CN103137343A - 一种圆柱电池电容器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种圆柱电池电容器，包括顶端设有开口，底部封闭的圆柱型壳体，以及位于壳体内部的极组，其中极组包括正极片、负极片、与正极片连接的正极耳、以及与负极片连接的负极耳，圆柱电池电容器还包括位于壳体顶部的密封组件以及位于壳体底部的绝缘底膜，密封组件的周边与圆柱型壳体及负极耳焊接，且密封组件的底部与正极耳铆接。本发明通过在电池电容器内部设置密封组件以及运用铆接的方式实现电池电容器全密封，以提高电池电容器的密封性。

Description

一种圆柱电池电容器

技术领域

本发明涉及二次电源技术领域，具体涉及一种圆柱电池电容器。

背景技术

圆柱电池电容器，常用于制成超级电容器，是一种新型的电荷储备元件，与一般电池相比，具有容量大、支持大电流充放电、循环寿命长和环保无污染等优点，能提供快速的能量释放，满足高功率需求，因此在新能源、交通运输、工业等领域有着广阔的应用前景，适用于自动读表(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、紧急设备和军工产品等。由于圆柱电池电容器使用的领域对电池电容器的密封性有较高要求，所以圆柱电池电容器的密封度是其在设计、生产过程中管控的重点也是难点。

目前，圆柱电池电容器普遍存在密封度低，以致使用寿命短的问题。例如在专利号为WO9928982A1的世界专利中，公开的电池电容器在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：在电池电容器极柱与极耳焊接过程中，玻璃或者陶瓷容易因外力造成开裂或破损，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露，以致降低电池电容器的寿命；其次，玻璃和陶瓷硬度较大，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。还例如，行业部分人员采用超声波焊接技术连接极耳电芯和盖帽极柱，这种做法会破坏极耳和极柱的表面结构，加剧电化学腐蚀的发生；其次，使用超声波焊接存在虚焊或者过焊，造成电池电容器失效。

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4J 52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。这种方案虽然填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协调，从而造成封接时湿润性、气密性差。此外，所采用的焊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，目前市场上的圆柱电池电容器多采用半密封结构，无法满足车载系统、智能气表、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，提供一种高密封性的圆柱电池电容器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种圆柱电池电容器，包括顶端设有开口，底部封闭的圆柱型壳体，以及位于圆柱型壳体内部的极组，其中，极组包括正极片、负极片、与正极片连接的正极耳、以及与负极片连接的负极耳，圆柱电池电容器还包括位于圆柱型壳体顶部的密封组件以及位于圆柱型壳体底部的绝缘底膜，密封组件的周边与圆柱型壳体及负极耳焊接，且密封组件的底部与正极耳铆接。

本发明通过在电池电容器顶端设置密封组件并将密封组件的周边与圆柱型壳体及负极耳焊接，密封组件的底部与正极耳铆接实现对圆柱电池电容器的密封，以提高密封性。其中，将密封组件采用焊接技术与圆柱型壳体及负极耳连接，使连接更固定；而将密封组件的底部与正极耳采用铆接的方式连接，避免了超声波焊接的虚焊及过焊问题。

为了进一步提高密封性，发明人经过长期研究，对密封组件的结构进行了创新。本发明的密封组件包括依次设置的上压环、十字形极柱、密封胶、圆形盖板、绝缘垫片以及极耳压环，密封胶与圆形盖板的内孔及上下表面为注塑一体结构，十字形极柱的上端穿过密封胶和上压环上与十字形极柱的上端相匹配的内孔，且十字形极柱的上端与上压环进行铆接密封，十字形极柱的下端穿过正极耳和极耳压环上与十字形极柱的下端相匹配的内孔，且十字形极柱的下端与极耳压环进行铆接，圆形盖板边缘为圆弧形凸台，圆弧形凸台周边包扣于圆柱形壳体的周边并与圆柱形壳体的周边焊接。

密封组件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，并留有与十字形极柱上端相匹配的内孔；然后，设置十字形极柱，将十字形极柱上端贯穿上压环以及密封胶的内孔，十字形极柱下端贯穿极耳压环，并将十字形极柱的上端与上压环铆接，十字形极柱的下端与极耳压环铆接；同时，由于上压环、十字形极柱与密封胶是依次设置，通过铆接可将上压环、十字形极柱与密封胶贴附连接。通过以上技术方案制成的密封组件与电池电容器的圆柱形壳体再采用激光焊接，实现了圆柱电池电容器全密封并提高了密封性。

密封组件另一个创新点是：在圆形盖板边缘设置圆弧形凸台，圆弧形凸台周边包扣于圆柱形壳体的周边并与圆柱形壳体的周边焊接，以提高密封组件与壳体之间连接的牢固度，而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。

密封组件再一个创新点是：实现密封效果所使用的密封胶及铆接工艺耗用成本低，且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露。

进一步地，圆形盖板的内孔下端有凸面。当密封胶与圆形盖板注塑成一体时，凸面嵌在密封胶内部，增加盖板和密封胶的结合力，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。

进一步地，上压环外径小于密封胶外径，上压环的内孔外围设有凹槽，凹槽与十字形极柱上端受铆接冲压形成的形状吻合。将上压环外径设置小于密封胶外径以达到利用密封胶实现上压环与圆形盖板完全密封的目的，同时还可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产生裂痕；在上压环的内孔外围设置与十字形极柱上端受铆接冲压形成形状吻合的凹槽，当进行铆接时，极柱上端因受冲击力形成冠状，冠状结构卡扣在吻合的凹槽内，使密封更加牢固。

为了进一步提高密封性，十字形极柱中还包括一个极柱圆形板，极柱圆形板上有一个小于密封胶外径的极柱圆形台阶，极柱圆形台阶上设有极柱圆形凸台，极柱圆形台阶与绝缘垫片吻合以固定绝缘垫片。当进行铆接时，极柱圆形凸台由于受铆接冲压力的作用嵌入密封胶的内部，增加与密封胶的结合力。

具体地，正极耳的端部为圆弧形，且呈S形减振结构与极柱连接。

更进一步地，十字形极柱为纯铝十字形极柱或纯镍十字形极柱，极耳压环为纯铝极耳压环或纯镍极耳压环，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；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、绝缘底膜优选为可溶性聚四氟乙烯材料或聚四氟乙烯材料。

本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：

(1)在电池电容器内部设置密封组件，并将密封组件的周边与圆柱型壳体及负极耳焊接，密封组件的底部与正极耳铆接实现对圆柱电池电容器的密封，提高了密封性。

(2)密封组件的底部与正极耳采用铆接的方式连接，避免了超声波焊接带来的虚焊及过焊。

(3)本发明用密封胶密封盖板与极柱，并利用铆接方式将十字形极柱与上压环、圆形盖板、正极耳、极耳压环密封，从而实现全密封，提高了密封性。

(4)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。

(5)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露。

(6)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。

(7)在圆形盖板边缘设置圆弧形凸台，圆弧形凸台周边包扣于圆柱形壳体的周边并与圆柱形壳体的周边焊接，提高了密封组件与壳体之间的牢固度。

(8)以下技术方案进一步提高了密封件的密封性：

圆形盖板的内孔下端设有凸面；

上压环外径小于密封胶外径，上压环的内孔外围设有与十字形极柱的上端连接吻合的凹槽；

极柱圆形板上设有一个小于密封胶外径的极柱圆形台阶，极柱圆形台阶上设有极柱圆形凸台，极柱圆形台阶与绝缘垫片吻合以固定绝缘垫片。

(9)正极耳采用呈S形与极柱连接，降低振动的影响。

(10)十字形极柱、极耳压环由纯铝或纯镍材质制成，提高了材质的韧性，避免十字形极柱、极耳压环受铆接的冲压力而发生断裂，密封胶采用耐老化、耐高温性好的可溶性聚四氟乙烯材料，绝缘垫片和绝缘底膜采用可溶性聚四氟乙烯材料或聚四氟乙烯材料，可以提高电池电容器的寿命。

(11)本发明圆柱电池电容器可满足车载系统、智能气表、智能水表等领域对密封性的要求。

附图说明

图1为本发明圆柱电池电容器整体结构示意图。

图2为本发明密封组件整体结构剖面图。

图3为本发明上压环结构俯视图。

图4为本发明十字形极柱在组装前的剖面图。

图5为本发明密封胶与圆形盖板注塑一体结构剖面图。

图6为本发明圆形盖板结构剖面图。

图7为本发明绝缘垫片结构俯视图。

图8为本发明极耳压环结构俯视图。

图9为本发明正极耳结构俯视图。

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1所示，一种圆柱电池电容器，包括顶端设有开口，底部封闭的圆柱型壳体1，以及位于圆柱型壳体1内部的正极片2、负极片3、与正极片2连接的正极耳4、以及与负极片3连接的负极耳5，圆柱电池电容器还包括位于圆柱型壳体1顶部的密封组件7以及位于圆柱型壳体1底部的绝缘底膜6，密封组件7的周边与圆柱型壳体1及负极耳5焊接，且密封组件7的底部与正极耳4铆接。

如图1、图2所示，密封组件7包括依次设置的上压环9、十字形极柱10、密封胶11、圆形盖板12、绝缘垫片13以及极耳压环14，密封胶11与圆形盖板的内孔122及上下表面为注塑一体结构，十字形极柱的上端101穿过密封胶11和上压环9上的内孔，且密封胶11和上压环9上的内孔均与十字形极柱10的上端紧密匹配，十字形极柱的上端101与上压环9进行铆接密封，十字形极柱的下端102穿过正极耳4以及极耳压环14上的内孔，且十字形极柱的下端102与正极耳4以及极耳压环14上的内孔紧密匹配，十字形极柱的下端102与极耳压环14进行铆接，正极耳4呈S形减振结构与十字形极柱的下端102铆接固定，圆形盖板12边缘为圆弧形凸台121，圆弧形凸台121周边包扣于圆柱形壳体1的周边并与圆柱形壳体1的周边焊接，上压环9的外径小于密封胶11的外径。

如图2、图3所示，上压环9包括一个内孔91，内孔91外围设置有十字形极柱上端101受铆接冲压形成的形状吻合的凹槽92，当进行组装时，上压环9因承受铆接冲压力而呈如图2所示凹坑状。

如图2、图4所示.十字形极柱10包括十字形极柱的上端101、十字形极柱的下端102以及与十字形极柱上端101、十字形极柱的下端102为一体的极柱圆形板103，极柱圆形板103有一个小于密封胶11的外径的极柱圆形台阶104，极柱圆形台阶104上设有两个极柱圆形凸台105，极柱圆形台阶104与绝缘垫片13吻合以固定绝缘垫片13。在十字形极柱10被组装前，十字形极柱上端101与十字形极柱的下端102的端部均为平滑的圆柱状，在被铆接组装时，受铆接产生的冲压力，端部均形成如图2所示的冠状结构，极柱圆形凸台105也由于受铆接冲压力的作用嵌入密封胶11的内部，增加与密封胶的结合力。

如图2、图5、图6所示，密封胶包含一内孔111，圆形盖板12包含一内孔122，内孔122下端有两个凸面123，密封胶11与圆形盖板的内孔122及上下表面为注塑一体结构；如图7所示，绝缘垫片5俯视为圆形；如图2、图8所示，极耳压环14包括与十字形极柱的下端102紧密配合的内孔141；如图2、图9所示，正极耳4的端部为圆弧形且包括与十字形极柱的下端102匹配的内孔41。

在对密封组件7的进行组装时，首先将密封胶7与圆形盖板的内孔122及圆形盖板12上下表面注塑为一体；其次，将十字形极柱的上端101依次贯穿于密封胶的内孔111以及上压环9上的内孔91；然后，将十字形极柱的下端102贯穿于正极耳内孔41以及极耳压环上的内孔141；最后，进行冲压铆接，十字形极柱的上端101与上压环9进行平头铆接，十字形极柱的下端102与极耳压环14采用上尖头下平头铆接。

以下举例对实施方式进行具体说明。

上压环9为厚度为1.0mm-1.5mm，型号为SUS304的不锈钢材质，十字形极柱10为纯铝，密封胶11为具有热熔性、防电解液腐蚀的可溶性聚四氟乙烯，圆形盖板的内孔122内的密封胶厚为0.35mm，注圆形盖板12两侧密封胶厚度均为0.45mm，极耳压环14采用纯铝，正极耳4采用纯铝，负极耳5采用软镍，圆柱型壳体1采用SUS304不锈钢，绝缘底膜6采用厚度为0.1mm聚四氟乙烯材料。

将本发明的圆柱电池电容器按照上述条件制成后，与采用传统的圆柱电池电容器进行性能对比。

实施例1

测试条件：将圆柱电池电容器分别充电后，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：本发明的圆柱电池电容器在高温、高湿度的环境下，密封性优于传统方式的圆柱电池电容器。

实施例2

测试条件：将圆柱电池电容器分别充电后，置于模拟车载振动的环境。

测试结果：如下表。

结论：本发明的圆柱电池电容器在车载振动环境下，密封性优于传统方式的圆柱电池电容器。

实施例3

测试条件：将圆柱电池电容器分别充电后，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：本发明的圆柱电池电容器在低温以及温差幅度大环境下，密封性优于传统方式的圆柱电池电容器。

结合实施例得出，本发明提供的圆柱电池电容器提高了密封性，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 (7)

1.一种圆柱电池电容器，包括顶端设有开口，底部封闭的圆柱型壳体，以及位于圆柱型壳体内部的极组，其中极组包括正极片、负极片、与正极片连接的正极耳、以及与负极片连接的负极耳，其特征在于：所述圆柱电池电容器还包括位于壳体顶部的密封组件以及位于壳体底部的绝缘底膜，密封组件的周边与圆柱型壳体及负极耳焊接，且密封组件的底部与正极耳铆接。 

2.根据权利要求2所述的圆柱电池电容器，其特征在于：所述密封组件包括包括依次设置的上压环、十字形极柱、密封胶、圆形盖板、绝缘垫片以及极耳压环，密封胶与圆形盖板的内孔及上下表面为注塑一体结构，十字形极柱的上端穿过密封胶和上压环上与十字形极柱的上端相匹配的内孔，且十字形极柱的上端与上压环进行铆接密封，十字形极柱的下端穿过负极耳和极耳压环上与十字形极柱的下端相匹配的内孔，且十字形极柱的下端与极耳压环进行铆接，圆形盖板边缘为圆弧形凸台，圆弧形凸台周边包扣于圆柱形壳体的周边并与圆柱形壳体的周边焊接。 

3.根据权利要求2所述的圆柱电池电容器，其特征在于：圆形盖板的内孔下端有凸面。 

4.根据权利要求2或3任一项所述的圆柱电池电容器，其特征在于：所述上压环外径小于密封胶外径，上压环的内孔外围设有凹槽，所述凹槽与十字形极柱上端受铆接冲压形成的形状吻合。 

5.根据权利要求4所述的一种圆柱电池电容器，其特征在于：所述十字形极柱中还包括一个极柱圆形板，极柱圆形板上有一个小于密封胶外径的极柱圆形台阶，极柱圆形台阶上设有极柱圆形凸台，极柱圆形台阶与绝缘垫片吻合连接。 

6.根据权利要求5所述的圆柱电池电容器，其特征在于：所述正极耳的端部为圆弧形，且呈S形与极柱连接。 

7.根据权利要求6所述的圆柱电池电容器，其特征在于：所述上压环为不锈钢上压环，十字形极柱为纯铝十字形极柱或纯镍十字形极柱，极耳压环为纯铝极耳压环或纯镍极耳压环，密封胶为可溶性聚四氟乙烯，绝缘垫片和绝缘底膜为可溶性聚四氟乙烯或聚四氟乙烯。 

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