大容量电池的制作方法、半成品单体电池及大容量电池

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种大容量电池的制作方法、半成品单体电池及大容量电池。

背景技术

目前市场上多通过并联或串联多个单体电池使其成为大容量电池(也可称之为电池模组或电池组)。

现有一种大容量电池，采用多个单体电池以及箱体组成，由于各单体电池处于一个共享电解液体系下，确保了各单体电池的一致性，提升了大容量电池的循环寿命。该大容量电池的制作过程大致如下：

制作成品单体电池

按照卷绕或叠片的形式组装成电极组件，再将电极组件放入外壳内，然后向外壳内第一次注入电解液，再对单体电池封口，化成等操作，成品单体电池制作完成。

制作大容量电池

将同一组内的单体电池进行并联，装入箱体内，进行二次注液、化成，继而完成大容量电池的制作。

根据以上方法可知，现有大容量电池在制作时，首先有制作单体电池时的注液步骤，再有对单体电池封口、化成的步骤；另外在大容量电池制作时还有对各单体电池进行二次开口，二次注液的步骤。

因此，在实际生产过程中发现，采用上述方法制作大容量电池工序繁琐，成本较高。

发明内容

为了解决现有大容量电池制作过程繁琐以及成本高的问题，本发明一方面提供了一种大容量电池的制作方法。

该制作方法，包括以下步骤：

组装未注入电解液的半成品单体电池；半成品单体电池的外壳上设置有至少一个第一通孔；

组装半成品大容量电池；

将多个半成品单体电池放入箱体内，各半成品单体电池的内腔通过第一通孔与所述箱体内腔连通，密封所述箱体，并将延伸出箱体外的各半成品单体电池极柱进行并联，继而形成半成品大容量电池；

抽真空

对半成品大容量电池执行抽真空步骤；该步骤的目的是去除箱体内腔和各半成品单体电池内腔的杂质，进一步地可使箱体内腔和各半成品单体电池内腔产生负压；

注液及化成

向半成品大容量电池内注入电解液，使各单体电池处于一个统一的电解液体系下，之后化成操作，完成大容量电池的制作。

进一步地，上述方法还包括对化成后的大容量电池进行老化的步骤。

第二方面提供了一种半成品单体电池，应用于制作上述的大容量电池；该半成品单体电池包括外壳、正极柱、负极柱以及电极组件；正极柱、负极柱绝缘固定在外壳顶板；正极柱、负极柱的一部分延伸出外壳顶部；正极柱、负极柱的另一部分伸入所述外壳内与设置于外壳内的电极组件连接；外壳内未注入电解液；外壳上设置有一个第一通孔。

进一步地，上述外壳的顶部设置有至少一个第一通孔。

进一步地，上述外壳的底部或侧壁上设置有至少一个第一通孔，所述外壳顶部设置有一个第三通孔。

第三方面提供了一种大容量电池，包括箱体以及多个单体电池；多个单体电池并联设置在所述箱体内；各个单体电池的外壳上设置有第一通孔；箱体上设置有注液口；箱体顶部设置有用于供各单体电池的正极柱、负极柱引出的第二通孔，且每个第二通孔对应的箱体顶部区域与该第二通孔对应的单体电池外壳顶部固定密封；各单体电池内的电解液与箱体内的电解液连通，继而使各单体电池处于一个共享电解液体系内。

进一步地，上述箱体包括第二筒体以及固定密封于第二筒体两端的端板；所述注液口设置于端板上。

进一步地，上述第一通孔设置于单体电池外壳顶部，相应地，第二筒体的顶部设置有用于和各单体电池第一通孔连通的第一通道。

该第一通道的设置可具有以下四个功能：

(1)、抽真空时，方便杂质被抽出；

(2)、注液时使电解液更加顺畅的进入各单体电池内腔以及箱体内，使得共享电解液体系内的电解液连续性更强(避免断液现象的出现)。

(3)、在大容量电池组装完成后，电解液在重力的作用下使得各单体电池以及箱体内的电解液位于单体电池内腔底部以及箱体底部，因此该第一通道在老化或运行过程中可作为气体通道使用，各单体电池的处于一个气体平衡体系内，从气压的角度提升了各单体电池的均一性，继而进一步提升了大容量电池的循环性能，并且由于各单体电池内压基本相同，也大大降低了某一单体电池由于内压过大而发生热失控的风险，提高了大容量电池的安全性，若是给第一通道上增设排气阀，定时进行排气，还可进一步提升大容量电池的循环寿命。

(4)、可在第一通道上设置泄爆阀，万一某一单体电池热失控时，热失控烟气通过第一通孔、第一通道排放至外部热失控烟气处理装置进行及时处理，降低了更为严重的事故发生的概率。

进一步地，上述第一通孔设置于单体电池外壳底部或侧壁上，相应地，第二筒体的底部或侧壁上设置有用于和各单体电池第一通孔连通的第一通道；

各单体电池顶部设置第三通孔，相应地，第二筒体的顶部设置有与各单体电池上第三通孔连通的第二通道。

第一通道作为电解液共享通道使用，具有上述(1)和(2)两种功能；

第二通道作为气体通道使用，具有上述(3)和(4)两种功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明采用未注液的半成品单体电池组成半成品大容量电池，之后再对半成品大容量电池进行抽真空、注液、化成等操作制作大容量电池，相比现有方法减少了对各单体电池注液、封口、化成的步骤、以及对单体电池二次开包的步骤，大大提升了大容量电池的制作效率。

2、本发明的方法在注液前对半成品大容量电池执行了抽真空步骤，目的是去除箱体在密封过程中(一般为焊接方式进行密封)有可能引入的杂质，并且抽真空后箱体内以及半成品单体电池内腔均呈负压状态，还可确保后续注液时，电解液能够顺利进入箱体内腔和各半成品单体电池内腔，进而确保了后续制作好大容量电池的性能。

3、本发明中半成品单体电池的外壳上直接开设第一通孔，相比现有采用成品单体电池减少了用于二次开包的密封开包机构，通过直接在外壳顶部设置第三通孔，相比现有采用成品单体电池减少了泄爆膜的使用，因此，制作成本也进一步的降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1为本发明的方法流程图；

图2为第一种半成品单体电池的结构示意图；

图3为第二种半成品单体电池的结构示意图；

图4为仅具有第一通道的大容量电池的结构示意图；

图5为图4大容量电池的箱体结构；

图6为具有第一通道和第二通道的大容量电池的结构示意图；

图7为图6大容量电池的箱体结构。

附图标记如下：

100-半成品单体电池、1-外壳、2-正极柱、3-负极柱、4-第一通孔、5-第一筒体、6-上盖板、7-下盖板、8-凹槽、21-第三通孔；

200-大容量电池、9-箱体、10-单体电池、11-第二通孔、12-极柱转接件、13-中空构件、14-第二筒体、15-第一盖板、16-第二盖板、17-第一通道、18-第二通道、19-第三盖板、20-第四盖板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“顶、底”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一、第二、第三、第四等”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明的基本设计思路是：

通过制作多个未注入电解液的半成品单体电池，并将其并联后放置入一个箱体内，对箱体进行密封，再向箱体内注入电解液，使得各半成品单体电池内腔的电解液和箱体内的电解液处于一个电解液体系下，之后执行化成操作，完成大容量电池的制作。与现有大容量电池制作方法相比，减少了对各单体电池注液、封口、化成的工序以及对单体电池进行二次开包的工序，大大提升了大容量电池的制作效率。

本实施例提供的大容量电池的制作方法的具体实现过程如下，如图1所示：

步骤1：组装未注入电解液的半成品单体电池；

该半成品单体电池与市售铝制方形锂离子结构基本一致，不同之处在于，该半成品单体电池没有注入电解液，且半成品单体电池上具有至少一个第一通孔；

步骤2：组装半成品大容量电池；

将多个半成品单体电池放入箱体内，各半成品单体电池的内腔通过第一通孔与所述箱体内腔连通，密封所述箱体，并将延伸出箱体外的各半成品单体电池极柱进行并联，继而形成半成品大容量电池；

该步骤中，密封所述箱体的过程就是要确保箱体内部与外部环境保持隔离。因此，实际密封的区域至少有以下两处：

1、在放入半成品单体电池时，箱体必然有一个敞口端，因此，在所有半成品单体电池放入箱体后，需要密封所述敞口端；

2、由于半成品大容量电池中各半成品单体电池的极柱均需要要延伸出所述箱体顶部，因此，还需对箱体顶部用于延伸出极柱的区域进行密封。

步骤3：注液及化成；

向箱体内注入电解液，使各单体电池处于一个统一的电解液体系下，之后化成操作，完成大容量电池的制作。

该过程中，化成的具体方式为：

以0.1C恒流充电至3.4V后，转3.4V恒压充电至截至电流0.01C，静置30min；

再以0.1C恒流放电至2.5V,静置30min；

再以0.2C恒流充电至3.4V后，转3.4V恒压充电至截至电流0.01C，再静置30min。化成过程可让大容量电池中各单体电池具有更稳定的SEI膜,使大容量电池具有更稳定的循环能力。

上述步骤1至3需要在特定环境下进行操作，该特定环境优选为露点标准-25到40℃间、湿度≤1％、温度23℃±2℃、洁净度10万级的环境。

上述方法优先的方案是：在注液及化成前还需要对半成品大容量电池执行抽真空步骤；

由于箱体在密封过程中(一般为焊接方式进行密封)有可能引入杂质，杂质会对大容量电池的性能造成影响，该抽真空过程则可以去除箱体内腔和各半成品单体电池内腔的杂质，并且抽真空后箱体内以及半成品单体电池内腔均呈负压状态，还可确保后续注液时，电解液能够顺利进入箱体内腔和各半成品单体电池内腔；

此处需要说明的是：抽真空和步骤3中注液时所用的接口在箱体上可以是一个接口，也可以是分开的两个接口。

在一些实施例中，还可在化成后，对大容量电池进行老化处理，老化温度50℃，老化时间48h，老化后可选择对大容量电池进行排气处理，排出化成后的废气，降低大容量电池的各单体电池发生鼓胀的概率。

半成品单体电池

如图2所示，半成品单体电池100包括外壳1以及设置于外壳内腔中的电极组件；此处所述电极组件由正极、隔膜、负极顺序排列，采用叠片或卷绕工艺装配而成；电极组件的正极和外壳顶部的正极柱2连接，电极组件的负极和外壳顶部的负极柱3连接；外壳内腔中未注入电解液；外壳上设置有至少一个第一通孔4(第一通孔的数量可以为两个以上，亦或者设置一个孔径较大的第一通孔)。

在一些实施例中，第一通孔4可设置在外壳底部或侧壁上，在组装大容量电池时用于注液和抽真空使用。

在一些实施例中，第一通孔4可设置在外壳顶部，在组装大容量电池时用于注液、抽真空、排气以及泄爆使用。

如图3所示，第二种半成品单体电池100包括外壳1以及设置于外壳内腔中的电极组件；此处所述电极组件由正极、隔膜、负极顺序排列，采用叠片或卷绕工艺装配而成；电极组件的正极和外壳顶部的正极柱2连接，电极组件的负极和外壳顶部的负极柱3连接；外壳内腔中未注入电解液；外壳的侧部或底部设置有至少一个第一通孔(第一通孔的数量可以为两个以上，亦或者设置一个孔径较大的第一通孔)，外壳的顶部设置有一个第三通孔21。

其中，第一通孔4在组装大容量电池时用于注液、抽真空使用；第三通孔21在组装大容量电池时用于排气、泄爆使用。

由于上述两种半成品单体电池都至少存在一个第一通孔，因此，在半成品单体电池组装成大容量电池前，或者存储和运输时，需要确保半成品单体电池的电极组件不会被外部环境腐蚀，因此可以采用薄膜热封的方式对半成品单体电池的第一通孔(和第三通孔)进行密封；

若不采取薄膜热封的方式，则需要将半成品单体电池的存储区设定为特定环境，在运输时将半成品单体电池放置在具备特定环境的运输仓内进行运输。

为了进一步的提升大容量电池的制作效率，优选地方式是在一个洁净车间(具有上述特定环境的车间)内依次完成半成品单体电池和半成品大容量电池的组装。

另外，上述两种半成品单体电池的外壳有也有两种结构形式，参见图2至4所示：

第一种外壳1包括第一筒体5以及上盖板6；该第一筒体5为上端敞口、下端封闭的结构；组装半成品单体电池时，先将上盖板6的正负极柱与电极组件的正负极连接，再将上盖板6和电极组件作为一个整体从第一筒体的上部敞口端放置入第一筒体内，最后将上盖板6和第一筒体5敞口端进行焊接；

第二种外壳包括第一筒体5、上盖板6以及下盖板7；该第一筒体5为上下端均为敞口的结构；组装半成品单体电池时，先将下盖板7与第一筒体的下方敞口端焊接，再将上盖板6的正负极柱与电极组件的正负极连接，接着将上盖板6和电极组件作为一个整体从第一筒体5的上部敞口端放置入第一筒体内，最后将上盖板6和第一筒体5上方敞口端进行焊接。

需要强调的是：半成品单体电池的外壳采用铝质材料制作，即第一筒体5、上盖板6、下盖板7均采用铝质材料制作。

且，至少一个第一通孔4和一个第三通孔21均是在组装半成品单体电池前提前开设于第一筒体5、上盖板6、下盖板7上的。

在一些其他实施例中，半成品单体电池100的正极柱和负极柱上可开设有用于装夹传热管的凹槽8，或者在正极柱和负极柱上设置极柱转接件，并将凹槽8开设在极柱转接件上。传热管可以是液冷管或者热管，用于正极柱和负极柱带电，因此需要确保传热管本身以及传热管内的介质与外部设备保持绝缘。

大容量电池

基于以上对半成品单体电池100的结构介绍，现对采用上述方法和半成品单体电池组装成的大容量电池200结构进行说明：

如图4所示，大容量电池200包括箱体9以及N个单体电池10；N个单体电池10并联设置在所述箱体9内；各单体电池的外壳1上设置有第一通孔；箱体9上设置有注液口(图中未示出)；箱体9顶部设置有用于供各单体电池10的正极柱、负极柱引出的第二通孔11，且每个第二通孔11对应的箱体9顶部区域与该第二通孔11对应的单体电池10外壳顶部固定密封；各单体电池10内的电解液与箱体9内的电解液连通，继而使各单体电池处于一个共享电解液体系内。

由于本实施例中单体电池10的正极柱、负极柱引出箱体顶部，可在所有单体电池10正极柱的凹槽8上设置一个传热管，在所有单体电池负极柱的凹槽8上设置一个传热管，外部温控装置与两根传热管连接，可实现大容量电池的温控(即可对大容量电池进行升温或降温)。

需要说明的是：上述开设有凹槽8的正极柱、负极柱可以是半成品单体电池本身具有的极柱，也可以是在本身极柱上固定连接的一个极柱转接件12，凹槽开设于该极柱转接件12上。

本实施例中，箱体9采用铝制材料制作；

上述每个第二通孔对应的箱体顶部区域与该第二通孔对应的单体电池外壳顶部固定密封的方式具有以下两种：

一、在第二通孔11对应的箱体9顶部区域和该第二通孔对应的单体电池10上盖板之间增设密封连接件，实现密封。参见图2和图4，该密封连接件包括中空构件13，该中空构件13的底部用于和单体电池10的第一区域密封连接，中空构件13的顶部与箱体9的第二区域密封连接；第一区域为位于任一单体电池10的上盖板任一极柱周边的区域；第二区域为位于箱体9顶部任一一个第二通孔11对应的区域。第二通孔11对应的区域为箱体9外表面上对应任一一个第二通孔11的周边区域；或者第二通孔11对应的区域为通孔孔壁。其中，极柱周边的区域即为极柱上绝缘密封垫周边的区域。该绝缘密封垫为单体电池上用于使极柱和单体电池上盖板之间绝缘的零件。

二、可以直接将第二通孔11周边对应的箱体9区域与单体电池极柱周边的上盖板区域通过激光熔焊的方式实现固定密封。该方式一般适用于箱体内各个单体电池在高度方向的尺寸较为一致的情况下采用。

其中，箱体结构具有以下几种：

一、参见图3和图4，箱体9包括第二筒体14、第二盖板16；第二筒体14的顶部和底部均为敞口，第一盖板15密封固定(焊接)于第二筒体14顶部，第二盖板16密封固定(焊接)于第二筒体14底部；第一盖板15上设置2N个第二通孔11。

在一些实施例中，单体电池外壳上仅设置第一通孔时，为了使注液过程中电解液能够顺利进入箱体9内以及各半成品单体电池100内腔，可根据各单体电池外壳上第一通孔位置，在第二筒体14长度方向侧壁上、或者第一盖板15、或者第二盖板16上开设有沿着单体电池排布方向延伸的，且与各单体电池10外壳上第一通孔对应的第一通道17，在具有第一通道17时，注液口设置在第一通道17任意一端对应的箱体9区域，该注液口可以同时作为抽真空设备和注液设备的接口。

具体来说，

当第一通孔4设置于单体电池下盖板或侧壁上时，相应地，第二盖板16或第二筒体14侧壁上设置有用于和各单体电池第一通孔连通的第一通道17，该第一通道17则具备以下两个功能：

(1)、抽真空时，方便杂质被抽出；

(2)、注液时，使电解液更加顺畅的进入各单体电池内腔以及箱体内，使得共享电解液体系内的电解液连续性更强(避免断液现象的出现)。

当第一通孔4设置于单体电池10上盖板时，相应地，第一盖板15上设置有用于和各单体电池第一通孔4连通的第一通道17，该第一通道17则具备以下四个功能：

(1)、抽真空时，方便杂质被抽出；

(2)、注液时使电解液更加顺畅的进入各单体电池内腔以及箱体内，使得共享电解液体系内的电解液连续性更强(避免断液现象的出现)。

(3)、在大容量电池组装完成后，电解液在重力的作用下使得各单体电池以及箱体内的电解液位于单体电池内腔底部以及箱体底部，因此该第一通道在老化或运行过程中可作为气体通道使用，各单体电池的处于一个气体平衡体系内，从气压的角度提升了各单体电池的均一性，继而进一步提升了大容量电池的循环性能，并且由于各单体电池内压基本相同，也大大降低了某一单体电池由于内压过大而发生热失控的风险，提高了大容量电池的安全性，若是给第一通道上增设排气阀，通过定期开启排气阀可进一步的避免单体电池发生鼓胀的概率，而且该排气阀还可在大容量电池老化后开启，排出老化过程产生的气体。还可进一步提升大容量电池的循环寿命。

(4)、可在第一通道上设置泄爆阀，万一某一单体电池热失控时，热失控烟气通过第一通孔、第一通道排放至外部热失控烟气处理装置进行及时处理，降低了更为严重的事故发生的概率。

参见图5和图6所示，在一些实施例中，单体电池的第一通孔设置于单体电池的侧壁或底部时，为了同时满足以上(1)(2)(3)(4)四个功能，还可在单体电池的顶部设置第三通孔21，则：第一盖板15上还可设置第二通道18，2N个第二通孔11分列第二通道18的两侧。该实施例中第一通道具有(1)(2)两个功能；第二通道具有(3)(4)两个功能。

二、如图6和7所示，箱体9包括第二筒体14、第三盖板19、第四盖板20；第二筒体14的前部和后部均为敞口，第三盖板19密封固定(焊接)于第二筒体14前部，第四盖板20密封固定(焊接)于第二筒体14后部；第二筒体14的顶部开设有2N个第二通孔11。

在一些实施例中单体电池外壳上仅有一个第一通孔时，为了使注液过程中电解液能够顺利进入箱体9内以及各半成品单体电池100内腔，可根据各单体电池外壳上第一通孔位置，在第二筒体14顶部、底部或者侧壁上开设有沿着单体电池排布方向延伸的，且与各单体电池10外壳上第一通孔对应的第一通道17，在具有第一通道17时，注液口设置在第一通道17任意一端对应的端板上，该注液口可以同时作为抽真空设备和注液设备的接口。

具体来说，

参见图3和图4，当第一通道17设置于当第一通孔4设置于单体电池下盖板或侧壁上时，相应地，第二筒体14的底部或侧壁上设置有用于和各单体电池第一通孔4连通的第一通道17，该第一通道则具备以下两个功能：

(1)、抽真空时，方便杂质被抽出；

(2)、注液时使电解液更加顺畅的进入各单体电池内腔以及箱体内，使得共享电解液体系内的电解液连续性更强(避免断液现象的出现)。

当第一通孔设置于单体电池上盖板时，相应地，第二筒体顶部设置有用于和各单体电池第一通孔连通的第一通道，该第一通道则具备以下四个功能：

(1)、抽真空时，方便杂质被抽出；

(2)、注液时使电解液更加顺畅的进入各单体电池内腔以及箱体内，使得共享电解液体系内的电解液连续性更强(避免断液现象的出现)。

(3)、在大容量电池组装完成后，电解液在重力的作用下使得各单体电池以及箱体内的电解液位于单体电池内腔底部以及箱体底部，因此该第一通道在老化或运行过程中可作为气体通道使用，各单体电池的处于一个气体平衡体系内，从气压的角度提升了各单体电池的均一性，继而进一步提升了大容量电池的循环性能，并且由于各单体电池内压基本相同，也大大降低了某一单体电池由于内压过大而发生热失控的风险，提高了大容量电池的安全性，若是给第一通道上增设排气阀，通过定期开启排气阀可进一步的避免单体电池发生鼓胀的概率，而且该排气阀还可在大容量电池老化后开启，排出老化过程产生的气体。还可进一步提升大容量电池的循环寿命。

(4)、可在第一通道上设置泄爆阀，万一某一单体电池热失控时，热失控烟气通过第一通孔、第一通道排放至外部热失控烟气处理装置进行及时处理，降低了更为严重的事故发生的概率。

如图5和6所示，在一些实施例中，单体电池的第一通孔设置于单体电池的侧壁或底部时，为了同时满足以上(1)(2)(3)(4)四个功能，还可在单体电池的顶部设置第三通孔21，则：第二筒体14顶部还可设置第二通道18，2N个第二通孔11分列第二通道18的两侧。该实施例中第一通道具有(1)(2)两个功能；第二通道具有(3)(4)两个功能。