CN102117897B

CN102117897B - 用于圆柱形电池壳体的轧线装置和轧线方法

Info

Publication number: CN102117897B
Application number: CN2011100312495A
Authority: CN
Inventors: 张清顺; 余佑锋; 常海涛; 苏盛; 张志明
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: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2031-01-28
Also published as: CN102117897A

Abstract

本发明提供了一种用于圆柱形电池壳体的轧线装置和轧线方法。所述轧线装置包括主体、夹持机构、三个轧线轮、第一驱动机构和第二驱动机构，夹持机构和三个轧线轮均设置在主体的底部，三个轧线轮分别设置在以夹持机构为中心的等边三角形的顶点处，夹持机构用于夹持圆柱形电池壳体的上端，第一驱动机构和第二驱动机构均设置在主体内，第一驱动机构用于驱动三个轧线轮以夹持机构为中心旋转，第二驱动机构用于驱动三个轧线轮在旋转的过程中同步地向圆柱形电池壳体移动，以对圆柱形电池壳体执行轧线工艺。采用本发明的轧线装置进行轧线，可以提高电池的密封效果，避免电解液的泄漏，并提高电池的良品率。

Description

用于圆柱形电池壳体的轧线装置和轧线方法

技术领域

本发明涉及一次锂电池领域，特别是涉及一种用于圆柱形电池壳体的轧线装置和轧线方法。

背景技术

近年来，随着电子技术的快速发展，尤其是电子游戏机、摄像机、数码照相机等电子产品的广泛应用，对电池的功率及容量等方面的要求越来越高，传统的碱性电池已经难以满足其要求。作为可替代碱性电池使用的锂电池，由于其具有电压平台高、放电比容量高、寿命长、体积轻及无污染等优点，越来越受到人们的关注，目前已成为电池市场的主导产品。

在锂电池的制造过程中，在封口前要对电池壳体进行轧线，以提高电池的密封效果。目前，一般采用两轮轧线工艺对电池壳体进行轧线。图1为现有的轧线装置的示意图。如图1所示，轧线装置100包括壳体101、设置在壳体101内的圆柱形的滑轮102、在滑轮102的侧面相对设置的一对连接杆103以及设置在每个连接杆103下端的轧线轮104。当需要轧线时，通过驱动装置提起壳体101，壳体101带动设置在其中的滑轮102向上移动。此时，连接杆103相对于下端的电池静止，相对于滑轮102向下移动，使得一对连接杆103之间的距离缩小，这样使得两个轧线轮104轧紧在电池壳体上。转动电池，以对电池壳体执行轧线工艺。

但采用现有装置制造的电池，在储存过程中电解液会从电池内部泄漏出来。一方面，由于新制电池的开路电压高于水的分解电压，电池中的水分被电解后，生成的氧气和氢气使电池的内部压力增加，超过电池设计时所能承受的压力。而在现有技术条件下，很难完全去除各种材料如FeS₂、石墨、乙炔黑、粘结剂、电解液及隔膜等含有的水分。作为市场上商品化的锂电池，一般设计有排除电池内部压力的排气阀，通常被称为防爆阀。如果电池密封不好，当电池的内部压力增加但还没达到防爆阀开启的数值时，电解液就会从电池封口结构的密封部件的边缘漏出。另一方面，如果外部环境的温度发生剧烈变化，由于电池中各种组件及材料的膨胀系数不同，使密封圈和电池壳体之间产生空隙，也会造成电池内的有机电解液泄漏。

电解液泄漏不仅会污染电池，还会导致电池无法正常放电，从而导致电池失效；另外，由于锂电池的电解液中使用有机溶剂，发生泄漏不但会有一定的腐蚀性和难闻的气味，而且所用的有机溶剂一般属于易燃物质，存在很大的安全问题。

因此，目前需要一种改进的锂电池壳体的轧线装置和轧线方法，以提高电池的密封效果，从而避免电解液的泄漏，使生产出的电池具有很好的安全性能。

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，本发明提供了一种用于圆柱形电池壳体的轧线装置，包括主体、夹持机构、三个轧线轮、第一驱动机构和第二驱动机构，所述夹持机构和所述三个轧线轮均设置在所述主体的底部，所述三个轧线轮分别设置在以所述夹持机构为中心的等边三角形的顶点处，所述夹持机构用于夹持所述圆柱形电池壳体的上端，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构均设置在所述主体内，所述第一驱动机构用于驱动所述三个轧线轮以所述夹持机构为中心旋转，所述第二驱动机构用于驱动所述三个轧线轮在所述旋转的过程中同步地向所述圆柱形电池壳体移动，以对所述圆柱形电池壳体执行轧线工艺。

优选地，所述主体为圆柱体结构，所述夹持机构设置在所述主体底部的中心。

优选地，所述轧线装置还包括底座，所述底座用于固定所述圆柱形电池壳体的下端。

优选地，所述三个轧线轮通过各自的轮轴以可自由旋转的方式设置在所述主体的底部。

优选地，所述轧线装置还包括机械臂，所述机械臂与所述主体连接，以带动所述主体在竖直方向上移动。

本发明还提供一种用于圆柱形电池壳体的轧线方法，所述方法使用如上所述的轧线装置对所述圆柱形电池壳体进行轧线。

优选地，所述圆柱形电池壳体的轧线深度为1.0-1.4mm。

优选地，所述圆柱形电池壳体的轧线深度为1.15-1.3mm。

优选地，所述圆柱形电池壳体的轧线高度为4.07-4.30mm。

优选地，所述圆柱形电池壳体的轧线高度为4.20-4.25mm。

优选地，所述圆柱形电池壳体的上R角为0.55-0.75mm。

优选地，所述圆柱形电池壳体的上R角为0.65-0.75mm。

采用本发明的轧线装置对圆柱形电池壳体进行轧线，轧线后电池壳体的轧线位置、轧线上R角及轧线深度等各项尺寸波动较小，生产过程稳定，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。

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例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中：

图1为现有的轧线装置的示意图；

图2A为根据本发明一个方面的轧线装置的剖视图；

图2B为图2A所示的轧线装置的仰视图；

图3为经过轧线工艺后的电池壳体的剖视图；

图4A及4B是采用本发明的三轮轧线工艺和现有的两轮轧线工艺得到的电池壳体的轧线上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。

本发明提供了一种用于圆柱形电池壳体的轧线装置（以下简称轧线装置）。图2A为根据本发明一个方面的轧线装置的剖视图。图2B为图2A所示的轧线装置的仰视图。在图2A和图2B中使用相同的附图标记来表示相同的部件。轧线装置200包括主体210、夹持机构220、三个轧线轮230、第一驱动机构240和第二驱动机构250。由于图2A为剖视图，其仅示出了三个轧线轮230中的一个。

如图2A和2B所示，夹持机构220和三个轧线轮230均设置在主体210的底部。优选地，主体210为圆柱体结构，夹持机构220设置在主体210底部的中心。可以理解的是，主体210的形状不限于此，其可以实施为可以安装夹持机构220和三个轧线轮230的任何形状。三个轧线轮230分别设置在以夹持机构220为中心的等边三角形的顶点处，其中，夹持机构220用于夹持圆柱形电池壳体280的上端，三个轧线轮230用于对圆柱形电池壳体280进行轧线。优选地，三个轧线轮230通过各自的轮轴（未示出）以可自由旋转的方式设置在主体210的底部。本领域的技术人员可以理解的是，可以采用本领域常用的方法将轧线轮230可自由旋转地设置在主体210的底部。根据本发明的一个方法，轮轴包括连接杆和设置在连接杆下端的轴承，轧线轮230与轴承连接。这样，在轧线的过程中，三个轧线轮230以夹持机构220为中心旋转时，轧线轮230可以自由旋转，进而减小轧线轮230与圆柱形电池壳体280之间的摩擦，保证各个轧线参数的稳定，并且使圆柱形电池壳体280的轧线位置表面光滑。

第一驱动机构240和第二驱动机构250均设置在主体210内。第一驱动机构240用于驱动三个轧线轮230以夹持机构220为中心旋转。第二驱动机构250用于驱动三个轧线轮230在旋转过程中同步地向圆柱形电池壳体280移动，以对圆柱形电池壳体280执行轧线工艺。根据本发明一个实施方式，第一驱动机构240可以包括电机和连接部，三个轧线轮230与连接部连接，该连接部与该电机同轴连接。在该电机的驱动下，三个轧线轮230以夹持机构220为中心旋转。根据本发明一个实施方式，第二驱动机构250包括第一连接件251、滚轮252和第二连接件253。第一连接件251的一端与第一驱动机构240连接，以使第一驱动机构240带动第二驱动机构250转动。第一连接件251的另一端与滚轮252连接。第二连接件253的截面呈梯形，该梯形的斜面与滚轮252滚动连接。这样的结构使得，当滚轮252沿竖直方向向下移动，第二连接件253可以带动轧线轮230向圆柱形电池钢壳280的中心靠拢。这样，在第一驱动机构240和第二驱动机构250的共同作用下，在圆柱形电池钢壳280的轧线位置形成环形的凹槽。

应当理解是，上述对第一驱动机构240和第二驱动机构250的描述仅为示范性的，并不构成对本发明的限制，本领域的技术人员可以采用任何现有的方法使三个轧线轮230以夹持机构220为中心旋转的同时，使三个轧线轮230同步地向圆柱形电池壳体280移动，以对圆柱形电池壳体280执行轧线工艺。

优选地，轧线装置200还包括底座（未示出），底座用于固定圆柱形电池壳体280的下端。根据本发明的一个方面，底座上设置有多个卡位，用于放置多个圆柱形电池壳体，当需要对其中某一圆柱形电池壳体轧线时，底座可以对圆柱形电池壳体的下端施加顶力，以使夹持机构220夹住电池壳体的上端。通过卡位和夹持机构220的共同作用，将圆柱形电池壳体280固定，进而便于后续轧线工艺的进行。

可以理解的是，当需要对底座上的某一电池壳体进行轧线时，也可以保持圆柱形电池壳体不动，而使轧线装置200的主体210在竖直方向上移动，以通过夹持机构220固定圆柱形电池壳体的上端。优选地，轧线装置200还包括机械臂（未示出），该机械臂与主体210连接，以带动主体210在竖直方向上移动。

本发明还提供了一种用于圆柱形电池壳体的轧线方法，该方法使用上述轧线装置对所述圆柱形电池壳体进行轧线。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3为经过轧线工艺后的电池壳体的剖视图。如图3所示，电池壳体300的轧线深度d为轧线位置301的最深处与电池壳体300的侧面之间的距离。由于轧线过深会轧断电池壳体，过浅则会造成电池封口时外壳内凹肩膀处无法与上盖组合体紧密配合以产生足够的支撑力，从而无法使电池产生足够的密封圈压缩量，影响电池的防漏及安全性能。对于AA型圆柱形电池，所述轧线深度优选为1.0-1.4mm，更优选为1.15-1.3mm。轧线高度h为轧线位置301的中心与电池壳体300的顶部之间的距离。对于AA型圆柱形电池，轧线高度为4.07-4.30 mm，优选地，轧线高度为4.20-4.25 mm。电池壳体的上R角为轧线位置上方的电池壳体300与轧线位置301之间的圆弧的曲率半径。上R角过大或过小都不利于电池封口时与上盖组合体中密封圈紧密配合，从而影响电池的防漏及安全性能。对于AA型圆柱形电池，所述上R角优选为0.55-0.75mm，更优选为0.65-0.75mm。

此外，本发明的轧线方法也可以用于其他型号的圆柱形电池壳体，例如AAA、C、D型圆柱形电池壳体的制备，电池型号不构成对本发明保护范围的限制。

以下通过实施例对本发明作进一步的说明。需要注意的是，这些实施例不构成对本发明保护范围的限制。

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

提供如图2A-2B所示的轧线装置，并提供制备例得到的电池壳体20只，分成两组，每组10只，然后采用本发明的三轮轧线工艺在电池壳体进行轧线。轧线高度为4.20mm，上R角为0.65mm，不同的是：一组电池壳体的轧线深度为1.10mm，另一组电池壳体的轧线深度为1.30mm。轧线结束后，注入电解液，封口，制成AA型电池。

比较例1

采用与实施例1相同的轧线工艺对电池壳体进行轧线。与实施例1不同的是，轧线深度为0.90mm。

对实施例1制备的两组电池和对比例1制备的电池分别称重，并记录重量。在相同的条件下对上述电池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个循环后测定电池重量，计算电池失重，结果（平均数值）见表1。

表1

实施例2

提供如图2A-2B所示的轧线装置，并提供制备例得到的电池壳体20只，分成两组，每组10只。然后采用本发明的轧线工艺在电池壳体进行轧线。轧线高度为4.20mm，轧线深度为1.15mm。不同的是：一组电池壳体的上R角为0.60mm，另一组电池壳体的上R角为0.70mm。轧线结束后，注入电解液，封口，制成AA型电池。

比较例2

采用与实施例2相同的轧线工艺对电池壳体进行轧线。不同的是：电池壳体的轧线上R角为0.85mm。

对实施例2制备的两组电池和对比例2制备的电池池进行高低温循环测试（测试过程与实施例1相同）来检测电解液泄漏，计算电池失重，结果（平均数值）见表2。

表2

实施例3

提供如图2A-2B所示的轧线装置，并提供制备例得到的电池壳体，然后采用本发明的三轮轧线工艺对电池壳体进行轧线。每隔一定时间（例如，30分钟）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，得到30组电池壳体的轧线上R角的波动示意图，如图4A所示。

比较例3

提供如图2A-2B所示的轧线装置，并提供制备例得到的电池壳体，然后采用现有技术的两轮轧线工艺对电池壳体进行轧线。每隔一定时间（例如，30分钟）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，得到30组电池壳体的轧线上R角的波动示意图，如图4B所示。

另外，分别对现有的两轮轧线工艺和本发明的三轮轧线工艺的过程能力指数（CP和CPK）进行测试，测试结果见表3。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3

从上R角的波动示意图（图4A及4B）、两种轧线工艺的CP值及CPK值可以看出：采用本发明所述的三轮轧线工艺，轧线上R角及轧线深度等各项尺寸的数据波动较小，生产过程稳定，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例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例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例范围内。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例，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

1.一种用于圆柱形电池壳体的轧线装置，包括主体、夹持机构、三个轧线轮、第一驱动机构和第二驱动机构，所述夹持机构和所述三个轧线轮均设置在所述主体的底部，所述三个轧线轮分别设置在以所述夹持机构为中心的等边三角形的顶点处，所述夹持机构用于夹持所述圆柱形电池壳体的上端，所述第一驱动机构和所述第二驱动机构均设置在所述主体内，所述第一驱动机构用于驱动所述三个轧线轮以所述夹持机构为中心旋转，所述第二驱动机构用于驱动所述三个轧线轮在所述旋转的过程中同步地向所述圆柱形电池壳体移动，以对所述圆柱形电池壳体执行轧线工艺。

2.如权利要求1所述的轧线装置，其特征在于，所述主体为圆柱体结构，所述夹持机构设置在所述主体底部的中心。

3.如权利要求1所述的轧线装置，其特征在于，所述轧线装置还包括底座，所述底座用于固定所述圆柱形电池壳体的下端。

4.如权利要求1所述的轧线装置，其特征在于，所述三个轧线轮通过各自的轮轴以可自由旋转的方式设置在所述主体的底部。

5.如权利要求1所述的轧线装置，其特征在于，所述轧线装置还包括机械臂，所述机械臂与所述主体连接，以带动所述主体在竖直方向上移动。

6.一种用于圆柱形电池壳体的轧线方法，所述方法使用如权利要求1所述的轧线装置对所述圆柱形电池壳体进行轧线。

7.如权利要求6所述的轧线方法，其特征在于，所述圆柱形电池壳体的轧线深度为1.0-1.4mm。

8.如权利要求7所述的轧线方法，其特征在于，所述圆柱形电池壳体的轧线深度为1.15-1.3mm。

9.如权利要求6所述的轧线方法，其特征在于，所述圆柱形电池壳体的轧线高度为4.07-4.30mm。

10.如权利要求9所述的轧线方法，其特征在于，所述圆柱形电池壳体的轧线高度为4.20-4.25mm。

11.如权利要求6所述的轧线方法，其特征在于，所述圆柱形电池壳体的上R角为0.55-0.75mm，所述上R角为轧线位置上方的所述圆柱形电池壳体与所述轧线位置之间的圆弧的曲率半径。

12.如权利要求11所述的轧线方法，其特征在于，所述圆柱形电池壳体的上R角为0.65-0.75mm。