电动车辆的电池单元及其制造方法

文档序号:720456 发布日期:2021-04-16 浏览:43次 >En<

阅读说明:本技术 电动车辆的电池单元及其制造方法 (Battery unit for electric vehicle and method for manufacturing same ) 是由 金世贤 于 2020-04-23 设计创作,主要内容包括:本发明涉及电动车辆的电池单元及其制造方法。电动车辆的电池单元包括:多个正极板和多个负极板,每个正极板包括涂覆有正极活性材料的正极集电体,并且在一个方向上具有多个正极端子;每个负极板包括涂覆有负极活性材料的负极集电体,并且在相反方向上具有多个负极端子。电池单元还包括多个隔膜,每个隔膜包括涂覆有绝缘材料的膜构件,并且将隔膜插置在相邻的一对正极板与负极板之间。(The present invention relates to a battery unit for an electric vehicle and a method for manufacturing the same. The battery unit of an electric vehicle includes: a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates, each positive electrode plate including a positive electrode collector coated with a positive electrode active material and having a plurality of positive electrode terminals in one direction; each negative electrode plate includes a negative electrode collector coated with a negative electrode active material, and has a plurality of negative electrode terminals in opposite directions. The battery cell further includes a plurality of separators, each of which includes a film member coated with an insulating material, and the separators are interposed between an adjacent pair of the positive and negative electrode plates.)

电动车辆的电池单元及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年9月30日提出的韩国专利申请No.10-2019-0120446的优先权和权益,其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种电动车辆的电池单元及其制造方法,更具体地涉及这样一种电池单元:其能够使流过电极端子的电流倍增并且在充电和放电期间使电阻最小化。

背景技术

目前使用的充电电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂充电电池。在这些电池中,与基于镍的充电电池相比,锂充电电池由于具有充电和放电自由、自放电率极低和能量密度高的优点,通常是优选的。

这样的锂充电电池通常使用锂基氧化物和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。锂充电电池包括电极组件、以及用电解质溶液密封电极组件的外部构件。在典型的电极组件中,正极板由涂覆有正极活性材料的正极集电体形成,负极板由涂覆有负极活性材料的负极集电体形成,隔膜设置在正极板与负极板之间。

锂充电电池可以根据电池壳体的形状分为:电极组件安装在金属罐中的罐型充电电池,以及电极组件安装在铝层压板的袋状件中的袋型充电电池。近年来,充电电池不仅广泛应用于诸如便携式电子设备的小型设备,也广泛应用于机动车辆、储能设备(energystorage devices,ESS)的大中型设备。

当在这种大中型设备中使用时,大量的充电电池电连接以形成电池模块和电池组,从而提高容量和输出。具体地,袋型充电电池由于易于叠放和重量轻的优点而广泛应用于大中型设备中。包括袋型充电电池的电池单元具有密封结构,该结构中,正极和负极分别连接至电极端子的电极组件与电解质溶液一起封装在袋型壳体中。一些电极端子暴露于袋型壳体的外部,暴露的电极端子用于电连接安装有电池单元的设备,或者将正极和负极相互电连接。

在传统的电池单元中,在充电和放电期间,电流流过正极端子和负极端子,为了减小电阻,通常会加厚正极端子和负极端子。在这种具有较厚的正极端子和负极端子的传统的电池单元中,焊接特性可能变差,从而在制造过程中可能发生破裂以及正极端子和负极端子的断开。另外,根据传统的电池单元,在模块组装过程中,在层叠端子的二次焊接期间,正极端子和负极端子较厚的厚度可能导致模块焊接的质量变差。

公开于本部分的上述信息仅仅用于加深对本发明背景的理解,因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域普通技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明提供了一种电动车辆的电池单元及其制造方法,其优点在于采用多个正极端子和负极端子,从而能够使流过电极端子的电流倍增,并且在充电和放电期间使电阻最小化。通过采用多个正极端子和负极端子,可以减小端子的厚度,因此,可以改善焊接质量,从而提高产品质量。

一种示例性的电动车辆的电池单元可以包括:多个正极板、多个负极板以及多个隔膜,每个正极板包括涂覆有正极活性材料的正极集电体,并且在第一方向上具有多个正极端子;每个负极板包括涂覆有负极活性材料的负极集电体,并且在第二方向上(例如,与第一方向相反的方向)具有多个负极端子;每个隔膜包括涂覆有绝缘材料的膜构件,并且所述隔膜插置在相邻的一对正极板与负极板之间。

可以在每个正极板上以预定间距形成间隔开的未涂覆有正极活性材料的第一正极突片和第二正极突片。第一正极端子可以电连接至第一正极突片。第二正极端子可以电连接至第二正极突片。第一正极端子和第二正极端子可以形成为宽度在大约40mm至50mm的范围内,并且厚度在大约0.1mm至0.2mm的范围内。第一正极端子和第二正极端子可以在相对于正极板的长度方向的中心的两侧对称地形成。

可以在每个负极板上以预定间距形成彼此间隔开的未涂覆有负极活性材料的第一负极突片和第二负极突片。第一负极端子可以电连接至第一负极突片。第二负极端子可以电连接至第二负极突片。第一负极端子和第二负极端子可以形成为宽度在大约40mm至50mm的范围内,并且厚度在大约0.05mm至0.1mm的范围内。第一负极端子和第二负极端子可以在相对于负极板的长度方向的中心的两侧对称地形成。

多个正极板和多个负极板可以交替地层叠以在相反的方向上布置正极端子和负极端子。通过插入隔膜,可以使相邻的每对正极板和负极板彼此绝缘。

示例性的电动车辆的电池单元可以进一步包括袋状件,其用于密封正极板、负极板和隔膜,同时使正极端子和负极端子暴露在外。正极板可以包括由铝(Al)薄膜材料形成的正极集电体,负极板可以包括由铜(Cu)薄膜材料形成的负极集电体。

一种示例性的用于制造电动车辆的电池单元的方法可以包括:形成多个正极板,每个正极板具有第一正极突片和第二正极突片;形成多个负极板,每个负极板具有第一负极突片和第二负极突片;形成多个隔膜,每个隔膜具有两面都涂覆有绝缘材料的膜构件;通过将多个正极板、多个负极板和多个隔膜层叠为:正极板和负极板交替地层叠,并且通过插入隔膜可以使相邻的每对正极板和负极板绝缘,从而形成电极组件;将多个正极端子连接至正极板,并且将多个负极端子连接至负极板。

形成多个正极板可以包括:通过在正极集电体的两面除了包括正极突片部的边缘的位置涂覆正极活性材料来形成正极涂覆部;将正极集电体装载到切口模具;通过切割正极突片部形成第一正极突片和第二正极突片以及通过以预定间距切割正极集电体,从而形成正极板。切口模具可以包括:上模具和下模具,所述上模具具有用于形成第一正极突片和第二正极突片的多个突片凸起以及用于以预定间距切割正极集电体的切刀刀片;所述下模具具有与多个突片凸起相对应的多个突片凹槽以及与切刀刀片相对应的切刀凹槽。

形成多个负极板可以包括:通过在负极集电体的两面除了包括负极突片部的边缘的位置涂覆负极活性材料来形成负极涂覆部;将负极集电体装载到切口模具;通过切割负极突片部形成第一负极突片和第二负极突片以及通过以预定间距切割负极集电体,从而形成负极板。

切口模具可以包括:上模具和下模具,所述上模具具有用于形成第一负极突片和第二负极突片的多个突片凸起以及用于以预定间距切割负极集电体的切刀刀片;所述下模具具有与多个突片凸起相对应的多个突片凹槽以及与切刀刀片相对应的切刀凹槽。形成电极组件可以包括:焊接多个正极板的第一正极突片;焊接多个正极板的第二正极突片;焊接多个负极板的第一负极突片;焊接多个负极板的第二负极突片。

将多个正极端子连接至正极板并且将多个负极端子连接至负极板可以包括:将电极组件装载到焊接夹具;将第一正极端子和第一负极端子分别装载到第一正极突片和第一负极突片;通过焊接头将第一正极端子和第一负极端子分别焊接到第一正极突片和第一负极突片;将第二正极端子和第二负极端子分别装载到第二正极突片和第二负极突片;通过移动焊接头将第二正极端子和第二负极端子分别焊接到第二正极突片和第二负极突片。焊接可以包括超声焊接。

一种示例性的用于制造电池单元的方法可以进一步包括:通过袋状件密封电极组件,同时使电极端子的至少部分暴露在外。根据示例性实施方案,根据电动车辆的电池单元及其制造方法,可以采用多个正极端子和负极端子(例如成对的)。因此,可以减小各个端子的厚度,从而改善焊接质量并改善输出性能。此外,可以从本发明的示例性实施方案中获得或预期的效果直接地或者提示性地在下面的详细描述中进行描述。也就是说,本发明的示例性实施方案预期的各种效果将会在下面的具体描述中进行描述。

附图说明

现在将参考附图中示出的示例性实施方案详细描述本发明的上述和其它特征,下文仅以举例说明的方式给出,因此对本发明是非限制性的,其中:

图1是根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元的详细示意图;

图2是示出根据示例性实施方案的应用于电动车辆的电池单元的正极板、隔膜和负极板的示意图;

图3至图5是顺序地示出用于制造根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元的方法的过程图。

附图标记描述

1:电池单元

10:正极板

11:正极集电体

13:正极活性材料

15:正极突片

17:正极涂覆部

19:正极突片部

20:正极端子

30:负极板

31:负极集电体

33:负极活性材料

35:负极突片

37:负极涂覆部

39:负极突片部

40:负极端子

50:隔膜

51:膜构件

53:绝缘材料

60:袋状件

70:切口模具

71a:突片凸起

71b:突片凹槽

73a:切刀刀片

73b:切刀凹槽

80:焊接夹具

81:焊接头。

具体实施方式

应当理解,此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆,例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车,包括各种舟艇、船舶的船只,航空器等等,并且包括混合动力车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油能源的燃料)。正如本文所提到的,混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆,例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

本文所使用的术语仅为了描述特定实施方案的目的,并不旨在限制本发明。正如本文所使用的,单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式,除非上下文另有清楚的说明。还将理解当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括了”时,指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或组件,但是不排除存在或加入一种或更多种其它的特征、数值、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。正如本文所使用的,术语“和/或”包括一种或更多种相关列举项目的任何和所有组合。

除非特别声明或者从上下文显而易见的,本文所使用的术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内,例如在平均2个标准偏差内。“约”可被理解为在指定值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%之内。除非从上下文清楚的知道,本文提供的所有数值通过术语“约”进行修改。

下文将参考所附附图对本发明进行更为全面的描述,在这些附图中示出了本发明的示例性实施方案。本领域技术人员将意识到,可以对所描述的实施方案进行各种不同方式的修改,所有这些修改都不脱离本发明的精神或范围。这些附图和说明在本质上应该视为示例性的,而并不是限制性的,并且在整个说明书中,相同的参考标记表示相同的元件。在以下描述中,由于组件的名称是彼此相同的,将组件的名称分为第一、第二等以区分名称,并且它们的次序并不特别地受限。

图1是根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元的详细示意图。图2是示出根据示例性实施方案的应用于电动车辆的电池单元的正极板、隔膜和负极板的示意图。图3至图5是顺序地示出用于制造根据示例性实施方案的电动车辆电池单元的方法的过程图。

根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元1及其制造方法可以适用于应用于电动车辆的袋型锂充电电池。应用于袋型锂充电电池的电池单元可以使用具有锂金属作为负极活性材料的锂金属电池,并且由于充电和放电的能力以及由于高能量密度,可以应用于电动车辆。

参照图1和图2,这样的电动车辆的电池单元1可以包括:正极板10、负极板30、隔膜50和袋状件60。可以通过将正极板10、负极板30和隔膜50层叠大约20到30片的范围来电连接电池单元1。可以层叠多个电池单元1以形成电池模块,多个电池模块可以形成电池组。电池组可以安装在电动车辆内,例如在电动车辆的底部,并且可以作为电源工作以驱动电动车辆。

根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元1的正极板10可以包括在两面应用了正极活性材料13的正极集电体11。正极集电体11可以由铝(Al)薄膜材料形成。正极集电体11的两个表面可以涂覆有正极活性材料13,该正极活性材料13包括含锂的金属氧化物(例如钴酸锂(LiCoO2))。

可以理解的是,正极活性材料13可以仅应用于正极集电体11的一个表面,而不必应用于正极集电体11的两个表面。另外,可以将正极活性材料13以相对于正极集电体11的边缘留有余量的方式应用于正极集电体11。

正极板10可以分为涂覆有正极活性材料13的正极涂覆部17和未涂覆有正极活性材料13的正极突片部19。正极板10可以通过正极突片部19形成彼此间隔开的第一正极突片15a和第二正极突片15b。第一正极突片15a和第二正极突片15b可以(例如在正极板10的长度方向上)相对于中心在两侧对称地形成。

另外,正极板10可以包括向外突出的多个正极端子20。多个正极端子20可以包括电连接至第一正极突片15a的第一正极端子20a,以及电连接至第二正极突片15b的第二正极端子20b。第一正极端子20a和第二正极端子20b可以分别电连接至第一正极突片15a和第二正极突片15b。与第一正极突片15a和第二正极突片15b相同,第一正极端子20a和第二正极端子20b可以相对于正极板10的中心在两侧对称地形成。

第一正极端子20a和第二正极端子20b的宽度可以设置在大约40mm至50mm的范围内。另外,第一正极端子20a和第二正极端子20b的厚度可以设置在大约0.1mm至0.2mm的范围内。可以理解的是,根据示例性实施方案,正极端子的厚度设置在大约0.1mm至0.2mm的范围内,其厚度比通常设置在0.4mm至0.6mm范围内的传统厚度要薄得多。

根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元1的负极板30可以包括在两面应用了负极活性材料33的负极集电体31。负极集电体31可以由铜(Cu)薄膜材料形成。负极集电体31的两个表面可以涂覆有含碳的负极活性材料33。可以理解的是,负极活性材料33可以仅应用于负极集电体31的一个表面,而不必应用于负极集电体31的两个表面。另外,可以将负极活性材料33以相对于负极集电体31的边缘留有余量的方式应用于负极集电体31。

负极板30可以分为涂覆有负极活性材料33的负极涂覆部37和未涂覆有负极活性材料33的负极突片部39。负极板30可以通过负极突片部39形成彼此间隔开的第一负极突片35a和第二负极突片35b。第一负极突片35a和第二负极突片35b可以(例如在负极板30的长度方向上)相对于中心在两侧对称地形成。

另外,负极板30可以包括向外突出的多个负极端子40。多个负极端子40可以包括电连接至第一负极突片35a的第一负极端子40a,以及电连接至第二负极突片35b的第二负极端子40b。第一负极端子40a和第二负极端子40b可以分别电连接至第一负极突片35a和第二负极突片35b。与第一负极突片35a和第二负极突片35b相同,第一负极端子40a和第二负极端子40b可以相对于负极板30的中心在两侧对称地形成。

第一负极端子40a和第二负极端子40b的宽度可以设置在大约40mm至50mm的范围内。另外,第一负极端子40a和第二负极端子40b的厚度可以设置在大约0.05mm至0.1mm的范围内。可以理解的是,根据示例性实施方案,负极端子的厚度设置在大约0.05mm至0.1mm的范围内,其厚度比通常设置在0.4mm至0.6mm范围内的传统厚度要薄得多。

根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元1的隔膜50可以包括在两面应用了绝缘材料53的膜构件51。膜构件51可以包括聚乙烯、聚丙烯等。另外,绝缘材料53可以由陶瓷材料形成。

正极板10、负极板30和隔膜50可以交替地层叠以在相反方向上布置正极端子20和负极端子40,并且隔膜50可以插置在正极板10与负极板30之间。也就是说,可以层叠多层正极板10、隔膜50、负极板30和隔膜50,并且可以布置成使正极板10的正极突片15彼此对齐,并使负极板30的负极突片35彼此对齐。

隔膜50可以插置在正极板10和负极板30之间,以避免正极板10与负极板30接触,从而提高稳定性。另外,根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元1的袋状件60可以密封多个正极板10、负极板30和隔膜50的层叠,同时使两个正极端子20和两个负极端子40暴露在外。袋状件60可以填充有电解质溶液。袋状件60可以包括金属薄膜。

用于制造根据示例性实施方案的电动车辆的电池单元的方法如下。参照图3,首先,可以形成正极板10。对于正极板10,可以在正极集电体11的两面除了包括正极突片部19的边缘的位置涂覆正极活性材料13。

具体地,可以将正极板10的涂覆有正极活性材料13的部分称为正极涂覆部17。随后,可以将正极集电体11装载到切口模具70,从而可以切割正极突片部19。通过切口模具70,可以切割正极突片部19以形成彼此间隔开的第一正极突片15a和第二正极突片15b。同时,通过切口模具70,可以以预定间距切割正极集电体11以形成正极板10。

切口模具70可以包括上模具70a和下模具70b。上模具70a可以包括用于形成第一正极突片15a和第二正极突片15b的突片凸起71a,下模具70b可以包括与突片凸起71a相对应的突片凹槽71b。另外,上模具70a可以包括用于以预定间距切割正极集电体11的切刀刀片73a。下模具70b可以包括与切刀刀片73a相对应的切刀凹槽73b。也就是说,切口模具70可以通过上模具70a的切刀刀片73a和下模具70b的切刀凹槽73b以预定间距切割正极集电体11,从而形成正极板10。

随后,可以形成负极板30。对于负极板30,与正极板10相同,可以在负极集电体31的两面除了包括负极突片部39的边缘的位置涂覆负极活性材料33。具体地,可以将负极板30的涂覆有负极活性材料33的部分称为负极涂覆部37。

随后,可以将负极集电体31装载到切口模具70,从而可以切割负极突片部39。通过切口模具70,可以切割负极突片部39以形成彼此间隔开的第一负极突片35a和第二负极突片35b。同时,通过切口模具70,可以以预定间距切割负极集电体31以形成负极板30。可以理解的是,用于形成正极板10的切口模具70可以用于形成负极板30。随后,可以形成隔膜50。具体地,如图1所示,可以通过在膜构件51的两面涂覆绝缘材料53来形成隔膜50。

参照图4,正极板10、隔膜50、负极板30、以及隔膜50可以连续地层叠(例如,可以交替地层叠多个组件)以形成电极组件。可以将正极板10和负极板30以及插置在二者之间的隔膜50层叠例如大约20到30片的范围来形成电极组件。

正极板10的正极突片15和负极板30的负极突片35可以布置在相反的方向上,同时保持正极突片15在相同的方向和位置上,负极突片35在相同的方向和位置上。为了形成电极组件,可以将正极突片15焊接在一起并且将负极突片35焊接在一起。也就是说,多个正极板10的第一正极突片15a可以焊接在一起,多个正极板10的第二正极突片15b可以焊接在一起,多个负极板30的第一负极突片35a可以焊接在一起,多个负极板30的第二负极突片35b可以焊接在一起。

随后,可以将电极组件装载到焊接夹具80,然后可以将第一正极端子20a和第一负极端子40a分别装载到第一正极突片15a和第一负极突片35a。通过焊接头81,第一正极突片15a和第一正极端子20a可以通过焊接彼此电连接,并且第一负极突片35a和第一负极端子40a可以通过焊接彼此电连接。

参照图5,第二正极端子20b和第二负极端子40b可以分别装载到第二正极突片15b和第二负极突片35b。焊接头81可以移动,并且通过焊接头81,第二正极突片15b和第二正极端子20b可以通过焊接彼此电连接,第二负极突片35b和第二负极端子40b可以通过焊接彼此电连接。

正极端子20和负极端子40可以通过例如超声焊接或激光焊接而焊接到正极突片15和负极突片35,但是本发明不限于此。最后,正极板10、负极板30和它们之间的隔膜50的层叠可以由袋状件60密封,同时使第一正极端子20a和第二正极端子20b以及第一负极端子40a和第二负极端子40b暴露在外。此时,可以在袋状件60中填充电解质溶液。

因此,根据示例性实施方案,根据电动车辆的电池单元及其制造方法,采用多个正极端子20和负极端子40(例如一对),从而可以减小各个端子的厚度。相应地,可以改善焊接质量。另外,根据示例性实施方案,根据电动车辆的电池单元及其制造方法,可以使流过电极端子的电流倍增,从而可以使充电和放电期间的电阻最小化。根据示例性实施方案,根据电动车辆的电池单元及其制造方法,可以使用传统的焊接设备,从而可以提高产品质量而不会导致额外的投资成本。

另外,根据示例性实施方案,根据电动车辆的电池单元及其制造方法,通过改变切口模具70的形式,可以分别在正极板10和负极板30上同时形成两个正极突片15和两个负极突片35。因此,可以提高整体生产率并且可以减少整体生产周期时间。

虽然结合目前被视为是实际的示例性实施方案描述了本发明,但是应该理解,本发明并不限于所公开的示例性实施方案。相反,旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围之内的各种修改形式和等价形式。

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