一種鋰離子電池電容器用密封件的製作方法

2023-09-09 15:51:10 3

專利名稱：一種鋰離子電池電容器用密封件的製作方法
技術領域：
本發明涉及二次電源技術領域，具體涉及一種鋰離子電池電容器用密封件。
背景技術：
鋰離子電池電容器作為一種高脈衝的能量存儲裝置，因其功率密度大、可快速充放電、使用壽命長，逐漸成為電池能源市場的主流，並被廣泛應用於自動讀表(AMR)裝置、GPS/GSM/ARG0S相關系統、汽車裝置、遠程傳感器、射頻識別系統、緊急設備和軍事領域等。隨著社會的發展，人們對鋰離子電池電容器的性能，尤其是對鋰離子電池電容器的可靠性和安全性提出了更高的要求。電池密封性作為影響電池可靠性和安全性的重要環節，是電池生產過程中的技術難點和重點。目前，鋰離子電池電容器密封常利用玻璃或陶瓷密封金屬材質的極柱和蓋板，如在專利號為W09928982A1的世界專利中，公開的電池電容器的密封組件曾披露負極蓋板與正極極柱之間採用玻璃進行密封和絕緣。發明人通過長期研究發現，這種密封方式在實際的運用過程中會出現以下不足:在電池電容器高脈衝、高電化學體系的環境下，玻璃或者陶瓷會發生電化學腐蝕和自放電現象，這將造成密封間隙出現，從而在內壓的作用下使電解液在極柱端處洩漏，以致降低電池電容器的壽命；其次，玻璃和陶瓷易碎、硬度較大，當電池電容器受到振動時，玻璃和陶瓷容易破損，甚至脫落而造成電池電容器失效；另外，由於極柱與蓋板採用的是金屬材質，採用玻璃或者陶瓷密封劑密封金屬，工藝複雜且製造成本高。在申請號為201010561976.8的中國專利申請文件中公開了 「一次鋰電池用耐蝕封接玻璃材料及其製備方法」，該申請文件聲稱採用此玻璃封接材料可以耐鋰和電解液的侵蝕，具有良好的氣密性和絕緣性，且與鑰極柱以及焊接性能優異的4J52等鐵鎳合金絲都能匹配封接，可防止玻璃內應力炸裂導致洩漏，保證封接器件的氣密性。這種方案雖然彌補了傳統玻璃或陶瓷密封耐腐蝕能力的不足，但需要利用玻璃將蓋板與極柱進行燒接密封，這將導致蓋板與極柱因材質不同而熱膨脹係數不一致，從而造成封接時溼潤性、氣密性差。此外，所採用的燒接工藝設備造價昂貴，不易在工業中廣泛推廣，且容易產生雜質汙染電池電容器。另外，目前市場上的鋰離子電池電容器多採用半密封結構，雖然適用於一般領域，但無法滿足車載系統、智能表計、智能水錶等領域對密封性的要求(漏氣率小於1.0X 10-7Pa.m3/s (He))。

發明內容
本發明的目的是克服現有技術中的不足之處，提供一種成本低、密封性高的全密封鋰離子電池電容器用密封件。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種鋰離子電池電容器用密封件，包括依次設置的上壓環、蓋板、絕緣墊片以及極耳壓環，還包括密封膠與十字形的極柱，在上壓環、蓋板、極耳壓環各設置有一個通孔且三個通孔的中心軸相同，密封膠與蓋板的通孔及蓋板上下表面為注塑一體結構，且密封膠設置有與蓋板的通孔中心軸相同的通孔，極柱包括與密封膠上的通孔及上壓環上的通孔相匹配的極柱大頭，與極耳壓環上的通孔相匹配的極柱小頭，以及與極柱大頭、極柱小頭為一體結構的極柱橫板，極柱大頭貫穿密封膠上的通孔以及所述上壓環上的通孔，並與上壓環鉚接，極柱小頭貫穿極耳壓環上的通孔並與極耳壓環鉚接，極柱橫板與密封膠的底面貼附連接。本發明最主要的創新點之一是:首先，利用密封膠與蓋板注塑為一體，並留有與極柱大頭相匹配的通孔；然後，設置十字形的極柱，將極柱大頭貫穿上壓環、密封膠通孔、極柱小頭貫穿極耳壓環，並將極柱的大頭與上壓環、極柱小頭與極耳壓環鉚接，同時將極柱橫板與密封膠的底面貼附連接。通過以上技術方案實現了鋰離子電池電容器全密封並提高了密封性。本發明另一個創新點是:實現全密封效果所使用的密封膠及鉚接工藝耗用成本低。另外，將密封膠與蓋板注塑為一體有利於提高密封件的組裝效率，且密封膠硬度低而不易脫落，也也不會產生密封間隙以致電解液洩漏。進一步地，為了在鉚接時，使極柱大頭與上壓環、極柱小頭與極耳壓環緊密吻合以提高密封性，極柱大頭、極柱小頭的端部均設置為冠狀結構，且上壓環的通孔外圍設置有與極柱大頭冠狀結構相吻合的凹槽。當進行鉚接時，極柱大頭卡扣在對應的凹槽內，使密封更加牢固。進一步地，為了提高極柱、密封膠、絕緣墊片之間的密封性，密封膠還貼附在絕緣墊片的頂面，極柱橫板兩端的橫截面呈階梯型並與絕緣墊片匹配連接。進一步地，上壓環的外徑小於密封膠的外徑，以達到利用密封膠實現上壓環與蓋板全密封的目的，同時增大上壓環與密封膠的接觸面積，避免密封膠因受鉚接的衝壓力而使局部壓強過大造成裂痕。發明人經過大量實驗研究發現，在極柱橫板、蓋板在與密封膠交接處均設置有一個或多個凸臺，並在密封膠對應位置設置有與蓋板上凸臺相配合的凹槽可以增加密封性。這是因為凸臺可以增加上壓環和密封膠以及極柱與密封膠的結合力，避免密封膠產生位移，並可填補密封面的間隙，防止電解液洩露。優選的，極柱橫板、蓋板設置的凸臺數量為兩個。進一步地，極柱、極耳壓環由純鋁或純鎳材質製成，這是因為純金屬材質韌性高，受鉚接的衝壓力而不發生斷裂，而密封膠採用絕緣材料，以實現絕緣密封。鑑於可溶性聚四氟乙烯耐老化、耐腐蝕、耐高溫的性能，密封膠優選為可溶性聚四氟乙烯材料，絕緣墊片優選為聚四氟乙烯材料。蓋板的形狀主要根據鋰離子電池電容器的整體形狀而定，當鋰離子電池電容器為圓柱鋰離子電池電容器，作為具體限定，蓋板的形狀為圓形。當然，蓋板的形狀還可以為其他形狀，比如方形。本發明相比現有技術具有以下優點及有益效果:(I)本發明用密封膠密封蓋板與極柱，並利用鉚接方式將極柱與上壓環、蓋板密封，從而實現全密封，提高了密封性。(2)本發明實現全密封效果所使用到的密封膠及鉚接工藝耗用成本低。(3)本發明採用的密封膠硬度低而不易脫落，也不會產生密封間隙以致電解液洩漏。(4)將密封膠與蓋板注塑為一體有利於提高密封件的組裝效率。(5)以下技術方案進一步提高了密封件的密封性:上壓環設置與極柱大頭冠狀結構相吻合的凹槽；密封膠貼附於極柱橫板與絕緣墊片的頂面以及極柱橫板兩端的橫截面呈階梯型並與絕緣墊片匹配連接；上壓環的外徑小於密封膠的外徑；極柱橫板、蓋板在與密封膠交接處均設置有一個或多個凸臺。(6)極柱、極耳壓環由純鋁或純鎳材質製成，提高了材質的韌性，避免極柱、極耳壓環受鉚接的衝壓力而發生斷裂。(7)本發明採用全密封的密封件可滿足車載系統、智能氣表、智能水錶等領域對密封性的要求。


圖1為本發明鋰離子電池電容器用密封件組裝後結構剖面圖。圖2為本發明上壓環組裝前的結構俯視圖。圖3為本發明極柱組裝前的剖面圖。圖4為本發明密封膠與蓋板注塑一體結構剖面圖。圖5為本發明蓋板在組裝前結構剖面圖。圖6為本發明絕緣墊片組裝前的結構俯視圖。圖7為本發明極耳壓環組裝前的結構俯視圖。
具體實施例方式下面結合實施例及附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明創造的實施方式不限於此。如圖3所示，極柱2呈十字形，包括極柱大頭21、極柱小頭22、以及與極柱大頭21、極柱小頭22為一體結構的極柱橫板23，極柱橫板23還設置有兩個凸臺231，極柱橫板23兩端的橫截面呈階梯型，在極柱2被組裝前，極柱大頭21與極柱小頭22的端部為平滑的圓柱狀，在被組裝時，受鉚接產生的衝壓力，端部均形成如圖1所示的冠狀結構。如圖1、圖2所示,上壓環I包括一個通孔11,通孔11外圍設置有與極柱大頭21冠狀結構相吻合的凹槽12。如圖4所示，密封膠3包含一個通孔31與兩個凹槽32。如圖5所示,蓋板4為圓形,設置有通孔41,還設置有兩個凸臺42。如圖6所示，絕緣墊片5俯視為圓形。如1、圖7所示，極耳壓環6包含通孔61。如圖1所示，鋰離子電池電容器用密封件在組裝後，包括依次設置的上壓環1、圓形的蓋板4、絕緣墊片5、極耳壓環6，密封膠3以及極柱2，上壓環上的通孔11、蓋板上的通孔41與極耳壓環上的通孔61的中心軸相同，密封膠3與蓋板的通孔41及蓋板4上下表面為注塑一體結構，且密封膠3的通孔31與蓋板的通孔41中心軸相同，極柱大頭21與密封膠上的通孔31及上壓環上的通孔11相匹配，極柱小頭22與極耳壓環上的通孔61相匹配，極柱大頭21貫穿密封膠上的通孔31以及上壓環上的通孔11，並與上壓環I鉚接，極柱小頭22貫穿極耳壓環上的通孔61並與極耳壓環6鉚接，極柱橫板23與密封膠3的底面貼附連接，密封膠3還貼附在絕緣墊片5的頂面，其中，極柱橫板23上的兩個凸臺231由於受鉚接衝壓力的作用嵌入密封膠3內部，增加與密封膠的結合力；上壓環I因承受鉚接衝壓力而呈凹坑狀。以下舉例對實施方式進行具體說明。採用SUS304型號不鏽鋼的上壓環1，極柱2採用純鋁材質，密封膠3採用具有熱熔性、防電解液腐蝕的絕緣材料可溶性聚四氟乙烯，蓋板4為不鏽鋼材料，極耳壓環6採用純鋁材料，絕緣墊片5為聚四氟乙烯材料。在具體組裝時，首先將密封膠3與蓋板4的通孔41及蓋板4上下表面注塑為一體,其中蓋板4的通孔41內密封膠的厚度為0.35mm,蓋板4上下表面密封膠的厚度均為0.45mm ;其次，將極柱大頭21依次貫穿於蓋板上的通孔41以及上壓環I上的通孔11 ;然後，將極柱小頭22貫穿於極耳壓環6上的通孔61並；最後，進行衝壓鉚接，極柱大頭21與上壓環I進行平頭鉚接，柱小頭22與極耳壓環6採用上尖頭下平頭柳接。將利用上述密封件密封的鋰離子電池電容器與採用傳統密封設計的鋰離子電池電容器進行性能對比。實施例1測試條件:將電池電容器充電後，在溫度為85°C、相對溼度為80%的條件下存放30天。測試結果:如下表。
權利要求
1.一種鋰離子電池電容器用密封件，包括依次設置的上壓環、蓋板、絕緣墊片以及極耳壓環，其特徵在於:還包括密封膠與十字形的極柱，在所述上壓環、蓋板、極耳壓環各設置有一個通孔且三個通孔的中心軸相同，所述密封膠與蓋板的通孔及蓋板上下表面為注塑一體結構，且密封膠設置有與蓋板的通孔中心軸相同的通孔，所述極柱包括與所述密封膠上的通孔及所述上壓環上的通孔相匹配的極柱大頭，與極耳壓環上的通孔相匹配的極柱小頭，以及與極柱大頭、極柱小頭為一體結構的極柱橫板，所述極柱大頭貫穿於所述密封膠上的通孔以及所述上壓環上的通孔，並與上壓環鉚接，所述極柱小頭貫穿於極耳壓環上的通孔並與極耳壓環鉚接，極柱橫板與密封膠的底面貼附連接。
2.在根據權利要求1所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述極柱大頭、極柱小頭的端部均為冠狀結構，且所述上壓環的通孔外圍設置有與極柱大頭冠狀結構相吻合的凹槽。
3.根據權利要求1或2所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述密封膠還貼附在絕緣墊片的頂面，所述極柱橫板兩端的橫截面呈階梯型與所述絕緣墊片匹配連接。
4.根據權利要求3所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述上壓環的外徑小於密封膠的外徑。
5.根據權利要求4所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述極柱橫板、蓋板在與所述密封膠交接處均設置有一個或多個凸臺，在密封膠對應位置設置有與蓋板上凸臺相配合的凹槽。
6.根據權利要求5所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述極柱橫板、蓋板設置凸臺的數量為兩個。
7.根據權利要求6所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述極柱、極耳壓環由純鋁或純鎳材質製成，密封膠為絕緣材料。
8.根據權利要求7所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述密封膠為可溶性聚四氟乙烯，絕緣墊片為聚四氟乙烯。
9.根據權利要求8所述的一種鋰離子電池電容器用密封件，其特徵在於:所述蓋板為圓形。
全文摘要
本發明涉及一種鋰離子電池電容器用密封件，包括上壓環、蓋板、絕緣墊片以及極耳壓環，還包括密封膠與十字形的極柱，上壓環、蓋板、極耳壓環各設置有一個通孔且三個通孔的中心軸相同，密封膠與蓋板的通孔及蓋板上下表面為注塑一體結構，且密封膠設置有與蓋板的通孔中心軸相同的通孔，極柱包括極柱大頭，極柱小頭、以及與極柱大頭、極柱小頭為一體結構的極柱橫板，極柱大頭貫穿密封膠上的通孔以及上壓環上的通孔，並與上壓環鉚接，極柱小頭貫穿、極耳壓環上的通孔並與極耳壓環鉚接，極柱橫板與密封膠的底面貼附連接。本發明用密封膠密封蓋板與極柱，並利用鉚接方式將極柱與上壓環、蓋板密封，從而實現全密封，提高密封性。
文檔編號H01M2/08GK103078069SQ20121059142
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月29日 優先權日2012年12月29日
發明者呂正中, 王先文, 鄒友生, 卜芳, 袁中直, 劉金成 申請人:惠州億緯鋰能股份有限公司