CN102130309A - 一种锂离子电池钢壳、电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池钢壳、电池及其制造方法，本方法在电池筒体钢壳拉伸时分段拉伸，使得钢壳侧壁靠近开口端用于固定帽盖组件的肩部壁厚大于侧壁用于固定电池卷芯的筒部壁厚，且使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位于钢壳的外侧，从而使得电池卷芯能够顺利地从钢壳开口端放入钢壳内；然后通过旋锻工艺将肩部壁厚超出筒部壁厚的部分旋向钢壳的内侧，从而使得钢壳的外径保持一致。本发明在保持钢壳开口处对封口的强度要求和电池外观尺寸标准的前提下，适当减薄了钢壳的厚度，增加了钢壳内容积，从而提升了电池的容量。
Description
技术领域
本发明涉及电池制造领域，具体是涉及一种锂离子电池钢壳、电池及其制造方法。
背景技术
锂离子电池是20世纪90年代初出现的新型绿色高能可充电电池，具有电压高、能量密度大、循环性能好、自放电小、无记忆效应、工作温度范围宽等众多优点，广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电子仪表、便携电动工具、电动自行车、武器装备等产品设备中。
锂离子电池一般采用具有较高强度的钢壳作为筒体以确保电池的安全性能。同时电池的外形尺寸都已标准化，如果要提高单个电池的容量，一般也不能轻易改变电池的外形尺寸。
比如目前笔记本电脑普遍采用18650锂离子圆柱形电芯，通用的18650锂离子圆柱形电芯的外形结构见图1，其总高b≤65.00mm，外径a≤18.30mm，钢壳壁厚0.22 mm±0.02，可容纳卷芯的内部空间的内径为17.56mm±0.05。一般笔记本电脑都配备6芯18650电池。假设这6芯18650电池的单只容量为2.2Ah，电脑可持续保证工作3小时。如果单个电池的容量到达2.6Ah，电脑可持续保证工作小时可以增加1 8.2％，无疑能满足人们的更多需求。
在一定的电池外部尺寸下，现有技术在设计尺寸、内部空间的增长上做出了很多努力，但仍然可以做进一步的发挥。现有技术中电池钢壳的壁厚都是一致的，这样可以便于钢壳制造中的冲压拉伸。但实践证明，钢壳的与帽盖封口的部位处的强度要求较高，厚度不能减薄，而包裹电池卷芯的部位还可以减薄。
发明内容
本发明要解决的技术问题是弥补以上缺陷，提出一种锂离子电池钢壳、电池及其制造方法，可以进一步扩大标准尺寸电池的内腔空间，从而提高单个电池的容量。
本发明提出的一种锂离子电池钢壳包括侧壁和底壳，所述侧壁和底壳围成一端开口的空腔，所述侧壁包括用于固定电池卷芯的筒部和用于密封开口的肩部，且筒部的壁厚小于肩部的壁厚。
所述钢壳为圆柱形钢壳。
优选的，上述锂离子电池钢壳中，所述筒部的壁厚为0.14～0.18mm，所述肩部的壁厚为0.20～0.24mm。
本发明提出的一种锂离子电池包括钢壳，所述钢壳包括侧壁和底壳，所述侧壁和底壳围成一端开口的空腔；还包括固定在钢壳空腔内的卷芯、包覆在钢壳侧壁外表面的热缩膜、封闭钢壳开口的帽盖组件；所述侧壁包括用于固定卷芯的筒部和用于固定帽盖组件从而密封开口的肩部，且筒部的壁厚小于肩部的壁厚。
所述钢壳为圆柱形钢壳。
所述筒部的壁厚为0.14～0.18mm，所述肩部的壁厚为0.20～0.24mm。
所述热缩膜的厚度为0.06mm。
所述钢壳的外径为18.15～18.25mm，所述钢壳筒部的内径为17.83～17.93mm。
本发明提出的一种锂离子电池的制造方法，包括以下步骤：
1)钢壳拉伸：对筒形的钢壳侧壁分段拉伸，使得侧壁靠近开口端用于固定帽盖组件的肩部壁厚大于侧壁用于固定电池卷芯的筒部壁厚，且使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位于钢壳的外侧，从而使得钢壳在筒部和肩部的内径保持一致；
2)卷芯入壳：将电池卷芯从钢壳开口端放入钢壳内；
3)旋锻：对肩部壁厚大于筒部壁厚的部分进行旋锻，使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位于钢壳的内侧，从而使得钢壳在筒部和肩部的外径保持一致；
4)封口：将钢壳的肩部与帽盖组件连接封口。
进一步地，上述锂离子电池的制造方法中，还包括步骤5)：在钢壳的外表面包覆热缩膜，所述热缩膜的厚度为0.06mm。
所述钢壳为圆柱形钢壳。
所述步骤4)具体为：将所述肩部辊槽，从而在所述肩部的内壁形成用于支撑所述帽盖组件的环形台，将帽盖组件放置在环形台上，再将所述肩部开口端向钢壳轴心的内侧翻折，将所述帽盖组件嵌入钢壳开口端。
上述锂离子电池的制造方法中，步骤1)中所述筒部的壁厚为0.14～0.18mm，所述肩部的壁厚为0.20～0.24mm。
所述步骤1)中，钢壳在筒部和肩部的的内径为17.83～17.93mm，所述步骤3)中钢壳在筒部和肩部的外径为18.15～18.25mm。
本发明与现有技术对比的有益效果是：电池钢壳采用分段拉伸，侧壁不同部位具有不同的壁厚，在保证开口处对封口的强度要求的前提下，适当减少了包裹卷芯的钢壳的厚度，增加了钢壳内容积，从而在同样的外形尺寸下提升了电池的容量。
附图说明
图1是现有的18650锂离子圆柱形电池的外形结构图；
图2是具体实施方式中的钢壳结构图；
图3是图2中M部位的放大图；
图4是图3的旋锻后的结构图；
图5是具体实施方式的中的电池结构图；
图6是采用现有技术试产的电池容量统计分析图；
图7是采用具体实施方式试产的电池容量统计分析图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本实施方式以现有的18650锂离子圆柱形电池为例，如图5所示，电池包括钢壳1、卷芯2、钢芯3和帽盖组件4。其生产制作过程包括以下步骤。
1)钢壳拉伸。如图2、图3所示，先将钢壳原料按照18650电池所设计的尺寸拉伸成型为底壳12和侧壁11，底壳12与侧壁11围成一端开口的圆筒。其中，侧壁11包括两部分，上端靠近开口处为肩部111，肩部以下为筒部112。侧壁11拉伸时，分段拉伸，控制肩部111拉伸后的壁厚为m，筒部112拉伸后的壁厚为n，并使得筒部壁厚n小于肩部壁厚m。为方便下一步的卷芯入壳，如图3所示，肩部壁厚m超出筒部壁厚n的部分应位于侧壁的外侧面，这样可以保持内径c在上、下整个筒体上一致。
本实施方式中，对于18650电池，筒部壁厚n选择为0.16mm±0.02，通过强度试验，0.16mm的厚度钢板可以满足18650电池的强度需求。肩部壁厚m维持与现有通用技术相同为0.22mm±0.02。另外，筒部处的外径d1选择为18.20mm±0.05，这样，内径c就可以扩大为17.88mm±0.05，比现有的内径17.56mm±0.05增大了0.32mm。因此可以放入的卷芯外径也相应增大。这时肩部1处圆筒的外径d2为18.32mm±0.05。
2)卷芯入壳。将电池卷芯2从钢壳开口端放入钢壳1内。
3)旋锻。用旋锻机对肩部111壁厚大于筒部112壁厚的部分进行旋锻，如图4所示，使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位于钢壳侧壁的内侧面，从而使得钢壳圆筒在筒部112和肩部111的外径保持一致。
这时，对于18650电池，筒部壁厚n仍为0.16mm±0.02，肩部壁厚m仍为0.22mm±0.02，不过，肩部壁厚m超出筒部壁厚n的部分已经位于钢壳的内侧面了。肩部处的外径与筒部处的外径d1一致为18.20mm±0.05，而筒部处的内径c仍维持为17.88mm±0.05。
4)插钢芯、辊槽、封口：旋锻完成之后，将钢芯3插入卷芯中心；之后对肩部111的钢壳进行辊槽，从而在所述肩部的内壁形成用于支撑帽盖组件的环形台1110；在封口机上电池肩部111与帽盖组件4密封：将帽盖组件放置在环形台1110上，再将钢壳肩部开口端向朝向钢壳轴心的内侧翻折，将帽盖组件4嵌入钢壳开口端。
5)贴热缩膜。钢壳封口后，在钢壳的侧壁外表面包覆热缩膜用于防止正负极间短路。
对于18650电池，现有采用的热缩膜的厚度为0.08mm。为进一步确保成型后的钢壳1的外径d1合格，将包覆在钢壳表面的热缩膜厚度改用0.06mm。这样可以使得成品的外形尺寸保持在标准的尺寸误差内。
上述技术方案的有益效果试验如下。
首先采用现有的通用钢壳，其钢壳壁厚上下一致，内径为17.56mm±0.05，进行批次生产，批次6WX8K08。其统计结果如图6所示，容量95％平均置信区间为2461.4～2470.7mAh。
再采用本发明的上述内部容积扩大后的钢壳进行批次生产，试产批次6WX9G28。其统计结果如图7所示，容量95％平均置信区间为2565.6～2567.3mAh。
试产验证容量对比证明，通过采用本实施方式的方式，在满足强度要求和保证18650电池外形尺寸符合标准的情况下，可以容纳更大直径的卷芯，使得容量提升了90mAh左右，具有明显的技术效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种锂离子电池钢壳，包括侧壁和底壳，所述侧壁和底壳围成一端开口的空腔，其特征在于：所述侧壁包括用于固定电池卷芯的筒部和用于密封开口的肩部，且筒部的壁厚小于肩部的壁厚。
2.如权利要求1所述的锂离子电池钢壳，其特征在于：所述筒部的壁厚为0.14～0.18mm，所述肩部的壁厚为0.20～0.24mm。
3.一种锂离子电池，包括钢壳，所述钢壳包括侧壁和底壳，所述侧壁和底壳围成一端开口的空腔；还包括固定在钢壳空腔内的卷芯、包覆在钢壳侧壁外表面的热缩膜、封闭钢壳开口的帽盖组件，其特征在于：所述侧壁包括用于固定卷芯的筒部和用于固定帽盖组件从而密封开口的肩部，且筒部的壁厚小于肩部的壁厚。
4.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于：所述钢壳为圆柱形钢壳。
5.如权利要求3或4所述的锂离子电池，其特征在于：所述筒部的壁厚为0.14～0.18mm，所述肩部的壁厚为0.20～0.24mm。
6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于：所述热缩膜的厚度为0.06mm。
7.一种锂离子电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)钢壳拉伸：对筒形的钢壳侧壁分段拉伸，使得侧壁靠近开口端用于密封帽盖组件的肩部壁厚大于侧壁用于固定电池卷芯的筒部壁厚，且使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位于钢壳的外侧，从而使得钢壳在筒部和肩部的内径保持一致；
2)卷芯入壳：将电池卷芯从钢壳开口端放入钢壳内；
3)旋锻：对肩部壁厚大于筒部壁厚的部分进行旋锻，使得肩部壁厚超出筒部壁厚的部分位于钢壳的内侧，从而使得钢壳在筒部和肩部的外径保持一致；
4)封口：将钢壳的肩部与帽盖组件连接封口。
8.如权利要求7所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于：还包括步骤5)：在钢壳的外表面包覆热缩膜，所述热缩膜的厚度为0.06mm。
9.如权利要求7所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于：所述钢壳为圆柱形钢壳。
10.如权利要求9所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于：所述步骤4)具体为：将所述肩部辊槽，从而在所述肩部的内壁形成用于支撑所述帽盖组件的环形台，将帽盖组件放置在环形台上，再将所述肩部开口端向钢壳轴心的内侧翻折，将所述帽盖组件嵌入钢壳开口端。
11.如权利要求8至10中任意一项所述的锂离子电池的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述筒部的壁厚为0.14～0.18mm，所述肩部的壁厚为0.20～0.24mm。
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