CN118073623A - 一种大容量电池注胶密封方法、注胶模具以及极柱转接件 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池领域，具体为一种大容量电池注胶密封方法、注胶模具以及极柱转接件。克服现有大容量电池极柱避让孔部位密封较为困难的技术问题。具体密封时，首先，将极柱避让孔周边的外壳顶板区域和单体电池的上盖板焊接，实现初步密封；然后，在伸出极柱避让孔的极柱转接件部位上套设注胶模具，在注胶模具、极柱转接件、单体电池极柱、单体电池上盖板以及外壳顶板之间形成注胶空间；向注胶空间内注胶，实现二次密封；最后，胶层固化后，脱除注胶模具。采用两道密封，确保大容量电池外壳顶部极柱避让孔部位的密封性能，使得外壳具有更好的密封可靠性。

Description

一种大容量电池注胶密封方法、注胶模具以及极柱转接件

技术领域

本发明属于电池领域，具体为一种大容量电池注胶密封方法、注胶模具以及极柱转接件。

背景技术

目前市场上多通过并联或串联多个单体电池使其成为大容量电池(也可称之为电池模组或电池组)。

但是现有的大容量电池中各单体电池自身存在差异，因木桶效应的存在，往往会受到性能最差的一块单体电池影响，导致整个大容量电池的容量上限及循环次数极大受限。因此如何提升大容量电池中各单体电池的均一性成为了该领域研究的重点和难点。

为了解决上述问题，相关技术提出了一种大容量电池，如图1和图2所示，该大容量电池包括外壳1、多个单体电池2以及极柱转接件3；多个单体电池2并联放置在外壳1内。

外壳底板11设置有电解液共享腔室4，电解液共享腔室4和各个单体电池2内腔的电解液区连通，通过电解液共享腔室4可使各单体电池2处于统一的电解液环境，确保了各单体电池2内电解液的均一性，提升了大容量电池的性能和循环寿命。

外壳顶板12还可设置有气体腔室5，气体腔室5可以和各个单体电池2内腔的气体区连通，实现各单体电池2的气体平衡，进一步提升大容量电池的性能和循环寿命。气体腔室5还可以作为泄爆通道，当任一单体电池2发生热失控，该单体电池2内腔的热失控烟气进入气体腔室5冲破设置在气体腔室5任一端的泄爆机构，排出。

外壳顶板12上对应各单体电池极柱21开设有极柱避让孔121；各个单体电池极柱21通过极柱避让孔121与各个极柱转接件3连接。

为了保证共享腔室与外界环境保持完全的隔离，外壳1的密封性显得尤为重要。但是，如图2所示，此类大容量电池，极柱避让孔121与位于极柱避让孔121内的单体电池极柱21或极柱转接件3之间具有环形间隙(图2中b所示间隙)，外壳顶板12内表面和各个单体电池2上盖板之间不可避免也会存在微小间隙。一般情况下，可以在每个极柱避让孔121对应的周边区域采用激光熔焊的方式将外壳顶板12和单体电池2的上盖板焊接(图2中a处圆圈为焊接轨迹)，实现密封。

但是，在批量生产大容量电池时，由于加工误差和装配误差的存在，若需要确保各单体电池2底部处于同一水平面，则各单体电池2的顶部(即上盖板)会出现高低差不齐的问题，使得一些大容量电池中个别单体电池2的上盖板和外壳顶板12之间存在较大的间隙，导致激光熔焊时外壳顶板12和单体电池上盖板之间可能存在虚焊，大容量电池的成品率受到了影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种大容量电池注胶密封方法、注胶模具以及极柱转接件，克服现有大容量电池极柱避让孔部位密封较为困难的技术问题。

本发明的技术方案是一种大容量电池注胶密封方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

焊接初步密封：

将极柱避让孔周边的外壳顶板区域和单体电池的上盖板焊接，实现初步密封；

注胶二次密封：

在极柱转接件主体上套设注胶模具，在注胶模具、极柱转接件、单体电池极柱、焊接轨迹内单体电池上盖板以及外壳顶板之间形成注胶空间；向注胶空间内注胶，实现二次密封；

脱模：

胶层固化后，脱除注胶模具。

本发明利用焊接工艺，将极柱避让孔周边的外壳顶板区域和单体电池的上盖板焊接，实现初步密封；利用注胶工艺，在注胶空间(包括焊接轨迹内的外壳顶板内表面与单体电池上盖板之间的间隙、极柱避让孔与位于其内的单体电池极柱或极柱转接件之间的间隙以及注胶模具与极柱转接件电连接柱之间的间隙)的部分区域填充绝缘密封胶，实现二次密封；本发明采用两道密封，确保大容量电池外壳顶部极柱避让孔部位的密封性能，使得外壳具有更好的密封可靠性。

进一步地，通过极柱转接件上开设的注胶通道向注胶空间注胶，可以减少注胶模具与绝缘密封胶的接触面积，降低脱模难度。

本发明还提供一种极柱转接件，包括极柱转接件主体；其特殊之处在于：上述极柱转接件主体上开设至少一个注胶通道；上述注胶通道为贯穿极柱转接件主体并用于与注胶空间连通的通孔。

进一步地，该极柱转接件还包括固定在极柱转接件主体上、凸出于极柱转接件主体的电连接柱；

极柱转接件主体上开设盲孔，通过盲孔将各个电连接柱与单体电池极柱连接。

进一步地，上述极柱转接件主体上设有用于安装传热管的通槽，上述通槽尺寸与传热管相适配。

本发明还提供一种注胶模具，其特殊之处在于：包括环形挡胶板，上述环形挡胶板的形状与极柱转接件主体相适配，用于套设在极柱转接件主体上，环形挡胶板的内壁与极柱转接件主体外壁紧贴。

进一步地，该注胶模具，还包括环形支撑板；上述环形支撑板设置在环形挡胶板的下端外侧，且沿环形挡胶板周向延伸。

进一步地，环形挡胶板的材料为PP材料。

为了进一步地降低脱模难度，上述环形挡胶板为分体件，包括相互对称的第一半环形挡胶板和第二半环形挡胶板。

进一步地，上述第一半环形挡胶板的两端分别设置第一板和第二板；所述第二半环形挡胶板的两端分别设置第三板和第四板；

第一板和第三板相互配合、第二板和第四板相互配合，使得第一半环形挡胶板和第二半环形挡胶板扣合形成所述环形挡胶板。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用焊接工艺，将极柱避让孔周边的外壳顶板区域和单体电池的上盖板焊接，实现初步密封；利用注胶工艺，在注胶空间(包括焊接轨迹内的外壳顶板内表面与单体电池上盖板之间的间隙、极柱避让孔与位于其内的单体电池极柱或极柱转接件之间的间隙以及注胶模具与极柱转接件电连接柱之间的间隙)的部分区域填充绝缘密封胶，实现二次密封；本发明采用两道密封，确保大容量电池外壳顶部极柱避让孔部位的密封性能，使得外壳具有更好的密封可靠性。基于注胶工艺，即使各单体电池的顶部(即上盖板)会出现高低差不齐的问题，使得一些大容量电池中个别单体电池的上盖板和外壳之间存在间隙，也不会存在无法密封的情况发生。

2、本发明通过优化极柱转接件的结构，在其上开设注胶通道，使得注胶模具与绝缘密封胶的接触面积较小，便于后期脱模。

3、本发明采用PP材质的注胶模具，可以进一步减小脱模难度，脱模后，此类材料的注胶模具还可以重复使用。

附图说明

图1为背景技术中大容量电池的结构示意图；

图2为背景技术中大容量电池的局部结构示意图；

图3为实施例1中大容量电池的结构示意图；

图4为实施例1中大容量电池的剖视图；

图5为实施例1中极柱转接件的结构示意图；

图6为实施例1中注胶模具的结构示意图；

图7为实施例1中执行焊接初步密封时，对应的大容量电池的部分结构示意图；

图8为实施例1中焊接极柱转接件后对应的大容量电池的部分结构示意图；

图9为实施例1中执行注胶二次密封时，对应的大容量电池的部分结构示意图；

图10为实施例1中执行注胶二次密封时，对应的大容量电池的剖视图；

图11为实施例1中执行注胶二次密封时，对应的大容量电池的局部剖视放大图；

图12为实施例2中注胶模具的结构示意图；

图13为实施例2中第一半环形挡胶板的结构示意图；

图14为实施例2中设有注胶模具的大容量电池的结构示意图；

图中附图标记为：

1、外壳；11、外壳底板；12、外壳顶板；13、外壳侧板；121、极柱避让孔；2、单体电池；21、单体电池极柱；22、单体电池上盖板；3、极柱转接件；31、极柱转接件主体；32、电连接柱；33、盲孔；34、通槽；35、注胶通道；4、电解液共享腔室；5、气体腔室；6、注胶模具；61、环形挡胶板；62、环形支撑板；63、第一半环形挡胶板；64、第二半环形挡胶板；65、第一板；66、第二板；67、第三板；68、第四板；69、第一半环形支撑板；70、第二半环形支撑板；7、绝缘密封胶层。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“顶、底”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，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。此外，术语“第一、第二、第三、第四等”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明为一种大容量电池密封方法，主要为了防止外界环境通过极柱避让孔121、外壳顶板12内表面与单体电池上盖板22之间的间隙与大容量电池外壳1内腔环境接触，而影响大容量电池性能。

主要可以通过密封以下至少一个部位来实现：

1、外壳顶板12内表面与单体电池上盖板22之间的间隙；

2、外壳顶板12上极柱避让孔121与位于其内的单体电池极柱21或极柱转接件3之间的间隙；为了便于描述，将外壳1长度方向定义为x方向，宽度方向定义为y方向，高度方向定义为z方向。对于外壳顶板12与外壳侧板13(与xz平面平行的侧板)一体的结构；单体电池极柱21一般未伸出极柱避让孔121，极柱转接件3的部分结构伸入极柱避让孔121内与单体电池极柱21连接；而对于外壳顶板12与外壳侧板13(包括与xz平面平行的侧板以及与yz平面平行的侧板)分体的结构，单体电池极柱21一般位于极柱避让孔121内部，极柱转接件3的部分结构伸入极柱避让孔121与单体电池极柱21连接；对于外壳顶板12与外壳侧板13(包括与xz平面平行的侧板以及与yz平面平行的侧板)分体的结构，单体电池极柱21也可以伸出极柱避让孔121与极柱转接件3连接。

针对部位1，本发明采用激光熔焊的方式，将极柱避让孔121周边的外壳顶板12区域和单体电池上盖板22焊接，实现初步密封；图2中a处圆圈为焊接轨迹。

但是，正如背景技术中所述，当各单体电池2的顶部(即上盖板)出现高低差不齐的情况时，会存在虚焊问题。

因此，为了解决该问题，本发明采用胶封的方式对部位2也进行了密封，在伸出极柱避让孔121的极柱转接件3部位(即极柱转接件主体31)上套设注胶模具6，在注胶模具6、极柱转接件3、单体电池极柱21、单体电池上盖板22以及外壳顶板12之间形成注胶空间；向注胶空间内注胶，实现二次密封；

需要说明的是，上述的注胶空间包括了极柱避让孔121与位于其内单体电池极柱21或极柱转接件3之间的间隙；也包括在焊接轨迹内的外壳顶板12内表面与单体电池上盖板22之间的间隙。

本发明所采用的绝缘密封胶一般为电池常用的电池灌封胶，如可以采用有机硅导热灌封胶，具有良好的密封、绝缘、抗振、散热及防水等功能即可。

为了防止绝缘密封胶液从虚焊部位渗入电解液中，而影响电解液性能，本发明可以选用粘度较高的绝缘密封胶，当胶液渗入虚焊部位即可凝固，还可以达到对虚焊部位密封的效果，如可以选用环氧胶；或者可以选用与电解液不发生反应，不影响电解液性能的绝缘密封胶。

待胶层固化后，脱除注胶模具6即可。

本发明采用两道密封，确保大容量电池外壳1顶部极柱避让孔121部位的密封性能，使得外壳1具有更好的密封可靠性。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。

实施例1

本实施例大容量电池的结构如图3和图4所示，该大容量电池包括外壳1、10个单体电池2以及20个极柱转接件3。在其他一些实施例中，单体电池2以及极柱转接件3的数量可以根据实际需求进行调整。10个单体电池2并联放置在外壳1内；外壳底板11设置有电解液共享腔室4，电解液共享腔室4和各个单体电池2内腔的电解液区连通。外壳顶板12还设有气体腔室5，气体腔室5可以和各个单体电池2内腔的气体区连通；气体腔室5还可以作为泄爆通道，当任一单体电池2发生热失控，该单体电池2内腔的热失控烟气进入气体腔室5冲破设置在气体腔室5任一端的泄爆机构，排出。

在其他一些实施例中，外壳顶板12上可以不设有气体腔室5。

参见图4，本实施例外壳顶板12上对应各单体电池极柱21开设有极柱避让孔121。

本实施例极柱转接件3的结构如图5所示，包括极柱转接件主体31以及设置在极柱转接件主体31上的电连接柱32；极柱转接件主体31为一个圆柱体，在其他一些实施例中，极柱转接件主体31也可以为矩形块。可采用导电性和导热性都比较好的金属材料制作，例如：银、铜、铝等材料，但是从成本以及导电、导热效果综合考虑，一般会选择铝作为极柱转接件主体31的材料。

本实施例中电连接柱32为固定在极柱转接件主体31底部的圆柱体，该圆柱体的截面与单体电池极柱21截面适配；通过电连接柱32与单体电池极柱21连接，如图4所示。

为了便于电连接柱32与单体电池极柱21的连接，本实施例在极柱转接件主体31上开设盲孔33；将盲孔33底部与单体电池极柱21熔焊实现二者连接。

本实施例在极柱转接件主体31上设有用于安装液冷管的通槽34。利用具有此类极柱转接件3的单体电池2构建大容量电池后，在极柱转接件3的装夹部安装液冷管，极柱上集中的热量可从极柱转接件3传递至液冷管后将热量带出。同理，待环境温度过低，单体电池2可能无法正常启动时，外部温控装置还可通过液冷管对各单体电池2进行升温。通槽34均沿x方向延伸，穿透极柱转接件主体31的两端；通槽34的尺寸需要确保液冷管紧密的夹持在其中，以确保安装稳定性的同时还需保证液冷管和极柱转接件3之间的传热效果。

为了向注胶空间内注胶，本实施例在极柱转接件主体31上开设注胶通道35，该注胶通道35沿极柱转接件主体31厚度方向(z方向)贯穿极柱转接件主体31，与注胶空间连通(图4中区域c为一部分注胶空间)。从图5中可以看出，本实施例优选在通槽34内开设注胶通道35，使得注胶路径较短。

在其他一些实施例中，注胶通道35可以为L形孔，其中一段沿极柱转接件主体31径向开设，另一段沿z方向开设，贯穿极柱转接件主体31，与注胶空间连通。但是相对于本实施例，结构较为复杂，注胶路径较长，注胶过程中，胶液易于在注胶通道35内固化，而封堵注胶通道35。

在其他一些实施例中，也可以不开设注胶通道35，在注胶模具6与极柱转接件3之间留有间隙，从该间隙将绝缘密封胶液注入，但是，在注入过程中，胶液不可避免会残留在极柱转接件3外周面与注胶模具6之间的间隙，使得脱模较为困难。

本实施例注胶模具6的结构如图6及图7所示，包括环形挡胶板61，其形状与极柱转接件主体31相适配，内径略大于极柱转接件主体31的外径，要求其可以套设在极柱转接件主体31上，但是二者之间又不能留有较大间隙，避免胶液渗入二者之间间隙，导致脱模困难。

为了提高该注胶模具6的稳定性，还可以在环形挡胶板61的下端外侧设置沿其周向延伸的环形支撑板62。

本实施例注胶模具6一般采用与绝缘密封胶粘结力较小的材质，可以减小脱模难度，如可以选用PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等材料，脱模后，此类材料的注胶模具6还可以重复使用。

本实施例通过以下步骤实现密封：

如图7所示，将各个单体电池2装入外壳1后，首先，执行焊接初步密封步骤，采用激光熔焊的方式，将极柱避让孔121周边的外壳顶板12区域和单体电池上盖板22焊接，实现初步密封；图7中a处圆圈为焊接轨迹。之后，如图8所示，将各个极柱转接件3焊接在对应单体电池极柱21上。之后，执行注胶二次密封步骤，如图9所示，将注胶模具6套设在极柱转接件主体31上，通过极柱转接件3上的注胶通道35向注胶空间内注胶；最后，待绝缘密封胶液固化后，脱模即可。

需要说明的是，在注胶过程中，绝缘密封胶液可以注满整个注胶空间，注胶空间包括焊接轨迹内的外壳顶板12内表面与单体电池上盖板22之间的间隙(图10和图11中d所示区域)、极柱避让孔121与位于其内的单体电池极柱21或极柱转接件3之间的间隙(图10和图11中b所示区域)以及注胶模具6与极柱转接件3电连接柱32之间的间隙(图10和图11中c所示区域)；

也可以只填充在焊接轨迹内的外壳顶板12内表面与单体电池上盖板22之间的间隙(即d所示区域)。

还可以填充在焊接轨迹内的外壳顶板12内表面与单体电池上盖板22之间的间隙，以及极柱避让孔121与位于其内的单体电池极柱21或极柱转接件3之间的间隙(即d所示区域以及b所示区域)。

当注满整个注胶空间时，还具有以下优点：

在长时间使用过程中，由于液冷管内外温差的原因，在液冷管表面产生的少量凝露，可能会渗入c所示区域，进而可能会导致同一单体电池2短路的情况出现。

本发明在c所示区域设有绝缘密封胶层7(如图3所示，在注胶模具6与极柱转接件3电连接柱32之间的间隙具有绝缘密封胶层7，需要说明的是，在c所示区域注胶时，当b所示区域以及d所示区域间隙较大时，绝缘密封胶液不可避免会渗入b所示区域和d所示区域)，当固定在极柱转接件3上液冷管表面产生凝露，在绝缘密封胶层7的阻挡下，凝露无法渗入极柱转接件3与外壳顶板12之间的间隙，进而可以防止电池短路的情况发生。

实施例2

为了进一步降低脱模难度，本实施例将注胶模具6设计为分体结构，如图12和图13所示，本实施例注胶模具6包括第一半环形挡胶板63和第二半环形挡胶板64；第一半环形挡胶板63和第二半环形挡胶板64拼接形成实施例1中的环形挡胶板61；第一半环形挡胶板63和第二半环形挡胶板64可以相互对称，也可以不对称；

与实施例1类似，本实施例也可以在第一半环形挡胶板63和第二半环形挡胶板64的下端外侧，沿周向设置第一半环形支撑板69和第二半环形支撑板70。

为了进一步降低脱模难度，本实施例还可以在第一半环形挡胶板63的两端分别设有第一板65和第二板66，在第二半环形挡胶板64的两端分别设有第三板67和第四板68，第一板65和第三板67相互配合、第二板66和第四板68相互配合，使得第一半环形挡胶板63和第二半环形挡胶板64扣合形成所述环形挡胶板61。

如图14所示，当将该注胶模具6固定在大容量电池的极柱转接件主体31外壁时，第一板65和第三板67紧紧贴合，第二板66和第四板68紧紧贴合，且与xz平面平行。

待绝缘密封胶液固化后，可以从第一板65和第三板67的结合部位、第二板66和第四板68的结合部位进行脱模，因该部位没有绝缘密封胶的粘结，更易于脱模。

Claims (10)

1.一种大容量电池注胶密封方法，其特征在于，包括以下步骤：

焊接初步密封：

将极柱避让孔(121)周边的外壳顶板(12)区域和单体电池上盖板(22)焊接，实现初步密封；

注胶二次密封：

在极柱转接件主体(31)上套设注胶模具(6)，在注胶模具(6)、极柱转接件(3)、单体电池极柱(21)、焊接轨迹内单体电池上盖板(22)以及外壳顶板(12)之间形成注胶空间；向注胶空间内注胶，实现二次密封；

脱模：

胶层固化后，脱除注胶模具(6)。

2.根据权利要求1所述的大容量电池注胶密封方法，其特征在于：通过极柱转接件(3)上开设的注胶通道(35)向注胶空间注胶。

3.一种极柱转接件，包括极柱转接件主体(31)；其特征在于：所述极柱转接件主体(31)上开设至少一个注胶通道(35)；所述注胶通道(35)为贯穿极柱转接件主体(31)并用于与注胶空间连通的通孔。

4.根据权利要求3所述的极柱转接件，其特征在于：还包括固定在极柱转接件主体(31)上、凸出于极柱转接件主体(31)的电连接柱(32)；

极柱转接件主体(31)上开设盲孔(33)，通过盲孔(33)将各个电连接柱(32)与单体电池极柱(21)连接。

5.根据权利要求4所述的极柱转接件，其特征在于：所述极柱转接件主体(31)上设有用于安装传热管的通槽(34)，所述通槽(34)尺寸与传热管相适配。

6.一种注胶模具，其特征在于：包括环形挡胶板(61)，所述环形挡胶板(61)的形状与极柱转接件主体(31)相适配，用于套设在极柱转接件主体(31)上，环形挡胶板(61)的内壁与极柱转接件主体(31)外壁紧贴。

7.根据权利要求6所述的注胶模具，其特征在于：还包括环形支撑板(62)；所述环形支撑板(62)设置在环形挡胶板(61)的下端外侧，且沿环形挡胶板(61)周向延伸。

8.根据权利要求6或7所述的注胶模具，其特征在于：所述环形挡胶板(61)的材料为PP材料。

9.根据权利要求6所述的注胶模具，其特征在于：所述环形挡胶板(61)为分体件，包括相互对称的第一半环形挡胶板(63)和第二半环形挡胶板(64)。

10.根据权利要求9所述的注胶模具，其特征在于：所述第一半环形挡胶板(63)的两端分别设置第一板(65)和第二板(66)；所述第二半环形挡胶板(64)的两端分别设置第三板(67)和第四板(68)；

第一板(65)和第三板(67)相互配合、第二板(66)和第四板(68)相互配合，使得第一半环形挡胶板(63)和第二半环形挡胶板(64)扣合形成所述环形挡胶板(61)。