本申請涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高功率大電流充放電的電化學(xué)器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，小型化的設(shè)備日益增多，對電源提出了很高的要求。電化學(xué)器件隨之進入了大規(guī)模的實用階段。電化學(xué)器件早期主要用在手機和筆記本電腦等個人小型電器用品上，隨著技術(shù)的發(fā)展和領(lǐng)域的拓展，電化學(xué)器件開始向摩托車、汽車、電動工具、電動車領(lǐng)域發(fā)展，特別是的近期，用作車用大功率充放電電源發(fā)展迅速，但傳統(tǒng)的電化學(xué)器件設(shè)計采用鋼殼，鋁塑膜或塑殼等設(shè)計，電流的引出結(jié)構(gòu)按小電流充放設(shè)計，難以承載大電流充放電，影響電化學(xué)器件的使用效果和負載需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本申請目的是：針對上述問題，提出一種內(nèi)阻更低，高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、殼體絕緣性更好、使用過程更安全、能夠承載大電流充放電的電化學(xué)器件，同時還提供了該電化學(xué)器件的制備方法。
本申請的技術(shù)方案是：一種電化學(xué)器件，包括：
兩端開口的殼體；
采用攪拌摩擦焊接工藝分別封堵固定于所述殼體兩端開口處的正極端蓋和負極端蓋；
收容于所述殼體內(nèi)的內(nèi)芯；
形成于所述內(nèi)芯上的正極全極耳和負極全極耳；
采用攪拌摩擦焊接工藝與所述正極全極耳固定連接的正極匯流片；
采用攪拌摩擦焊接工藝與所述負極全極耳固定連接的負極匯流片；
布置于所述正極端蓋外側(cè)、且通過第一螺栓與所述正極匯流片鎖緊固定的正電極片；以及
布置于所述負極端蓋外側(cè)、且通過第二螺栓與所述負極匯流片鎖緊固定的負電極片。
本申請在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，還包括以下優(yōu)選方案：
所述正電極片與所述正極端蓋之間設(shè)置有正電極絕緣密封圈，所述負電極片與所述負極端蓋之間設(shè)置有負電極絕緣密封圈。
所述正極匯流片、正極端蓋和正電極片上開設(shè)有相互對應(yīng)的、用于鎖入所述第一螺栓的螺栓孔，所述負極匯流片、負極端蓋和負電極片上開設(shè)有相互對應(yīng)的、用于鎖入所述第二螺栓的螺栓孔。
所述第一螺栓與所述正電極片采用攪拌摩擦焊接工藝連接在一起，以將所述正電極片上的所述螺栓孔密封住；所述第二螺栓與所述負電極片采用攪拌摩擦焊接工藝連接在一起，以將所述負電極片上的所述螺栓孔密封住。
所述內(nèi)芯包括正極片、負極片和隔膜，所述正極片的基材為微孔鋁箔，其孔徑為0-200微米，孔隙為率0-50％，正極片基材表面涂覆一層0-20微米厚的導(dǎo)電碳層；所述負極片的基材為微孔銅箔，其孔徑為0-200微米，孔隙為率0-50％，負極片基材表面涂覆一層0-20微米厚的導(dǎo)電碳層。
所述正極匯流片的材質(zhì)為純鋁或鋁合金。
所述負極匯流片的材質(zhì)為純銅或銅合金。
所述正電極片的材質(zhì)為鋁鍍鎳，其截面積不小于所述正極全極耳的截面積。
所述負電極片的材質(zhì)為銅鍍鎳，其截面積不小于所述負極全極耳的截面積。
上述電化學(xué)器件的制備方法，包括：
1)以鋁材或鋁鎂合金為原材料，采用冷拔精抽方法成型出殼體的初型件，再經(jīng)微弧氧化在殼體初型件內(nèi)外表面形成厚度10微米以上的Al2O3或Al2O3/MgO陶瓷層，從而制得殼體；
2)以鋁材或鋁鎂合金為原材料，運用沖壓方法成型出正極端蓋和負極端蓋的初型件，再經(jīng)微弧氧化在正極端蓋和負極端蓋的初型件內(nèi)外表面形成厚度10微米以上的Al2O3或Al2O3/MgO陶瓷層，從而制得正極端蓋和負極端蓋；
3)采用全極耳卷繞方式制取內(nèi)芯，內(nèi)芯上形成有正極全極耳和負極全極耳；
4)采用攪拌摩擦焊接工藝將正極匯流片正極全極耳固定連接，采用攪拌摩擦焊接工藝將負極匯流片與負極全極耳固定連接，
5)將正極匯流片、負極匯流片和內(nèi)芯布置于殼體內(nèi)，采用攪拌摩擦焊接工藝將正極端蓋和負極端蓋分別封堵固定于殼體兩端開口處；
6)向殼體內(nèi)注入電解液后，用第一螺栓將正電極片與正極匯流片鎖緊固定，且在正電極片與正極端蓋之間設(shè)置正電極絕緣密封圈，并采用攪拌摩擦焊接工藝將第一螺栓與正電極片連接在一起；用第二螺栓將負電極片與負極匯流片鎖緊固定，且在負電極片與負極端蓋之間設(shè)置負電極絕緣密封圈，并采用攪拌摩擦焊接工藝將第二螺栓與負電極片連接在一起。
本申請的優(yōu)點是：
1、正負極耳采用全極耳結(jié)構(gòu)，匯流排與極耳采用攪拌摩擦焊接工藝結(jié)合在一起，做到極耳導(dǎo)流截面積最大化，提高化學(xué)元器件的導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力，便于大電流充電、放電。
2、該化學(xué)元器件結(jié)構(gòu)巧妙，整個工藝設(shè)計兼顧高功率和高容量型化學(xué)元器件的制作，有效提高生產(chǎn)效率，適合規(guī)模化生產(chǎn)。
3、正負極端蓋與殼體采用攪拌摩擦焊接工藝結(jié)合在一起，保證連接處的密封性，有效防止殼體內(nèi)電解液溢出。
附圖說明
本申請的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：
圖1為本申請實施例中電化學(xué)器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
其中：1-殼體，2-正極端蓋，3-負極端蓋，4-內(nèi)芯，5-正極匯流片，6-負極匯流片，7-正電極片，8-負電極片。
具體實施方式
為了能夠更清楚地理解本申請的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本申請進行進一步的詳細描述。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本申請而不限于限制本申請的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本申請，但是，本申請還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本申請的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。
在本說明書的描述中，術(shù)語“連接”、“安裝”、“固定”等均應(yīng)做廣義理解。例如，“連接”可以使固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以使直接相連，也可以是通過中介媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本申請中的具體含義。
在本說明書的描述中，術(shù)語“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或單元必須具有特定的方向、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此，不能理解為對本申請的限制。
圖1示出了本申請這種電化學(xué)器件的一個具體實施例，其主要包括：殼體1、正極端蓋2、負極端蓋3、內(nèi)芯4、正極全極耳、負極全極耳、正極匯流片5、負極匯流片6、正電極片7和負電極片8。其中：
殼體1的通常為圓筒狀結(jié)構(gòu)，其兩端開口，即圖1中殼體的左右兩端均為開口結(jié)構(gòu)。本實施例中該殼體1的制法為：采用1060系列鋁材(或鋁鎂合金)運用冷拔精抽方法成型，成型后微弧陽極氧化成15微米厚(一般要求10微米以上)的、致密的、耐磨、導(dǎo)熱、絕緣的Al2O3陶瓷層(或Al2O3/MgO陶瓷層)。
正極端蓋2采用攪拌摩擦焊接工藝封堵固定于圖1中殼體1的左端開口處。負極端蓋3采用攪拌摩擦焊接工藝封堵固定于圖1中殼體1的右端開口處。正、負極端蓋與殼體之間采用攪拌摩擦焊接工藝連接固定的好處在于，可以保證連接處的密封性，有效防止殼體內(nèi)電解液溢出。本實施例中，正極端蓋2和負極端蓋3的制法相同，具體為：采用1060系列鋁材(或鋁鎂合金)運用沖壓方法成型，再經(jīng)微弧氧化在端蓋內(nèi)外表面成15微米厚(一般要求10微米以上)的、致密的、耐磨、導(dǎo)熱、絕緣的Al2O3陶瓷層(或Al2O3/MgO陶瓷層)。
殼體1、正極端蓋2和負極端蓋3表面絕緣，保證該電化學(xué)器件更安全。殼體1、正極端蓋2和負極端蓋3也可以采用鋁鎂合金材質(zhì)。
內(nèi)芯4收容于殼體內(nèi)并且處于正極端蓋2和負極端蓋3之間，內(nèi)芯4包括正極片、負極片和隔膜。本實施例采用全極耳卷繞方式制作內(nèi)芯，卷繞時依次放置負極片、隔膜、正極片、隔膜。其中正極片的基材為微孔鋁箔，其孔徑一般為0-200微米，本例具體為50微米，孔隙為率一般為0-50％，本例具體為10％，正極片基材表面涂覆一層5微米厚(一般為0-20微米)的導(dǎo)電碳層。負極片的基材為微孔銅箔，其孔徑一般為0-200微米，本例具體為50微米，孔隙為率一般為0-50％，本例具體為10％，負極片基材表面涂覆一層5微米厚(一般為0-20微米)的導(dǎo)電碳層。導(dǎo)電碳層用于增強導(dǎo)電、導(dǎo)熱能力和電解液的浸潤。
為了保證該電化學(xué)器件能夠承載大電流充放電，正負極耳均采用全極耳結(jié)構(gòu)，正極全極耳和負極全極耳形成于內(nèi)芯4上，具體是直接形成于正極片和負極片上。顯然，正極全極耳的截面積為正極片基材的厚度與正極片基材的長度的乘積，負極全極耳的截面積為負極片基材的厚度與負極片基材的長度的乘積。
正極匯流片5采用攪拌摩擦焊接工藝與正極全極耳固定連接，如此使得二者充分結(jié)合。而且為了進一步保證正極匯流片5和正極全極耳具有足夠大的接觸面積，進而使該電化學(xué)元件能夠承載大電流充放電，正極匯流片5的截面積最好不小于正極全極耳的截面積。正極匯流片5的材質(zhì)一般為純鋁或鋁合金，本例為純鋁。
基于同樣的考慮，負極匯流片6采用攪拌摩擦焊接工藝與負極全極耳固定連接，負極匯流片6的截面積不小于負極全極耳的截面積。負極匯流片6的材質(zhì)一般為純銅或銅合金，本例為純銅。
正電極片7布置于正極端蓋2的外側(cè)，而且正電極片7通過第一螺栓與正極匯流片5鎖緊固定。具體地，正極匯流片5、正極端蓋2和正電極片7上開設(shè)有多個相互對應(yīng)的、用于鎖入前述第一螺栓的螺栓孔，前述第一螺栓鎖入該螺栓孔中，從而使得正極匯流片5、正極端蓋2和正電極片7鎖緊固定在一起。
正電極片7與正極端蓋2之間設(shè)置正電極絕緣密封圈，以使二者絕緣隔離。
負電極片8布置于負極端蓋3的外側(cè)，而且負電極片8通過第二螺栓與負極匯流片鎖緊固定。具體地，負極匯流片6、負極端蓋3和負電極片8上開設(shè)有多個相互對應(yīng)的、用于鎖入前述第二螺栓的螺栓孔，前述第二螺栓鎖入該螺栓孔中，從而使得負極匯流片6、負極端蓋3和負電極片81鎖緊固定在一起。
負電極片8與負極端蓋3之間設(shè)置負電極絕緣密封圈，以使二者絕緣隔離。
上述第一螺栓和正電極片7采用相同材質(zhì)，均為鋁鍍鎳材料。第二螺栓和負電極片8采用相同材質(zhì)，均為銅鍍鎳材料。
在制作過程中，正負極兩端各留出一個螺栓孔用作注液孔注液使用，注液化成完成后，再將留出的螺栓孔鎖入螺栓，并采用攪拌摩擦焊接工藝將各個第一螺栓和第二螺栓分別與正電極片和負電極片焊接在一起，以將螺栓孔完全密封住，防止殼體1內(nèi)的電解液溢出。
再結(jié)合圖1所示，現(xiàn)將本實施例這種電化學(xué)器件的制備方法簡單介紹如下：
1)以鋁材為原材料，采用冷拔精抽方法成型出殼體的初型件，再經(jīng)微弧氧化在殼體初型件內(nèi)外表面形成厚度15微米的Al2O3陶瓷層，從而制得殼體；
2)以鋁材為原材料，運用沖壓方法成型出正極端蓋和負極端蓋的初型件，再經(jīng)微弧氧化在正極端蓋和負極端蓋的初型件內(nèi)外表面形成厚度15微米的Al2O3陶瓷層，從而制得正極端蓋和負極端蓋；
3)采用全極耳卷繞方式制取內(nèi)芯，內(nèi)芯上形成有正極全極耳和負極全極耳；
4)采用攪拌摩擦焊接工藝將正極匯流片正極全極耳固定連接，采用攪拌摩擦焊接工藝將負極匯流片與負極全極耳固定連接，
5)將正極匯流片、負極匯流片和內(nèi)芯布置于殼體內(nèi)，采用攪拌摩擦焊接工藝將正極端蓋和負極端蓋分別封堵固定于殼體兩端開口處；
6)向殼體內(nèi)注入電解液后，用第一螺栓將正電極片與正極匯流片鎖緊固定，且在正電極片與正極端蓋之間設(shè)置正電極絕緣密封圈，并采用攪拌摩擦焊接工藝將第一螺栓與正電極片連接在一起；用第二螺栓將負電極片與負極匯流片鎖緊固定，且在負電極片與負極端蓋之間設(shè)置負電極絕緣密封圈，并采用攪拌摩擦焊接工藝將第二螺栓與負電極片連接在一起。
當然，上述實施例只為說明本申請的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓人們能夠了解本申請的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本申請的保護范圍。凡根據(jù)本申請主要技術(shù)方案的精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本申請的保護范圍之內(nèi)。