一种电池的制作方法

1.本实用新型属于电池技术领域，具体涉及一种具有高长宽比的电池。


背景技术：

2.锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命以及环境友好等优点，已大量应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品以及新能源汽车上。目前bev新能源汽车上使用的动力电池向着更高的长宽比方向发展，而常规的b型电池结构中，极耳是在电芯长度方向上的两端引出，极耳与电芯中集流体的连接面积比较小，使得电芯的内阻偏大，集流体与极耳连接处过流压力大，沿长度方向电流密度分布极其不均一。而且由于电池长度比较长，极耳处的电流密度比电芯中间位置的电流密度要高很多，电流密度不均一导致大倍率充电时电芯温升过高，限制了电芯的快充能力。此外，电流密度分布不均一还会使得电池表面温升差距大，影响电芯的使用寿命。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种可以兼顾电池的快充性能及能量密度性能的电池。
4.一种电池，包括电芯及封装所述电芯的导电材质的膜壳，所述电芯包括极性相反的第一极片和第二极片；所述第一极片包括第一集流体以及设置于所述第一集流体的宽度方向上的一端的第一集流体极耳，所述第二极片包括第二集流体以及设置于所述第二集流体的宽度方向上的一端的第二集流体极耳，所述第一集流体极耳和所述第二集流体极耳分别位于所述电芯的宽度方向上的两端；所述第一集流体极耳和所述膜壳的底部相连，所述膜壳上设置有与所述膜壳连接的第一极柱；所述第二集流体极耳和第二硬极耳相连，所述第二硬极耳和伸出于所述膜壳之外的第二极柱相连。
5.如上所述的电池，可选的，所述第一集流体极耳的长度≥所述第一极片的长度的90％；和/或，所述第二集流体极耳的长度≥第二极片的长度的90％。
6.如上所述的电池，可选的，所述第二硬极耳的长度≥所述第二集流体极耳的长度的90％。
7.如上所述的电池，可选的，所述第一集流体极耳和所述膜壳的底部焊接连接，所述第一集流体极耳和所述膜壳的底部之间设置有一个或多个沿所述电芯的长度方向间隔设置的焊接区域，所述焊接区域的总长度≥第一集流体极耳长度的20％；和/或，所述第二集流体极耳和所述第二硬极耳之间焊接连接，所述第二集流体极耳和所述第二硬极耳的底部之间设置有一个或多个沿所述电芯的长度方向间隔设置的焊接区域，所述焊接区域的总长度≥第二集流体极耳长度的20％。
8.如上所述的电池，可选的，所述第一集流体极耳和所述膜壳之间以及所述第二集流体极耳和所述膜壳之间设置有绝缘缓冲层；和/或，所述第一极柱和所述膜壳之间以及所述第二极柱和所述膜壳之间设置有绝缘密封圈。
9.如上所述的电池，可选的，所述第一极柱和所述第二极柱位于所述膜壳的同一侧。
10.如上所述的电池，可选的，所述第一极柱和所述第二极柱以电池的长度方向上的中心线为对称轴对称布置。
11.如上所述的电池，可选的，所述第一极片为正极片，所述第二极片为负极片，所述膜壳为铝壳或碳纤维壳或镀铝碳纤维壳，所述第一集流体极耳和所述膜壳焊接连接。
12.如上所述的电池，可选的，所述第一极片为负极片，所述第二极片为正极片，所述膜壳为钢壳或镀镍钢壳或镀镍铜壳或碳纤维壳或镀镍碳纤维壳或镀铜碳纤维壳，所述第一集流体极耳和所述膜壳焊接连接。
13.如上所述的电池，可选的，所述电芯的长宽比大于2∶1。
14.由以上技术方案可知，本实用新型将集流体极耳从电芯宽度方向的两端引出，并利用由导电材质制成的膜壳作为一个硬极耳，集流体极耳的长度和集流体的长度相当，增加了集流体极耳和集流体的连接面积，从而减小了电芯内阻，降低了极片的电流密度，提升了极片电流密度均一性，有利于电池倍率性能及快充性能的提升，也使得大面积密度极片的设计方案得以实施，不影响高倍率下厚极片的使用，达到既提升了电池的能量密度，也降低了电芯成本的效果。而且，电流密度的降低及均一性使得电芯在充放电过程中的温升降低，温度分布比较均一，便于热管理，也有利于提升电池包的利用空间，电流密度的降低与均一性还可以提升电池的使用寿命。
附图说明
15.为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本实用新型实施例1电池的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例2电池的结构示意图；
18.图3为对比例1电池的结构示意图。
19.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
20.下面结合附图对本实用新型进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的附图会不依一般比例做局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。需要说明的是，附图采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、清晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；术语“正”、“反”、“底”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相
连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.电池通常包括电芯及封装电芯的膜壳。封装电芯的膜壳根据材质的不同主要分为硬壳和软壳两大类，硬壳一般采用钢壳、铝壳等导电材料制成，软壳一般采用铝塑膜材料制成。常规的具有高长宽比的硬壳电池，极耳是从电芯长度方向的两端引出，由于极耳与极片集流体的连接面积太小，会导致电芯内阻大，集流体和极耳连接处过流压力大，以及长度方向电流密度分布不均等问题。
23.为了解决以上问题，本实用新型的改进思路是，在正、负极片的长边上出集流体极耳，也就是集流体极耳从电芯宽度方向的两端引出，而且正极集流体极耳和负极集流体极耳中的一个集流体极耳和膜壳直接相连，使膜壳能够作为一个硬极耳，和膜壳顶盖上的一个极柱直接相连，另一个集流体极耳和另一个硬极耳相连，该硬极耳和设置于膜壳顶盖上的另一个极柱相连，组装成电池。
24.具有高长宽比的电池呈长条形。电池在过电池的两个极柱的轴线的平面上的投影为长方形，为了便于说明，将电池的该长方形投影的长边定义为电池的长，将电池的该长方形投影的短边定义为电池的宽。即电池的长度方向为该长方形投影的长边方向(如图1中x轴的方向)，电池的宽度方向为该长方形投影的短边方向(如图1中y轴的方向)。和电池的长度方向及宽度方向所在平面相垂直的方向为电池的厚度方向。电芯及膜壳的长度方向、宽度方向及厚度方向均和电池的长度方向、宽度方向及厚度方向一致，电芯中的极片、集流体的长度方向及宽度方向也和电池的长度方向及宽度方向一致，极片(集流体)的长边为长度，短边为宽度。本实用新型的具有高长宽比的电池是指电池的长度比电池的宽度要大，亦即电芯的长度比电芯的宽度大，具体来说，电池(电芯)的长度和电芯(电池)的宽度的比大于2∶1。
25.本实用新型的电芯可以是叠片电芯也可以是卷绕电芯。电芯包括极性相反的第一极片和第二极片，第一极片可以是正极片也可以是负极片，第二极片则对应是负极片或正极片，正极片和负极片之间由隔膜隔开。正极片包括正极集流体及涂覆在正极集流体表面的正极活性物质层，正极集流体可采用铝箔制成。正极集流体在正极片的宽度方向的一端留有未涂覆活性物质的空箔区，该空箔区构成正极集流体极耳，正极集流体极耳的长度≥正极片长度的90％，优选的，正极集流体极耳的长度＝正极片长度，即为全极耳。负极片包括负极集流体及涂覆在负极集流体表面的负极活性物质层，负极集流体可采用铜箔制成。可选的，负极集流体在负极片的宽度方向的一端留有未涂覆活性物质的空箔区，该空箔区构成负极集流体极耳，负极集流体极耳的长度≥负极片长度的90％，优选的，负极集流体极耳的长度＝负极片长度。正极集流体极耳和负极集流体极耳分别位于电芯宽度方向上的两端。
26.作为本实用新型一种可选的实施方式，电池的膜壳为铝壳或碳纤维壳或镀铝碳纤维壳，正极集流体极耳和膜壳焊接在一起，膜壳充当正极硬极耳，同时在膜壳顶盖上设置正极极柱。负极集流体极耳和负极硬极耳焊接在一起，负极硬极耳可为铜片或镍片，负极硬极耳和穿出于膜壳顶盖外的负极极柱相连。负极集流体极耳以及负极硬极耳与膜壳之间设置
有绝缘缓冲层，负极极柱和膜壳以及正极极柱和膜壳之间设置有绝缘密封圈，以避免负极集流体极耳及负极硬极耳与膜壳、正负极极柱和膜壳之间短路导电。
27.作为本实用新型另一种可选的实施方式，电池的膜壳为钢壳或镀镍钢壳或镀镍铜壳或碳纤维壳或镀镍碳纤维壳或镀铜碳纤维壳，负极集流体极耳和膜壳焊接在一起，膜壳充当负极硬极耳，同时在膜壳顶盖上设置负极极柱。正极集流体极耳和正极硬极耳焊接在一起，正极硬极耳可为铝片，正极硬极耳具有突出于膜壳顶盖外的突出部，该突出部形成正极极柱。正极集流体极耳及正极硬极耳与膜壳之间设置有绝缘缓冲层，正极极柱和膜壳以及负极极柱和膜壳之间设置有绝缘密封圈。
28.本实用新型的硬极耳的长度≥集流体极耳长度的90％，优选的，硬极耳的长度＝集流体极耳的长度。
29.本实用新型的集流体极耳和膜壳之间以及集流体极耳和硬极耳之间的焊接区域可为1个或多个，可选的，集流体极耳和膜壳间的焊接区域的总长度≥集流体极耳长度的20％，集流体极耳和硬极耳之间的焊接区域的总长度≥集流体极耳长度的20％，所形成的焊印的宽度≥1mm。在一些实施例中，多个焊接区域沿电芯的长度方向均匀间隔布置。进一步优选的，集流体极耳和膜壳之间以及集流体极耳和硬极耳之间均只设有一个焊接区域，焊接区域的长度＝集流体极耳的长度。集流体极耳和膜壳之间以及集流体极耳和硬极耳之间可采用超声焊、激光焊等方式焊接在一起。
30.本实用新型的绝缘缓冲层的材质可为聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚酰亚胺(pi)、芳香族聚酰胺(pmia)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、聚对苯撑苯并二唑(pbo)、聚氨酯(pu)、聚乙烯酸(pvc)、聚苯乙烯(ps)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、密胺树脂(mf)、绝缘纸中的一种或组合，绝缘缓冲层既可以起到将膜壳隔离绝缘的作用，还可以起到固定电芯的作用。绝缘密封圈的材质可为橡胶、聚氨酯、树脂中的一种或组合，绝缘密封圈起到将膜壳隔离绝缘的作用以及密封膜壳的作用。
31.本实用新型的设置于膜壳顶盖上的极柱可为铝、铜镀镍、钢、镀镍钢等材质制成。正、负极极柱可设置于膜壳顶盖上的任意位置，优选的，正负极柱以电芯长度方向上的中心线为对称轴对称设置。正、负极柱间的距离在保证无短路风险，方便排线的前提下，越近越好。
32.下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
33.实施例1
34.如图1所示，本实施例的电池包括电芯及封装电芯的膜壳1，膜壳1为铝壳。本实施例的电芯为采用常规的叠片工艺制成的叠片电芯，电芯的容量为100ah，电芯的长度、宽度及厚度分别为600mm、100mm、9mm。
35.电芯包括正极片和负极片，正极片和负极片之间由隔膜隔开。本实施例的正极片为第一极片，负极片为第二极片。正极片包括正极集流体(第一集流体)及涂覆在正极集流体表面的正极活性物质层。本实施例的正极集流体为铝箔，正极活性物质为ncm811三元材料，正极片的单面密度28mg/cm2。以图1所示方向为例，本实施例的正极集流体的下部留有未涂覆正极活性物质的空箔区，该空箔区构成正极集流体极耳2(第一集流体极耳)，正极集流体极耳2和膜壳1的底部(膜壳设置极柱的一端为膜壳的顶部，另一端则为膜壳的底部)焊接在一起，膜壳1形成本实施例的正极硬极耳(第一硬极耳)。正极集流体极耳2和膜壳1的底
部之间设置有多个沿电芯的长度方向(图1中的x轴方向)间隔布置的焊接区域3。
36.负极片包括负极集流体(第二集流体)及涂覆在负极集流体表面的负极活性物质层。本实施例的负极集流体为铜箔，负极活性物质为石墨，负极片的单面密度为16mg/cm2。以图1所示方向为例，本实施例的负极集流体的上部留有未涂覆负极活性物质的空箔区，该空箔区构成负极集流体极耳4(第二集流体极耳)，负极集流体极耳4和负极硬极耳5(第二硬极耳)焊接在一起，负极集流体极耳4和负极硬极耳5之间设置有多个沿电芯的长度方向(图1中的x轴方向)间隔布置的焊接区域3。本实施例的电芯为长边出极耳的结构，即集流体极耳从电芯的宽度方向上的端部引出，正极集流体极耳2和负极集流体极耳4分别位于电芯的宽度方向上的两端。负极硬极耳5和负极极柱9(第二极柱)为分体式结构，负极硬极耳5和负极极柱9焊接在一起，负极极柱9伸出于膜壳1的顶盖外。在负极极柱9和膜壳1之间设置有绝缘密封圈6。在正极集流体极耳2和膜壳1之间，以及负极集流体极耳5和膜壳1之间设置有绝缘缓冲层10。
37.在膜壳1的顶盖上还设置有防爆阀7以及正极极柱8(第一极柱)，本实施例的正极极柱8和负极极柱9均位于膜壳1的同一侧，且以电池的长度方向上的中心线l为对称轴对称布置，正极极柱8和负极极柱9之间的距离为2cm。
38.本实施例的正负极片长度＝正负集流体长度＝硬极耳长度＝590mm，为全极耳设计，焊印的宽度为3mm。本实施例的负极硬极耳5的材质为铜镀镍，正极极柱8的材质为铝，正极极柱8的半径为3.5mm，负极极柱9的材质为铜转铝，负极极柱9的半径为3mm。
39.实施例2
40.实施例2与实施例1不同之处在于：如图2所示，本实施例的负极片为第一极片，正极片为第二极片，膜壳1为钢壳，负极集流体极耳5(第一集流体极耳)从负极片的下部引出，正极集流体极耳2(第二集流体极耳)从正极片的上部引出。负极集流体极耳5和膜壳1的底部焊接在一起，膜壳1形成本实施例的负极硬极耳(第一硬极耳)。正极集流体极耳2和正极硬极耳11(第二硬极耳)焊接在一起，正极硬极耳11的材质为铝，正极硬极耳11和正极极柱(第二极柱)为一体式结构，即正极硬极耳11具有伸出于膜壳1的顶盖外的突出部11a，该突出部11a形成正极极柱，在膜壳1的顶盖上还设置有负极极柱12(第一极柱)，负极极柱12的材质为铝。负极极柱12和正极极柱(突出部11a)的半径分别为3.5mm和3mm。
41.对比例1
42.对比例1和前述实施例不同的地方在于，对比例1的电芯为短边出极耳的结构，即集流体极耳从电芯的长度方向上的端部引出，且正极集流体极耳和负极集流体极耳分别位于电芯的长度方向上的两端。如图3所示，对比例1的电池包括电芯及封装电芯的膜壳20，电芯包括正极片和负极片，膜壳20为铝壳。正极极柱21和负极极柱22分别位于膜壳20的长度方向的两端。正极集流体极耳23从正极集流体的短边伸出，并和正极极柱21焊接在一起。负极集流体极耳24从负极集流体的短边伸出，并和负极极柱22焊接在一起。正极极柱21和负极极柱22分别位于膜壳1长度方向(图1中的x轴方向)上的两端。正极极柱21和膜壳1之间，以及负极极柱22和膜壳1之间设置有绝缘密封圈25。防爆阀26设置于膜壳1上，并且和正极极柱21位于同一侧。在电芯和膜壳1之间设置有绝缘缓冲层27。正极极柱21的轴线及负极极柱22的轴线和电池的宽度方向(图1中的y轴方向)上的中心线l1重合。
43.对比例2
44.对比例2与对比例1不同之处在于：对比例2的膜壳为钢壳。
45.为了验证本实用新型电池的性能，将实施例1、2以及对比例1、2的电池进行温度测试、极限充电倍率测试以及循环测试。
46.温度测试主要测试电池的温升与温度分布，将实施例1、2以及对比例1、2的电池在室温25℃下进行0.5c/0.5c充放电测试，电压范围为4.2v～2.75v，以0.5c恒流恒压充电至4.2v，以0.5c恒流放电至2.75v，用红外测温仪测试记录电池在充放电过程中长宽面(电池的面积最大的表面)的最高温、最低温以及温度分布情况。测试结果见表1。
47.表1室温充放电表面温升对比数据表
[0048] 实施例1实施例2对比例1对比例2最高温度/℃30294038最低温度/℃25252525最大温升/℃541513温度分布情况均一均一不均一不均一
[0049]
从表1的结果可以看出，实施例1、2的电池在充放电时，表面温升要比对比例1、2的电池(常规的窄边出极耳结构的电池)低10℃左右，最高温度也比对比例1、2的电池低10℃左右，而且温度分布在电池的整个长宽面上均一，温度分布的均一性可以为电池包冷却系统的设计减小负担。
[0050]
极限充电倍率测试是将实施例1、2以及对比例1、2的电池在室温25℃下进行0.33c、0.5c、0.7c、1c、1.2c、1.5c、2c恒流恒压充电至4.2v，0.5c放电至2.75v，循环10次，电池以不同倍率充满电后，进行拆解，观察负极表面是否析锂，并判定析锂严重程度。测试结果见表2。
[0051]
表2不同倍率充电析锂对比表
[0052] 实施例1实施例2对比例1对比例20.33c无无无无0.5c无无无无0.7c无无局轻微析锂轻微析锂1c无无析锂析锂1.2c无无严重析锂严重析锂1.5c轻微析锂轻微析锂//
[0053]
从表2的结果可以看出，实施例1、2的电池的充电窗口可以到1.2c充电而不析锂，而对比例1、2的电池(常规的窄边出极耳结构的电池)的充电窗口只可以到0.5c不析锂。本实用新型的长边全极耳结构设计在一定程度可以降低负极电流密度，并使电流密度均一化，这是温度分布均一化的主要原因，也使得充电倍率窗口要比常规窄边出极耳结构的电池要高。
[0054]
循环测试是按照0.33c/0.5c和1c/1c两种充放电制度，对实施例1、2以及对比例1、2的电池在室温25℃下进行循环测试，电压范围为4.2v～2.75v，并记录电芯容量衰减至80％初始容量时的循环次数。在循环结束后，满电拆解，观察负极表面是否析锂，并判定析锂严重程度。测试结果见表3。
[0055]
表3室温25℃下循环性能对比数据表
[0056] 实施例1实施例2对比例1对比例20.33c/0.5c2032@80％2180@80％1148@80％1122@80％拆解析锂情况无无析锂析锂1c/1c1478@80％1524@80％353@80％391@80％拆解析锂情况轻微析锂轻微析锂严重析锂严重析锂
[0057]
从表3可以看出，0.33c充电倍率下，实施例1、2以及对比例1、2的电池在初期都没有析锂，但在循环结束后，对比例1、2的电池的负极出现了析锂的情况。而且实施例1、2的电池的循环次数要远远高于对比例1、2的电池。1c/1c循环，对比例1、2的电池只循环不到400次，容量就衰减至80％，且负极严重析锂，对比之下，实施例1、2的电池循环接近1500次，负极只出现轻微析锂。
[0058]
以上测试结果表明，采用长边出集流体极耳的设计，电池的充电窗口可以拓宽至较大倍率，从而正、负极片的面密度能够增加至比较高的水平，对电池的成本、良率、续航里程、循环寿命、电池包系统设计都起到大幅提升的作用。
[0059]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。