CN115173005A - 密封钉、电芯和电芯的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封钉、电芯和电芯的制造方法，密封钉包括头部、颈部和腰部，颈部连接在腰部与头部之间，且颈部的最大横截面尺寸小于腰部及头部的最大横截面尺寸，腰部用于封堵电芯的壳体上的注液孔，头部用于在腰部进入电芯的壳体内部后，与腰部分别位于壳体的壁的两侧，以使壳体中的气体能够通过颈部与注液孔的孔壁之间的空隙逸出至壳体外。本发明提供的密封钉能够实现在密封注液孔前通过腰部封堵注液孔避免氦气逸出的同时，保证在密封注液孔后，氦气能够经由腰部穿过注液孔到达密封件，以保证密封件与壳体之间存在缝隙、孔洞等缺陷时，能够通过氦检法顺利检测到氦气，进而提高电芯的使用安全性以及电池产品的产品良率。

Description

密封钉、电芯和电芯的制造方法

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体地，涉及一种密封钉、一种包括该密封钉的电芯和一种用于制造该电芯的制造方法。

背景技术

新能源汽车的崛起及清洁能源存储的快速发展为电化学储能打开了两个万亿级市场，锂离子电池的高能量密度、长循环寿命及低廉的成本受到了市场的极大的青睐。在锂离子电池储能系统中，核心部件的电芯性能直接决定储能系统的优劣。

如图1所示，锂离子电池的电芯通常包括壳体100以及放置在壳体内部的电极组件(图中未示出)及电解液，为避免电解液在电芯组装过程中泄漏，通常先将电极组件装入壳体100中，再向组装好的壳体内部注入电解液。

在锂离子电芯注液完成后，为避免电解液泄露，一般采用激光焊接密封件300的方式密封电芯壳体上的注液口，而如何快速高效地检测密封件300焊缝外观质量是否良好成为行业痛点。

具体地，为了检测壳体100的密封性，最常用的方式是通过人工目检焊缝外观或相机图像对比检测，但对于小的焊接针孔(直径≤0.2mm)仍存在无法识别或误判率高的问题，造成部分密封钉焊接不良电池流入市场。

如图2至图4所示为现有的电芯制造流程的示意图，为精确检测检测壳体100的密封性，行业引入氦检设备来检测密封钉焊接不良，即在注液完成后、密封件300焊接前向壳体100的内部充入氦气(即回氦工艺)，为防止氦气提前泄露，如图2至图3所示，回氦结束后在注液孔110中塞入密封胶钉20，以此保证最终氦检时铝壳内部存有氦气。然后向壳体100上焊接密封件300，以密封注液孔110。焊接完成后，若密封件300焊接处留有孔洞，则可通过抽真空氦检的方式检测出氦泄露，进而实现焊缝质量检测。

然而，由于此时注液孔110已被密封胶钉20封堵，壳体100内部的氦气无法顺利被抽出并被氦检机检测到，进而导致人工目检或相机图像对比误判的密封钉针孔等不良电芯无法被进一步检测，造成不良电池流出，致使电池漏液，存在严重的安全隐患。

因此，如何提供一种便于检测密封件焊缝质量的密封钉结构，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在提供一种密封钉、一种包括该密封钉的电芯和一种用于制造该电芯的制造方法，该密封钉能够提高电芯的使用安全性以及电池产品的产品良率。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种用于电芯的密封钉，所述密封钉包括头部、颈部和腰部，所述颈部连接在所述腰部与所述头部之间，且所述颈部的最大横截面尺寸小于所述腰部及所述头部的最大横截面尺寸，所述腰部用于封堵所述电芯的壳体上的注液孔，所述头部用于在所述腰部进入所述电芯的壳体内部后，与所述腰部分别位于所述壳体的壁的两侧，以使所述壳体中的气体能够通过所述颈部与所述注液孔的孔壁之间的空隙逸出至所述壳体外。

可选地，所述头部的横截面尺寸沿朝向所述腰部方向逐渐减小。

可选地，所述头部朝向所述腰部的表面形成为锥面。

可选地，所述头部朝向所述腰部的表面上形成有沿靠近及远离所述颈部的方向延伸的导气槽。

可选地，所述头部上具有多个沿轴向贯穿所述头部的导气孔。

可选地，所述头部上形成有多个沿轴向贯通的导气缺口。

可选地，所述腰部朝向所述头部的表面为平面。

可选地，所述腰部包括封堵段和过渡段，所述封堵段用于封堵所述电芯的壳体上的注液孔，所述过渡段连接在所述封堵段与所述颈部之间，且所述过渡段远离所述颈部的一端的横截面与所述封堵段的横截面对应，所述过渡段远离所述封堵段的一端的横截面与所述颈部的横截面对应。

可选地，所述腰部还包括导向段，所述导向段固定设置在所述封堵段远离所述颈部的一端，且所述导向段靠近所述封堵段的一端的横截面与所述封堵段的横截面对应，所述导向段的横截面尺寸沿远离所述封堵段方向逐渐减小。

作为本发明的第二个方面，提供一种电芯，所述电芯包括壳体、电极组件、密封钉和密封件，所述电极组件设置在所述壳体中，所述壳体内部还装有电解液，所述壳体上形成有注液孔，所述密封件固定设置在所述壳体的外壁上，且用于密封所述注液孔，其中，所述密封钉为前面所述的密封钉，所述密封钉的腰部位于所述壳体内部，所述密封钉的头部位于所述密封件与所述壳体之间，所述密封钉的腰部的横截面尺寸大于所述注液孔的横截面尺寸。

作为本发明的第三个方面，提供一种电芯的制造方法，所述电芯的制造方法包括：

向装载有电极组件的壳体的注液孔中注入电解液及氦气；

将前面所述的密封钉的腰部压入所述注液孔中，以使所述腰部封堵所述注液孔，且所述密封钉的颈部及头部位于所述壳体外部；

按压所述密封钉的头部，使所述腰部进入所述壳体内部，并将所述密封件安装在所述壳体上，使所述密封钉的头部位于所述密封件与所述壳体之间。

在本发明提供的电芯中，密封钉包括头部、颈部和腰部，其颈部的最大横截面尺寸小于腰部及头部的最大横截面尺寸，头部用于在腰部进入电芯的壳体中后，挂在壳体外侧，以避免头部落入电解液中影响电池反应，从而在不影响电池性能的前提下，实现在密封注液孔前通过腰部封堵注液孔避免氦气逸出的同时，保证在密封注液孔后，氦气能够经由腰部穿过注液孔到达密封件，以保证密封件与壳体之间存在缝隙、孔洞等缺陷时，能够通过氦检法顺利检测到氦气，进而提高电芯的使用安全性以及电池产品的产品良率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是一种现有的电芯的结构示意图；

图2至图4为现有的电芯制造流程的示意图；

图5是本发明一种实施例提供的密封钉的结构示意图；

图6是本发明另一实施例提供的密封钉的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的电芯中密封件的结构示意图；

图8至图11是本发明实施例提供的密封钉应用于电芯制造工艺的流程示意图。

附图标记说明：

100：壳体 110：注液孔

120：安装槽 130：防爆阀

200：密封钉 210：头部

220：颈部 230：腰部

231：封堵段 232：导向段

233：过渡段 300：密封件

310：避让槽 20：密封胶钉

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种用于电芯的密封钉200，如图5、图6所示，所述密封钉200包括头部210、颈部220和腰部230，所述颈部220连接在所述腰部230与所述头部210之间，且所述颈部220的最大横截面尺寸小于所述腰部230及所述头部210的最大横截面尺寸，所述腰部230用于封堵所述电芯的壳体100上的注液孔110，所述头部210用于在所述腰部230进入所述电芯的壳体100内部后，与所述腰部230分别位于所述壳体100的壁的两侧，以使所述壳体100中的气体能够通过所述颈部220与所述注液孔110的孔壁之间的空隙逸出至所述壳体100外。

本发明提供的密封钉200包括头部210、颈部220和腰部230，其颈部220的最大横截面尺寸小于腰部230及头部210的最大横截面尺寸，头部210用于在腰部230进入电芯的壳体100中后，挂在壳体100外侧，以避免头部210落入电解液中影响电池反应，从而在不影响电池性能的前提下，实现在(向壳体100上安装密封件300)密封注液孔110前通过腰部230封堵注液孔110避免氦气逸出的同时，保证在密封注液孔110后，氦气能够经由腰部230穿过注液孔110到达密封件300，以保证密封件300与壳体100之间存在缝隙、孔洞等缺陷时，能够通过氦检法顺利检测到氦气，进而提高电芯的使用安全性以及电池产品的产品良率。

具体地，如图8至图11所示为本发明提供的密封钉200应用于电芯制造工艺时的流程图。电芯完成组装后，先通过注液孔110将电解液注入壳体100中，再通过注液孔110将氦气回流入壳体100中；

然后，如图8至图9所示，将本发明提供的密封钉200的腰部230压入注液孔110中，以使腰部230封堵注液孔110，需要说明的是，密封钉200的材质为绝缘弹性材料(例如，橡胶)，且腰部230的横截面尺寸稍大于注液孔110，从而可通过弹性力保证腰部230与注液孔110的孔壁之间的密封性能。此时，腰部230封堵注液孔110以避免壳体100中的氦气在送往密封钉200安装工位(机台)前提前逸出；

最后，将密封件300按压在头部210上，以向下挤压密封钉200，使腰部230进入壳体100内部，并将密封件300安装在壳体100上。

由于头部210的尺寸大于注液孔110的孔径，密封钉200不会落入电解液中，并且，此时壳体100中的气体能够通过颈部220与注液孔110的孔壁之间的空隙逸出至壳体100外(在密封件300密封良好的情况下技能到达密封件300)，从而当密封件300与壳体100之间存在密封缺陷时(例如焊缝中存在孔洞或裂隙时)，壳体100中的气体(如氦气)能够顺利通过注液孔110被抽出进而被检测到。

一般地，如图1所示，注液孔110形成在电芯的壳体100的顶面上，图2至图11中的上下方向即为相应结构在正常使用场景中的上下方位。

为便于氦气通过注液孔110流出，作为本发明的一种优选实施方式，如图5、图6所示，所述头部210的横截面尺寸沿朝向所述腰部230方向逐渐减小，从而如图11所示，注液孔110的边缘仅与头部210的相应高度产生线接触，降低了氦气流出壳体100的阻力。

作为本发明的一种可选实施方式，注液孔110为圆形孔，密封钉200相应地可以为旋转体，(下文中均以贯穿头部210、颈部220和腰部230的几何中心的连线为所述密封钉200的轴线，以靠近或远离密封钉200轴线的方向为径向)。

例如，可选地，如图5、图6所示，所述头部210朝向所述腰部230的表面形成为锥面。

为进一步降低氦气流出壳体100的阻力，以便于氦气通过注液孔110流出，作为本发明的一种优选实施方式，所述头部210朝向所述腰部230的表面上形成有沿靠近及远离所述颈部220的方向延伸的导气槽。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述头部210上具有多个沿轴向贯穿所述头部210的导气孔，从而使氦气能够穿过该导气孔向上流动。

作为本发明的另一种优选实施方式，所述头部210上还可以形成有多个沿轴向贯通的导气缺口，从而使氦气能够穿过该导气缺口向上流动。

或者，在本发明的其他实施方式中，头部210可以形成为水平投影形状为“十”字形、“米”字型等放射状图案，以便氦气由该放射状图案的辐条之间穿过并向上流动。

作为本发明的一种可选实施方式，如图5所示，所述腰部230朝向所述头部210的表面为平面。

为便于将腰部230压入注液孔110中，作为本发明的一种优选实施方式，如图5所示，所述腰部230包括封堵段231和导向段232，所述封堵段231用于封堵所述电芯的壳体100上的注液孔110，所述导向段232固定设置在所述封堵段231远离所述颈部220的一端，且所述导向段232靠近所述封堵段231的一端的横截面与所述封堵段231的横截面对应，所述导向段232的横截面尺寸沿远离所述封堵段231方向逐渐减小。

即，在本发明实施例中，封堵段231用于封堵注液孔，而封堵段231的底端连接有直径向下逐渐减小的导向段232，从而使能够灵活进入注液孔110的导向段232对封堵段231进行导向，保证将封堵段231压入注液孔110中的流畅性。

作为本发明的另一种可选实施方式，所述腰部230朝向所述头部210的表面还可以为锥面。具体地，如图6所示，所述腰部230包括封堵段231和过渡段233，所述封堵段231用于封堵所述电芯的壳体100上的注液孔110，所述过渡段233连接在所述封堵段231与所述颈部220之间，且所述过渡段233远离所述颈部220的一端的横截面与所述封堵段231的横截面对应，所述过渡段233远离所述封堵段231的一端的横截面与所述颈部220的横截面对应。

在腰部230朝向所述头部210的表面为锥面的情况下，腰部230同样可以具有导向段232，即，如图6所示，所述腰部230还包括导向段232，所述导向段232固定设置在所述封堵段231远离所述颈部220的一端，且所述导向段232靠近所述封堵段231的一端的横截面与所述封堵段231的横截面对应，所述导向段232的横截面尺寸沿远离所述封堵段231方向逐渐减小。

作为本发明的第二个方面，提供一种电芯，所述电芯包括壳体100、电极组件、密封钉200和密封件300，所述电极组件设置在所述壳体100中，所述壳体100内部还装有电解液，所述壳体100上形成有注液孔110，所述密封件300固定设置在所述壳体100的外壁上，且用于密封所述注液孔110，所述密封钉200为本发明实施例提供的密封钉200，所述密封钉200的腰部230位于所述壳体100内部，所述密封钉200的头部210位于所述密封件300与所述壳体100之间，所述密封钉200的腰部230的横截面尺寸大于所述注液孔110的横截面尺寸。

在本发明提供的电芯中，密封钉200包括头部210、颈部220和腰部230，其颈部220的最大横截面尺寸小于腰部230及头部210的最大横截面尺寸，头部210用于在腰部230进入电芯的壳体100中后，挂在壳体100外侧，以避免头部210落入电解液中影响电池反应，从而在不影响电池性能的前提下，实现在密封注液孔110前通过腰部230封堵注液孔110避免氦气逸出的同时，保证在密封注液孔110后，氦气能够经由腰部230穿过注液孔110到达密封件300，以保证密封件300与壳体100之间存在缝隙、孔洞等缺陷时，能够通过氦检法顺利检测到氦气，进而提高电芯的使用安全性以及电池产品的产品良率。

可选地，如图7、图8、图10所示，壳体100的外壁上还形成有安装槽120，注液孔110由安装槽120的底部贯穿至壳体100的内壁，密封件300安装在安装槽120中，且安装槽120的侧壁具有第一锥面A，密封件300的侧面具有第二锥面B，第一锥面A与第二锥面B密封接触，以实现密封注液孔110。

可选地，壳体100以及安装槽120的材料为铝材(或铝合金材料)，安装槽120的第一锥面A与密封件300的第二锥面B焊接连接。例如，可通过激光焊接的方式熔为一体。

或者，在本发明的其他实施方式中，壳体100以及安装槽120也可以为塑料材质，通过热熔焊方式焊接为一体。

作为本发明的一种可选实施方式，如图7所示，密封件300的底部具有避让槽310，用于避让头部210，以避免密封件300过渡向下挤压头部210，使密封钉200落入电解液中。

作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，壳体100上还设置有防爆阀130，用于在壳体100内部压强超过预设阈值时打开，以避免电芯因压强过大而爆炸引发事故。

作为本发明的第三个方面，提供一种电芯的制造方法，所述电芯的制造方法包括：

步骤S1、向装载有电极组件的壳体100的注液孔110中注入电解液及氦气；

步骤S2、将本发明实施例提供的密封钉200的腰部230压入所述注液孔110中，以使所述腰部230封堵所述注液孔110，且所述密封钉200的颈部220及头部210位于所述壳体100外部；

步骤S3、按压所述密封钉200的头部210，使所述腰部230进入所述壳体100内部，并将所述密封件300安装在所述壳体100上，使所述密封钉200的头部210位于所述密封件300与所述壳体100之间。

在本发明提供的电芯的制造方法中，密封钉200包括头部210、颈部220和腰部230，其颈部220的最大横截面尺寸小于腰部230及头部210的最大横截面尺寸，头部210用于在腰部230进入电芯的壳体100中后，挂在壳体100外侧，以避免头部210落入电解液中影响电池反应，从而在不影响电池性能的前提下，实现在密封注液孔110前通过腰部230封堵注液孔110避免氦气逸出的同时，保证在密封注液孔110后，氦气能够经由腰部230穿过注液孔110到达密封件300，以保证密封件300与壳体100之间存在缝隙、孔洞等缺陷时，能够通过氦检法顺利检测到氦气，进而提高电芯的使用安全性以及电池产品的产品良率。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤S2中具体可通过打胶钉机构将密封钉200压入合适位置。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤S3中具体通过密封件300向下按压密封钉200的头部210，使腰部230进入所述壳体100内部。

作为本发明的一种可选实施方式，步骤S3中密封件300通过激光焊接的方式焊接在壳体100上。

作为本发明的一种可选实施方式，所述电芯的制造方法还包括在步骤S3后，将电芯放入氦检机中进行抽真空氦检，以排查出密封不良的电芯。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电芯的密封钉，其特征在于，所述密封钉包括头部、颈部和腰部，所述颈部连接在所述腰部与所述头部之间，且所述颈部的最大横截面尺寸小于所述腰部及所述头部的最大横截面尺寸，所述腰部用于封堵所述电芯的壳体上的注液孔，所述头部用于在所述腰部进入所述电芯的壳体内部后，与所述腰部分别位于所述壳体的壁的两侧，以使所述壳体中的气体能够通过所述颈部与所述注液孔的孔壁之间的空隙逸出至所述壳体外。

2.根据权利要求1所述的密封钉，其特征在于，所述头部的横截面尺寸沿朝向所述腰部方向逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的密封钉，其特征在于，所述头部朝向所述腰部的表面上形成有沿靠近及远离所述颈部的方向延伸的导气槽。

4.根据权利要求2所述的密封钉，其特征在于，所述头部上具有多个沿轴向贯穿所述头部的导气孔。

5.根据权利要求2所述的密封钉，其特征在于，所述头部上形成有多个沿轴向贯通的导气缺口。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的密封钉，其特征在于，所述腰部朝向所述头部的表面为平面。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的密封钉，其特征在于，所述腰部包括封堵段和过渡段，所述封堵段用于封堵所述电芯的壳体上的注液孔，所述过渡段连接在所述封堵段与所述颈部之间，且所述过渡段远离所述颈部的一端的横截面与所述封堵段的横截面对应，所述过渡段远离所述封堵段的一端的横截面与所述颈部的横截面对应。

8.根据权利要求7所述的密封钉，其特征在于，所述腰部还包括导向段，所述导向段固定设置在所述封堵段远离所述颈部的一端，且所述导向段靠近所述封堵段的一端的横截面与所述封堵段的横截面对应，所述导向段的横截面尺寸沿远离所述封堵段方向逐渐减小。

9.一种电芯，所述电芯包括壳体、电极组件、密封钉和密封件，所述电极组件设置在所述壳体中，所述壳体内部还装有电解液，所述壳体上形成有注液孔，所述密封件固定设置在所述壳体的外壁上，且用于密封所述注液孔，其特征在于，所述密封钉为权利要求1至8中任意一项所述的密封钉，所述密封钉的腰部位于所述壳体内部，所述密封钉的头部位于所述密封件与所述壳体之间，所述密封钉的腰部的横截面尺寸大于所述注液孔的横截面尺寸。

10.一种电芯的制造方法，其特征在于，所述电芯的制造方法包括：

向装载有电极组件的壳体的注液孔中注入电解液及氦气；

将权利要求1至8中任意一项所述的密封钉的腰部压入所述注液孔中，以使所述腰部封堵所述注液孔，且所述密封钉的颈部及头部位于所述壳体外部；

按压所述密封钉的头部，使所述腰部进入所述壳体内部，并将所述密封件安装在所述壳体上，使所述密封钉的头部位于所述密封件与所述壳体之间。

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