CN103137916A - 一种电池的密封组件及其制作方法、以及一种锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池的密封组件，包括：金属环、陶瓷环和芯柱，所述金属环套接于所述陶瓷环的外侧，所述陶瓷环的中部设有通孔，所述芯柱形成于所述通孔内，所述芯柱为金属陶瓷复合体；所述金属陶瓷复合体包括陶瓷多孔体和金属材料，所述金属材料填充于所述陶瓷多孔体的孔隙内。本发明还涉及上述的电池的密封组件的制作方法，以及采用这种密封组件的锂离子电池。在本发明的电池的密封组件采用金属陶瓷复合体作为芯柱，所述金属陶瓷复合体与所述陶瓷环的热膨胀系数相匹配，具有较好的耐冷热冲击性能，能够有效提高锂离子电池的使用寿命。

Description

一种电池的密封组件及其制作方法、以及一种锂离子电池

技术领域

本发明涉及电池的密封技术领域；具体而言，本发明涉及一种电池的密封组件及其制作方法、以及一种锂离子电池。  

背景技术

目前，在常用的电池的封装工艺中，按照封装材料可以分为塑料封装、玻璃封装和陶瓷封装三大类；其中，塑料封接从使用寿命角度考虑，较难满足长寿命（20年以上）储能电池及可靠性动力电池的使用要求。在现有的锂离子电池的密封中，密封组件的盖板和芯柱主要是通过玻璃体封接。例如：CN2419690公开了一种锂离子电池的盒盖，电池盒盖板和电极引芯用玻璃体固封；在电池盒盖板上开有注液孔，注液孔用安全阀片焊封。电池盒、玻璃体和电极引芯的温度系数应相同或相近。能确保电池的密封和危险压力的释放，从而提高锂离子电池的效率和安全性能。 

但是，在锂离子电池长期使用和储存后，与锂离子电池的电解液直接接触的玻璃体下层会被腐蚀。例如：法国SAFT公司通过加速老化试验方法对玻璃体进行抗腐蚀测试，将密封组件与锂离子电池本体组装成锂离子电池后，在150℃下放置7天，结果发现玻璃体表面被腐蚀，密封组件的气密性降低，小于1.0×10^-7m³·Pa/s。产生这种现有的主要原因是：金属锂会还原玻璃中的二氧化硅，且会不断地渗入到玻璃体中，不仅降低玻璃的绝缘性能，更会造成锂电池的漏液。目前，国外解决此类问题主要通过开发不含二氧化硅的抗腐蚀性绝缘玻璃，而这种玻璃的封接温度较高，对设备及工艺条件的要求都非常苛刻。 

因而，陶瓷密封成为本领域技术人员重点研究的方向，本领域的技术人员知道，现有的电池大多采用铝材和铜材作为电池的正、负极芯柱的材料。因为两者具有低的电阻率，可以大幅度降低芯柱的实际电阻值；并采用铝或铝合金外壳以达到减重及提高散热性能的目的。然而，铝和铜的熔点偏低，分别为660℃和1083℃，一般玻璃体的封接温度则在1000℃左右，因而，当采用玻璃体封接铝芯柱时，由于需要在铝的熔点以下进行封接，无法满足玻璃体的封接要求，难以实现对铝芯柱的封接；而当采用玻璃体封接铜芯柱时，也因接近铜的熔点，难以保证封接质量；同时，玻璃封接工艺还存在力学性能不足的特点，不适合动力电池使用。 

因而，陶瓷密封成为本领域技术人员重点研究的方向，然而，目前陶瓷密封工艺需要克服的技术问题是，陶瓷与铝、铜的热膨胀系数存在巨大差异，在产品制备以及后续使用过程（冷热循环）中，陶瓷与铝、铜的连接处存在因热失配导致密封失效的风险。 

发明内容

本发明为解决现有技术中电池的密封组件采用陶瓷进行封接，陶瓷与铝、铜的热膨胀系数存在差异，从而存在因热失配导致密封失效的风险的技术问题。 

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电池的密封组件，包括：金属环、陶瓷环和芯柱，所述金属环套接于所述陶瓷环的外侧，所述陶瓷环的中部设有通孔，所述芯柱形成于所述通孔内，所述芯柱为金属陶瓷复合体；所述金属陶瓷复合体包括陶瓷多孔体和金属材料，所述金属材料填充于所述陶瓷多孔体的孔隙内。 

在所述的电池的密封组件中，优选地，所述芯柱的下端形成有安装孔，所述安装孔中安装有用于连接电池的极芯的连接件。 

在所述的电池的密封组件中，优选地，所述陶瓷多孔体为氧化铝陶瓷多孔体、氧化锆陶瓷多孔体、碳化钛陶瓷多孔体、氮化铝陶瓷多孔体、氮化硼陶瓷多孔体、氧化铝和氧化锆的复合陶瓷多孔体中的一种。 

在所述的电池的密封组件中，优选地，所述陶瓷环为氧化铝陶瓷环、氧化锆陶瓷环、碳化钛陶瓷环、氮化铝陶瓷环、氮化硼陶瓷环、氮化硅陶瓷环、氧化铝和氧化锆的复合陶瓷环中的一种；所述金属环为铝环或者铝合金环。 

在所述的电池的密封组件中，优选地，所述电池的密封组件为电池正极的密封组件，所述金属材料为铝或铝合金。 

在所述的电池的密封组件中，优选地，所述电池的密封组件为电池负极的密封组件，所述金属材料为铜或铜合金。 

本发明还提供了上述电池的密封组件的制作方法，包括下述步骤： 

步骤1、提供陶瓷环，所述陶瓷环的中部形成有通孔；

步骤2、将陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剂进行混料后，在陶瓷环的通孔中制作成生坯，然后经排胶、预烧后制得陶瓷多孔体；

步骤3、将金属材料在金属材料的熔点以上的温度下进行处理，使熔融的金属材料渗入所述陶瓷多孔体的孔隙中，冷却后形成金属陶瓷复合体；

步骤4、将金属环焊接于陶瓷环的外侧。

在所述的制作方法，优选地，在步骤2中，所制得的陶瓷多孔体的下方形成有安装孔；所述制备方法还包括步骤5，在所述安装孔中安装用于连接电池的极芯的连接件。 

在所述的制作方法，优选地，在步骤2中，所述混料在热压铸机中进行，混料温度为80-150℃，混料均匀后在陶瓷环内压铸成型生坯，所述压铸成型的压力为0.6-0.75Mpa。 

在所述的制作方法，优选地，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体、氧化锆陶瓷粉体、碳化钛陶瓷粉体、氮化铝陶瓷粉体、氮化硼陶瓷粉体、氮化硅陶瓷粉体中的一种或几种；所述粘结剂为多聚合物组元石蜡基粘结剂、聚醋酸乙烯酯、环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种；所述表面活性剂为硬脂酸、油酸中的一种；以100重量份的陶瓷粉体为基准，所述粘结剂为7-11重量份，所述表面活性剂为0.7-1重量份。 

在所述的制作方法，优选地，在步骤3中，所述熔渗采用无压熔渗的方法，所述无压熔渗的条件为在真空或惰性气体的保护气氛中，在金属材料的熔点之上的温度下进行，并且在该温度下，金属材料的熔液与陶瓷多孔体的润湿角小于90°。 

在所述的制作方法，优选地，所述电池的密封组件为电池正极的密封组件，所述金属材料为铝或铝合金；或者所述电池的密封组件为电池负极的密封组件，所述金属材料为铜或铜合金。 

本发明进一步提供了一种锂离子电池，包括：至少一端开口的壳体、密封于所述壳体的开口端的密封组件，所述壳体与密封组件之间形成有密封空间，所述密封空间内收容有极芯和电解液，所述密封组件采用如上所述的电池的密封组件。 

在本发明的电池的密封组件中，所述芯柱为金属陶瓷复合体，所述金属陶瓷复合体包括陶瓷多孔体和填充于所述陶瓷多孔体的孔隙内的金属材料，所述陶瓷多孔体通过将陶瓷材料填入所述陶瓷环的通孔中，烧结后形成，因而能够与陶瓷环之间形成良好的连接，然后再将金属材料熔融后渗入所述陶瓷多孔体中，所述金属材料与陶瓷多孔体形成良好的结合，整个密封组件的连接可靠，密封效果好，并且，所述金属陶瓷复合体与所述陶瓷环的热膨胀系数相匹配，具有较好的耐冷热冲击性能，能够有效提高锂离子电池的使用寿命。 

附图说明

图1是本发明优选实施例的电池的示意图。 

图2是本发明优选实施例的电池的密封组件的示意图。 

图3是图2所示的电池的密封组件的芯柱成型于陶瓷环中的示意图。 

图4是图2所示的电池的密封组件的金属环安装于陶瓷环后的示意图。 

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。本文中，相同附图标记表示相同组成部分。并且，应当理解，在本发明的描述中，“上”、“下”等相对方位术语，表示密封组件中的各部件及其组成部分在图1-2所示的密封组件的剖视图中的相对位置，以便于对各部件及其组成部分进行描述；但并不用于对这些部件及其组成部分在锂离子电池中的实际安装和位置关系进行限定，其可能与实际安装情况不相同，并不用于限制本发明的范围。 

本发明的电池的密封组件用于电池的密封，更多地用于锂离子电池的密封，尤其是大功率锂离子电池，例如：锂离子动力电池、锂离子储能电池的密封。参阅图1，本领域的技术人员知道锂离子电池主要包括：壳体11、放置于壳体11内的极芯12、以及收容于壳体11内的电解液13。其中，所述壳体11一般为铝壳或钢壳，用于放置极芯12和容纳电解液13，其至少一端设有开口，为了避免电解液的漏出，采用正、负极密封组件2、2′对壳体11的开口处进行密封，并外接电源或用电设备。所述极芯12由正极片、隔膜、负极片依次叠置或卷绕形成，极芯12的结构和制作方法可通过现有技术实现，在此不做赘述。 

本发明的改进之处主要在于密封组件，参阅图2，本发明优选实施例的电池的密封组件2，包括：陶瓷环23、金属环24和芯柱22，所述金属环24套接于所述陶瓷环23的外侧，所述陶瓷环23的中部设有通孔，所述芯柱22形成于所述通孔内，所述芯柱22为金属陶瓷复合体。 

具体来说，所述金属环24为铝环或者铝合金环，金属环24与锂离子电池的壳体11相焊接，以使密封组件密封壳体11的开口；当然，所述金属环24还可以为与壳体11相同材质的其它金属板，例如：钢板，金属环24用于与锂离子电池的壳体11相连接（一般通过焊接实现连接），以实现本发明的整个密封组件与锂离子电池主体的密封连接。所述金属环24的中部形成安装孔，安装孔的孔径等于陶瓷环23的外径，用于安装陶瓷环23。值得一提的是，因为芯柱22用作电池的一极，而金属环24与壳体11相连接，因而需要保证芯柱22与金属环24相绝缘，通过陶瓷环23的设置，将芯柱22与金属环24相连接并保证它们之间的绝缘。 

所述陶瓷环23为氧化铝陶瓷环、氧化锆陶瓷环、碳化钛陶瓷环、氮化铝陶瓷环、氮化硼陶瓷环、氮化硅陶瓷环、氧化铝和氧化锆的复合陶瓷环中的一种，优选为氧化铝陶瓷环、氧化锆陶瓷环、或者氧化铝和氧化锆的复合陶瓷环，有利于与芯柱22形成良好地敷接，并且生成工艺成熟、成本相对较低。陶瓷环23用于连接芯柱22与金属环24，并保证芯柱22与金属环24之间的绝缘；陶瓷环23的耐腐蚀性能非常好，不会被电解液腐蚀，能够保证锂离子电池的使用寿命；并且陶瓷环23的抗冲击强度、抗热震性能优于玻璃体，使得密封组件的结构更稳定，密封效果更佳；在本发明中，所述陶瓷环23中部形成的通孔用于制作芯柱22。 

本发明的主要改进之处在于，所述芯柱22为金属陶瓷复合体，所述金属陶瓷复合体22包括陶瓷多孔体和金属材料，所述陶瓷多孔体与陶瓷环形成陶瓷复合体结构，所述金属材料填充于所述陶瓷多孔体的孔隙内。所述陶瓷多孔体为氧化铝陶瓷多孔体、氧化锆陶瓷多孔体、碳化钛陶瓷多孔体、氮化铝陶瓷多孔体、氮化硼陶瓷多孔体、氧化铝和氧化锆的复合陶瓷多孔体中的一种；并且所述陶瓷多孔体优选与陶瓷环23的膨胀系数相近的陶瓷材料制作而成；优选地，所述陶瓷多孔体为氧化铝陶瓷多孔体、氧化锆陶瓷多孔体、或者氧化铝和氧化锆的复合陶瓷多孔体中的一种，能够与金属材料形成良好的润湿，并且生成工艺成熟、成本相对较低。 

当所述电池的密封组件为电池正极的密封组件2时，所述金属材料为铝或铝合金；当所述电池的密封组件为电池负极的密封组件2′时，所述金属材料为铜或铜合金。所述金属陶瓷复合体22不仅具有良好的导电性能，能够与锂离子电池的极芯形成良好的电性连接，更重要的是，由于所述陶瓷多孔体与陶瓷环24可形成陶瓷复合体的一体结构，再将所述金属材料熔融后填充于所述陶瓷多孔体中（具体的制作方法详见下述）。金属材料能够与陶瓷多孔体形成良好的润湿，并且整个金属陶瓷复合体22与陶瓷环23的热膨胀系数相匹配，能够形成良好的结合，连接可靠，密封效果好。 

如图1所示，在本实施例中，所述芯柱22的下端还形成有安装孔221，所述安装孔221中安装有用于连接电池的极芯的连接件21；当所述电池的密封组件为电池正极的密封组件2，所述连接件为铝或铝合金连接件21；当所述电池的密封组件为电池负极的密封组件2′时，所述连接件为铜或铜合金连接件21′；通过所述连接件进行连接，能够避免芯柱22被电解液腐蚀。 

本发明提供了上述优选实施例的电池的密封组件的制作方法，包括下述步骤： 

步骤1、提供陶瓷环23，所述陶瓷环23的中部形成有通孔；在本步骤中，成型陶瓷环23的方法可采用本领域技术人员所公知的方法，例如：采用干压成型的方法将陶瓷粉体压制成陶瓷环23，所述陶瓷粉体可以选自氧化铝、氧化锆、碳化钛、氮化铝、氮化硼、氮化硅陶瓷粉体中的一种或几种，成型陶瓷环23后，在陶瓷环23的中部形成通孔。

步骤2、将陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剂进行混料后，在陶瓷环23的通孔中制作成生坯，然后经排胶、预烧后制得陶瓷多孔体。 

所述多孔陶瓷体的制作包括下述步骤：称取配方量的原料，所述原料包含陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剂，采用干压、挤出、热压铸、注射等成型方法制备生坯，经排胶、预烧后制得陶瓷多孔体。 

其中，所述陶瓷粉体优选与制作陶瓷环23相同的陶瓷粉体，即可以选自氧化铝、氧化锆、碳化钛、氮化铝、氮化硼、氮化硅陶瓷粉体中的一种或几种。优选地，所述陶瓷粉体选自Al₂O₃、ZrO₂、TiC等陶瓷粉体中的一种。所述陶瓷粉体的粒径为1 -150μm；优选地，所述陶瓷粉体选择粒径不同的陶瓷粉体，例如，选择粒径范围在12-18μm和粒径范围在2-5μm的陶瓷粉体，这两种粒径范围的陶瓷粉体的重量比为3-2:1，选择不同粒径范围的陶瓷粉体，使其在陶瓷材料中分散更均匀。所述粘结剂和表面活性剂可采用本领域常用的粘结剂和表面活性剂，其作用和种类已为本领域技术人员所公知。所述粘结剂优选为多聚合物组元石蜡基粘结剂（PW）、聚醋酸乙烯酯（PVA）、环氧树脂（EP）、聚乙烯（PE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）等中的一种，具有较低的熔点（例如：PW的熔点仅为50-60℃），并且在排胶阶段易于除去；所述表面活性剂优选为硬脂酸（SA）、油酸中的一种，表面活性剂的作用在于改善陶瓷粉体与粘结剂的相容性。在本发明中，以100重量份的陶瓷粉体为基准，所述粘结剂的含量为7-11重量份，所述表面活性剂的含量为0.7-1重量份。 

所述干压、挤出、热压铸、注射等成型方法所采用的设备和制作步骤已为本领域技术人员所公知，实际成型时，可根据所选用的陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剂的种类和含量的不同，适当的调节其制备条件和参数。在本发明中，优选地，采用热压铸的方法成型生坯，将上述陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剂在热压铸机中进行混料，混料温度为80-150℃；然后在0.6-0.75Mpa的压力下注入陶瓷环23内并压铸成型生坯。 

所述排胶工艺也为本领域技术人员所公知，其作用在于除去生坯中的粘结剂，可根据实际情况进行调节，如果采用氧化铝陶瓷粉体、氧化锆陶瓷粉体等陶瓷粉体制作陶瓷浆料，则在空气（电阻炉）中排胶；若采用碳化钛陶瓷粉体制作的陶瓷浆料，则需在还原炉内进行排胶，以避免碳化钛粉体氧化。在本发明中，优选以缓慢升温和分段升温的方式进行排胶，例如：以5℃/min-10℃/min的速度升温至50℃-60℃，然后以0.2-0.5℃/min的速度升温至150℃±20℃，在150℃±20℃下保温1-3h，再以0.2-0.5℃/min的速度升温至300℃±30℃，在300℃±20℃下保温1-3h。 

所述预烧工艺也为本领域技术人员所公知，可根据实际情况进行调节，例如：Al₂O₃陶瓷多孔体的预烧温度在1000-1200℃，在预烧阶段控制预烧温度，能够使坯体获得一定的强度，并能够使Al₂O₃陶瓷多孔体的孔隙为开孔；优选地，在排胶完成后以10℃/min±5℃/min的速度升温至1000-1200℃进行预烧处理，预烧时间为1-3h，预烧完成后得到具有一定孔隙度和强度的陶瓷多孔体。 

在排胶和预烧结的过程中，通过控制温度，可以使得粘结剂被脱除后所留下的孔隙全部为开孔，这样可以保证金属熔液在毛细管力的作用下充分填充到陶瓷多孔体的孔隙中，使得后续制备得到陶瓷金属复合体的致密度较高。 

根据对陶瓷金属复合体的性能的要求，所制得的陶瓷多孔体的孔隙度为23-35%，且上述孔隙为开孔，露出陶瓷多孔体的表面，用于填充金属材料。所述陶瓷多孔体的孔隙度可利用现有的排水法进行测试，然后根据陶瓷多孔体的体积计算所需的金属材料的量，陶瓷多孔体的体积越大，则膨胀系数越低，与所述陶瓷环23的膨胀系数越匹配；而金属材料的填充体积越大，则制得的陶瓷金属复合体的强度高、韧性好，与极芯的导电性能更佳。根据实际需要，所述金属材料的填充体积可占陶瓷多孔体总体积的23-35%。 

步骤3、将金属材料在金属材料的熔点以上的温度下进行处理，使熔融的金属材料渗入所述陶瓷多孔体的孔隙中，冷却后形成金属陶瓷复合体22； 

在本步骤中，所述熔渗可以为压力熔渗也可以为无压熔渗，所述压力熔渗已为本领域技术人员所公知，在此不做赘述。本发明优选无压熔渗的方法，所述无压熔渗的条件为在真空或惰性气体的保护气氛中，在金属材料的熔点之上进行，以使金属材料熔融形成金属熔液，并且还需保证在该温度下，金属熔液与陶瓷的润湿角小于90°，此时，金属熔液能够通过孔隙的毛细管作用渗透到陶瓷多孔体的孔隙中，熔渗完成后即得陶瓷金属复合体。

在本步骤中，在金属材料的熔点以上的温度下对金属材料进行加热，熔融的金属材料由于毛细血管作用会渗入陶瓷多孔体中，即当熔融的金属材料与有孔隙的陶瓷多孔体接触时，如果两者产生浸润，则熔融的金属材料会沿着孔隙渗入到陶瓷多孔体中。需要说明的是，熔融的金属材料可以完全地渗入所述陶瓷多孔体中形成金属陶瓷复合体22；熔融的金属材料也可以部分渗入所述陶瓷多孔体中，部分未渗入所述陶瓷多孔体，形成金属陶瓷复合体22以及设于所述金属陶瓷复合体22上端和/或下端的金属体。在本步骤中，则通过将金属材料熔融后得到熔融的金属材料，然后渗入所述陶瓷多孔体中，冷却后形成金属陶瓷复合体22，使得金属材料与陶瓷多孔体形成良好的结合。 

在本发明中，当所述电池的密封组件为电池正极的密封组件2，所述金属材料为铝或铝合金，在铝或铝合金的熔点以上保温1-3h；优选所述金属材料为纯铝、铝镁合金、铝锰合金，因为这些金属材料在熔融态时能够有效地实现熔体向陶瓷多孔体内无压渗入，这些金属材料的无压熔渗处理的温度为在800℃-1050℃，时间为1-3h；当所述电池的密封组件为电池负极的密封组件2′，所述金属材料为铜或铜合金，优选为纯铜、铜钛合金、铜锆合金、铜钛锆合金，这些金属材料的无压熔渗处理的温度为1250℃-1400℃，时间为1-3h。通过加热使得金属材料熔融，熔融的金属材料在毛细管作用下渗透到陶瓷多孔体内部，形成金属陶瓷复合体22，并通过液相润湿陶瓷环23的内壁，冷却后在金属陶瓷复合体22和陶瓷环23之间形成牢固的界面贴合，使陶瓷环23、陶瓷多孔体以及金属材料之间形成紧密地封接。 

步骤4、将金属环24焊接于陶瓷环23的外侧；在本步骤中，所述金属环24与陶瓷环23采用钎焊工艺或者熔铸工艺相焊接，所述钎焊工艺需要在金属母材熔点以下使用助焊剂实现焊接，熔铸工艺则只需通过熔化金属母材后即可实现金属与陶瓷的连接，熔铸工艺的步骤和参数也已为本领域技术人员所公知。在优选情况下，采用钎焊工艺，钎焊工艺所采用的焊料可为Al-Si合金、Al-Mg合金、Al-Si-Mg合金等用于焊接陶瓷和铝的焊料，在优选情况下，钎焊工艺所采用的焊料为Al-Si合金，其中，Si的含量为0-12wt%，余量为Al，使得焊接效果更佳；钎焊工艺的升温速率5-15℃/min，钎焊工艺的焊接温度为570-660℃，焊接时间为5-30min，气氛为真空或惰性气体气氛。在钎焊后，在所述金属环24与陶瓷环23之间形成助焊剂层，金属环24与陶瓷环23通过所述助焊剂层相连接。 

本发明的优选实施例还包括在步骤2中，在陶瓷多孔体的下方制作安装孔221；例如：在采用热压铸的方法成型生坯时，通过压铸模具制作安装孔。相应地，本发明的优选实施例还包括步骤5，在所述安装孔221中安装连接件21，用于连接电池的极芯，例如：当所述电池的密封组件为电池负极的密封组件2，可以采用铜螺钉；当所述电池的密封组件为电池正极的密封组件2′，可以采用铝螺钉；通过上述连接件21所述连接件连接极芯，便于与极芯进行焊接，并且能够有效地避免电解液腐蚀芯柱22，结构更可靠，使用寿命更长。 

由上可知，在本发明的电池的密封组件中，金属环与芯柱之间通过设置陶瓷环进行连接，使得壳体与芯柱之间保持绝缘并形成密封封接；其中，芯柱作为电池的电极用于与电池的极芯电连接，所述芯柱为金属陶瓷复合体，所述金属陶瓷复合体包括陶瓷多孔体和填充于所述陶瓷多孔体的孔隙内的金属材料，所述陶瓷多孔体通过将陶瓷材料填入所述陶瓷环的通孔中，烧结后形成，因而能够与陶瓷环之间形成良好的连接，然后再将金属材料熔融后渗入所述陶瓷多孔体中，所述金属材料与陶瓷多孔体形成良好的结合，整个密封组件的连接可靠，密封效果好，并且，所述金属陶瓷复合体与所述陶瓷环的热膨胀系数相匹配，具有较好的耐冷热冲击性能，能够有效提高锂离子电池的使用寿命。 

如图1所示，本发明优选实施例的锂离子电池，包括正极密封组件2和负极密封组件2′，壳体11的一端设有两个开口，将极芯12放置于壳体11内，并向壳体11内注液（或者后续通过金属环24上的注液孔进行注液，已为本领域技术人员所知），然后将所述正极密封组件2和负极密封组件2′分别安装于壳体11的开口处，在这个过程中，将所述正极密封组件2和负极密封组件2′的金属环24与壳体11相焊接，并将正极密封组件2、负极密封组件2的芯柱22、22′分别通过连接件21、21′与极芯12的正、负极片相连接，安装后，密封组件与壳体之间形成密封空间，在该密封空间内收容有极芯12和电解液13，所述正极密封组件2和负极密封组件2′的芯柱22、22′的上端分别作为锂离子电池的两极，可外接用电设备。 

以下将结合具体实施例1-4对本发明进行进一步详细说明。 

实施例1

本实施例1结合图2及图3用于说明本发明的电池正极的密封组件的制作，包括下述步骤：

步骤1、提供Al₂O₃陶瓷环21，所述Al₂O₃陶瓷环21的中部形成有通孔；

步骤2、成型陶瓷多孔体：称取100g Al₂O₃粉体（粒径为20μm）、1g SA、10gPW，在热压铸机中进行混料，混料温度为100℃，混料均匀之后在0.7MPa的压力下在陶瓷环内压铸成型生坯，所述生坯的下端形成有安装孔221；然后将陶瓷环与生坯的组合体在电阻炉内进行排胶、预烧处理，其中，排胶步骤：以5℃/min的速度升温至50℃，然后以0.3℃/min的速度升温至150℃，在150℃下保温2h，再以0.3℃/min的速度升温至300℃，在300℃下保温2h；预烧：排胶完成后以10℃/min的速度升温至950℃预烧处理，预烧时间为2h，经排胶、预烧后得到Al₂O₃陶瓷多孔体；

步骤3、制作金属陶瓷复合体22：在N₂保护气氛中，以10℃/min的速度升至1000℃对Al₂O₃陶瓷多孔体进行无压熔渗铝镁合金，使熔融的铝镁合金渗入所述Al₂O₃陶瓷多孔体的孔隙中，熔渗完成即得到如图3所示的Al₂O₃陶瓷环23与金属陶瓷复合体芯柱22的组合体，所述金属陶瓷复合体芯柱22的下端形成有安装孔221；

步骤4、安装金属环24：使用Al-Si合金为助焊剂，在真空气氛下，在620℃下将金属环24焊接于陶瓷环23的外侧，保温8min，然后快速冷却得到如图4所示的组合体；

步骤5、安装铝连接件，在所述金属陶瓷复合体芯柱的安装孔中安装铝螺钉后，得到如图2所述的电池正极的密封组件A1。

 实施例2

本实施例2用于说明本发明的电池正极的密封组件的制作，包括下述步骤：

步骤1、提供ZrO₂陶瓷环，所述ZrO₂陶瓷环的中部形成有通孔；

步骤2、成型陶瓷多孔体：称取100g ZrO₂粉体（其中，50wt%的ZrO₂粒径为15μm，另外50wt%的ZrO₂粒径为5μm）、0.8g油酸、8g聚乙烯，在热压铸机中进行混料，混料温度为120℃，混料均匀之后在0.75MPa的压力下在陶瓷环内压铸成型生坯，生坯的下端形成有安装孔；然后将陶瓷环与生坯的组合体在电阻炉内进行排胶、预烧处理，其中，排胶步骤：以8℃/min的速度升温至55℃，然后以0.2℃/min的速度升温至160℃，在160℃下保温2h，再以0.3℃/min的速度升温至300℃，在300℃下保温2h；预烧：排胶完成后以10℃/min的速度升温至950℃预烧处理，预烧时间为2h，经排胶、预烧后得到ZrO₂陶瓷多孔体；

步骤3、制作金属陶瓷复合体：在N₂保护气氛中，以10℃/min的速度升至1200℃对ZrO₂陶瓷多孔体进行无压熔渗纯铝，使熔融的纯铝渗入所述ZrO₂陶瓷多孔体的孔隙中，熔渗完成即得到ZrO₂陶瓷环与金属陶瓷复合体芯柱的组合体，所述金属陶瓷复合体芯柱的下端形成有安装孔；

步骤4、安装金属环：使用Al-Si合金为助焊剂，在真空气氛下，在650℃下将金属环焊接于陶瓷环的外侧，保温10min，然后快速冷却得到组合体；

步骤5、安装铝连接件，在所述金属陶瓷复合体芯柱的安装孔中安装铝螺钉后，得到电池正极的密封组件A2。

 实施例3

本实施例3用于说明本发明的电池负极的密封组件的制作，包括下述步骤：

步骤1、提供TiC陶瓷环，所述TiC陶瓷环的中部形成有通孔；

步骤2、成型陶瓷多孔体：称取100g TiC（粒径为20μm）、1gSA、8gPW，在热压铸机中进行混料，混料温度为100℃，混料均匀之后在0.7MPa的压力下在陶瓷环内压铸成型生坯，所述生坯的下端形成有安装孔；然后将陶瓷环与生坯的组合体在氢气还原炉内进行排胶、预烧处理，其中，排胶步骤：以5℃/min的速度升温至50℃，然后以0.5℃/min的速度升温至150℃，在150℃下保温3h，再以0.4℃/min的速度升温至400℃，在400℃下保温2h；预烧：排胶完成后以10℃/min的速度升温至1350℃预烧处理，预烧时间为2h，经排胶、预烧后得到TiC陶瓷多孔体；

步骤3、制作金属陶瓷复合体：在真空炉内（真空度为10^-3Pa）以10℃/min的速度升至1350℃对TiC陶瓷多孔体进行无压熔渗铜钛合金，使熔融的铜钛合金渗入所述TiC陶瓷多孔体的孔隙中，熔渗完成即得到TiC陶瓷环与金属陶瓷复合体芯柱的组合体，所述金属陶瓷复合体芯柱的下端形成有安装孔；

步骤4、安装金属环：使用Al-Si合金为助焊剂，在真空气氛下，在620℃下将金属环焊接于陶瓷环的外侧，保温8min，然后快速冷却得到组合体；

步骤5、安装铜连接件，在所述金属陶瓷复合体芯柱的安装孔中安装铜螺钉后，得到电池负极的密封组件A3。

 实施例4

本实施例4用于说明本发明的电池负极的密封组件的制作，包括下述步骤：

步骤1、提供Al₂O₃陶瓷环，所述Al₂O₃陶瓷环的中部形成有通孔；

步骤2、成型陶瓷多孔体：称取100g TiC（其中，60wt%的TiC粒径为18μm，另外40wt%的ZrO₂粒径为2μm）、0.5gSA、10gPW，在热压铸机中进行混料，混料温度为140℃，混料均匀之后在0.65MPa的压力下在陶瓷环内压铸成型生坯，所述生坯的下端形成有安装孔；然后将陶瓷环与生坯的组合体在氢气还原炉内进行排胶、预烧处理，其中，排胶步骤：以10℃/min的速度升温至50℃，然后以0.3℃/min的速度升温至160℃，在160℃下保温2h，再以0.3℃/min的速度升温至320℃，在320℃下保温2h；预烧：排胶完成后以10℃/min的速度升温至1350℃预烧处理，预烧时间为2h，经排胶、预烧后得到TiC陶瓷多孔体；

步骤3、制作金属陶瓷复合体：在真空炉内（真空度为10^-3Pa），以10℃/min的速度升至1350℃对TiC陶瓷多孔体进行无压熔渗纯铜，使熔融的纯铜渗入所述TiC陶瓷多孔体的孔隙中，熔渗完成即得到Al₂O₃陶瓷环与金属陶瓷复合体芯柱的组合体，所述金属陶瓷复合体芯柱的下端形成有安装孔；

步骤4、安装金属环：使用Al-Si合金为助焊剂，在真空气氛下，在620℃下将金属环焊接于陶瓷环的外侧，保温8min，然后快速冷却得到组合体；

步骤5、安装铜连接件，在所述金属陶瓷复合体芯柱的安装孔中安装铜螺钉后，得到电池负极的密封组件A4。

对比例1

对比例1用于说明现有的一种的电池的密封组件的制作；

采用CN201397827公开的玻璃体封接的方法，通过玻璃体对上盖和铝芯柱进行封接，得到电池正极的密封组件D1；并通过玻璃体对上盖和金属铜制作的芯柱进行封接，得到电池负极的密封组件D2。

对比例2

对比例2用于说明现有的另一种的电池的密封组件的制作；

采用陶瓷封接的方法，在真空条件下，分别将金属环、陶瓷环与金属铝、铜制作的芯柱焊接在一起，得到电池正极的密封组件D3和电池负极的密封组件D4。

性能测试

1、气密性测试

将实施例1-4制得的密封组件A1-4与对比例1、2制得的密封组件D1、D2、D3、D4置于密封夹腔中，将待测试的密封组件的连接部位裸露出密封夹腔，腔体中充0.6MPa压力，保压3min，同时在连接部位滴水，如果冒泡，视为漏气，若没有冒泡现象，则视为气密性满足要求，测试结果如表1所示。

 表1 

	外观
		A1	密封组件A1的连接部位无冒泡现象。
A2	密封组件A2的连接部位无冒泡现象。
		A3	密封组件A3的连接部位无冒泡现象。
A4	密封组件A4的连接部位无冒泡现象。
		D1	密封组件D1的连接部位出现气泡，未能通过气密性测试。
D2	密封组件D1的连接部位出现气泡，未能通过气密性测试。
		D3	密封组件D3的连接部位无冒泡现象。
D4	密封组件D4的连接部位无冒泡现象。

2、冷热冲击试验 

将实施例1-4制得的密封组件A1-A4与对比例2制得的密封组件D3、D4，在0℃以下的冷水中放置3min，立即转移至100℃以上的沸水中保温3min，重复这一过程，测试密封组件在完成多少次循环后，仍能通过气密性测试，测试结果如表2所示。

  表2 

	性能
		A1	密封组件A1完成400次冷热冲击循环试验，仍能通过气密性测试。
A2	密封组件A2完成400次冷热冲击循环试验，仍能通过气密性测试。
		A3	密封组件A3完成400次冷热冲击循环试验，仍能通过气密性测试。
A4	密封组件A4完成400次冷热冲击循环试验，仍能通过气密性测试。
		D3	密封组件D3在完成200次冷热冲击循环试验后，未能通过气密性测试。
D4	密封组件D4在完成200次冷热冲击循环试验后，未能通过气密性测试。

 从表1及表2中可以看出，本发明的实施例1-4制作的密封组件A1-4在经过400次冷热冲击循环试验后仍能通过气密性测试，而对比例1制作的密封组件D1、D2未能通过气密性测试，对比例2制作的密封组件D3、D4虽然在未经过冷热冲击循环试验前能通过气密性测试，但是在经过200次冷热冲击循环试验后未能通过气密性测试，充分说明本发明的实施例1-4所制作的密封组件的连接可靠，密封效果好。

本领域技术人员容易知道，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围由权利要求书确定。 

Claims (13)

1.一种电池的密封组件，其特征在于，包括：金属环、陶瓷环和芯柱，所述金属环套接于所述陶瓷环的外侧，所述陶瓷环的中部设有通孔，所述芯柱形成于所述通孔内，所述芯柱为金属陶瓷复合体；所述金属陶瓷复合体包括陶瓷多孔体和金属材料，所述金属材料填充于所述陶瓷多孔体的孔隙内。

2.根据权利要求1所述的电池的密封组件，其特征在于，所述芯柱的下端形成有安装孔，所述安装孔中安装有用于连接电池的极芯的连接件。

3.根据权利要求1所述的电池的密封组件，其特征在于，所述陶瓷多孔体为氧化铝陶瓷多孔体、氧化锆陶瓷多孔体、碳化钛陶瓷多孔体、氮化铝陶瓷多孔体、氮化硼陶瓷多孔体、氧化铝和氧化锆的复合陶瓷多孔体中的一种。

4.根据权利要求1所述的电池的密封组件，其特征在于，所述陶瓷环为氧化铝陶瓷环、氧化锆陶瓷环、碳化钛陶瓷环、氮化铝陶瓷环、氮化硼陶瓷环、氮化硅陶瓷环、氧化铝和氧化锆的复合陶瓷环中的一种；所述金属环为铝环或者铝合金环。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的电池的密封组件，其特征在于，所述电池的密封组件为电池正极的密封组件，所述金属材料为铝或铝合金。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的电池的密封组件，其特征在于，所述电池的密封组件为电池负极的密封组件，所述金属材料为铜或铜合金。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述的电池的密封组件的制作方法，包括下述步骤：

步骤1、提供陶瓷环，所述陶瓷环的中部形成有通孔；

步骤2、将陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剂进行混料后，在陶瓷环的通孔中制作成生坯，然后经排胶、预烧后制得陶瓷多孔体；

步骤3、将金属材料在金属材料的熔点以上的温度下进行处理，使熔融的金属材料渗入所述陶瓷多孔体的孔隙中，冷却后形成金属陶瓷复合体；

步骤4、将金属环焊接于陶瓷环的外侧。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步骤2中，所制得的陶瓷多孔体的下方形成有安装孔；所述制备方法还包括步骤5，在所述安装孔中安装用于连接电池的极芯的连接件。

9.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步骤2中，所述混料在热压铸机中进行，混料温度为80-150℃，混料均匀后在陶瓷环内压铸成型生坯，所述压铸成型的压力为0.6-0.75Mpa。

10.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体、氧化锆陶瓷粉体、碳化钛陶瓷粉体、氮化铝陶瓷粉体、氮化硼陶瓷粉体、氮化硅陶瓷粉体中的一种或几种；所述粘结剂为多聚合物组元石蜡基粘结剂、聚醋酸乙烯酯、环氧树脂、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种；所述表面活性剂为硬脂酸、油酸中的一种；以100重量份的陶瓷粉体为基准，所述粘结剂为7-11重量份，所述表面活性剂为0.7-1重量份。

11.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步骤3中，所述熔渗采用无压熔渗的方法，所述无压熔渗的条件为在真空或惰性气体的保护气氛中，在金属材料的熔点之上的温度下进行，并且在该温度下，金属材料的熔液与陶瓷多孔体的润湿角小于90°。

12.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述电池的密封组件为电池正极的密封组件，所述金属材料为铝或铝合金；或者所述电池的密封组件为电池负极的密封组件，所述金属材料为铜或铜合金。

13.一种锂离子电池，包括：至少一端开口的壳体、密封于所述壳体的开口端的密封组件，所述壳体与密封组件之间形成密封空间，所述密封空间内收容有极芯和电解液，其特征在于，所述密封组件采用如权利要求1-6任意一项所述的电池的密封组件。

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