一种单体电池及大容量电池的制作方法

本发明属于电池领域，具体为一种单体电池及大容量电池。

背景技术：

1、中国专利cn219658914u公开一种大容量电池，其结构如图1所示，包括由若干单体电池并联形成的大容量电池主体和位于大容量电池上的共享管路；该共享管路，用于将若干单体电池的内腔全部贯通，以使大容量电池中所有单体电池均处于一个体系下。该大容量电池通过共享管路能够加强大容量电池内各个单体电池的均一性，提高循环寿命。

2、上述专利中的单体电池包括外壳体、密封组件以及成品电池，成品电池安装在外壳体内部，且成品电池壳体上设有开口；外壳体上设置有与开口相通的第一通孔，以及沿外壳体宽度或长度方向延伸的管道01，管道的侧壁上设置有与第一通孔贯通的第二通孔；密封组件设置于开口、第一通孔或第二通孔上。

3、通过在单体电池的外壳体上设置第一通孔和带第二通孔的管道，在组成大容量电池时，就能够通过该管道组成共享管路02；而且，在成品电池外套设外壳体，可以利用现有的成品电池产线，对成品电池稍加改进即可投产。

4、然而，这种设计存在一些不足之处，通常成品电池壳体和外壳体均采用铝壳，这使得大容量电池整体成本较高，且重量较大。

5、从成本角度而言，铝本身属于价格相对较高的金属材料，再加上铝制壳体的加工工艺复杂，需要经过诸如切割、冲压、焊接等多道工序，并且对加工设备和工艺的要求也较高。这些因素综合起来，必然导致大容量电池的制造成本大幅增加。

6、从重量方面来看，两个铝制部件的叠加，会显著增加大容量电池的整体重量。这对于大容量电池的使用、储存以及运输等而言，是极为不利的。

技术实现思路

1、为了克服了现有大容量电池存在成本较高、重量较大的问题，本发明第一方面提供一种单体电池。

2、该单体电池，包括壳体以及电极组件；其改进之处在于：

3、壳体为塑料壳体，包括上下两端均为敞口的筒体、固定密封于筒体上部敞口端的上盖组件以及固定密封于筒体下部敞口端的下盖板；

4、壳体内具有第一空腔以及第二空腔；其中第一腔室的至少部分空间用于存储游离电解液；第二腔室内腔用于容纳电极组件；

5、上盖组件包括上盖板以及一体设置在上盖板上的薄弱部，且薄弱部设置在上盖板靠近极柱的位置处；薄弱部的强度小于上盖板的强度，在单体电池热失控时，热失控烟气顶破薄弱部排出；

6、在第一空腔对应的壳体侧壁上设有凹部和凸起；其中第一凹部用于供另一单体电池上的第一凸台插入，并密封连接；在外力作用下，第一凸台圈定的筒体侧壁和第一凹部均能够被开启，继而使第一凸台和第一凹部均与第一空腔连通。

7、本发明薄弱部一体设置于上盖板且紧贴极柱固定部，至少具有以下优势：

8、从结构稳定性来看，现有泄爆膜通常是通过粘贴或其他方式附加到电池上盖板，在长期使用过程中，受到电池内部化学物质侵蚀、温度变化以及机械振动等因素影响，泄爆膜与上盖板的连接部位可能出现松动、脱落等问题，导致其泄爆功能失效。而本发明中一体设置的薄弱部，与上盖板是一个整体，不存在连接部位松动、脱落等的隐患，极大地提高了结构的稳定性和可靠性，能始终保持良好的泄爆性能。

9、在密封性方面，现有泄爆膜与上盖板的结合处想要做到绝对密封，面临着诸多挑战。而一体设置的薄弱部与上盖板无缝衔接，在正常情况下能够有效保证电池内部的密封性，防止外界物质侵入，为电池的稳定运行提供了更好的环境。

10、从成本和制造工艺角度分析，现有泄爆膜需要额外的材料和复杂的安装工艺，这不仅增加了生产成本，还可能因为制造过程中的人为因素导致产品质量参差不齐。而一体设置的薄弱部，在制造过程中无需额外的安装步骤，简化了生产流程，降低了生产成本，同时也提高了产品的一致性和质量稳定性。

11、从实际应用方面考虑，由于单体电池运行过程中极柱温度较高，现有单体电池发生热失控时，热失控烟气除了从泄爆模溢出外，还可能从极柱周边区域溢出，导致单体电池热失控烟气不可控，本发明将薄弱部替代现有单体电池的泄爆膜且直接设置在靠近极柱周边的区域，热失控烟气仅仅只能从极柱周边区域溢出，提升了热失控的可控性。

12、本发明中单体电池壳体为塑料材质，且壳体内分区以及壳体上设置对插件，至少具有以下优势：

13、本发明中的单体电池充分利用其筒体内的第一空腔可存储较多游离的电解液，电解液具备一定的热传导能力，在电池运行时，若温度升高，储存于第一空腔的游离电解液可通过热传递迅速吸收热量，将吸收的热量分散至整个单体电池的壳体，并经由壳体表面散发出去。有效防止电池过热，降低热失控风险，精准调控温度，维持电池性能。

14、且，第一空腔与第二空腔相互贯通，允许电解液在整个壳体内自由流动与扩散。电极组件工作时，电解液消耗能及时补充，避免局部干涸，确保电池内部反应稳定，提升充放电性能。

15、另外，当采用该单体电池组装大容量电池时，本发明还可以利用工具将每个单体电池的第一凸起圈定的筒体区域和第一凹部开启，如此一来，各个单体电池之间可以实现气体平衡和或电解液共享，原本可能存在的差异性能够得到有效改善，保障各个单体电池在充放电过程中的一致性，延长整体使用寿命，提升大容量电池性能。

16、再者，本发明所提供的上述单体电池的壳体构件采用塑料材质，相对于背景技术中所采用的具有双层壳体的单体电池具有结构简单、成本低以及重量轻的等优势。

17、进一步地，在上盖板下表面且紧贴极柱固定部周边的区域开设一圈凹槽，形成薄弱部。相较于一些通过改变材料成分或微观结构来形成薄弱部的方法，通过设置凹槽的方式更为简单，且能够更直观、精准地控制薄弱部的强度和开启压力。具体地，可以通过控制凹槽的深度、槽宽等参数，准确地设定薄弱部在特定压力下开启，极大地提高了泄爆功能的可靠性；并且凹槽设置于上盖板下表面也不会影响电池的整体外观，也避免了上表面设置凹槽时空气粉尘和水汽滞留在上盖板时存在安全隐患的问题。

18、进一步地，为了避免热失控时，薄弱部全部开启导致极柱坍塌的问题，上述凹槽内沿周向分布设置有至少三条连接筋。连接筋可在薄弱部全部开启后承托住极柱。

19、进一步地，本发明可以采用注塑工艺，在壳体上一体成型第一凹部和第一凸起，加工过程简单，由于第一凹部、第一凸起与壳体同时成型，不存在因后续组装而产生的尺寸偏差问题，精度较高，能够确保每个单体电池的第一凹部和第一凸起都能精准配合，有利于大容量电池的批量生产和质量控制。

20、另外，第一凹部和第一凸起通过热熔方式连接，在热熔过程中，塑料材料在受热后会发生熔化，当冷却凝固后，凹部和凸起的材料会融合在一起，形成一个整体结构，可以使第一凹部和第一凸起之间形成非常牢固的结合。这种连接方式能够承受较大的拉力、压力和剪切力，有效防止单体电池在使用过程中发生松动或分离，确保大容量电池的结构稳定性。同时，热熔连接对精度要求较低，即使在生产过程中第一凹部和第一凸起存在一定的尺寸偏差，也能顺利实现精准连接，极大地提高了生产效率。

21、进一步地，上述壳体的强度为p，p1≤p≤p2；其中p1为化成阶段以及电池正常充放电阶段对壳体的强度要求；p2为热失控阶段对壳体的强度要求。上述单体电池壳体为塑料材质的密封壳体，作为电极组件及电解液的容纳腔，具有密封作用，同时密封壳体强度需要满足化成阶段以及电池正常充放电阶段对壳体的强度要求；即要求该密封壳体具有一定的强度，确保在化成阶段以及电池正常充放电阶段，随着电池内部环境的变化，例如温度、压力等，该密封壳体不会破裂；该单体电池相对于现有的成品塑料壳体单体电池，具有较低的成本，进而使整个大容量电池也具有较低成本。

22、进一步地，上述第一腔室和第二腔室可以沿单体电池宽度方向排布，相对应地，上述第一凹部和第一凸台分别位于筒体相对的两个大面上，且沿筒体高度方向延伸；

23、利用具有该单体电池搭建大容量电池时，通过增大第一凹部和第一凸台宽度以及高度方向的尺寸，一方面大幅增加第一凹部与第一凸台的连接接触面积，显著提升嵌套连接后的结构稳定性，另一方面，进一步降低对加工精度的要求；且第一盲孔和第二盲孔为多个，多个第一盲孔和第二盲孔沿筒体高度方向排布。靠近上盖组件的相应盲孔，孔底部被开启后，实现各个单体电池之间气体连通，平衡各电池内部气压，靠近下盖板的相应盲孔，孔底部被开启后，实现各个单体电池之间电解液连通，提高各个单体电池一致性。

24、本发明中，单体电池的“连接”与“内腔连通”分别通过第一凹部和第一凸台、第一盲孔和第二盲孔两个独立结构实现；由于第一凹部、第一凸台的尺寸相较于第一盲孔、第二盲孔更大，便于二者在对插时快速实现同轴对齐，完成嵌套式连接；连接后，即便第一盲孔和第二盲孔存在不同轴的位置偏差，只要第一盲孔和第二盲孔的投影区域存在一定重复部分，仍能顺利开启并实现连通，大幅降低了对第一盲孔和第二盲孔加工精度的要求，减少生产难度与成本。

25、进一步地，为了采用该单体电池组成大容量电池定位更加可靠，本发明中还在第二空腔对应的筒体相对两个侧壁上分别设有第二凹部和第二凸台；其中第二凹部用于供另一单体电池上的第二凸台插入，并固定连接。第二凹部和第二凸台的结构以及尺寸可以和第一凹部、第一凸台，不同之处是，第二凹部和第二凸台内不设置盲孔。

26、本发明的第二方面提供了一种大容量电池，包括箱体以及n个上述单体电池，其中n为大于1的整数；

27、包括承压箱体以及n个第一方面所述的单体电池，其中n为大于1的整数；

28、n个单体电池排布在承压箱体内，各个单体电池薄弱部与承压箱体之间具有泄爆通道；

29、其中承压箱体满足热失控阶段的抗压强度要求，承压箱体上设有与泄爆通道对应的泄爆部，在单体电池热失控时，热失控烟气顶破薄弱部后经过泄

30、爆通道，接着顶破泄爆部后排出承压箱体；

31、每相邻两个单体电池，其中一个单体电池的第一凸台插入另一单体电池的第一凹部，并密封连接，相邻单体电池对插连接的凹部和凸起被开启后各单体电池内腔相互连通，且首尾两个单体电池的第一凹部和第一凸起需与承压箱体内腔保持密封。

32、本发明大容量电池的箱体为承压箱体，即要求该承压箱体具有较好的强度，确保热失控阶段，该承压箱体能够形成一道坚固的屏障，有效隔离高温火焰和有害气体，阻止热失控的蔓延，提高大容量电池发生热失控后的安全性。

33、同时本发明中，通过利用工具将每个单体电池的第一凸台圈定的筒体区域和第一凹部开启，如此一来，各个单体电池之间可以实现气体平衡和或电解液共享，原本可能存在的差异性能够得到有效改善，保障各个单体电池在充放电过程中的一致性，延长整体使用寿命，提升大容量电池性能。

34、进一步地，上述大容量电池中一个单体电池的第一凸台插入另一单体电池的第一凹部，并通过热熔方式固定连接。

35、进一步地，上述第二盲孔为阶梯盲孔，可以在阶梯盲孔大孔段内嵌入密封圈，将第一凹部和第一凸台对插连接后，密封圈被压紧在第一盲孔与第二盲孔之间的间隙处，形成有效密封。防止第一凹部和第一凸台对插连接密封失效，导致电解液泄漏或外部气体侵入问题出现。

36、进一步地，上述每相邻两个单体电池，其中一个单体电池的第二凸台插入另一单体电池的第二凹部，并通过热熔方式固定连接。在热熔过程中，塑料材料在受热后会发生熔化，当冷却凝固后，第一凹部和第一凸台的材料会融合在一起，形成一个整体结构，可以使第一凹部和第一凸台之间形成非常牢固的结合。这种连接方式能够承受较大的拉力、压力和剪切力，有效防止单体电池在使用过程中发生松动或分离，确保大容量电池的结构稳定性和密封性。同时，热熔连接对精度要求较低，即使在生产过程中第一凹部和第一凸台存在一定的尺寸偏差，也能顺利实现精准连接，极大地提高了生产效率。

37、进一步地，上述承压箱体的顶板上对应各单体电池的极柱开设有避让孔；各个单体电池极柱伸出避让孔；该避让孔对应的箱体顶板区域与单体电池上盖板固定密封。本发明中，各单体电池的极柱伸出承压箱体外可方便各单体电池之间的电连接，以及大容量电池自身与外部用电设备的电连接；

38、进一步地，上述承压箱体内各个单体电池之间、各个单体电池和箱体之间均设有第一绝缘密封胶层。

39、进一步地，上述的电池包还包括换热构件；所述各单体电池极柱伸出承压箱体的部分与换热构件配合，实现对各单体电池的温控；承压箱体的顶部上铺设第二绝缘密封胶层，且换热构件至少部分结构位于第二绝缘密封胶层内。

40、在电池包工作过程中，极柱处容易因电流传导产生热量积聚，换热构件能够及时带走这些热量，确保极柱始终处于适宜的工作温度范围。这不仅有助于维持电池包内单体电池的性能稳定，减少因温度过高导致的电池性能衰减，还能进一步提升电池包整体的安全性和可靠性，避免因局部过热引发的潜在故障，换热构件部分位于第二绝缘密封胶层内，也可防止换热构件表面产生凝露可能会导致短路的问题。

41、本发明的有益效果是：

42、首先，本发明薄弱部一体设置于上盖板，且薄弱部紧贴极柱固定部外侧设置，至少具有以下优势：

43、结构稳定性高；

44、现有泄爆膜通常是通过粘贴或其他方式附加到电池上盖板，在长期使用过程中，受到电池内部化学物质侵蚀、温度变化以及机械振动等因素影响，泄爆膜与上盖板的连接部位可能出现松动、脱落等问题，导致其泄爆功能失效。而本发明中一体设置的薄弱部，与上盖板是一个整体，不存在连接部位松动、脱落的隐患，极大地提高了结构的稳定性和可靠性，能始终保持良好的泄爆性能。

45、密封性能好，制造成本低；

46、现有泄爆膜与上盖板的结合处想要做到绝对密封，面临着诸多挑战且需要投入较高成本。而本发明一体设置的薄弱部与上盖板无缝衔接，在保证良好密封性能的同时，由于在制造过程中无需额外的安装步骤，简化了生产流程，降低了生产成本，同时也提高了产品的一致性和质量稳定性。

47、热失控烟气可控排放，安全性高；

48、从实际应用方面考虑，由于单体电池运行过程中极柱温度较高，现有单体电池发生热失控时，热失控烟气除了从泄爆模出溢出外，还可能从极柱周边区域溢出，导致单体电池热失控烟气不可控，本发明将薄弱部替代现有单体电池的泄爆膜且直接设置在靠近极柱周边的区域，热失控烟气仅仅只能从极柱周边区域溢出，提升了热失控的可控性。

49、本发明中单体电池壳体为塑料材质，且壳体内分区以及壳体上设置对插件，至少具有以下优势：

50、本发明中的单体电池充分利用其筒体内的第一空腔可存储较多游离的电解液，电解液具备一定的热传导能力，在电池运行时，若温度升高，储存于第一空腔的游离电解液可通过热传递迅速吸收热量，将吸收的热量分散至整个单体电池的壳体，并经由壳体表面散发出去。有效防止电池过热，降低热失控风险，精准调控温度，维持电池性能。

51、且，第一空腔与第二空腔相互贯通，允许电解液在整个壳体内自由流动与扩散。电极组件工作时，电解液消耗能及时补充，避免局部干涸，确保电池内部反应稳定，提升充放电性能。

52、另外，当采用该单体电池组装大容量电池时，本发明还可以利用工具将每个单体电池的第一凸起圈定的筒体区域和第一凹部开启，如此一来，各个单体电池之间可以实现气体平衡和或电解液共享，原本可能存在的差异性能够得到有效改善，保障各个单体电池在充放电过程中的一致性，延长整体使用寿命，提升大容量电池性能。

53、再者，本发明所提供的上述单体电池的壳体构件采用塑料材质，相对于背景技术中所采用的具有双层壳体的单体电池具有结构简单、成本低以及重量轻的等优势。

54、同时，为了提高由上述单体电池构建的大容量电池的安全性能，在本发明将多个上述单体电池置于承压箱体内，在单个单体电池发生热失控、塑料壳体熔化的极端情况下，该承压箱体能够形成一道坚固的热屏障，有效隔离高温火焰和有害气体，阻止热失控的蔓延。另外，利用承压箱体对多个单体电池进行防护，减少电池在运输、使用过程中受到的外部冲击和损伤，延长电池的使用寿命；与背景技术中对各单体电池单独套设外壳体的结构相比，减少了单独包装和防护成本，成本更低。并且在单体电池数量相同的情况下，一个承压箱体的重量必然小于多个小外壳体的重量，因此，通过承压箱体的设计，可进一步减轻大容量电池的重量。