CN101345293A - 一种铝壳锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铝壳锂离子电池，包括壳盖、壳体和容纳于壳体内的正负极极片，所述壳盖上设有两个电极引出孔，分别连接有正极电极密封结构和负极电极密封结构，所述电极密封结构包括连接片、穿过电池壳盖上铆钉孔设置的铆钉以及位于电池壳盖与铆钉之间的凸形垫圈和套于铆钉上、位于壳盖与连接片之间的凹形垫圈，所述壳盖、壳体均为铝壳；所述正极电极密封结构的凹形垫圈和凸形垫圈中至少一个由导电塑料构成，导电塑料的电阻值为102～104欧姆。本发明实现了用铝壳制作锂离子电池，并能有效防止铝壳被电解液腐蚀，而且电池安全可靠，不会出现打火现象。

Description

一种铝壳锂离子电池
技术领域
本发明涉及一种可多次充放电的电池，具体涉及一种铝壳锂离子电池。
背景技术
锂离子电池由于具有重量轻、体积小、电容量较大、充电速度快等优点，被广泛应用于笔记本电脑等各类数码、通讯产品以及电动自行车、电动汽车等交通工具上。
现有的锂离子电池通常包括壳体和容纳于壳体内的正负极极片、隔膜和电解液，极片上设有极耳，壳体一端开口，并由壳盖遮蔽开口，壳盖与壳体间通过焊接形成密封结构，所述壳盖上设有两个电极引出孔，分别连接有正极电极密封结构和负极电极密封结构，所述电极密封结构为，在电极引出孔处的壳盖上、下面分别设有配合的凹垫和凸垫，凸垫下表面设有电极极耳，凹垫上表面设有连接片，再通过铆钉固定连接于壳盖上，从而将电极极耳通过金属铆钉引出到电池体外，同时，通过配合的凹垫和凸垫将其与壳盖隔开并实现密封。
目前，锂离子电池的壳体和壳盖普遍使用不锈钢壳，因其具有耐腐蚀性而可有效防止电解液的腐蚀，然而，不锈钢材料的价格较高且密度较大，应用于大容量大体积的电池组时，不仅制作成本较高，还使得电池本身的重量较大，不利于使用。
为解决上述问题，人们试图将电池的壳体和壳盖更换成铝壳，以降低电池的成本和重量；然而，试验中发现，由于铝的化学性质比不锈钢活泼得多，极易受到电解液的腐蚀。为了防止铝壳被腐蚀，将正极电极与壳盖导通，使铝壳与正极电位保持一致，其实现方法，是将正极密封结构中的凹垫、凸垫中的一种或者两者都替换成金属垫片。这种方法可以解决电解液对铝壳的腐蚀问题，然而，在实际制作及使用过程中，正极密封结构中的连接片与壳体之间因距离较短而极易出现短接从而引发短路，由于金属垫片的的电阻极小，通常只有毫欧级，短路时产生的电流很大，出现打火现象，进一步引发危险，造成安全隐患。因而，铝壳的锂离子电池仍然未能进入工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝壳锂离子电池，既要能防止电解液腐蚀铝壳，又要保证安全可靠，不会出现打火现象。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种铝壳锂离子电池，包括壳盖、壳体和容纳于壳体内的正负极极片，所述壳盖上设有两个电极引出孔，分别连接有正极电极密封结构和负极电极密封结构，所述电极密封结构包括连接片、穿过电池壳盖上铆钉孔设置的铆钉以及位于电池壳盖与铆钉之间的凸形垫圈和套于铆钉上、位于壳盖与连接片之间的凹形垫圈，所述壳盖、壳体均为铝壳；所述正极电极密封结构的凹形垫圈和凸形垫圈中至少一个由导电塑料构成，导电塑料的电阻值为102～104欧姆。
上文中，凸形垫圈或凹形垫圈采用导电塑料制成，一方面实现了正极电极与壳盖导通，使铝壳与正极电位保持一致，起到防止铝壳被电解液腐蚀的作用，另一方面，通过限定导电塑料的阻值，在正极连接片与壳体发生短路时不会产生大电流，从而不会出现打火现象，保证了电池的安全性能。本发明可有三种选择：一是凹形垫圈和凸形垫圈均为导电塑料构成；二是仅凹形垫圈由导电塑料构成，而凸形垫圈可以采用PP料或其他普通材料；三是仅凸形垫圈由导电塑料构成；采用第二种方式时，壳盖是通过凹形垫圈直接与连接片导通；采用第三种方式时，壳盖是通过凸形垫圈、铆钉再与连接片导通；因此，只将凹形垫圈或凸形垫圈换成导电塑料也可实现正极连接片与壳体导通，使铝壳与正极电位保持一致。当导电塑料的电阻值为102～104欧姆时，可起到良好的效果。此外，所述复合型导电塑料是现有技术，可通过混合后注塑成型为凹、凸形垫圈，该成型过程为现有技术。
优选的技术方案是，所述导电塑料为聚乙烯与填充物质的复合材料，所述填充物质选自金属粉末、石墨和导电炭黑中的一种或几种。采用聚乙烯作为原料制作成的垫圈，具有较为合适的软化点，可确保垫圈在电池正常工作的发热情况不变形，提供良好的密封效果；而在电池异常发热时，垫圈软化变形后可充当泄气阀使用，具有防爆的作用。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明的铝壳锂离子电池的壳体和壳盖均采用铝壳，不仅大大降低了电池的成本，还减轻了电池本身的重量，以利于其方便使用。
2.本发明采用导电塑料作为制备凹、凸形垫圈的原料，使正极电极与壳盖导通，使铝壳与正极电位保持一致，有效防止了铝壳被电解液腐蚀，使锂离子电池采用铝壳材料成为了可能。
3.本发明的凹、凸形垫圈具有合适的电阻值，在正极连接片与壳体发生短路时不会产生大电流，从而不会出现打火现象，保证了电池的安全性能。
4.本发明的凹、凸形垫圈可一次注塑成型，加工简便，成本低廉，有利于工业应用。
附图说明
图1是本发明实施列一的结构示意图；
图2是图1中A部剖视放大图。
其中：1、壳盖；2、壳体；3、极片；4、连接片；5、铆钉；6、凸形垫圈；7、凹形垫圈。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述，但不应以此限制本发明的保护范围：
实施例一：
参见图1～2所示，一种铝壳锂离子电池，包括壳盖1、壳体2和容纳于壳体2内的正负极极片3，所述壳盖上设有两个电极引出孔，分别连接有正极电极密封结构和负极电极密封结构，所述电极密封结构包括连接片4、穿过电池壳盖1上铆钉孔设置的铆钉5以及位于电池壳盖1与铆钉5之间的凸形垫圈6和套于铆钉5上、位于壳盖1与连接片4之间的凹形垫圈7，所述壳盖1、壳体2均为铝壳；所述正极电极密封结构的凹形垫圈7由导电塑料构成，导电塑料的电阻值为102～104欧姆。
上述技术方案中，所述导电塑料为聚乙烯与填充物质的复合材料，所述填充物质为导电炭黑。测试凹形垫圈电阻值及电池安全性能、在高温及干燥条件下的铆接性能：
对26块安装有本实施例的电池进行测试，测试步骤如：
1、准备好各部件；
2、部件清洗(凹、凸垫、铆钉酒精清洗并晾干，壳盖超声波清洗并烘干)，壳盖内孔点胶(晾干)、凸垫浸胶(晾干)，极组入壳打孔；
3、铆接(行程---铆接后高：正极：10.2±0.1mm、负极：9.9±0.1mm、气压6.0MPa、时间2.0s 1、2#铆接机)，铆接后记录相关参数(接触电阻、冲片扭力、外观)；
4、焊接(按现有生产工艺焊接)，焊接正常无问题；
5、真空测漏(按现有生产工艺真空检漏)，测漏正常无问题；
6、入箱干燥(按现有生产工艺干燥)；
7、干燥后测扭力，扭力达标无凹垫开裂软化现象；
8、注液(按现有生产工艺，注液量44.5±1g)；
9、化成(一次化成)，结束后抽真空充保护气；
10、点焊、封口；
11、继续二次化成及后续作业；
12、用6mΩ的导线直接连通负极连接片与壳体，测试其安全性能；
13、在高温(85℃～95℃)下测试电极铆接性能及外观。
结论是：
1、用导线直接连通负极连接片与壳体时，电芯不打火，循环后凹垫和极耳均无异常；
2、高温时冲片扭力合格，凹垫无开裂现象；
3、干燥后冲片扭力合格，凹垫无软化开裂现象。
实施例二：
一种铝壳锂离子电池，包括壳盖、壳体和容纳于壳体内的正负极极片，所述壳盖上设有两个电极引出孔，分别连接有正极电极密封结构和负极电极密封结构，所述电极密封结构包括连接片、穿过电池壳盖上铆钉孔设置的铆钉以及位于电池壳盖与铆钉之间的凸形垫圈和套于铆钉上、位于壳盖与连接片之间的凹形垫圈，所述壳盖、壳体均为铝壳；所述正极电极密封结构的凹形垫圈和凸形垫圈均由导电塑料构成，导电塑料的电阻值为102～104欧姆。所述导电塑料为聚乙烯与填充物质的复合材料，所述填充物质为石墨。
实施例三：
一种铝壳锂离子电池，包括壳盖、壳体和容纳于壳体内的正负极极片，所述壳盖上设有两个电极引出孔，分别连接有正极电极密封结构和负极电极密封结构，所述电极密封结构包括连接片、穿过电池壳盖上铆钉孔设置的铆钉以及位于电池壳盖与铆钉之间的凸形垫圈和套于铆钉上、位于壳盖与连接片之间的凹形垫圈，所述壳盖、壳体均为铝壳；所述正极电极密封结构的凸形垫圈由导电塑料构成，导电塑料的电阻值为102～104欧姆。所述导电塑料为聚乙烯与填充物质的复合材料，所述填充物质为金属粉末。

Claims (2)

1.一种铝壳锂离子电池，包括壳盖(1)、壳体(2)和容纳于壳体(2)内的正负极极片(3)，所述壳盖上设有两个电极引出孔，分别连接有正极电极密封结构和负极电极密封结构，所述电极密封结构包括连接片(4)、穿过电池壳盖(1)上铆钉孔设置的铆钉(5)以及位于电池壳盖(1)与铆钉(5)之间的凸形垫圈(6)和套于铆钉(5)上、位于壳盖(1)与连接片(4)之间的凹形垫圈(7)，其特征在于：所述壳盖(1)、壳体(2)均为铝壳；所述正极电极密封结构的凹形垫圈(7)和凸形垫圈(6)中至少一个由导电塑料构成，导电塑料的电阻值为102～104欧姆。
2.根据权利要求1所述的铝壳锂离子电池，其特征在于：所述导电塑料为聚乙烯与填充物质的复合材料，所述填充物质选自金属粉末、石墨和导电炭黑中的一种或几种。
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