CN1988211A - 电池圆柱外壳及圆柱防爆电池及其加工方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电池圆柱外壳及圆柱防爆电池及其加工方法和加工设备。电池圆柱外壳包括一体成型的圆筒形侧面与圆形底面，在所述侧面的肩部形成有一圈内凹的滚槽，而基于所述内凹的滚槽上缘，还形成有一圈向上的凸环。本发明的圆柱防爆电池具有如下优点：壳体的成型更加合理，壳体与密封件的受力状况改善，电池封口的密封性增加且波动减小。

Description

电池圆柱外壳及圆柱防爆电池及其加工方法和设备
技术领域
本发明涉及一种化学电源，更具体地说，本发明涉及一种机械封口的圆柱型电池及其制造技术。
背景技术
随着数码相机、摄像机、笔记本电脑、移动DVD等数码产品的飞速发展，俱有比容量高、能量密度大、寿命长的锂离子电池，特别是圆柱型锂离子电池得以广泛应用。
目前，通常的圆柱型锂离子电池包括钢制外壳，且自上而下依次包括盖帽、温度保险环、安全阀片、电流断开装置、透气板、正极耳、上垫片、卷芯，防爆电池外壳的肩部形成有一圈内凹的滚槽，在该滚槽上缘与外壳上端的收口之间嵌配着密封圈，该密封圈设有一圈内槽且紧套在盖帽、温度保险环和安全阀片的外周。根据理论和经验证明：圆柱型锂离子电池的滚槽加工及封口气密性是非常重要的质量控制环节，这些环节质量的好坏在很大程度上影响着圆柱型锂离子电池的应用和推广。而传统的圆柱型锂离子电池在这些环节上主要表现出如下缺点：滚槽时壳体表面镀层破坏，封口压力波动较大。有部分电池封口压力在5kg/cm2以下，从而导致电池漏液现象。
在此方面，有专利号为02258513.3的中国专利文件公开了一种圆柱形锂离子电池封口，是在电池上口外壳中依次压入密封圈、正极片、热敏电阻片、盖板、防爆块、盖帽等后，由机械方式向内侧卷边封住上口而成。一热敏电阻片夹在正极片和盖板之间呈电联结，盖板上有两个孔，一个放气孔位于盖板中心，孔上盖有弹性密封块，密封块被盖在盖帽内侧，另一加液孔开在盖板中心与周边之间，该孔由钢珠封堵。据称，该电池封口优点是有效防止电池短路、发热、爆裂、渗漏，加注电解液操作方便，电池密封性好，对生产环境条件要求低，产出的电池性能更可靠。但是，根据经验，该封口技术的效果值得质疑。
发明内容
针对现有技术的上述缺点，本发明的两个目的分别是要提供一种电池圆柱外壳及其圆柱防爆电池，该电池圆柱外壳及其圆柱防爆电池俱有如下优点：壳体的成型更加合理，壳体与电池密封件的受力状况改善，电池封口的密封性增加且波动减小。
本发明的另外两个目的分别是要提供一种上述电池圆柱外壳及其圆柱防爆电池的加工方法。
本发明的又另外三个目的分别是要提供一种上述电池圆柱外壳及其圆柱防爆电池的加工设备。
为此，本发明的技术解决方案之一是一种电池圆柱外壳，其包括一体成型的圆筒形侧面与圆形底面，在所述侧面的肩部形成有一圈内凹的滚槽，而基于所述内凹的滚槽上缘，还形成有一圈向上的凸环。
本发明的另一相关技术解决方案是一种采用上述圆柱电池外壳的圆柱防爆电池，其依次包括最上端的盖帽、温度保险环、安全阀片、电流断开装置、透气板、正极耳、上垫片、卷芯，防爆电池还包括外壳和密封圈，所述外壳的肩部形成有一圈内凹的滚槽，在该滚槽上缘与外壳上端的收口之间嵌配着密封圈，该密封圈设有一圈内槽且紧套在所述盖帽、温度保险环和安全阀片的外周，而所述滚槽的上缘形成有一圈向上的凸环，该圈凸环的上凸面与所述密封圈的下面间弹性变形地接触、形成弹性的密封环面。
传统电池外壳采用曲率半径较大的滚槽与电池密封圈进行面接触密封，本实用新型的电池防爆圆柱外壳，在曲率半径较大的滚槽基础上增加曲率半径较小的向上的凸环以增加接触弹性、变形力度乃至接触面积，因此与传统电池外壳相比，俱有以下优点：由于壳体肩部上的滚槽采用了局部环形突起，使壳体肩部与肩部以上的电池密封圈等形成局部环形挤压接触，从而能使电池密封圈受力状况大为改观，密封压力波动性下降、密封性能大大提高。相比传统圆柱形电池的滚槽封口而言，本发明电池封口后的封口压力可达7kg/cm2以上，能基本解决电池漏液现象。而且，组合盖板内的防爆阀、PTC(温度保险环)等组件变形小，俱有接触电阻更小，使用更加安全可靠。
为进一步优化和细化本发明电池结构的上述基本优点，本发明电池的结构改进还包括：相对所述滚槽上缘，所述凸环的上凸面向上凸起的高度不小于0.2毫米；所述凸环的上凸面向上凸起的高度为所述滚槽内凹深度的8-12；所述滚槽的内凹深度为所述防爆电池直径的7-13％。密封圈的材质采用弹塑性的有机聚合物。
本发明的又一相关技术解决方案是一种电池圆柱外壳的加工方法，其包括如下步骤：A)在电池外壳的肩部滚压形成一圈滚槽，同时，在电池外壳的轴向施加轴向挤压推力；B)在滚槽形成后，利用钩头压模或轴向挤压模具，在滚槽上缘形成一圈向上的凸环。
为进一步优化和细化本发明上述电池外壳加工方法的基本优点，本发明电池外壳加工方法改进还包括：所述步骤B中，所述轴向挤压模具包括冲压上模、下卡模，轴向挤压模具的操作过程包括：将电池外壳紧配合在下卡模中，令滚槽上缘外底面相对所述下卡模上端面的距离不小于0.2毫米，启动冲压上模推压电池外壳上端开口直至所述滚槽上缘外底面接触到下卡模上端面；所述钩头压模探入滚槽，压模的钩头在所述电池外壳滚槽上缘旋转地模压出一圈凸环。
相应地，本发明还有一相关技术解决方案是一种如上所述圆柱防爆电池的加工方法，其包括如下步骤：A)在电池外壳的肩部滚压形成一圈滚槽，同时，在电池外壳的轴向施加轴向挤压推力；B)在滚槽形成后，利用钩头压模或轴向挤压模具，在滚槽上缘形成一圈向上的凸环；C)在滚槽及凸环的上凸面上添装内套有盖帽、温度保险环和安全阀片的密封圈，然后利用轴向挤压模具施压，将电池外壳开口进行收缩封口。
本发明又一相关技术解决方案是一种上述电池圆柱外壳的加工设备，其包括下卡模，而所述加工设备还包括冲压上模，该冲压上模的下端包括台阶面，在该台阶面以下形成有小头向下的锥度模头，该锥度模头的小头外径与所述电池外壳的内径相当；所述下卡模的开孔内径与所述电池外壳的外径相当，所述下卡模俱有调节开孔深度的调深机构，且该调深机构可令所述开孔中的电池外壳上的滚槽上缘外底面相对所述下卡模上端面的距离不小于0.2毫米。
为进一步优化和细化本发明上述电池圆柱外壳的加工设备的基本优点，本发明电池圆柱外壳的加工设备的结构改进还包括：所述下卡模俱有调节开孔内径的调径机构，所述下卡模的上端面设有探入所述滚槽的卡口。
更具体而言，所述下卡模包括纵向通孔的模体，所述开孔为该纵向通孔的上段，所述调径机构包括沿所述纵向通孔一侧的内壁向所述下卡模外表全面贯通的切缝，所述调径机构还包括调节所述切缝间隙的活动紧固机构。
本发明再又一相关技术解决方案是另一种上述电池圆柱外壳的加工设备，其包括从轴向两端顶压定位所述电池外壳的芯轴、后顶杆，而所述加工设备还包括钩头压模，该钩头压模包括可探入滚槽中的钩头，在钩头末端侧面钩状地形成有光滑的凸体。
本发明还有一相关技术解决方案是一种上述圆柱防爆电池的加工设备，其包括带有下卡模和封口上模的轴向挤压模具，而所述轴向挤压模具还包括冲压上模，该冲压上模的下端包括台阶面，在该台阶面以下形成有小头向下的锥度模头，该锥度模头的小头外径与所述电池外壳的内径相当；所述下卡模的开孔内径与所述电池外壳的外径相当，所述下卡模俱有调节开孔深度的调深机构，且该调深机构可令所述开孔中的电池外壳上的滚槽上缘外底面相对所述下卡模上端面的距离不小于0.2毫米。
本发明的上述加工设备能够优质、高效地生产出本发明的新型封口结构的圆柱形电池，不会产生电池外壳体表面的镀层破坏现象。
总之，本发明的一系列改进实施简单，效果显著，便于推广实施。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为传统圆柱形电池的封口结构示意图。
图2为图1中圈定范围内的局部结构放大示意图。
图3为本发明圆柱形防爆电池实施例的封口结构示意图。
图4为图2中圈定范围内的局部结构放大示意图。
图5为采用本发明加工设备实施例1加工外壳凸环的示意图。
图6为图5中圈定范围内的局部结构放大示意图。
图7为采用本发明加工设备实施例2加工外壳凸环的示意图。
图8为图7中圈定范围内的局部结构放大示意图。
图9为采用本发明加工设备实施例2进行封口操作的示意图
如图1、2，所示为传统圆柱形电池的封口结构示意图。其包括钢制外壳9，且自上而下依次包括盖帽1、温度保险环2、安全阀片3、电流断开装置4、透气板5、正极耳6、上垫片7、卷芯8，防爆电池外壳9的肩部形成有一圈内凹的滚槽90，在该滚槽90上缘与外壳9上端的收口91之间嵌配着密封圈10，该密封圈10设有一圈内槽10A且紧套在盖帽1、温度保险环2和安全阀片3的外周。传统的圆柱型锂离子电池，封口压力波动较大：其中部分电池封口压力在5kg/cm2以下，容易导致电池漏液现象。
具体实施方式
电池及其外壳实施例：
如图3、4，所示为本发明的圆柱防爆电池及其外壳实施例的示意图。圆柱防爆电池依次包括最上端的盖帽1、温度保险环2、安全阀片3、电流断开装置4、透气板5、正极耳6、上垫片7、卷芯8，防爆电池还包括外壳9和密封圈10，所述外壳9的肩部形成有一圈内凹的滚槽90，在该滚槽90上缘与外壳9上端的收口91之间嵌配着密封圈10，该密封圈10设有一圈内槽10A且紧套在所述盖帽1、温度保险环2和安全阀片3的外周，而且所述滚槽90的上缘还形成有一圈向上的凸环92，该圈凸环92的上凸面与所述密封圈10的下面间弹性变形地接触、形成弹性的密封环面。
相对所述滚槽90上缘，所述凸环92的上凸面向上凸起的高度不小于0.2毫米。
所述凸环92的上凸面向上凸起的高度为所述滚槽90内凹深度的8-12％。
所述滚槽90的内凹深度为所述防爆电池及其外壳9直径的7-13％。
密封圈10的材质采用弹塑性的有机聚合物。
加工设备实施例1及加工方法：
如图5、6，所示为采用本发明加工设备实施例1加工外壳凸环的示意图。加工设备实施例1包括从轴向两端顶压定位所述电池外壳9的芯轴11、后顶杆12，而所述加工设备还包括钩头压模13，该钩头压模包括可探入滚槽中的钩头131，在钩头131末端侧面钩状地形成有光滑的凸体132。加工方法包括如下步骤：A)在电池外壳9的肩部滚压形成一圈滚槽90，同时，在电池外壳9的轴向施加轴向挤压推力；B)在滚槽90形成后，利用钩头压模13的凸体132在滚槽90上缘形成一圈向上的凸环92。
在滚槽工序中，通过保证芯轴11与后顶杆12的同轴度，在滚刀(未示出)进刀的时候，后顶杆12加以适当的推力能使得直径Φ18的钢壳9滚槽90净深可达1.75mm以上，以利进一步挤压出向上凸环92。
加工设备实施例2及加工方法：
如图7、8，所示为采用本发明设备实施例2加工外壳凸环的示意图。该加工设备实施例2包括下卡模14，而且，所述加工设备还包括冲压上模15，该冲压上模15的下端包括台阶面150，在该台阶面150以下形成有小头向下的锥度模头151，该锥度模头151的小头外径与所述电池外壳9的内径相当；所述下卡模14的开孔140内径与所述电池外壳9的外径相当，所述下卡模14俱有调节开孔深度的调深机构(未予详示)，且该调深机构可令所述开孔140中的电池外壳9上的滚槽90上缘外底面相对所述下卡模14上端面的距离不小于0.2毫米。
所述下卡模14俱有调节开孔140内径的调径机构，所述下卡模14的上端面设有探入所述滚槽90的卡口141。
所述下卡模14包括纵向通孔的模体142，所述开孔140为该纵向通孔的上段，所述调径机构包括沿所述纵向通孔一侧的内壁向所述下卡模14外表全面贯通的切缝143，所述调径机构还包括调节所述切缝143间隙的活动紧固机构-螺孔144及插配在该螺孔144中的螺纹紧固机构(未示出)。
采用上述设备加工凸环的方法包括如下步骤：A)在电池外壳9的肩部滚压形成一圈滚槽90，同时，在电池外壳9的轴向施加轴向挤压推力；B)在滚槽90形成后，利用冲压上模15、下卡模14，将电池外壳9紧配合在下卡模14中，令滚槽90上缘外底面相对所述下卡模14上端面的距离不小于0.2毫米，启动冲压上模15推压电池外壳9上端开口直至所述滚槽90上缘外底面接触到下卡模14上端面，从而在滚槽90上缘形成一圈向上的凸环92；
如图9，所示为采用本发明设备实施例2进行封口操作的示意图。封口操作步骤包括：在滚槽90及凸环92的上凸面上添装内套有盖帽16、温度保险环17和安全阀片18的密封圈19等，然后利用轴向挤压模具中的封口上模20向下施压，将卡配在下卡模14开孔140中的电池外壳9开口进行收缩封口，最终完成电池封口。

Claims (10)

1、一种电池圆柱外壳，其包括一体成型的圆筒形侧面与圆形底面，在所述侧面的肩部形成有一圈内凹的滚槽，其特征在于：基于所述内凹的滚槽上缘，还形成有一圈向上的凸环。
2、如权利要求1所述的电池圆柱外壳，其特征在于：相对所述滚槽上缘，所述凸环的上凸面向上凸起的高度不小于0.2毫米；所述凸环的上凸面向上凸起的高度为所述滚槽内凹深度的8-12；所述滚槽的内凹深度为所述防爆电池直径的7-13％。
3、一种如权利要求1或2所述电池圆柱外壳的加工方法，其包括如下步骤：A)在电池外壳的肩部滚压形成一圈滚槽，同时，在电池外壳的轴向施加轴向挤压推力；B)在滚槽形成后，利用钩头压模或轴向挤压模具，在滚槽上缘形成一圈向上的凸环。
4、如权利要求3所述的电池圆柱外壳的加工方法，其特征在于：所述步骤B中，所述轴向挤压模具包括冲压上模、下卡模，轴向挤压模具的操作过程包括：将电池外壳紧配合在下卡模中，令滚槽上缘外底面相对所述下卡模上端面的距离不小于0.2毫米，启动冲压上模推压电池外壳上端开口直至所述滚槽上缘外底面接触到下卡模上端面；所述钩头压模探入滚槽，压模的钩头在所述电池外壳滚槽上缘旋转地模压出一圈凸环。
5、一种采用如权利要求1或2的圆柱电池外壳的圆柱防爆电池，其依次包括最上端的盖帽、温度保险环、安全阀片、电流断开装置、透气板、正极耳、上垫片、卷芯，防爆电池还包括外壳和密封圈，所述外壳的肩部形成有一圈内凹的滚槽，在该滚槽上缘与外壳上端的收口之间嵌配着密封圈，该密封圈设有一圈内槽且紧套在所述盖帽、温度保险环和安全阀片的外周，其特征在于：所述滚槽的上缘形成有一圈向上的凸环，该圈凸环的上凸面与所述密封圈的下面间弹性变形地接触、形成弹性的密封环面。
6、一种如权利要求5所述圆柱防爆电池的加工方法，其包括如下步骤：A)在电池外壳的肩部滚压形成一圈滚槽，同时，在电池外壳的轴向施加轴向挤压推力；B)在滚槽形成后，利用钩头压模或轴向挤压模具，在滚槽上缘形成一圈向上的凸环；C)在滚槽及凸环的上凸面上添装内套有盖帽、温度保险环和安全阀片的密封圈，然后利用轴向挤压模具施压，将电池外壳开口进行收缩封口。
7、一种如权利要求1或2所述电池圆柱外壳的加工设备，其包括下卡模，其特征在于：所述加工设备还包括冲压上模，该冲压上模的下端包括台阶面，在该台阶面以下形成有小头向下的锥度模头，该锥度模头的小头外径与所述电池外壳的内径相当；所述下卡模的开孔内径与所述电池外壳的外径相当，所述下卡模俱有调节开孔深度的调深机构，且该调深机构可令所述开孔中的电池外壳上的滚槽上缘外底面相对所述下卡模上端面的距离不小于0.2毫米。
8、如权利要求7所述电池圆柱外壳的加工设备，其特征在于：所述下卡模俱有调节开孔内径的调径机构，所述下卡模的上端面设有探入所述滚槽的卡口。
9、一种如权利要求1或2所述电池圆柱外壳的加工设备，其包括从轴向两端顶压定位所述电池外壳的芯轴、后顶杆，其特征在于：所述加工设备还包括钩头压模，该钩头压模包括可探入滚槽中的钩头，在钩头末端侧面钩状地形成有光滑的凸体。
10、一种如权利要求5所述圆柱防爆电池的加工设备，其包括带有下卡模和封口上模的轴向挤压模具，其特征在于：所述轴向挤压模具还包括冲压上模，该冲压上模的下端包括台阶面，在该台阶面以下形成有小头向下的锥度模头，该锥度模头的小头外径与所述电池外壳的内径相当；所述下卡模的开孔内径与所述电池外壳的外径相当，所述下卡模俱有调节开孔深度的调深机构，且该调深机构可令所述开孔中的电池外壳上的滚槽上缘外底面相对所述下卡模上端面的距离不小于0.2毫米。
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