CN105290614A - 一种电池金属外壳的封口方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池金属外壳的封口方法，包括步骤：S1)将电池的壳盖置于电池的壳体一端的开口中，并使所述壳盖的外壁与所述壳体的内壁正对，且具有间隙；S2)将所述壳盖与壳体沿线圈的轴向平移进入所述线圈内，并使所述壳体的轴向平行于所述线圈的轴向，之后将所述线圈导通脉冲电流。本发明所公开的电池金属外壳的封口方法，壳盖与壳体插入线圈内后线圈导通脉冲电流，线圈内将产生交变磁场，而在壳体的侧壁上由于电磁感应现象产生涡电流。由于壳体的轴向平行于线圈的轴向，根据左手定则，壳体侧壁上的涡电流所受的洛伦兹力为斥力，使得壳体的侧壁往壳盖的外壁高速贴合，最终在原子能级上实现冶金结合，实现电池金属外壳开口的完美密封。
Description
技术领域
本发明涉及工艺工程技术领域，特别涉及一种电池金属外壳的封口方法。
背景技术
随着人类对能源的开发和利用，越来越多的跟能量的使用、转化等有关的设备也逐渐得到广泛使用。为方便对能量的使用，现在人们往往通过电池的方式储存部分能源。
电池的种类多种多样，比如化学电池、光电池、燃料电池等。而在汽车等交通工具上所使用的电池，为了保证安全性，一般在电芯外部加装有一层防护壳，该防护壳通常是由质地较坚硬的金属制成，比如铝合金等。电池的电芯安装在电池的壳体内，通过化学反应或光电效应等方式输出电能。同时，为保证电芯不受外界影响，电池壳体上的开口需要与电池壳盖密封。
目前，硬壳电池的壳体与壳盖之间的密封一般通过激光焊接或滚边的方式完成。然而，大部分硬壳电池的壳体都是铝材，而铝材的激光焊接难度较高，且效率低下，对零备件的制备精度和装配精度要求较高，电池壳体与电池壳盖采用激光焊接合格率低且容易产生焊接缺陷，比如焊痕表面凸起、气孔、气泡等，这些缺陷对电池壳体与电池壳盖的密封性能而言是致命伤，很多硬壳电池因此而寿命大减，不利于能源设备的发展。且生产效率低，大批量生产的制造成本难以控制。
因此，如何密封电池壳体与电池壳盖，以克服现有技术中因激光焊接方法导致的合格率低、生产效率低下的问题，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池金属外壳的封口方法，能够保证壳体与壳盖之间的密封性能，提高电池生产效率，电池性能高效稳定。
为解决上述技术问题，本发明提供一种电池金属外壳的封口方法，包括步骤：
S1)将电池的壳盖置于电池的壳体一端的开口中，并使所述壳盖的外壁与所述壳体的内壁正对，且具有间隙；
S2)将所述壳盖与壳体沿线圈的轴向平移进入所述线圈内，并使所述壳体的轴向平行于所述线圈的轴向，之后将所述线圈导通脉冲电流。
优选地，在步骤S1)中，所述壳盖的外壁与所述壳体的内壁之间的间隙为0.5～2.5mm。
优选地，在步骤S1)中，所述壳体和壳盖的侧壁分别为不同或相同种类的金属制成。
优选地，在步骤S2)中，通过脉冲发生器使所述线圈中导通脉冲电流。
优选地，在步骤S2)中，所述壳体与壳盖均为方形，所述线圈呈矩形环状，且所述线圈的每一内壁与所述壳体上每一对应外壁的间距均相等。
优选地，在步骤S2)中，所述壳体与壳盖均为圆柱形，所述线圈呈圆环状，且所述线圈的内圆与所述壳体的外圆之间的径向距离处处相等。
本发明所提供的电池金属外壳的封口方法，主要包括步骤S1)将电池的壳盖置于电池的壳体一端的开口中，并使所述壳盖的外壁与所述壳体的内壁正对，且具有间隙；步骤S2)将所述壳盖与壳体沿线圈的轴向平移进入所述线圈内，之后将所述线圈导通脉冲电流。在步骤S1)中，主要使电池上待互相密封的两个金属部件的侧壁到位。一般的，电池的壳盖的开口面积小于壳体的开口面积，因此壳盖能够放置到壳体的开口中。同时，在将壳盖置入到壳体的开口中后，保持壳盖的侧壁与壳体的侧壁互相正对，以便后续步骤的密封；还要使壳盖的外壁与壳体的内壁之间具有间隙，即壳体与壳盖并不直接接触。然后在步骤S2)中，待壳体与壳盖定位完成后，即可将其原封不动地送入到线圈内，即在运动过程中，壳体与壳盖进行平移运动，两者保持相对静止。并且壳体与壳盖沿着线圈的轴向方向插入到其内，或者两者分别装配到线圈内部后保持上述定位关系亦可，之后在线圈内导通脉冲电流。由于脉冲电流的电流大小相当于是阶段性变化的，这将引起线圈内的磁通量发生改变，因此在线圈内将产生交变磁场。同时，在线圈内相对位置靠外的壳体的侧壁上就会产生感应电流——涡电流，该涡电流的电流方向在线圈平面内必然与脉冲电流的方向相反。然后，壳体的侧壁上的感应电流将会在脉冲电流所产生的磁场内受到洛伦兹力。由于壳体和壳盖沿着线圈的轴向方向插入，因此，根据左手定则，壳体侧壁上的涡电流所受到的洛伦兹力的方向为垂直于壳体的表面向内(朝向圆心)。从整体上看，壳体与线圈之间产生了斥力，在该斥力的作用下，壳体的侧壁会以非常高的速度向壳盖的侧壁运动，首先是平面(或曲面)撞击，然后是互相挤压，最终在原子能级上使得壳体的侧壁和壳盖的侧壁形成冶金结合，达到完美密封电池开口的目的。综上所述，本发明所提供的电池金属外壳的封口方法，通过线圈内的脉冲电流所产生的交变磁场，以及壳体上所产生的感应电流——涡电流，利用该涡电流使壳体在交变磁场中受到洛伦兹力，使得壳体侧壁高速撞击壳盖侧壁，最终在原子能级上将两者待密封的侧壁连接为一体，实现电池开口的完美密封。相比于现有技术中采用激光焊接的封口方法，本发明能够克服激光焊接所产生的缺陷，大幅提高电池金属外壳的密封性能，大幅度提高焊接速度和效率，降低焊接成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种电池金属外壳的封口方法的流程图；
图2为本发明所提供的封口方法的原理示意图；
图3为本发明所提供的封口方法中壳体与壳盖密封之前的状态示意图；
图4为本发明所提供的封口方法中壳体与壳盖密封之后的状态示意图；
图5为本发明所提供的封口方法中壳体与壳盖的一种具体结构示意图。
其中，图2—图5中：
壳体—1，壳盖—2，线圈—3。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1及图2，图1为本发明所提供的一种电池金属外壳的封口方法的流程图，图2为本发明所提供的封口方法的原理示意图。
在本发明所提供的一种电池金属外壳的封口方法的一种具体实施方式中，主要包括两个步骤，在步骤S1中，将电池的壳盖2放置到电池壳体1一端的开口中，并使壳盖2的外壁与壳体1的内壁(待密封的侧壁)正对，并且使壳体1的内壁与壳盖2的外壁之间具有间隙。
在此步骤中，电池的壳体1为电池的主体部分，内部安装有电芯，一般为圆柱状或长方体状。壳体1和壳盖2同为金属材料制成，并且壳体1的质地较软，而壳盖2的质地较硬。壳体1上设置有开口，而壳盖2呈槽形，也具有开口，并且该开口的面积要小于壳体1的开口面积，如此即可将壳盖2放置到壳体1的开口中。重要的是，在此步骤中，壳盖2的侧壁与壳体1的侧壁是互相正对的，具体地说，壳盖2和壳体1的侧壁上待密封的部分互相正对。并且，壳盖2的侧壁并非与壳体1的侧壁相接触，而是存在一定间距，即壳盖2的外壁与壳体1的内壁之间存在间隙，具体可通过定位装置等将壳盖2的周向固定，保证壳盖2与壳体1的定位关系不变。此处优选地，壳体1的内壁与壳盖2的外壁之间的间隙距离为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5mm或0.5～2.5mm之间的任意数值。当然，壳体1的内壁与壳盖2的外壁之间的间隙距离并不仅限于上述数值，具体需要根据壳体1与壳盖2的实际形状和材质综合考虑。而关于壳体1与壳盖2侧壁的材质，虽然均为金属，但是壳体1与壳盖2可以分别为不同种类的、金属性能不相似的金属或合金，比如铜铝、铝镁、铝铁、铜黄铜、钢铝、钢铜等组合。当然，壳体1与壳盖2也可以是相同种类的金属，而壳盖2甚至可以为硬质塑料等材料。
如图3和图4所示，图3为本发明所提供的封口方法中壳体与壳盖密封之前的状态示意图，图4为本发明所提供的封口方法中壳体与壳盖密封之后的状态示意图。
接上述，如此将壳体1与壳盖2定位完成后，即可将其原封不动地送入到线圈3内。在此步骤中，需要将壳盖2与壳体1沿线圈3的轴向方向平移进入线圈3内，即壳盖2与壳体1之间保持相对静止，定位关系不变。并且在此进入过程中，壳体1的轴向需平行于线圈3的轴向，当然也可以轴向共线(若电池为圆柱状，那么电池的轴向即为其长度方向；若电池为方形，那么其轴向实为其高度方向)。而在壳盖2与壳体1进入到线圈3内后，即可将线圈3接通脉冲电流，正式进行电池外壳的封口过程。此处优选地，本实施例中通过脉冲发生器的输出端与线圈3连通的方式产生脉冲电流，比如正弦波脉冲等，该脉冲发生器一般为超高压脉冲发生器，电压可达几万伏，当然还可以通过其余类似的能够产生脉冲的电子设备对线圈3进行放电。由于脉冲电流的电流大小相当于是阶段性变化的，这将引起线圈3内的磁通量发生改变，同时在线圈3内产生交变磁场。因此，在线圈3内相对位置靠外的壳体1的侧壁上就会由于电磁感应现象产生感应电流，这样的感应电流也叫涡流电，该电流的电流方向在平面内必然与脉冲电流的方向相反。进而，壳体1的侧壁上的感应电流将会在脉冲电流所产生的磁场内受到洛伦兹力。
需知，电流在磁场中会受到洛伦兹力。因此，壳体1的侧壁上所产生的感应电流将会在线圈3内部的磁场中受到洛伦兹力。由于壳盖2与壳体1是沿着线圈3的轴向进入线圈3的，运用左手定则可知，壳体1的侧壁所受到的洛伦兹力的方向为垂直于壳体1的侧壁表面向内(朝向圆心)。
从整体上看，壳体1与线圈3之间产生了斥力，并且该斥力的值在脉冲电流的峰值时达到最高。在该斥力的作用下，壳体1的侧壁将会以非常高的速度向壳盖2的侧壁运动，先是面与面之间的撞击，然后进入互相挤压状态，最终在原子能级上使得壳盖2的侧壁和壳体1的侧壁连接形成冶金结合，达到完美密封电池开口的目的。
综上所述，本发明所提供的电池金属外壳的封口方法，通过线圈3内的脉冲电流所产生的交变磁场，以及壳体1上所产生的感应电流——涡电流，利用该涡电流在线圈3内的磁场中所受到的洛伦兹力，使得壳体1的侧壁高速贴合壳盖2的侧壁，最终在原子间距上将两者的侧壁连接为一体，实现电池开口的完美密封。相比于现有技术中采用激光焊接的封口方法，本发明能够克服激光焊接所产生的焊接缺陷，大幅提高电池金属外壳的密封性能和外观质量。
此外，本发明所提供的电池金属外壳的封口方法，由于通过线圈3的脉冲电流而利用壳体1侧壁上的洛伦兹力使得壳体1的侧壁与壳盖2的侧壁密封，此种密封方法实属一种焊接方法，即EMPT(Electro-MagneticPulseTechnology，以下简称“EMPT”)，电磁脉冲焊接技术。EMPT焊接属于冷焊接，功率较低，能效较小，相比于现有技术中的激光焊接技术，能够节省能量耗费80％，大幅降低了生产成本。并且，通过壳体1与壳盖2通过线圈3的方式对电池外壳进行焊接封口，通过电磁脉冲一次成型，焊接所需时间大幅缩短，提高了机械效率。而且通过EMPT焊接技术对电池外壳进行封口，焊缝的一致性高，避免了现有技术中通过激光焊接后产生的焊渣，提高了电池外壳的封口质量的同时，保证了电池外壳的美观。
请参考图5，图5为本发明所提供的封口方法中壳体与壳盖的一种具体结构示意图。
电池的形状多种多样，壳体1的形状也同样多变，而壳盖2的形状自然也随着壳体1的形状而变化。比如，壳体1的形状可以为一端开口的圆柱状，而壳盖2的形状也为圆柱形的桶状，与其配合地，线圈3的形状即长圆环状。并且，在壳体1与壳盖2进入线圈3内时，线圈3的内圆与壳体1的外圆之间的径向距离处处相等，该距离需要根据具体工件的形状和待密封的侧壁部分综合考虑，并且若是存在一定误差也是可以接受的。如此设置，壳体1的侧壁上的每一个点都将同时达到壳盖2的侧壁，密封质量能够得到提高。壳体1的形状还可以为方形(长方体)，那么壳盖2的形状也为方形，如此可将线圈3设置为矩形环状。并且，在壳体1和壳盖2进入线圈3内时，线圈3的每一内壁与壳体1上的每一对应外壁的间距均相等，当然，实际操作时，必定会存在一定范围的误差，这在工程上是允许的。如此能够保证壳体1的每一侧壁均能够以相同的速度往壳盖2的侧壁贴合，提高密封质量。当然，壳体1、壳盖2与线圈3的具体形状并不局限于上述圆柱形或方形，只要是规则的封闭图形、环形均可以采用，其余比如平板状、锥形等也可以达到本发明的目的，具体需要根据工件的形状和密封部位而决定。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种电池金属外壳的封口方法，其特征在于，包括步骤：
S1)将电池的壳盖(2)置于电池的壳体(1)一端的开口中，并使所述壳盖(2)的外壁与所述壳体(1)的内壁正对，且具有间隙；
S2)将所述壳盖(2)与壳体(1)沿线圈(3)的轴向平移进入所述线圈(3)内，并使所述壳体(1)的轴向平行于所述线圈(3)的轴向，之后将所述线圈(3)导通脉冲电流。
2.根据权利要求1所述的电池金属外壳的封口方法，其特征在于，在步骤S1)中，所述壳盖(2)的外壁与所述壳体(1)的内壁之间的间隙为0.5～2.5mm。
3.根据权利要求2所述的电池金属外壳的封口方法，其特征在于，在步骤S1)中，所述壳体(1)和壳盖(2)的侧壁分别为不同或相同种类的金属制成。
4.根据权利要求3所述的电池金属外壳的封口方法，其特征在于，在步骤S2)中，通过脉冲发生器使所述线圈(3)中导通脉冲电流。
5.根据权利要求1-4任一项所述的电池金属外壳的封口方法，其特征在于，在步骤S2)中，所述壳体(1)与壳盖(2)均为方形，所述线圈(3)呈矩形环状，且所述线圈(3)的每一内壁与所述壳体(1)上每一对应外壁的间距均相等。
6.根据权利要求1-4任一项所述的电池金属外壳的封口方法，其特征在于，在步骤S2)中，所述壳体(1)与壳盖(2)均为圆柱形，所述线圈(3)呈圆环状，且所述线圈(3)的内圆与所述壳体(1)的外圆之间的径向距离处处相等。
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2015
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