本申請涉及電化學技術領域，特別涉及一種高功率大電流充放電的電化學器件及其制備方法。
背景技術：
隨著現代電子技術的發展，小型化的設備日益增多，對電源提出了很高的要求。電化學器件隨之進入了大規模的實用階段。電化學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，隨著技術的發展和領域的拓展，電化學器件開始向摩托車、汽車、電動工具、電動車領域發展，特別是的近期，用作車用大功率充放電電源發展迅速，但傳統的電化學器件設計采用鋼殼，鋁塑膜或塑殼等設計，電流的引出結構按小電流充放設計，難以承載大電流充放電，影響電化學器件的使用效果和負載需求。
技術實現要素：
本申請目的是：針對上述問題，提出一種內阻更低，高導電、高導熱、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器件，同時還提供了該電化學器件的制備方法。
本申請的技術方案是：一種電化學器件，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；
收容于所述殼體內的內芯；
形成于所述內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、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、且通過第二螺栓與所述負極匯流片鎖緊固定的負電極片。
本申請在上述技術方案的基礎上，還包括以下優選方案：
所述正電極片與所述正極端蓋之間設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有相互對應的、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有相互對應的、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微米厚的導電碳層。
所述正極匯流片的材質為純鋁或鋁合金。
所述負極匯流片的材質為純銅或銅合金。
所述正電極片的材質為鋁鍍鎳，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，再經微弧氧化在殼體初型件內外表面形成厚度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，再經微弧氧化在正極端蓋和負極端蓋的初型件內外表面形成厚度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芯，內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、負極匯流片和內芯布置于殼體內，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。
本申請的優點是：
1、正負極耳采用全極耳結構，匯流排與極耳采用攪拌摩擦焊接工藝結合在一起，做到極耳導流截面積最大化，提高化學元器件的導電、導熱能力，便于大電流充電、放電。
2、該化學元器件結構巧妙，整個工藝設計兼顧高功率和高容量型化學元器件的制作，有效提高生產效率，適合規模化生產。
3、正負極端蓋與殼體采用攪拌摩擦焊接工藝結合在一起，保證連接處的密封性，有效防止殼體內電解液溢出。
附圖說明
本申請的上述和/或附加的方面和優點從結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器件的結構示意圖。
其中：1-殼體，2-正極端蓋，3-負極端蓋，4-內芯，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、特征和優點，下面結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具體廠家的條件做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。在下面的描述中闡述了很多具體細節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，術語“連接”、“安裝”、“固定”等均應做廣義理解。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。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本申請中的具體含義。
在本說明書的描述中，術語“上”、“下”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，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的通常為圓筒狀結構，其兩端開口，即圖1中殼體的左右兩端均為開口結構。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，再經微弧氧化在端蓋內外表面成15微米厚(一般要求10微米以上)的、致密的、耐磨、導熱、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。
內芯4收容于殼體內并且處于正極端蓋2和負極端蓋3之間，內芯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)的導電碳層。導電碳層用于增強導電、導熱能力和電解液的浸潤。
為了保證該電化學器件能夠承載大電流充放電，正負極耳均采用全極耳結構，正極全極耳和負極全極耳形成于內芯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，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上開設有多個相互對應的、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，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上開設有多個相互對應的、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，均為鋁鍍鎳材料。第二螺栓和負電極片8采用相同材質，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內的電解液溢出。
再結合圖1所示，現將本實施例這種電化學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，再經微弧氧化在殼體初型件內外表面形成厚度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，再經微弧氧化在正極端蓋和負極端蓋的初型件內外表面形成厚度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芯，內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、負極匯流片和內芯布置于殼體內，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構思及特點，其目的在于讓人們能夠了解本申請的內容并據以實施，并不能以此限制本申請的保護范圍。凡根據本申請主要技術方案的精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本申請的保護范圍之內。