一种具有纳米注塑极柱的动力电池顶盖的制作方法

本发明涉及一种二次动力或储能锂离子电池的电池盒顶盖，尤其涉及一种具有全塑料加金属极柱的金属塑料强结合密封复合结构。

背景技术：

随着石油价格的逐年攀升以及环境污染问题的日趋严重，作为燃油型汽车的替代，人们研制出了天然气汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车和电动汽车等，而其中最具有应用前景的是电动汽车。

目前锂电池主要包括壳体以及壳体内置的电解液及采用叠片或卷绕装配方式装配的正极、电池隔膜及负极片，通过顶盖极柱向外输出电力。极柱与顶盖之间需要绝缘并且结合紧密，以避免电解液泄露并隔绝水蒸气。目前的工艺一般选择将金属极柱跟壳体绝缘层之间用密封圈或用胶固定并且密封。

聚合物材料是较好的绝缘材料，可作为电池盒外壳结构件材质，或作为金属材质电池盒的绝缘层使用。目前，业内逐步在研究用全聚合物材质替代金属材质生产电池盒。聚合物与金属极柱之间的结合密封问题是主要需要解决的技术难题。

采用塑胶壳体来制备锂电池盒之后，顶盖的金属极柱跟顶盖塑胶可以采用模内注塑的方式固定。采用这种方法虽然可制备出金属与塑料一体成型的复合体，但是得到的复合体金属与塑胶之间存在结合力和气密性较差的问题。因而，一直以来，人们一直在研究是否有更合理的将高强度的工程树脂与金属结合密封的方法。

本发明为了解决现有技术制备的金属材质电池盒中非金属绝缘层与金属极柱以及塑料材质电池盒塑料与金属极柱结合与密封间题。提供一种金属与树脂的结合力强，且工艺简单易大规模生产，无污染的金属树脂复合体的制备方法及其制备的金属树脂复合体，用于电池盒的绝缘密封。

技术实现要素：

为解决上述金属塑料结合以及密封的问题，本发明的目的在于提供一种解决上述问题的纳米注塑工艺以及电池盒顶盖。

电池盒顶盖包括顶盖片、防爆阀、第一极柱、第二极柱和导电片等。

本发明的技术方案如下：一种动力或储能电池盒及顶盖，顶盖上含金属极柱，盒体内置电解液。顶盖金属极柱与塑料顶盖或金属顶盖非金属绝缘层以纳米注塑工艺进行结合，解决金属和非金属之间绝缘密封问题。

采用以上技术方案，主电源和感应器极柱用于盒体内部的电池出线。采用纳米注塑工艺后，不仅解决了金属和塑料的结合问题，还可以提高气密性，一步法工艺也可以减少后期制造工序，降低成本。

具体而言，本发明提供的是一种锂离子动力电池盒顶盖以及制备顶盖的纳米注塑工艺。纳米注塑工艺包括对极柱金属进行纳米微孔化处理，聚合物材料改性和金属模内注塑。

本发明提供的纳米注塑工艺主要目的在于解决金属极柱和非金属绝缘层之间粘接和气密性问题。

本发明的目的之二在于提供上述锂离子电池盒盖或盒盖绝缘层所需的用于纳米注塑工艺的聚合物材料、金属处理和顶盖注塑制备方法。

本发明主要技术难点在于锂离子电池电解液具有腐蚀性，普通的聚合物材料在直接接触电解液时会因有机溶剂的溶胀或无机填料的腐蚀而失去强度。电池使用工况要求材料具备一定的耐热性能。

本发明主要聚合物材质可选聚苯硫醚、聚苯醚、聚砜、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚丙烯、聚乙烯等耐化学性能较好的工程塑料；以及含有此类聚合物的共混或复合材料；优选聚苯硫醚、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯及含此类聚合物的共混或复合材料。

所述聚合物材料必须经过一定的改性，以符合金属塑胶纳米注塑成型的要求。

作为电池盒盖极柱的金属材质可选铜、铝、镁、不锈钢、钛、铁、镀锌板以及相关合金。优选铜和铝，特别优选1000到7000系列铝合金。金属需要预先进行纳米孔洞化和有机化处理。

盒盖采取模内纳米注塑加工，纳米注塑的核心工艺是经纳米孔洞化处理的金属在塑料模具中与聚合物材料一体注塑成型，在较高的温度和压力下，塑胶与金属浸润、粘合在一起，达到粘接密封的目的。

本发明的有益效果：

本发明提供一种解决锂电池塑料材质电池盒顶盖塑料与金属极柱结合与密封问题的纳米注塑材料和工艺，选择合适的顶盖耐电解液纳米注塑材料，以模内注塑方式加工，金属与树脂的结合力强，密封性好，工艺简单易大规模生产，生产效率高，设计自由度高。

附图说明

图1为本发明实施例的通用结构示意图。

需要说明的是，该结构示意图只是对电池顶盖结构的简单示意，本发明着重叙述采用特殊纳米注塑工艺和材料的动力锂电池通用的金属/塑料顶盖复合结构。因此，电池结构领域技术人员对此示意结构作出的各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。

其中，11为金属极柱；2为塑料顶盖；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，应理解，在阅读了本发明所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本发明所限定的范围。

实施例1

图1中所示的电池盒顶盖，包括顶盖金属极柱和塑胶顶盖，其中塑胶顶盖材质为聚丙烯复合材料，金属极柱为铜和铝。

电池盒顶盖采用模内注塑方式，聚丙烯复合材料为发明人专有技术改性得到，具备耐电解液浸泡并可纳米注塑。模具温度为130℃下将预热后的金属极柱放入模腔内进行模内注塑，就可以制得本发明的纳米注塑电池顶盖。

电池顶盖具备金属和聚合物材料结合力强，密封性能好的特点。

实施例1制备得到的电池盒顶盖在三元锂电解液中浸泡240小时的实验中强度保持率在90％以上。

密封试验采用压差法氦气透过测试，气体渗透速率为10^-6cm³/sec。

实施例2

采用实施例1的电池盒顶盖结构及其制备方法，区别仅在于电池顶盖的材料选用聚苯硫醚复合材料。聚苯硫醚复合材料为发明人专有技术改性得到，具备耐电解液浸泡并可纳米注塑。

电池顶盖具备金属和聚合物材料结合力强，密封性能好的特点。

实施例1制备得到的电池盒顶盖在三元锂电解液中浸泡240小时的实验中强度保持率在98％以上。

密封试验采用压差法氦气透过测试，气体渗透速率为10^-7cm³/sec。

实施例3

采用实施例1的电池盒顶盖结构及其制备方法，区别仅在于电池顶盖的材料选用聚对苯二甲酸乙二醇酯，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯材料为发明人专有技术改性得到，具备耐电解液浸泡并可纳米注塑。

电池顶盖具备金属和聚合物材料结合力强，密封性能好的特点。

实施例1制备得到的电池盒顶盖在三元锂电解液中浸泡240小时的实验中强度保持率在92％以上。

密封试验采用压差法氦气透过测试，气体渗透速率为10^-5cm³/sec。

以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。