专利名称：锂离子电池的极柱密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子电池，尤其是锂离子电池极柱的密封装置。
背景技术：
锂离子蓄电池用作人造卫星、宇宙飞船和空间站等航天飞行器的贮能电
源，可发挥其高电压高比能量、长寿命、无记忆效应和无污染等特点。如用锂离子蓄电池取代目前卫星等航天器所用的镉镍或氢镍蓄电池，可将贮能
电源在电源系统所占重量的30% 40%降低至10% 15%，从而大大降低发射成本，增加有效载荷，提高卫星使用效率。
由于卫星用贮能电源在空间工作时的环境近似于高真空状态，如果单体蓄电池没有实现全密封(漏气率小于1.0X10-7Pa dm3 S-l)，则会发生电解液微漏以及气体逸出，最终导致电解液"干涸"，蓄电池失效，因此必须实现蓄电池外壳的全密封。
目前卫星用蓄电池(镉镍或氢镍蓄电池)极柱与电池端盖的密封方式主要有金属-陶瓷密封和压缩密封两种方式。由于锂离子蓄电池是一种电位在4V左右的高电化学体系，如果使用金属-陶瓷密封，不锈钢或镍极柱在高电化学体系中会发生电化学腐蚀和自放电现象，在液面上端会对极柱产生电化学腐蚀，因而产生密封间隙，在内压的作用下液体不断沿极柱向外渗出，在极柱端处形成漏液，使金属-陶瓷密封结构起不到密封作用，从而影响蓄电池寿命，而且金属-陶瓷密封丄艺复杂，制造成本高。另外，锂离子蓄电池如果采用纯铜和纯铝作为集流体和极柱材料，其金属铝和陶瓷焊接的工艺设备比较昂贵。因此，采用密封性能优良、使用寿命长的新型压缩密封结构来实现锂离子蓄电池的全密封，是作常必要的。
3目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
为了实现锂离子蓄电池的全密封，本发明的目的在于提供一种锂离子电池的极柱密封装置。利用本发明，不但达到空间使用条件下的全密封要求，而且制造成本低、电池性能优良、使用寿命长。
为了达到上述发明目.的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种锂离子电池的极柱密封装置，该装置包括 '
在锂离子电池端盖的两端，分别设置有锂电池的正、负极柱，极柱的底部具有一个突出的台阶。极柱上套有密封绝缘子；密封绝缘子具有两个台阶，其上套有具有相应台阶的不锈钢套；不锈钢套底部的凸缘与端盖的内表面密封连接；密封绝缘子的顶端和底端各设置有陶瓷垫圈；顶端的陶瓷垫圈上部依次设置有蝶型垫圈和两个垫圈螺母；底端的陶瓷垫圈抵住在极柱底部的台阶上；在两个极柱之间的端盖上设置有注液嘴。
上述碟型垫圈采用高温镍基合金；陶瓷垫圈采用氮化硅陶瓷；密封绝缘子采用聚四氟乙烯；极柱上加工有3道R0.5的刻痕，其中，正极极柱用纯铝，负极极柱用纯铜。
本发明锂离子电池的极柱密封装置，由于采用上述技术方案，因此解决了锂离子电池极柱的漏液问题，取得了制造成本低、密封性能优良、使用寿命长等有益效果。本发明适用于有类似问题的其它各种类型蓄电池，具有极大的推广应用价值。
图1是本发明锂离子电池的极柱密封装置的结构示意图中标记l-端盖；2-不锈钢套；3-垫圈螺母；4-注液嘴；5-蝶型垫圈；
6-极柱；7-陶瓷垫圈；8-密封绝缘子。图2是应用本发明的锂离子电池外形图。
具体实施例方式
下面结合
本发明的优选实施例。
图1是本发明锂离子电池的极柱密封装置的结构示意图；如图1的实施例所示，该装置包括
在锂电池端盖l的两端，分别设置有锂电池的正、负极柱6，极柱6的底
部具有一个突出的台阶，极柱6上套有密封绝缘子8;密封绝缘子8具有两个
台阶，其上套有具有相应台阶的不锈钢套2;不锈钢套2底部的凸缘与端盖1
的内表面密封连接；密封绝缘子8的顶端和底端各设置有陶瓷垫圈7;顶端的陶瓷垫圈7上部依次设置有蝶型垫圈5和两个垫圈螺母3;底端的陶瓷垫圈7抵住在极柱6底部的台阶上；在两个极柱之间的端盖1上设置有注液嘴4。
上述碟型垫圈5采用高温镍基合金；陶瓷垫圈7釆用氮化硅陶瓷；密封
绝缘子8采用聚四氟乙烯；极柱6上加工有3道R0. 5的刻痕，其中，正极极柱用纯铝，负极极柱用纯铜。
由上述所见，由于底端的陶瓷垫圈7抵住在极柱6底部的台阶上，因此，旋紧垫圈螺母3，就可将陶瓷垫圈7与碟型垫圈5压紧，同时，对密封绝缘子
8的密封面也施加r压紧载荷，使之产生压紧应力。当应力增大到足以引起密
封绝缘子8表面产生明显的塑性变形时，该聚四氟乙烯密封件产生横向膨胀而嵌入极柱6刻痕的凹槽内，使它不产生微量位移。这样就可填补密封面的间隙，堵塞泄漏通道。同时，上、下端的陶瓷垫圈7在极柱6底部台阶向上的推力与碟型垫圈5向下的弹力作用下，进一步使密封绝缘子8在低温下不滑动，即不产生冷流动。从而实现全密封。
在低温时，密封绝缘子8收缩，由于作用力与反作用力，此时高温镍基合金制成的碟型垫圈5向下的弹力等于向上的拉力。向下的弹力作用在陶瓷垫圈7 I:使陶瓷垫圈7压紧密封绝缘子8，不让它产生冷流动。上述不锈钢套2的内台阶处加工成圆角，以此解决应力集中的问题，使
密封件受力均匀。
下端的陶瓷垫圈7在螺母3拧紧力和极柱6底部台阶的顶力作用下，产生向上的推力压紧密封绝缘子8，上端的陶瓷垫圈7在碟型垫圈5向下的弹力的作用下，也可使密封绝缘子8在低温下不产生冷流动。经计算得:h^l.063mm(计算过程略)，本实施例选用陶瓷垫圈7的厚度为1. 07 3mm，优选为2mm。
在原来设计的锂离7蓄电池的金属-陶瓷密封中，由于铝与不锈钢熔点相差较大.，无法通过焊接方式实现联结，因此，正极柱的极耳与汇流排采用螺栓与螺母连接。而在本发明压缩密封设计中，正、负极的极柱采用同种金属材料，即正极极柱用纯铝，负极极柱用纯铜。这样可以降低充放电循环中由于电化学腐蚀的而带来的寿命衰减的问题。
本发明实施例中，密封绝缘子8的材料为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯塞入金属套内，通过金属套台阶定位。聚四氟乙烯顶部与底部用陶瓷垫圈将聚四氟乙烯压紧。通过垫圈螺母3的拧紧力加载在高温镍基合金碟型垫圈5上使底部的陶瓷垫圈向上产生压力，使聚四氟乙烯横向变形膨胀从而达到密封效果。上述陶瓷垫圈7的作用是a)极柱与外壳绝缘；b)在低温时与高温镍基合金碟型垫圈配合加压防止聚四氟乙烯冷流动。从力学角度分析，聚四氟乙烯横向变形膨胀越大，接触面的摩擦力就愈大，密封效果就越好。
图2是应用本发明的锂离子电池外形图。如图2的实施例所示，锂离子电池放入一个金属锥套中，其上端用电池端盖密封，电池端盖上设置有密封连接的极柱和注液嘴。端盖与金属锥套的密封连接采用钎焊焊接。由于是钎焊，利用熔融钎料的粘着力或熔合力把焊件表面粘合起来，焊接时焊件本身不熔化，使得焊件变形量小，这样就可满足金属套(选用304不锈钢)与聚四氟乙烯的装配。
经试验，本发明完全消除了原密封结构造成的爬液现象，消除了电池安全及性能隐患；完全能满足锂离子蓄电池的技术要求。
权利要求
1、一种锂离子电池的极柱密封装置包括端盖[1]和极柱[6]，其特征在于，该装置还包括在端盖[1]的两端，分别设置有锂离子电池的正、负极柱[6]，极柱[6]的底部具有一个突出的台阶；极柱[6]上套有密封绝缘子[8]；密封绝缘子[8]具有两个台阶，其上套有具有相应台阶的不锈钢套[2]；不锈钢套[2]底部的凸缘与端盖[1]的内表面密封连接；密封绝缘子[8]的顶端和底端各设置有陶瓷垫圈[7]；顶端的陶瓷垫圈[7]上部依次设置有蝶型垫圈[5]和两个垫圈螺母[3]；底端的陶瓷垫圈[7]抵住在极柱[6]底部的台阶上；在两个极柱之间的端盖[1]上设置有注液嘴[4]。
2、 根据权利要求l所述的极柱密封装置，其特征在于所述的碟型垫圈[5]采用高温镍基合金。
3、 根据权利要求1所述的极柱密封装置，其特征在于所述的极柱[6]上加工有3道R0. 5的刻痕；其中，正极极柱的材料为纯铝，负极极柱的材料为纯铜。
4、 根据权利要求l所述的极柱密封装置，其特征在于所述的陶瓷垫圈[7]的材料为氮化硅陶瓷，其厚度为1.07 3麗，优选为2腿。
5、 根据权利要求1所述的极柱密封装置，其特征在于所述的密封绝缘子[8]的材料为聚四氟乙烯。
6、 根据权利要求l所述的极柱密封装置，其特征在于所述的不锈钢套[2]的内台阶处加工成圆角。
7、 根据权利要求1所述的极柱密封装置，其特征在于所述的电池端盖[l]与锂离子电池金属锥套的密封连接采用钎焊焊接。
全文摘要
本发明公开了一种锂离子电池的极柱密封装置，包括在锂离子电池端盖[1]上设置有极柱[6]，极柱[6]的底部具有一个突出的台阶。极柱[6]上套有密封绝缘子[8]；密封绝缘子[8]上套有具有相应台阶的不锈钢套[2]；不锈钢套[2]底部的凸缘与端盖[1]的内表面密封连接；密封绝缘子[8]的顶端和底端各设置有陶瓷垫圈[7]；顶端的陶瓷垫圈[7]上部依次设置有蝶型垫圈[5]和两个垫圈螺母[3]；底端的陶瓷垫圈[7]抵住极柱[6]的台阶；在两个极柱之间的端盖[1]上设置有注液嘴[4]。本发明解决了锂离子电池极柱的漏液问题，取得了制造成本低、密封性能优良、使用寿命长等有益效果。
文档编号H01M2/30GK101593819SQ20081003835
公开日2009年12月2日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者任杰伟, 李克锋, 李国欣, 杨聪娇, 潘延林, 琛 王 申请人:上海空间电源研究所