專利名稱：一種金屬外殼鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池，特別是一種金屬外殼鋰離子電池。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有單體鋰離子電池有鋁塑復合膜外殼結(jié)構(gòu)、鋼殼結(jié)構(gòu)、鋁殼結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)都存在一定缺陷，鋼殼結(jié)構(gòu)、鋁殼結(jié)構(gòu)采用豎井式結(jié)構(gòu)，正、負極極片制成的電芯裝入時從井口插入，插入時需要一種滾動導論擠壓插入，這種擠壓插入方式容易造成多層極片位置錯位， 還容易損壞正負極隔離的隔膜，為了克服這一問題，采用鋁塑復合膜外殼結(jié)構(gòu)將正、負極極片制成的電芯裝入時無需采用滾動導論擠壓插入，而是將鋁塑復合膜制成敞口托盤形式， 正、負極極片制成的電芯從敞口平放即可裝入，避免了極片位置錯位，避免了損壞正負極隔離的隔膜但是，也存在一定的問題，如，正、負極極片制成的電芯導電金屬導電連接片需要通過一種有機材料粘合封接，這種有機粘合劑與金屬導電連接片封接是通過熱熔封接層粘合方式完成，熱熔溫度、熱熔保持時間對封接質(zhì)量影響十分明顯，無論是溫度過高，還是過低、無論是熱熔保留時間過長，還是熱熔保留太短，都容易造成封接層泄漏，這種鋁塑復合膜外殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池在生產(chǎn)工藝過程中，電芯的導電金屬導電連接片粘合封接工藝環(huán)節(jié)造成了大量的不合格品，是鋰離子電池成本高的一個重要因素，鋁塑復合膜外殼結(jié)構(gòu)鋰離子電池存在另一個突出問題是，有機粘合劑與金屬導電連接片粘結(jié)處為氣密密封目的封接層，由于鋁塑復合膜是柔性材料，對封接層沒有外加約束的保護作用，有機粘合劑與金屬導電連接片熱脹冷縮系數(shù)差異顯著，極其容易在冷熱交替的環(huán)境下脫膠，金屬導電連接片封接處封接層一旦脫膠整個單體電池就報廢了，鋁塑復合膜外殼結(jié)構(gòu)鋰離子電池由于鋁塑復合膜外殼導熱不良，對單體鋰離子電池散熱存在一定的性能影響。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的任務是，針對鋁塑復合膜外殼結(jié)構(gòu)鋰離子電池，有機粘合劑與金屬導電連接片采用熱熔粘結(jié)，工藝參數(shù)難于控制問題，鋁塑復合膜為柔性材料，有機粘合劑與金屬導電連接片封接層屬于沒有約束的結(jié)構(gòu)，由于有機粘合劑與金屬導電連接片熱脹冷縮系數(shù)顯著差異，極其容易在冷熱交替的環(huán)境下脫膠，金屬導電連接片封接處一旦脫膠，整個單體電池就失效了，鋁塑復合膜外殼結(jié)構(gòu)鋰離子電池，因鋁塑復合膜外殼導熱不良還會引起散熱障礙等問題，提出一種金屬外殼替代鋁塑復合膜外殼的金屬外殼鋰離子電池，金屬外殼的一端焊接端頭蓋板，端頭蓋板安裝鉚釘導電觸頭和安全爆破片，鉚釘導電觸頭在金屬外殼的內(nèi)側(cè)鉚接金屬導電連接片，金屬導電連接片與鋰離子電芯連接，金屬外殼的另三條邊， 采用電阻焊、電子束焊、激光焊、氬弧焊的一種焊接，使之達到密封要求，金屬外殼將鋰離子電芯密封在其容器內(nèi)。簡化金屬外殼鋰離子電池結(jié)構(gòu)技術(shù)方案是，取消了端頭蓋板，金屬導電連接片與金屬外殼之間采用陶瓷封接方法或樹脂封接方法直接將金屬導電連接片從金屬外殼內(nèi)引出，金屬導電連接片在金屬外殼內(nèi)側(cè)一端與電芯連接，在金屬外殼外側(cè)一端與充放電設(shè)備連接，陶瓷封接或樹脂封接形成的封接層，由金屬外殼剛性材料約束，與現(xiàn)有的鋁塑復合膜柔性材料為外層結(jié)構(gòu)，有機粘合劑與金屬導電連接片封接層屬于沒有約束的結(jié)構(gòu)相比，金屬外殼的剛性外層將封接層固定后，其封接層的可靠性得到改善。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案金屬外殼四邊的一端與端頭蓋板焊接，另三條邊焊接密封，端頭蓋板安裝兩只鉚釘導電觸頭，兩只鉚釘導電觸頭與端頭蓋板之間由高分子材料絕緣層隔離絕緣，兩只鉚釘導電觸頭在金屬外殼內(nèi)的一側(cè)，壓緊固定金屬導電連接片，金屬導電連接片與鋰離子電芯連接，兩只鉚釘導電觸頭在金屬外殼外側(cè)，由壓板壓緊高分子材料絕緣層，兩只鉚釘導電觸頭鉚壓時，壓板被兩只鉚釘導電觸頭壓緊，壓板壓緊高分子材料絕緣層密封，使金屬外殼的內(nèi)、外兩側(cè)之間具有氣密性隔離，為了防止鋰離子電池在異常情況下金屬外殼內(nèi)產(chǎn)生高壓， 安全爆破片安裝在端頭蓋板上，位于兩只鉚釘導電觸頭之間位置，當金屬外殼內(nèi)產(chǎn)生高壓時，安全爆破片自動爆裂泄壓。有些小容量的鋰離子電池可以通過簡化技術(shù)方案，使金屬外殼結(jié)構(gòu)更為簡單且降低成本，簡化金屬外殼鋰離子電池結(jié)構(gòu)技術(shù)方案是，取消了端頭蓋板，金屬導電連接片與金屬外殼之間采用高溫燒結(jié)封接方法或常溫粘合劑粘合方法直接將金屬導電連接片從金屬外殼內(nèi)引出，高溫燒結(jié)封接方法的封接層材料采用Al2O3陶瓷，常溫粘合劑粘合方法封接層采用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯膠、丙烯酸樹脂膠、雙馬來酰亞胺膠、聚酰亞胺膠、氰基丙烯酸酯膠其中的一種。金屬導電連接片在金屬外殼內(nèi)的一端與電芯連接，金屬導電連接片在金屬外殼外側(cè)一端與充放電設(shè)備連接，為了安全要求，在金屬外殼殼體上直接安裝安全爆破片。本發(fā)明的積極意義本發(fā)明采用金屬外殼替代鋁塑復合膜外殼可以改善鋰離子電池散熱效果提高安全性，改進熱熔粘結(jié)金屬導電連接片可以改善金屬導電連接片與有機粘合劑粘接處脫膠現(xiàn)象，提高可靠性，金屬導電連接片與金屬外殼之間連接密封采用陶瓷高溫燒結(jié)封接，或常溫粘合劑常溫粘合金屬導電連接片可以改善封接層的工藝性性，從而提高了鋰離子電池的制
造質(zhì)量。

圖1是金屬外殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池主視圖；圖1中，金屬外殼1、焊縫邊1-1、端頭蓋板2、端頭蓋板與金屬外殼焊縫1-2、鉚釘導電觸頭3、安全爆破片4;圖2是圖1的左視圖；圖2中，金屬外殼1、焊縫邊1-1、端頭蓋板2、端頭蓋板與金屬外殼焊縫1-2、鉚釘導電觸頭3、圖3是圖2的A——A剖視圖；圖3中，金屬外殼1、焊縫邊1-1、端頭蓋板2、端頭蓋板與金屬外殼焊縫1-2、鉚釘導電觸頭3、安全爆破片4、電芯5、金屬導電連接片6、高分子絕緣層7 ；圖4是圖1的B——B剖視圖；圖4中金屬外殼1、端頭蓋板2、端頭蓋板與金屬外殼焊縫1-2、鉚釘導電觸頭3、安全爆破片4、電芯5、金屬導電連接片6 ；圖5是圖1的D——D剖視圖；圖5中，金屬外殼1、焊縫邊1-1、端頭蓋板2、鉚釘導電觸頭3、金屬導電連接片6 ；圖6是圖3的C——C剖視圖；圖6中，端頭蓋板2、鉚釘導電觸頭3、金屬導電連接片6、高分子絕緣層7、壓板8 ；圖7是圖6的左視圖；圖7中，端頭蓋板2、鉚釘導電觸頭3、金屬導電連接片6、高分子絕緣層7、壓板8 ；圖8是圖4中金屬外殼1展開示意圖；圖8中，金屬外殼1、端頭蓋板2、鉚釘導電觸頭3、電芯5、金屬導電連接片6 ；圖9是安全閥替如代安全爆破片4結(jié)構(gòu)示意圖；圖9中，金屬外殼1、焊縫邊1-1、端頭蓋板2、端頭蓋板與金屬外殼焊縫1-2、鉚釘導電觸頭3、安全閥如；圖10是安全閥如結(jié)構(gòu)示意圖；圖10中，閥座如1、螺紋閥塞如2、柱式彈簧如3、密封塞如4、閥座泄壓孔如5、螺紋閥塞泄壓孔如6 ；圖11是金屬導電連接片6陶瓷封接結(jié)構(gòu)的金屬外殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池示意圖；圖11中，焊縫邊1-1、安全爆破片4、金屬導電連接片6 ；圖12是圖11的左視圖；圖12中，焊縫邊1-1、安全爆破片4、金屬導電連接片6 ；圖13是圖11的E——E剖視圖；圖13中，金屬外殼1、封接層2a、安全爆破片4、電芯5、金屬導電連接片6 ；圖14是圖12的F——F剖視圖；圖14中，金屬外殼1、封接層2a、安全爆破片4、電芯5、金屬導電連接片6;圖15是圖8的俯視圖；圖15中，金屬外殼1、電芯5，電芯5置金屬外殼1展開的中間；具體實施例參照圖1，金屬外殼1與端頭蓋板2之間連接是端頭蓋板與金屬外殼焊縫1-2密封，金屬外殼1的其余三條邊由焊接邊縫1-1密封，端頭蓋板2安裝兩只鉚釘導電觸頭3，兩只鉚釘導電觸頭3之間安裝安全爆破片4 ；參照圖2，金屬外殼1垂直中線是焊接邊縫1-1 ；參照圖3，圖4，圖5，端頭蓋板2安裝兩只鉚釘導電觸頭3，參照圖6、圖7，鉚釘導電觸頭3與端頭蓋板2連接處安裝高分子絕緣層7，高分子絕緣層7由壓板8和金屬導電連接片6相夾，鉚釘導電觸頭3鉚壓時即被壓緊固定，達到氣密性和鉚釘導電觸頭3與端頭蓋板2之間絕緣，金屬導電連接片6與電芯5連接，使電芯5由兩只鉚釘導電觸頭3導通， 為了防止在特殊情況下金屬外殼1內(nèi)產(chǎn)生高壓，在端頭蓋板2的兩只鉚釘導電觸頭3之間處安裝安全爆破片4，一旦金屬外殼1內(nèi)形成高壓，安全爆破片4即爆裂泄壓，安全爆破片4 采用合金材料制造；參照圖7，為了便利安裝電芯5，金屬外殼1展開，端頭蓋板2安裝在金屬外殼1的中間位置，電芯5連接的金屬導電連接片6連接鉚釘導電觸頭3安裝于端頭蓋板2，電芯5安裝之后，即可將展開的金屬外殼1折彎，折彎后參照圖1圖2焊接金屬外殼1各邊，使金屬外殼1達到密封，焊接方法可以采用電阻焊、激光焊、電子束焊接或氬弧焊接，金屬外殼1 采用不銹鋼材料、鋁合金材料、或鋁材制造。為了適應更多的鋰離子電池材料特性，和更寬泛的適用場所，安全結(jié)構(gòu)的安全爆破片4可以采用安全閥如結(jié)構(gòu)，參照圖9，端頭蓋板2的兩只鉚釘導電觸頭3之間處安裝安全閥如，參照圖10，閥座內(nèi)安裝螺紋閥塞如2、螺紋閥塞4a2壓緊柱式彈簧如3、柱式彈簧4a3壓緊密封塞如4、密封塞4a4壓緊閥座泄壓孔4a5起到氣密性作用，保證電池內(nèi)的電解液氣體不會外泄，同時也保證金屬外殼1外氣體不會進入金屬外殼1內(nèi)，保證鋰離子電池質(zhì)量性能。在特殊情況下，當金屬外殼1內(nèi)產(chǎn)生高壓時，密封塞4a4被高壓壓強作用，柱式彈簧4a3被壓縮，密封塞4a4即可通過閥座泄壓孔如5、螺紋閥塞泄壓孔4a6泄壓，起到安全保護作用。參照圖13、圖14，金屬導電連接片6與金屬外殼1連接處可以采用封接層加封接固定，封接層加起到金屬導電連接片6與金屬外殼1固定作用，還起到絕緣密封作用，封接層加可以采用環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯膠、丙烯酸樹脂、雙馬來酰亞胺膠、聚酰亞胺膠、 氰基丙烯酸酯膠其中的一種，與現(xiàn)有的鋁塑復合膜熱熔封接相比，使用陶瓷封接層不僅耐高溫，穩(wěn)定性好，而且使用壽命長，使用粘合劑封接層無需采用熱熔工藝，避免了因熱熔工藝的不確定性。電芯5，是由正極材料鎳鈷錳酸鋰(LiNia5COa2Mna3O2)錳酸鋰(LiMn2O4)磷酸鐵鋰(LiFePO4),負極是鈦酸鋰(Li4Ti5O12)、石墨、碳負極材料以及銅箔、鋁箔材料和隔膜材料制造。
權(quán)利要求1.一種金屬外殼鋰離子電池，主要由金屬外殼(1)與端頭蓋板(2)焊接、鉚釘導電觸頭(3)、安全爆破片(4)安裝于端頭蓋板O)，鉚釘導電觸頭(3)壓緊連接的金屬導電連接片(6)連接電芯( 組成，其特征是金屬外殼(1)由端頭蓋板與金屬外殼焊縫(1-2)、焊縫邊(1-1)密封。
2.一種金屬外殼鋰離子電池，主要由金屬導電連接片(6)連接電芯(5)、金屬導電連接片(6)由封接層Oa)與金屬外殼⑴固定組成，其特征是封接層Oa)置于金屬導電連接片(6)與金屬外殼⑴之間。
3.按權(quán)利要求2所述的金屬外殼鋰離子電池，其特征是所述的封接層Qa)取陶瓷、 環(huán)氧樹脂膠、酚醛樹脂膠、聚氨酯膠、丙烯酸樹脂膠、雙馬來酰亞胺膠、聚酰亞胺膠、氰基丙烯酸酯膠的一種。
專利摘要本實用新型公開了一種金屬外殼鋰離子電池，金屬外殼、端頭蓋板、鉚釘導電觸頭、安全爆破片、電芯、金屬導電連接片、高分子絕緣層、壓板組成，金屬外殼一端與端頭蓋板焊接，另三條邊為焊縫邊焊接密封，采用金屬外殼替代鋁塑復合膜外殼可以改善鋰離子電池散熱效果提高安全性，可以克服金屬導電連接片與有機粘合劑粘接處脫膠，金屬導電連接片與金屬外殼之間密封封接層，采用陶瓷、環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠類同時由于金屬外殼的剛性約束保護，提高了封結(jié)層的可靠性，從而提高了鋰離子電池的耐用性。
文檔編號H01M2/02GK202145469SQ20112021007
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月11日
發(fā)明者鄧梁 申請人:趙寬, 鄧梁