《雙極性水平電池》是易德維新能源科技(宿遷)有限公司於2020年09月28日申請的實用新型專利，該專利的申請號為202022171870 .9，公布號為CN 213043001 U，公布日為2021年04月23日。發明人：郭曉鋒; 張才勇。
《雙極性水平電池》包括：電池芯，其包含多個電池單體，各電池單體之間具有間隙;電池殼體，其通過注塑方式與電池芯形成為一體，並且二者之間形成為循環通道，以供電解液流通。其中，該雙極性水平電池還包括在注塑過程中與電池殼體一體成形的、位於各電池單體之間的間隙內的隔斷牆，從而將相鄰的電池單體相隔離。該雙極性水平電池不僅製造工藝簡單、生產成本較低、適合於大批量生產，而且該電池的各電池單體之間的密封性好，能有效防止各電池單體之間發生竄液或竄氣現象，並且電池芯和電池殼體的固定方式簡單。
基本介紹
- 中文名：雙極性水平電池
- 申請單位：易德維新能源科技(宿遷)有限公司
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,實施方式,
專利背景
當今社會，電池已廣泛套用於各個領域。因所套用的場合的不同，電池的類型也是各種各樣。其中，作為堆疊型電池的一種，水平電池由於能夠包含多個電池單體，因而通常用作大容量電池，可套用於汽車、船舶、工程機械、飛機、機車等起動，也可用於儲能、後備電源、叉車等各種領域。
現有的水平電池製造工藝是：分別製造水平電池的電池芯(通過堆疊並固定雙極板、正單板板、負電極板、隔膜等而構成的多個單體電池集群)和電池殼體(也稱電池槽)，再將電池芯裝進電池殼體內並進行組合固定，然後在電池殼體的頂部安裝頂蓋，並將頂蓋與電池殼體的結合處進行密封，最後向電池殼體內注入電解液，從而構成完整的電池。
缺點：
第一、電池芯的各個電池單體之間的密封不容易實現。由於電池的各個單體之間需要串聯，因而它們之間必須藉助導體(例如金屬絲)或通過焊接連線，但同時又不允許電解液在各個電池單體之間流通。因此，通常需要設計特別的結構來實現各電池單體之間的密封，防止各電池單體之間發生竄液或竄氣現象。第二、電池芯和電池殼體之間的安裝固定結構較為複雜，需要在二者之間設計特別的用於彼此配合的結構，以保證將電池芯和電池殼體穩固地配合固定在一起，並且可以從電池芯引出正、負端子至電池殼體的外部。這種配合結構的設計增加了電池整體的製造成本；並且，由於需要額外的步驟來組合電池芯和電池殼體，因而增加了工藝、工序的複雜性。
發明內容
專利目的
《雙極性水平電池》其不僅製造工藝簡單、生產成本較低、適合於大批量生產，而且該電池的各電池單體之間的密封性好，能有效防止各電池單體之間發生竄液或竄氣現象，並且電池芯和電池殼體的固定方式簡單、方便實現。
技術方案
《雙極性水平電池》先完成電池芯的製作，待電池芯完成後，將電池芯作為預埋件置入用於形成電池殼體的注塑模具中，接著在該模具中注塑形成電池殼體，從而使得電池殼體形成後直接與電池芯結合成為一體。使得電池殼體與電池芯在兩端結合成為一體，而電池芯和電池殼體的兩側彼此間隔開，從而形成供電解液流通的循環通道。再在電池殼體與電池芯的結合體的頂端和底端分別安裝頂蓋和底蓋並進行密封，之後注入電解液形成完整的電池。
製造雙極性水平電池的方法：
(a) 提供水平電池的電池芯；
(b) 將所述電池芯作為預埋件置入注塑模具中；
(c) 在所述注塑模具中注塑形成電池殼體，使所述電池殼體環繞所述電池芯，且二者結合成為一體，其中在所述電池芯和所述電池殼體的之間形成有循環通道，以供電解液在其中流通；
(d) 在所述電池殼體的頂面和底面分別安裝頂蓋和底蓋並進行密封，從而使所述電池殼體的內部形成密封空間，以供存儲電解液；
(e) 向所述電池殼體中注入電解液。
在《雙極性水平電池》所提供的實施例中，所述步驟（a）包括：
（a1）提供框架、多個雙極板、多個正單極板、以及多個負單極板；
（a2）將所述多個雙極板、所述多個正單極板、以及所述多個負單極板層疊放置於所述框架內，以形成多個電池單體，並使所述正單極板的金屬引出端、及所述多個負單極板的金屬引出端朝向外部；
（a3）在所述框架的頂部安裝壓力蓋板，以將所述多個雙極板、多個正單極板、多個負單極板固定於所述框架內；
（a4）將所述多個正單極板的金屬引出端、多個負單極板的的金屬引出端分別進行焊接，從而形成匯流排，並從所述匯流排引出正、負極端子。
優選地，所述框架能夠被摺疊，其包括底部支撐板和位於所述底部支撐板的兩側的可摺疊翼板，所述可摺疊翼板可摺疊至與所述底部支撐板大體垂直。
在所述步驟（a2）中，將所述多個雙極板、多個正單極板、以及多個負單極板放置於所述底部支撐板上，並將所述可摺疊翼板摺疊至與所述底部支撐板大體垂直的位置，或者先將所述可摺疊翼板摺疊至與所述底部支撐板大體垂直的位置，然後再將所述多個雙極板、多個正單極板、以及多個負單極板放置於所述底部支撐板上，從而將所述多個雙極板、所述多個正單極板、多個負單極板定位於所述底部支撐板上、所述可摺疊翼板之間。
優選地，所述框架的底部支撐板和/或所述可摺疊翼板上成形有供電解液流通的多個通孔，在所述步驟（e）中，使所述電解液通過所述多個通孔進入所述各電池單體。
優選地，所述可摺疊翼板和所述壓力蓋板上可設有卡接結構；在步驟（a3）中，將所述壓力蓋板放置所述框架的頂部，並使所述卡接結構卡接，從而將所述多個雙極板以及多個正單極板、多個負單極板以自鎖方式固定於所述框架中。所述卡接結構包括設定於所述壓力蓋板上的掛鈎、和設定於所述可摺疊翼板上可與所述掛鈎配合的合蓋視窗；在步驟（a3）中，通過向所述壓力蓋板施加壓力而使所述多個雙極板以及多個正單極板、負單極板發生彈性變形，從而使得所述掛鈎進入所述可摺疊翼板的合蓋視窗中，然後停止施加壓力，此時所述多個雙極板以及多個正單極板及負單極板自彈性變形復原，從而使所述掛鈎牢固地卡接於所述合蓋視窗中。這種固定方式操作簡單方便，而且固定後非常穩固，不易鬆動。
優選地，所述雙極板包括形成為一體的負極板、正極板及位於二者之間的分隔密封部。由於如下所述，每一雙極板的負極板和正極板將分別位於不同的電池單體，因而二者之間的分隔密封部有助於實現不同電池單體之間的隔離。
優選地，所述框架包括多個區段，各區段之間具有間隙；在所述步驟（a2）中，使每一所述雙極板的所述負極板和正極板分別位於所述框架的不同但相鄰兩個的區段，且使所述多個正單極板和負單極板分別位於所述框架最外側的兩個區段，從而使得在所述框架的每一區段中，一所述雙極板的負極板與另一所述雙極板的正極板或正單極板形成一個電池單體，或者一所述雙極板的正極板與另一所述雙極板的負極板或負單極板形成一個電池單體，且各電池單體之間具有間隙。
優選地，在所述步驟（c）中，使所述電池單體之間的間隙由熔融塑膠填充，從而使得冷卻後在相鄰電池單體之間形成隔斷牆，以隔離相鄰的電池單體。由於熔融塑膠有較好的流動性，因而能充分填充各電池單體之間的間隙，因此其所形成的隔斷牆能有效地實現各電池單體之間的隔離，防止電池單體之間的竄液或竄氣現象發生。
優選地，在所述步驟（c）中，使所述電池殼體與所述電池芯的位於其兩端的所述匯流排結合在一起，並使所述電池芯的兩側與所述電池殼體的相應內壁之間形成所述循環通道，以供電解液流通。其中，所述循環通道的寬度為0.5-20mm。優選地，所述電池殼體的側壁的上端具有小於側壁主體的厚度，所述上端插入所述頂蓋的所述凹槽內，從而形成密封，且所述側壁主體的外表面與所述頂蓋的外表面相平齊。這種結構不僅有助於實現電池殼體的側壁與頂蓋之間形成有效的、穩固的密封，從而防止電解液泄露，而且使得電池整體表面平整。
改善效果
按照本申請所提供的另一種雙極性水平電池，其包括：電池芯，其包含多個電池單體，各所述電池單體之間具有間隙；電池殼體，其通過注塑方式與所述電池芯形成為一體，並且二者之間形成為循環通道，以供電解液流通；頂蓋，其安裝於所述電池殼體的頂部，並與之密封連線；及底蓋，其安裝於所述電池殼體的底部，並與之密封連線。其中，所述雙極性水平電池還包括在注塑過程中與所述電池殼體一體成形的、位於所述各電池單體之間的間隙內的隔斷牆，從而將相鄰的所述電池單體相隔離；且其中所述電池芯的兩端形成有匯流排，所述電池殼體上形成有從所述匯流排引出的正、負極端子；所述電池芯的兩側與所述電池殼體的相應內壁之間形成所述循環通道。按照本申請所提供的雙極性水平電池，由於電池殼體和電池芯注塑成形為一體，且在各電池單體形成隔斷牆，因而各電池單體之間的密封性好，能有效防止各電池單體之間發生竄液或竄氣現象，並且電池芯和電池殼體的固定方式簡單、方便實現。
附圖說明
圖1是按照本申請所提供的一種雙極性水平電池（成品）的立體示意圖；
圖2A為圖1所示電池的電池芯的主視圖，圖2B為圖2A的A-A剖視圖，圖2A、2B共同示出了在步驟（a）所形成的產品（電池芯）；
圖3A-3C為圖2A、2B所示的電池芯注塑形成電池殼體之後的示意圖（即經過步驟（b）、(c)所形成的產品），其中圖3A為電池殼體（含電池芯）的主視圖，圖3B為圖3A的B-B剖視圖，圖3C為圖3A的C-C剖視圖；
圖4A-4E為在圖3A-3C所示的電池芯及電池殼體的基礎上進一步安裝了頂蓋和底蓋之後的示意圖（即在步驟（d）所形成的產品）；其中圖4A為電池殼體組裝頂蓋及底蓋後的主視圖，圖4B為圖4A的D-D剖視圖，圖4C為圖4A的E-E剖視圖，圖4D為圖4B的D處放大視圖，圖4E為圖4B的E處放大視圖；
圖5A、5B示出了圖1-4E所示實施例中電池芯的框架（即步驟（a1）中所採用的框架）在摺疊前的狀態，其中圖5A為框架在摺疊前狀態的主視圖，圖5B為圖5A的俯視圖；
圖6A為圖5A、5B所示出的框架在摺疊後的主視圖，圖6B為圖6A的左視圖，二者共同示出了框架摺疊後的狀態。
圖7A-7B示出了圖1-4E所示實施例中電池芯的雙極板的一種實施例，其中圖7A示出了雙極板的俯視圖，圖7B為圖7A的F-F剖視圖；
圖8A-8B示出了圖1-4E所示實施例中電池芯的正單極板或負單極板的一種實施例，其中圖8A示出了正單極板或負單極板的俯視圖，圖8B為圖8A的仰視圖；
圖9A示出了圖1-4E所示實施例中電池芯中的雙極板（即圖7A、7B所示的雙極板）與正單極板和負單極板（圖8A、8B所示的正單極板或負單極板）堆疊後的主視圖，圖9B為9A的I處放大視圖；
圖10A為圖1-4E所示實施例中電池芯的壓力蓋板（即步驟（a3）中所採用的壓力蓋板）的俯視圖，圖10B為圖10A的左視圖；
圖11A、11B示出了將雙極板（如圖7A、7B所示）與正單極板和負單極板（圖8A、8B所示）堆疊並固定於摺疊後的框架上的結構（步驟（a3）形成的結構），其中圖11A為該結構的主視圖，圖11B為圖11A的左視圖；與圖2A、2B不同的是，在圖11A、11B中，還未將正、負單極板的金屬引出端焊接成匯流排（即，未進行步驟（a4））；
圖12A、12B示出了圖1所示的電池的頂蓋的結構，其中圖12A為頂蓋的仰視圖，圖12B為圖12A的H-H剖視圖；
圖13A、13B示出了圖1所示的電池的底蓋的結構，其中圖13A為底蓋的俯視圖，圖13B為圖13A的I-I剖視圖；
圖14A、14B示出了按照本申請所提供的另一種雙極性水平電池（成品），其包括四個電池單體；其中，圖14A為沿圖14B的J-J剖視圖，圖14B為該電池的俯視圖；
圖15A、15B示出了圖14A、14B所示實施例中電池芯與電池殼體的結構（即，不包含頂蓋和底蓋），其中， 圖15A為沿圖15B的K-K剖視圖，圖15B為該結構的俯視圖；
圖16A、16B示出了圖14A、14B所示實施例中的電池芯的結構，其中，圖16A為該電池芯的主視圖，圖16B為沿圖16B的L-L剖視圖；
圖17A、17B示出了圖16A、16B所示實施例中的電池芯中的雙極板、正單極板、負單極板的堆疊結構，其中圖17A為該堆疊結構的主視圖，圖17B為圖17的左視圖，圖17C-17G分別為圖17A中I、II、III、IV和V處的局部放大圖，其示出了各電池單體之間的連線結構。
附圖示記說明：
100-雙極性水平電池
10-電池芯；1-框架；2-雙極板；3-正單極板；4-負單極板；5-壓力蓋板；11、12-框架1的底部支撐板、可摺疊翼板；111、112-底部支撐板、可摺疊翼板上的通孔；13-框架1的區段；14-區段之間的間隙；21、22-雙極板2的負極板、正極板；31、41-正、負單極板3、4的金屬引出端；101-電池單體；32、42-正、負單極板3、4的的金屬引出端31、41形成的匯流排；
20-電池殼體；201-側壁的上端；202-側壁主體；203-側壁的下端
30-頂蓋；301-泄氣閥安裝座；302-泄氣閥；303-凹槽
40-底蓋；401-孔口；402-凹槽
6-電池單體之間的隔斷牆；P-循環通道
（以上附圖來源於：）
實施方式
參見圖1，按照《雙極性水平電池》所提供的雙極性水平電池100，大體上包括電池芯10、電池殼體20、頂蓋30、底蓋40這四大部分。其中，電池芯10位於電池殼體20的內部（因此，圖1中的部分引用為虛線）；頂蓋30、底蓋40分別安裝於電池殼體20的頂部和底部，並且其與電池殼體20的結合部位均已被密封，從而使得電池殼體20內部形成密封的空間，可供電解液在其中流動。如圖1中所示，頂蓋30上具有泄氣閥302，以用於排放廢氣。電池殼體20的兩端形成有從電池芯10引出的正、負極端子33、43，以進行外接。
製造按照《雙極性水平電池》所提供的雙極性水平電池100的方法，總體上包括如下步驟：
(a) 提供水平電池的電池芯10（如圖2A、2B所示）；
(b) 將所述電池芯10作為預埋件置入注塑模具中（注塑模具圖中未示，具體的模具結構和尺寸可由本領域技術人員根據電池芯的形狀、尺寸、電池單體的數量，所要形成的電池殼體的形狀、尺寸等進行設計）；
(c) 在所述注塑模具中注塑（例如注入熔融塑膠）形成電池殼體20，使所述電池殼體20環繞所述電池芯10，且二者結合成為一體（如圖3A-3C所示），其中在所述電池芯10和所述電池殼體20的之間形成有循環通道P，以供電解液在其中流通；
(d) 在所述電池殼體20的頂面和底面分別安裝頂蓋30和底蓋40（如圖4A-4E所示）並進行密封（具體的密封方式可採用傳統的熱封或膠封的方式），從而使所述電池殼體20的內部形成密封空間，以供存儲電解液；
(e) 向所述電池殼體20中注入電解液，從而構成完整的電池。
步驟（a）
所述步驟（a）（即提供（製造）水平電池的電池芯的步驟）包括：
（a1）提供框架1（如圖5A、5B、6A、6B所示）、多個雙極板2（如圖7A、7B所示）、多個正單極板3、以及多個負單極板4（如圖8A、8B所示），正、負單極板外觀是相似的，僅僅因為其表面上所塗的活性物質（即正極性活性物質或負極性活性物質）不同而構成不同的極板；
（a2）將所述多個雙極板2、所述多個正單極板3、以及所述多個負單極板4層疊放置於所述框架1內（參見圖6A、6B所示出的U字形的結構），以形成多個電池單體101（參見圖9A、9B），並使所述正單極板3的金屬引出端31、及所述多個負單極板4的金屬引出端41朝向外部（參見圖2A、2B）；
（a3）在所述框架1的頂部安裝壓力蓋板5（如圖10A、10B所示），以將所述多個雙極板2、多個正單極板3、多個負單極板4固定於所述框架內1，從而形成如圖11A、11B所示的結構；
（a4）將如圖11A、11B所示出的正單極板3的金屬引出端31、多個負單極板4的的金屬引出端41分別進行焊接，從而形成如圖2A、2B所示出的匯流排32、42，並從所述匯流排32、42引出正、負極端子。在成品電池中，正、負極端子從電池殼體20的頂部露出，以便於進行外接。
下面進一步具體說明步驟（a1）—（a4）。
參見圖5A、5B，優選地，在步驟（a1）中所提供的框架1為能夠被摺疊的框架，其總體上包括三大部分：底部支撐板11和位於所述底部支撐板11的兩側的可摺疊翼板12。如圖5A、5B所示，在摺疊之前，框架1整體大體呈平板狀；從圖5A中可清楚看出，底部支撐板11與兩側的可摺疊翼板12的連線處形成有缺口15，以便於摺疊。如圖6A、6B所示，可摺疊翼板12可摺疊至與所述底部支撐板11大體垂直，從而形成大體U字形的結構，以便於在該U字形的凹腔中放置多個雙極板2、多個正單極板3、以及多個負單極板4。如圖5A、5B、6A、6B所示，所述框架1的底部支撐板11和/或所述可摺疊翼板12上成形有供電解液流通的多個通孔111、121，在所述步驟（e）中，使所述電解液通過所述多個通孔111、121進入所述各電池單體。
優選地，在步驟（a）中所提供的雙極板2、正單極板3、及負單極板4採用CN202010353387.4號中國專利申請中所公開的雙極板、正單極板和負單極板。例如，如圖7A、7B所示，所述雙極板2包括形成為一體的負極板21、正極板22及位於二者之間的分隔密封部23。分隔密封部23有助於實現不同電池單體101之間的密封。
在所述步驟（a2）中，將多個雙極板2、以及多個正單極板3、多個負單極板4放置於所述底部支撐板11上，並將所述可摺疊翼板12摺疊至與所述底部支撐板11大體垂直的位置，或者先將所述可摺疊翼板12摺疊至與所述底部支撐板11大體垂直的位置，然後再將所述多個雙極板2、多個正單極板3、以及多個負單極板4放置於所述底部支撐板11上，從而將所述多個雙極板2、所述多個正單極板3、及所述多個負單極板4定位於所述底部支撐板11上、所述可摺疊翼板12之間。
優選地，步驟（a1）中所提供的框架1包括多個區段13，各區段13之間具有間隙14。在圖5A、5B、6A、6B所示的實施例中，框架1包括兩個區段13。實踐中，框架1所具有的區段13的數量可根據電池單體101的數量來確定，通常區段13的數量可與電池單體101的數量相同，使得一個區段13中的極板構成一個電池單體101，詳見下述。
在所述步驟（a2）中，使每一所述雙極板2的所述負極板21和正極板22分別位於所述框架1的不同但相鄰兩個的區段13，且使所述多個正單極板3、負單極板4分別位於所述框架1最外側的兩個區段，從而使得在所述框架1的每一區段中，一所述雙極板2的負極板21與另一所述雙極板2的正極板22或正單極板3形成一個電池單體101，或者一所述雙極板2的正極板22與另一所述雙極板2的負極板21或負單極板3形成一個電池單體101，且各電池單體101之間具有間隙14。
優選地，在步驟（a3）中，利用框架1與壓力蓋板5自身的結構來將它們安裝固定在一起。
至於步驟（a4），即，將所述正、負單極板3、4的金屬引出端31、41分別進行焊接，從而形成匯流排，再從所述匯流排引出正、負極端子，這些均可按照本領域通常的技術手段進行。
步驟（b）和（c）
在步驟（b）中，將步驟（a）所製作好的電池芯10作為預埋件置入合適的注塑模具中。
接下來進行步驟（c），即，在所述注塑模具中注入熔融塑膠，使得熔融塑膠流動至環繞所述電池芯10，待冷卻後開模，得到電池殼體20與電池芯10結合成為一體的結構。更具體地說，在所述步驟（c）中，模具設計成使得所述電池殼體20與所述電池芯10的位於其兩端的所述匯流排32、42結合在一起，並使所述電池芯10的兩側與所述電池殼體20的相應內壁之間形成所述循環通道P，以供電解液流通（參見圖3B、3C、4B、4C）。
由於熔融塑膠有很好的流動性，因而在所述步驟（c）中，熔融塑膠能充分地填充各個電池單體101之間的間隙14，從而使得冷卻後在相鄰電池單體101之間形成隔斷牆6（參見圖3C、4C），這些隔斷牆6能夠有效地隔離相鄰的電池單體101，防止不同電池單體之間的電解液竄液。
步驟（d）
在步驟（d）中，將預先製作好的頂蓋30和底蓋40分別安裝於電池殼體20的頂面和底面並進行密封，以形成如圖4A-4E所示的結構，從而使所述電池殼體20的內部形成密封空間，以供存儲電解液。頂蓋30和底蓋40的製作可採用現有技術中的工藝，頂蓋30和底蓋40與電池殼體20之間的密封可採用傳統的熱封或膠封的方式。
參見圖12A、12B，其示出頂蓋30的結構。其中圖12A為頂蓋30的仰視圖，圖12B為圖12A的H-H剖視圖。頂蓋30的外側設有多個泄氣閥安裝座301，在所述步驟（d）中，在每一所述泄氣閥安裝座301上安裝泄氣閥302。泄氣閥安裝座301的數量需要等於電池單體的數量確定，從而使得在電池成品中，每個電池單體的都有對應的泄氣閥，因而都能夠排除廢氣。在圖12A、12B所示的實施例中，頂蓋30上設有兩個泄氣閥安裝座301，因而該頂蓋30適合於兩個電池單體的電池。
如圖12A中所示，所述頂蓋30的內側成形有與所述電池殼體20的側壁配合的凹槽303，在所述步驟（d）中，使所述凹槽303與所述電池殼體20的側壁相配合，並對二者進行密封。
參見圖3B，電池殼體20的側壁的上端201具有小於側壁主體202的厚度；再參見圖4B、4D，所述上端201插入所述頂蓋30的所述凹槽303內，從而形成密封，且所述側壁主體202的外表面與所述頂蓋30的外表面相平齊。這種結構不僅有助於實現電池殼體的側壁與頂蓋之間形成有效的、穩固的密封，從而防止電解液泄露，而且使得電池整體表面平整。
參見圖13A、13B，其示出底蓋40的結構。其中圖13A為底蓋40的俯視圖，圖13B為圖13A的I-I剖視圖。如圖13A、13B所示，底蓋40的內側成形有與所述電池殼體20的側壁配合的凹槽402，在所述步驟（d）中，使所述凹槽402與所述電池殼體20的側壁相配合，並對二者進行密封。
參見圖3B，所述電池殼體20的側壁的下端203具有小於側壁主體202的厚度，再參見圖4B、4E，所述下端203插入所述底蓋40的所述凹槽402內，從而形成密封，且所述側壁主體202的外表面與所述底蓋40的外表面相平齊。這種結構不僅有助於實現電池殼體的側壁與底蓋之間形成有效的、穩固的密封，從而防止電解液泄露，而且使得電池整體表面平整。
步驟（e）如圖13A，13B中所示，所述底蓋40上具有多個孔口401，在所述步驟（e）中，通過所述多個孔口401向所述電池殼體20中注入電解液。
