池容量做大时，电池充放电时的绝对电流大，电池发热量大，散热困难，温升高，循环寿命短，安全性能差。

为此，在CN102738506A和CN202127072U专利中，采用全极耳集流方式，在极组两端分别用正负极集电板(或正负极引线)引流到电池盖的极柱上，如此实现电池的大电流输出。在CN200962441Y专利中，将多个单体电芯的正负极通过极耳(正极铝带，负极镍带)分别连接到正负极柱上，将多个单体电芯并联提高电池容量，并采用较大截面的正负极导流体，如此降低电池内阻，提高电池比功率。在CN201478392U专利中，采用全极耳卷芯，其中一极与壳体压合，另一极与集流盘压合，以此来提高了电池的功率输出特性。在CN203386843U专利中，也采用全极耳卷芯，用未有涂层的正负极集流体与处界电路接触，增大导流接触面积，实现电流的快速传输，从而提高大容量电池倍率性能。在US2008157779A1专利中，在方形电池两侧各设置两个正负极柱，如此降低单个极柱的在大电流导电时的发热量，从而提高电池的倍率性能。以上专利表明，采用多电芯并联、全极耳集流和多极柱引出方式可以提高电池的大电流输出特性,特别是大容量电池输出特性，将上述方法同时集成应用到大容量电池中，提高电池的大电流输出能力还未见报道。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请提出了一种可大电流输出的大容量电池。

本申请设计的大电流输出的大容量电池，包括底板、金属外壳、卷芯、金属管、盖板、负极汇流片、带翻边的正极汇流片和绝缘支架。

本申请所述卷芯由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，正负极两端均有未涂覆活性物质的集流体。将多个金属管通过焊接、粘接或一体成型等方式连接形成一个金属管组；在每一个金属管中按同一极性方向放入一个卷芯，形成一个带管卷芯簇；通过正极汇流片将金属管组端面和所有卷芯的正极集流体并联焊接起来，再将正极汇流片翻边处与金属外壳内壁边缘焊接起来；通过负极汇流片将所有卷芯的负极集流体并联焊接起来，将负极汇流片和盖板负极柱上的引流片焊接起来；在盖板上通过冲压方式加工出两个或多个正极柱，在其上预制两个或多个负极柱；将盖板和底板分别与金属外壳封闭焊接起来。从卷芯正极集流体导出来的电流，经流正极汇流片，从其翻边焊接处传导到金属壳体，由金属壳体传导到正极柱；从卷芯负极集流体导出来的电流，经流负极汇流片、负极引流片传导到负极柱。

按照前述的可大电流输出的大容量电池加工方法包括如下步骤：

(1)将正极片、隔膜和负极片交错卷绕形成卷芯，卷芯两端为未涂覆活性物质的正负极集流体。

(2)将多个金属管通过焊接、粘接或一体成型等方式连接形成一个与金属外壳相近尺寸和形状的金属管组。

(3)将多个卷芯按同一正负极方向装入金属管组中，形成带管卷芯簇。

(4)将正极汇流片分别与带管卷芯簇正极集流体和金属管组端面进行焊接。

(5)用绝缘支架卡在带管卷芯簇的负极端，以此固定卷芯。

(6)将负极汇流片与带管卷芯簇的负极集流体进行焊接，形成带管卷芯组。

(7)将带管卷芯组放入金属外壳中。

(8)将正极汇流片翻边处与金属外壳内壁下边缘进行焊接。

(9)将底板与金属外壳进行封闭焊接。

(10)将盖板上负极引流片与负极汇流片进行焊接。

(11)将盖板与金属外壳进行封闭焊接。

(12)将电池烘干。

(13)通过注液口对电池加注电解液。

(14)电池预化成。

(15)电池补加电解液。

(16)注液口清洁，电池封口。

本申请具有如下的技术效果和优点：

(1)将多个小容量卷芯并联成大容量单体电池，电池容量可以无限增大；由于小容量卷芯的一致性好，所需生产设备简单，大幅提高了大容量单体电池生产合格率和生产效率。

(2)将正极汇流片翻边处与金属外壳内壁焊接，通过整金属外壳导流到正极柱，明显提升电池大电流充放电能力，且大电流经流金属外壳时的发热很容易扩散出去，减少电池温升。

(3)盖板上分别有两个或多个正负极柱上，多极柱结构可以明显提高电池的大电流输出能力，降低电池大电流输出时的发热量。同时，将正极柱和负极柱在同一表面引出，有利用提高电池系统的集成效率和安装维护的便利性。

附图说明

图1为本申请的可大电流输出的大容量电池爆炸图。

图2为本申请的可大电流输出的大容量电池盖板的正面图。

图3为本申请的可大电流输出的大容量电池盖板的侧面图。

图4为本申请的可大电流输出的大容量电池正极汇流片与金属外壳焊接示意图。

图5为图4所示的H部的放大示意图。

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为负极汇流片，3为绝缘支架，4为金属管组，5为带管卷芯簇，6为金属外壳，7为正极汇流片，8为底板，11为负极柱，12为正极柱,13为泄气阀。

本申请的整体技术方案如下:本申请设计的大电流输出的大容量电池，包括底板8、金属外壳6、卷芯、金属管、盖板1、负极汇流片2、带翻边的正极汇流片7和绝缘支架3。

本申请所述卷芯由正极片、隔膜和负极片卷绕而成，正负极两端均有未涂覆活性物质的集流体。将多个金属管通过焊接、粘接或一体成型等方式连接形成一个金属管组4；在每一个金属管中按同一极性方向放入一个卷芯，形成一个带管卷芯簇5；通过正极汇流片7将金属管组4端面和所有卷芯的正极集流体并联焊接起来，再将正极汇流片7翻边处与金属外壳6内壁边缘焊接起来；通过负极汇流片2将所有卷芯的负极集流体并联焊接起来，将负极汇流片2和盖板1负极柱11上的引流片焊接起来；在盖板1上通过冲压方式加工出两个或多个正极柱12，在其上预制两个或多个负极柱11；将盖板1和底板8分别与金属外壳6封闭焊接起来。从卷芯正极集流体导出来的电流，经流正极汇流片7，从其翻边焊接处传导到金属壳体(金属外壳)，由金属壳体传导到正极柱12；从卷芯负极集流体导出来的电流，经流负极汇流片2、负极引流片传导到负极柱11。

图1为本申请的可大电流输出的大容量电池爆炸图。如图1所示，本申请的可大电流输出的大容量电池，包括金属管组4、带管卷芯簇5、金属外壳6、盖板1、底板8、正极汇流片6、负极汇流片2和绝缘支架3。带管卷芯簇5由若干个卷芯放入金属管组后形成。

图2为本申请的可大电流输出的大容量电池盖板的正面图，图3为本申请的可大电流输出的大容量电池盖板的侧面图。如图2和3所示,盖板1上含有2个或多个正极柱11、2个或多个负极柱12和泄气阀13。盖板1上设有两个或多个正极柱11，和两个或多个负极柱12；盖板1上的正极柱11通过金属板冲压方式一体成型。通过多个极柱能够有效均分电流，并明显降低电池在极柱处的发热量。盖板1上的负极柱12与负极引流片(图中未标示，连接在盖板上)通过铆接、超声焊、激光焊中的一种或多种方式连接起来。负极引流片通过超声焊、激光焊或电阻焊中的一种或多种方式与负极汇流片2连接起来。负极汇流片2的厚度为0.05～2mm，优选0.15～0.4mm；负极汇流片2材质为铜、铜合金、不锈钢等耐电解液和电化学腐蚀材料。盖板1上的负极引流片和负极汇流片2的导流能力与电池设计导流能力相一致。

图4为本申请的可大电流输出的大容量电池正极汇流片与金属外壳焊接示意图。图5为图4所示的H部的放大示意图。正极汇流片7材质为铝、铝合金、不锈钢等耐电解液和电化学腐蚀的材料。正极汇流片7的厚度0.1～2mm，优选厚度0.2～0.5mm；翻边宽度0.5～5mm，优选宽度1～2mm；正极汇流片7翻边处与金属外壳6内壁焊接，焊接面积的导流与电池设计导流能力相一致；焊接方式为激光脉冲焊、连续焊中的一种或两种组合。在正极汇流片7上还预制有沉孔，以利于沉孔端面与卷芯正极集流体紧密接触，满足焊接和导流需求。将正极汇流片7翻边处与金属外壳6金属外壳作为正极引流体，明显提升电池大电流充放电能力，且大电流经流金属外6壳时的发热很容易发散出去，减少电池内部温升。

本申请所述的卷芯需符合以下要求：

(1)卷芯由同一电化学体系的正负极材料制作形成，可以为磷酸铁锂-石墨/硅碳/锡卷芯、锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍钴锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、钴酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍钴锰铝酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、镍钴锰酸锂-钛酸锂卷芯、磷酸铁锂-钛酸锂卷芯、镍钴锰铝酸锂--钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、锂硫卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、铁-镍卷芯、锌-镍卷芯、铅酸卷芯等化学电源中的任何一种。

(2)卷芯由正极板、负极板和隔膜交错卷绕而成；卷芯的一端为未有涂覆活性材料的正极集流体，另一端为未有涂覆活性材料的负极集流体。

需要说明的是，不同的电池体系适用的金属材料种类不同，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6和金属管的材质，且卷芯的正极集流体为铝箔，负极集流体为铜箔；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6和金属管的材质，且卷芯的正负极集流体均为铝箔；也可以采用不锈钢或其他耐腐蚀材料作为金属外壳6和金属管的材质。

实施例1：

在本申请的可大电流输出的大容量电池内，用20个15.5Ah磷酸铁锂正极-石墨负极卷芯(直径32mm高度140mm)，用上述的加工方法制作成3.2V310Ah的大容量电池。在25℃条件下，电池1C持续放电时，电池中心处与外表面的温度差≤4℃；电池在2C(620A)持续放电时，电池正极柱、负极柱和外表面最高温升分别为19℃、17℃或14℃。

实施例2：

在本申请的可大电流输出的大容量电池内，用70个4Ah镍钴锰酸锂正极-石墨负极卷芯(直径21mm高度60mm)，用上述的加工方法制作成3.6V280Ah的大容量电池。在25℃条件下，电池1C持续放电时，电池中心处与外表面的温度差≤4℃；电池在2C(560A)持续放电时，电池正极柱、负极柱和外表面最高温升分别为18℃、17℃或13℃。

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 (10)

1.一种可大电流输出的大容量电池，其特征在于，包括底板、金属外壳、卷芯、盖板、负极汇流片、带翻边的正极汇流片和绝缘支架；负极汇流片与盖板负极上的引流片焊接，正极汇流片的翻边与金属外壳内壁边沿焊接；再将底板与金属外壳封闭焊接，将盖板与金属外壳封闭焊接。

2.根据权利要求1所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，正极汇流片材质为铝、铝合金或不锈钢材料。

3.根据权利要求1或2所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，盖板上设有两个或多个正极柱，两个或多个负极柱。

4.根据权利要求1或2所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，正极汇流片的厚度0.1～2mm；正极汇流片翻边宽度0.5～5mm。

5.根据权利要求4所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，正极汇流片的厚度0.2～0.5mm；正极汇流片翻边宽度1～2mm。

6.根据权利要求5所述的一种可大电流输出的大容量电池，其特征在于，正极汇流片与金属外壳内壁焊接，焊接面积与电池设计导流能力相一致；焊接方式为脉冲焊、连续焊中的一种或两种组合。

7.根据权利要求1所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，盖板上负极引流片与负极汇流片的连接方式为铆接、超声焊、激光焊中的一种或多种组合。

8.根据权利要求7所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，负极汇流片的厚度为0.05～2mm；负极汇流片材质为铜、铜合金、镍或不锈钢材料。

9.根据权利要求8所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，负极汇流片的厚度为0.15～0.4mm。

10.根据权利要求1或2所述的可大电流输出的大容量电池，其特征在于，卷芯由同一电化学体系的正负极材料制作形成，为磷酸铁锂-石墨/硅碳/锡卷芯、锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍钴锰酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、钴酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、镍钴锰铝酸锂-石墨/硅碳/锡卷芯、钴酸锂-钛酸锂卷芯、锰酸锂-钛酸锂卷芯、镍钴锰酸锂-钛酸锂卷芯、磷酸铁锂-钛酸锂卷芯、镍钴锰铝酸锂--钛酸锂卷芯、超级电容器卷芯、锂硫卷芯、金属氢化物-镍卷芯、镉-镍卷芯、铁-镍卷芯、锌-镍卷芯、铅酸卷芯中的任何一种。

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