CN1310347C - 锂离子电池密封方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池密封方法，其可提高电池密封性及安全性，该密封方法包括：提供一罐体及一上盖，该上盖形成有注液孔；提供一密封件，其一端与一操作杆相连；将所述操作杆穿过该注液孔，使该操作杆一部份伸出该上盖外面；将所述上盖与罐体密封焊接为一体；通过所述注液孔向罐体内注入电解液；利用操作杆将密封件插入注液孔；将所述密封件及上盖密封焊接为一体；去除操作杆。其中，所述密封件具有一主体部及一头部，该主体部与所述注液孔形状大小相符，所述头部较注液孔稍大。密封件与上盖可形成螺纹结合。所述上盖还可形成防爆装置以及正极端子。

Description

锂离子电池密封方法

【技术领域】

本发明是关于一种锂离子电池封装方法，特别是关于使用液体电解液的电池密封方法。

【背景技术】

近年来，电脑、通信电子产品以及消费性电子产品的功能越来越强，而其外形尺寸要求越来越小、质量越来越轻，所以，高容量、小尺寸的电池产品受到欢迎。特别是锂离子电池，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、数码相机等产品的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)。目前常用者，为液态电解液。

锂离子电池使用的液态电解液是有机非水溶液，如碳酸乙烯酯(EthyleneCarbonate，EC)、碳酸二乙酯(Diethyl Carbonate，DEC)之混合物为溶剂，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，使得离子可以通过并隔绝电子。隔离膜材料主要包括聚乙烯(PE)及聚丙烯(PP)等有机聚合物，形成单层、双层或多层结构。上述正极、负极以及隔离膜是设置在一金属罐内，并将电解液注入金属罐内，浸泡正极、负极，以发生电化学反应，实现电能与化学能互相转换。

上述金属罐需具有良好密封效果，以防止水气进入。一般而言，金属罐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、负极及隔离膜封装在金属罐后，一盖帽与该金属罐密封焊接，以确保电池具有良好防水防气性能。

请参见图8，为现有技术方形锂离子电池封装结构的示意图。该锂离子电池封装结构包括一方形金属罐体17，其内可容纳正极、负极、电解液等(图未示)；一盖帽10，其外形与罐体17上端的开口相配合，且与该罐体17焊接为一体。

该盖帽10包括一盖板12；一正极端子11设置于盖板12上，且二者之间用第一绝缘片13隔开；一铆钉15穿透该盖板12、正极端子11及绝缘片13，以将正极端子11紧固于盖板12上；一第二绝缘片14设置于该铆钉15与盖板12之间，以将二者绝缘；一正极接头16焊接于该铆钉15下端，且该正极接头16与电池正极相连(图未示)。盖板12一侧形成有一电解液注液孔20用以注入电解液；另一侧设有一环形凹槽22，该环形凹槽22的厚度比盖板12其它部份的厚度薄，当电池发生不正常现象，例如短路、过充电、过放电或正负极反接时，电池内部温度快速上升，使得有机电解液蒸发或分解，导致电池内部压力增大至一定极限值时，该凹槽22裂开，使得内部气体可以释放出来，防止电池发生爆炸。但是，该环形凹槽的厚度不易控制，使得电池可承受的极限压力难以准确控制。

中国专利第01274686.x号揭露一种具有防爆膜的锂电池封装，其使用铝箔代替习知技术的环形凹槽作为防爆装置，因为铝箔的厚度容易精确控制，所以，该设计有利于精确控制防爆装置所能承受的极限压力。

美国专利第6,117,586号揭露一种锂离子电池封盖的改进方案，其将习知防爆结构改良，设置一可变形的防爆片连接正极与正极端子，当该防爆片被电池内部压力挤压变形或被损坏时，正极与正极端子之间断开连接，从而电池断路，确保电子器件不会因电池产生过大电流而遭到损坏。

当电池封盖与罐体焊接完成，注入电解液后，需将电解液注液口进行密封处理。现有技术对电解液注液孔一般采用点焊密封处理，或直接采用小钢球将注液孔堵塞。但是，采用小钢球堵塞的方法难以确保密封性，容易产生电解液泄漏等问题；而采用点焊或其它焊接时，容易发生焊料等颗粒物通过注液孔进入电池罐体内，影响电解液性能；而且焊接时容易产生虚焊或假焊，均可能导致漏气、漏液等缺陷；另外，因电解液注液孔较小，焊接强度较差，所以，当电池正常使用使得内部压力上升时，容易因焊接强度问题使得注液口破裂而发生漏液，导致严重安全事故。

有鉴于此，提供一种具有优良气密性及安全性的锂离子电池密封结构实为必要。

【发明内容】

为克服现有技术因电解液注液孔密封不良造成气密性较差，以及焊接强度较差的缺点，本发明的目的在于提供一种具有良好气密性，可防止水气进入电池内部，也可避免电解液泄漏的锂离子电池密封方法，本发明的另一目的在于提供一种结构牢固，强度较高，安全性良好的锂离子电池密封方法。

为实现上述目的，本发明锂离子电池密封方法包括：

提供一罐体及一上盖，该上盖形成有注液孔；

提供一密封件，其一端与一操作杆相连；

将所述操作杆穿过该注液孔，使该操作杆一部份伸出该上盖外面；

将所述上盖与罐体密封焊接为一体；

通过所述注液孔向罐体内注入电解液；

利用操作杆将密封件插入注液孔；

将所述密封件及上盖密封焊接为一体；

去除操作杆。

其中，所述密封件具有一主体部及一头部，该主体部与所述注液孔形状大小相符，所述头部比注液孔稍大。密封件与上盖可形成螺纹结合。所述上盖还可形成防爆装置以及正极端子。

相对于现有技术，本发明方法利用密封件将注液孔封堵后再经焊接过程，可确保注液孔密封性良好，且密封件与上盖结合牢固，可承受较大压力，可保护焊接处免受压力破坏，确保安全性。

【附图说明】

图1是本发明的锂离子电池密封方法流程图。

图2是本发明的锂离子电池罐体和盖板俯视示意图。

图3是本发明第一实施例所用的螺钉与注液孔的示意图。

图4是本发明第一实施例将螺钉插入注液孔的示意图。

图5是本发明第一实施例填充焊料至焊接点的示意图。

图6是本发明第一实施例将多余拉杆去除后的示意图。

图7是本发明第二实施例增加垫圈密封的示意图。

图8是现有技术锂离子电池封装结构的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明锂离子电池密封方法包括下列步骤：

步骤1，提供一罐体及一上盖，该上盖形成有注液孔。所述罐体是锂离子电池的壳体，一般为方形或圆柱形，为铝金属或不锈钢制成，其内可容纳电池正极、负极及隔离膜。所述上盖一般与罐体同为金属制成，其与该罐体的开口相配，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，提供一密封件，其一端与一操作杆相连。所述密封件由一主体部及一头部组成，该主体部是用以插入所述注液孔，其形状大小与该注液孔相符合，长度与该注液孔相符或稍小；该密封件的头部比注液孔大，使其不能穿过注液孔。所述操作杆是与密封件主体部一端相连，操作杆的直径比注液孔的孔径小，可穿过该注液孔，并留有间隙以利后续步骤注入电解液。

步骤3，将所述操作杆穿过该注液孔。因操作杆直径比注液孔小，所以，操作杆不会将注液孔堵死。

步骤4，将所述上盖与罐体密封焊接为一体。一般采用激光焊接，使得上盖与罐体成为一体。

步骤5，通过所述注液孔向罐体内注入电解液。因电解液遇高温易分解，所以，必须待上盖与罐体焊接完成之后方可注入，以确保电解液性能。

步骤6，利用操作杆将密封件插入注液孔。利用穿过注液孔外面的操作杆，施加作用力将密封件插入注液孔内，从而将注液孔封堵。

步骤7，将密封件与上盖密封焊接为一体。一般利用点焊将密封件与上盖密封焊接为一体。

步骤8，去除操作杆。将伸出注液孔外面的操作杆切割去掉，以利于后续封装及使用。

请一起参阅图2、图3、图4、图5及图6，为能进一步详细说明本发明方法，下面以方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，先提供一方形的罐体80及一盖板110，其中，该盖板110的中部形成有一正极端子106，且于正极端子106二侧分别开设有注液孔112和密封安装有防爆装置102。

所述罐体80呈方形，其内部可以容纳电池正极、负极及隔离膜，电解液将于后续步骤注入该罐体80。该罐体80具有一方形开口(图未标示)。

所述盖板110具有与该方形开口相配合的尺寸及形状，其可在后续步骤中通过焊接方式密封覆盖该开口。该盖板110与该罐体80可由金属材料制备而成，一般为铝金属或不锈钢。

所述正极端子106是形成在上述盖板110中部，其是穿过该盖板110连接至罐体80内部的正极(图未示)，且通过绝缘介质(图未示)使其与该盖板110绝缘。

所述防爆装置102可采用现有技术的环形凹槽或防爆铝箔等，当电池内部的压力上升至一预定极限值，其可破裂、释放压力。

所述注液孔112是一圆形通孔，从盖板110的外表面延伸到内表面，用以注入电解液。

请参阅图3，本实施方式步骤2，提供一密封件，其一端与一操作杆相连。所述密封件为螺钉120，操作杆为拉杆124。其中螺钉120的长度与盖板110的厚度相当，或比盖板110的厚度稍小，螺钉120包括螺杆122、螺钉头121及尾部123。螺杆122的直径与注液孔112孔径相当，其可形成外螺纹，注液孔可形成相应内螺纹，二者可于后续步骤中形成螺纹结合；螺钉头121的直径较注液孔112孔径稍大；拉杆124是从螺钉120的尾部123延伸出来，并与之固定连接，拉杆124的直径远小于注液孔112的孔径。拉杆124可以焊接或粘结于该螺钉120的尾部123。

步骤3，将操作杆，即拉杆124穿过该注液孔112。将螺钉120置于罐体80内，将拉杆124穿过注液孔112伸出盖板110外表面。因拉杆124直径远小于注液孔112，所以，不会将注液孔112堵塞。

步骤4，将盖板110与罐体80密封焊接为一体。可利用激光焊接将盖板110与罐体80密封焊接为一体，以确保密封性良好、不漏液、不进气。

步骤5，从注液孔112注入电解液。因电解液于高温环境中易分解失效，所以，需待盖板110与罐体80焊接完成之后，才可注入电解液。

步骤6，如图4所示，利用拉杆124将螺钉120插入封闭注液孔112。注入电解液之后，因拉杆124伸出盖板110外表面，所以，可施加作用力于拉杆124，通过该拉杆124将螺钉120拉入或旋转插入注液孔112，将注液孔112封闭。

步骤7，如图5所示，将螺钉120与盖板110密封焊接为一体。螺钉120封住注液孔112之后，填充焊料130至注液孔112与螺钉120接触处，然后利用点焊将螺钉120与盖板110密封焊接为一体。因螺钉120封堵住注液孔112，所以，可防止焊料130通过注液孔112漏入电池内。焊接完成之后形成一层焊接层132。

步骤8，如图6所示，去除拉杆124伸出部份。将拉杆124伸出焊接层132的部份剪切去除，以利后续封装、使用。

经上述步骤制备得到本发明的锂离子电密封结构，其中电解液注液孔112被螺钉120插入封堵，并用焊接方式将螺钉120与盖板110密封焊接为一体，可确保注液孔112的良好气密性；另外，螺钉120与注液孔112可形成螺纹结合，加上螺钉头121直径较注液孔112大，所以，安装完成之后螺钉120不会继续向外移动，可承受较大的压力，保护焊接层132免受压力破坏，提高安全性。

另外，如图7所示，本发明第二实施方式还可在螺钉120与盖板110之间进一步设置一橡胶防水垫圈140，以增强螺钉120与盖板110间的密封性。

本领域技术人员应当明白，本发明可将螺钉120变换为其它类似元件，如螺栓、螺柱、铆钉等。

本发明可适用于其它形状的锂离子电池，如圆柱形锂离子电池，只需改变罐体80及盖板110的形状即可。

Claims (10)

1.一种锂离子电池密封方法，其特征在于包括下列步骤：提供一罐体及一上盖，该上盖形成有注液孔；提供一密封件，其一端与一操作杆相连；将所述操作杆穿过该注液孔，使该操作杆一部份伸出该上盖外表面；将所述上盖与罐体密封焊接为一体；通过所述注液孔向罐体内注入电解液；利用操作杆将密封件插入注液孔；将所述密封件及上盖密封焊接为一体；去除操作杆。

2.如权利要求1所述的锂离子电池密封方法，其特征在于该密封件具有一主体部及一头部，该主体部与该注液孔形状大小相配，该头部比注液孔大，所述操作杆与该主体部一端相连接。

3.如权利要求2所述的锂离子电池密封方法，其特征在于所述操作杆比该注液孔小。

4.如权利要求3所述的锂离子电池密封方法，其特征在于该密封件的主体部具有外螺纹，该注液孔形成相应的内螺纹，二者形成螺纹结合。

5.如权利要求4所述的锂离子电池密封方法，其特征在于该密封件包括螺钉。

6.如权利要求5所述的锂离子电池密封方法，其特征在于该螺钉的长度等于或稍小于所述注液孔的长度。

7.如权利要求1所述的锂离子电池密封方法，其特征在于密封件包括螺栓、螺柱、铆钉。

8.如权利要求1所述的锂离子电池密封方法，其特征在于该上盖形成有电极端子，且该电极端子与该上盖之间绝缘。

9.如权利要求1所述的锂离子电池密封方法，其特征在于该上盖形成有防爆装置，当该罐体内部压力上升到预定极限时，该防爆装置可破裂释放压力。

10.如权利要求1所述的锂离子电池密封方法，其特征在于所述罐体内预先容纳有正极、负极及隔离膜，该正极选自锂钴氧化物、锂镍氧化物或锂锰氧化物之一，负极选自锂金属、锂金属合金或石墨碳材料之一。

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