一种电化学装置及其制备方法与流程

本发明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装置及其制备方法。

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。

然而，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。传统的方形铝壳电池壳是在设有电极的端面开口，提前将卷芯极耳与电极和盖板固定连接后装入壳体，然后将电池壳开口端面的盖板与壳体焊接。这种入壳方式为了方便卷芯入壳，在设计电池时，卷芯尺寸要小于电池壳体入口端面的内部尺寸，因此损失了电池的容量。

技术实现要素：

为解决现有的电化学器件难以承载大电流充放电、电池容量损失的问题，本发明提供一种电化学装置及其制备方法，能够承载大电流充放电，提高电池的能量密度。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种电化学装置，包括壳体框架、卷芯、正电极和负电极，壳体框架为长方体状结构，其特征在于：所述壳体框架垂直于电极所在端面的顶面和底面均为开口结构，壳体框架内设置卷芯，卷芯的厚度大于或等于壳体框架的侧面高度，壳体框架的顶面和底面紧贴卷芯分别设置有上蒙皮和下蒙皮，上蒙皮和下蒙皮的四周边缘平整地与壳体框架焊接密封，分别形成壳体框架的顶盖和底盖；所述壳体框架的侧面开有用于正电极穿出的孔ⅰ和用于负电极穿出的孔ⅱ，孔ⅰ和孔ⅱ内分别设置有正电极和负电极。

所述蒙皮的尺寸与壳体框架顶面或底面的外壁尺寸一致。

所述蒙皮的尺寸与壳体框架顶面或底面的内壁尺寸一致。

所述正电极和负电极分别设置在壳体框架的两个对立的侧面上。

所述卷芯包括正极全极耳和负极全极耳，正极全极耳与正电极焊接，负极全极耳与负电极焊接。

所述正极全极耳与正电极是采用激光焊或超声波焊焊接在一起的，负极全极耳与负电极也是采用激光焊或超声波焊焊接在一起的。

所述正电极和负电极设置在壳体框架的同一个侧面上。

所述蒙皮与壳体框架是采用激光焊或搅拌摩擦焊焊接在一起的。

所述的电化学装置的制备方法，具体步骤如下：

（1）壳体框架的制备：首先以原材料采用拉伸成型、冲压工艺制成顶面和底面为开口结构的壳体框架，再冲压出壳体框架侧面上的孔ⅰ和孔ⅱ；

（2）蒙皮的制备：以原材料采用冲压工艺制成蒙皮；

（3）卷芯的制备：采用全极耳卷绕方式制作卷芯，卷绕时依次放置负极片、隔膜、正极片、隔膜，卷芯包括正极全极耳和负极全极耳；

（4）电化学装置的制备：首先，在壳体框架侧面的孔ⅰ和孔ⅱ上分别安装正电极和负电极，在电极和壳体框架之间安装绝缘密封圈和绝缘密封垫片，接着将卷芯从壳体框架的开口位置入壳，采用激光焊或超声波焊将卷芯上的正极全极耳和负极全极耳分别与正电极、负电极进行焊接；然后将上蒙皮、下蒙皮，在外部预压紧力的作用下，把壳体框架内的卷芯压实，采用激光焊或搅拌摩擦焊将上蒙皮、下蒙皮分别与壳体框架焊接完成，形成壳体框架的顶盖和底盖；壳体框架的电极所在端面上设有注液孔，从注液孔注入电解液，采用搅拌摩擦焊工艺焊接密封钉，保证电解液不溢出，致此此电化学装置便制作完成。

所述原材料为铝材或铝合金。

相对于现有技术，本发明的优点如下：

1.卷芯的厚度稍大于或等于壳体框架的侧面高度，提前将正、负电极与壳体框架组装完成，卷芯入壳后，卷芯极耳与电极进行焊接，将上、下蒙皮在外部预压紧力的作用下，把壳内的卷芯压实后焊接，有利于提高电池的能量密度；

2.采用蒙皮尺寸与壳体框架外壁尺寸一致或者蒙皮尺寸与壳体框架内壁尺寸一致，便于卷芯压实并消除间隙，采用激光焊接或搅拌摩擦焊接，保证焊接处的密封；

3.正负极耳采用全极耳结构，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。

附图说明

图1是本发明实施例1装置的俯视图。

图2是本发明实施例2装置的俯视图。

其中，1是壳体框架，2是卷芯，3是正电极，4是蒙皮，5是负电极。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种电化学装置，包括壳体框架1、卷芯2、正电极3和负电极5，壳体框架1为长方体状结构，也可以是其他结构，所述壳体框架1垂直于电极所在端面的顶面和底面均为开口结构，即为中空的四方体状结构，壳体框架1内设置卷芯2，卷芯2的厚度大于或等于壳体框架1的侧面高度，此处为稍大于，壳体框架1的顶面和底面紧贴卷芯2分别设置有上蒙皮和下蒙皮，上蒙皮和下蒙皮的四周边缘平整地与壳体框架1焊接密封，分别形成壳体框架1的顶盖和底盖；所述壳体框架1的侧面开有用于正电极3穿出的孔ⅰ（图中未标出）和用于负电极5穿出的孔ⅱ（图中未标出），孔ⅰ和孔ⅱ内分别设置有正电极3和负电极5。卷芯2位于上蒙皮和下蒙皮之间。

上述正电极3或负电极5与壳体框架1之间均设有绝缘密封圈和绝缘密封垫片。所述正电极3或负电极5与壳体框架1之间的固定密封连接方式为螺栓连接、铆接、镦粗连接或搅拌摩擦焊，或其他常用的连接方式。上述正极全极耳和负极全极耳形成于卷芯2上，具体是直接形成于正极片和负极片上，此处为现有技术，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。

为了便于将卷芯2压实并消除间隙，所述蒙皮4的尺寸与壳体框架1顶面或底面的外壁尺寸一致。

为了便于将卷芯2压实并消除间隙，所述蒙皮4的尺寸与壳体框架1顶面或底面的内壁尺寸一致。

如图1所示，所述正电极3和负电极5分别设置在壳体框架1的两个对立的侧面上，正电极3和负电极5相连的轴线为壳体框架1侧面的中心轴线的其中一个。

为了使该电化学装置能够承载大电流充放电，所述卷芯2包括正极全极耳和负极全极耳，正极全极耳与正电极3焊接，负极全极耳与负电极5焊接。相适应地，正极全极耳和负极全极耳形成于卷芯2两侧，便于与正电极3、负电极5连接。

为了使焊接处的密封性更好，所述正极全极耳与正电极3是采用激光焊或超声波焊焊接在一起的，负极全极耳与负电极5也是采用激光焊或超声波焊焊接在一起的。

为了使焊接处的密封性更好，所述蒙皮4与壳体框架1是采用激光焊或搅拌摩擦焊焊接在一起的。

为了保证全极耳能够与电极有足够大的接触面积，所述正电极3的材质为铝，其截面积不小于所述正极全极耳的截面积；所述负电极5的材质为铜或铜铝复合材料，其截面积不小于所述负极全极耳的截面积。

所述的电化学装置的制备方法，具体步骤如下：

（1）壳体框架1的制备：首先以原材料采用拉伸成型、冲压工艺制成顶面和底面为开口结构的壳体框架1，再冲压出壳体框架1侧面上的孔ⅰ和孔ⅱ；

（2）蒙皮4的制备：以原材料采用冲压工艺制成蒙皮4；

（3）卷芯2的制备：采用全极耳卷绕方式制作卷芯2，卷绕时依次放置负极片、隔膜、正极片、隔膜，卷芯2包括正极全极耳和负极全极耳；

（4）电化学装置的制备：首先，在壳体框架1侧面的孔ⅰ和孔ⅱ上分别安装正电极3和负电极5，在电极和壳体框架1之间安装绝缘密封圈和绝缘密封垫片，接着将卷芯2从壳体框架1的开口位置入壳，采用激光焊或超声波焊将卷芯2上的正极全极耳和负极全极耳分别与正电极3、负电极5进行焊接；然后将上蒙皮、下蒙皮，在外部预压紧力的作用下，把壳体框架1内的卷芯2压实，采用激光焊或搅拌摩擦焊将上蒙皮、下蒙皮分别与壳体框架1焊接完成，形成壳体框架1的顶盖和底盖；壳体框架1的电极所在端面上设有注液孔，本实施例1中注液孔设置在壳体框架1的正电极3所在的端面上，从注液孔注入电解液，采用搅拌摩擦焊工艺焊接密封钉，保证电解液不溢出，致此此电化学装置便制作完成。

所述原材料为铝材或铝合金。

实施例2

本实施例2与实施例1的不同之处在于：所述正电极3和负电极5设置在壳体框架1的同一个侧面上，如图2所示；相应地，正极全极耳和负极全极耳形成于卷芯2一端，便于与正电极3、负电极5连接；电化学装置的制备方法中，所述步骤（4）中，本实施例2中注液孔设置在壳体框架1的正电极3和负电极5所在的端面上。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。