圆柱形锂-二硫化铁电池及其制造方法

专利名称：圆柱形锂-二硫化铁电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及圆柱形电池领域，尤其是圆柱形电池的密封圈结构以及制造这种电池 的方法。
背景技术：
圆柱形锂-二硫化铁电池封口后，电池进行放电或者电池缓慢的自放电都会使电 池内部压强大于大气压强，如果电池密封不好，电池内的有机电解液会缓慢地通过封口处 存在的细小沟槽从电池内部扩散出来。另一方面，由于环境温度的变化，电池各部分膨胀系 数不一致，如果密封不好，也会造成有机电解液的泄露。有机电解液都有一定的腐蚀性，甚至有的还有一定的毒性。如果电池密封不好，造 成电解液泄露，不但会损害用电器，而且会对环境造成污染。另一方面，如电池内部缺少电 解液，会造成电子无法迁移，电池不能正常放电。因此，密封性以及耐压性能是衡量电池好 坏的一个重要指标。目前，市场上的此类电池大多采用密封圈与封口件配合进行电池封口。密封圈一 般为圆环形，其主体部分位于封口件和外壳之间，电池可依靠外壳包边时的轴向和法向压 力将密封圈压在封口件四周而得到密封。一般地说，密封圈与外壳、封口件之间为面面接 触。然而，当环境温度改变时，由于密封圈、封口件与外壳的热膨胀系数不一致，就会 在密封圈、外壳和封口件之间产生空隙，因此导致密封性能不好，存在漏液、耐压力值低等 问题，进而影响电池的使用寿命和储存期限。因此，需要提供一种圆柱形的锂-二硫化铁电池，该电池应具有良好的可适应环 境温度和使用温度的变化的密封装置，以有效避免电解液的泄露。

发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式
部分中进 一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。本发明提供了一种圆柱形锂-二硫化铁电池，所述电池由一体的金属外壳包裹， 所述外壳包括开口端、封闭端和位于所述开口端与所述封闭端之间的侧壁，所述侧壁具有 内凹的靠近所述开口端的颈部、位于所述颈部之上的上部和位于所述颈部之下的下部；所 述电池包含位于所述下部之内的电芯和电解液，和位于所述上部之内的金属封口件和密封 圈，所述密封圈具有上缘和下缘，所述上部具有向内包边以覆盖所述上缘的包边部，所述密 封圈位于所述封口件和外壳之间用于封堵所述金属封口件与所述外壳之间的间隙，所述金 属封口件隔着所述密封圈的下缘被所述颈部的平台支撑；其中，所述密封圈至少在所述下 缘以第一压缩比被压缩；且所述压缩比在0. 2-0. 9的范围内。进一步地，所述密封圈还在所述上缘以第一压缩比被压缩。
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进一步地，所述密封圈还在所述包边部的外缘与所述金属封口件之间以第一压缩 比被压缩。 进一步地，所述密封圈还在所述金属封口件与以下交界处之间以第二压缩比被压 缩所述颈部与所述上部的交界处；且所述第二压缩比在0. 2-0. 9的范围内。进一步地，所述密封圈由弹性材料制成。所述弹性材料的拉伸强度优选为200-400 kg/cm2ο进一步地，所述密封圈由聚丙烯材料制成。进一步地，所述密封圈的原有厚度为0. 2mm-1. 5mm。进一步地，所述第一压缩比在0.4-0. 7的范围内。进一步地，所述第二压缩比在0.4-0. 7的范围内。本发明通过设定所述压缩比的特定比例，使所述密封圈被挤压后与外壳和金属封 口件之间紧密配合，能在电池使用及储存过程中有效防止电解液泄漏，从而提高电池的使 用寿命和安全性。当具有上述压缩比的部位设置在所述下缘处时，可便于制造具有良好的 密封性的上述电池，并且可便于控制上述特定比例处于所需要的范围。


下面结合附图对本发明作进一步的说明。图1是本发明的电池结构的纵截面的整体示意图。图2是本发明的电池的一个实施方式的示意图。图3A是本发明的电池所用的密封圈的俯视图。图;3B是是本发明的电池所用的密封圈的立体图。 图4是本发明电池外壳的局部结构的放大示意图。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据 本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意 图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括” 时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或 多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。如图1所示，本发明提供了一种圆柱形锂-二硫化铁电池100，所述电池由一体的 金属外壳包裹，所述外壳包括开口端101、封闭端102和位于所述开口端与所述封闭端之间 的侧壁103，所述侧壁103具有内凹的靠近所述开口端的颈部B、位于所述颈部B之上的上 部A和位于所述颈部B之下的下部C ；所述电池包含位于所述下部C之内的电芯和电解液， 和位于所述上部A之内的金属封口件107和密封圈108，所述密封圈108具有上缘120和下 缘122 (同时参见图3A、;3B和4)，所述上部A具有向内包边以覆盖所述上缘的包边部121，所述密封圈108位于所述金属封口件107和外壳之间用于封堵所述金属封口件107与所述 外壳之间的间隙，所述金属封口件107隔着所述密封圈108的下缘122被所述颈部B的上 平台(平台)119支撑；其中，所述密封圈108在所述下缘122以第一压缩比被压缩；而且，所 述第一压缩比在0. 2-0.9的范围内。以下结合图1具体说明此电池整体结构。图1显示了圆柱形锂-二硫化铁电池的整体结构的纵截面图，该纵截面是经过圆 柱体的纵轴线的任意纵截面(如无特别说明，本申请中所称的纵截面均为经过圆柱体的纵 轴线的纵截面)。如图1所示，圆柱形锂-二硫化铁电池100由一体的外壳包裹，该外壳包 括开口端101、封闭端102和两者之间的侧壁103，侧壁103具有内凹的靠近开口端101的 颈部B、位于颈部B之上的上部A和位于颈部B之下的下部C。这三个部分的分界线如图中 虚线所示。在本发明中，颈部是指电池侧壁上所具有的内凹的环形部分，换言之，此部分的 外径小于上部和下部。相应地，本发明中所述的“圆柱形”应作更宽泛的理解，其并非指正 圆柱形(上下通体外径一致、不存在“颈部”的圆柱形)，应理解为存在如图1所示的颈部B的 大致呈圆柱形的形状，例如AA和AAA型电池的外形。此类电池的外形和规格已为本领域技 术人员及普通消费者所公知，在此不再赘述。在下部C之内，电池100包含电芯和电解液(其液面例如如电芯上方的“……”所 示)，其中电芯由负极片104、正极片105和隔膜106卷绕而成，并浸渍于电解液之中。本发明 的锂-二硫化铁电池的电芯可以为公知结构，即，正极片104是涂覆有作为正极活性材料的 二硫化铁的集电体，负极片105由锂或锂合金构成，隔膜106为多孔高分子材料，例如聚丙 烯和聚乙烯多孔膜，典型实例如Celgard公司的隔膜，如型号为Celgard2400、Celgard2500 等的隔膜。在上部A之内，电池100包含金属封口件107和密封圈108。如图1所示，金属封口件107与电芯之间通过正极极耳113电连接。金属封口件 107包括一些基本金属组件，例如带有端帽的正极上盖金属体109、封口金属体110、置于封 口金属体110之内的加强金属片111、置于正极上盖金属体109与封口金属体110之间的 PTC热敏电阻片112等。此外，正极上盖金属体109、封口金属体110、加强金属片111、PTC 热敏电阻片112之间均为电连接。本发明的金属封口件107中所包含的这些组件的结构、 功能及制造方法都是现有已知的，具体可参考例如中国专利申请号200880000031. X。简单 地说，整个金属封口件107被设置在外壳的开口端101，用于在电池被正常使用时封堵位于 下部C的电解液，以防止其发生泄漏；同时，封口金属体110的底部为封闭端，且可具有连 接正极极耳113的突起部，并可设置有在电池内部压力过大时可被膨胀的气体开启的机构 (例如沟槽)，以防止电池因压力过大而发生剧烈的爆炸；正极上盖体109的突起(端帽)用作 正极端子，用于将正极与外界导通；PTC热敏电阻片112在使用中的电池的温度非正常上升 时可及时切断电流，以防止爆炸。在本发明中，“金属封口件”(以下简称“封口件”)是指现 有技术中设置在锂-二硫化铁电池外壳的开口端的金属组件的总和，这些组件通常具有基 本相同的直径(加强金属片111的直径略小)，在装配时通常被组装在一个环形密封圈(参见 图3A和;3B)内，然后一起放入外壳的上部，用于发挥以上作用。对于AA型电池来说，封口 金属体110 (内含加强金属片111)的直径约为12.25-12.35 mm;PTC热敏电阻片112的直 径约为12. 15-12. 05 mm ；正极上盖体109的直径约为12. 20-12. 25mm，其整体的侧壁高度约为 1. 60-1. 70 mm。此外，外壳一般由金属(例如镀镍钢)制成，其经由负极极耳114与负极片导通，其 底部(即外壳的封口端102)用作负极端子。对于AA型电池而言，其外壳内径约为13. 30mm, 外径约为 13. 85-13. 90mm。如图1所示，在所制得的电池中，密封圈108位于封口件107与外壳之间的间隙， 用于与封口件107 —起封堵电解液；而且，封口件107隔着密封圈108的下缘122被内凹的 颈部B的上平台119所支撑。由于封口件107本身由金属制成，其与同为金属的外壳之间 无法形成良好的密封，因此，设置密封圈108的目的是为了封堵封口件107与外壳之间的间 隙，以便使其与封口件107—起封堵电解液。此外，在封口后，上述密封圈的上缘会被外壳 的包边向内压入，而形成如图1所示的具有上缘120和下缘122的密封圈108，由此，所述上 部A形成向内包边以覆盖所述上缘120的包边部121。本发明的锂-二硫化铁电池的电解液一般含有锂盐和有机溶剂。该电解液可以通 过将锂盐溶解于有机溶剂中而得到。所述锂盐可以是Lil(碘化锂)、LiTFS(三氟甲基磺酸 锂)、LiTFSI (双三氟甲烷磺酰亚胺锂)、LiBr (溴化锂)、LiClO4 (高氯酸锂)、LiPF6 (六氟 磷酸锂)等中的一种或多种。所述有机溶剂可以优选为PC(碳酸丙烯酯)、EC(碳酸乙烯 酯)、DME ( 二甲醚)、DX ( 二氧戊环)、SFL (环丁砜)等中的一种或多种，必要时还可以加入 添加剂，如嘧啶、DMI (1，3- 二甲基咪唑啉酮)、1，3- 二甲基异噁唑等。这些锂盐和有机溶剂 可采用现有的任意组合方式。在制造电池时，该电解液一般是从电池的上部A经由外壳的开口端101注入，然后 浸渍下部C中的电芯，从而作为电池中的液体介质而存在。电解液一般位于下部c(也可以 进入颈部B，例如横置电池时)，并被封口件107和密封圈108密封，以使其与外界隔离。但 在使用过程中，电池经过热胀冷缩后，由于现有的这些密封装置不能适应温度的变化而发 挥所需的密封作用，电解液可能会经由密封圈108与外壳之间的微小间隙而进入电池的上 部A，并进而泄漏到外界，从而严重影响电池使用寿命和储存期限。因此，本发明在电池的上部A内设置特定的密封装置以防止电解液的渗漏。换言 之，本发明的电池采用如图1所示的基本结构，该结构为中心对称的圆柱体，除此之外，为 了防止电解液在各种使用条件下的渗漏，在经过所述电池的轴线的任意纵截面上，密封圈 108至少在下缘122上以第一压缩比被压缩(其被压缩的部位可称为“第一压缩部位”，即具 有第一压缩比的压缩部位)；而且，所述第一压缩比在0.2-0. 9的范围内。以下详细解释此 实施方案。如图1和图4所示，上缘120位于封口件107与包边部121之间，而下缘122则位 于封口件107与上平台119之间。本发明中，由于密封圈108基本位于封口件107与外壳 之间，因此其有可能在封口后在两者之间的所有部位都被压缩。然而，在本发明中，需要强 调的是，具有第一压缩比的第一压缩部位应至少位于下缘122上，换言之，下缘122上的至 少一处应为以第一压缩比被压缩的第一压缩部位。这从制造的便利性考虑是优选的。为了 达到更好的密封目的，更优选的是，上缘122也设有具有第一压缩比的第一压缩部位。另一方面，从纵截面(参见图1、2和4)看，所述第一压缩部位可以仅为一处(如图2 中的a、b、c和d，需要指出的是，为了简明起见，图2仅在右侧的壳体上指出了压缩部位；可 以理解的是，左侧也具有对应的压缩部位)，即该处外壳与封口件之间的间隙小于密封圈的原有厚度，但考虑到密封圈在任意纵截面上均为左右对称，当第一压缩部位在任意纵截面 上呈现为“一处”(例如a、b、c或d)时，考虑到压缩方向，本领域技术人员可以理解的是，所 述第一压缩部位实质上应为均勻分布在密封圈本体上的一个环状面，该环状面的宽度为密 封圈在该处被压缩后呈现的厚度，平行于该环状面的方向即为压缩方向；当第一压缩部位 在任意纵截面上呈现为连续或不连续的“多处”时，其实质上应为均勻分布在密封圈本体上 的一个或多个环状面，各环状面的宽度均为密封圈在该处被压缩后呈现的厚度，平行于这 些环状面的方向即为各压缩方向。因此，本申请中所述的涉及压缩部位的“至少一处”、“一 处”和“多处”均应作此理解，而不能仅按字面理解为一个点；而当提到“下缘以第一压缩比 被压缩”时，应理解为下缘上的至少一处以第一压缩比被压缩，而不能仅仅解释为整个下缘 全部以第一压缩比被压缩。涉及上缘时，亦是如此。当然，封口后，压缩部位可以是整个下缘122，在这种情况下，压缩部位是指密封圈 108本体中由下缘122构成的环形体。随工艺的误差，这些区域各处的压缩比可以略有波 动，然而，在本发明中，为了实现更好的压缩效果，可以将其都控制在0. 2-0.9的范围内(即 第一压缩比的范围内)，且优选在0.4-0. 7的范围之内。这样，这些压缩部位即成为第一压 缩部位。不过，如为制造方便考虑，则优选在下缘122上的一部分设置第一压缩部位，S卩，在 经过所述电池的轴线的任意纵截面上，所述密封圈108在下缘122上的一部分以0. 4-0. 7 的压缩比被压缩。在本发明中，所述封口件107的外周优选为近似圆柱形，且其最大直径(一般是封 口金属体Iio的直径)应大于位于下方的电池颈部B的内径，且小于外壳上部A和密封圈 108的内径。这样，该封口件107可以被置于密封圈108之内，然后一起被放入上部A之内， 且隔着密封圈108的下缘122被由颈部B的上平台119所支撑，从而避免影响位于下部C 的电芯的正常工作。密封圈108可以是任何不易被电解液腐蚀的材料，优选为绝缘性材料，以避免短路。该密封圈108应由弹性材料构成，以便在其上缘120和/或下缘122被压缩时能 够充分地堵塞封口件107与外壳之间的间隙。作为弹性材料，可以使用本领域公知的任何 弹性材料。但从耐腐蚀性和绝缘性的角度考虑，优选使用聚丙烯作为该密封圈108的材 料。作为优选的弹性材料，其拉伸强度更优选为200-400 kg/cm2，以适应挤压和膨胀需要。 此外，其引伸性优选大于300%，弯曲刚性度优选为7000-15000 kg/cm2，弯曲弹性度优选为 10000-20000 kg/cm2，成型温度优选为180_350°C，低温脆化温度优选为低于_1°C。这样的 密封圈材料可以从各大厂商购得，在此不再赘述。另外，该密封圈108的原有厚度可以是0.2-1. 5mm，更优选是0.4-0. 6mm。厚度过 大，容易导致密封不实，厚度过小，则容易破裂。此外，其各处的厚度可以是均一的，也可以 根据需要在不同的部位设置不同的厚度，只要厚度在上述范围内即可。在本发明中，封口后的密封圈108应为轮胎状，封口件107则类似于轮毂。密封圈 108的侧部横截面优选是图4中所示的“[”形，也可以根据封口件的具体形状而替换成“C” 形、“Σ”形等能够套在封口件的外周且具有上缘和下缘的形状。封口之前的密封圈108也可以采用与封口后的形状相同的形状。不过，在一个优 选的实施方式中，为了便于将封口件107中的组件都组装在一起，密封圈108在电池封口
7之前的初始形状为底部中心带有圆孔且具有开口端的圆柱体，如图3A和;3B所示。其中， 图3A为俯视图，图:3B为透视图。在图3A中，斜条阴影部分为密封圈108的下缘122，上缘 120垂直于纸面而朝上；在图:3B中，斜条阴影部分亦为密封圈108的下缘122，竖条阴影部 分为密封圈108的内壁，上缘120位于侧壁上方；在封口时，密封圈108的上缘120可以于 下边界123处被外壳的上缘121向内折弯，从而形成图1中所示的横向的上缘120。这样， 在组装封口件107时，可以先将其各组件按图1所示的顺序逐一放入密封圈108之内，然后 将四周套有该密封圈108的封口件107从外壳的开口端101放入电池的上部，其中，封口金 属体110在密封圈108底部的圆孔处向下露出底部，以便与正极极耳113形成电连接。这 样，在封口后，该密封圈不仅能被封口件107与外壳夹持而起到阻止电解液渗漏的作用，而 且其下缘122还可以在颈部B的平台119上作为封口件107的衬垫而在制造过程中起到一 定的缓冲作用，同时其上缘120又能使包边部121与封口件107绝缘。在本发明中，所述密封圈108至少在下缘122处被压缩。不过，在实践中，发明人发 现，当密封圈108在下缘122处被压缩时，不一定能够完全阻止电解液的渗漏，原因可能在 于，在这种情况下，电解液仍有可能通过在密封圈与封口件之间和在密封圈与外壳之间存 在的微小的缝隙或毛细管扩散到外界，从而导致电池质量损失和寿命下降。其次，电池使用 环境也并非总是处于恒温状态，因此在电池发生热胀冷缩时(例如北方冬天，室内温度可能 是20度，而室外温度可是-20度，电池从室内带到室外使用的过程，电池使用环境就发生了 很大变化)，即使密封圈在初始状态下受到压缩，仍然无法完全阻止电解液的渗漏。再者，当 过分地对密封圈的内外两侧施加挤压力以尽可能消除缝隙时，容易导致密封圈失去弹性， 从而使得该密封圈在电池随温度上升而膨胀时无法及时填补间隙。为了解决此问题，发明 人通过不懈的努力，结果发现，当下缘122处的压缩比为特定比例时，可实现最佳的密封效 果，从而显著降低电池的质量损失，提高电池的使用寿命。即，密封圈在下缘122上的至少 一处的压缩比(第一压缩比)优选为0. 2^0. 9，更优选为0. 4-0. 7。如上所述，下缘122上的至少一处应为具有上述第一压缩比的部位。不过，本领域 技术人员可以理解的是，只要满足上述条件，将所述第一压缩部位设置在邻近这些位置的 技术方案也可以基本实现本发明的效果，因此也应纳入本发明要求保护的范围之内。当将该第一压缩部位设置于上述位置时，优选颈部B的最小外径与上部A或下 部C (上下外径相同)的外径之差(即后述的轧线深度X2)为2. 20-2. 80mm，更优选为 2. 40-2. 70mm,以便该颈部B既能对位于其上的由密封圈108包围的封口件107构成足够的 支撑，又能与该封口件107和密封圈108组合在一起，以构成阻止电解液扩散的屏障。此外，为了进一步提高密封效果，所述密封圈108还优选在所述包边部121的外缘 与所述封口件107之间以第一压缩比被压缩(参见图2中的c点)。其中，包边部121定义 为封口后外壳的上部A向壳体内折弯的部分，其包括水平的平台区和位于平台区外侧的圆 弧形外缘。在经过电池100的轴线的任意纵截面上，所述包边部121的外缘优选呈现为均 一的圆角，由于封口件107离此处最近的部位为圆棱，因此上述压缩比可通过在所述外缘 形成特定半径的圆角来控制，所以是优选的。图3显示了本发明的电池的一个实施方式中所包含的上部A的纵截面图，该图也 是从经过圆柱体的轴线的纵截面上任意截取的。其中，A和B的位置分别对应“下缘”和“上 缘”上的一处，即具有第一压缩比的第一压缩部位。而c的位置为包边部121的外缘与封口件107之间，如上所述，该位置也优选成为具有第一压缩比的部位。此外，d的位置对应的 是封口件与“所述颈部与所述上部的交界处”之间，尽管图2中该位置的压缩比小于c位置 的压缩比，但通过调整封口件中封口金属体的形状和该交界处的圆角尺寸，该位置也可以 成为压缩比在0. 2-0. 9范围内的压缩部位，此处定义其压缩比为“第二压缩比”，该第二压 缩比优选在0. 2-0. 9的范围内，更优选在0. 4-0. 7的范围内。可以理解的是，在制得的电池 中，除了图2中所示的a和b两处之外，密封圈上的上缘和下缘均可设置更多的具有第一压 缩比的部位，且这些部位在纵截面上可以是连续的，也可以是不连续的。本文中，所述“压缩 比”(包括第一和第二压缩比)均指在制造完毕的电池中，密封圈被压缩后的厚度与该处原 有厚度之比。而且，在所制得的电池中，第一压缩比和第二压缩比的数值可以相同，也可以 不同，只要均在本发明所述的范围内即可。作为上述电池的制造方法，可以选择各种方法，只要能够获得具有上述结构的电 池即可。参考图1、3A和;3B，在本发明中，优选采用以下方法提供一个具有开口端101、封 闭端102和位于所述开口端与所述封闭端之间的侧壁103的圆柱形外壳；将具有负极极耳 114和正极极耳113的电芯104-106放入该外壳，其中，所述负极极耳114通过接触或焊接 的方式与所述外壳的底端102电连接；通过轧线的方式在外壳上靠近所述开口端101的位 置形成颈部B ；通过焊接的方法将所述正极极耳113电连接于套有密封圈108 (参见图3A 和3B)的封口件107的底部；向外壳内注入电解液；将套有密封圈108的封口件107置于该 外壳的上部A之内，直到密封圈108的下缘与由所述颈部B在外壳内形成的平台119接触； 对电池100进行封口，其中，对外壳的上缘施压以将该上缘与密封圈108的上缘120 —起压 在封口件107的上表面，从而形成包边部121。在封口之后，还可以在封口件107的除正极 端帽以外的露出表面(即图1中的包边部121，121之间的虚线所示部分)设置绝缘圈，以充 分隔离封口件107 (连接正极)和包边部121 (连接负极)。其中，轧线的具体方式不受限制，其可以采用公知的轧线设备，例如双轮轧线设备 (参见中国专利申请200820200876.0)，只要能够形成本发明所述的颈部B即可。作为优选 的轧线方法，可以是在将电芯放入外壳并将其所携带的负极极耳电连接至外壳封闭端后， 将电池外壳的开口端固定在轧线装置的中心，将封口端放置在水平的底座上，以底座对封 闭端施加支撑力，其中所述轧线装置在电池外壳四周设置有与电池之间的间距相同的多个 轧线轮(例如两个或三个或更多)，在进行轧线时，可以使多个轧线轮围绕电池的轴线高速 旋转，与此同时，使这些轧线轮向电池的轴线方向横向同步靠拢，并以轧线轮上的与颈部B 形状相匹配的凸棱向外壳上的靠近开口端的有待形成颈部的位置施加横向力，优选地，底 座对封口端施加向上的支撑力，以协助轧线轮的横向作用力，一起构建颈部B。在横向力和 优选的支撑力的作用下，在电池外壳的所述位置形成一道环形的内凹区而作为所述颈部B。 至于外壳上轧线的具体位置，应当高于已放置在壳内的电芯的高度。换句话说，形成颈部B 后，电芯应位于外壳的下部C之内。上述轧线的深度(即最终所形成的颈部的最小外径与下部或上部的外径之差的 1/2)不受特别限制，只要能够实现上述密封圈的压缩比即可。但轧线深度过深时，有可能破 坏电池外壳，过浅则有可能无法形成一个用于支撑密封圈的平台，也不利于后续的封口工 序中将密封圈特别是其下缘的压缩比控制在理想的范围内。因此，本发明中该轧线深度优 选为 1. 10-1. 40mm，更优选为 1. 20-1. ；35讓。
然后，通过焊接的方法将正极极耳电连接于套有密封圈的封口件；向外壳内注入 电解液；并将套有密封圈108的封口件107放入上部A之内，准备封口。此时，如使用如图 3A和;3B所示的密封圈，则应确保上部A的高度高于密封圈的上缘(例如高0. 1-0. 5mm),以 便于在封口时将外壳的上缘连同密封圈108的上缘120 —起向内压入至覆盖封口件107的 上周缘，从而形成包边部121。同时，上部A的高度又不能过高而导致后续形成的包边部121 不得不接触到封口件107的上表面从而造成短路。即该高度差的上限应根据密封圈108的 上缘的长度和高度而确定，不能一概而论。通常，密封圈的上缘的高度可根据封口件的实际 高度、颈部位置、密封圈的厚度等因素来确定。作为封口的方法，参见图4可以是从上方将上封口模固定在电池上，该封口模具 有与封口后的上部A的上表面特别是包边部121形状相匹配的第一凹部。与此同时，将具有 与轧线后形成的颈部B整体形状相匹配的支撑部的下封口模固定在颈部B，以支撑整个上 部A。设置上、下封口模的距离，以固定电池。用封口机向该模具施加作用力(例如4-8吨)， 使该圆筒形外壳的上缘从四周向电池轴心方向卷入(包边)，从而使该上缘连同位于其内侧 的密封圈108的上缘120 —起压在封口件的上表面的上周缘，以形成包边部121，同时通过 调整封口机的行程，使上封口模的凹部(与即将形成包边部121的外壳上缘接触)与下封口 模的支撑部(与颈部B的上平台119的底面接触)之间的垂直间距达到一个预定距离(即图 4中所示的h)。在该封口过程中，位于外壳内的密封圈108的上缘120和下缘122将受到 挤压，从而实现电池的密封。当所述密封圈在第一压缩部位处的压缩比为0. 2^0. 9时，如上 所述，可实现良好的密封效果，从而可提高电池的稳定性。为了将第一压缩比控制在所述范 围内，可根据封口件107侧壁的高度、密封圈108的厚度、外壳的厚度等具体条件预先设置 图4中所示的h的高度。此外，可以在上封口模中设置与包边部121的外缘(圆角)相匹配 的模具形状(第二凹部)，通过选择特定的圆角尺寸，可对所述外缘与封口件之间的最小间 距进行调节，进而使该最小间距与密封圈108在该处的原有厚度之比在第一压缩比的范围 之内，也即，使所述密封圈在包边部121的外缘与封口件107之间以第一压缩比被压缩。同 样，也可以在下封口模中设置对应于“颈部与上部的交界处”的圆角的凹部，在封口时利用 该凹部对该交界处的规制作用，将封口件107与该交界处之间的间距调整至第二压缩比的 范围内，从而使密封圈108在封口件与该交界处之间以第二压缩比被压缩。
实施例制备例
AA型锂-二硫化铁电池的电芯的制备
制备卷绕式AA型号电池正极极片使用铝箔作为基材，铝箔的厚度是0.2mm，宽为 39mm，长约310mm，约重1.0克。作为正极浆料，使用含有91. 0重量％的1 、少量的碳 (1. 0重量％ Super P MMM碳)、6. 0重量％的石墨和2. 0重量％聚苯乙烯粘结剂(SEBS，苯 乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物，商品名为Kraton G1651)的正极浆料(重量比例 均以浆料中的干物质总重量为基准)，用挂浆方法把正极浆料涂覆到铝箔上，然后经过烘干 后进行滚压和分切，最后制成厚0.175mm，宽41mm，长约296mm，重约6. 7克的正极极片。 将长为310mm，厚为0. 16mm的金属锂箔、隔膜(Celgard 2500)、分切好的正极极片及隔膜 (Celgard 2500)叠加在一起卷绕成外径是13. 1mm、高度为44mm的电芯。
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实施例1
将电芯插入外径是13. 85mm、厚度是0. 3mm、高度是50. 7mm的电池钢壳中，对电池进行 轧线(轧线机是HIBAR JSA 061205-1，双轮轧线机)。通过调节两轧线轮之间的间距和对电 池封口端的支撑力来控制电池的轧线深度，其中，调节轧线轮的高度，使轧线轮距电池钢壳 开口端的距离是4. 15mm;调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小目标 距离是11. 55mm (即颈部的外径)。这样得到的电池钢壳的轧线深度是1. 15 mm，颈部B的 上平台距开口端的高度为3. 52mm。向轧完线的电池内注入有机电解液，该电解液为将20重 量％的LiTFSI (双三氟甲烷磺酰亚胺锂)溶解于1，3- 二氧戊环和环丁砜的混合溶剂(重量 比为4 :1)中而形成的有机电解液。将套有如图3A和:3B所示的密封圈(厚度为0. 6mm，高度 为3. 20mm，外径为13. 25mm,底端圆孔直径为9. 80mm，下缘宽度为1. 25mm ；聚丙烯材料，拉 伸强度为310kg/cm2)的封口件(外部最大直径为12.35mm (封口金属体)，外部最小直径为 12. 24mm (正极上盖金属体)，侧壁高度为1. 63mm)与电池正极极耳焊接后插入到电池的上 部，之后对电池进行封口，封口机是LGFK-16型冲压式自动封口机，下封口模为与电池颈部 形状一致的模具；调节封口机的行程，使得电池封口后h (参见图4)的高度是2. 83mm，封口 机的冲力是5吨。封口后的电池经过预处理，室温存放1周后从颈部B处切开电池，注入环 氧树脂，凝固后把电池头部以任意纵截面对半切开，测得密封圈的位于颈部上平台与封口 件之间的下缘的最小厚度为0.50mm，即，该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 83，位于包 边部与封口件之间的上缘的最小厚度为0. 55mm,该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 92。实施例2
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 45mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1. 20mm，被压缩的下缘的最小厚度为0. 33mm,即该处厚度与密封圈 原有厚度之比为0. 55，被压缩的上缘的最小厚度为0. 36mm,该处厚度与密封圈原有厚度之 比为0. 60。实施例3
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 35mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1. 25mm，被压缩的密封圈下缘的最小厚度为0. 30mm,即该处厚度 与密封圈原有厚度之比为0. 50，被压缩的上缘的最小厚度为0. 30mm,该处厚度与密封圈原 有厚度之比为0. 50。实施例4
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 25mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1. 30mm，被压缩的密封圈下缘的最小厚度为0. 30mm,即该处厚度 与密封圈原有厚度之比为0. 50，被压缩的上缘的最小厚度为0. 30mm,该处厚度与密封圈原 有厚度之比为0. 50。实施例5
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 15mm。这样得到的电池钢壳的轧线深度是1. 35mm，被压缩的密封圈下缘的最小厚度为0. 30mm,即该处厚度 与密封圈原有厚度之比为0. 50，被压缩的上缘的最小厚度为0. 30mm,该处厚度与密封圈原 有厚度之比为0. 50。实施例6
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 35mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1. 25mm。同时调节封口机的行程，使h为2. 97mm。结果发现，被压 缩的密封圈下缘的最小厚度为0. 36mm,即该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 60，被压 缩的上缘的最小厚度为0. 38mm,该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 63。实施例7
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 35mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1. 25mm。同时调节封口机的行程，使h为2. 71 mm。结果发现，被压 缩的密封圈下缘的最小厚度为0. 24mm,即该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 40，被压 缩的上缘的最小厚度为0. 24mm,该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 40。实施例8
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 35mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1.25mm。同时调节封口机的行程，使h为3. 33mm。结果发现，被压 缩的密封圈下缘的最小厚度为0. 54mm,即该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 90，被压 缩的上缘的最小厚度为0. 56mm,该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 93。比较例1
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 85mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1. 00mm，被压缩的密封圈下缘的最小厚度为0. 58mm,即该处厚度 与密封圈原有厚度之比为0. 96，被压缩的上缘的最小厚度为0. 56mm,该处厚度与密封圈原 有厚度之比为0. 93。比较例2
采用与实施例1相同的部件，并采用与实施例1相同的轧线和封口方式，不同之处在 于，调节两轧线轮之间的间距使两轧线轮纵向互相靠近的最小距离是11. 45mm。这样得到的 电池钢壳的轧线深度是1. 20mm。同时调节封口机的行程，使h为2. 46mm。所得的被压缩的 密封圈的下缘的最小厚度为0. Ilmm,即该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 18，被压缩 的上缘的最小厚度为0. 12mm,该处厚度与密封圈原有厚度之比为0. 20。测试例1
从实施例1-8和比较例1中各取5只电池作好标记，用METTLER分析天平测量电池重 量，记下每个电池重量(平均重量约16g)；把称量好的电池放入ESPEC高低温冲击试验箱， 进行如下测试75与-40度高低温测试(UN/DOT 38. 3. 4. 5—Thermal test) (75度保持6 小时，0. 5小时内温度降到-40度，-40保持6小时，0. 5小时内温度升到75度，进行10个 上述循环。)高低温测试完成后取出电池，放在室温下1小时后，分析天平称重电池的重量；算出电池在高低温测试过程中的质量损失，结果参见表1。
表 权利要求
1.一种圆柱形锂-二硫化铁电池，所述电池由一体的金属外壳包裹，所述外壳包括开 口端、封闭端和位于所述开口端与所述封闭端之间的侧壁，所述侧壁具有内凹的靠近所述 开口端的颈部、位于所述颈部之上的上部和位于所述颈部之下的下部；所述电池包含位于 所述下部之内的电芯和电解液，和位于所述上部之内的金属封口件和密封圈，所述密封圈 具有上缘和下缘，所述上部具有向内包边以覆盖所述上缘的包边部，所述密封圈位于所述 金属封口件和外壳之间用于封堵所述金属封口件与所述外壳之间的间隙，所述金属封口件 隔着所述密封圈的下缘被所述颈部的平台支撑；其中，所述密封圈至少在所述下缘以第一压缩比被压缩；而且，所述第一压缩比在 0. 2-0. 9的范围内。
2.如权利要求1所述的电池，其中，所述密封圈还在所述上缘以第一压缩比被压缩。
3.如权利要求1所述的电池，其中，所述密封圈还在所述包边部的外缘与所述金属封 口件之间以第一压缩比被压缩。
4.如权利要求1所述的电池，其中，所述密封圈还在所述金属封口件与以下交界处之 间以第二压缩比被压缩所述颈部与所述上部的交界处；且所述第二压缩比在0. 2-0. 9的 范围内。
5.如权利要求1-4中任一项所述的电池，其中，所述密封圈由弹性材料制成。
6.如权利要求5所述的电池，其中，所述密封圈由聚丙烯材料制成。
7.如权利要求1-4中任一项所述的电池，其中，所述密封圈的原有厚度为 0. 2mm-1. 5mm。
8.如权利要求7所述的电池，其中，所述密封圈的原有厚度为0.4mm-0. 6mm。
9.如权利要求1-4中任一项所述的电池，其中，所述第一压缩比在0.4-0. 7的范围内。
10.如权利要求4所述的电池，其中，所述第二压缩比在0.4-0. 7的范围内。
11.如权利要求1所述的电池，其中，所述颈部的最小外径与所述下部的外径之差为 2. 20-2. 80mm。
12.如权利要求11所述的电池，其中，所述颈部的最小外径与所述下部的外径之差为 2. 40-2. 70mm。
13.—种制造权利要求1-12中任一项所述的电池的方法，所述方法包括提供所述外壳和所述电芯；将所述电芯放入该外壳；通过轧线的方式在所述外壳上靠 近所述开口端的位置形成所述颈部；向所述外壳内注入所述电解液；将所述套有密封圈的 金属封口件置于该外壳的上部之内，直到所述密封圈的下缘与由所述颈部在所述外壳内形 成的平台接触；对所述电池进行封口，在形成所述包边部的同时，至少使所述密封圈的下缘 以所述第一压缩比被所述金属封口件和所述平台压缩。
全文摘要
本发明涉及一种圆柱形锂-二硫化铁电池及其制造方法，该电池由一体的金属外壳包裹，外壳包括开口端、封闭端和位于开口端与封闭端之间的侧壁，侧壁具有内凹的靠近开口端的颈部、位于颈部之上的上部和位于颈部之下的下部；电池包含位于下部之内的电芯和电解液，和位于上部之内的金属封口件和密封圈，密封圈具有上缘和下缘，上部具有向内包边以覆盖上缘的包边部，密封圈位于金属封口件和外壳之间用于封堵金属封口件与外壳之间的间隙，金属封口件隔着密封圈的下缘被颈部的平台支撑；其中，密封圈至少在下缘以第一压缩比被压缩；而且，第一压缩比在0.2-0.9的范围内。
文档编号H01M2/08GK102104168SQ201110031240
公开日2011年6月22日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者余佑锋, 常海涛, 张清顺, 林建兴, 苏盛, 陈进添 申请人:福建南平南孚电池有限公司