CN1310348C - 锂离子电池密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂离子电池密封结构，其可提高电池密封性及安全性，该密封结构包括一金属罐体及一盖板，及一密封件。该盖板与该金属罐体密封焊接为一体。该盖板开设有电解液注液孔。该密封件包括一主体及与其相连的操作杆；其中该主体在该罐体内，并通过其边缘紧扣所述盖板的内表面，将注液孔一端密封；该操作杆是延伸入该注液孔中，并与该盖板焊接为一体。本发明的密封结构可确保注液孔密封性良好，且电池内部压力由密封件承受，可保护焊接处免受压力破坏，提高安全性。

Description

锂离子电池密封结构
【技术领域】
本发明是关于电池封装结构，特别是关于使用液体电解液的锂离子电池密封结构。
【背景技术】
近年来，电脑、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、笔记本电脑、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)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)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、负极以及隔离膜是置于一金属罐内，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、负极及隔离膜封装于金属罐后，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10，为现有技术的方形锂离子电池封装结构示意图。该锂离子电池包括一方形的金属罐体17，其内可容纳正极、负极、电解液等(图未示)；一盖帽1O，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是焊接于该铆钉15的下端，且该正极接头16与电池的正极相连(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22的厚度不易控制，使得电池可承受的极限压力难以控制。
中国专利申请第01274686.x号揭露一种具有防爆膜的锂电池封装，其是用铝箔代替现有技术的环形凹槽作为防爆装置，因铝箔的厚度易于控制，故，该设计有利于精确控制防爆装置可承受的极限压力。
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，其是将现有的防爆结构改良，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，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，需将电解液注液孔密封处理。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内，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，故，当电池内部压力上升时，容易因注液口焊接处破裂而发生漏液，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，亦可避免电解液泄漏的锂离子电池密封结构。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结构。
为实现上述目的，本发明提供一种锂离子电池密封结构，其包括：一金属罐体，其具有一开口；一盖板，其形状与该开口相配，且密封焊接于该开口，该盖板开设有电解液注液孔；及一密封件，其包括一主体及与其相连的操作杆；其中该主体在该罐体内，并通过其边缘紧扣所述盖板的内表面，将注液孔一端密封；该操作杆是延伸入该注液孔中，并与该盖板焊接为一体，形成一焊接层。所述主体与所述盖板内表面及焊接层之间形成一封闭空间。
所述盖板形成有电极端子，且该电极端子与该盖板之间绝缘。
所述盖板形成有防爆装置，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。
所述盖板的内表面环绕该注液孔形成有环形凹槽，所述主体可紧扣入该环形凹槽内。该环形凹槽内可进一步设置有防水弹性垫圈。
相对于现有技术，本发明利用该密封件将注液孔覆盖罩着，并将注液孔焊接密封，可确保注液孔密封性良好，且密封件与盖板紧扣结合，电池内部的压力完全由密封件承受，可保护注液孔焊接处免受压力破坏，确保电池安全性。
【附图说明】
图1是本发明锂离子电池密封结构的立体示意图。
图2是本发明第一实施例所用的密封件与盖板的示意图。
图3是本发明第一实施例将密封件的拉杆插入注液孔的示意图。
图4是本发明第一实施例将密封件紧扣罩着注液孔的示意图。
图5是本发明第一实施例焊接拉杆的示意图。
图6是本发明第一实施例去除多余拉杆的示意图。
图7是本发明第二实施例填充吸水材料至密封件的示意图。
图8是本发明第三实施例在凹槽内设置垫圈的示意图。
图9是本发明第四实施例采用的方形密封件的示意图。
图10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。
请同时参阅图1和图6，本实施方式以方形锂离子电池为例，本发明的锂离子电池密封结构包括一罐体80，及与该罐体80密封焊接的盖板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106二侧开设有注液孔112及密封安装有防爆装置102。
所述罐体80是呈方形，其内部可以容纳电池正极、负极、隔离膜及电解液，该罐体80具有一方形开口(图未标号)。
所述盖板110具有与该方形开口相配合的尺寸及形状，其可通过焊接方式密封覆盖于该开口。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是形成于上述盖板110中部，其穿过该盖板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，穿透该盖板110的内、外表面，当盖板110及罐体80焊接为一体以后，电解液通过该注液孔112注入，然后该注液孔112需密封处理。电解液注液孔112靠近盖板110内表面113一端被一密封件120密封覆盖封住，该密封件120具有一弧形主体121及一与该主体121相连的拉杆124，所述弧形主体121将注液孔112一端密封覆盖，而拉杆124从该主体121内表面延伸穿过注液孔112，并经焊接处理使拉杆124与盖板110密封焊接为一体，焊接形成一焊接层132将注液孔112填充封堵，从而将密封件120密切紧固于该盖板110，并实现注液孔112良好密封效果。
另外，上述盖板110的内表面113环绕注液孔112可进一步形成有一环状凹槽114，其形状与密封件120的边缘122形状大小相配合，二者可紧密扣合，如此可进一步增强密封效果。
本发明设计利用密封件120将注液孔112一端封闭，电池内部形成的压力全部由密封件120承受，从而可保护焊接层132不受内部压力破坏，可确保电池安全性；密封件120通过拉杆124紧固于盖板110，使得其边缘122与盖板110之间形成密切扣合，加上密封焊接处理，可确保注液孔112具有良好密封性。
请同时参阅图2至图6，本发明锂离子电池密封结构制备方法包括下列步骤：
步骤一，如图2所示，提供一带有拉杆124的密封件120，并于盖板110内表面113形成与密封件120相配的环形凹槽114。其中，该密封件120具有主体121，该主体121呈半球形或弧面形状，其边缘122呈圆形，且边缘122的直径比注液孔112孔径大。所述拉杆124是从该主体121内表面延伸而出，其形状可为圆柱形、方形或其它形状，其直径比注液孔112的孔径小，长度比盖板110厚度大。拉杆124与主体121可由金属铸成，亦可经焊接而成。环形凹槽114是环绕注液孔112形成，其形状大小与密封件120的边缘122相配。
步骤二，如图3所示，将密封件120的拉杆124自盖板110的内表面113一侧穿过注液孔124，使得拉杆124露出盖板110上表面，而密封件120的主体121与内表面113之间留有一定间隙。
步骤三，将盖板110与罐体80密封焊接为一体。焊接时应将盖板110的内表面113朝向罐体80内部，这样焊接后可使得密封件120的主体121位于罐体80内部，而拉杆124的远端部份露出盖板110外面。焊接可采用激光焊接，并确保密封性良好、不漏液、不进气。
步骤四，从注液孔112注入电解液。拉杆124直径较注液孔112小，仍有间隙可供电解液注入。因电解液在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。
步骤五，如图4所示，利用拉杆124将密封件120紧扣封闭注液孔112一端。注入电解液之后，因拉杆124伸出盖板110外面，可施加作用力于拉杆124，通过该拉杆124将密封件120的边缘122紧扣入凹槽114，从而将注液孔112一端封闭。
步骤六，如图5所示，将拉杆124与盖板110密封焊接固定。密封件120将注液孔112一端密封之后，填充焊料至注液孔112的间隙内，然后利用点焊将拉杆124与盖板110密封焊接为一体。因密封件120的主体121封堵注液孔112一端，所以可防止焊料通过注液孔112漏入电池内。焊接完成之后形成一层焊接层132，从而将密封件120紧固于盖板110。
步骤七，如图6所示，去除拉杆124露出盖板110外面的部份。将拉杆124露出盖板110上表面的部份剪切去除，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池密封结构，其中电解液注液孔112一端被密封件120的主体121覆盖罩着，形成密封，并用焊接方式将密封件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，因密封件120的主体121承受电池内部压力，可保护焊接层132免受压力破坏，提高安全性。
请参阅图7，本发明还可在密封件主体121凹处放置吸水材料136，以吸收罐体80内部残留水气。上述吸水材料136包括活性碳、锂化分子筛、活性氧化铝、硅胶、硫酸钙等脱水剂，其可在注入电解液之后、密封焊接拉杆124与盖板110之前放置。
请参阅图8，本发明还可进一步在盖板110形成的环形凹槽114内设置一防水橡胶垫圈142，当密封件120紧扣入该凹槽114时，因橡胶垫圈142具有弹性，其被密封件120的扣合力压紧，可与密封件120之间形成更好密封。
请参阅图9，本发明亦可采用方形密封件150代替上述半球形或弧形密封件120。该方形密封件150大体呈具有开口的方形，拉杆154自该密封件150中部向外延伸，其具有垂直的侧壁152。
当然，本发明采用的密封件120、150亦可变换为其它形状，不限于本实施方式所描述，只要其能紧扣盖板110的内表面114并将注液孔112一端覆盖罩着，形成密封即可。
本发明亦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 (15)

1.一种锂离子电池密封结构，其包括：一罐体，其具有一开口；一盖板，其形状与该开口相配，且密封焊接于该开口；一注液孔形成于该盖板，并穿透该盖板的内、外表面；及一密封件；其特征在于：该密封件包括一主体及与其相连的操作杆，该主体在该罐体内，并通过其边缘紧扣所述盖板的内表面，将注液孔一端密封，该操作杆穿过注液孔，并与盖板焊接为一体，形成一焊接层。
2.如权利要求1所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该盖板形成有电极端子，且该电极端子与该盖板之间绝缘。
3.如权利要求1所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该盖板形成有防爆装置，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。
4.如权利要求1所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该罐体是由金属制成。
5.如权利要求4所述的锂离子电池密封结构，其特征在于所述金属为铝或不锈钢。
6.如权利要求1所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该盖板是由金属制成。
7.如权利要求6所述的锂离子电池密封结构，其特征在于所述金属为铝或不锈钢。
8.如权利要求1所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该操作杆的直径比注液孔的孔径小。
9.如权利要求1所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该盖板的内表面环绕该注液孔形成有环形凹槽，所述主体边缘可紧扣入该环形凹槽内。
10.如权利要求9所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该环形凹槽内进一步设置有防水弹性垫圈。
11.如权利要求1所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该主体与盖板内表面及焊接层之间形成一封闭空间。
12.如权利要求11所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该主体边缘直径比注液孔直径大。
13.如权利要求11所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该主体呈半球形、弧形或方形。
14.如权利要求11所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该封闭空间放置有吸水材料。
15.如权利要求14所述的锂离子电池密封结构，其特征在于该吸水材料为活性炭、锂化分子筛、活性氧化铝、硅胶或硫酸钙。
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