电池的制作方法

1.本发明涉及电池领域，具体地涉及一种电池。


背景技术：

2.与铝塑膜包装结构的电池相比，钢壳电池具有外壳坚硬、耐压、抗损伤能力强、安全性更好等优点。由于钢壳电池的壳体较薄，便于控制加工精度，制成的电池尺寸一致性较好。
3.现有锂离子钢壳电池多采用卷绕和叠片式结构的电芯，将其置于方形钢壳的容纳腔内，并由后盖板封闭。具体地，利用适当的凹凸模具冲压制成具有容纳腔的方形钢壳，在卷绕或叠片后的电芯上焊接极耳后，装配至方形钢壳的长方形腔体内，并将后盖板焊接在方形钢壳的开口端，以将电芯封闭在容纳腔中。
4.如图1所示为一种现有钢壳电池的剖视结构示意图。由于方形钢壳2’的壁厚较薄，且高强度钢材自身的延展性较差，在利用凹凸模具冲压成型时需要在相邻壳体壁之间设计较大曲率半径的r角，以免冲破壳体。然而，这导致电芯1’装配至方形钢壳2’的容纳腔中后在该电芯1’与方形钢壳2’的内壁面(周壁和底壁)之间形成较大间隙，从而避免极片变形导致的短路风险。因此，尽管钢壳电池具有诸多优点，但其方向钢壳2’的容纳腔空间利用率较低，制约了电池容量和能量密度的提升。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了克服现有技术存在的钢壳电池的电池容量和能量密度相对较低的问题，提供一种电池，该电池能够有效提升钢壳电池的电池容量和能量密度。
6.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种电池，该电池包括形成有容纳腔的电池壳体和布置于所述容纳腔中的电芯，所述容纳腔大体呈长方体状，所述电芯包括层叠设置的第一电芯和第二电芯，其中，
7.沿长度方向：
[0008][0009][0010]
沿宽度方向：
[0011][0012][0013]
沿层叠方向：
[0014]
0＜h1≤h-r3；
[0015]
[0016]
其中，l、w、h分别为所述容纳腔的长度、宽度和深度；r1、r2、r3分别为所述电池壳体在所述长度方向、宽度方向和层叠方向的r角半径；l1、w1、h1分别为所述第一电芯的长度、宽度和层叠高度；l2、w2、h2分别为所述第二电芯的长度、宽度和层叠高度。
[0017]
优选地，沿层叠方向：优选地，沿层叠方向：
[0018]
优选地，所述电芯包括层叠于所述第二电芯的远离所述第一电芯的一侧的第三电芯，其中，
[0019]
0＜l3≤l-2r1；
[0020]
0＜w3≤w-2r2；
[0021][0022]
其中，l3、w3、h3分别为所述第三电芯的长度、宽度和层叠高度。
[0023]
优选地，所述第一电芯、第二电芯和第三电芯的沿所述长度方向的一侧边缘相互平齐，并在该侧边缘设有极耳。
[0024]
优选地，所述第一电芯、第二电芯和第三电芯各自的沿所述长度方向的中心线位于同一平面内，以使得所述第一电芯的沿所述宽度方向的两侧分别对称地延伸至超出所述第二电芯，所述第二电芯的沿所述宽度方向的两侧分别对称地延伸至超出所述第三电芯。
[0025]
优选地，所述第一电芯由多个具有相同尺寸的第一电芯极片堆叠而成；所述第二电芯由多个具有相同尺寸的第二电芯极片堆叠而成；所述第三电芯由多个具有相同尺寸的第三电芯极片堆叠而成。
[0026]
优选地，所述电芯层叠设置为使得所述第一电芯的负极与所述第二电芯的正极相对，所述第二电芯的负极与所述第三电芯的正极相对。
[0027]
优选地，所述电芯的至少部分侧边缘包覆有绝缘胶布。
[0028]
通过上述技术方案，本发明的电芯适应于方形钢壳的r角设计，针对电池壳体中容纳腔的弧形段和平直段形状变化提供具有不同长度、宽度和/或厚度尺寸的电芯部分，以充分利用电池壳体的容纳空间，避免电芯与该电池壳体的内壁面之间的间隙过大，由此能够有效提升钢壳电池的电池容量和能量密度。
附图说明
[0029]
图1是现有技术中一种钢壳电池的剖视结构示意图；
[0030]
图2是根据本发明一种优选实施方式的电池的电池壳体的结构示意图；
[0031]
图3是根据本发明一种优选实施方式的电池的后盖板的结构示意图；
[0032]
图4是根据本发明一种优选实施方式的电芯的结构示意图；
[0033]
图5是图4中电芯的仰视图；
[0034]
图6是根据本发明一种优选实施方式的电池的俯视图；
[0035]
图7是图6中电池的b-b剖视图；
[0036]
图8是图7中局部a的放大图；
[0037]
图9是图6中电池的c-c剖视图。
[0038]
附图标记说明
[0039]
1-电芯；2-电池壳体；3-容纳腔；4-第三电芯；5-第二电芯；6-第一电芯；7-后盖板；
8-极耳；9-第三电芯极片；10-第二电芯极片；11-第一电芯极片；12-绝缘胶布。
具体实施方式
[0040]
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0041]
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“长度方向、宽度方向”通常是指参考图2所示的电池壳体2的容纳腔3的长度方向和宽度方向，即在大致形成为长方体状的容纳腔3的情形下，其长边的延伸方向为长度方向，宽边的延伸方向为宽度方向。另外，本发明使用的方位词“层叠方向”是指参考图4所示的电芯1的不同电芯部分(即第一电芯6、第二电芯5和第三电芯4)的层叠方向，所述“层叠高度”为沿该层叠方向的高度尺寸。
[0042]
参照图2所示，一种用于本发明优选实施方式的电池的电池壳体2，其具有例如利用凹凸模具冲压成型的大致呈长方体状的容纳腔3，用于容纳电芯。该电池壳体2可以由薄壁钢材冲压而成，为免冲压过程中发生撕裂，该电池壳体2设计为在相邻壳体壁之间形成有r角。即本发明所述r角为电池壳体2的相邻壳体壁之间的弧形过渡部分，例如图示电池壳体2的相邻侧壁之间、底壁与侧壁之间的八个弧形棱边。典型地，该r角可以为圆弧状并对应大小为45
°
的圆心角。
[0043]
上述电池壳体2在与底壁相对的一端形成为开口端，在将电芯通过该开口端置于容纳腔3中后，可以利用如图3所示的后盖板7封闭该开口端，并通过将该后盖板7与电池壳体2的开口端的水平凸缘焊接而将电芯封闭在容纳腔3内。
[0044]
参照图4至图9所示，适应于前述电池壳体2的容纳腔3形状，本发明提供一种电芯1，用于布置于所述容纳腔3内制成电池(如钢壳电池)。该电芯1包括层叠设置的第一电芯6和第二电芯5，且布置为使得第一电芯6位于靠近电池壳体2的开口端。
[0045]
其中，沿长度方向：
[0046][0047][0048]
沿宽度方向：
[0049][0050][0051]
沿层叠方向：
[0052]
0＜h1≤h-r3；
[0053][0054]
其中，l、w、h分别为电池壳体2的容纳腔3的长度、宽度和深度(由于容纳腔具有r角，此处所述容纳腔的长度、宽度和深度为其最大长度、最大深度和最大深度)；r1、r2、r3分别为电池壳体2在长度方向、宽度方向和层叠方向的r角半径，分别如图6、图7和图9所示，r1为长度方向两端的端壁与宽度方向两侧的侧壁之间的过渡圆角的曲率半径；r2为宽度方向两侧的侧壁与底壁之间的过渡圆角的曲率半径；r3为长度方向两端的端壁与底壁之间的过
渡圆角的曲率半径；l1、w1、h1分别为第一电芯6的长度、宽度和层叠高度；l2、w2、h2分别为第二电芯5的长度、宽度和层叠高度。
[0055]
由此，本发明的电芯1适应于例如为方形钢壳的r角设计，针对电池壳体2中容纳腔3的弧形段和平直段形状变化提供具有不同长度、宽度和/或厚度尺寸的电芯部分，以充分利用电池壳体2的容纳空间，避免电芯1与该电池壳体2的内壁面之间的间隙过大，由此能够有效提升钢壳电池的电池容量和能量密度。
[0056]
在如图2所示的电池壳体2中，其相邻侧壁之间的四个弧形棱边确定了第一电芯6的最大长度尺寸和最大宽度尺寸，该四个弧形棱边处的r角在长度方向和宽度方向分别以曲率半径r1和r2向长度方向两端的端壁和宽度方向两侧的侧壁过渡，由此该第一电芯6的最大长度尺寸和最大宽度尺寸可分别取值为：
[0057]
和
[0058]
同理地，结合电池壳体2的底壁与侧壁之间的四个底部弧形棱边在长度方向和宽度方向的r角半径，第二电芯5的最大长度尺寸和最大宽度尺寸可分别取值于：
[0059]
l-2r1至和w-2r2至
[0060]
同时，第一电芯6和第二电芯5的层叠高度可取值于0至h-r3(含)和0至相比于现有钢壳电池，利用该电芯1的电池中，第一电芯6可在长度方向和宽度方向的尺寸大于第二电芯5，由此能够有效利用电池壳体2的内部空间，提供的电池容量比相同厚度尺寸的第二电芯更大，从而整体具有相对更高的电池容量和较高的能量密度。
[0061]
进一步地，沿靠近电池壳体2底壁的方向，其四个底部弧形棱边在长度方向和宽度方向的尺寸在预定高度之下的位置显著缩小，因此需要综合考虑其长度、宽度与层叠高度，以更好地利用容纳腔3的空间。为此，沿层叠方向：
[0062][0063]
另外，第二电芯5的层叠高度可以设置为0＜h2≤(√2/2)r3，由此可以留出第一电芯6的层叠空间，利用其较大的长度和宽度尺寸填充电池壳体2的内部空间，提供更大的电池容量。
[0064]
对于靠近电池壳体2底壁的部分，可以层叠有第三电芯4。具体地，结合图4所示，电芯1可以包括层叠于第二电芯5的远离第一电芯6的一侧的第三电芯4，其中，
[0065]
0＜l3≤l-2r1；
[0066]
0＜w3≤w-2r2；
[0067][0068]
其中，l3、w3、h3分别为第三电芯4的长度、宽度和层叠高度。
[0069]
由此，通过设置该第三电芯4，本发明的电芯1利用了现有技术未被利用的电池壳体2的内部空间，能够进一步提升电池的能量密度。
[0070]
本发明的电芯1通过在靠近电池壳体2的容纳腔3的开口端至底壁的不同高度区域设置具有不同尺寸的电芯部分，形成为如三段阶梯式结构，通过第一电芯6在长度方向和宽度方向的尺寸增量和第三电芯4在层叠方向的厚度增量，有效提高了电池壳体2的空间利用
率，从而能够大幅提升电芯的能量密度(提高约2％-8％)。
[0071]
参照图4和图5所示，第一电芯6、第二电芯5和第三电芯4可以设置为沿其长度方向的一侧边缘相互平齐，由此能够在该侧边缘焊接极耳8，避免前述尺寸设置导致的该极耳8处的安全风险。在此情形下，在长度方向的另一侧，第一电芯6延伸至超出第二电芯5，第二电芯5延伸至超出第三电芯4。
[0072]
在宽度方向，第一电芯6、第二电芯5和第三电芯4可以设置为其各自的沿长度方向的中心线位于同一平面内，由此，第一电芯6的沿宽度方向的两侧分别对称地延伸至超出第二电芯5，第二电芯5的沿宽度方向的两侧分别对称地延伸至超出第三电芯4。
[0073]
在一种优选实施方式中，第一电芯6可以由多个具有相同尺寸的第一电芯极片11堆叠而成；第二电芯5可以由多个具有相同尺寸的第二电芯极片10堆叠而成；第三电芯4可以由多个具有相同尺寸的第三电芯极片9堆叠而成。由此，第一电芯6、第二电芯5和第三电芯4各自分别具有恒定的长度尺寸和宽度尺寸，以避免过高的制造成本。
[0074]
在此情形下，第一电芯极片11的长度可以比第二电芯极片10的长度大第一电芯极片11可以在宽度方向的两侧分别相对第二电芯极片10延伸至超出类似地，第二电芯极片10的长度可以比第三电芯极片9的长度大第二电芯极片10可以在宽度方向的两侧分别相对第三电芯极片9延伸至超出
[0075]
在本发明一种优选实施方式的电芯中，第一电芯6的负极与第二电芯5的正极相对，由此使得在二者相接的表面上n/p比大于1，避免n/p比过小导致的电芯析锂等问题。同理地，在设置有第三电芯4的优选实施方式中，第二电芯5的负极与第三电芯4的正极相对。
[0076]
在将电芯1装配至电池壳体2内前，可以在该电芯1的侧边缘包覆绝缘胶布12，以防止与电池壳体2直接接触而发生短路。
[0077]
将电芯1装配至电池壳体2内后，后盖板7被焊接至该电池壳体2的开口端，并通过向该电池壳体2内注入电解液，经过一系列复杂的生产工序，最终制得具有高能量密度的电池。
[0078]
需要说明的是，尽管在上述优选实施方式中以具有两段或三段阶梯式电芯结构为例对本发明提供的电芯和电池进行了说明，但本发明的电芯并不限于此。例如，本发明的电芯还可以形成为四段或更多段电芯结构。另外，电池壳体2的容纳腔3并不限于形成为大致呈长方体状，但其也可以形成为其他形状，相应地，电芯1在长度方向、宽度方向的尺寸为层叠平面内的彼此垂直的不同方向的尺寸。例如，在容纳腔3的长度与宽度相等的情形下，第一电芯6的长度与宽度、第二电芯5的长度与宽度可以分别相等。
[0079]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。