CN102117896B

CN102117896B - 圆柱形电池的轧线方法

Info

Publication number: CN102117896B
Application number: CN2011100304855A
Authority: CN
Inventors: 张清顺; 余佑锋; 常海涛; 陈行建; 徐小春
Original assignee: Fujian Nanping Nanfu Battery Co Ltd
Current assignee: Fujian Nanping Nanfu Battery Co Ltd
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: CN102117896A

Abstract

本发明提供一种圆柱形电池的轧线方法，所述方法包括：提供电池壳体；在所述电池壳体的轧线位置涂抹润滑剂；以及在所述轧线位置对所述电池壳体进行轧线。采用根据本发明的轧线方法，在进行轧线工艺之前，在电池壳体的轧线位置涂覆润滑剂，以降低轧线轮与电池壳体之间的摩擦力，使电池壳体轧线位置处的弧度清晰光滑，这样不仅能保持轧线参数的稳定性并具有良好的电池外观，而且能大大降低电池的废品率，减少电池壳体被轧线轮压断的风险。此外，根据本发明的轧线方法并未影响电池的其它性能。

Description

圆柱形电池的轧线方法

技术领域

本发明涉及化学电源技术领域，特别涉及圆柱形电池的轧线方法。

背景技术

随着电子技术的高速发展，尤其是数码相机、掌上游戏机、各种电动游戏机的出现，对电池的需求程度越来越高。传统的高功率和高容量电池（例如，碱性电池）已经难以满足需要。因此，需要一种能够持续进行高功率放电的电池。由于锂电池具有能量密度高、电压高、工作温度范围宽、寿命长等优点，其自放电率低，储存寿命长且储存寿命好，放电电压平稳，安全性能优良，已受到越来越多人的关注与重视。

在锂电池中，常规的锂-二硫化铁电池是以二硫化铁（FeS₂）为正极活性物质、金属锂（Li）为负极活性物质并以有机电解液为电解液的一次电池。该一次电池的电压可以达到1.5V，因此可以替代现在常用的碱性电池而作为普通消费电子设备的便携能源进行使用。此外，该一次电池还具有比能量大、容量高、工作温度范围宽、储存时间长等优点，与目前市场上广泛使用的碱性一次电池具有互换性，因此其作为新一代的高功率电池，正越来越受到人们的欢迎，市场前景非常广阔。

在制作锂-二硫化铁电池的过程中，首先，将FeS₂粉末与导电剂、粘结剂等混合后进行搅拌制成浆料，并将该浆料涂覆在正极导电基材上，然后对其进行烘干、辊压、分切处理得到正极极片；接着，选择特定尺寸的金属锂或其合金铂带作为负极极片；然后，将正极极耳连接到正极片上以形成正极结构；将负极极耳连接到负极片上以形成负极结构。接下来，将正极结构、负极结构和隔膜卷绕在一起形成电芯；最后，将电芯放入电池壳体中，注入有机电解液，轧线，封口、清洗后进行一定程度的预放电得到锂-二硫化铁电池。

现有的技术中，一方面，电池组装封口后，电池进行放电或电池的缓慢自放电会使电池内部压强大于外部大气压强，如果电池密封不好，电池内的有机电解液，会缓慢地从电池内部扩散出来；另一方面，由于外部环境温度的剧烈变化，电池各部分的膨胀系数不一致，如果电池密封不好也会造成电池内的有机电解液漏出。有机电解液一般都具有一定的腐蚀性，有的甚至还具有一定的毒性。如果有机电解液从电池内部漏出，不仅会损害电子产品，对环境造成污染，而且还使得电池内部电子不能迁移，电池无法进行正常放电。

因此，本发明提供一种涂油装置、涂油方法以及轧线方法，来提高电池的密封性，以避免电池内有机电解液的泄漏。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了解决现有技术的问题，本发明提供一种圆柱形电池的轧线方法，所述方法包括：提供电池壳体；在所述电池壳体的轧线位置涂抹润滑剂；以及在所述轧线位置对所述电池壳体进行轧线。

优选地，所述涂抹润滑剂的步骤包括：提供涂油装置，所述涂油装置包括底座、加油轮、涂油轮和驱动装置，所述驱动装置与所述加油轮连接，用于驱动所述加油轮转动，所述涂油轮和所述加油轮相切地设置在所述底座上，以使所述涂油轮与所述加油轮随动，所述加油轮的侧面设置有环绕所述加油轮的蓄油层，所述涂油轮的侧面设置有环绕所述涂油轮的涂油层，所述涂油层与所述轧线位置接触，所述涂油层的蓄油能力小于所述蓄油层的蓄油能力；向所述蓄油层添加所述润滑剂；开启所述驱动装置，使所述驱动装置驱动所述加油轮转动。

优选地，所述蓄油层的材料为海绵。

优选地，所述涂油层的材料为橡胶。

优选地，所述润滑剂为挥发性拉伸油或挥发性冲剪油。

优选地，所述电池壳体的轧线深度为1.00-1.40mm。

优选地，所述电池壳体的轧线深度为1.15-1.30mm。

优选地，所述电池壳体的轧线高度为4.07-4.30mm。

优选地，所述电池壳体的轧线高度为4.20-4.25mm。

优选地，所述电池壳体的上R角为0.55-0.75mm。

优选地，所述电池壳体的上R角为0.65-0.75mm。

采用根据本发明的轧线方法，在进行轧线工艺之前，在电池壳体的轧线位置涂覆润滑剂，以降低轧线轮与电池壳体之间的摩擦力，使电池壳体轧线位置处的弧度清晰光滑，这样不仅能保持轧线参数的稳定性并具有良好的电池外观，而且能大大降低电池的废品率，减少电池壳体被轧线轮压断的风险。此外，根据本发明的轧线方法并未影响电池的其它性能。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明一个实施方式的涂油装置的示意图；

图2为经过轧线工艺后的电池壳体的剖视图；

图3A和3B分别为采用实施例1的方法制备的电池和采用对比例1的方法制备的电池的上R角的波动示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本发明提供一种圆柱形电池的轧线方法，所述方法包括：1）提供电池壳体；2）在电池壳体的轧线位置涂抹润滑剂；以及3）在该轧线位置对电池壳体进行轧线。下面将结合附图，对步骤2）中的涂抹工艺和步骤3）中的轧线工艺进行详细描述。

根据本发明一个方面，涂抹工艺可以包括以下步骤：

首先，提供涂油装置。下面将结合图1来详细描述根据本发明一个实施方式的涂油装置。如图1所示，涂油装置100包括底座110、加油轮120、涂油轮130和驱动装置（未示出）。

涂油轮130和加油轮120相切地设置在底座110上。驱动装置与加油轮120连接，用于驱动加油轮120转动。由于涂油轮130和加油轮120相切，因此，驱动装置驱动加油轮120转动时，涂油轮130可以与加油轮120随动，即加油轮120转动时，带动涂油轮130一起转动。

此外，在加油轮120的侧面设置有环绕加油轮120的蓄油层121，蓄油层121用于储蓄一定量的润滑剂，这样可以避免频繁地向加油轮120添加润滑剂，进而降低劳动强度，提高生产效率。优选地，蓄油层121的材料可以为海绵。一方面，海绵的蓄油量较大，并且成本较低；另一方法，海绵的表面粗糙度较大，可以便于加油轮120带动涂油轮130与之随动。涂油轮130的侧面设置有环绕涂油轮130的涂油层131，涂油层131与电池壳体140的轧线位置接触。这样，通过向加油轮120添加润滑剂就可以通过两者的随动而传递给涂油轮130，进而通过涂油层131将润滑剂均匀地涂抹在电池壳体140的轧线位置。应当注意的是，涂油层131的蓄油能力应当小于蓄油层121的蓄油能力。优选地，涂油层131的材料可以为橡胶。一方面，橡胶的蓄油量适中，便于均匀涂抹；另一方面，橡胶的质地较软，接触时不会对电池壳体产生损伤。

然后，向蓄油层121添加润滑剂。根据实际生产，润滑剂可以定期地添加到蓄油层121上。润滑剂可以选用挥发性拉伸油或挥发性冲剪油，这样在轧线之后可以省去去除电池壳体表面的润滑剂的步骤。挥发性拉伸油一般用于各种材料的拉伸冲压，成型等。挥发性冲剪油则用于各种金属材料的高速冲压成型或冲裁，冲剪加工等。本发明中可选用现有已知的此类润滑剂。例如，挥发性冲剪油可以为VF-9000型挥发性冲剪油（由东莞太平洋博高润滑油有限公司生产）。

最后，开启驱动装置，使驱动装置驱动加油轮120转动。加油轮120转动过程中会带动涂油轮130一起转动，进而将加油轮轮130上的润滑剂传输给涂油轮130，并通过涂油轮130将润滑剂均匀地涂抹在电池壳体140的轧线位置。

可以理解的是，上述涂油装置和涂油方法仅为示范性的，本领域的技术人员还可以采用其它装置和方法或人工将润滑剂涂抹在电池壳体的轧线位置。

下面将详细介绍步骤3）所述的轧线工艺。该步骤中可以使用现有的轧线装置或将来可能出现的轧线装置来执行轧线工艺。应当注意的是，为了使封口后的电池具有良好的防漏密封性能，电池封口后密封圈的压缩量是至关重要的，但要想使该密封圈具有良好的压缩量，前提就是必须对轧线工艺中各参数进行优化，例如，轧线高度，轧线深度，上R角等等。轧线高度出现偏差不但会影响电池的压缩量，而且还会影响电池的总高。上R角必须与上盖组合体紧密配合，以保证电池具有良好的密封效果。电池壳体的轧线深度也至关重要，如果轧线深度不够就无法使电池封口时密封圈得到良好的支撑点，即密封圈没有压缩到位导致电池无法实现良好的密封效果，电池的防漏性及安全性就得不到保障。

图2为经过轧线工艺后的电池壳体的剖视图。如图2所示，电池壳体200的轧线深度d为轧线位置201的最深处与电池壳体200的侧面之间的距离。对于AA型圆柱形电池来说，优选地，电池壳体200的轧线深度为1.00-1.40mm。更优选地，电池壳体200的轧线深度为1.15-1.30mm。轧线高度h为轧线位置201的中心与电池壳体200的顶部之间的距离。优选地，轧线高度可以为4.07-4.30mm，更优选地，轧线高度可以为4.20-4.25mm。电池壳体200的上R角为轧线位置上方的电池壳体200与轧线位置201之间的圆弧的曲率半径。优选地，电池壳体的上R角为0.55-0.75mm，更优选地，电池壳体的上R角为0.65-0.75mm。

此外，本发明所述的轧线方法也可以用于其它型号的圆柱形电池，例如AAA、C或D型圆柱形电池的制备，电池型号不构成对本发明保护范围的限制。

下面以制备AA型的圆柱形电池为例，具体说明根据本发明的轧线方法。

制备例

本发明实施例所制备的电池均为AA型圆柱形锂-二硫化铁电池，其制备方法如下：

取FeS₂粉末（采自广东云浮的天然黄铁矿）作为正极活性材料，将该材料与导电剂（石墨和乙炔黑）混合，制成正极粉料。使用有机溶剂将粘结剂制成粘结胶，其中，粘结剂为苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS，商品名为Kraton G1651），有机溶剂为Shell公司生产的Shell A100（芳香烃类溶剂）和Shell OMS（异链烷烃）的混合物，其混合比例为4:6（重量比）。

将上述正极粉料与粘结胶按2:1的重量比混合后进行搅拌以制成浆料。在最终制得的正极浆料的干物质中，各组分的重量比例为：

FeS₂: 91重量%；石墨：6重量%；乙炔黑：1重量%；SEBS：2重量%。

将该浆料涂覆在作为正极导电基材的铝箔上，然后对涂覆后的基材进行烘干、辊压、分切处理，得到正极片，其长度为285mm，宽度为41mm，厚度为0.2mm。使用金属锂作为负极片，其长度为310mm，宽度为39mm，厚度为0.16mm；然后，分别将正、负极极耳的一端连接到正极片和负极片上形成正极结构和负极结构；接着，将正极结构、负极结构和隔膜（Celgard 2400）叠加并卷绕在一起形成外径是13.1mm的圆柱形电芯；

最后，将该电芯放入直径为13.95mm，厚度为0.3mm的圆柱形的电池壳体中，将负极极耳焊接在电池壳体的封闭端，待用。

实施例1

提供制备例制造的电池壳体若干只，采用上述涂油方法在轧线位置涂抹润滑剂，然后对电池壳体进行轧线。其中，轧线位置的目标值为4.20mm，轧线上R角的目标值为0.65mm，轧线深度的目标值为1.15mm。轧线结束后，注入电解液，封口，制成AA型电池。

比较例1

提供制备例制造的电池壳体若干只，对电池壳体进行轧线。与实施例1不同的是，该组电池壳体表面未涂抹润滑剂。

实施例2

提供制备例制造的电池壳体若干只，采用上述涂油方法在轧线位置涂抹润滑剂，然后对电池壳体进行轧线。其中，轧线位置的目标值为4.22mm，轧线上R角的目标值为0.7mm，轧线深度的目标值为1.2mm。轧线结束后，注入电解液，封口，制成AA型电池。

比较例2

提供制备例制造的电池壳体若干只，对电池壳体进行轧线。与实施例2不同的是，该组电池壳体表面未涂抹润滑剂。

实施例3

提供制备例制造的电池壳体若干只，采用上述涂油方法在轧线位置涂抹润滑剂，然后对电池壳体进行轧线。其中，轧线位置的目标值为4.25mm，轧线上R角的目标值为0.75mm，轧线深度的目标值为1.3mm。轧线结束后，注入电解液，封口，制成AA型电池。

比较例3

提供制备例制造的电池壳体若干只，对电池壳体进行轧线。与实施例3不同的是，该组电池壳体表面未涂抹润滑剂。

对比结果

将实施例1-3制得的电池与对比例1-3制得的电池进行对比，从外观上可以明显地看出：实施例1制得的电池壳体的轧线位置处的弧度清晰光滑，表面不会起皮，没有金属碎屑，表面不易生锈，不易扎断钢壳。而对比例1制得的电池壳体的轧线位置处的弧度不够光滑，表面会起皮，金属碎屑多，表面易生锈，易扎断钢壳。

分别对实施例1-3制得的电池各10只与对比例1-3制得的电池各10只进行称重，并记录重量，求出平均值。将上述电池在相同条件下进行高低温循环测试（Thermal Cycle Leakage test）来检测电解液泄漏，即，先将电池在70℃条件下放置15小时，然后在1小时内降低到-40℃，在-40℃条件下放置7小时后，再在1小时内上升到70℃，这样1个循环为1天的时间。在进行到第5个循环后分别测定每组电池的平均重量，计算电池的平均失重。实验结果显示：实施例1-3制备的电池的平均失重为1.3mg，对比例1-3制备的电池的平均失重为3.6mg。实验结果说明：根据本发明的轧线方法获得的电池的防漏液性能良好。

分别对实施例1的方法和对比例1的方法制得的电池的上R角进行测试。提供制备例制备的电池壳体，然后分别采用实施例1的方法和对比例1的方法对电池壳体进行轧线。每隔一定时间（例如，30分钟）分别抽取6只电池壳体作为一组，测量并记录每组电池壳体的轧线上R角，以每组的平均数值绘图，分别得到15组电池壳体的轧线上R角的波动示意图，如图3A和3B所示。图3A和3B分别为采用实施例1的方法制备的电池和采用对比例1的方法制备的电池的上R角的波动示意图。如图3A和3B所示，本发明的方法制得的电池的上R角的波动较小，尺寸稳定。而现有的方法制得的电池的上R角的波动大，不同组的电池的上R角差别较大。

分别对两种轧线工艺（即涂抹润滑剂的工艺和未涂抹润滑剂的工艺）的过程能力指数（CP和CPK）进行测试，测试结果见表1。CP，CPK两者都是过程能力指数，都是描述过程能力的重要指标，CP指的是潜在的过程能力，而CPK指的是实际的过程能力。通常我们称CP<1时，过程能力不足；1≤CP<1.33时，过程能力尚可；1.33≤CP<1.67时，能力充足。

表1

	添加润滑剂	无润滑剂
			CP值	1.6157	0.6211
CPK值	1.5963	0.3050

从上述两种轧线方法的上R角波动示意图（图3A及3B）、两种轧线工艺的CP值及CPK值可以看出，采用本发明的轧线方法得到的电池的上R角及轧线深度等各项参数的数据波动较小，生产过程稳定，更易控制，可以提高电池的密封效果，从而避免电解液的泄漏，并进一步提高了电池的良品率。

本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施方式，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims

1.一种圆柱形电池的轧线方法，所述方法包括：

提供电池壳体；

在所述电池壳体的轧线位置涂抹润滑剂，其中所述涂抹润滑剂的步骤包括：

提供涂油装置，所述涂油装置包括底座、加油轮、涂油轮和驱动装置，所述驱动装置与所述加油轮连接，用于驱动所述加油轮转动，所述涂油轮和所述加油轮相切地设置在所述底座上，以使所述涂油轮与所述加油轮随动，所述加油轮的侧面设置有环绕所述加油轮的蓄油层，所述涂油轮的侧面设置有环绕所述涂油轮的涂油层，所述涂油层与所述轧线位置接触，所述涂油层的蓄油能力小于所述蓄油层的蓄油能力；

向所述蓄油层添加所述润滑剂；以及

开启所述驱动装置，使所述驱动装置驱动所述加油轮转动；以及

在所述轧线位置对所述电池壳体进行轧线。

2.如权利要求1所述的轧线方法，其特征在于，所述蓄油层的材料为海绵。

3.如权利要求1所述的轧线方法，其特征在于，所述涂油层的材料为橡胶。

4.如权利要求1所述的轧线方法，其特征在于，所述润滑剂为挥发性拉伸油或挥发性冲剪油。

5.如权利要求1所述的轧线方法，其特征在于，所述电池壳体的轧线深度为1.00-1.40mm。

6.如权利要求5所述的轧线方法，其特征在于，所述电池壳体的轧线深度为1.15-1.30mm。

7.如权利要求1所述的轧线方法，其特征在于，所述电池壳体的轧线高度为4.07-4.30mm，所述轧线高度为所述轧线位置的中心与所述电池壳体的顶部之间的距离。

8.如权利要求7所述的轧线方法，其特征在于，所述电池壳体的轧线高度为4.20-4.25mm。

9.如权利要求1所述的轧线方法，其特征在于，所述电池壳体的上R角为0.55-0.75mm，所述电池壳体的所述上R角为所述轧线位置上方的所述电池壳体与所述轧线位置之间的圆弧的曲率半径。

10.如权利要求9所述的轧线方法，其特征在于，所述电池壳体的上R角为0.65-0.75mm。