CN113328180A - 圆柱型锂电池的封口结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，包括如下步骤：对筒状的钢壳进行环形刻槽加工形成搁置部；将下密封圈从钢壳的开口端放入钢壳内；将封口体放置到下密封圈的第一横向段和第二竖向段围合的凹槽内，将上密封圈嵌入到封口体和钢壳之间，用包边设备对钢壳的开口部进行折弯卷曲形成卷边，钢壳的卷边压持在所述的第一横向段上，优点是避免了一个密封圈受两种氧化机制同时作用，从而减慢了其老化速度，并且密封圈折弯导致机械损伤，也没有折弯所产生的内应力，使得密封圈的使用寿命更长。

Description

圆柱型锂电池的封口结构的制作方法

技术领域

本发明涉及一种电池领域，尤其是涉及一种圆柱型锂电池的封口结构的制作方法。

背景技术

圆柱型锂电池，具有容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学稳定性能、使用中安全、工作温度范围宽、对环境友好等优点，因而得到了日益广泛的应用。

一般而言，圆柱形锂离子电池包括电池壳体、收容于电池壳体内的活性物、灌注于电池壳体内的电解液，安装于电池壳体上的封口体以及介于封口体和电池壳体之间密封圈。

申请号为CN102034939A、CN106972190A和授权公告号CN204497282U、CN101262050A、CN105226209A的专利文献均公开了如图1所示的，封口结构的锂电池，封口结构包括由钢帽、内环和防爆片等组成的封口组件100，封口组件100被套装一个中空的密封圈200内，密封圈200外侧被钢壳300紧紧挤压，并且，封口时，电池钢壳300的开口端向内弯折，从而将密封圈200的竖向部201压持在钢壳的卷边和钢帽之间，从而将封口组件密封地安装在钢壳口部，实现电池的密封。

在这些专利文献中，密封圈200的下段部202和电池内部接触，不可避免会接触到电解液，在长时间储存和使用过程中，电解液容易腐蚀密封圈，从而加速密封圈老化，失去密封效果，电解液会和空气接触，造成电池失效；并且封口过程中，密封圈的竖向部收力折曲而紧贴在钢壳的卷边和钢帽的上表面之间，这样密封圈受到很大的向下以及向内的挤压力，密封圈容易受力损伤而影响其强度，从而降低电池的封口性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构稳定，防漏性能优良的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤一、对筒状的钢壳靠近开口端的上段部进行环形刻槽加工，以在刻槽位置向内挤压形成搁置部；

步骤二、将下密封圈从钢壳的开口端放入钢壳内，所述的下密封圈包括第一竖向段和自第一竖向段的上端径向向内延伸的第一横向段，所述的第二横向段搁置在搁置部上，所述的第二竖向段紧贴钢壳的内侧壁；

步骤三、将封口体放置到下密封圈的第一横向段和第二竖向段围合的凹槽内，封口体的周侧壁下部分紧贴第二竖向段的内壁，封口体周侧壁的上部分与钢壳之间形成一间隙；

步骤四、将上密封圈嵌入到封口体和钢壳之间，所述的上密封圈包括第二竖向段和自第二竖向段的下端径向向内延伸的第二横向段，所述的第一竖向段插入到所述的间隙中，所述的第一横向段压持在所述的封口体的上表面；

步骤五、用包边设备对钢壳的开口部进行折弯卷曲形成卷边，钢壳的卷边压持在所述的第一横向段上。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：步骤五中卷边向下作用上密封圈而使第一横向段受卷边和封口体挤压变形，且封口体受力下压下密封圈而使下第二横向段受搁置部和封口体挤压变形。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：步骤一中所述的搁置部呈上下对称结构，且对称轴离钢壳口部的高度为9-13毫米。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：步骤五中卷边的长度为1.2—2.5毫米。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：钢壳环形刻槽形成搁置部以上的封口区，所述的封口区的内腔呈上大下小的喇叭状，所述的下密封圈的第二竖向段的下端直径小于上端直径。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：在电池完成步骤五后，通过径向压缩将钢壳的封口区整形到与钢壳的电芯区酮体相同的直径。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：上密封圈和下密封圈的外径与钢壳的内径相当，从而使上下密封圈都对钢壳和封口体实现径向密封。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的钢壳的搁置部包括上倾斜面、下倾斜面以及两者之间的圆弧过渡面，所述的上倾斜面和圆弧过渡面支撑在所述的下密封圈的第二横向段的下方。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：所述的下密封圈的第二横向段的下表面包括与所述的钢壳的上倾斜面配合的倾斜段和与圆弧过渡面配合的圆弧段。

本发明解决上述技术问题所采用的进一步优选的技术方案为：径向方向上所述的第一横向段的外沿超出所述的钢壳的卷边的边沿。

与现有技术相比，本发明的优点是在于设置在封口体和钢壳之间密封通过依次放入的上密封圈和下密封圈实现，这样一来，下密封圈与电解液接触，上密封圈外露与空气接触，避免了密封圈受两种氧化机制同时作用，从而减慢了其老化速度，提高了密封圈的使用寿命，使得封口长期保持良好的密封效果。

并且，上密封圈预制为第一竖向段和第一横向段，使其初始就呈现包裹封口体的形状，而无需随钢壳卷边同时变形，这样就避免了密封圈折弯导致机械损伤，也没有折弯所产生的内应力，使得密封圈的使用寿命更长。

另外，当电池内部气体量过大，比如在高温环境下，会导致密封圈上浮，下密封圈在上浮的过程中，会受到上密封圈向下作用的力，密封效果比单一密封圈的密封效果更好。

附图说明

以下将结合附图和优选实施例来对本发明进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本发明范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。

图1为本发明的背景技术中的圆柱型锂电池的封口结构的示意图；

图2为本发明的实施例一的圆柱型锂电池的密封组件的示意图；

图3为本发明的实施例一的圆柱型锂电池的上密封圈的示意图；

图4为本发明的实施例一的圆柱型锂电池的下密封圈的示意图；

图5为本发明的实施例一的图3的M处的局部放大示意图；

图6为本发明的实施例一的圆柱型锂电池的封口体的示意图；

图7为本发明的实施例一的封口作业步骤二的过程示意图；

图8为本发明的实施例一的封口作业步骤三的过程示意图；

图9为本发明的实施例一的封口作业步骤四的过程示意图；

图10为本发明的实施例一的封口作业步骤五后的封口结构示意图；

图11为本发明的实施例一的图10的N处的局部放大示意图。

具体实施方式

以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。

应注意到：相似的标号在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中可能不再对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种圆柱型锂电池，其包括筒状的钢壳，位于钢壳内的电芯、封口体以及密封组件。封口体通过密封组件与钢壳实现封口形成一密闭空间。电芯安装在密闭空间区域，电解液则可在密闭空间中任意流动。

如图10、11所示，本实施例提供了一种圆柱型锂电池的封口结构，封口结构由筒状的钢壳1、封口体2以及夹设于钢壳1和封口体2之间的密封圈组件相互连接形成。

钢壳1靠近开口端的上段部设有环状的搁置部11，该搁置部11将钢壳1分为下侧的电芯区A和上侧的封口区B，封口体2通过密封组件装配在封口区B的内腔中。

结合图2-4、10、11所示，密封圈组件包括上密封圈3和下密封圈4，封口体2的环形的外沿部21被夹在上密封圈3和下密封圈4之间。

如图10、11所示，下密封圈4搁置在钢壳1的环状的搁置部11上，而上密封圈3被钢壳1的开口端在封口时向内折弯形成的横向的卷边12所压持。

具体地，如图3、4所示，上密封圈3包括第一竖向段31和自第一竖向段31的上端径向向内延伸的第一横向段32，第一竖向段31和第一横向段32围合形成第一凹槽；下密封圈4包括第二竖向段41和自第二竖向段41的下端径向向内延伸的第二横向段42，第二竖向段41和第二横向段42围合形成第二凹槽。

如图10、11所示，封口后，封口体2位于第一凹槽和第二凹槽内，第一竖向段31和第二竖向段41夹设在封口体2的外周壁与钢壳1的内侧壁之间，第一横向段32夹持在封口体2的上表面和钢壳1的卷边12之间，第二横向段42夹设在所述的封口体2的下表面和搁置部11之间。

此处应当说明的是上密封圈3的第一竖向段31和第一横向段32注塑形成大致为90度的夹角，而非由受钢壳1卷边12牵连而折弯形成。

在本实施例中，下密封圈4位于钢壳1的搁置部11处起到支撑封口体2和预密封的作用，而且其伸入密闭空间内与密闭空间内的电解液接触。上密封圈3位于封口体2的上部，包裹封口体2的外沿部，起到加固密封作用。

在传统的封口结构中，钢壳和封口体之间仅设一个密封圈，密封圈包括横向段和竖向段，封口体位于横向段和竖向段围合形成的凹槽内，横向段位于钢壳的搁置部处，竖向段的上段部在钢壳卷边时一同发生弯折而压持在封口体上，从而实现密封。

因传统的密封圈是一个整体，因此至少存在以下几个缺点：

第一，因为密封圈下段部浸润在电解液中，电解液通过密封圈的内部结构而影响整个密封圈，且密封圈的上段部又外露与空气接触，使整个密封圈处于化学老化和热养老化的双重夹击中，老化速度较快，容易导致封口结构改变，使得电池因封口不良而漏液。

第二，密封圈对封口体上方的包覆依靠外力折弯形成，因此密封圈不仅承受外应力而容易损伤，而且在折弯后产生较大的内应力，而使电池成型后密封圈始终处于较大的内应力中而发生应力老化，而应力老化的影响是所有老化机制中最为严重的。

第三，当密封圈上段折弯变形时，支撑在搁置部和封口体之间的密封圈下段部受牵连而发生机械损伤，尤其是密封圈处于搁置部11上的那部分受到横向和纵向的作用力，而使密封圈倾斜变形，因而破坏电池的密封效果。

而在本实施例中，设置在封口体2和钢壳1之间的是由上下两个密封圈组成的密封组件。这样一来，下密封圈4与电解液接触，上密封圈3外露与空气接触，避免了密封圈受两种氧化机制同时作用，从而减慢了其老化速度，提高了密封圈的使用寿命，使得封口长期保持良好的密封效果。

并且，上密封圈3预制为第一竖向段31和第一横向段32，使其初始就呈现包裹封口体2的形状，而无需随钢壳1卷边12同时变形，这样就避免了密封圈折弯导致机械损伤，也没有折弯所产生的内应力，使得密封圈的使用寿命更长。

再则，封口时，卷边12向下作用上密封圈3，从而使上密封圈3紧紧贴合钢壳1卷边12和封口体2上表面，而封口体2受力下压作用下密封圈4从而使下密封圈4紧紧贴合钢壳1卷边12和封口体2下表面。可见下密封圈4在此过程中基本仅受纵向作用力，不容易发生扭转变形，不易相对钢壳1发生倾斜，因而也提高了电池的密封性能。

其次，当电池内部气压逐渐变大时，下密封圈4受力后，会受到上密封圈3的阻力，起到两次的密封的作用，二者的配合让电池更加不易漏液。

如图10、11所示，优选的，上密封圈3和下密封圈4的外径与钢壳1的内径相当，也就是上密封圈3和下密封圈4的外径略大于或略小于钢壳1的内径，两者差值不超过0.1毫米，从而使上下密封圈4都对钢壳1和封口体2实现径向密封，提高电池的防漏性能。

作为可选的实施方式，上密封圈3的第一竖向段31的下端与下密封圈4的第二竖向段41的上端可以相接壤或相互间隔一段距离。若相互接壤，下密封圈4对上密封圈3起到支撑作用，有利于两个密封圈的配合；而若两者想个一段距离，则可以减少两个密封圈之间相互力的作用，避免两者的相互干扰。作为优选的，如图10、11所示，本实施例中上密封圈3的第一竖向段31的下端与下密封圈4的第二竖向段41的上端相接壤。

如图5、11所示，径向方向上所述的第一横向段32的外沿32a超出钢壳1的卷边12的边沿f。从而将钢壳1和封口体2更为有效地隔离开来实现绝缘，避免钢壳1卷边12接触封口体2而发生电池短路，提高了电池的安全性。

如图5所示，优选地，纵向高度上所述的上密封圈3的第一横向段32的外沿32a的上表面高于与第一竖向段31连接的内端32b的上表面，并且所述的第一横向段32的厚度从内端到外沿逐渐变厚进一步优选地，纵向高度上上密封圈3的第一横向段32的外沿32a的下表面底于与第一竖向段31连接的内端32b的下表面，并且所述的第一横向段32的厚度从内端到外沿逐渐变厚。也就是说上密封圈3的第一横向段32的上下表面都为一个倾斜面，这样使得第一横向段32外沿的厚度大于内端，这样增加了上密封圈3靠近钢壳1卷边12外缘的挤压量，从而提高了电池的密封性。

优选地，上密封圈3和下密封圈4的竖向段的内外径基本保持一致，第一竖向段31的厚度与第二竖向段41的厚度基本一致，这样就使得上下密封圈4的竖向段的挤压量相同，使得封口体2的外周壁受力均匀，封口体2不容易出现扭转倾斜等情况。上密封圈3和下密封圈4的竖向段均为0.4mm～0.6mm，利于密封圈注塑加工，使密封圈尺寸更加稳定。

优选地，钢壳1的搁置部11由环形刻槽加工形成，当刻线轮从外挤压钢壳1壁时，刻线轮作用的钢壳1壁部分向内凹进，从而钢壳1内壁形成环状凸起的搁置部11。如图7所示，钢壳1的搁置部11包括上倾斜面11a、下倾斜面11b以及两者之间的圆弧过渡面11c。上倾斜面从外到内从上往下倾斜，下倾斜面呈现与上斜面相反的相反状态。优选地，钢壳1的上倾斜面和圆弧过渡面支撑在下密封圈4的第二横向段42的下方，提高密封圈与钢壳1的结合强度。

如图7所示，下密封圈4的第二横向段42的下表面包括与钢壳1的上倾斜面11a配合的倾斜段42a，所述的倾斜段42a自第二竖向段41的下边缘向内向下倾斜。而且，下密封圈4的第二横向段42的下表面包括与钢壳1的圆弧过渡面11c配合的圆弧段42b，圆弧段42b位于所述的倾斜段42a的下方。通过倾斜段和圆弧段的设置，使得下密封圈4的第二横向段42和钢壳1的搁置部11之间的贴合更加紧密，从而提高了下密封圈4对封口体2和钢壳1的密封效果，提高电池的防漏性能。

作为可选方式，上密封圈3和下密封圈4可采用相同或不同的材料制成，本实施例中上密封圈3和下密封圈4采用相同的材料制成，其可采用具有一定弹性的高分子材料注塑制成，比如聚丙烯、尼龙。

如图6、11所示，优选地，封口体2包括上盖21和下盖22，上盖21包括环状的下壁21a和中间的凸起的顶壁21b，下盖22包括底壁22a和自底壁22a外边缘向上延伸且向内弯折的包边22b。包边22b包括连接底壁22a呈大致90度向上延伸的周侧段t和自周侧段的上端径向向内延伸的折弯段y，周侧段、折弯段及底壁22a围合形成一容置槽。上盖21以下壁21a在下顶壁21b在上的方向嵌合在下盖22的包边22b内，且上盖21的下壁21a伸入到下盖22的容置槽内，下盖22的包边22b将下壁21a包裹起来。折弯段y覆盖在上盖21的下壁21a的上方，周侧段t包裹上盖21的下壁21a的侧部。

进一步优选地，容置槽内还设有一封口体密封圈P，该封口体密封圈P用来密封上盖21和下盖22之间的间隙。

如图11所示，第一竖向段31和第二竖向段41夹设在下盖的包边22b的周侧段与钢壳1的内侧壁之间，第一横向段32夹持在下盖的包边22b的折弯段和钢壳1的卷边12之间，第二横向段42夹设在所述的下盖的底壁22a和搁置部11之间。

优选地，如图所示，径向方向上所述的第一横向段32的外沿32a超出下盖22的包边22b的边沿e。从而将钢壳1和封口体2更为有效地隔离开来实现绝缘，避免钢壳1卷边12接触封口体2而发生电池短路，提高了电池的安全性。

结合实际生产过程，上述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法包括如下具体步骤：

步骤一、对筒状的钢壳1靠近开口端的上段部进行环形刻槽加工，以在刻槽位置向内挤压形成搁置部11，以搁置部11为界，钢壳1被分为电芯区A和封口区B。

步骤二、如图7所示，将下密封圈4从钢壳1的开口端挤压到钢壳1的封口区B内，下密封圈4的第二凹槽向上，下密封圈4的第二横向段42搁置在搁置部11上，所述的下密封圈4的第二竖向段41紧贴所述的筒状的钢壳1的内侧壁。

步骤三、如图8所示，将封口体2从钢壳1的开口端放置到下密封圈4的第一凹槽内，并封口体2的下表面搁置在第二横向段42的上方，封口体2的周侧壁下部分紧贴下密封圈4的第二竖向段41的内壁，封口体2周侧壁的上部分与钢壳1之间形成一间隙K。

步骤四、如图9所示，将上密封圈3按第一凹槽朝下的方向嵌入到封口体2和筒状的钢壳1之间，密封圈的第一竖向段31插入到所述的封口体2的上部分和钢壳1之间的间隙K中，上密封圈3的第一横向段32压持在封口体2的上表面。

步骤五、如图10所示，用包边22b设备对钢壳1的开口部进行折弯卷曲封口，钢壳1的卷边12压持在上密封圈3的第一横向段32上。

优选地，在钢壳1环形刻槽时，钢壳1的封口区B呈现喇叭状，相应的下密封圈4的第二竖向段41呈喇叭口状，第二竖向段41的下端直径小于第二竖向段41的上端直径。这样，下密封圈4的小直径部分先顺利进入钢壳1内部，起到导引作用；随着密封圈插入深度的增加，密封圈与钢壳1的压缩量渐渐增大。

此外，上密封圈3的第一竖向段31也呈现下端直径小于上端直径的形状，以便于上密封圈3的装配。

更一步优选地，在电池完成第五步卷边12封口后，通过径向压缩将钢壳的封口区整形到与钢壳的电芯区酮体相同的直径，从而完成电池的制作。

优选的，步骤一中所述的搁置部呈上下对称结构，且对称轴离钢壳口部的高度为9-13毫米，从而提供足够的空间封装密封组件和封口体。

进一步优选地步骤五中卷边的长度为1.2—2.5毫米，以在保证封口强度的同时，避免卷边直接接触封口体而发生短路。

以上对本发明所提供的圆柱型锂电池的封口结构及圆柱型锂电池进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一、对筒状的钢壳靠近开口端的上段部进行环形刻槽加工，以在刻槽位置向内挤压形成搁置部；

步骤二、将下密封圈从钢壳的开口端放入钢壳内，所述的下密封圈包括第一竖向段和自第一竖向段的上端径向向内延伸的第一横向段，所述的第二横向段搁置在搁置部上，所述的第二竖向段紧贴钢壳的内侧壁；

步骤三、将封口体放置到下密封圈的第一横向段和第二竖向段围合的凹槽内，封口体的周侧壁下部分紧贴第二竖向段的内壁，封口体周侧壁的上部分与钢壳之间形成一间隙；

步骤四、将上密封圈嵌入到封口体和钢壳之间，所述的上密封圈包括第二竖向段和自第二竖向段的下端径向向内延伸的第二横向段，所述的第一竖向段插入到所述的间隙中，所述的第一横向段压持在所述的封口体的上表面；

步骤五、用包边设备对钢壳的开口部进行折弯卷曲形成卷边，钢壳的卷边压持在所述的第一横向段上。

2.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于步骤五中卷边向下作用上密封圈而使第一横向段受卷边和封口体挤压变形，且封口体受力下压下密封圈而使下第二横向段受搁置部和封口体挤压变形。

3.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于步骤一中所述的搁置部呈上下对称结构，且对称轴离钢壳口部的高度为9-13毫米。

4.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于步骤五中卷边的长度为1.2—2.5毫米。

5.根据权利要求3所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于钢壳环形刻槽形成搁置部以上的封口区，所述的封口区的内腔呈上大下小的喇叭状，所述的下密封圈的第二竖向段的下端直径小于上端直径。

6.根据权利要求5所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于在电池完成步骤五后，通过径向压缩将钢壳的封口区整形到与钢壳的电芯区酮体相同的直径。

7.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于上密封圈和下密封圈的外径与钢壳的内径相当，从而使上下密封圈都对钢壳和封口体实现径向密封。

8.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于所述的钢壳的搁置部包括上倾斜面、下倾斜面以及两者之间的圆弧过渡面，所述的上倾斜面和圆弧过渡面支撑在所述的下密封圈的第二横向段的下方。

9.根据权利要求8所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于所述的下密封圈的第二横向段的下表面包括与所述的钢壳的上倾斜面配合的倾斜段和与圆弧过渡面配合的圆弧段。

10.根据权利要求1所述的圆柱型锂电池的封口结构的制作方法，其特征在于径向方向上所述的第一横向段的外沿超出所述的钢壳的卷边的边沿。

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