CN103066332A - 一种电化学反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学反应器，包括一上下端开口的圆柱形中空且不带电的外壳，所述外壳内设电极性异端的极组，所述极组的上下端焊接集流体；所述外壳的一开口端密封连接一上电极盖板，另一端密封连接一下电极盖板；所述上、下电极盖板均包括一不带电的外盖板、一EPDM电极盖密封圈、一与相应的集流体焊接并与相应的外盖板及注塑件铆压连接的具有外螺纹的铆接件，所述铆接件与相应的外盖板间由相应的注塑件绝缘，所述铆接件与相应的外盖板的铆压部位设有垫片；所述上电极盖板的铆接件具有注液孔，所述电化学反应器通过所述集流体与相应的铆接件连接将所述极组的电势引出。本发明内阻低，密封好，可满足大电流充放电，具有很好的尺寸放大空间。

Description

一种电化学反应器

技术领域

本发明涉及超级电容器和锂离子电池技术领域，具体涉及一种电化学反应器。

背景技术

近年来，随着石油资源的不断减少和环境污染的日益加重，新能源产业开始扮演着越来越重要的角色。电化学产品在给风能、光伏等发电系统做配套的储能和给电动汽车提供能源等方面的研究近些年发展的非常快。对电网进行峰、谷平压等电源系统需要大量的电芯组合使用，混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)的使用同样需要一定数量的电芯串联、并联组合使用。如何降低电芯组合使用时技术难度与提高电芯组合使用后稳定性成为很多电源整体解决方案提供商的研究热点。

目前，在储能领域，锂离子电池和超级电容器作为可规模化生产并且拥有相对稳定可靠的电化学体系特性越来越多的被使用。单体电芯经常被大量组合后使用，而且越来越多的被用作动力电源使用，电芯需要有较长的使用、存储寿命，并且需要有宽泛的使用温度。只有很好的解决这些技术的关键才能将锂离子电池或者超级电容器应用于HEV、EV和电网储能等产业，推动产业发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的缺陷而提供一种内阻低、防漏性能好且使用和存储寿命电化学反应器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电化学反应器，包括一上下端开口的圆柱形中空且不带电的外壳，所述外壳内设电极性异端的极组，所述极组的上下端焊接集流体；所述外壳的一开口端密封连接一上电极盖板，另一端密封连接一下电极盖板；所述上、下电极盖板均包括一不带电的外盖板、一EPDM电极盖密封圈、一与相应的集流体焊接并与相应的外盖板及注塑件铆压连接的具有外螺纹的铆接件，所述铆接件与相应的外盖板间由相应的注塑件绝缘，所述铆接件与相应的外盖板的铆压部位设有垫片；所述上电极盖板的铆接件具有注液孔，所述电化学反应器通过所述集流体与相应的铆接件连接将所述极组的电势引出。

所述注液孔具有内螺纹，所述注液孔中设有一在电解注注入后通过压紧EPDM注液孔密封圈将所述注液孔密封的带外螺纹的注液孔密封件。

所述注塑件的密封边缘具有凹槽，所述电极盖密封圈的横截面形状与所述注塑件的横截面形状相配合，并与对应的注塑件的凹槽过盈配合连接。

所述注塑件的材质为氟烷基化物PFA、乙烯丙烯橡胶EPDM或苯乙烯丁二烯SBR。

所述极组为极片边缘留箔的箔极耳极组，所述箔极耳与对应的集流体焊接。

所述极组是超级电容器极组，或锂离子电池极组。

所述上、下电极盖板上的铆接件上预留有焊接用的凹槽，与对应的集流体上预留的焊接用的凸起平台相配合，形成插入式结构配合并焊接；所述集流体与相应的铆接件的焊接轨迹为多边形或具有平滑弧度；所述集流体上设围绕其中心成圆周对称的可供焊接凸起平台有2-8个，相应的铆接件上设2-8个围绕其中心成圆周对称的焊接区域。

所述外壳与上、下电极盖板采用激光焊或者氩弧周边焊接而密封连接。

所述注液孔密封件与对应的铆接件顶面采用圆周轨迹焊接。

所述电化学反应器除所述注塑件、EPDM电极盖密封圈、EPDM注液孔密封圈外，其余部件的材质为表面电镀或化学镀有由铬、镍、锡、铜、锌中一种或多种金属元素构成的镀层的钢或铝。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供的电化学反应器，具有正负极异端、较低内阻的特点，可以满足大电流充放电，具有很好的尺寸放大空间，满足用户长时间安全使用需求，有利于扩大锂离子电池厂家和超级电容器厂家的市场占有率，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电化学反应器的剖面结构示意图；

图2为图1的B部局部视图；

图3为本发明实施例提供的铆接件与集流体的焊接区域的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种注塑件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的EPDM电极盖密封圈的示意图；

图中：1为外壳，2为外盖板，3为注塑件，4为EPDM电极盖密封圈，5为带注液孔铆接件，6为垫片，7为EPDM注液孔密封圈，8为注液孔密封件，9为集流体，10为极组，11为不带注液孔铆接件，12为焊接区域。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

参见图1~2，一种电化学反应器，包括一上下端开口的圆柱形中空且不带电的外壳1，所述外壳内设电极性异端的圆柱型极组10，所述极组10的上下端焊接集流体9；所述外壳1的一开口端密封连接一上电极盖板，另一端密封连接一下电极盖板；所述阳、下电极盖板均包括一不带电的外盖板2、一EPDM（三元乙丙橡胶）电极盖密封圈4、一与相应的集流体9焊接并与相应的外盖板2及注塑件3铆压连接的具有外螺纹的铆接件，所述铆接件与相应的外盖板2间由相应的注塑件3绝缘，所述铆接件与相应的外盖板2的铆压部位设有垫片6；所述上电极盖板的铆接件为带注液孔铆接件5，所述下电极盖板的铆接件为不带注液孔的铆接件11，所述电化学反应器通过所述集流体9与相应的带注液孔的铆接件5、不带注液孔的铆接件11连接将所述极组10的电势引出。

本发明实施例中，所述上、下电极盖板除带注液孔的铆接件5与不带注液孔的铆接件11存在有无注液孔区别外，其它结构均相同，故，本发明实施例中，在涉及到电极盖的结构说明时，除无特别说明，均包含对两电极盖的说明。

本发明实施例中，所述的上、下电极盖板上的铆接件上预留有焊接用的凹槽，与集流体9上预留有焊接用的凸起平台相配合，形成插入式或套筒式结构配合并采用激光焊或超声波焊焊接，铆接件与集流体9的插入式或套筒式配合再辅助超声波或激光焊接，可以有效提高圆柱型电化学反应器铆接件外螺纹在电化学反应器组合过程中的止扭力矩，提升组合使用时结构件密封稳定性，提升了电化学反应器单体的机械强度。

具体的，所述集流体9与相应的铆接件的焊接轨迹为多边形或具有平滑弧度，总体焊接面积需根据电化学反应器所需电流大小做调整，焊接能量作用在铆接件上，参见图3所示，所述集流体9上设围绕其中心成圆周对称的可供焊接凸起平台有2-8个，相应的铆接件上设2-8个围绕其中心成圆周对称的焊接区域12。

所述注液孔具有内螺纹，所述注液孔中设有一在电解注注入后通过压紧EPDM注液孔密封圈7将所述注液孔密封的带外螺纹的注液孔密封件8。

所述注塑件3的密封边缘具有凹槽，所述电极盖密封圈4的横截面形状与所述注塑件3的横截面形状相配合，并与对应的注塑件3的凹槽过盈配合连接。即EPDM电极盖密封圈4的横截面面积大于注塑件3凹槽横截面面积，所述EPDM电极盖密封圈4与注塑件3的密封边缘所具有的凹槽采取过盈配合可有效提升电化学反应器防漏液性能，延长电化学反应器使用和存储寿命。

参见图4所示，该图示出本发明实施例提供的一种注塑件的结构，其中，图4A为提供的注塑件的主视图，图4B为该注塑件的俯视图，图4C为该注塑件沿C-C线的剖视图，图4D为该注塑件的立体结构图，图4E为该注塑件D部分的放大示意图；在该所述的注塑件3上设有L形凹槽13，当然，本发明实施例所述的凹槽，并不限于该一种形状，也可是其它形状，如弧形，各种规则或不规则的多边形等；参见图5，该图示出本发明实施例提供的一种EPDM电极盖密封圈的结构，其整体为圆圈形，所述EPDM电极盖密封圈的横截面E－E剖面可以为正圆形，也可以椭圆形、正多边形或L形以及其它各种不规则多边的形状，且横截面E的面积略大于所述注塑件3的凹槽13的横截面积。

所述注塑件3的材质为氟烷基化物PFA、乙烯丙烯橡胶EPDM或苯乙烯丁二烯SBR。

本发明实施例中，所述的外盖板2与对应的注塑件3通过翻边机械密封，所述的铆接件5与对应的外盖板2铆接时需要在铆接部位放入垫片6，通过以上密封结构可有效提升电化学反应器防漏液性能，延长电化学反应器使用和存储寿命。

具体实施上，将外盖板、注塑件、EPDM电极盖密封圈、不带注液孔铆接件11、垫片通过铆压工艺组合成下电极盖板；将外盖板2、注塑件3、EPDM电极盖密封圈4、带注液孔铆接件5、垫片6通过铆压工艺组合成上电极盖板，并使注塑件3上的凹槽与EPDM电极盖密封圈4过盈配合。极组10经特殊工艺整形与集流体9固定连接，通过集流体9与上、下电极盖板所配套的铆接件进行焊接。

所述极组10为正负极异端的极片边缘留箔而形成的箔极耳极组，所述箔极耳与相应的集流体焊接。本发明实施例中，由于采用极片边缘留箔替代传统圆柱型极组极耳结构，使得电化学反应器具有较低的内阻。

所述极组10可以是超级电容器极组，或者是锂离子电池极组。

所述外壳1与阳、下电极盖板采用激光焊或者氩弧周边焊接而密封连接。

所述注液孔密封件8与对应的铆接件采用圆周轨迹焊接。

所述电化学反应器除所述注塑件3、EPDM电极盖密封圈4、EPDM注液孔密封圈7外，其余部件的材质为表面电镀或化学镀有由铬、镍、锡、铜、锌中一种或多种金属元素构成的镀层的钢或铝。

本发明实施例中，所述的两个电极盖板可根据实际使用需求通过调整极组方向进行电极板电势极性调整，作电化学反应器阴、阳极调换。注意在扣盖时，将电极板上铆接件的预留焊接用的凹槽与集流体9上预留焊接用的凸起平台配合。

所述铆接件5注液孔处有内螺纹，配合注液孔密封件8的外螺纹使用，在注液孔中放入EPDM注液孔密封圈7后减少了外壳1内液体从注液孔中泄露的隐患，且注液孔密封件8可后期维护电化学反应器所用，如有需要，注液孔密封件8和铆接件5顶面相密封焊接，从而实现了将所述注液孔进行双重密封。

需要说明的是，本发明实施例中，所述注液孔具有两重密封，一是通过注液孔密封件8压紧EPDM注液孔密封圈7；二是通过注液孔密封件8与铆接件5焊接达到密封效果，其材质可以是Fe、Al、Cu等金属，焊接方法包括氩弧焊、激光焊等。

本发明实施例中，由于注塑件3上的凹槽配合EPDM电极盖密封圈4使用，可有效降低电化学反应器使用和存储时漏液隐患。

对于本发明实施例提供的电化学反应器，其制作过程如下：

步骤一，将外盖板、注塑件、EPDM材质电极盖密封圈、不带注液孔铆接件11、金属垫片通过铆压工艺组合成下电极盖板；

步骤二，将外盖板2、注塑件3、EPDM材质电极盖密封圈4、带注液孔铆接件5、垫片6通过铆压工艺组合成上电极盖板；

步骤三，通过匀浆、涂覆、碾压、裁切后的极片分别在垂直于极片卷绕方向边缘选择一侧留有空白箔，另一侧为浆料；极片涂覆正反两面对浆料边缘有严格对齐度要求，即要求极片正、反两面空箔宽度一致；将极片进行真空烘干，烘干温度为80-200℃，烘干时间为6-48h；

步骤四，将阴、阳极极片配合隔膜卷绕在一起，成圆柱型的极组10，两极片无浆箔最终分别处于极组两端面处，即阴、阳极极片电势通过相应极片空箔端面导出极组；

步骤五，将极组10通过整形使两端无浆箔弯曲并集中，形成外观平整的箔端面；

步骤六，将卷绕并整形好的极组10两端分别与集流体9进行焊接，焊接方式有激光焊或超声波焊；

步骤七，将两端焊接好集流体9的极组10放入外壳1中，扣好上、下电极盖。根据实际使用需要，上、下两个电极盖可作电化学反应器阴、阳极调换。扣盖时，注意使上、下电极盖板上的铆接件的预留焊接用的凹槽与集流体9上预留焊接用的凸起平台配合。

步骤八，对上下电极盖与外壳1连接处焊接，焊接方法包括氩弧焊、激光焊等；

步骤九，对集流体9与上、下电极盖的铆接件按前述方法进行焊接；

步骤十，对焊接好的电化学反应器进行氦气测漏，将检测合格的电化学反应器传入真空烘干工序，温度为80-200℃，烘干时间为6-48h；

步骤十一，参见图1，通过上电极盖板的带注液孔的铆接件5上的注液孔将电解液注入电化学反应器中，注液环节需要准备能提供低气压与高气压环境的设备，要求环境干燥，环境水分控制在1-5%；

步骤十二，在所述注液孔依次塞入EPDM材质注液孔密封圈7和注液孔密封件8，需要说明的是，所述注液孔具有两重密封，一是通过带外螺纹的注液孔密封件8通过与带内螺纹的注液孔配合压紧EPDM注液孔密封圈7进行密封，注液孔密封件8可后期维护电化学反应器所用；二是如有需要，注液孔密封件8和带注液孔的铆接件5的顶面可焊接，焊接材质可以是Fe、Al、Cu等金属，焊接方法包括氩弧焊、激光焊等，可以有效减少外外壳内液体从注液孔中泄露的隐患。

与现有技术相比较，本发明的优点是：

1、上下电极盖铆接件与电池外壳间绝缘，即电化学反应器只有两端铆接件具有电流导入与导出的作用，降低了电化学反应器内部形成微小原电池的几率，提升了电化学反应器的使用和存储寿命；

2、上下电极盖包含的注塑件上凹槽与相应的EPDM电极盖密封圈的配合，可降低电化学反应器使用和存储过程中漏液的概率，且这种结构可很容易进行尺寸放大，使得电化学反应器单体容量有着广泛的提升空间；

3、集流体与铆接件的插入式配合并焊接，提升了的铆接件外螺纹在电化学反应器组合过程中的螺纹止扭力矩，提升了电化学反应器单体的机械强度；

4.带注液孔铆接件5的注液孔的内螺纹，配合EPDM注液孔密封圈7和带外螺纹的注液孔密封件8，使得电化学反应器后期有可维护的空间，并可根据实际使用需求进行焊接密封，降低电化学反应器漏液概率。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供的电正负极异端的圆柱型化学反应器，单体具有较低内阻以及低漏液概率和可大电流导通以及降低泄露隐患等特点，可以大功率充放电和延长使用寿命，可以提高圆柱型电化学反应器整体的安全性能，并具有很好的尺寸放大空间，满足用户长时间安全使用需求，有利于扩大锂离子电池厂家和超级电容器厂家的市场占有率，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电化学反应器，其特征在于，包括一上下端开口的圆柱形中空且不带电的外壳，所述外壳内设电极性异端的极组，所述极组的上下端焊接集流体；所述外壳的一开口端密封连接一上电极盖板，另一端密封连接一下电极盖板；所述上、下电极盖板均包括一不带电的外盖板、一EPDM电极盖密封圈、一与相应的集流体焊接并与相应的外盖板及注塑件铆压连接的具有外螺纹的铆接件，所述铆接件与相应的外盖板间由相应的注塑件绝缘，所述铆接件与相应的外盖板的铆压部位设有垫片；所述上电极盖板的铆接件具有注液孔，所述电化学反应器通过所述集流体与相应的铆接件连接将所述极组的电势引出。

2.根据权利要求1中所述电化学反应器，其特征在于，所述注液孔具有内螺纹，所述注液孔中设有一在电解注注入后通过压紧EPDM注液孔密封圈将所述注液孔密封的带外螺纹的注液孔密封件。

3.根据权利要求1中所述电化学反应器，其特征在于，所述注塑件的密封边缘具有凹槽，所述电极盖密封圈的横截面形状与所述注塑件的横截面形状相配合，并与对应的注塑件的凹槽过盈配合连接。

4.根据权利要求1或3中所述电化学反应器，其特征在于，所述注塑件的材质为氟烷基化物PFA、乙烯丙烯橡胶EPDM或苯乙烯丁二烯SBR。

5.根据权利要求1中所述电化学反应器，其特征在于，所述极组为极片边缘留箔的箔极耳极组，所述箔极耳与对应的集流体焊接。

6.根据权利要求1或5所述电化学反应器，其特征在于，所述极组是超级电容器极组，或锂离子电池极组。

7.根据权利要求1中所述电化学反应器，其特征在于，所述上、下电极盖板上的铆接件上预留有焊接用的凹槽，与对应的集流体上预留的焊接用的凸起平台相配合，形成插入式结构配合并焊接；所述集流体与相应的铆接件的焊接轨迹为多边形或具有平滑弧度；所述集流体上设围绕其中心成圆周对称的可供焊接凸起平台有2-8个，相应的铆接件上设2-8个围绕其中心成圆周对称的焊接区域。

8.根据权利要求1中所述电化学反应器，其特征在于，所述外壳与上、下电极盖板采用激光焊或者氩弧周边焊接而密封连接。

9.根据权利要求1中所述电化学反应器，其特征在于，所述注液孔密封件与对应的铆接件顶面采用圆周轨迹焊接。

10.根据权利要求1中所述电化学反应器，其特征在于，所述电化学反应器除所述注塑件、EPDM电极盖密封圈、EPDM注液孔密封圈外，其余部件的材质为表面电镀或化学镀有由铬、镍、锡、铜、锌中一种或多种金属元素构成的镀层的钢或铝。

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