CN102201553A - 一种电池或电容包装壳体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池或电容壳体，其包括外壳主体、焊接在所述外壳主体两端的盖板（包括简易盖板和组合盖板）和防爆及注吸装置，所述壳体主要由铝合金或镁合金材料制成。所述组合盖板上设置有若干个极柱孔，电池或电容的正负极极柱穿透极柱孔，电池或电容的正负极极片与各自极柱以螺丝紧固、铆接或者焊接等方式连接；所述防爆及注吸装置的基座可以置于盖板上，也可以置于外壳主体上，防爆及注吸装置的基座可以与它们一体成形，也可以以其它方式（如：焊接）连接在其上，防爆及注吸装置的防爆核可以多次装拆和更换，所述防爆及注吸装置可以防止电池或电容内部压力过大而引起的具有伤害性的爆炸，还可以在产品制造和维护过程中充当取放物质的通道；所述壳体上面可以在一处以至多处具有螺纹的部位加装钢丝螺套；其材料具有可焊性好、重量轻、强度高、耐腐蚀、耐极端温度等优异性能。所述电池或电容壳体比现有的同类型壳体性能更加优越，更适合应用于新能源产业、新能源汽车产业大型储能元件和移动元件，具有重大的实际应用价值。

Description

一种电池或电容包装壳体

技术领域

本发明涉及电池或电容的制造技术领域，尤其是涉及新能源产业、新能源汽车产业中的一种用于高容量高功率的储能电池或电容壳体的材料、结构、功能及加工。

背景技术

新能源产业、新能源汽车产业，属于国家确定的"七大战略新兴产业"。目前，电池和电容的规格已经从以往的重点针对电子产业，迅速扩展进入新能源产业、新能源汽车产业，向大型化、大电流、高容量化、高功率化发展。

新能源汽车本身是一个系统工程，其动力能源系统——储能电池或电容，相当于一个有机体的心脏部分，必须不可间断地供给整个系统养料。这就意味着，储能电池或电容，必须应对各种使用工况，如：新能源汽车在大角度坡道、酷热（或高寒）、大风、暴雨、风沙等环境下作业。

电池或电容壳体，是电池或电容的重要组成部分，决定着整个产品的优劣、成败。目前，电池或电容壳体，按照材质，主要可以分为四大类，即：铝合金系列、铝塑复合膜系列、塑料系列和钢系列。

铝合金系列的电池或电容壳体，目前的一种制作工艺为：铝合金板材，根据电池或电容的型号规格，使用冲压设备，经过多道拉伸模具拉伸成形，再剪切壳口。产品在拉伸过程中，使用了大量的拉伸油，在剪切壳口后，还要除毛刺、除油清洗等。这种工艺加工的铝壳，拉伸比小，对于深度大于200mm的壳体，很难加工，即使能做出来，存在着成本高、工艺控制复杂、合格率低等问题。目前的另一种制作工艺是：铝合金板材，根据电池或电容的型号规格，经过下料剪切、修边、弯折、焊接、打磨抛光等工序形成壳体。这种制作工艺适于手工作业，尺寸精度难以保证，不适于大批量、高精度储能动力电池或电容生产；其另一个缺点是：增加了焊接量，而焊接强度又是一个技术难点。目前，电池或电容大型壳体的铝合金制造加工技术，制约着高容量高功率储能电池或电容产业化的发展，迫使众多的厂家，避而寻求其它的包装材料。

铝塑复合膜，是近年来发展起来的应用于电池或电容产业的外包装材料，由尼龙、铝箔、PP等薄片复合而成，其中：尼龙厚度：40——160μm，铝箔厚度：40——80μm，PP厚度：40——100μm。这种材料应用于电池或电容的缺陷在于：首先，其中的三种材料的热导率、温度系数、热缩率、膨胀系数等物理参数均不一致，应用环境温度的不断变化，其差异数值累积加大，势必影响尼龙、铝箔及PP间的结合，导致结合层的剥离；其次，在分子阻隔方面，尼龙和PP均作用不大，几十微米厚的铝箔，在产品的生产装配过程中，经过拉伸成型、弯折、热封边等工序，很容易产生铝箔裂纹、针孔等质量问题，导致整个电池或电容产品的报废；再者，铝塑复合膜的厚度决定其承受重量有限，适于包装几百克以下物质的应用于电子产业的电池或电容，不适于充当几公斤甚至几十公斤的新能源产业、新能源汽车产业中大型电池或电容的包装材料。

塑料系列的电池或电容壳体，一般采用的材料为聚丙烯（ＰＰ）加５％～１５％的玻璃纤维。对于铅酸蓄电池，水是其电解液的溶剂，且密封性要求不高，可以采用塑料壳体。采用塑料外壳盛装非水溶剂的电解液体系的电池或电容，由于塑料高分子材料本身的固有属性——不能完全阻断分子渗漏，空气进入其中，将毒化电解液，导致电池或电容的失效；采用塑料外壳盛装有机溶剂电解液的锂电池，长期的存放和使用，会引起塑料材质的老化、溶胀和变形，从而导致锂电池的失效。

钢系列的电池或电容壳体，其材质多为不锈钢（SUS304、SUS316等）或者普通钢带镀镍，其缺点：比重大。镀镍钢壳的后续工艺作业，如滚槽、封口、焊接等，均会对壳体的镀层带来一定的破坏，从而造成钢的暴露、金属屑的产生，是产品的质量隐患，如2008年SONY公司生产的笔记本电脑电池中的18650型单体电池爆炸事件。

截止现在，尚未检索到镁合金应用于电池或电容中的专利报道。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电池或电容的壳体，该壳体具有可焊性好、强度高、重量轻、承重大、耐锈蚀、抗摩擦、耐极端温度等理想性能，最佳地满足新能源产业、新能源汽车产业中的高容量高功率的储能电池或电容的需求。

本发明提供了一种电池或电容壳体，其包括外壳主体、焊接在所述外壳主体两端的盖板（包括简易盖板和组合盖板）和防爆及注吸装置，所述壳体主要由铝合金或镁合金材料制成。

铝（或镁）合金具有比重小、强度高、减振性好、抗疲劳性能好、不易老化，导热性好、电磁屏蔽能力强、加工性能好、易于回收等优点。所述的铝合金材料，可以采用1系列、3系列或者6系列铝材，也可以采用本发明特制铝材——在纯铝中添加了Mn、Si、Ti、Mg 、Zn、Cu等添加剂，使其材料性能比较现有定型的系列铝材更符合新能源产业、新能源汽车产业的电池或电容壳体的要求。具体地，所述特制铝材包含了重量百分比为：0.900±0.100％的Mn、0.400±0.100％的Fe、0.150±0.020％的Si、0.100±0.050％的Cu、0.015±0.010％的Mg 、0.01±0.005%的Zn、0.02±0.01%的Ti，等等。

所述壳体采用挤压、拉拔、压铸、整形等工艺制成，所述壳体可以设置加强筋或散热条，在所述壳体的内表面可以设置有用于固定电池或电容极片的定位棱、定位点等，以防止极片在动态情况下松散、变形、脱粉、掉渣等等现象的发生。

所述组合盖板上设有若干个极柱孔，极柱孔周边可以设置凹槽或凸棱，所述极柱孔设有塑胶绝缘介子，该塑胶绝缘介子材料耐腐蚀，电池或电容的的正负极极柱穿透极柱孔，以螺纹紧固、铆接或者焊接等方式固定在极柱孔上面。所述极柱，可以由外壳主体的单端引出，也可以由外壳主体的两端引出；所述极柱由外壳主体的两端引出时，可以一端集中正极，另一端集中负极，也可以是每端正极、负极均有。所述极柱在电池或电容壳体内部的部分与各自的极片，以螺丝紧固、铆接或者焊接等方式连接，可以与各自极片在一处连接，也可以与各自极片在多处连接。

所述防爆及注吸装置的基座可以置于盖板（包括简易盖板和组合盖板）上，也可以置于外壳主体上；防爆及注吸装置的基座可以与它们一体成形，也可以以其它方式（如：焊接）连接在它们上面。所述防爆及注吸装置的基座是中空的柱体结构，该基座与一个中空柱体形的防爆核以螺纹、焊接或者紧配合等方式连接，该防爆核可以多次装拆和更换，所述防爆核的底部设有防爆箔片，该防爆箔片为金属箔片或金属塑料复合材料的箔片。所述防爆及注吸装置的基座内置环形介子，该环形介子的材料为耐腐蚀塑胶。

进一步地，所述防爆箔片的形状为圆形或多边形，外边缘厚度小于2.0mm，中间最薄处厚度小于0.2mm。所述外壳主体两端与盖板（包括简易盖板和组合盖板）采用激光焊接密封连接，焊接部位厚度小于2.0mm。所述壳体上面在一处以至多处具有螺纹的部位可以加装钢丝螺套，以改善其机械紧固性能。

本发明采用铝合金或镁合金材料制作新能源产业、新能源汽车产业中的高容量高功率的储能电池或电容的壳体，特别是把镁合金应用于电池或电容产品，铝（或镁）金属的比重小，具有轻量化的优点，在纯铝（或镁）中添加锰、铜、硅、钛等添加剂，可以提高铝（或镁）合金材料的强度、硬度、耐腐蚀性、耐极端温度等性能。所述防爆及注吸装置不仅可以防止电池或电容内部压力过大而引起的具有伤害性的爆炸，还可以在产品制造和维护过程中充当取放物质的通道。

附图说明

附图1-1至附图1-5为本发明一种电池或电容包装壳体的采用挤压、拉拔、压铸、整形等工艺制作的14种外壳主体的结构形状示意图；

附图2为本发明一种电池或电容包装壳体的在一种实施方式下的外壳主体结构示意图；

附图3-1为本发明一种电池或电容包装壳体的在一种实施方式下的组合盖板与防爆及注吸装置基座一体化成形的结构示意图；

附图3-2为本发明一种电池或电容包装壳体的在一种实施方式下的简易盖板示意图；

附图4为本发明一种电池或电容包装壳体的组合盖板在一种实施方式下的装配示意图；

附图5为本发明一种电池或电容包装壳体的防爆及注吸装置的防爆核与防爆箔片的装配示意图；

附图6为图5中防爆核底部的防爆箔片在一种实施方式下的制作示意图；

附图7为图5中防爆核底部的防爆箔片在另一种实施方式下的制作示意图；

附图8为图6中的防爆箔片成形后的结构示意图；

附图9为图7中的防爆箔片成形后的结构示意图；

附图10为本发明一种电池或电容包装壳体的组合盖板上的极柱孔与塑胶绝缘介子在一种实施方式下的装配示意图。

图中：01 为外壳主体，02 为加强筋，03 为组合盖板，031 为极柱孔，032 为基座，04 为紧固螺母，05 为保护介子，06 为极柱，07 为防爆及注吸装置，071 为防爆核，072 为防爆箔片，0721 为双面凹防爆箔片，0722 为单面凹防爆箔片，073 为环形介子，074 为钢丝螺套， 08 为塑胶绝缘介子，09 为止动架，10 为简易盖板，11 为钢球，12 为铝箔片，13 为硬质平板。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种用于新能源产业、新能源汽车产业的高容量高功率的储能电池或电容的大型铝合金（或镁合金）壳体，一改现有单纯机械拉伸、剪切、弯折的加工工艺，本发明的铝合金（或镁合金）壳体采用高温软化或熔融，再经过挤压、拉拔、压铸、整形等工艺制造。与单纯的机械冲压、弯折制造工艺相比，其外壳主体01形状和尺寸做到了多样化，如图2、图1-1至图1-5，为15种采用挤压、拉拔、压铸、整形等工艺制作的外壳主体01的结构形状示意图。

参考图2、图3-1、图3-2和图4，本发明的电池或电容的壳体包括外壳主体01、焊接在所述外壳主体01两端的盖板（包括简易盖板10和组合盖板03）和防爆及注吸装置07。所述壳体的材质主要为铝合金或镁合金，通过高温软化或熔融，采用挤压、拉拔、压铸、整形等工艺制成电池或电容的壳体，满足了新能源产业、新能源汽车产业的电池或电容壳体对材料的轻量化、可焊接性、强度、硬度、耐腐蚀性、耐极端高低温等方面性能的要求。外壳主体01两端与盖板（包括简易盖板10和组合盖板03）采用激光焊接密封连接，其焊接部位的厚度小于2.0mm。

本发明的壳体的铝合金材料，可以采用1系列、3系列或者6系列铝材，也可以采用特制铝材——在纯铝中添加了Mn、Si、Ti、Zn、Mg、Cu等添加剂，使其材料性能比较现有定型的系列铝材更符合新能源产业、新能源汽车产业的对电池或电容壳体的需求。具体地，所述特制铝材包含了重量百分比为：0.900±0.100％的Mn、0.400±0.100％的Fe、0.150±0.020％的Si、0.100±0.050％的Cu、0.015±0.010％的Mg 、0.01±0.005%的Zn、0.020±0.010%的Ti，等等。 如表一，列出了本发明的特制铝材配方及与3003铝材配方的对比：

表一 本发明的特制铝材配方与3003铝材配方对照表

单位：Wt%

	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	Ni	Sn	Ca	Na	Sr	Al
															3003铝材	0.6	0.7	0.05～0.20	1.00～1.50	-	-	0.1	-						REM
本发明特制铝材	0.150±0.020	0.400±0.100	0.100±0.050	0.900±0.100	0.015±0.010		0.010±0.005	0.020±0.010	0.006±0.004	0.002	0～0.002
															第二批铝材	0.141	0.394	0.150	0.940	0.008		0.0114	0.0222	0.008	0.002	0	0	0	98.31
第一批铝材	0.169	0.462	0.050	0.876	0.019		0.008	0.0179	0.002	0.002	0.002	0	0	98.38

本发明的特制铝材应力腐蚀小，开裂抗力大，成形性和激光焊焊接性优良，膨胀变形量小，尺寸稳定性好，改善了合金韧性和降低应力腐蚀开裂敏感性。

参考图1-2、图1-3、图1-5和图2，在本发明的电池或电容壳体上，设置了散热条或加强筋02，由于铝合金或镁合金的高效导热性，可保持良好的散热功能及热能转换的高效率。

参考图2、图3-1、图3-2 和图4，在铝合金或镁合金外壳主体01的两端焊接有组合盖板03和简易盖板10，组合盖板03上设有两个极柱孔031，组合盖板03的极柱孔031每个面上有二个凹槽。电池或电容的两个正负极柱06各自穿过盖板上的两个极柱孔031，在极柱06上分别装有一个紧固螺母04，在紧固螺母04与组合盖板03之间有一体化注塑的塑胶绝缘介子08，塑胶绝缘介子08上面设有凸棱（参考图10），在塑胶绝缘介子08上设有保护介子05，在组合盖板03与塑胶绝缘介子08之间配合的地方增加了组合盖板03的表面粗糙度，并在注塑前，预先涂抹了密封胶。

参考图3-1和图4，在组合盖板03的中间位置设有一个防爆及注吸装置的基座032，组合盖板03与防爆及注吸装置的基座032一体化成形，基座032是中空的四边形柱体结构，基座032与中空圆柱体的防爆核071通过螺纹紧固，在基座032与防爆核071中间安装了钢丝螺套074，防爆核071的底部设有防爆箔片072，基座032的底部放置有PFA的环形介子073，组合盖板03下面设有止动架09。防爆及注吸装置07由基座032、防爆核071、防爆箔片072、环形介子073和钢丝螺套074构成，不仅可以防止电池或电容内部压力过大而引起的具有伤害性的爆炸，还可以在电池或电容制造和维护过程中充当取放物质的通道。

参考图5，防爆核071与防爆箔片072采用激光焊接密封连接，焊接后，进行气密性测试，保证防爆箔片072与防爆核071的密封性。

参考图6和图8，图6中的两个钢球11中间为一铝箔片12，通过定位上下钢球11，施加“定压力”，铝箔片12被钢球11上下挤压，形成凹陷，成为双面凹防爆箔片0721。

参考图7和图9，图7中的钢球11和硬质平板13中间为一铝箔片12，通过定位钢球11，施加“定压力”，铝箔片12被上下挤压，形成凹陷，成为单面凹防爆箔片0722。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

本发明解决了大批量、高精度电池或电容大型外壳的制造问题，特别是把镁合金应用于电池或电容产品，对新能源产业、新能源汽车产业的高容量高功率储能电池或电容产业化发展，具有重大的推动作用和经济价值。

Claims (13)

1.一种电池或电容壳体，其特征在于，其包括外壳主体、焊接在所述外壳主体两端的盖板（包括简易盖板和组合盖板）和防爆及注吸装置。

2.如权利要求1所述的一种电池或电容壳体，其特征在于，所述壳体主要由铝合金或镁合金材料制成；所述铝合金材料，可以采用1系列或者3系列或者6系列铝材，也可以采用特制铝材——在纯铝中添加了Mn、Si、Ti、Zn、Mg、Cu等添加剂，使其材料性能比较现有定型的系列铝材更符合电池或电容壳体的要求，具体地，所述特制铝材包含了重量百分比为：0.900±0.100％的Mn、0.400±0.100％的Fe、0.150±0.020％的Si、0.100±0.050％的Cu、0.015±0.010％的Mg 、0.01±0.005%的Zn、0.02±0.01%的Ti，等等。

3.如权利要求1所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述壳体采用挤压、拉拔、整形等工艺制成，所述壳体可以设置加强筋或散热条，在所述壳体的内表面可以设置有用于固定电池或电容极片的定位棱。

4.如权利要求1所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述组合盖板上设置有若干个极柱孔，极柱孔周边可以设置凹槽或凸棱，极柱孔设有塑胶绝缘介子，电池或电容的的正负极极柱穿透极柱孔，以螺纹紧固、铆接或者焊接等方式固定在极柱孔上面，所述塑胶绝缘介子材料耐腐蚀。

5.如权利要求4所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述电池或电容的极柱，可以由外壳主体的单端引出，也可以由外壳主体的两端引出；所述极柱由外壳主体的两端引出时，可以一端集中正极，另一端集中负极，也可以是每端正极、负极均有。

6.如权利要求5所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述极柱在电池或电容壳体内部的部分与各自的极片，以螺丝紧固、铆接或者焊接等方式连接，可以与各自极片在一处连接，也可以与各自极片在多处连接。

7. 如权利要求1所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述防爆及注吸装置的基座可以置于盖板（包括简易盖板和组合盖板）上，也可以置于外壳主体上；防爆及注吸装置的基座可以与它们一体成形，也可以以其它方式（如：焊接）连接在它们上面。

8. 如权利要求7所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述防爆及注吸装置的基座是中空的柱体结构，该基座与一个中空柱体形的防爆核以螺纹、焊接或者紧配合等方式连接，所述防爆核可以多次装拆和更换，所述防爆核的底部设有的防爆箔片，该防爆箔片为金属箔片或金属塑料复合材料的箔片。

9. 如权利要求7所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述防爆及注吸装置的基座内置环形介子，该环形介子材料为耐腐蚀塑胶。

10. 如权利要求8所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述防爆箔片的形状为圆形或多边形，外边缘厚度小于2.0mm，中间最薄处厚度小于0.2mm。

11.如权利要求1所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述外壳主体两端与盖板（包括简易盖板和组合盖板）的焊接部位厚度小于2.0mm。

12.如权利要求1所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述壳体上面可以在一处以至多处具有螺纹的部位加装钢丝螺套。

13. 如权利要求1所述的一种电池或电容壳体，其特征在于：所述防爆及注吸装置不仅可以防止电池或电容内部压力过大而引起的具有伤害性的爆炸，还可以在产品制造和维护过程中充当取放物质的通道。

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