CN1291505C - 锂离子电池封盖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂离子电池封盖方法，包括下列步骤：提供一锂离子电池的罐体，一与罐体配套的上盖；提供一形状记忆合金垫圈，放置在该罐体和上盖之间；施加适当相向压力在该罐体和上盖上，使形状记忆合金垫圈被压紧，而且诱发形状记忆合金垫圈相变形变，使具有体心立方结构的母相形成马氏体相(Martensite)变态；保持该压力，加热至奥氏体相终止温度(Austenite Final，Af)以上，使形状记忆合金垫圈恢复母相，从而形状记忆合金垫圈产生内缩力使罐体和上盖密封，再卸下压力。本发明的封盖方法具有安全性好、密合度高、失败率低和适合产线上应用等优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种二次电池封盖方法，尤其涉及一种锂离子电池封盖方法。
【背景技术】
近年来，计算机、通讯电子产品以及消费性电子产品功能越来越强，而其外形尺寸越来越小、质量越来越轻，所以，高容量、小尺寸的二次电池产品受到欢迎。尤其是锂离子电池，其具有容量大、能量密度高、电压高等特点，在移动电话、笔记本计算机、数码相机等产品市场占有率不断上升。
锂离子电池是以锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)或锂锰氧化物(LiMn2O4)等为正极活性材料，以锂金属、锂合金或碳材料等为负极活性材料。其电解液可使用液态有机电解液或固态聚合物电解液，后者又称为锂聚合物电池(Lithium Polymer Battery)。目前常用的有液态电解液。
锂离子电池使用的液态电解液是以有机非水溶液，如碳酸乙烯酯(Ethylene Carbonate，EC)、碳酸二乙酯(Diethyl Carbonate，DEC)的混合物为溶剂，以锂盐(如LiPF6)为溶质，并添加少量添加剂组成。
锂离子电池的正极、负极之间需用一层多孔隔离膜隔开，以使离子通过并隔绝电子。隔离膜材料主要包括聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)等有机聚合物，形成单层、双层或多层结构。上述正极、负极以及隔离膜设置在一罐体内，并将电解液注入罐体内，浸泡正极、负极，以发生电化学反应，将电能和化学能互相转换。
一般而言，锂离子电池罐体是由铝或不锈钢制成一端开口的圆柱形或方形，待电池正极、负极和隔离膜封装于金属罐后，一上盖和该罐体密封焊接，以确保电池具有良好防水防气性能。当电池上盖和罐体焊接封口完成，注入电解液后，再将电解液注液孔密封处理。
现有技术的上盖和罐体密封的方法主要有激光焊接。
现有激光焊接封盖的电池的罐体和上盖直接在接触位置进行激光焊接。激光技术一般为脉冲式的气体激光(如Nd:YAG等)。使用激光焊接技术，能使电池的封盖达到很好的密封性，但是，激光焊接技术的设备成本昂贵，在工业大量应用将增加成本负担，而且操作具有危险性，对罐体和上盖的平整度要求很高，封盖的失败率也很高。
有鉴于此，提供一种成本低安全性好的锂离子电池封盖方法实为必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种成本低安全性好的锂离子电池封盖方法。
为实现本发明目的，本发明提供一种锂离子电池封盖方法，包括下列步骤：
提供一锂离子电池的罐体和一与罐体配套的上盖；
提供一形状记忆合金垫圈，设置在该罐体和上盖之间；
施加适当的相向压力在该罐体和上盖上，使形状记忆合金垫圈被压紧，而且诱发形状记忆合金垫圈相变形变，使具有体心立方结构的母相形成马氏体相(Martensite)变态；
保持该压力，加热至奥氏体相终止温度(Austenite Final，Af)以上使形状记忆合金垫圈恢复母相，从而形状记忆合金垫圈产生内缩力使罐体和上盖密封，再卸下压力。
和现有技术相比较，本发明利用形状记忆合金垫圈在外加应力下诱发相变形变，而在保持该压力下，加热使其在有限的空间内恢复母相，从而产生内缩力，进而达到将上盖和罐体紧密接合的目的，由于本发明的封盖方法工艺设备简单成本低，而且避免使用焊接，所以具有安全性好、密合度高、失败率低和适合产线上应用等优点。
【附图说明】
图1是本发明的封盖方法的流程示意图。
图2是本发明的圆形锂离子电池的罐体和上盖的示意图。
图3是本发明各种形状记忆合金垫圈示意图。
图4是本发明罐体、形状记忆合金垫圈和上盖的位置示意图。
图5是本发明施加压力于罐体、形状记忆合金垫圈和上盖的示意图。
图6是本发明完成封盖的锂离子电池示意图。
【具体实施方式】
一般电池的制作工艺：是先将电极，包含正负极材料和隔离膜，一起卷绕后放入罐体中，然后将罐体和上盖进行封焊，再注入电解液，将注液口封口，注液口通常使用点焊密封处理，或直接采用小钢球将注液孔堵塞，即完成整个制备过程。
本发明即对罐体和上盖进行封焊这一工序进行改进，本发明的电池封盖方法是利用形状记忆合金垫圈在外加压力下诱发相变形变，而在保持该压力下，加热至奥氏体终止温度(Af)以上使其在有限的空间内恢复具有体心立方结构的母相，从而产生内缩力，进而达到将上盖和罐体紧密接合的目的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明锂离子电池的封盖方法包括下列步骤：
步骤1，提供一罐体和一上盖。所述罐体是锂电池的壳体，一般为圆柱形或方形，为铝金属或不锈钢制成，其内可容纳电池正极、负极和隔离膜。所述上盖形成有一注液孔，一般该上盖和罐体同为金属制成，其和该罐体的开口相配，上盖除形成有上述注液孔之外，一般还形成有正极端子，防爆装置。
步骤2，提供一形状记忆合金垫圈，设置在该罐体和上盖之间。所述形状记忆合金垫圈为与该罐体和上盖开口尺寸相配的薄片垫圈。可为圆柱形或方形，由Ti-Ni-Nb、Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Cu-Zn-Al、Cu-Al-Mn、Cu-Al-Be、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Ni-Be或Fe-Mn-Si等记忆合金材料制成。
步骤3，施加适当的相向压力在该罐体和上盖上，使形状记忆合金垫圈被压紧，且诱发形状记忆合金垫圈相变形变，使具有体心立方结构的母相形成马氏体相变态。位于该罐体和上盖中间的形状记忆合金垫圈在适当压力下产生有限度的相变形变，上述压力可根据形状记忆合金垫圈材质的不同有适当的选择，但是，该压力以不致对罐体和上盖产生破坏作用为限。上述的马氏体相变态是指形状记忆合金由于外力的作用使合金原子一齐移动而且其移动的距离小于一个原子间距的产物。由于相变态的原子一致移动，使母相和产物间具有原子对应性(Atomic Correspondence)和成分不变性。
步骤4，保持该压力，加热至该记忆合金材料的奥氏体相变温度(Af)以上，使形状记忆合金垫圈恢复母相，从而形状记忆合金垫圈在有限空间内产生内缩力使罐体和上盖密封，再卸下压力。上述的加热可选用工艺简单的热风鼓吹等方式进行。
请一并参阅图2、图3、图4、图5和图6，为能进一步详细说明本发明，下面以镍钛(Ti-Ni)形状记忆合金垫圈密封圆柱形锂离子电池为例说明本发明各步骤。
请先参阅图2，本实施方式步骤1，提供一圆柱形不锈钢罐体42和一相配的不锈钢上盖44。所述罐体42是锂电池的壳体，其内可容纳电池正极、负极和隔离膜。该上盖44形成有注液孔(未标示)，正极端子(未标示)和防爆装置(未标示)。
请参阅图3和图4，本实施方式步骤2，提供一形状记忆合金垫圈46，设置在该罐体42和上盖44之间。所述形状记忆合金垫圈46为与罐体42和上盖44尺寸相配的薄片垫圈，为镍钛(Ti-Ni)形状记忆合金材料制成。另外，如锂离子电池为方形，可选用方形形状记忆合金垫圈48。
镍钛(Ti-Ni)形状记忆合金其成分镍金属含量为49～51％，马氏体相变温度(Ms)范围在-50～100℃之间。该记忆合金熔点约1300℃，密度6.5g/cm3，具有很高的塑性。其最大形状记忆应变为6～10％，恢复应力的范围在200～760MPa之间。
请参阅图5，本实施方式步骤3，施加适当相向压力P在该罐体42和上盖44上，使形状记忆合金垫圈46被压紧，而且诱发形状记忆合金垫圈46相变形变，使具有体心立方结构的母相形成马氏体相变态。位于该罐体42和上盖44中间的形状记忆合金垫圈46在该压力P作用下产生有限度的相变形变，但是，该压力P应限制在不会导致罐体42和上盖44产生破坏作用范围内。
请参阅图6，本实施方式步骤4，保持该压力P，加热至奥氏体相终止温度(Af)以上，使形状记忆合金垫圈46恢复母相，从而形状记忆合金垫圈46在有限空间内产生内缩力，使罐体42和上盖44紧密接合，再卸下压力P，即可完成封盖工艺形成密封的锂离子电池。上述的加热可选用热风(50～60℃)鼓吹等方式进行。
本发明利用形状记忆合金垫圈适合所有圆柱形和方形的锂离子电池封盖工艺。本发明的锂离子电池封盖方法是利用形状记忆合金垫圈在外加应力下诱发相变形变，而在保持该压力下，加热至奥氏体相终止温度(Af)以上使其在有限的空间内恢复母相，从而产生内缩力，进而达到将上盖和罐体紧密接合的目的。由于本发明的封盖方法工艺简单，而且避免使用焊接，所以具有安全性好、密合度高、失败率低和适合产线上应用等优点。
Claims (5)
1.一种锂离子电池封盖方法，包括下列步骤：
提供一罐体和一上盖；
提供一形状记忆合金垫圈，设置在该罐体和上盖之间；
施加适当相向压力在该罐体及上盖上，使形状记忆合金垫圈被压紧，而且诱发形状记忆合金垫圈相变形变，使具有体心立方结构的母相形成马氏体相变态；
保持该压力，加热至奥氏体相终止温度以上使上述形状记忆合金垫圈恢复母相，从而该形状记忆合金垫圈产生内缩力密封罐体和上盖，再卸下压力。
2.如权利要求1所述的锂离子电池封盖方法，其特征在于罐体和上盖为铝金属或不锈钢制成。
3.如权利要求1所述的锂离子电池封盖方法，其特征在于形状记忆合金垫圈的材质为Ti-Ni、Ti-Ni-Nb、Ti-Ni-Fe、Cu-Zn-Al、Cu-Al-Mn、Cu-Al-Be、Cu-Al-Ni、Cu-Al-Ni-Be或Fe-Mn-Si合金材料。
4.如权利要求1所述的锂离子电池封盖方法，其特征在于加热方法为用热风鼓吹。
5.如权利要求4所述的锂离子电池封盖方法，其特征在于热风温度范围为50～60℃。
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