電池圓柱外殼及圓柱防爆電池及其加工方法和設備的製作方法
2023-05-02 03:59:56 4
專利名稱：電池圓柱外殼及圓柱防爆電池及其加工方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種化學電源，更具體地說，本發明涉及一種機械封口的圓柱型電池及其製造技術。
背景技術：
隨著數位相機、攝像機、筆記本電腦、移動DVD等數碼產品的飛速發展，俱有比容量高、能量密度大、壽命長的鋰離子電池，特別是圓柱型鋰離子電池得以廣泛應用。
目前，通常的圓柱型鋰離子電池包括鋼製外殼，且自上而下依次包括蓋帽、溫度保險環、安全閥片、電流斷開裝置、透氣板、正極耳、上墊片、卷芯，防爆電池外殼的肩部形成有一圈內凹的滾槽，在該滾槽上緣與外殼上端的收口之間嵌配著密封圈，該密封圈設有一圈內槽且緊套在蓋帽、溫度保險環和安全閥片的外周。根據理論和經驗證明圓柱型鋰離子電池的滾槽加工及封口氣密性是非常重要的質量控制環節，這些環節質量的好壞在很大程度上影響著圓柱型鋰離子電池的應用和推廣。而傳統的圓柱型鋰離子電池在這些環節上主要表現出如下缺點滾槽時殼體表面鍍層破壞，封口壓力波動較大。有部分電池封口壓力在5kg/cm2以下，從而導致電池漏液現象。
在此方面，有專利號為02258513.3的中國專利文件公開了一種圓柱形鋰離子電池封口，是在電池上口外殼中依次壓入密封圈、正極片、熱敏電阻片、蓋板、防爆塊、蓋帽等後，由機械方式向內側卷邊封住上口而成。一熱敏電阻片夾在正極片和蓋板之間呈電聯結，蓋板上有兩個孔，一個放氣孔位於蓋板中心，孔上蓋有彈性密封塊，密封塊被蓋在蓋帽內側，另一加液孔開在蓋板中心與周邊之間，該孔由鋼珠封堵。據稱，該電池封口優點是有效防止電池短路、發熱、爆裂、滲漏，加注電解液操作方便，電池密封性好，對生產環境條件要求低，產出的電池性能更可靠。但是，根據經驗，該封口技術的效果值得質疑。
發明內容
針對現有技術的上述缺點，本發明的兩個目的分別是要提供一種電池圓柱外殼及其圓柱防爆電池，該電池圓柱外殼及其圓柱防爆電池俱有如下優點殼體的成型更加合理，殼體與電池密封件的受力狀況改善，電池封口的密封性增加且波動減小。
本發明的另外兩個目的分別是要提供一種上述電池圓柱外殼及其圓柱防爆電池的加工方法。
本發明的又另外三個目的分別是要提供一種上述電池圓柱外殼及其圓柱防爆電池的加工設備。
為此，本發明的技術解決方案之一是一種電池圓柱外殼，其包括一體成型的圓筒形側面與圓形底面，在所述側面的肩部形成有一圈內凹的滾槽，而基於所述內凹的滾槽上緣，還形成有一圈向上的凸環。
本發明的另一相關技術解決方案是一種採用上述圓柱電池外殼的圓柱防爆電池，其依次包括最上端的蓋帽、溫度保險環、安全閥片、電流斷開裝置、透氣板、正極耳、上墊片、卷芯，防爆電池還包括外殼和密封圈，所述外殼的肩部形成有一圈內凹的滾槽，在該滾槽上緣與外殼上端的收口之間嵌配著密封圈，該密封圈設有一圈內槽且緊套在所述蓋帽、溫度保險環和安全閥片的外周，而所述滾槽的上緣形成有一圈向上的凸環，該圈凸環的上凸面與所述密封圈的下面間彈性變形地接觸、形成彈性的密封環面。
傳統電池外殼採用曲率半徑較大的滾槽與電池密封圈進行面接觸密封，本實用新型的電池防爆圓柱外殼，在曲率半徑較大的滾槽基礎上增加曲率半徑較小的向上的凸環以增加接觸彈性、變形力度乃至接觸面積，因此與傳統電池外殼相比，俱有以下優點由於殼體肩部上的滾槽採用了局部環形突起，使殼體肩部與肩部以上的電池密封圈等形成局部環形擠壓接觸，從而能使電池密封圈受力狀況大為改觀，密封壓力波動性下降、密封性能大大提高。相比傳統圓柱形電池的滾槽封口而言，本發明電池封口後的封口壓力可達7kg/cm2以上，能基本解決電池漏液現象。而且，組合蓋板內的防爆閥、PTC(溫度保險環)等組件變形小，俱有接觸電阻更小，使用更加安全可靠。
為進一步優化和細化本發明電池結構的上述基本優點，本發明電池的結構改進還包括相對所述滾槽上緣，所述凸環的上凸面向上凸起的高度不小於0.2毫米；所述凸環的上凸面向上凸起的高度為所述滾槽內凹深度的8-12；所述滾槽的內凹深度為所述防爆電池直徑的7-13％。密封圈的材質採用彈塑性的有機聚合物。
本發明的又一相關技術解決方案是一種電池圓柱外殼的加工方法，其包括如下步驟A)在電池外殼的肩部滾壓形成一圈滾槽，同時，在電池外殼的軸向施加軸向擠壓推力；B)在滾槽形成後，利用鉤頭壓模或軸向擠壓模具，在滾槽上緣形成一圈向上的凸環。
為進一步優化和細化本發明上述電池外殼加工方法的基本優點，本發明電池外殼加工方法改進還包括所述步驟B中，所述軸向擠壓模具包括衝壓上模、下卡模，軸向擠壓模具的操作過程包括將電池外殼緊配合在下卡模中，令滾槽上緣外底面相對所述下卡模上端面的距離不小於0.2毫米，啟動衝壓上模推壓電池外殼上端開口直至所述滾槽上緣外底面接觸到下卡模上端面；所述鉤頭壓模探入滾槽，壓模的鉤頭在所述電池外殼滾槽上緣旋轉地模壓出一圈凸環。
相應地，本發明還有一相關技術解決方案是一種如上所述圓柱防爆電池的加工方法，其包括如下步驟A)在電池外殼的肩部滾壓形成一圈滾槽，同時，在電池外殼的軸向施加軸向擠壓推力；B)在滾槽形成後，利用鉤頭壓模或軸向擠壓模具，在滾槽上緣形成一圈向上的凸環；C)在滾槽及凸環的上凸面上添裝內套有蓋帽、溫度保險環和安全閥片的密封圈，然後利用軸向擠壓模具施壓，將電池外殼開口進行收縮封口。
本發明又一相關技術解決方案是一種上述電池圓柱外殼的加工設備，其包括下卡模，而所述加工設備還包括衝壓上模，該衝壓上模的下端包括臺階面，在該臺階面以下形成有小頭向下的錐度模頭，該錐度模頭的小頭外徑與所述電池外殼的內徑相當；所述下卡模的開孔內徑與所述電池外殼的外徑相當，所述下卡模俱有調節開孔深度的調深機構，且該調深機構可令所述開孔中的電池外殼上的滾槽上緣外底面相對所述下卡模上端面的距離不小於0.2毫米。
為進一步優化和細化本發明上述電池圓柱外殼的加工設備的基本優點，本發明電池圓柱外殼的加工設備的結構改進還包括所述下卡模俱有調節開孔內徑的調徑機構，所述下卡模的上端面設有探入所述滾槽的卡口。
更具體而言，所述下卡模包括縱向通孔的模體，所述開孔為該縱向通孔的上段，所述調徑機構包括沿所述縱向通孔一側的內壁向所述下卡模外表全面貫通的切縫，所述調徑機構還包括調節所述切縫間隙的活動緊固機構。
本發明再又一相關技術解決方案是另一種上述電池圓柱外殼的加工設備，其包括從軸向兩端頂壓定位所述電池外殼的芯軸、後頂杆，而所述加工設備還包括鉤頭壓模，該鉤頭壓模包括可探入滾槽中的鉤頭，在鉤頭末端側面鉤狀地形成有光滑的凸體。
本發明還有一相關技術解決方案是一種上述圓柱防爆電池的加工設備，其包括帶有下卡模和封口上模的軸向擠壓模具，而所述軸向擠壓模具還包括衝壓上模，該衝壓上模的下端包括臺階面，在該臺階面以下形成有小頭向下的錐度模頭，該錐度模頭的小頭外徑與所述電池外殼的內徑相當；所述下卡模的開孔內徑與所述電池外殼的外徑相當，所述下卡模俱有調節開孔深度的調深機構，且該調深機構可令所述開孔中的電池外殼上的滾槽上緣外底面相對所述下卡模上端面的距離不小於0.2毫米。
本發明的上述加工設備能夠優質、高效地生產出本發明的新型封口結構的圓柱形電池，不會產生電池外殼體表面的鍍層破壞現象。
總之，本發明的一系列改進實施簡單，效果顯著，便於推廣實施。
以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
圖1為傳統圓柱形電池的封口結構示意圖。
圖2為圖1中圈定範圍內的局部結構放大示意圖。
圖3為本發明圓柱形防爆電池實施例的封口結構示意圖。
圖4為圖2中圈定範圍內的局部結構放大示意圖。
圖5為採用本發明加工設備實施例1加工外殼凸環的示意圖。
圖6為圖5中圈定範圍內的局部結構放大示意圖。
圖7為採用本發明加工設備實施例2加工外殼凸環的示意圖。
圖8為圖7中圈定範圍內的局部結構放大示意圖。
圖9為採用本發明加工設備實施例2進行封口操作的示意圖如圖1、2，所示為傳統圓柱形電池的封口結構示意圖。其包括鋼製外殼9，且自上而下依次包括蓋帽1、溫度保險環2、安全閥片3、電流斷開裝置4、透氣板5、正極耳6、上墊片7、卷芯8，防爆電池外殼9的肩部形成有一圈內凹的滾槽90，在該滾槽90上緣與外殼9上端的收口91之間嵌配著密封圈10，該密封圈10設有一圈內槽10A且緊套在蓋帽1、溫度保險環2和安全閥片3的外周。傳統的圓柱型鋰離子電池，封口壓力波動較大其中部分電池封口壓力在5kg/cm2以下，容易導致電池漏液現象。
具體實施例方式
電池及其外殼實施例如圖3、4，所示為本發明的圓柱防爆電池及其外殼實施例的示意圖。圓柱防爆電池依次包括最上端的蓋帽1、溫度保險環2、安全閥片3、電流斷開裝置4、透氣板5、正極耳6、上墊片7、卷芯8，防爆電池還包括外殼9和密封圈10，所述外殼9的肩部形成有一圈內凹的滾槽90，在該滾槽90上緣與外殼9上端的收口91之間嵌配著密封圈10，該密封圈10設有一圈內槽10A且緊套在所述蓋帽1、溫度保險環2和安全閥片3的外周，而且所述滾槽90的上緣還形成有一圈向上的凸環92，該圈凸環92的上凸面與所述密封圈10的下面間彈性變形地接觸、形成彈性的密封環面。
相對所述滾槽90上緣，所述凸環92的上凸面向上凸起的高度不小於0.2毫米。
所述凸環92的上凸面向上凸起的高度為所述滾槽90內凹深度的8-12％。
所述滾槽90的內凹深度為所述防爆電池及其外殼9直徑的7-13％。
密封圈10的材質採用彈塑性的有機聚合物。
加工設備實施例1及加工方法如圖5、6，所示為採用本發明加工設備實施例1加工外殼凸環的示意圖。加工設備實施例1包括從軸向兩端頂壓定位所述電池外殼9的芯軸11、後頂杆12，而所述加工設備還包括鉤頭壓模13，該鉤頭壓模包括可探入滾槽中的鉤頭131，在鉤頭131末端側面鉤狀地形成有光滑的凸體132。加工方法包括如下步驟A)在電池外殼9的肩部滾壓形成一圈滾槽90，同時，在電池外殼9的軸向施加軸向擠壓推力；B)在滾槽90形成後，利用鉤頭壓模13的凸體132在滾槽90上緣形成一圈向上的凸環92。
在滾槽工序中，通過保證芯軸11與後頂杆12的同軸度，在滾刀(未示出)進刀的時候，後頂杆12加以適當的推力能使得直徑Φ18的鋼殼9滾槽90淨深可達1.75mm以上，以利進一步擠壓出向上凸環92。
加工設備實施例2及加工方法如圖7、8，所示為採用本發明設備實施例2加工外殼凸環的示意圖。該加工設備實施例2包括下卡模14，而且，所述加工設備還包括衝壓上模15，該衝壓上模15的下端包括臺階面150，在該臺階面150以下形成有小頭向下的錐度模頭151，該錐度模頭151的小頭外徑與所述電池外殼9的內徑相當；所述下卡模14的開孔140內徑與所述電池外殼9的外徑相當，所述下卡模14俱有調節開孔深度的調深機構(未予詳示)，且該調深機構可令所述開孔140中的電池外殼9上的滾槽90上緣外底面相對所述下卡模14上端面的距離不小於0.2毫米。
所述下卡模14俱有調節開孔140內徑的調徑機構，所述下卡模14的上端面設有探入所述滾槽90的卡口141。
所述下卡模14包括縱向通孔的模體142，所述開孔140為該縱向通孔的上段，所述調徑機構包括沿所述縱向通孔一側的內壁向所述下卡模14外表全面貫通的切縫143，所述調徑機構還包括調節所述切縫143間隙的活動緊固機構-螺孔144及插配在該螺孔144中的螺紋緊固機構(未示出)。
採用上述設備加工凸環的方法包括如下步驟A)在電池外殼9的肩部滾壓形成一圈滾槽90，同時，在電池外殼9的軸向施加軸向擠壓推力；B)在滾槽90形成後，利用衝壓上模15、下卡模14，將電池外殼9緊配合在下卡模14中，令滾槽90上緣外底面相對所述下卡模14上端面的距離不小於0.2毫米，啟動衝壓上模15推壓電池外殼9上端開口直至所述滾槽90上緣外底面接觸到下卡模14上端面，從而在滾槽90上緣形成一圈向上的凸環92；如圖9，所示為採用本發明設備實施例2進行封口操作的示意圖。封口操作步驟包括在滾槽90及凸環92的上凸面上添裝內套有蓋帽16、溫度保險環17和安全閥片18的密封圈19等，然後利用軸向擠壓模具中的封口上模20向下施壓，將卡配在下卡模14開孔140中的電池外殼9開口進行收縮封口，最終完成電池封口。
權利要求
1.一種電池圓柱外殼，其包括一體成型的圓筒形側面與圓形底面，在所述側面的肩部形成有一圈內凹的滾槽，其特徵在於基於所述內凹的滾槽上緣，還形成有一圈向上的凸環。
2.如權利要求1所述的電池圓柱外殼，其特徵在於相對所述滾槽上緣，所述凸環的上凸面向上凸起的高度不小於0.2毫米；所述凸環的上凸面向上凸起的高度為所述滾槽內凹深度的8-12；所述滾槽的內凹深度為所述防爆電池直徑的7-13％。
3.一種如權利要求1或2所述電池圓柱外殼的加工方法，其包括如下步驟A)在電池外殼的肩部滾壓形成一圈滾槽，同時，在電池外殼的軸向施加軸向擠壓推力；B)在滾槽形成後，利用鉤頭壓模或軸向擠壓模具，在滾槽上緣形成一圈向上的凸環。
4.如權利要求3所述的電池圓柱外殼的加工方法，其特徵在於所述步驟B中，所述軸向擠壓模具包括衝壓上模、下卡模，軸向擠壓模具的操作過程包括將電池外殼緊配合在下卡模中，令滾槽上緣外底面相對所述下卡模上端面的距離不小於0.2毫米，啟動衝壓上模推壓電池外殼上端開口直至所述滾槽上緣外底面接觸到下卡模上端面；所述鉤頭壓模探入滾槽，壓模的鉤頭在所述電池外殼滾槽上緣旋轉地模壓出一圈凸環。
5.一種採用如權利要求1或2的圓柱電池外殼的圓柱防爆電池，其依次包括最上端的蓋帽、溫度保險環、安全閥片、電流斷開裝置、透氣板、正極耳、上墊片、卷芯，防爆電池還包括外殼和密封圈，所述外殼的肩部形成有一圈內凹的滾槽，在該滾槽上緣與外殼上端的收口之間嵌配著密封圈，該密封圈設有一圈內槽且緊套在所述蓋帽、溫度保險環和安全閥片的外周，其特徵在於所述滾槽的上緣形成有一圈向上的凸環，該圈凸環的上凸面與所述密封圈的下面間彈性變形地接觸、形成彈性的密封環面。
6.一種如權利要求5所述圓柱防爆電池的加工方法，其包括如下步驟A)在電池外殼的肩部滾壓形成一圈滾槽，同時，在電池外殼的軸向施加軸向擠壓推力；B)在滾槽形成後，利用鉤頭壓模或軸向擠壓模具，在滾槽上緣形成一圈向上的凸環；C)在滾槽及凸環的上凸面上添裝內套有蓋帽、溫度保險環和安全閥片的密封圈，然後利用軸向擠壓模具施壓，將電池外殼開口進行收縮封口。
7.一種如權利要求1或2所述電池圓柱外殼的加工設備，其包括下卡模，其特徵在於所述加工設備還包括衝壓上模，該衝壓上模的下端包括臺階面，在該臺階面以下形成有小頭向下的錐度模頭，該錐度模頭的小頭外徑與所述電池外殼的內徑相當；所述下卡模的開孔內徑與所述電池外殼的外徑相當，所述下卡模俱有調節開孔深度的調深機構，且該調深機構可令所述開孔中的電池外殼上的滾槽上緣外底面相對所述下卡模上端面的距離不小於0.2毫米。
8.如權利要求7所述電池圓柱外殼的加工設備，其特徵在於所述下卡模俱有調節開孔內徑的調徑機構，所述下卡模的上端面設有探入所述滾槽的卡口。
9.一種如權利要求1或2所述電池圓柱外殼的加工設備，其包括從軸向兩端頂壓定位所述電池外殼的芯軸、後頂杆，其特徵在於所述加工設備還包括鉤頭壓模，該鉤頭壓模包括可探入滾槽中的鉤頭，在鉤頭末端側面鉤狀地形成有光滑的凸體。
10.一種如權利要求5所述圓柱防爆電池的加工設備，其包括帶有下卡模和封口上模的軸向擠壓模具，其特徵在於所述軸向擠壓模具還包括衝壓上模，該衝壓上模的下端包括臺階面，在該臺階面以下形成有小頭向下的錐度模頭，該錐度模頭的小頭外徑與所述電池外殼的內徑相當；所述下卡模的開孔內徑與所述電池外殼的外徑相當，所述下卡模俱有調節開孔深度的調深機構，且該調深機構可令所述開孔中的電池外殼上的滾槽上緣外底面相對所述下卡模上端面的距離不小於0.2毫米。
全文摘要
本發明涉及一種電池圓柱外殼及圓柱防爆電池及其加工方法和加工設備。電池圓柱外殼包括一體成型的圓筒形側面與圓形底面，在所述側面的肩部形成有一圈內凹的滾槽，而基於所述內凹的滾槽上緣，還形成有一圈向上的凸環。本發明的圓柱防爆電池具有如下優點殼體的成型更加合理，殼體與密封件的受力狀況改善，電池封口的密封性增加且波動減小。
文檔編號H01M10/40GK1988211SQ200510120780
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月20日 優先權日2005年12月20日
發明者江強, 馮岸柏, 石龍 申請人:深圳華粵寶電池有限公司