制造组合电池的方法及组合电池技术

本发明专利技术涉及一种制造组合电池的方法，包括以下步骤：（ａ）制造多个单体电池；（ｂ）将所述多个单体电池以一个安插在另一个内的方式相互嵌套设置；和（ｃ）使所述多个单体电池相互并联或串联电连接。本发明专利技术通过彼此嵌套的多个单体电池间的并联解决了大容量、高功率密度、低厚度环形电池体积大、能量密度低的问题，并进一步改善了电池散热。本发明专利技术还涉及用所述方法制得的组合电池。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造组合电池的方法，尤其涉及制造适用于电动交通工具、智能电网等的大容量、高功率的动力组合电池的方法。本专利技术还涉及由所述方法制得的组合电池。
技术介绍
从20世纪90年代初开始，锂离子电池的出现和逐步推广，从一定程度上带动了便 携式设备的飞速发展；而近10年来，动力电池安全性能、倍率性能的快速提升，使其能够进 入到大型电动工具、混合动力车、纯电动车等领域，与大扭矩电动机进行搭配，替代或部分 替代了以内燃机为核心的动力系统，引发了新一轮的绿色能源热潮。目前，出于对大容量实心动力电池内部散热困难的担忧，已经实现小规模商品化 的锂离子动力电池单体容量都在8-lOOAh之间，代表性的锂离子动力电池有中信国安盟 固利新能源科技有限公司的SPIM24300260方型IOOAh锂离子动力电池和苏州星恒电源有 限公司IMP20/66/148-08PS高功率8Ah动力电池。在这些单体电池的基础上，技术人员通 过对单体电池的串联和并联来提高电池组的电压和容量，以满足其它领域的需求，例如北 京中威信通科技有限公司已经制造出了使用48V-300Ah电池组的UPS样机ZWDY-48/300用 于电信领域，其电池组是由单体容量为IOAh的动力电池组合而成。EP1705743A1涉及一种包括多个单体电池的电池模块，在该电池模块中，单体电池 彼此间隔一预定距离串联或并联地连接。US2005/0174092A1涉及一种在车辆中使用的电池系统，该电池系统包括多个电连 接的锂电池。在一个实施例中，电池系统包括模块，该模块包括多个(例如10个)串联地 电连接的电池。在另一个实施例中，所述模块可以通过连接器连接到电线或电缆上，从而将 该模块连接到另一模块或者车辆电气系统。即便如此，现有的实心动力电池的输出功率特性还是无法满足某些高端领域的需 求，以至于工程师只能通过减小单体电池的容量、间隙布置、强制通风来获得所需的高输出 功率特性，最为直接的一个例子就是美国特斯拉汽车公司(Tesla Motors)在2008年3月 开始量产的电动汽车“Tesla Roadster”，为了达到4s内从静止加速到100km/h的要求，其 电池组所使用的单体电池为目前最为成熟的18650型锂离子电池，每辆车使用了多达6831 个的18650型锂离子电池。这样做的代价无疑是大幅度增加了电源管理系统的复杂程度、 电池组装配和维护的复杂程度以及整个电源系统的可靠性。在未来的数年间，随着动力电池产品成本的进一步降低，当我们继续向电站储能 和调峰、电网滤波、电力机车应急电源等领域拓展动力电池产品的时候，对于他们提出的、 高达MW级别的功率要求，使用单体容量在IOOAh以下的单体电池进行组合几乎是无法想象 的。作为一种改进手段，US 5501916A公开了一种单体电池，其电池芯体中具有通孔， 构成电池壳体的盖体直接地或经由与其热连通的铝板与电池芯体的通孔的侧壁的至少一 部分紧密贴合，由此可改善单体电池内部的散热问题。但是，应该指出，上述专利中提到的增加通孔并不是解决散热问题的关键所在。解 决散热问题的关键在于控制电池芯体的最大厚度，因此，增加一个通孔的方式虽然起到了 减小电池芯体最大厚度的作用，但是，当单体电池容量增大到300Ah及以上或者实心电池 芯体最大厚度大于或等于IOOmm时，由于电池安全性和倍率特性对电池芯体的最大厚度产 生的限制，简单地增大通孔直径或者增加通孔数量在解决电池内部的散热问题的同时带来 了其它方面的问题，例如，增大通孔就增加了通孔内的无效体积，降低了单体电池和电池组 整体的能量密度和功率密度，而增加通孔数量又无疑增加了制造难度和制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于， 提供一种既能够有效解决散热问题又具有大容量、高安全性、 高能量密度以及高功率密度的电池产品及其制造方法，以便克服现有技术中的动力电池的 上述缺陷。为此，本专利技术的一方面涉及一种能够简便、快速和低成本地制造组合电池或电池 组的方法。根据本专利技术的制造组合电池的方法包括以下步骤(a)制造多个单体电池；(b) 将所述多个单体电池以一个安插在另一个内的方式相互嵌套设置；和(C)使所述多个单体 电池相互并联或串联电连接。由此可见，用根据本专利技术的方法制得的电池产品是包括多个 单体电池的组合电池或电池组。在一种有利构型中，所述步骤(a)包括制造多个带有通孔的环形单体电池，其中 每个环形单体电池包括限定所述通孔的内侧壁、限定所述环形单体电池的外周边的外侧壁 以及位于内侧壁和外侧壁之间的芯体；所述步骤(b)包括将所述多个环形单体电池以一个 安插在另一个的通孔内的方式相互嵌套设置。在另一种有利构型中，所述步骤(a)包括制造一个实心单体电池和一个或多个带 有通孔的环形单体电池，其中所述实心单体电池包括芯体和限定所述实心单体电池的外周 边的外侧壁，每个环形单体电池包括限定所述通孔的内侧壁、限定所述环形单体电池的外 周边的外侧壁以及位于内侧壁和外侧壁之间的芯体；所述步骤(b)包括将所述一个实心单 体电池和所述一个或多个环形单体电池以一个安插在另一个的通孔内的方式相互嵌套设 置。本专利技术通过制造多个彼此嵌套的单体电池并使它们并联，解决了大容量、高功率 密度、低厚度环形电池体积大、能量密度低的问题，并进一步改善了组合电池或电池组的散 热。具体说来，通过将多个单体电池的尺寸制造成各不相同，使得横截面尺寸较小的单体电 池能位于横截面尺寸较大的单体电池的通孔内，从而将所有的单体电池相互嵌套设置在一 起。在获得容量大、散热好的电池产品的同时，还有效地利用了单体电池通孔内的无效体 积，从而提高了电池产品的能量密度。有利地，对于组合电池中的环形单体电池，所述步骤(a)包括按下列步骤制造每 一个环形单体电池(al)将涂覆有浆料的正极片、隔膜和涂覆有浆料的负极片围绕空心柱 体卷针卷绕而制成所述环形单体电池的芯体，并以所述空心柱体卷针构成所述环形单体电 池的内侧壁；(a2)将带有所述内侧壁的所述芯体装配到外壳中，并以该外壳构成所述环形 单体电池的外侧壁；(a3)分别将上盖板和下盖板与所述环形单体电池的内侧壁和外侧壁 装配在一起以封闭所述环形单体电池的芯体。对于组合电池中存在实心单体电池的情况，所述步骤(a)还包括按下列步骤制造 所述实心单体电池(al’)制造所述实心单体电池的芯体；(a2’)将所述实心单体电池的芯 体装配到外壳中，并以该外壳构成所述实心单体电池的外侧壁；(a3’ )分别将上盖板和下 盖板与所述实心单体电池的外侧壁装配在一起以封闭所述实心单体电池的芯体。在所述步骤(a3)中，可将所述上盖板和下盖板与所述内侧壁和外侧壁焊接在一 起，这样能确保各盖板与各侧壁之间的密封和固定，还有利于盖板与侧壁之间的导热。在一种有利构型中，在要与所述空心柱体卷针的表面直接接触的正极片或负极片的最内端预留出没有涂覆浆料的内端集流体部，并且将所述内端集流体部的至少一部分焊 接在所述空心柱体卷针的表面上。此外，可使所述预留的内端集流体部绕所述空心柱体卷 针的表面卷绕1圈以上。上述这些措施都有利于电池芯体内部通过空心柱体卷针向外界散 热。同样，为了有利于电池芯体内部通过电池外壳向外界散热，还可在要卷绕在所述 空心柱体卷针上最外侧的所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造组合电池的方法，包括以下步骤：（ａ）制造多个单体电池；（ｂ）将所述多个单体电池以一个安插在另一个内的方式相互嵌套设置；（ｃ）使所述多个单体电池相互并联或串联电连接。

【技术特征摘要】
1.一种制造组合电池的方法，包括以下步骤(a)制造多个单体电池；(b)将所述多个单体电池以一个安插在另一个内的方式相互嵌套设置；(c)使所述多个单体电池相互并联或串联电连接。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括制造多个带有通孔的环形 单体电池，其中每个环形单体电池包括限定所述通孔的内侧壁、限定所述环形单体电池的 外周边的外侧壁以及位于内侧壁和外侧壁之间的芯体；所述步骤(b)包括将所述多个环形 单体电池以一个安插在另一个的通孔内的方式相互嵌套设置。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括制造一个实心单体电池和 一个或多个带有通孔的环形单体电池，其中所述实心单体电池包括芯体和限定所述实心单 体电池的外周边的外侧壁，每个环形单体电池包括限定所述通孔的内侧壁、限定所述环形 单体电池的外周边的外侧壁以及位于内侧壁和外侧壁之间的芯体；所述步骤(b)包括将所 述一个实心单体电池和所述一个或多个环形单体电池以一个安插在另一个的通孔内的方 式相互嵌套设置。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括按下列步骤制造每一个环 形单体电池(al)将涂覆有浆料的正极片、隔膜和涂覆有浆料的负极片围绕空心柱体卷针卷绕而制 成所述环形单体电池的芯体，并以所述空心柱体卷针构成所述环形单体电池的内侧壁；(a2)将带有所述内侧壁的所述芯体装配到外壳中，并以该外壳构成所述环形单体电池 的外侧壁；(a3)分别将上盖板和下盖板与所述环形单体电池的内侧壁和外侧壁装配在一起以封 闭所述环形单体电池的芯体。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括按下列步骤制造每一个环 形单体电池(al)将涂覆有浆料的正极片、隔膜和涂覆有浆料的负极片围绕空心柱体卷针卷绕而制 成所述环形单体电池的芯体，并以所述空心柱体卷针构成所述环形单体电池的内侧壁；(a2)将带有所述内侧壁的所述芯体装配到外壳中，并以该外壳构成所述环形单体电池 的外侧壁；(a3)分别将上盖板和下盖板与所述环形单体电池的内侧壁和外侧壁装配在一起以封 闭所述环形单体电池的芯体；所述步骤(a)还包括按下列步骤制造所述实心单体电池 (al’ )制造所述实心单体电池的芯体；(a2’ )将所述实心单体电池的芯体装配到外壳中，并以该外壳构成所述实心单体电池 的外侧壁；(a3’)分别将上盖板和下盖板与所述实心单体电池的外侧壁装配在一起以封闭所述实 心单体电池的芯体。6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在要与所述空心柱体卷针的表面直接接 触的正极片或负极片的最内端预留出没有涂覆浆料的内端集流体部，并且将所述内端集流 体部的至少一部分焊接在所述空心柱体卷针的表面上。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使所述预留的内端集流体部绕所述空心柱 体卷针的表面卷绕1圈以上。8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在要卷绕在所述空心柱体卷针上最外侧的 所述正极片或负极片的最外端预留出没有涂覆浆料的外端集流体部，并使该外端集流体部 与所述外壳直接接触。9.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，将相邻两个单体电池中嵌套在外的单体 电池的内侧壁用作嵌套在内的单体电池的所述外侧壁，使得所述相邻两个单体电池之间具 有共用的侧壁。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述相邻两个单体电池之间共用的侧壁构 造成包括两个壳壁的双壁结构，所述两个壳壁之间用散热鳍片连接成一体。11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)连同所述步骤(b)—起进行， 其中，将涂覆有浆料的正极片、隔膜和涂覆有浆料的负极片围绕空心柱体卷针卷绕出最内 侧的单体电池芯体；将涂覆有浆料的正极片、隔膜和涂覆有浆料的负极片围绕将用作该最 内侧的单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱新平，郑曦，安杰，朱文涛，
申请(专利权)人：清华大学，北京华创鸿力能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]