CN103078069B - 一种锂离子电池电容器用密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂离子电池电容器用密封件，包括上压环、盖板、绝缘垫片以及极耳压环，还包括密封胶与十字形的极柱，上压环、盖板、极耳压环各设置有一个通孔且三个通孔的中心轴相同，密封胶与盖板的通孔及盖板上下表面为注塑一体结构，且密封胶设置有与盖板的通孔中心轴相同的通孔，极柱包括极柱大头，极柱小头、以及与极柱大头、极柱小头为一体结构的极柱横板，极柱大头贯穿密封胶上的通孔以及上压环上的通孔，并与上压环铆接，极柱小头贯穿、极耳压环上的通孔并与极耳压环铆接，极柱横板与密封胶的底面贴附连接。本发明用密封胶密封盖板与极柱，并利用铆接方式将极柱与上压环、盖板密封，从而实现全密封，提高密封性。

Description

一种锂离子电池电容器用密封件

技术领域

本发明涉及二次电源技术领域，具体涉及一种锂离子电池电容器用密封件。

背景技术

锂离子电池电容器作为一种高脉冲的能量存储装置，因其功率密度大、可快速充放电、使用寿命长，逐渐成为电池能源市场的主流，并被广泛应用于自动读表(AMR)装置、GPS/GSM/ARGOS相关系统、汽车装置、远程传感器、射频识别系统、紧急设备和军事领域等。随着社会的发展，人们对锂离子电池电容器的性能，尤其是对锂离子电池电容器的可靠性和安全性提出了更高的要求。电池密封性作为影响电池可靠性和安全性的重要环节，是电池生产过程中的技术难点和重点。

目前，锂离子电池电容器密封常利用玻璃或陶瓷密封金属材质的极柱和盖板，如在专利号为WO9928982A1的世界专利中，公开的电池电容器的密封组件曾披露负极盖板与正极极柱之间采用玻璃进行密封和绝缘。发明人通过长期研究发现，这种密封方式在实际的运用过程中会出现以下不足：在电池电容器高脉冲、高电化学体系的环境下，玻璃或者陶瓷会发生电化学腐蚀和自放电现象，这将造成密封间隙出现，从而在内压的作用下使电解液在极柱端处泄漏，以致降低电池电容器的寿命；其次，玻璃和陶瓷易碎、硬度较大，当电池电容器受到振动时，玻璃和陶瓷容易破损，甚至脱落而造成电池电容器失效；另外，由于极柱与盖板采用的是金属材质，采用玻璃或者陶瓷密封剂密封金属，工艺复杂且制造成本高。

在申请号为201010561976.8的中国专利申请文件中公开了“一次锂电池用耐蚀封接玻璃材料及其制备方法”，该申请文件声称采用此玻璃封接材料可以耐锂和电解液的侵蚀，具有良好的气密性和绝缘性，且与钼极柱以及焊接性能优异的4J52等铁镍合金丝都能匹配封接，可防止玻璃内应力炸裂导致泄漏，保证封接器件的气密性。这种方案虽然弥补了传统玻璃或陶瓷密封耐腐蚀能力的不足，但需要利用玻璃将盖板与极柱进行烧接密封，这将导致盖板与极柱因材质不同而热膨胀系数不一致，从而造成封接时湿润性、气密性差。此外，所采用的烧接工艺设备造价昂贵，不易在工业中广泛推广，且容易产生杂质污染电池电容器。

另外，目前市场上的锂离子电池电容器多采用半密封结构，虽然适用于一般领域，但无法满足车载系统、智能表计、智能水表等领域对密封性的要求（漏气率小于1.0×10-7Pa·m3/s(He)）。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种成本低、密封性高的全密封锂离子电池电容器用密封件。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种锂离子电池电容器用密封件，包括依次设置的上压环、盖板、绝缘垫片以及极耳压环，还包括密封胶与十字形的极柱，在上压环、盖板、极耳压环各设置有一个通孔且三个通孔的中心轴相同，密封胶与盖板的通孔及盖板上下表面为注塑一体结构，且密封胶设置有与盖板的通孔中心轴相同的通孔，极柱包括与密封胶上的通孔及上压环上的通孔相匹配的极柱大头，与极耳压环上的通孔相匹配的极柱小头，以及与极柱大头、极柱小头为一体结构的极柱横板，极柱大头贯穿密封胶上的通孔以及所述上压环上的通孔，并与上压环铆接，极柱小头贯穿极耳压环上的通孔并与极耳压环铆接，极柱横板与密封胶的底面贴附连接。

本发明最主要的创新点之一是：首先，利用密封胶与盖板注塑为一体，并留有与极柱大头相匹配的通孔；然后，设置十字形的极柱，将极柱大头贯穿上压环、密封胶通孔、极柱小头贯穿极耳压环，并将极柱的大头与上压环、极柱小头与极耳压环铆接，同时将极柱横板与密封胶的底面贴附连接。通过以上技术方案实现了锂离子电池电容器全密封并提高了密封性。

本发明另一个创新点是：实现全密封效果所使用的密封胶及铆接工艺耗用成本低。另外，将密封胶与盖板注塑为一体有利于提高密封件的组装效率，且密封胶硬度低而不易脱落，也也不会产生密封间隙以致电解液泄漏。

进一步地，为了在铆接时，使极柱大头与上压环、极柱小头与极耳压环紧密吻合以提高密封性，极柱大头、极柱小头的端部均设置为冠状结构，且上压环的通孔外围设置有与极柱大头冠状结构相吻合的凹槽。当进行铆接时，极柱大头卡扣在对应的凹槽内，使密封更加牢固。

进一步地，为了提高极柱、密封胶、绝缘垫片之间的密封性，密封胶还贴附在绝缘垫片的顶面，极柱横板两端的横截面呈阶梯型并与绝缘垫片匹配连接。

进一步地，上压环的外径小于密封胶的外径，以达到利用密封胶实现上压环与盖板全密封的目的，同时增大上压环与密封胶的接触面积，避免密封胶因受铆接的冲压力而使局部压强过大造成裂痕。

发明人经过大量实验研究发现，在极柱横板、盖板在与密封胶交接处均设置有一个或多个凸台，并在密封胶对应位置设置有与盖板上凸台相配合的凹槽可以增加密封性。这是因为凸台可以增加上压环和密封胶以及极柱与密封胶的结合力，避免密封胶产生位移，并可填补密封面的间隙，防止电解液泄露。

优选的，极柱横板、盖板设置的凸台数量为两个。

进一步地，极柱、极耳压环由纯铝或纯镍材质制成，这是因为纯金属材质韧性高，受铆接的冲压力而不发生断裂，而密封胶采用绝缘材料，以实现绝缘密封。

鉴于可溶性聚四氟乙烯耐老化、耐腐蚀、耐高温的性能，密封胶优选为可溶性聚四氟乙烯材料，绝缘垫片优选为聚四氟乙烯材料。

盖板的形状主要根据锂离子电池电容器的整体形状而定，当锂离子电池电容器为圆柱锂离子电池电容器，作为具体限定，盖板的形状为圆形。当然，盖板的形状还可以为其他形状，比如方形。

本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：

（1）本发明用密封胶密封盖板与极柱，并利用铆接方式将极柱与上压环、盖板密封，从而实现全密封，提高了密封性。

（2）本发明实现全密封效果所使用到的密封胶及铆接工艺耗用成本低。

（3）本发明采用的密封胶硬度低而不易脱落，也不会产生密封间隙以致电解液泄漏。

（4）将密封胶与盖板注塑为一体有利于提高密封件的组装效率。

（5）以下技术方案进一步提高了密封件的密封性：

上压环设置与极柱大头冠状结构相吻合的凹槽；

密封胶贴附于极柱横板与绝缘垫片的顶面以及极柱横板两端的横截面呈阶梯型并与绝缘垫片匹配连接；

上压环的外径小于密封胶的外径；

极柱横板、盖板在与密封胶交接处均设置有一个或多个凸台。

（6）极柱、极耳压环由纯铝或纯镍材质制成，提高了材质的韧性，避免极柱、极耳压环受铆接的冲压力而发生断裂。

（7）本发明采用全密封的密封件可满足车载系统、智能气表、智能水表等领域对密封性的要求。

附图说明

图1为本发明锂离子电池电容器用密封件组装后结构剖面图。

图2为本发明上压环组装前的结构俯视图。

图3为本发明极柱组装前的剖面图。

图4为本发明密封胶与盖板注塑一体结构剖面图。

图5为本发明盖板在组装前结构剖面图。

图6为本发明绝缘垫片组装前的结构俯视图。

图7为本发明极耳压环组装前的结构俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明创造的实施方式不限于此。

如图3所示，极柱2呈十字形，包括极柱大头21、极柱小头22、以及与极柱大头21、极柱小头22为一体结构的极柱横板23，极柱横板23还设置有两个凸台231，极柱横板23两端的横截面呈阶梯型，在极柱2被组装前，极柱大头21与极柱小头22的端部为平滑的圆柱状，在被组装时，受铆接产生的冲压力，端部均形成如图1所示的冠状结构。

如图1、图2所示，上压环1包括一个通孔11，通孔11外围设置有与极柱大头21冠状结构相吻合的凹槽12。

如图4所示，密封胶3包含一个通孔31与两个凹槽32。

如图5所示，盖板4为圆形，设置有通孔41，还设置有两个凸台42。

如图6所示，绝缘垫片5俯视为圆形。

如图图1、图7所示，极耳压环6包含通孔61。

如图1所示，锂离子电池电容器用密封件在组装后，包括依次设置的上压环1、圆形的盖板4、绝缘垫片5、极耳压环6，密封胶3以及极柱2，上压环上的通孔11、盖板上的通孔41与极耳压环上的通孔61的中心轴相同，密封胶3与盖板的通孔41及盖板4上下表面为注塑一体结构，且密封胶3的通孔31与盖板的通孔41中心轴相同，极柱大头21与密封胶上的通孔31及上压环上的通孔11相匹配，极柱小头22与极耳压环上的通孔61相匹配，极柱大头21贯穿密封胶上的通孔31以及上压环上的通孔11，并与上压环1铆接，极柱小头22贯穿极耳压环上的通孔61并与极耳压环6铆接，极柱横板23与密封胶3的底面贴附连接，密封胶3还贴附在绝缘垫片5的顶面，其中，极柱横板23上的两个凸台231由于受铆接冲压力的作用嵌入密封胶3内部，增加与密封胶的结合力;上压环1因承受铆接冲压力而呈凹坑状。

以下举例对实施方式进行具体说明。

采用SUS304型号不锈钢的上压环1，极柱2采用纯铝材质，密封胶3采用具有热熔性、防电解液腐蚀的绝缘材料可溶性聚四氟乙烯，盖板4为不锈钢材料，极耳压环6采用纯铝材料，绝缘垫片5为聚四氟乙烯材料。在具体组装时，首先将密封胶3与盖板4的通孔41及盖板4上下表面注塑为一体，其中盖板4的通孔41内密封胶的厚度为0.35mm，盖板4上下表面密封胶的厚度均为0.45mm；其次，将极柱大头21依次贯穿于盖板上的通孔41以及上压环1上的通孔11；然后，将极柱小头22贯穿于极耳压环6上的通孔61并；最后，进行冲压铆接，极柱大头21与上压环1进行平头铆接，柱小头22与极耳压环6采用上尖头下平头铆接。

将利用上述密封件密封的锂离子电池电容器与采用传统密封设计的锂离子电池电容器进行性能对比。

实施例1

测试条件：将电池电容器充电后，在温度为85℃、相对湿度为80%的条件

下存放30天。测试结果：如下表。

结论：本发明的锂离子电池电容器用密封件在高温、高湿度的环境下，密封性优于传统方式的密封件。

实施例2

测试条件：将电池电容器充电后，置于模拟车载振动的环境。

测试结果：如下表。

结论：本发明的锂离子电池电容器用密封件在车载振动环境下，密封性优于传统方式的密封件。

实施例3

测试条件：将电池电容器充电后，与普通的锂离子电池并联成电池组，该电池组分别在-30℃、23℃、60℃、70℃、80℃的恒定温度下各储存30天（模拟智能水表、智能气表存在的环境）。

测试结果：如下表。

结论：本发明的锂离子电池电容器用密封件在低温以及温差幅度大环境下，密封性优于传统方式的密封件。

结合实施例得出，本发明提供的锂离子电池电容器用密封件实现了全密封，从而提高了密封性，而且能满足车载系统、智能气表、智能水表领域对密封性的要求。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种锂离子电池电容器用密封件，包括依次设置的上压环、盖板、绝缘垫片以及极耳压环，其特征在于：还包括密封胶与十字形的极柱，

在所述上压环、盖板、极耳压环各设置有一个通孔且三个通孔的中心轴相同，

所述密封胶与盖板的通孔及盖板上下表面为注塑一体结构，且密封胶设置有与盖板的通孔中心轴相同的通孔，所述密封胶还贴附在绝缘垫片的顶面，

所述极柱包括与所述密封胶上的通孔及所述上压环上的通孔相匹配的极柱大头，与极耳压环上的通孔相匹配的极柱小头，以及与极柱大头、极柱小头为一体结构的极柱横板，所述极柱大头贯穿于所述密封胶上的通孔以及所述上压环上的通孔，并与上压环铆接，所述极柱小头贯穿于极耳压环上的通孔并与极耳压环铆接，极柱横板与密封胶的底面贴附连接，所述极柱大头、极柱小头的端部均为冠状结构，且所述上压环的通孔外围设置有与极柱大头冠状结构相吻合的凹槽，所述极柱横板两端的横截面呈阶梯型与所述绝缘垫片匹配连接，

所述上压环的外径小于密封胶的外径，所述极柱横板、盖板在与所述密封胶交接处均设置有一个或多个凸台，在密封胶对应位置设置有与盖板上凸台相配合的凹槽。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电容器用密封件，其特征在于：所述极柱横板、盖板设置凸台的数量为两个。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电容器用密封件，其特征在于：所述极柱、极耳压环由纯铝或纯镍材质制成，密封胶为绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电容器用密封件，其特征在于：所述密封胶为可溶性聚四氟乙烯，绝缘垫片为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池电容器用密封件，其特征在于：所述盖板为圆形。