CN115224404B - 一种电池、复合外壳及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属壳体电池生产制造的技术领域，具体涉及一种电池、复合外壳及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将开设有第一连通孔的外壳、开设有第二连通孔的绝缘件以及极柱依次堆叠，并使第一连通孔与第二连通孔同轴心，形成装配组件，其中，外壳包括壳体或盖体；将装配组件通过层叠热压的方式复合，得到一次热压外壳；将一次热压外壳经过软性导热封头热压，得到二次热压外壳；将二次热压外壳放置在高频加热装置，对二次热压外壳进行高频加热，得到复合外壳。通过将装配组件依次经过层叠热压、经过软性导热封头热压、经过高频加热装置加热，从而保证绝缘件、外壳与极柱的封装一致性，避免溢胶的产生，增加了复合外壳的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于金属壳体电池生产制造的技术领域，具体涉及一种电池、复合外壳及其制备方法。
背景技术
金属外壳电池的结构为电池盖板+电池壳体。常见的装配方式是机械铆接，机械铆接是将极柱铆接式安装于电池的盖板或壳体中，即通过极柱和绝缘件以及盖板或壳体组装，形成复合盖板或复合壳体。缺点是铆接的盖板或壳体占用空间较多，影响电池的装配空间，降低了能量密度，同时铆接的盖板或壳体由于受到机械铆接，当受力不稳定时，容易出现电池漏液的现象。
为了减少铆接的盖板或壳体占用空间较多，可以使用热复合的装配方式，热复合主要为接触式加热，通过层叠热压的方式将盖板或壳体与绝缘件及极柱复合，但是不同金属(和/或不同面积)和绝缘件复合附着力存在一致性问题，同时金属与绝缘件复合，绝缘材料溢胶的控制无法满足工艺要求。
发明内容
本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，提供一种复合外壳的制备方法，提升复合外壳的封装性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明公开了一种复合外壳的制备方法，包括以下步骤：
将开设有第一连通孔的外壳、开设有第二连通孔的绝缘件以及极柱依次堆叠，并使第一连通孔与第二连通孔同轴心，形成装配组件，其中，外壳包括壳体或盖体；
将装配组件通过层叠热压的方式复合，得到一次热压外壳；
将一次热压外壳经过软性导热封头热压，得到二次热压外壳；
将二次热压外壳放置在高频加热装置，对二次热压外壳进行高频加热，得到复合外壳。
相对于现有技术，本发明至少存在以下有益效果：通过采用上述方案，将装配组件通过层叠热压的方式复合可以去除绝缘件的气泡，同时将外壳、绝缘件与极柱固定连接，使装配组件固定成型得到一次热压外壳。将一次热压外壳经过软性导热封头热压，进行整体加热，保证绝缘件与金属部件的紧密配合，减少金属部件在加热过程中的移动，还可以保证熔融的绝缘件粘到封头上，从而保证外壳、绝缘件与极柱的封装一致性，避免出现溢胶。将二次热压外壳放置在高频加热装置，对二次热压外壳进行高频加热，主要对外壳进行加热，利用外壳自身快速加热到绝缘件的熔点温度，使外壳各个区域加热均匀，保证了绝缘件和外壳各个区域的热复合附着力一致，从而增加了复合外壳的使用寿命。
进一步的，步骤S1中还包括加强件，加强件设置于绝缘件背离壳体或盖体的一面。
进一步的，在步骤S1前还包括对外壳和极柱进行表面处理，或对外壳、极柱和加强件进行表面处理。
进一步的，表面处理包括浸泡、清洗、烘烤、电镀中的至少一种。
进一步的，步骤S2中包括采用软质上封头和硬质下封头对装配组件进行直接接触式热压，且软质上封头与硬质下封头之间设置有限位柱，层叠热压对装配组件施加的压强范围为0.1～0.5mpa，热压温度低于绝缘件熔点温度2～15℃。
进一步的，步骤S3中的软性导热封头包括软质上封头和软质下封头，采用软质上封头和软质下封头对复合外壳进行直接接触式热压，软质上封头和软质下封头均包括依次设置的金属加热块、硅胶固定板、发泡导热硅胶、PET膜，且PET膜在热压时贴设于复合外壳。
进一步的，步骤S4对二次热压外壳进行高频加热后，还包括对复合外壳进行电阻测试和/或外观检测。
进一步的，步骤S4采用非接触式加热，高频加热装置的交流电的频率为600～900kHz。
本发明的目的之二在于：针对现有技术的不足，提供一种复合外壳，保证了复合外壳封装的可靠性。
第二方面，本发明提供了一种复合外壳，复合外壳采用第一方面的制备方法制成。
通过采用上述方案，由于金属部件与绝缘件之间的复合效果得到了提升，因此保证了复合外壳封装的可靠性。
本发明的目的之三在于：针对现有技术的不足，提供一种电池，保证电池使用的安全性。
第三方面，本发明提供了一种电池，包括第一方面的制备方法制成的复合外壳与设置于复合外壳内部的电芯。
通过采用上述方案，由于复合外壳的封装可靠性得到了提升，因此能够保证电池使用的安全性。
附图说明
下面将参考附图来描述本发明示例性实施方式的特征、优点和技术效果。
图1为本发明中实施例1中的复合外壳的制备流程图。
图2为本发明中实施例1中的装配组件进行热压的示意图。
图3为本发明中实施例1中的一次热压外壳进行热压的示意图。
图4为本发明中实施例1中的二次热压外壳进行高频加热的示意图。
图5为本发明中实施例1中复合外壳的结构示意图之一。
图6为本发明中实施例1中复合外壳的结构示意图之二。
图7为本发明中实施例2中的装配组件进行热压的示意图。
图8为本发明中实施例2中的一次热压外壳进行热压的示意图。
图9为本发明中实施例2中的二次热压外壳进行高频加热的示意图。
图10为本发明中实施例2中复合外壳的结构示意图。
其中，附图标记说明如下：
1-装配组件；2-一次热压外壳；3-二次热压外壳；4-复合外壳；41-外壳；411-盖体；412-壳体；42-绝缘件；43-极柱；44-加强件；51-软质上封头；52-硬质下封头；53-软性导热封头；531-金属加热块；532-硅胶固定板；533-发泡导热硅胶；534-PET膜；6-高频加热装置；61-高频电源控制装置；62-电磁加热线圈。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明做进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1至图6所示，本发明实施例公开了一种复合外壳4的制备方法，包括以下步骤：
S1、将开设有第一连通孔的外壳41、开设有第二连通孔的绝缘件42以及极柱43依次堆叠，并使第一连通孔与第二连通孔同轴心，形成装配组件1，其中，外壳41包括壳体412或盖体411；
S2、将装配组件1通过层叠热压的方式复合，得到一次热压外壳2；
S3、将一次热压外壳2经过软性导热封头53热压，得到二次热压外壳3；
S4、将二次热压外壳3放置在高频加热装置6，对二次热压外壳3进行高频加热，得到复合外壳4。
通过采用上述方案，将装配组件1通过层叠热压的方式复合可以去除绝缘件42的气泡，同时将外壳41、绝缘件42与极柱43固定连接，使装配组件1固定成型得到一次热压外壳2。将一次热压外壳2经过软性导热封头53热压，进行整体加热，提升绝缘件42与金属部件的连接强度，减少金属部件在加热过程中的移动，还可以保证熔融的绝缘件42粘粘到封头上，从而保证外壳41、绝缘件42与极柱43的封装一致性，避免出现溢胶。将二次热压外壳3放置在高频加热装置6，对二次热压外壳3进行高频加热，主要对外壳41进行加热，利用外壳41自身快速加热到绝缘件42的熔点温度，使外壳41各个区域加热均匀，保证了绝缘件42和外壳41各个区域的热复合附着力一致，从而增加了复合外壳4的使用寿命。
可选的，在步骤S1前还包括对外壳41与极柱43进行表面处理。通过对外壳41与极柱43进行表面处理能够延缓外壳41与极柱43的腐蚀速度，延长电芯的使用寿命。
可选的，表面处理包括浸泡、清洗、烘烤、电镀中的至少一种。通过将外壳41与极柱43进行浸泡、清洗、烘烤中的一种表面处理，使外壳41与极柱43的表面钝化，由于金属表面钝化后会转化为不易被氧化的状态，因此能够延缓金属的腐蚀速度。例如，极柱43的材质为铝或铝合金，则可以使用铝钝化液，将极柱43钝化处理，在其表面生成一层钝化膜，来提高极柱43的耐腐蚀性。外壳41的材料为不锈钢，则可以对外壳41依次进行酸洗、碱洗、氧化剂钝化，从而在外壳41形成钝化层。或者可以在外壳41、极柱43的表层进行电镀处理，保证耐腐蚀性和电化学稳定性。
可选的，步骤S2中包括采用软质上封头51和硬质下封头52对装配组件1进行直接接触式热压，且软质上封头51与硬质下封头52之间设置有限位柱，层叠热压对装配组件1施加的压强范围为0.1～0.5mpa，热压温度低于绝缘件熔点温度2～15℃。因为绝缘件42只有在没有完全溶解时，才可以排除气泡，所以层叠热压的加热温度比绝缘件42的熔点温度低2～15℃，使绝缘件42的内部没有发生变化，而绝缘件42外表面已处于微熔的状态，实际具有轻微的附着力，加热时间为1～5s，加热时，通过固定位于下方的硬质下封头52，位于上方的软质上封头51向下压，施加的压强为0.1～0.5mpa，进而将绝缘件42的气泡排出，保证金属部件和绝缘件42的粘合面积达到接触面积的50％以上。软质上封头51与硬质下封头52分别为软性封头与硬性封头。优选的，层叠热压的加热温度为110～130℃。同时为了防止过压与保证复合区域各处的厚度一致，因此需要限位高度，可以通过在软质上封头51与硬质下封头52之间设置限位柱进行限位，限位柱的高度可以根据复合外壳4的厚度进行设置。
可选的，步骤S3中的软性导热封头53包括软质上封头和软质下封头，采用软质上封头和软质下封头对复合外壳进行直接接触式热压，软质上封头和软质下封头均包括依次设置的金属加热块531、硅胶固定板532、发泡导热硅胶533、PET膜534，且PET膜534在热压时贴设于一次热压外壳2。
软质上封头和软质下封头分别从上下两侧向一次热压外壳2进行加热施压，金属加热块531用于提供加热热量，硅胶固定板532一面固定于金属加热块531、硅胶固定板532的另一面用于固定发泡导热硅胶533，发泡导热硅胶533表面覆盖一层PET膜534。
在软性导热封头53对一次热压外壳2进行热压时，位于一次热压外壳2两侧的软质上封头和软质下封头的PET膜534分别贴设于一次热压外壳2的两侧，保证熔融的绝缘件42粘到PET膜534上，使得发泡导热硅胶533表面光滑，从而保证二次热压外壳3的封装一致性好，不产生溢胶，如果不设置PET膜534，加热的溢出胶会粘到发泡导热硅胶533，累计多次，该位置会有残留物，影响复合效果。由于，绝缘件42可以选用熔点温度为130～150℃的绝缘材料制成，如多层极耳胶，因此软性导热封头53对一次热压外壳2的加热温度与压强分别为130～150℃与0.4～0.6mpa。发泡导热硅胶533在热压时受到一次热压外壳2的力产生形变，形变区域的形状面积与一次热压外壳2的横截面相同，因此使部分一次热压外壳2嵌入，从而可以防止一次热压外壳2中的金属部件在加热过程中的移动，同时PET膜534还可以作为中间加热过渡，将加热的热量传递给一次热压外壳2。
由于将装配组件1通过层叠热压的方式复合仅是为了得到一次热压外壳2，即将复合外壳4的装配组件1进行初步复合使装配组件1定型，因此第一次热压的加热温度低于第二次热压的加热温度，第二次热压的加热温度能够使绝缘件42完全进行熔融，进而使绝缘件42完成与金属制成的部件进行连接。
可选的，进一步的，步骤S4对二次热压外壳3进行高频加热后，还包括对复合外壳4进行电阻测试和/或外观检测。在制得复合外壳4后，需要测试与检查复合外壳4，测试包括测试外壳41与极柱43之间的阻抗，检查包括检查复合外壳4的装配外观。通过对复合外壳4进行测试与检查能够判断得到的复合外壳4的品质是否优良，若为优良则可以进行电池装配，若为不良则可以进行回收，从而提升了电池的良品率与电池的装配效率，可选的，测试条件为500V，200MΩ，将测得的电阻与标准的电阻进行比较，从而可以判断复合外壳4的品质。可以使用人工目检、显微镜或CCD等检查方案，能够检查复合外壳4的装配外观是否异常，异常包括正圆度未达标，复合外壳4存在异物、划伤或缺部件、复合外壳4的尺寸存在偏差、复合外壳4存在溢胶等。
可选的，步骤S4采用非接触式加热，高频加热装置的交流电的频率为600～900kHz。上述热压均为接触式加热，由于接触式加热对不同金属的导热程度不同以及接触式加热不能解决同一种金属的不同接触位置同时达到设定温度，因此通过对二次热压外壳3进行非接触式加热。将二次热压外壳3放置在高频加热装置6的电磁加热线圈62内，二次热压外壳3中的外壳41为不锈钢制成，通过高频加热装置6的高频电源控制装置61将19A的直流电转换成频率为600～900kHz的交流电，在外壳41生成与磁场强度成正比地感生旋转电流(即涡流)，由旋转电流借助外壳41内的电阻，将其转换成热能，使外壳41的温度急速升高，实现快速均匀加热的目的。由于利用外壳41自身快速加热到绝缘件42熔点温度，保证了绝缘件42和外壳41的热复合效果。高频加热装置6装置可以选用现有的市场可以买到的高频加热设备。
本发明实施例的复合外壳4采用上述的制备方法制成。由于制成的复合外壳4的金属部件与绝缘件42之间的复合效果得到了提升，因此保证了复合外壳4封装的可靠性。
实施例2
如图7至图10所示，与实施例1不同的是，本实施例在步骤S1中还包括加强件44，加强件44设置于绝缘件42背离壳体412或盖体411的一面。
具体的，将开设有第一连通孔的外壳41、开设有第二连通孔的绝缘件42与开设有第三连通孔的加强件44以及极柱43依次堆叠，并使第一连通孔、第二连通孔与第三连通孔同轴心，形成装配组件1。
通过上述制备方法得到的复合外壳4的结构为绝缘件42的一面复合有外壳41与极柱42，绝缘件42的另一面复合有加强件44，极柱43设置在第一连通孔内并且与绝缘件42复合，其中，部分极柱43穿过第二连通孔与第三连通孔，第一连通孔的直径大于第二连通孔的直径，第一连通孔的直径还大于第三连通孔的直径。
由于极柱43设置于第一连通孔内，因此极柱43在受到外力时容易受到损坏，导致复合外壳4的密封性遭到破坏，因此通过设置加强件44从而能够进一步提升复合外壳4的密封强度，由于加强件44设置于绝缘件42靠近电芯的一面，因此能够阻止电池内部的电解液对绝缘件42的腐蚀。同时加强件44为金属材料制成的环状结构，相对于绝缘件42具有更高的强度，能够在极柱43受到外力作用时，更好地对极柱43进行支持，从而使极柱43与外壳41之间的连接强度提升，进一步提升复合外壳4的封装性。
可选的，在步骤S1前还包括对加强件44进行表面处理。通过对加强件44进行表面处理能够延缓外壳41与极柱43的腐蚀速度，延长电芯的使用寿命。
可选的，表面处理包括浸泡、清洗、烘烤、电镀。
通过将加强件44进行浸泡、清洗、烘烤中的一种表面处理，使加强件44的表面钝化，由于金属表面钝化后会转化为不易被氧化的状态，因此能够延缓金属的腐蚀速度。例如，加强件44的材料为不锈钢，则可以将加强件44依次进行酸洗、碱洗、氧化剂钝化，从而在加强件44形成钝化层。或者可以在加强件44的表层进行电镀处理，保证耐腐蚀性和电化学稳定性。
此外，在对复合外壳4进行测试时需要测试外壳41、极柱43与加强件44之间的阻抗。
其余过程与实施例1相同，在此不再赘述。
实施例3
本发明实施例的电池包括实施例1至实施例3中任意一个实施例制备方法制成的复合外壳与设置于复合外壳内部的电芯。由于复合外壳的封装可靠性得到了提升，因此能够保证电池使用的安全性。
对比例1
将开设有第一连通孔的外壳、开设有第二连通孔的绝缘件以及极柱依次堆叠，并使第一连通孔与第二连通孔同轴心，形成装配组件，其中，外壳包括壳体或盖体；
将装配组件通过层叠热压的方式复合，得到复合外壳，其中，层叠热压的加热温度为120℃，压强为0.1～0.5mpa，加热时间为1～5s。
对比例2
将开设有第一连通孔的外壳、开设有第二连通孔的绝缘件以及极柱依次堆叠，并使第一连通孔与第二连通孔同轴心，形成装配组件，其中，外壳包括壳体或盖体；
将装配组件通过层叠热压的方式复合，得到一次热压外壳，其中，层叠热压的加热温度为120℃，压强为0.3mpa，加热时间为1～5s；
将一次热压外壳经过软性导热封头热压，得到复合外壳，其中，软性导热封头对一次热压外壳的加热温度与压强分别为140℃与0.5mpa。
性能测试
对实施例1～2与对比例1～2制备的复合外壳进行相关性能测试，其中，从每个实施例与对比例制备的复合外壳中取100个复合外壳作为样本，且实施例1～2与对比例1～2在制作过程中涉及的加热温度、压强与加热时间一致。
(1)使用寿命测试：将复合外壳浸泡在温度为85℃的电解液中，进行计时，当复合外壳发生解体，记录该段时间为失效时长。
(2)剥离强度测试：通过拉力测试绝缘件的剥离强度，通过一端固定外壳，一端拉动极柱来得到绝缘件的剥离强度
(3)溢胶率测试：通过CCD检测100个复合外壳中的溢胶数量，即溢胶率＝溢胶的复合外壳数量/样本数量。
上述实施例1～2与对比例1～2的性能测试如表1所示。其中，表1中的“√”表示执行操作，“/”表示未执行操作。
表1
通过表1可以看出，相对于实施例1与实施例2而言，对比例1与对比例2更加容易在高温的电解液环境下失效、同时绝缘件与极柱及外壳之间的连接强度较低。因为对比例1与对比例2均未进行高频加热，仅通过层叠热压与软性导热封头热压并不能够使外壳与绝缘件之间不同的接触位置导热程度相同，因此外壳与绝缘件之间不同的连接位置的连接强度存在差异，从而造成复合外壳更加容易在高温的电解液环境下失效。同时，对比例1制备的复合外壳的失效时长最短，同时剥离强度最低，因为对比例1仅对装配组件通过层叠热压，导致复合外壳中的金属部件与绝缘件并未能够完全粘接，因此复合的面积小，从而导致复合外壳的性能差。但是也是因为对比例1中绝缘件未能完成熔融，所以并不会出现溢胶。
通过对比实施例1与实施例2可以看出，通过增加加强件，复合外壳能够在高温的电解液环境下浸泡更长的时间才失效。由于加强件设置于绝缘件的一侧，能够对电解液进行阻挡，避免电解液对绝缘件进行腐蚀，从而保证了绝缘件能够持续起到粘接作用。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。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 (9)
1.一种复合外壳的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将开设有第一连通孔的外壳、开设有第二连通孔的绝缘件与开设有第三连通孔的加强件以及极柱依次堆叠，并使所述第一连通孔、所述第二连通孔与所述第三连通孔同轴心，形成装配组件，其中，所述外壳包括壳体或盖体，所述加强件设置于所述绝缘件背离所述壳体或所述盖体的一面；
S2、将所述装配组件通过层叠热压的方式复合，得到一次热压外壳；
S3、将所述一次热压外壳经过软性导热封头热压，得到二次热压外壳；
S4、将所述二次热压外壳放置在高频加热装置，对所述二次热压外壳进行高频加热，得到复合外壳。
2.如权利要求1中所述的复合外壳的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1前还包括对所述外壳和所述极柱进行表面处理，或对所述外壳、所述极柱和所述加强件进行表面处理。
3.如权利要求2所述的复合外壳的制备方法，其特征在于，所述表面处理包括浸泡、清洗、烘烤、电镀中的至少一种。
4.如权利要求1中所述的复合外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中包括采用软质上封头和硬质下封头对所述装配组件进行直接接触式热压，且所述软质上封头与所述硬质下封头之间设置有限位柱，所述层叠热压对所述装配组件施加的压强范围为0.1～0.5mpa，热压温度低于所述绝缘件熔点温度2～15℃。
5.如权利要求1所述的复合外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的软性导热封头包括软质上封头和软质下封头，采用所述软质上封头和所述软质下封头对所述复合外壳进行直接接触式热压，所述软质上封头和所述软质下封头均包括依次设置的金属加热块、硅胶固定板、发泡导热硅胶、PET膜，且所述PET膜在热压时贴设于所述一次热压外壳。
6.如权利要求1所述的复合外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤S4对所述二次热压外壳进行高频加热后，还包括对所述复合外壳进行电阻测试和/或外观检测。
7.如权利要求1所述的复合外壳的制备方法，其特征在于，所述步骤S4采用非接触式加热，所述高频加热装置的交流电的频率为600～900kHz。
8.一种复合外壳，其特征在于，所述复合外壳采用权利要求1至7任一项所述复合外壳的制备方法制成。
9.一种电池，其特征在于，包括采用权利要求1至7任一项所述的制备方法制成的所述复合外壳与设置于所述复合外壳内部的电芯。
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