一種鋰離子電池鋼殼、電池及其製造方法
2023-06-01 16:25:31
專利名稱：一種鋰離子電池鋼殼、電池及其製造方法
技術領域：
本發明涉及電池製造領域，具體是涉及一種鋰離子電池鋼殼、電池及其製造方法。
背景技術：
鋰離子電池是20世紀90年代初出現的新型綠色高能可充電電池，具有電壓高、能 量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應、工作溫度範圍寬等眾多優點，廣泛應用於移 動電話、筆記本電腦、電子儀表、便攜電動工具、電動自行車、武器裝備等產品設備中。鋰離子電池一般採用具有較高強度的鋼殼作為筒體以確保電池的安全性能。同時 電池的外形尺寸都已標準化，如果要提高單個電池的容量，一般也不能輕易改變電池的外 形尺寸。比如目前筆記本電腦普遍採用18650鋰離子圓柱形電芯，通用的18650鋰離子 圓柱形電芯的外形結構見圖1，其總高b彡65. OOmm,外徑a彡18. 30mm,鋼殼壁厚0. 22 mm士0.02，可容納卷芯的內部空間的內徑為17. 56mm士0. 05。一般筆記本電腦都配備6芯 18650電池。假設這6芯18650電池的單只容量為2. 2Ah，電腦可持續保證工作3小時。如 果單個電池的容量到達2. 6Ah，電腦可持續保證工作小時可以增加1 8. 2%，無疑能滿足人 們的更多需求。在一定的電池外部尺寸下，現有技術在設計尺寸、內部空間的增長上做出了很多 努力，但仍然可以做進一步的發揮。現有技術中電池鋼殼的壁厚都是一致的，這樣可以便於 鋼殼製造中的衝壓拉伸。但實踐證明，鋼殼的與帽蓋封口的部位處的強度要求較高，厚度不 能減薄，而包裹電池卷芯的部位還可以減薄。
發明內容
本發明要解決的技術問題是彌補以上缺陷，提出一種鋰離子電池鋼殼、電池及其 製造方法，可以進一步擴大標準尺寸電池的內腔空間，從而提高單個電池的容量。本發明提出的一種鋰離子電池鋼殼包括側壁和底殼，所述側壁和底殼圍成一端開 口的空腔，所述側壁包括用於固定電池卷芯的筒部和用於密封開口的肩部，且筒部的壁厚 小於肩部的壁厚。所述鋼殼為圓柱形鋼殼。優選的，上述鋰離子電池鋼殼中，所述筒部的壁厚為0. 14 0. 18mm，所述肩部的 壁厚為0. 20 0. 24mm。本發明提出的一種鋰離子電池包括鋼殼，所述鋼殼包括側壁和底殼，所述側壁和 底殼圍成一端開口的空腔；還包括固定在鋼殼空腔內的卷芯、包覆在鋼殼側壁外表面的熱 縮膜、封閉鋼殼開口的帽蓋組件；所述側壁包括用於固定卷芯的筒部和用於固定帽蓋組件 從而密封開口的肩部，且筒部的壁厚小於肩部的壁厚。所述鋼殼為圓柱形鋼殼。所述筒部的壁厚為0. 14 0. 18mm，所述肩部的壁厚為0. 20 0. 24mm。
所述熱縮膜的厚度為0. 06_。所述鋼殼的外徑為18. 15 18. 25mm，所述鋼殼筒部的內徑為17. 83 17. 93mm。本發明提出的一種鋰離子電池的製造方法，包括以下步驟1)鋼殼拉伸對筒形的鋼殼側壁分段拉伸，使得側壁靠近開口端用於固定帽蓋組 件的肩部壁厚大於側壁用於固定電池卷芯的筒部壁厚，且使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部 分位於鋼殼的外側，從而使得鋼殼在筒部和肩部的內徑保持一致；2)卷芯入殼將電池卷芯從鋼殼開口端放入鋼殼內；3)旋鍛對肩部壁厚大於筒部壁厚的部分進行旋鍛，使得肩部壁厚超出筒部壁厚 的部分位於鋼殼的內側，從而使得鋼殼在筒部和肩部的外徑保持一致；4)封口 將鋼殼的肩部與帽蓋組件連接封口。進一步地，上述鋰離子電池的製造方法中，還包括步驟幻在鋼殼的外表面包覆 熱縮膜，所述熱縮膜的厚度為0. 06mm。所述鋼殼為圓柱形鋼殼。所述步驟4)具體為將所述肩部輥槽，從而在所述肩部的內壁形成用於支撐所述 帽蓋組件的環形臺，將帽蓋組件放置在環形臺上，再將所述肩部開口端向鋼殼軸心的內側 翻折，將所述帽蓋組件嵌入鋼殼開口端。上述鋰離子電池的製造方法中，步驟1)中所述筒部的壁厚為0. 14 0. 18mm，所述 肩部的壁厚為0. 20 0. 24_。所述步驟1)中，鋼殼在筒部和肩部的的內徑為17. 83 17. 93mm，所述步驟3)中 鋼殼在筒部和肩部的外徑為18. 15 18. 25mm。本發明與現有技術對比的有益效果是電池鋼殼採用分段拉伸，側壁不同部位具 有不同的壁厚，在保證開口處對封口的強度要求的前提下，適當減少了包裹卷芯的鋼殼的 厚度，增加了鋼殼內容積，從而在同樣的外形尺寸下提升了電池的容量。
圖1是現有的18650鋰離子圓柱形電池的外形結構圖；圖2是具體實施方式
中的鋼殼結構圖；圖3是圖2中M部位的放大圖；圖4是圖3的旋鍛後的結構圖；圖5是具體實施方式
的中的電池結構圖；圖6是採用現有技術試產的電池容量統計分析圖；圖7是採用具體實施方式
試產的電池容量統計分析圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。本實施方式以現有的18650鋰離子圓柱形電池為例，如圖5所示，電池包括鋼殼1、 卷芯2、鋼芯3和帽蓋組件4。其生產製作過程包括以下步驟。1)鋼殼拉伸。如圖2、圖3所示，先將鋼殼原料按照18650電池所設計的尺寸拉伸 成型為底殼12和側壁11，底殼12與側壁11圍成一端開口的圓筒。其中，側壁11包括兩部
4分，上端靠近開口處為肩部111，肩部以下為筒部112。側壁11拉伸時，分段拉伸，控制肩部 111拉伸後的壁厚為m，筒部112拉伸後的壁厚為n，並使得筒部壁厚η小於肩部壁厚m。為 方便下一步的卷芯入殼，如圖3所示，肩部壁厚m超出筒部壁厚η的部分應位於側壁的外側 面，這樣可以保持內徑c在上、下整個筒體上一致。本實施方式中，對於18650電池，筒部壁厚η選擇為0. 16mm 士 0. 02，通過強度試驗， 0. 16mm的厚度鋼板可以滿足18650電池的強度需求。肩部壁厚m維持與現有通用技術相同 為0. 22mm士0. 02。另外，筒部處的外徑dl選擇為18. 20mm士0. 05，這樣，內徑c就可以擴大 為17. 88mm士0. 05，比現有的內徑17. 56mm士0. 05增大了 0. 32謹。因此可以放入的卷芯外 徑也相應增大。這時肩部1處圓筒的外徑d2為18. 32mm士0. 05。2)卷芯入殼。將電池卷芯2從鋼殼開口端放入鋼殼1內。3)旋鍛。用旋鍛機對肩部111壁厚大於筒部112壁厚的部分進行旋鍛，如圖4所 示，使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位於鋼殼側壁的內側面，從而使得鋼殼圓筒在筒部 112和肩部111的外徑保持一致。這時，對於18650電池，筒部壁厚η仍為0. 16mm士0. 02，肩部壁厚m仍為 0.22mm 士 0.02，不過，肩部壁厚m超出筒部壁厚η的部分已經位於鋼殼的內側面了。肩 部處的外徑與筒部處的外徑dl —致為18. 20mm 士 0. 05，而筒部處的內徑c仍維持為 17. 88mm士 0. 05。4)插鋼芯、輥槽、封口 旋鍛完成之後，將鋼芯3插入卷芯中心；之後對肩部111的 鋼殼進行輥槽，從而在所述肩部的內壁形成用於支撐帽蓋組件的環形臺1110 ；在封口機上 電池肩部111與帽蓋組件4密封將帽蓋組件放置在環形臺1110上，再將鋼殼肩部開口端 向朝向鋼殼軸心的內側翻折，將帽蓋組件4嵌入鋼殼開口端。5)貼熱縮膜。鋼殼封口後，在鋼殼的側壁外表面包覆熱縮膜用於防止正負極間短 路。對於18650電池，現有採用的熱縮膜的厚度為0. 08mm。為進一步確保成型後的鋼 殼1的外徑dl合格，將包覆在鋼殼表面的熱縮膜厚度改用0. 06mm。這樣可以使得成品的外 形尺寸保持在標準的尺寸誤差內。上述技術方案的有益效果試驗如下。首先採用現有的通用鋼殼，其鋼殼壁厚上下一致，內徑為17. 56mm士0.05，進行 批次生產，批次6WX8K08。其統計結果如圖6所示，容量95%平均置信區間為2461. 4 2470. 7mAh0再採用本發明的上述內部容積擴大後的鋼殼進行批次生產，試產批次6WX9G^。其 統計結果如圖7所示，容量95%平均置信區間為2565. 6 2567. 3mAh。試產驗證容量對比證明，通過採用本實施方式的方式，在滿足強度要求和保證 18650電池外形尺寸符合標準的情況下，可以容納更大直徑的卷芯，使得容量提升了 90mAh 左右，具有明顯的技術效果。以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定 本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在 不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的 保護範圍。
權利要求
1. 一種鋰離子電池鋼殼，包括側壁和底殼，所述側壁和底殼圍成一端開口的空腔，其特 徵在於所述側壁包括用於固定電池卷芯的筒部和用於密封開口的肩部，且筒部的壁厚小 於肩部的壁厚。
2.如權利要求1所述的鋰離子電池鋼殼，其特徵在於所述筒部的壁厚為0.14 0. 18mm，所述肩部的壁厚為0. 20 0. 24mm。
3. —種鋰離子電池，包括鋼殼，所述鋼殼包括側壁和底殼，所述側壁和底殼圍成一端開 口的空腔；還包括固定在鋼殼空腔內的卷芯、包覆在鋼殼側壁外表面的熱縮膜、封閉鋼殼開 口的帽蓋組件，其特徵在於所述側壁包括用於固定卷芯的筒部和用於固定帽蓋組件從而 密封開口的肩部，且筒部的壁厚小於肩部的壁厚。
4.如權利要求3所述的鋰離子電池，其特徵在於所述鋼殼為圓柱形鋼殼。
5.如權利要求3或4所述的鋰離子電池，其特徵在於所述筒部的壁厚為0.14 0. 18mm，所述肩部的壁厚為0. 20 0. 24mm。
6.如權利要求5所述的鋰離子電池，其特徵在於所述熱縮膜的厚度為0.06mm。
7.一種鋰離子電池的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟1)鋼殼拉伸對筒形的鋼殼側壁分段拉伸，使得側壁靠近開口端用於密封帽蓋組件的 肩部壁厚大於側壁用於固定電池卷芯的筒部壁厚，且使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位 於鋼殼的外側，從而使得鋼殼在筒部和肩部的內徑保持一致；2)卷芯入殼將電池卷芯從鋼殼開口端放入鋼殼內；3)旋鍛對肩部壁厚大於筒部壁厚的部分進行旋鍛，使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部 分位於鋼殼的內側，從而使得鋼殼在筒部和肩部的外徑保持一致；4)封口將鋼殼的肩部與帽蓋組件連接封口。
8.如權利要求7所述的鋰離子電池的製造方法，其特徵在於還包括步驟5):在鋼殼 的外表面包覆熱縮膜，所述熱縮膜的厚度為0. 06mm。
9.如權利要求7所述的鋰離子電池的製造方法，其特徵在於所述鋼殼為圓柱形鋼殼。
10.如權利要求9所述的鋰離子電池的製造方法，其特徵在於所述步驟4)具體為將 所述肩部輥槽，從而在所述肩部的內壁形成用於支撐所述帽蓋組件的環形臺，將帽蓋組件 放置在環形臺上，再將所述肩部開口端向鋼殼軸心的內側翻折，將所述帽蓋組件嵌入鋼殼 開口端。
11.如權利要求8至10中任意一項所述的鋰離子電池的製造方法，其特徵在於所述 步驟1)中，所述筒部的壁厚為0. 14 0. 18mm，所述肩部的壁厚為0. 20 0. 24mm。
全文摘要
本發明公開了一種鋰離子電池鋼殼、電池及其製造方法，本方法在電池筒體鋼殼拉伸時分段拉伸，使得鋼殼側壁靠近開口端用於固定帽蓋組件的肩部壁厚大於側壁用於固定電池卷芯的筒部壁厚，且使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位於鋼殼的外側，從而使得電池卷芯能夠順利地從鋼殼開口端放入鋼殼內；然後通過旋鍛工藝將肩部壁厚超出筒部壁厚的部分旋向鋼殼的內側，從而使得鋼殼的外徑保持一致。本發明在保持鋼殼開口處對封口的強度要求和電池外觀尺寸標準的前提下，適當減薄了鋼殼的厚度，增加了鋼殼內容積，從而提升了電池的容量。
文檔編號H01M10/0525GK102130309SQ20101004276
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月12日 優先權日2010年1月12日
發明者唐贊謙, 楊闖, 武磊磊, 程文強 申請人:深圳市比克電池有限公司