CN105679974B - 电池盖板组件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池盖板组件及其制备方法和单体电池及电池组，电池盖板组件包括盖板、空心铆钉、电极端子、密封层及绝缘件；其中，电极端子与绝缘件之间还设有密封层，密封层熔融状态下能与绝缘件相互熔合；电极端子与密封层接触的面上布有微孔结构。本发明的电池盖板组件通过在电极端子与绝缘件间设置密封层并对电极端子进行前处理，减少了聚合物绝缘件因各种环境因素例如温度等造成的变形特别是缩小等对电极端子与盖板的密封结合性的影响，增加无机金属与有机聚合物的结合力，不仅增加了电极端子与盖板的连接牢固性，同时也进一步加强了盖板组件的密封性能，满足现有电池的发展需求。提供了一种性能更稳定的单体电池及电池组。

Description

电池盖板组件的制备方法

本申请是申请日为2009年11月28日，申请号为200910188461.5，名称为“电池盖板组件、其制备方法及单体电池和电池组”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电池领域，更具体的涉及一种电池盖板组件、电池盖板组件的制备方法及含有该电池盖板组件单体电池和电池组。

背景技术

目前，电池以其能量高、无污染等优点，越来越广泛地用于移动电话、数码相机等便携电子产品中，同时也作为汽车、空间站等大型设备的后备能源，随着其广泛的应用，对其各项性能的要求也不但提高。

电池盖板组件一般通过空心铆钉与电极端子间夹持绝缘件来密封电池，或在绝缘件与电极端子的接触面上注入粘结剂来加强密封，绝缘件一般通过直接注塑完成，但此种密封方式并不牢固，金属与有机聚合物间的结合力很弱，在剧烈或大量的颠簸过程中可能脱落，导致电池的密封失效，可能引起电解液泄漏，造成漏电、腐蚀、容量衰减等问题，同时松动也会造成电极端子与极芯连接松动等问题也会影响电池的输出性能，甚至松动的电极端子可能在电池的移动过程中发生短路，带来安全隐患等；特别是现在研究的热点汽车动力电池，由于其工作状态需处于移动甚至颠簸状态，对其部件的连接牢固性要求更高，且使用的电池组是由多个电池通过盖板上的电极端子焊接来实现串联或并联，实现供电，出于安全考虑，电极端子与电极端子等输出电流的部件连接一般较紧，很容易在电池移动过程中受到振动、拉扯、冲击等，容易造成电极端子与盖板的连接松动，对电池盖板的密封性造成影响，对单体电池之间的连接的可靠性造成影响，对整个电池组的性能造成影响。

发明内容

本发明克服了现有技术的电池盖板组件的电极与盖板的连接不够稳固，密封性能不够理想，容易在运输和使用过程中电极发生松动，影响电池的输出、安全性能的等问题。

提供了一种能够使电极与盖板的密封更为牢固，密封性能更为优良，特别能满足汽车等大型移动设备的要求的电池盖板组件的制备方法，包括：

在电极端子的表面设置密封层及先对电极端子需设置密封层的表面进行表面处理使其布有微孔结构；

将空心铆钉设置在盖板上，空心铆钉的中空部分与所述盖板的通孔相通；

将设有密封层的电极端子穿过空心铆钉的中空部分及保证电极端子上的密封层至少部分处于空心铆钉内；

在密封层与空心铆钉间注塑绝缘件。也就是说，电极端子与绝缘件之间设有密封层。

其中，本发明在电极端子与绝缘件之间设有密封层，密封层可以覆盖整个电极端子与绝缘件接触的面，也可以是部分覆盖电极端子与绝缘件接触的面，甚至可以是覆盖整个电极端子的表面只需保证电极端子与绝缘件之间有密封层即可。本发明甚至可以在电极端子上设置凹形密封槽，将凹形密封槽的内表面进行表面处理后，在凹形密封槽内部设置密封层后注塑绝缘件，保证密封层与绝缘件熔融结合，此种结构不占用电池体积，加强密封连接性。本发明优选直接对电极端子进行表面处理，后设置密封层，增加密封连接的牢固性，而且防止绝缘件变形等对电池的影响，特别是电极端子的导电性和散热性不会造成影响。

本发明的电池盖板组件的制备方法通过在电极端子与绝缘件间设置密封层并对电极端子进行前处理，减少了聚合物绝缘件因各种环境因素例如温度等造成的变形特别是缩小对电极端子与盖板的密封结合性的影响，增加无机金属与有机聚合物的结合力，不仅增加了电极端子与盖板的连接牢固性，同时也进一步加强了盖板组件的密封性能，满足现有电池的发展需求。能减少焊接等连接的振动对电池密封结构的影响，减少移动颠簸等对电池密封结构的影响，降低了松动可能造成的电池的输出性能、安全性能等的下降。重点解决了现有长期处于颠簸环境的电动汽车的动力电池，容易出现盖板组件密封松动等难点问题，保证了其输出性能、安全性能等，保证了其稳定性，为电动车的大规模应用进一步奠定了基础。此外，本发明的制备方法简单易实现，利于规模化生产。

附图说明

图1为本发明的电极端子的表面电镜图；

图2为本发明的电池盖板组件的一种优选实施方式的结构示意图；

图3为本发明的电池盖板组件的另一种优选实施方式的结构示意图；

图4本发明的电池盖板组件的俯视图。

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。

本发明克服了现有技术的电池盖板组件的电极与盖板的连接不够稳固，密封性能不够理想，容易在运输和使用过程中电极发生松动，影响电池的输出、安全性能的等问题。提供了一种电极与盖板的密封更为牢固，密封性能更为优良，特别能满足汽车等大型移动设备的要求的电池盖板组件，包括盖板、空心铆钉、电极端子、密封层及绝缘件；盖板上设有通孔，空心铆钉设置在盖板上，空心铆钉的中空部分与通孔相通；绝缘件位于空心铆钉内；电极端子穿过绝缘件，空心铆钉夹持绝缘件以绝缘密封电极端子；其中，电极端子与绝缘件之间还设有密封层，密封层在熔融状态下能与绝缘件相互熔合；电极端子与密封层接触的面上布有微孔结构。本发明对电极端子进行表面处理，后设置密封层，且密封层能与绝缘件相互熔合，增加了密封连接的牢固性，而且防止绝缘件变形等对电池的影响，特别是电极端子的导电性和散热性不会造成影响。本发明的电池盖板组件能减少焊接等连接的振动对电池密封结构的影响，减少移动颠簸等对电池密封结构的影响，降低了松动可能造成的电池的输出性能、安全性能等的下降。

进一步，本发明优选在空心铆钉与绝缘件之间还设有密封层，进一步提高密封性能，同样也优选密封层在熔融状态下能与绝缘件相互熔合，空心铆钉与密封层接触的面上布有微孔结构。密封层可以覆盖整个空心铆钉与绝缘件接触的面，也可以是部分覆盖空心铆钉与绝缘件接触的面，只需保证空心铆钉的内表面有密封层即可。

本发明优选空心铆钉与盖板为一体结构，可通过浇铸等形成，进一步增强密合性。优选绝缘件通过盖板通孔在盖板下表面形成隔圈，增强密封性能，减少短路的可能，进一步提高安全性能。优选绝缘件在空心铆钉内通过注塑形成，注塑一般为高温熔融注入成型，即优选密封层和绝缘件能在绝缘件的形成过程中产生熔合，加强密封性能，方法简单易实现。

其中，绝缘件和密封层的材料可以相同也可以不同，可以分别独立的选自注塑级的全氟烷氧基共聚物、聚苯醚砜、聚苯硫醚、改性聚丙稀、三元乙丙橡胶、环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、双组分环氧树脂胶或热熔胶中的一种或几种；其中，密封层为上述材料加热熔融烧结后形成的致密密封层，可通过在需要和密封层接触的经过表面处理的金属表面注塑、热压、喷涂或涂布上述材料后烧结形成。

为了进一步提高密封层的流平性和结合力，本发明优选密封层中还可以添加填料，填料进一步优选为纳米钛白粉、纳米氧化铝和石墨粉等中的一种或几种，可以采用常规的方法分散于密封层中。

其中，微孔结构的微孔孔径优选为10nm～2μm，微孔孔深优选为20～2μm，进一步提高无机金属与有机聚合物的结合能力，提高密封性能。

其中，电极端子为本领域技术人员公知的各种导电体，材料选自铜、铝、镍、金、银中的一种或几种，可以根据电池的型号进行选择确定。其中，对金属电极端子需设置密封层的表面在设置密封层前进行表面处理，表面处理使电极端子需设置密封层的表面布满微孔结构。表面处理可以是对整个电极端子的表面，也可以是对只需与密封层接触的面进行表面处理，甚至可以是需与密封层接触的部分表面进行表面处理，只需保证电极端子与密封层接触的面上设有微孔结构，增强金属与密封层的结合性。

空心铆钉为本领域技术人员公知的各种中空的铆钉，材料选自铜、铝、镍、金、银中的一种或几种。对金属空心铆钉需设置密封层的表面在设置密封层前进行表面处理，表面处理使空心铆钉需设置密封层的表面布满微孔结构。同样表面处理可以是对整个空心铆钉的内表面，也可以是对只需与密封层接触的面进行表面处理，甚至可以是需与密封层接触的部分表面进行表面处理，只需保证空心铆钉与密封层接触的面上设有微孔结构，增强金属与密封层的结合性。

本发明的表面处理可包括表面刻蚀处理。其中，表面刻蚀处理可优选电化学刻蚀、酸碱刻蚀或氧化剂刻蚀中的一种或几种，提高金属与有机聚合物的结合力。对于应用较广泛的铝材质电极端子可优选酸碱刻蚀，既可以采用强酸例如盐酸也可以采用强碱例如氢氧化钠对电极端子进行刻蚀；对于现有性能较佳的铜、镍、不锈钢、可阀合金等材质电极端子优选采用中等强度的氧化性溶液例如硫酸－双氧水或过硫酸盐溶液等进行氧化剂刻蚀。本发明在表面处理前还可以包括对金属进行预处理，预处理为本领域技术人员公知的各种处理，一般包括对金属进行打磨、清洁等，提高清洁度等。

本发明优选空心铆钉上还设置有增加强度的加强筋，加强筋可以增强密封材料与铆钉之间的结合强度，并进而提高电池组的密封性。电极端子上等间距的分布有用于增强与密封层或绝缘件结合性的工艺结构，该工艺结构等间距地分布于电极端子的片状平面上，并贯穿电极端子的横截面。工艺结构可为任意形状和大小。其中，形状优选为圆形、方形、菱形。

本发明优选电极端子为片状电极端子，减少内阻，也有利于在组成电池组时，电极端子的焊接可通过贴合等方式实现，单体电池之间也可减少接触内阻，且焊接后的电极端子不易松动；此外，本发明的电池组采用片状体作为电极端子，不需要额外增加连接件，可以直接将电极端子焊接，因此，可以减小电池组的重量和体积。电极端子的厚度可根据电池的种类和制备需要而定，按照本发明的具体实施方案，一般采用的电极端子的厚度为0.2-20毫米，优选2.5毫米。本发明为进一步降低电池内阻，增加电流及热传导路径，优选电池盖板组件至少含有两个同极性的电极端子，即多个电极端子导出同极性的电流，为了减少焊接等，可以优选将两个或多个电极端子的底部相连使两个电极端子组呈U型结构，即将多个同极性的电极端子做成一体结构，可以通过浇铸等直接制成，也有利于电池的装配和制备。

本发明同时提供了上述电池盖板组件的制备方法，包括：在电极端子的表面设置密封层及先对电极端子需设置密封层的表面进行表面处理使其布有微孔结构；将空心铆钉设置在盖板上，空心铆钉的中空部分与通孔相通；将设有密封层的电极端子穿过空心铆钉的中空部分及保证电极端子上的密封层至少部分处于空心铆钉内；在密封层与空心铆钉间注塑绝缘件。注塑的高温使密封层及绝缘件处于熔融状态，粘流态绝缘件材料与在高温条件下与其接触的熔融密封层表面熔合，在绝缘件冷却后与密封层能形成致密连接，一般高温注塑的温度优选为340-390℃。

本发明优选在空心铆钉的内表面上设置密封层包括在经过表面处理的具有微孔结构的空心铆钉的内表面涂覆密封层材料，加热至密封层材料熔融，烧结形成密封层。

设置密封层的方式可以采用本领域技术人员公知的各种方式，例如注塑、热压、喷涂或涂布等，其中，注塑或热压可以直接在金属表面形成密封层，通过加热模温略高于密封层材料的熔点，使材料粘流态，通过加压后密封层能与表面处理后的金属表面充分结合；也可以采用常规的喷涂或涂布含有密封层材料的浆料，后加热到密封层材料的熔融，烧结形成致密的密封层，喷涂或涂布可以采用喷枪、毛刷、印刷版等工具。

本发明优选密封层材料的玻璃化温度为260-280℃，烧结的温度为320-390，时间为20-30分钟。

结合附图进一步详述可以为

实施例1

如图1所示，盖板组件包括电极端子1、绝缘件2、空心铆钉3、盖板4和密封层5，盖板4上设有通孔。空心铆钉3的内表面经浓盐酸酸碱刻蚀20分钟时间，形成表面具有10nm-1μm的的微孔孔径分布、50nm-2μm的平均微孔孔深的微孔结构，后将空心铆钉3的内表面涂布调配好的低聚体涂布高分子材料PPS的NMP溶液，干燥后，340度温度加热至涂布的高分子材料熔融，后烧结30分钟至形成致密密封层5。将内表面附有密封层5的空心铆钉3的中空部分与盖板4上通孔相通后，与盖板4焊接成一体结构。将铝制电极端子1经浓盐酸酸碱刻蚀15分钟时间，形成表面具有10nm-1μm的微孔孔径分布，50nm-2μm的微孔孔深的微孔结构，将电极端子1需与盖板4密封连接的部分的表面涂布调配好的低聚体涂布高分子材料PPS的NMP溶液，干燥后，加热至380℃，高分子材料熔融，烧结250min至形成致密密封层5，将附有密封层5的电极端子1穿过空心铆钉3及盖板4上的通孔.然后在空心铆钉3及盖板4通孔内以380℃温度注入密封用高分子材料PPS，在空心铆钉3及盖板4的通孔内注塑形成绝缘件2，此时电极端子1被注塑在绝缘件2中。为了增强电极端子1与绝缘件2之间的联接强度，电极端子1上具有增加与绝缘材料粘结强度的工艺结构11。该工艺结构11等间距地分布于电极端子1的上，并贯穿电极端子2的横截面。盖板4上还设有注液孔，用于向壳体内通入电解液，如果电池两端引出电极端子的电池，只需在一端盖板上设置注夜孔即可。

实施例2

如图2，盖板组件包括电极端子1、绝缘件2、空心铆钉3、盖板4和密封层5，盖板4上设有通孔。空心铆钉3的内表面经浓盐酸酸碱刻蚀20分钟，形成表面具有50nm-2μm的微孔孔径分布、200nm-2μm的微孔孔深的微孔结构，将空心铆钉3的内表面涂布调配好的低聚体涂布高分子材料PPS的水溶液，干燥，加热至320℃高分子材料熔融，烧结30min至形成致密密封层5。在铝制电极端子1需与盖板4密封连接的部分的表面刻两圈凹形密封槽6，经浓盐酸酸碱刻蚀15分钟时间，形成表面具有50nm-2μm的微孔孔径分布，200nm-2μm的微孔孔深的微孔结构，在凹形密封槽6中填充调配好的低聚体涂布高分子材料PPS的水溶液，干燥后，温度加热至350℃高分子材料熔融，烧结25min至形成围绕电极端子1两周的环形致密密封层5。将附有密封层的电极端子1穿过空心铆钉3及盖板4上的通孔.然后在空心铆钉3及盖板4通孔内350℃温度注入绝缘用高分子材料PPS，在空心铆钉3及盖板4的通孔内注塑形成绝缘件2，此时电极端子1被注塑在绝缘件2中。为了增强电极端子1与绝缘件2之间的联接强度，电极端子1上具有增加与密封材料粘结强度的工艺结构11。该工艺结构11等间距地分布于电极端子1的上，并贯穿电极端子2的横截面。盖板4上还设有注液孔，用于向壳体内通入电解液。

本发明的制备方法，简单易实现，利于规模化生产。

本发明同时也提供一种密封性能更优良，安全性能及输出性能更好的含有上述盖板组件的电池，包括电池盖板组件、壳体、极芯及电解液；极芯和电解液封装在壳体与电池盖板组件形成的密封空间内；电池盖板组件上电极端子一端与极芯电连接，另一端伸出密封空间外作为电池电极。其中电极端子包括正负极端子，正负极端子可以直接与极芯的正负极片相连导出正负电流，例如，可以将正极端子与正极极片焊接，将负极端子与负极极片焊接。优选情况下，正极极片上还具有正极极耳，正极极耳与正极端子连接，因此，正极极片通过正极极耳与正极端子连接；负极极片上具有负极极耳，负极极耳与负极端子连接，因此，负极极片通过负极极耳与负极端子连接。正极极耳和负极极耳可以为各种导电材料，优选为铜、镍和铝中的一种或几种。优选情况下，正极极耳与正极端子相连接的部分为相同的材料，负极极耳与负极端子相连接的部分为相同的材料。电极端子与极耳以及极耳与极片的连接方式优选为焊接，例如超声波焊、冷压焊、激光焊、钎焊、闪光对焊、摩擦焊、电阻焊。正负极片的结构、极芯、壳体、电解液等已为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。

本发明优选壳体为两端开口的长方体形，两端开口通过两个电池盖板组件密封，分别作为电池的正极、负极，从电池的两侧引出，即电极端子从电池的两端引出电流。

本发明同样也提供一种使用上述单体电池的电池组，包括上述单体电池通过串联或并联组成，可以通过以不同的方式通过连接单体电池的电极端子来实现多个单体电池之间的串联或并联，例如串联可以为位于一端的单体电池的负极端子与相邻的单体电池的正极端子连接，或者位于一端的单体电池的正极端子与相邻的单体电池的负极端子连接，依次类推，两个相邻的单体电池的极性相反的一对电极端子焊接，从而得到的电池组的两端的两个单体电池各有一个电极端子未与其它电极端子连接，并且这两个电极端子的极性相反，作为电池组的正负极。电极端子间的连接可以为搭接、对接或翻边对接，可以通过贴合方式，优选情况下，再焊接。焊接可以为现有的各种焊接方法，例如冷压焊、超声波焊、激光焊、钎焊、闪光对焊、摩擦焊、电阻焊等，优选采用冷压焊。使用冷压焊仅需提供足够的静压力就可以实现可靠焊接，且焊接过程中被焊对象发热量小、无震动和无相对位移。

将多个单体电池连接之后，还可以按照现有的方法将电池组固定，例如，在相邻的单体电池之间设置散热结构，并使用紧固结构将连接后的单体电池固定在一起，防止单体电池之间发生位置移动。

本发明的电池及电池组的性能稳定，更能避免外界不可抗拒的因素对电池的性能的影响，保证了电池的正常使用，满足现有技术的发展需求，特别是提供了一种性能优良的能保证输出稳定性能及安全性能的汽车动力电池。

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。

Claims (14)

1.一种电池盖板组件的制备方法，其特征在于，包括：

在电极端子的表面设置密封层及先对电极端子需设置密封层的表面进行表面处理使其布有微孔结构；

将空心铆钉设置在盖板上，空心铆钉的中空部分与所述盖板的通孔相通；

将设有密封层的电极端子穿过空心铆钉的中空部分及保证电极端子上的密封层至少部分处于空心铆钉内；

在密封层与空心铆钉间注塑绝缘件。

2.根据权利要求1所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，在电极端子的表面设置密封层包括在经过表面处理的具有微孔结构的电极端子的表面涂覆密封层材料，加热至密封层材料熔融，烧结形成密封层。

3.根据权利要求2所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述涂覆密封层材料包括在经过表面处理的具有微孔结构的电极端子需要与所述盖板密封连接的部分的表面涂布低聚体高分子材料PPS。

4.根据权利要求3所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述涂布低聚体高分子材料PPS包括涂布低聚体高分子材料PPS的水溶液或NMP溶液。

5.根据权利要求1所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，制备方法还包括：

在密封层与空心铆钉间注塑绝缘件前，在空心铆钉的内表面上设置密封层及先对空心铆钉需设置密封层的面进行表面处理使其布有微孔结构。

6.根据权利要求1或5所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述微孔结构的微孔孔径为10nm～2μm，微孔孔深为20～2μm。

7.根据权利要求5所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，在空心铆钉的内表面上设置密封层包括在经过表面处理的具有微孔结构的空心铆钉的内表面涂覆密封层材料，加热至密封层材料熔融，烧结形成密封层。

8.根据权利要求7所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述涂覆密封层材料包括将经过表面处理的具有微孔结构的空心铆钉的内表面涂布低聚体高分子材料PPS。

9.根据权利要求8所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述涂布低聚体高分子材料PPS包括涂布低聚体高分子材料PPS的水溶液或NMP溶液。

10.根据权利要求2或7所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述密封层材料包括聚合物，所述聚合物选自全氟烷氧基共聚物、聚苯醚砜、聚苯硫醚、改性聚丙稀、三元乙丙橡胶、环氧树脂、酚醛改性环氧树脂、双组分环氧树脂胶或热熔胶中的一种或几种。

11.根据权利要求2至4、7至9中任意一项所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为320-390℃，时间为20-30分钟；

所述注塑的温度为340-390℃。

12.根据权利要求1至5、7至9中任意一项所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述电极端子的材料选自铜、铝、镍、金、银中的一种或几种；所述空心铆钉的材料选自铜、铝、镍、金、银中的一种或几种。

13.根据权利要求1至5、7至9中任意一项所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述表面处理包括表面刻蚀处理。

14.根据权利要求13所述的电池盖板组件的制备方法，其特征在于，所述表面刻蚀处理选自电化学刻蚀、酸碱刻蚀或氧化剂刻蚀中的一种或几种。