CN113328213A - 圆柱型锂电池的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆柱型锂电池的制作方法，包括如下步骤：将密封圈从钢壳的开口处压入钢壳内，并使密封圈的竖直壁夹持在钢壳的侧壁内；将帽盖组件以帽顶部朝上帽沿部在下的方向放入密封圈的底壁和竖直壁形成的凹槽内；将绝缘环穿过帽盖组件的帽顶部，并搁置在帽盖组件的帽沿部的上方；将钢壳的开口端向内弯折形成卷边，并迫使密封圈的竖直壁的上端部同向弯折而压持绝缘环的外圈的一部分；优点是防止电池短路，延长了电池的使用寿命，增大了密封圈的折弯壁的挤压量，提高了电池的密封性能，不会引入热和紫外光等对电池不利的因素，且工艺上更加方便简单，成本上也更加经济。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池领域，尤其是涉及一种圆柱型锂电池的制作方法。
背景技术
圆柱型锂电池，具有容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学稳定性能、使用中安全、工作温度范围宽、对环境友好等优点，因而得到了日益广泛的应用。
申请号为CN106972190A的发明专利，公布了一种圆柱电池的封口方法，利用滚刀在钢壳远离第一底壁且靠近侧壁上沿位置压制出圆环形凹槽，在刚壳内形成凸出的第二底壁和第三底壁，盖帽的密封圈的下胶圈部与第二底壁抵接，侧胶圈部与钢壳侧壁抵接；封口模组压制钢壳侧壁上沿，使侧壁上沿向圆心方向弯折，最终形成与第二底壁平行的内缘，上胶圈部及下胶圈部在压力的作用下变形并分别与内缘及第二底壁贴合。
授权公告号为CN10125709713的发明专利，钢壳和封口座通过焊接连接，其中封口座包括封口板，在封口板上设置有向下延伸的筒体，防爆组件设于筒体内，防爆组件包括盖帽和套在盖帽外的密封圈，密封圈紧密固定在钢壳的弯折部和支撑台面之间。
在这些专利文献中，钢壳和盖帽之间的通过密封圈密封和绝缘，但是电池在储存过程中密封圈容易老化，电解液会从内部流出而使钢壳与盖帽之间导电，从而造成电池短路；并且钢壳在成型过程中其边缘可能存在金属丝，该金属丝具有一定柔性容易进入钢壳的弯折部和盖帽之间，也会造成电池短路。
为此，本领域技术人员通常采用向钢壳的弯折部和盖帽之间灌注封口胶实现二次密封绝缘，但是封口胶的涂覆工艺复杂，成本较高，而且封口胶固化需要加热或紫外光照，因此会对电池的性能造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防漏绝缘性能优良且工艺简单、成本较低的圆柱型锂电池的制作方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：圆柱型锂电池的制作方法，包括如下步骤，
准备钢壳、密封圈、帽盖组件和绝缘环；所述的钢壳为一侧开口的筒状部件；所述的密封圈包括环形的底壁和自底壁外沿的竖向向上延伸的竖直壁；所述的帽盖组件包括中间凸起的帽顶部和和帽顶部***的帽沿部；所述的绝缘环为环形片状结构，其中间具有圆形通孔；
将密封圈从钢壳的开口处压入钢壳内，并使密封圈的竖直壁夹持在钢壳的侧壁内；
将帽盖组件以帽顶部朝上帽沿部在下的方向放入密封圈的底壁和竖直壁形成的凹槽内；
将绝缘环穿过所述的帽盖组件的帽顶部，并搁置在帽盖组件的帽沿部的上方；
将钢壳的开口端向内弯折形成卷边，并迫使密封圈的竖直壁的上端部同向弯折而压持所述的绝缘环的外圈的一部分。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述的密封圈的竖直壁被折弯形成周侧壁和周侧壁上端向内弯曲的折弯壁，所述的底壁支撑帽盖组件，所述的周侧壁紧贴在筒状部件的侧壁内，所述的折弯壁紧贴在卷边的下方，所述的绝缘环的内缘接触帽顶部的外周面，所述的绝缘环的外缘伸入所述的折弯壁和所述的帽沿部的上表面之间，所述的折弯壁受所述的绝缘环和卷边挤压形变实现密封。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述的钢壳的侧壁经环形刻槽形成从外向内凸起的环形定位部，所述的密封圈的底壁挤压在所述的帽沿部和所述的环形定位部之间。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述的帽盖组件包括上下嵌合的上盖和下盖，所述的下盖包括包裹上盖的外沿部的包边，所述的包边包括周壁和周壁上端向内弯折的上壁，所述的包边的周壁和上壁通过圆弧段过渡。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：钢壳卷边迫使密封圈竖直壁弯折时而挤压绝缘环时，所述的绝缘环包括的外缘随之向下弯曲变形，所述的绝缘环形成环状平面和自环状平面外沿向下弯曲的曲面，所述的曲面与包边的圆弧段匹配。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述的绝缘环由弹性材料制成，所述的绝缘环的内径略小于所述的帽顶部的外径，所述的绝缘环过盈套接所述的帽顶部。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：所述的绝缘环的外缘水平方向上超出所述的钢壳的卷边的边缘。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：伸入所述的折弯壁和所述的帽沿部的上表面之间的距离大于所述的上壁的二分之一。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：钢壳环形刻槽后其开口部呈上大下小的喇叭状，所述的密封圈的竖直壁的下端直径小于上端直径。
本发明解决上述技术问题所采用的优选的技术方案为：钢壳卷边后，通过封口整形设备对电池的封口区径向压缩，将钢壳的上端整形到与钢壳的酮体相同的直径。
与现有技术相比，本发明的优点是在密封圈和帽盖组件之间夹设绝缘环，绝缘环将钢壳和帽盖组件的帽沿部隔离，从而避免从密封圈的间隙流出的电解液接触帽沿部，也避免钢壳卷边的金属丝接触帽沿部，从而防止电池短路，延长了电池的使用寿命。
更进一步地，由于绝缘环增大了密封圈的折弯壁的挤压量，使封口后钢壳与密封圈接触紧密，提高了电池的密封性能。
并且，与灌注封口胶的工艺相比，本发明仅需将绝缘环套在帽盖组件上即可，仅是简单的机械作业，不会引入热和紫外光等对电池不利的因素，且工艺上更加方便简单，成本上也更加经济。
附图说明
以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
图1为本发明一个优选实施例中的圆柱型锂电池的的示意图；
图2为本发明一个优选实施例中的图1中H处的局部放大示意图；
图3为本发明一个优选实施例中的帽盖组件的示意图；
图4为本发明一个优选实施例中的绝缘环的初始状态的示意图一；
图5为本发明一个优选实施例中的绝缘环的初始状态的示意图二；
图6为本发明一个优选实施例中的绝缘环的优选方式的示意图；
图7为本发明一个优选实施例中的圆柱型锂电池的制作方法的步骤一的示意图；
图8为本发明一个优选实施例中的圆柱型锂电池的制作方法的步骤二的示意图；
图9为本发明一个优选实施例中的圆柱型锂电池的制作方法的步骤三的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。
应注意到：相似的标号在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可能不再对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种圆柱型锂电池，其包括钢壳，钢壳通过封口结构实现密封以在钢壳的内腔形成一密闭空间，电芯安装在密闭空间内，电解液则可在密闭空间中流动。
如图1、2所示，本实施例提供了一种圆柱型锂电池包括钢壳1、密封圈2、帽盖组件3和绝缘环4。
以下先对电池各部件的结构进行阐述，以便于本领域技术人员更为清楚地了解圆柱型锂电池的制作方法和最终的封口结构。
如图7所示，钢壳1为由圆形的底部和环形的侧壁围合形成一个一侧开口的筒状部件。钢壳1由不锈钢薄钢板或镀镍的薄钢板冲压而成，或由碳素钢板冲压成型后在进行镀镍处理。
如图7所示，密封圈2包括横向设置的环形的底壁21和自底壁21外沿的竖向向上延伸的竖直壁22，底壁21和竖直壁22围合形成一个开口向上的凹槽。
如图3、8所示，帽盖组件3呈一礼帽的形状，其包括中间凸起的帽顶部31和和帽顶部31***的水平延伸的环形的帽沿部32。
如图4、5所示，绝缘环4为环形片状结构，其中间具有圆形通孔K，以使圆形通孔K的孔壁即绝缘环的内缘41和绝缘环的外缘42同轴。
利用上述配件，圆柱型锂电池的制作方法具体包括如下步骤：
步骤一、如图7所示，将密封圈2从钢壳1的开口处压入钢壳1内，并夹持在钢壳 1的侧壁内。
步骤二、如图8所示，将帽盖组件3以帽顶部31朝上帽沿部32在下的方向放入密封圈2的底壁21和竖直壁22形成的凹槽内。
步骤三、如图9所示，将绝缘环4的圆形通孔K穿过所述的帽盖组件3的帽顶部 31，并使绝缘环4搁置在帽盖组件3的帽沿部32的上方。
步骤四、如图1、2所示，将钢壳1的开口端向内弯折形成卷边11，并迫使密封圈 2的竖直壁22同向弯折形成周侧壁22a和折弯壁22b，周侧壁22a位于钢壳侧壁和帽盖组件3的帽沿部32之间，折弯壁22b压持所述的绝缘环4的外圈的一部分。
如图1、2所示，通过上述的封口结构的制作方法制作的最终的封口结构具体如下阐述：
筒状部件的钢壳1包括竖向的侧壁和位于钢壳1开口端且位于侧壁上端的向内弯折的卷边11。
并且，密封圈2包括底壁21、周侧壁22a和周侧壁22a上端向内弯曲的折弯壁22b，其中底壁21支撑帽盖组件3，周侧壁22a紧贴在筒状部件的侧壁内，密封圈2的折弯壁 22b紧贴在卷边11的下方。
再则，帽盖组件3的帽沿部32被包裹在密封圈2的底壁21、周侧壁22a和折弯壁 22b的围合区域内；即帽沿部32的下表面贴合密封圈2的底壁21，帽沿部32的外周面贴合密封圈2的周侧壁22a，帽沿部32的上表面贴合密封圈2的折弯壁22b。
其次，绝缘环4套设在帽顶部31外，绝缘环的内缘41接触帽顶部31的外周面，绝缘环的外缘42伸入折弯壁22b的下表面和帽沿部32的上表面之间，折弯壁22b受绝缘环4和卷边11挤压形变而弹性压缩实现密封。
以下将本实施例提供的圆柱型锂电池的电池结构和传统的电池结构对比，阐述本实施例电池结构和制作方法的优点。
传统结构的电池结构中没有绝缘环，钢壳和帽盖组件之间的通过密封圈密封和绝缘，但是电池在储存过程中密封圈容易老化，电解液会从内部流出，流到帽沿部上，而使钢壳与帽盖组件之间导电，从而造成电池短路。另外，钢壳在成型过程中其边缘可能存在金属丝，该金属丝具有一定柔性容易进入钢壳的卷边11和帽盖组件的帽顶部的间隙内，从而使卷边11的金属丝接触位于间隙内的帽沿部而造成电池短路。
本实施例的电池结构中，绝缘环的内缘41接触帽顶部31的外周面，绝缘环的外缘42伸入折弯壁22b的下表面和帽沿部32的上表面之间，因此绝缘环4将钢壳1和帽盖组件3的帽沿部32隔离，从而避免了卷边11的金属丝接触帽沿部32而导致电池短路。
而且，由于绝缘环4的隔离，从密封圈2间隙流出的电解液不会接触帽沿部32，从而避免电池正负极导通，即便电池发生轻微漏液也不至于让电池失效，从而延长了电池的使用寿命。
更进一步地，由于绝缘环4伸入密封圈2的折弯壁22b的下表面和帽沿部32的上表面之间，从而增大了密封圈2的折弯壁22b的挤压量，使封口后钢壳1与密封圈2接触紧密，提高了电池的密封性能。
此外，传统结构中如果想要避免电池短路，通常采用向钢壳1的卷边11和帽盖组件3之间灌注封口胶实现二次密封绝缘，但是封口胶的涂覆工艺复杂，成本较高，而且封口胶固化需要加热或紫外光照，因此会对电池的性能造成影响。
而本实施例中仅需将绝缘环4套在帽盖组件3上即可，仅是简单的机械作业，不会引入热和紫外光等对电池不利的因素。并且与灌注封口胶的复杂的工艺相比，加个绝缘环4显然工艺上更加方便简单，成本上也更加经济。
对上述电池结构进行进一步的优选，绝缘环的外缘42水平方向上超出钢壳1的卷边11的边缘。也就是绝缘环的外缘42伸入折弯壁22b的下表面和帽沿部32的上表面之间时，绝缘环的外缘42水平方向生要在钢壳1侧壁和卷边11的边缘之间，这样一来绝缘环4的外端被更加稳定地压持住。
在绝缘环4的材质的选择上，绝缘环4可以由绝缘纸、塑料、橡胶、硅胶、云母中的任意一种材料制成。
并且为了保证对密封圈2折弯壁22b的一定的挤压量，同时又避免对封口尺寸的影响，绝缘环4的厚度优选为0.5-1.5毫米。
另外，本实施例中进一步优选地，绝缘环4由弹性材料制成，优选采用耐腐蚀的塑料或橡胶或硅胶，并且绝缘环4的内径略小于的帽顶部31的外径，绝缘环4过盈套接帽顶部31，从而进一步增进了绝缘环4对钢壳1卷边11和帽盖组件3的帽沿部32的隔离程度，避免电解液流到帽沿部32而导致电池短路。
为了使绝缘环4的装配更加方便，帽顶部31的外周面为一上小下大的锥面，也就是帽顶部31的上部直径小于下部直径，从而对绝缘环4的套入起到导向作用。
应当说明的是，绝缘环的内缘41还可以设置一向上凸起的凸环。因为凸环的设置，从密封圈2的密封间隙中流出的电解液不会顺着绝缘环4的表面流到帽顶部31的外周面。进一步了最终封口后，凸环的上表面与电池的卷边11高度基本一致或略高出卷边 11，进一步提高了钢壳1和帽盖组件3之间的绝缘。
如图1、2、7-9所示，作为圆柱型锂电池的优选实施方式，本实施例中对筒状的钢壳1靠近开口端的上段部进行环形刻槽加工，以在刻槽位置向内挤压形成环形定位部 12，以环形定位部12为界，钢壳1被分为下侧的电芯区和上侧的封口区。电芯区容置电芯，封口区设置本实施例的封口结构。
当刻线轮从外挤压钢壳1的外壁时，刻线轮作用的钢壳1侧壁部分向内凹进，从而钢壳1内形成环状凸起的环形定位部12。封口时，密封圈2压入钢壳1内并因环形定位部12限制而被定位，避免密封圈2地进一步下移动。同时环形定位部12对密封圈2提供向上的支撑力，并将密封圈2的底壁21进行挤压以实现钢壳1的环形定位部12和帽盖组件3的密封，进一步提高了电池封口强度和密封性。
如图2、3所示，作为圆柱型锂电池的更为具体的实施方式，本实施例中帽盖组件3包括上下嵌合的上盖3a和下盖3b。上盖3a包括与帽沿部32相对应的环状的下壁301，下盖3b包括底板302和包裹上盖3a的外沿部的包边303，包边303包括周壁303a和周壁上端向内弯折的上壁303b，底板302与包边303围合形成一个环状槽。上盖3a的下壁301嵌入到该环状槽中，包边303的上壁覆盖在上盖3a的下壁301的上面，周壁包裹上盖3a的的下壁301的侧面，绝缘环的外缘42伸入密封圈2的折弯壁22b和下盖3b 的上壁303b之间。
进一步地，环状槽内还设有一封口体密封圈P，该封口体密封圈P用来密封上盖3a和下盖3b之间的间隙。
更为优选地，绝缘环的外缘42伸入密封圈2的折弯壁22b和帽盖组件3的帽沿部 32的上表面之间的距离大于所述的上壁303b的二分之一，从而使得绝缘环4更加牢固地连接在密封圈2和帽盖组件3之间。
在本实施例中，如图3所示，帽盖组件3的包边303的周壁和上壁通过圆弧段d过渡，而如图2所示，绝缘环4包括环状平面e和自环状平面外沿向下弯曲形成的曲面f，所述的曲面f与包边303的圆弧段d匹配。这样一来提高了绝缘环4连接的牢固性。
当然，如图4、5所示，初始状态时，绝缘环4可仅有环状平面e，通过后期钢壳卷边迫使密封圈竖直壁弯折时挤压绝缘环4形成曲面f。
而如图6所示优选地，绝缘环4预制为环状平面e和曲面f构成的形状，这样当密封圈2的周侧壁22a被折弯后贴在帽盖组件3外表面时，位于绝缘环的外缘42处的密封圈2和帽盖组件3之间的支撑间隙可以尽可能小，使得密封圈2和帽盖组件3更为紧密的接触，提高电池的密封性能。
另外，作为制作方法的进一步优化的技术方案，本实施例中在钢壳1环形刻槽时，钢壳1的封口区呈现喇叭状，相应的密封圈2的周侧壁22a呈喇叭口状这样，密封圈2 的小直径部分先顺利进入钢壳1内部，起到导引作用；随着密封圈2***深度的增加，密封圈2与钢壳1的压缩量渐渐增大。在完成封口后，通过封口整形设备对电池的封口区径向压缩，将钢壳1的上端整形到与钢壳1的下端筒体相同的直径，从而完成电池的制作。这样的操作可以在最小的机械损伤的前提下增大密封圈2和钢壳1的挤压量。
以上对本发明所提供的圆柱型锂电池的制作方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于包括如下步骤，
准备钢壳、密封圈、帽盖组件和绝缘环；所述的钢壳为一侧开口的筒状部件；所述的密封圈包括环形的底壁和自底壁外沿的竖向向上延伸的竖直壁；所述的帽盖组件包括中间凸起的帽顶部和和帽顶部***的帽沿部；所述的绝缘环为环形片状结构，其中间具有圆形通孔；
将密封圈从钢壳的开口处压入钢壳内，并使密封圈的竖直壁夹持在钢壳的侧壁内；
将帽盖组件以帽顶部朝上帽沿部在下的方向放入密封圈的底壁和竖直壁形成的凹槽内；
将绝缘环穿过所述的帽盖组件的帽顶部，并搁置在帽盖组件的帽沿部的上方；
将钢壳的开口端向内弯折形成卷边，并迫使密封圈的竖直壁的上端部同向弯折而压持所述的绝缘环的外圈的一部分。
2.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于所述的密封圈的竖直壁被折弯形成周侧壁和周侧壁上端向内弯曲的折弯壁，所述的底壁支撑帽盖组件，所述的周侧壁紧贴在筒状部件的侧壁内，所述的折弯壁紧贴在卷边的下方，所述的绝缘环的内缘接触帽顶部的外周面，所述的绝缘环的外缘伸入所述的折弯壁和所述的帽沿部的上表面之间，所述的折弯壁受所述的绝缘环和卷边挤压形变实现密封。
3.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于所述的钢壳的侧壁经环形刻槽形成从外向内凸起的环形定位部，所述的密封圈的底壁挤压在所述的帽沿部和所述的环形定位部之间。
4.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于所述的帽盖组件包括上下嵌合的上盖和下盖，所述的下盖包括包裹上盖的外沿部的包边，所述的包边包括周壁和周壁上端向内弯折的上壁，所述的包边的周壁和上壁通过圆弧段过渡。
5.根据权利要求4所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于钢壳卷边迫使密封圈竖直壁弯折时而挤压绝缘环时，所述的绝缘环包括的外缘随之向下弯曲变形，所述的绝缘环形成环状平面和自环状平面外沿向下弯曲的曲面，所述的曲面与包边的圆弧段匹配。
6.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于所述的绝缘环由弹性材料制成，所述的绝缘环的内径略小于所述的帽顶部的外径，所述的绝缘环过盈套接所述的帽顶部。
7.根据权利要求2所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于所述的绝缘环的外缘水平方向上超出所述的钢壳的卷边的边缘。
8.根据权利要求2所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于伸入所述的折弯壁和所述的帽沿部的上表面之间的距离大于所述的上壁的二分之一。
9.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于钢壳环形刻槽后其开口部呈上大下小的喇叭状，所述的密封圈的竖直壁的下端直径小于上端直径。
10.根据权利要求9所述的圆柱型锂电池的制作方法，其特征在于钢壳卷边后，通过封口整形设备对电池的封口区径向压缩，将钢壳的上端整形到与钢壳的下端筒体相同的直径。
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