CN107359304A - 锂离子电池注液孔密封结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂离子电池注液孔密封结构,其包括顶盖板、密封圈和可焊接的密封钉;所述顶盖板上开设有直壁的注液孔;密封钉包括插入注液孔中的钉身和与顶盖板焊接连接的钉帽;密封圈固定于密封钉的钉身,并且位于顶盖板与密封钉之间。与现有技术相比,本发明锂离子电池注液孔密封结构通过将密封圈与密封钉组装成一体密封钉,实现了易于焊接、焊缝缺陷少、生产效率高和焊缝便于检测等优点。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池领域,尤其涉及一种锂离子电池注液孔密封结构。
背景技术
锂离子电池在二次注液后,为了保证壳体内的负压环境以防止外界气体和水分进入电芯内部,需要对注液孔进行密封。现有的密封过程为:利用橡胶钉进行初始密封,再通过人工清洗和激光清洗的方式去除残留在台阶形注液孔内部和周边的电解液,最后进行密封钉装配并对其进行激光焊接。为了检验激光焊接的焊缝是否存在缺陷,需要在橡胶钉密封前先向电池内注入一定量的氦气,激光焊接后再进行氦检。
但是,现有锂离子电池的注液孔密封结构和密封方法至少存在以下问题:
1)注液孔为台阶形结构,使得注液时残留在台阶孔内部的电解液擦拭困难,易于导致焊接爆点、气孔等缺陷;
2)注液孔必须设计成台阶孔用来放置橡胶钉,导致注液孔的直径相对较大,激光焊接周长也就较大,影响了生产效率;另外,对于小尺寸电池来说,还会使得注液孔边缘距离极柱和防爆阀较近,激光焊接时的热量和飞溅物会导致极柱和防爆阀上面的塑料变形、变色;
3)由于密封钉下方的橡胶钉具有很好的密封性,氦检时氦气无法从橡胶钉处通过,也就无法有效地对激光焊接处进行密封性检测,漏检的焊缝缺陷将导致电池在长期使用过程中具有安全风险。
有鉴于此,确有必要提供一种能够解决上述技术问题的锂离子电池注液孔密封结构。
发明内容
本发明的目的在于:提供一种易于焊接、焊缝缺陷少且便于检测的锂离子电池注液孔密封结构,以提高注液孔的密封质量,降低电池在长期使用过程中的安全风险。
为了实现上述目的,本发明提供了一种锂离子电池注液孔密封结构,其包括顶盖板、密封圈和可焊接的密封钉;所述顶盖板上开设有直壁的注液孔;密封钉包括插入注液孔中的钉身和与顶盖板焊接连接的钉帽;密封圈固定于密封钉的钉身,并且位于顶盖板与密封钉之间。
优选地,所述钉身的最大直径小于注液孔的直径,使二者之间存在装配间隙;密封圈具有热缩性,其安装时在密封钉的钉身与顶盖板的注液孔之间形成初始密封,并在密封钉焊接时受热收缩而与顶盖板分离,从而在密封圈与注液孔内壁之间形成氦气通道。
优选地,所述密封圈在受热收缩前,与密封钉和顶盖板均为过盈装配。
优选地,所述钉身的上部为柱体,下部为上大下小的倒椎台形结构。
优选地,所述密封钉在钉身的周壁上开设有环形的钉身槽口,密封圈为环形并卡入密封钉的钉身槽口。
优选地,所述钉身槽口的内角和外角均为倒角,形成槽口内倒角和槽口外倒角,以便于密封圈的装入。
优选地,所述钉帽上开设有用于消除焊接应力的应力释放槽,应力释放槽开设在钉帽下表面与钉身连接处和/或开设在钉帽顶部的中间位置。
优选地,所述钉帽为上小下大的锥台形结构,或是为边缘厚度小于中间部位厚度的台阶形柱体结构。
优选地,所述钉帽的厚度为1~1.5mm;钉帽为锥台形结构时,其周壁与钉帽下表面的夹角为10~30度;钉帽为台阶形柱体结构时,用于焊接的边缘的厚度为0.2~0.5mm。
优选地,所述顶盖板和密封钉的材质各自为不锈钢或铝合金,密封圈的材质为硅橡胶
与现有技术相比,本发明锂离子电池注液孔密封结构通过将密封圈与密封钉组装成一体密封钉,实现了易于焊接、焊缝缺陷少、生产效率高和焊缝便于检测等优点。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式,对本发明锂离子电池注液孔密封结构及其有益技术效果进行详细说明。
图1为本发明锂离子电池注液孔密封结构的第一实施方式的整体装配剖视示意图。
图2为图1中顶盖板的剖视示意图。
图3为图1中密封钉的剖视示意图。
图4为本发明锂离子电池注液孔密封结构的第二实施方式的整体装配剖视示意图。
图5为图4中密封钉的剖视示意图。
图6为本发明锂离子电池注液孔密封结构的第三实施方式的整体装配剖视示意图。
图7为图6中密封钉的剖视示意图。
图8为本发明锂离子电池注液孔密封结构的第四实施方式的整体装配剖视示意图。
图9为图8中密封钉的剖视示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白,以下结合附图和具体实施方式,对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是,本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明,并不是为了限定本发明。
请参阅图1至图3,本发明锂离子电池注液孔密封结构的第一实施方式包括顶盖板10、可焊接的密封钉20和具有热缩性的密封圈30。
顶盖板10的材质为不锈钢或铝合金,其上开设有直壁的注液孔12。
密封钉20包括用于插入注液孔12中的钉身24和用于与顶盖板10焊接连接的钉帽22。密封钉20的材质为可焊接材质,优选为不锈钢或铝合金。
钉身24的上部为柱体26,柱体26上开设有环形的钉身槽口260,钉身槽口260用于固定密封圈30。钉身槽口260的截面为矩形,其两个内角和两个外角均为倒角,形成槽口内倒角262和槽口外倒角264,以便于密封圈30的装入。钉身24的下部为上大下小的倒椎台形结构28,其作用一是便于密封钉20的装配定位,二是对密封圈30的脱落起到防护作用。钉身24的最大直径小于注液孔12的直径,确保二者之间具有一定的装配间隙,以便为后续的氦检留出氦气通道。
钉帽22为上小下大的锥台形结构,即周壁220具有一定的倾斜度。钉帽22的锥台厚度为1~1.5mm,周壁220与钉帽下表面222的夹角为10~30度。这样做的原因是:钉帽22的中间部分为施压部,需要较大的厚度,而边缘处为焊接部,厚度不宜太大,否则难以焊透,达不到紧密连接效果。另外,倾斜的周壁220也可以保证焊接位置不会因外力直接作用而导致变形或者带来异物。
钉帽22在其下表面222与钉身24的连接处开设有用于消除焊接应力的环形槽224。环形槽224的截面为半圆形,其圆心位于钉帽下表面222的延长线上,直径为钉帽22最大直径的1/25~1/20。设置环形槽224的原因是:在密封钉20的焊接过程中,由于焊缝需要经过熔化和凝固过程,焊缝金属会受热膨胀和冷却收缩,导致应力的产生,设置环形槽224可以有效地释放焊接应力,从而防止密封钉20产生裂纹。环形槽224的尺寸太小将不足以充分释放焊接应力,太大的话又会影响到焊接,因此需要对其大小进行限定。当然,环形槽224的截面也可以为拱形、半椭圆形等其他合适的形状,其开口也应位于钉帽下表面222的延长线上,开口宽度为钉帽22最大直径的1/25~1/20。
密封圈30为环形的橡胶圈,截面为圆形(在图1中不是圆形是因为装配后受压变形的缘故),其材质为具有热缩性的耐电解液材料,如硅橡胶。密封圈30安装前的环口内径小于密封钉20的钉身槽口260的直径,环口外径大于顶盖板10的注液孔12的直径,也就是说,密封圈30在受热收缩前,与密封钉20和顶盖板10均为过盈装配。
上述锂离子电池注液孔密封结构的装配方法为:
1)将密封圈30卡入密封钉20的钉身槽口260中,使得密封圈30和密封钉20连接为一体密封钉;
2)将一体密封钉压入顶盖板10的注液孔12中,密封圈30与注液孔12的内壁紧密贴合,实现初始密封;密封钉20的钉身24与注液孔12的内壁件保持一定装配间隙;
3)检查装配间隙,利用激光焊接对密封钉20的钉帽22周边进行缝焊,达到密封效果。
请参阅图4和图5,本发明锂离子电池注液孔密封结构的第二实施方式与第一实施方式基本相同,二者的区别仅在于:密封钉20a的钉帽22a并非锥台形结构,而是台阶形柱体结构,即将柱状的钉帽22a的焊接边缘226a切薄,使其厚度为0.2~0.5mm,如此,利用低能量激光焊接便可以实现密封钉20a与顶盖板10的可靠连接。
请参阅图6和图7,本发明锂离子电池注液孔密封结构的第三实施方式与第一实施方式基本相同,二者的区别仅在于:密封钉20b的钉帽22b的应力释放槽并非设于下表面的环形槽,而是设于钉帽22b顶部中间位置的凹槽224b,凹槽224b的深度为钉帽22b厚度的1/2~1。
请参阅图8和图9,本发明锂离子电池注液孔密封结构的第四实施方式与第一实施方式的区别在于:1)密封钉20c的钉帽22c并非锥台形结构,而是台阶形柱体结构,即将柱状的钉帽22c的焊接边缘226c切薄,使其厚度为0.2~0.5mm,如此,利用低能量激光焊接便可以实现密封钉20c与顶盖板10的可靠连接;2)密封钉20c的钉帽22c的应力释放槽并非设于下表面的环形槽,而是设于钉帽22c顶部中间位置的凹槽224c,凹槽224c的深度为钉帽22c厚度的1/2~1。
通过以上描述可知,本发明锂离子电池注液孔密封结构至少具有以下优点:
1)顶盖板10的注液孔12为直壁孔,表面不易残留电解液,且残留的电解液容易清洗,能够有效减少焊接缺陷;
2)密封圈30不再安装于注液孔12中,因此注液孔12的直径变小,既能够提高焊接的生产效率,又能够避免飞溅物对极柱和防爆阀的损伤;
3)密封圈30与顶盖板10的注液孔12紧密配合,具有一定的初始密封性,能够很好的替代原有橡胶钉,保证电池壳体内部的负压环境;
4)密封钉焊接过程中,焊接热量会在保证密封圈30不被熔化的同时,使其受热自动收缩而与顶盖板10分离,在密封圈30与注液孔12内壁之间形成氦气通道,加之密封钉与注液孔12为间隙配合,氦气就能够直达焊缝位置来对激光焊接的密封性进行检测,从而有效解决初始密封导致的漏检问题;
5)钉帽的边缘厚度较小,易于焊透且焊缝一致性好;
6)在钉帽上开设环形槽或者凹槽作为应力释放槽,应力释放槽能够有效地释放焊接时产生的应力,防止密封钉20产生裂纹。
根据上述原理,本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此,本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式,对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外,尽管本说明书中使用了一些特定的术语,但这些术语只是为了方便说明,并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种锂离子电池注液孔密封结构,包括顶盖板、密封圈和可焊接的密封钉;其特征在于:所述顶盖板上开设有直壁的注液孔;密封钉包括插入注液孔中的钉身和与顶盖板焊接连接的钉帽;密封圈固定于密封钉的钉身,并且位于顶盖板与密封钉之间。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述钉身的最大直径小于注液孔的直径,使二者之间存在装配间隙;密封圈具有热缩性,其安装时在密封钉的钉身与顶盖板的注液孔之间形成初始密封,并在密封钉焊接时受热收缩而与顶盖板分离,从而在密封圈与注液孔内壁之间形成氦气通道。
3.根据权利要求2所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述密封圈在受热收缩前,与密封钉和顶盖板均为过盈装配。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述钉身的上部为柱体,下部为上大下小的倒椎台形结构。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述密封钉在钉身的周壁上开设有环形的钉身槽口,密封圈为环形并卡入密封钉的钉身槽口。
6.根据权利要求5所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述钉身槽口的内角和外角均为倒角,形成槽口内倒角和槽口外倒角,以便于密封圈的装入。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述钉帽上开设有用于消除焊接应力的应力释放槽,应力释放槽开设在钉帽下表面与钉身连接处和/或开设在钉帽顶部的中间位置。
8.根据权利要求1所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述钉帽为上小下大的锥台形结构,或是为边缘厚度小于中间部位厚度的台阶形柱体结构。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述钉帽的厚度为1~1.5mm;钉帽为锥台形结构时,其周壁与钉帽下表面的夹角为10~30度;钉帽为台阶形柱体结构时,用于焊接的边缘的厚度为0.2~0.5mm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的锂离子电池注液孔密封结构,其特征在于:所述顶盖板和密封钉的材质各自为不锈钢或铝合金,密封圈的材质为硅橡胶。
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