一种多极柱的大容量电池的制作方法

本申请涉及一种多极柱的大容量电池,属于电池技术领域。

背景技术：

锂离子电池具有能量密度高(是铅酸的3～5倍)、循环寿命长(是铅酸的3～20倍)、自放电小、无记忆效应、低温性能好、维护成本低、可快速充电且效率高、大电流放电时间长等诸多优势，其综合性能远优于传统铅酸电池，是大型储能及动力电源的首选。与数千安时的铅酸电池相比，目前锂离子电池的最大单体容量为300ah(宁德时代、比亚迪)，国际上的最大单体容量仅为100ah(lg)。目前行业的通用做法是增加内部极片尺寸将单体电池大容量化。当容量大至300ah以上，壳体的一端或两端分别设有单一的正极输出极柱和负极输出极柱。受其空间结构限制，单个正负极柱输出大功率时，正负极柱严重发热，单体电池内部温差高达20℃，对电池的安全与长寿命都是不利的。

技术实现要素：

为解决上述问题，本申请提出了一种多极柱的大容量电池及其制作方法。通过采用高导热及高导电的金属圆筒容纳无极耳圆柱卷芯，金属圆筒通过焊接等连接方式形成一个整体，再与无极耳圆柱卷芯的正极基体、正极汇流片、金属外壳焊接形成一个整体，大幅提高每个无极耳圆柱卷芯的散热性能和倍率性能；通过金属外壳与金属圆筒之间、金属圆筒与正极汇流片之间、正极基体与正极汇流片之间的两两焊接，实现整体的高导热和高导电网络，降低电池内阻，提高整个大容量电池的散热性、倍率性能及长寿命。通过在正、负极盖板上设置多个极柱(至少两个)，提高功率的输出性能。

本申请设计的多极柱大容量电池，包括金属外壳、无极耳圆柱卷芯、正极盖板、负极盖板、正极汇流片、负极汇流片、吸液组件(大吸液棒、小吸液棒、吸液板)和电池支架；

为保证小吸液棒与卷芯紧密配合，小吸液棒可在卷芯制作时预先放置在卷芯中心；大吸液棒在各圆柱卷芯的金属圆筒间；吸液板位于盖板和汇流片之间；大吸液棒、小吸液棒与吸液板之间均为物理接触，共同构成一个吸收电解液和储存电解液的网络，实现大容量电池中电解液的均匀分布。

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容纳卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体(如铝箔)，另一端为负极基体(如铜箔)。

金属外壳内设有若干个无极耳圆柱卷芯，无极耳圆柱卷芯的正极基体与正极汇流片进行焊接，负极基体与负极汇流片进行焊接，如此焊接成一个卷芯组。

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负极盖板限位，轴向下方位以金属圆筒限位。

正极基体、正极汇流片与无极耳圆柱卷芯正极端的金属圆筒进行焊接。

正、负极盖板上设置有多个极柱，负极盖板上设置有注液口和防爆阀。

本申请的多极柱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体进行组合，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体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。

按照前述的多极柱大容量电池的加工方法包括如下步骤：

(1)圆柱卷芯为无极耳结构，为保证吸液棒与卷芯紧配合，在卷芯制作时，预先在卷芯中心放置小吸液棒，卷芯的一端为正极铝箔，另一端为负极铜箔；

(2)将无极耳圆柱卷芯的的金属圆筒按照金属外壳的形状焊接为一体；

(3)将圆柱卷芯依次插入金属圆筒；

(4)在各圆柱卷芯的金属圆筒间插入大吸液棒；

(5)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；

(6)将正极汇流片与无极耳圆柱卷芯的正极基体进行焊接；

(7)将负极汇流片与无极耳圆柱卷芯的负极基体进行焊接；

(8)在正极汇流片上放置正极吸液板；

(9)在负极汇流片上放置负极吸液板；

(10)正极吸液板与大吸液棒和小吸液棒间为物理接触，同时，负极吸液板与大吸液棒和小吸液棒间也为物理接触，由此构成一个吸收电解液和储存电解液的网络；

(11)将正极盖板与正极汇流片进行焊接；

(12)将装配好的卷芯组放入金属外壳内，并将正极盖板与金属外壳进行焊接封闭；

(13)将负极盖板与负极汇流片进行焊接；

(14)最后将负极盖板与金属外壳进行焊接封闭。

(15)烘干内部水分；

(16)通过注液口对电池注液；

(17)开口化成(也可焊接防爆阀后进行闭口化成)；

(18)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、正、负极盖板上设置有多个极柱(至少两个)，提高了电池的功率输出性能，便于散热，提高了电池的温度均一性、安全性，并延长了电池寿命。

2、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。

3、正极基体、正极汇流片与无极耳圆柱卷芯的金属圆筒进行焊接，使汇流片与无极耳圆柱卷芯的金属圆筒在焊点处融为一体，减小了连接电阻，提高了单体电池的传热速度，进而提高大容量电池的散热效率。

4、无极耳圆柱卷芯通过正负极汇流片分别与正极基体、负极基体进行焊接，提高了焊接面积，缩短了焊接路径，大幅提高了功率输出能力。

5、通过金属外壳与金属圆筒之间、金属圆筒与正极端面汇流片之间的两两焊接，实现整体的高导热和高导电网络，降低电池内阻，提高整个大容量电池的散热性、倍率性能、安全性及寿命。

6、此大容量电池可在无极耳圆柱卷芯与壳体的空隙处加入电解液，生产过程的注液效率高，且可由于较多的电解液储备，提高循环寿命。

7、结构简单，加工过程简单，综合成本低。

附图说明

图1为本申请的实施例1的多极柱大容量电池的爆炸示意图。

图2为本申请的实施例2的多极柱大容量电池的爆炸示意图。

图3为本申请的实施例3的多极柱大容量电池的爆炸示意图。

图4为本申请的多极柱大容量电池的立体示意图。

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。

图1为本申请的实施例1的多极柱大容量电池的爆炸示意图。图2为本申请的实施例2的多极柱大容量电池的爆炸示意图。图3为本申请的实施例3的多极柱大容量电池的爆炸示意图。图4为本申请的多极柱大容量电池的立体示意图。在图中，1为负极盖板，2为吸液组件，3为负极汇流片，4为金属外壳，5为电池支架，6为圆柱卷芯，7为正极汇流片，8为正极盖板，9为负极极柱，10为正极极柱，11为上螺母，12为下螺母，31为负极吸液板，32为正极吸液板,41为小吸液棒,42为大吸液棒。

本申请设计的多极柱大容量电池，包括金属外壳4、无极耳圆柱卷芯6、正极盖板8、负极盖板1、正极汇流片7、负极汇流片3、吸液组件2(大吸液棒42、小吸液棒41、吸液板(31为负极吸液板，32为正极吸液板))和电池支架5；

为保证小吸液棒41与圆柱卷芯紧密配合，小吸液棒41可在圆柱卷芯6制作时预先放置在圆柱卷芯6中心；大吸液棒42在各圆柱卷芯6的金属圆筒间；吸液板31、32位于盖板1、2和汇流片3、7之间；大吸液棒42、小吸液棒41与吸液板之间均为物理接触，共同构成一个大的吸收电解液和储存电解液的网络，实现大容量电池中电解液的均匀分布。

金属外壳4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6由卷芯体和容纳卷芯体的金属圆筒组成；卷芯的一端为正极基体(如铝箔)，另一端为负极基体(如铜箔)。

金属外壳4内设有若干个无极耳圆柱卷芯6，无极耳圆柱卷芯6正极基体与正极汇流片7进行焊接，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和负极盖板1限位，轴向下方位以金属圆筒限位。

正极基体、正极汇流片7与无极耳圆柱卷芯6的正极端的金属圆筒进行焊接。

正、负极盖板上设置有多个极柱9、10，负极盖板1上设置有注液口和防爆阀。

正极极柱10为采用铝制成的极柱，负极极柱9为采用铜制成的极柱。

本申请的多极柱大容量电池内部的无极耳圆柱卷芯6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6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。

上述本申请的多极柱大容量电池的加工方法包括如下步骤：

(1)圆柱卷芯6为无极耳结构，为保证吸液棒与卷芯紧配合，在卷芯制作时，预先在卷芯中心放置小吸液棒，卷芯的一端为正极铝箔，另一端为负极铜箔；

(2)将无极耳圆柱卷芯6的的金属圆筒按照金属外壳的形状焊接为一体；

(3)将圆柱卷芯6依次插入金属圆筒；

(4)在各圆柱卷芯6的金属圆筒间插入大吸液棒；

(5)将电池支架5卡在无极耳圆柱卷芯6负极端，固定住无极耳圆柱卷芯；

(6)将正极汇流片7与无极耳圆柱卷芯6的正极基体进行焊接；

(7)将负极汇流片3与无极耳圆柱卷芯6的负极基体进行焊接；

(8)在正极汇流片7上放置正极吸液板；

(9)在负极汇流片3上放置负极吸液板；

(10)正极吸液板与大吸液棒和小吸液棒间为物理接触，同时，负极吸液板与大吸液棒和小吸液棒间也为物理接触，由此构成一个吸收电解液和储存电解液的网络；

(11)将正极盖板8与正极汇流片7进行焊接；

(12)将装配好的卷芯组放入金属外壳4内，并将正极盖板8与金属外壳进4行焊接封闭；

(13)将负极盖板1与负极汇流片3进行焊接；

(14)最后将负极盖板1与金属外壳4进行焊接封闭。

(15)烘干内部水分；

(16)通过注液口对电池注液；

(17)开口化成(也可焊接防爆阀后进行闭口化成)；

(18)清洁注液口，并焊接防爆阀。

实施例1：

如图1所示，本申请多极柱大容量电池，负极盖板1上设置2个或3个负极极柱；外壳为正极，未设置正极极柱。

实施例2：

如图2所示，本申请多极柱大容量电池，两个正极极柱10设置在正极盖板8；2个负极极柱9设置在负极盖板1。

实施例3

如图3所示，本申请多极柱大容量电池，2个正极极柱10和2个负极极柱9都设置在负极盖板1上，正极盖板8不设置极柱。

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。