專利名稱：鋰離子電池密封結(jié)構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于電池封裝結(jié)構，特別是關于使用液體電解液的鋰離子電池密封結(jié)構。
背景技術：
近年來，電腦、通訊電子產(chǎn)品以及消費性電子產(chǎn)品功能越來越強，而其外形尺寸要求越來越小、質(zhì)量越來越輕，所以，高容量、小尺寸的電池產(chǎn)品受到歡迎。特別是鋰離子電池，其具有容量大、能量密度高、電壓高等特點，在移動電話、筆記本電腦、數(shù)碼相機等產(chǎn)品的市場占有率不斷上升。
鋰離子電池是以鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)或鋰錳氧化物(LiMn2O4)等為正極活性材料，以鋰金屬、鋰合金或碳材料等為負極活性材料。其電解液可使用液態(tài)有機電解液或固態(tài)聚合物電解液，后者又稱為鋰聚合物電池(Lithium Polymer Battery)。目前常用者，為液態(tài)電解液。
鋰離子電池使用的液態(tài)電解液是有機非水溶液，如碳酸乙烯酯(EthyleneCarbonate，EC)、碳酸二乙酯(Diethyl Carbonate，DEC)的混合物為溶劑，以鋰鹽(如LiPF6)為溶質(zhì)，并添加少量添加劑組成。
鋰離子電池的正極、負極之間需用一層多孔隔離膜隔開，以使離子通過并隔絕電子。隔離膜材料主要包括聚乙烯(PE)及聚丙烯(PP)等有機聚合物，形成單層、雙層或多層結(jié)構。上述正極、負極以及隔離膜是置于一金屬罐內(nèi)，并將電解液注入金屬罐內(nèi)，浸泡正極、負極，以發(fā)生電化學反應，實現(xiàn)電能與化學能互相轉(zhuǎn)換。
上述金屬罐需具有良好密封效果，以防止水氣進入。一般而言，金屬罐是由鋁或不銹鋼制成一端開口的圓柱形或方形，待電池正極、負極及隔離膜封裝于金屬罐后，一蓋帽與該金屬罐密封焊接，以確保電池具有良好防水防氣性能。
請參見圖10，為現(xiàn)有技術的方形鋰離子電池封裝結(jié)構示意圖。該鋰離子電池包括一方形的金屬罐體17，其內(nèi)可容納正極、負極、電解液等(圖未示)；一蓋帽10，其外形與罐體17上端的開口相配合，且與該罐體17焊接為一體。
該蓋帽10包括一蓋板12；一正極端子11設置于蓋板12上，且二者之間用第一絕緣片13隔開；一鉚釘15穿透該蓋板12、正極端子11及絕緣片13，以將正極端子11緊固于蓋板12上；一第二絕緣片14設置于該鉚釘15與蓋板12之間，以將二者絕緣；一正極接頭16是焊接于該鉚釘15的下端，且該正極接頭16與電池的正極相連(圖未示)。蓋板12一側(cè)形成有一電解液注液孔20用以注入電解液；另一側(cè)設有一環(huán)形凹槽22，該環(huán)形凹槽22的厚度比蓋板12其它部份的厚度薄，當電池發(fā)生不正?，F(xiàn)象，例如短路、過充電、過放電或正負極反接時，電池內(nèi)部溫度快速上升，使得有機電解液蒸發(fā)或分解，導致電池內(nèi)部壓力增大至一定極限值時，該凹槽22裂開，使得內(nèi)部氣體可以釋放出來，防止電池發(fā)生爆炸。但是，該環(huán)形凹槽22的厚度不易控制，使得電池可承受的極限壓力難以控制。
中國專利申請第01274686.x號揭露一種具有防爆膜的鋰電池封裝，其是用鋁箔代替現(xiàn)有技術的環(huán)形凹槽作為防爆裝置，因鋁箔的厚度易于控制，故，該設計有利于精確控制防爆裝置可承受的極限壓力。
美國專利第6,117,586號揭露一種鋰離子電池封蓋的改進方案，其是將現(xiàn)有的防爆結(jié)構改良，設置一可變形的防爆片連接正極與正極端子，當該防爆片被電池內(nèi)部壓力擠壓變形或被損壞時，正極與正極端子之間斷開，從而電池斷路，確保電子器件不會因電池產(chǎn)生過大電流而遭到損壞。
當電池封蓋與罐體焊接完成，注入電解液后，需將電解液注液孔密封處理?，F(xiàn)有技術對電解液注液孔一般采用點焊密封處理，或直接采用小鋼球?qū)⒆⒁嚎锥氯?。但是，采用小鋼球堵塞的方法難以確保密封性，容易產(chǎn)生電解液泄漏等問題；而采用點焊或其它焊接時，容易發(fā)生焊料等顆粒物通過注液孔進入電池內(nèi)，且焊接時容易產(chǎn)生虛焊或假焊，均可能導致漏氣、漏液等缺陷；另外，因電解液注液孔較小，焊接強度較差，故，當電池內(nèi)部壓力上升時，容易因注液口焊接處破裂而發(fā)生漏液，導致嚴重安全事故。
有鑒于此，提供一種具有優(yōu)良氣密性及安全性的鋰離子電池密封結(jié)構實為必要。

發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術因電解液注液孔密封不良造成氣密性較差，以及焊接強度較差的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好氣密性，可防止水氣進入電池內(nèi)部，亦可避免電解液泄漏的鋰離子電池密封結(jié)構。本發(fā)明的另一目的在于提供一種結(jié)構牢固，強度較高，安全性良好的鋰離子電池密封結(jié)構。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種鋰離子電池密封結(jié)構，其包括一金屬罐體，其具有一開口；一上蓋，其形狀與該開口相配，且密封焊接于該開口，該上蓋開設有電解液注液孔；及一密封件，其包括一密封罩及與其相連的操作桿；其中該密封罩是在該罐體內(nèi)緊扣所述上蓋的內(nèi)表面，并完全覆蓋該注液孔；該操作桿是延伸入該注液孔中，并與該上蓋焊接為一體。
所述上蓋形成有電極端子，且該電極端子與該上蓋之間絕緣。
所述上蓋形成有防爆裝置，當該罐體內(nèi)部壓力上升到預定極限時，該防爆裝置可破裂釋放壓力。
所述上蓋的內(nèi)表面環(huán)繞該注液孔形成有環(huán)形凹槽，所述密封罩可緊扣入該環(huán)形凹槽內(nèi)。該環(huán)形凹槽內(nèi)可進一步設置有防水彈性墊圈。
相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明利用該密封件將注液孔覆蓋罩著，并將注液孔焊接密封，可確保注液孔密封性良好，且密封件與上蓋緊扣結(jié)合，電池內(nèi)部的壓力完全由密封件承受，可保護注液孔焊接處免受壓力破壞，確保電池安全性。

圖1是本發(fā)明鋰離子電池密封結(jié)構的立體示意圖。
圖2是本發(fā)明第一實施例所用的密封件與蓋板的示意圖。
圖3是本發(fā)明第一實施例將密封件的拉桿插入注液孔的示意圖。
圖4是本發(fā)明第一實施例將密封件緊扣罩著注液孔的示意圖。
圖5是本發(fā)明第一實施例焊接拉桿的示意圖。
圖6是本發(fā)明第一實施例去除多余拉桿的示意圖。
圖7是本發(fā)明第二實施例填充吸水材料至密封件的示意圖。
圖8是本發(fā)明第三實施例在凹槽內(nèi)設置墊圈的示意圖。
圖9是本發(fā)明第四實施例采用的方形密封件的示意圖。
圖10是現(xiàn)有技術鋰離子電池封裝結(jié)構的示意圖。
具體實施方式下面結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。
請同時參閱圖1和圖6，本實施方式以方形鋰離子電池為例，本發(fā)明的鋰離子電池密封結(jié)構包括一罐體80，及與該罐體80密封焊接的蓋板110。其中，該蓋板110的中部形成有一正極端子106，且于正極端子106二側(cè)開設有注液孔112及密封安裝有防爆裝置102。
所述罐體80是呈方形，其內(nèi)部可以容納電池正極、負極、隔離膜及電解液，該罐體80具有一方形開口(圖未標號)。
所述蓋板110具有與該方形開口相配合的尺寸及形狀，其可通過焊接方式密封覆蓋于該開口。該蓋板110與該罐體80可由金屬材料制備而成，一般為鋁金屬或不銹鋼。
所述正極端子106是形成于上述蓋板110中部，其穿過該蓋板110連接至罐體80內(nèi)部的正極(圖未示)，且通過絕緣介質(zhì)(圖未示)使其與該蓋板110絕緣。
所述防爆裝置102可采用現(xiàn)有技術的環(huán)形凹槽或防爆鋁箔等，當電池內(nèi)部的壓力上升至一預定極限值，其可破裂、釋放壓力。
所述注液孔112是一圓形通孔，當蓋板110及罐體80焊接為一體以后，電解液通過該注液孔112注入，然后該注液孔112需密封處理。電解液注液孔112靠近蓋板110內(nèi)表面113一端被一密封件120密封覆蓋封住，該密封件120具有一弧形主體121及一與該主體121相連的拉桿124，所述弧形主體121將注液孔112一端密封覆蓋，而拉桿124從該主體121內(nèi)表面延伸穿過注液孔112，并經(jīng)焊接處理使拉桿124與蓋板110密封焊接為一體，焊接形成一焊接層132將注液孔112填充封堵，從而將密封件120密切緊固于該蓋板110，并實現(xiàn)注液孔112良好密封效果。
另外，上述蓋板110的內(nèi)表面113環(huán)繞注液孔112可進一步形成有一環(huán)狀凹槽114，其形狀與密封件120的邊緣122形狀大小相配合，二者可緊密扣合，如此可進一步增強密封效果。
本發(fā)明設計利用密封件120將注液孔112一端封閉，電池內(nèi)部形成的壓力全部由密封件120承受，從而可保護焊接層132不受內(nèi)部壓力破壞，可確保電池安全性；密封件120通過拉桿124緊固于蓋板110，使得其邊緣122與蓋板110之間形成密切扣合，加上密封焊接處理，可確保注液孔112具有良好密封性。
請同時參閱圖2至圖6，本發(fā)明鋰離子電池密封結(jié)構制備方法包括下列步驟步驟一，如圖2所示，提供一帶有拉桿124的密封件120，并于蓋板110內(nèi)表面113形成與密封件120相配的環(huán)形凹槽114。其中，該密封件120具有主體121，該主體121呈半球形或弧面形狀，其邊緣122呈圓形，且邊緣122的直徑比注液孔112孔徑大。所述拉桿124是從該主體121內(nèi)表面延伸而出，其形狀可為圓柱形、方形或其它形狀，其直徑比注液孔112的孔徑小，長度比蓋板110厚度大。拉桿124與主體121可由金屬鑄成，亦可經(jīng)焊接而成。環(huán)形凹槽114是環(huán)繞注液孔112形成，其形狀大小與密封件120的邊緣122相配。
步驟二，如圖3所示，將密封件120的拉桿124自蓋板110的內(nèi)表面113一側(cè)穿過注液孔124，使得拉桿124露出蓋板110上表面，而密封件120的主體121與內(nèi)表面113之間留有一定間隙。
步驟三，將蓋板110與罐體80密封焊接為一體。焊接時應將蓋板110的內(nèi)表面113朝向罐體80內(nèi)部，這樣焊接后可使得密封件120的主體121位于罐體80內(nèi)部，而拉桿124的遠端部份露出蓋板110外面。焊接可采用激光焊接，并確保密封性良好、不漏液、不進氣。
步驟四，從注液孔112注入電解液。拉桿124直徑較注液孔112小，仍有間隙可供電解液注入。因電解液在高溫環(huán)境中易分解失效，所以，需待蓋板110與罐體80焊接完成之后，才可注入電解液。
步驟五，如圖4所示，利用拉桿124將密封件120緊扣封閉注液孔112一端。注入電解液之后，因拉桿124伸出蓋板110外面，可施加作用力于拉桿124，通過該拉桿124將密封件120的邊緣122緊扣入凹槽114，從而將注液孔112一端封閉。
步驟六，如圖5所示，將拉桿124與蓋板110密封焊接固定。密封件120將注液孔112一端密封之后，填充焊料至注液孔112的間隙內(nèi)，然后利用點焊將拉桿124與蓋板110密封焊接為一體。因密封件120的主體121封堵注液孔112一端，所以可防止焊料通過注液孔112漏入電池內(nèi)。焊接完成之后形成一層焊接層132，從而將密封件120緊固于蓋板110。
步驟七，如圖6所示，去除拉桿124露出蓋板110外面的部份。將拉桿124露出蓋板110上表面的部份剪切去除，以利后續(xù)封裝、使用。
經(jīng)上述步驟制備得到本發(fā)明的鋰離子電池密封結(jié)構，其中電解液注液孔112一端被密封件120的主體121覆蓋罩著，形成密封，并用焊接方式將密封件120與蓋板110密封焊接為一體，可確保注液孔112的良好氣密性，另外，因密封件120的主體121承受電池內(nèi)部壓力，可保護焊接層132免受壓力破壞，提高安全性。
請參閱圖7，本發(fā)明還可在密封件主體121凹處放置吸水材料136，以吸收罐體80內(nèi)部殘留水氣。上述吸水材料136包括活性碳、鋰化分子篩、活性氧化鋁、硅膠、硫酸鈣等脫水劑，其可在注入電解液之后、密封焊接拉桿124與蓋板110之前放置。
請參閱圖8，本發(fā)明還可進一步在蓋板110形成的環(huán)形凹槽114內(nèi)設置一防水橡膠墊圈142，當密封件120緊扣入該凹槽114時，因橡膠墊圈142具有彈性，其被密封件120的扣合力壓緊，可與密封件120之間形成更好密封。
請參閱圖9，本發(fā)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。該方形密封件150大體呈具有開口的方形，拉桿154自該密封件150中部向外延伸，其具有垂直的側(cè)壁152。
當然，本發(fā)明采用的密封件120、150亦可變換為其它形狀，不限于本實施方式所描述，只要其能緊扣蓋板110的內(nèi)表面114并將注液孔112一端覆蓋罩著，形成密封即可。
本發(fā)明亦可適用于其它形狀的鋰離子電池，如圓柱形鋰離子電池，只需改變罐體80及蓋板110的形狀即可。
權利要求
1.一種鋰離子電池密封結(jié)構，其包括一罐體，其具有一開口；一上蓋，其形狀與該開口相配，且密封焊接于該開口；一注液孔形成于該上蓋，并穿透該上蓋的內(nèi)、外表面；其特征在于該鋰離子電池密封結(jié)構進一步包括一密封件，其具有一密封罩，該密封罩在該罐體內(nèi)緊扣所述上蓋的內(nèi)表面，并覆蓋該注液孔，且該密封件與上蓋焊接為一體。
2.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該上蓋形成有電極端子，且該電極端子與該上蓋的間絕緣。
3.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該上蓋形成有防爆裝置，當該罐體內(nèi)部壓力上升到預定極限時，該防爆裝置可破裂釋放壓力。
4.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該罐體是由金屬制成。
5.如權利要求4所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于所述金屬包括鋁、不銹鋼。
6.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該上蓋是由金屬制成。
7.如權利要求6所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于所述金屬包括鋁、不銹鋼。
8.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該密封件包括一操作桿，其是從所述密封罩延伸至注液孔內(nèi)，并與該上蓋焊接。
9.如權利要求8所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該操作桿的直徑比注液孔的孔徑小。
10.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該密封罩開口的直徑比注液孔直徑大。
11.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該上蓋的內(nèi)表面環(huán)繞該注液孔形成有環(huán)形凹槽，所述密封罩可緊扣入該環(huán)形凹槽內(nèi)。
12.如權利要求11所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該環(huán)形凹槽內(nèi)進一步設置有防水彈性墊圈。
13.如權利要求1所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該罐體內(nèi)形成有正極，負極和隔離膜。
14.如權利要求13所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該正極包括鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物或鋰錳氧化物。
15.如權利要求13所述的鋰離子電池密封結(jié)構，其特征在于該負極包括鋰金屬、鋰金屬合金、或石墨碳材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鋰離子電池密封結(jié)構，其可提高電池密封性及安全性，該密封結(jié)構包括一金屬罐體及一上蓋，該上蓋與該金屬罐體密封焊接為一體。該上蓋開設有電解液注液孔，一密封件從罐體內(nèi)將該注液孔覆蓋罩著，并與上蓋密封焊接為一體。本發(fā)明的密封結(jié)構可確保注液孔密封性良好，且電池內(nèi)部壓力由密封件承受，可保護焊接處免受壓力破壞，提高安全性。
文檔編號H01M2/02GK1630119SQ200310117600
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月20日 優(yōu)先權日2003年12月20日
發(fā)明者黃文正, 黃全德, 陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司