具有铝壳体的电池单元制造技术

披露了用于制造从钢(或镀镍钢)改变为铝的圆柱形电池单元壳体的方法和系统。随着这种改变，将铜接片从阳极点焊到铝壳体将导致铜和铝随着时间的流逝而腐蚀，从而导致较早的电池故障。为了制造具有铝壳体的电池，需要进行一个或多个制造改变，这些制造改变包括以下一个或多个：1.改变电池的极性，以将铜接片点焊到电池的钢顶部；2.用第二材料涂覆铜接片以防止腐蚀；和/或，3.使用不同的焊接方法(例如，搅拌摩擦焊)以将铜接片熔接到铝壳体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有铝壳体的电池单元
本披露内容总体上涉及电池模块构造，更具体地涉及电池单元构造。
技术介绍
近年来，运输方法已经发生了巨大变化。这种变化部分是由于考虑到自然资源的有限可用性、个人技术激增、以及对采用更环保的运输解决方案的社会转变。这些考虑鼓励了许多新型灵活燃料车辆、混合动力电动车辆和电动车辆的发展。采用至少一个电动马达和动力系统的车辆将电能储存在若干个电池单元中。这些电池单元典型地被连接到电气控制系统，以提供期望的可用电压、安培小时、和/或其他电气特性。电池技术的进步已经导致越来越多得使用大型电池，这些大型电池包括数十个、数百个、甚至数千个单独的单元，用于比如对车辆(包括被设计用于陆地、水上和空中行进的车辆)的各个电气部件提供动力以及储存使用可再生能源(例如太阳能板、风力涡轮机)所产生的电力等应用。由于电动车辆(EV)中所使用的电池模块主要由金属(主要是钢)制成，因此电池模块很重。因此，EV的电源(例如，电池模块本身)包括EV中最重的部件之一。需要减轻电池模块的质量以使EV推进系统更有效。附图说明图1A是根据本披露内容的实施例的电池单元的透视图；图1B是根据本披露内容的实施例的可焊接电池单元的透视图；图1C是电池的内部视图，示出了根据本披露内容的实施例的电池的内部构造；图2A是局部细节剖视图，示出了根据本披露内容的实施例的焊接到第一壳体部分的第一电池单元阳极接片；图2B是第二局部细节剖视图，示出了根据本披露内容的实施例的焊接到第一壳体部分的第一电池单元阳极接片；图3是根据本披露内容实施例的搅拌摩擦焊系统的框图；图4示出了根据本披露内容的实施例的用于阳极接片的材料的构型的透视图；图5A示出了根据本披露内容的实施例的用于阳极接片的材料的构型；图5B示出了根据本披露内容的实施例的用于阳极接片的材料的构型；图6提供了根据本披露内容的实施例的用于产生具有铝壳体的电池的方法的流程图；图7提供了根据本披露内容的实施例的用于产生具有铝壳体的电池的方法的流程图；图8提供了根据本披露内容的实施例的用于产生具有铝壳体的电池的方法的流程图。具体实施方式在详细说明本披露内容的任何实施例之前，应理解的是，本披露内容并不将其应用限制于以下描述中阐述的或在附图中展示出的构造细节和部件布置。本披露内容能够具有其他实施例并且能够以多种不同的方式来实践或实施。而且，应理解的是，在本文中使用的措辞和术语是用于描述的目的，而不应被视为是限制性的。本披露内容可以使用示例来说明其一个或多个方面。除非另有明确说明，否则一个或多个示例(可以用“例如”、“举例来说”、“如”、“比如”或类似语言表示)的使用或列举并非旨在限制且并不限制本披露内容的范围。圆柱形电池一般具有由钢制成的壳体。本文中的实施例包括电池单元，其中，壳体由铝而不是钢制成。具有铝壳体的电池具有许多优势，这些优势包括更低的质量(EV可以包含数千个圆柱形单元，并且甚至每个单元节省很小的质量也可以相当于EV节省数百磅的重量)、更好的导热性(与钢相比，铝的导热性几乎好四(4)倍)、以及更好的导电性。因此，具有铝壳体的电池更轻(允许EV以相同的电量行进更长的距离)、要求更少的主动冷却能量(再次使EV能够以相同的电量行进更长的距离)、并且更有效地将电量传导到动力系统(又一次，EV以相同的电量行进更长的距离)。电池技术(能量密度)在行业中典型地以每年2.5％至5％的速度提高，即使只是在将电池或其他装置的每一个小变化投入生产上花费了数百万美元。将壳体材料从钢改变为铝可能潜在地将电池单元能量密度提高5％至10％。为了允许使用铝壳体，一些制造设计和电池单元设计可能需要改变。通常，电池单元的正极端子在电池“罐”的顶部(被称为“小块”)；电池单元的负极端子是罐的其余部分(壳体)。可以将负极端子(或阳极)焊接到铜接片(卷芯)。然后可以将铜接片焊接到罐，在现有电池中，罐通常是镀镍钢。可以将正极(或阴极)附接到铝接片，该铝接片当前可以通过点焊被附接到电池的顶部(或“纽扣状件”)。在本文中所述的实施例中，圆柱形电池单元壳体从钢(或镀镍钢)改变为铝。随着这种改变，将铜接片从阳极点焊到铝壳体将导致铜和铝随着时间的流逝而腐蚀，从而导致较早的电池故障。随着改变到铝壳体，可能需要附接铜接片并且面临其他的挑战。可能进行的一些设计改变包括：1.改变电池的极性；2.涂覆铜接片以防止腐蚀；以及，3.使用不同的焊接方法(例如，搅拌摩擦焊)以将铜接片附接到铝壳体。为了改变极性，可以将阳极和阴极的内部叠片(“卷芯”)从典型的取向180°插入。然后，可以将铜接片点焊到顶盖或纽扣状件。顶盖或纽扣状件变为负极或接地端子。然后可以将阴极的铝接片以铝与铝结合的方式直接焊接到铝壳体。因此，消除了腐蚀的可能性，但是电池单元的极性与典型的电池相反。在另一构型中，保持极性，但是铜接片被涂覆有以下材料，当将阳极接片焊接到铝壳体时，该材料将防止腐蚀。例如，铜接片可以通过镀镍而被涂覆，这不会与铝的铜发生反应并且防止腐蚀。另一种镀覆或涂覆也是可能的。最后，可以改变铜接片与铝壳体之间的焊接类型。点焊为材料受到腐蚀创造条件。然而，另一种焊接(例如搅拌摩擦焊)可以将材料熔焊在一起，以防止氧化/腐蚀。熔焊将材料混合到基体中，从而消除或防止电化学反应或其他腐蚀反应。现在参照图1，示出了根据本披露内容的实施例的电池单元100的透视图。电池单元100可以包括本体104(例如，壳体)、顶部部分124(例如，顶盖)、底部部分128、和第一端子108(例如，纽扣状件)、以及第二端子，该第二端子可以是整个壳体104、但是一般被认为在电池单元100的底部(不可见)。在一些构型中，第一端子108可以对应于被布置在电池单元100的顶部部分124处的正极端子(阴极)。在一些构型中，第二端子可以对应于负极端子(阳极)。然而，如下所解释的，正极端子和负极端子的这种布置可以切换。第二端子可以与正极端子相反地布置(例如，在电池单元100的底部部分128处)。在其他构型中，第二端子可以被布置在电池单元100的除底部部分128之外的一侧上。本文中，本体104可以由铝制成，而不是钢、镀镍钢或其他比铝重的金属或物质。顶部部分124可以由钢或镀覆钢结构制成。第一端子108可以经由绝缘区域116与第二端子或电池单元100的其他部分绝缘。绝缘区域116可以被配置为将第一端子108与第二端子、本体104或电池单元100的其他部分电隔离。在一些构型中，绝缘区域116可以由塑料、硬纸板、纸、亚麻、复合材料或其他非导电材料制成。在至少一种构型中，电池单元100可以是大致圆柱形的形状。另外或替代地，电池单元100可以关于至少一个轴线对称。例如，电池单元100可以关于从顶部部分124延伸到底部部分128的中心轴线100基本上对称。电池单元100可以包括一个或多个制造特征120，这些制造特征包括但绝不限于凹口、对准标记、参考基准、位置特征、工具标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池，所述电池包括：/n电池芯，所述电池芯包括叠片，所述叠片包括：/n阳极，所述阳极由第一材料的第一片材形成；/n阴极，所述阴极由第二材料的第二片材形成；/n第一接片，所述第一接片从所述第一材料片材延伸；/n第二接片，所述第二接片从所述第二材料片材延伸；/n顶部部分；以及/n壳体，其中，所述壳体由铝制成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170831 US 15/692,7231.一种电池，所述电池包括：
电池芯，所述电池芯包括叠片，所述叠片包括：
阳极，所述阳极由第一材料的第一片材形成；
阴极，所述阴极由第二材料的第二片材形成；
第一接片，所述第一接片从所述第一材料片材延伸；
第二接片，所述第二接片从所述第二材料片材延伸；
顶部部分；以及
壳体，其中，所述壳体由铝制成。


2.如权利要求1所述的电池，其中，所述第一接片由铜制成。


3.如权利要求2所述的电池，其中，所述第二接片由铝制成。


4.如权利要求3所述的电池，其中，所述第一接片在非腐蚀性材料中加以镀覆。


5.如权利要求4所述的电池，其中，所述非腐蚀性材料是镍。


6.如权利要求5所述的电池，其中，所述已镀覆的第一接片被点焊到所述壳体。


7.如权利要求3所述的电池，其中，所述第一接片被点焊到所述顶部部分。


8.如权利要求7所述的电池，其中，所述顶部部分是所述电池的负极端子。


9.如权利要求3所述的电池，其中，所述第一接片的铜与所述壳体的铝混合。


10.如权利要求9所述的电池，其中，所述第一接片的铜通过搅拌摩擦焊与所述壳体的铝混合。


11.一种焊接方法，所述焊接方法包括：
提供从圆柱形电池的芯的阳极延伸的阳极接片，其中，所述阳极接片要被点焊到所述圆柱形电池的壳体，其中，所述电池壳体由铝制成，其中，所述阳极接片包括第一材料，其中，所述第一材料是铜；
用第二材料镀覆所述阳极接片，其中，所述第二材料是非腐蚀性的；
提供包括所述阳极接片的所述芯；
移动所述阳极接片或所述电池壳体，使得所述阳极接片物理上接近所述电池壳体；以及
当所述阳极接片在所述电池壳体...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥斯汀·L·纽曼，亚历山大·J·史密斯，亚当·H·英，里克·拉杰，
申请(专利权)人：蔚来汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81