一种圆柱形蓄电池外壳密封结构及工艺的制作方法

1.本发明涉及电池制造技术领域，更具体地，涉及一种圆柱形蓄电池外壳密封结构及工艺。


背景技术：

2.圆柱形镍氢电池是一种性能良好的蓄电池。其分为功率型镍氢电池和能量型镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为ni(oh)2(称nio电极)，负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金(电极称储氢电极)，电解液为6mol/l氢氧化钾溶液。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。
3.传统的圆柱形电池密封后存在以下问题：
4.1、电池是单端密封，外壳为负电极，使用时外部需要塑料壳，在使用或者运输中容易受到摩擦而破损，造成电池短路或者漏电；同时在密封后内部正负极的距离较近，容易产生碱桥产生不稳定漏电，严重影响电池质量；
5.2、电池密封时与电极之间用尼龙套隔离，金属外壳内折在尼龙套筒上，在外边振动较大，或者温度较高时容易造成短路，电池烧毁


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种圆柱形蓄电池外壳密封结构，以解决现有技术中，传统密封结构易导致电池短路或者漏电、烧毁的问题。
7.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
8.一种圆柱形蓄电池外壳密封结构，包括电池芯组、绝缘密封套和金属外壳，所述电池芯组的正极端连接有正电极，负极端连接有负电极，所述绝缘密封套将所述电池芯组的周侧全部包裹，同时左右两端均朝向内侧弯折将正电极和负电极的基板部分包裹形成电池内胆，所述金属外壳套设在电池内胆外周，所述绝缘密封套的左右两侧均由内向外安装有位于金属外壳内部的绝缘压环和金属压环，所述金属外壳的两端朝向内侧弯折并贴合在对应的金属压环的外侧面上，所述正电极与对应所述绝缘压环和所述金属压环的内侧壁之间填充有电极密封胶，所述负电极与对应所述绝缘压环和所述金属压环的内侧壁之间填充有电极密封胶。
9.优选的，所述电池芯组包括多个单体电芯，每个单体电芯的正负极两端均安装有汇流片，所述汇流片的边缘朝向对应的单体电芯倾斜形成斜边，相邻两个单体电芯的汇流片依次连接，使得每个单体电芯按照正极与负极串联成一个整体，且相邻两个汇流片的边缘处由两斜边形成沿周向延伸的v形槽，每个v形槽处均安装有正极隔离环，所述正极隔离环一边延伸出v形槽区，包裹在对应单体电芯的正极区域的外周面；每个汇流片的中心朝向对应的单体电芯凹陷并于凹陷的中心处开设有与单体电芯相连通的通液孔，位于每个单体电芯的正极端的通液孔处安装有通液塞。
10.优选的，每个v形槽处还设置有o型圈，所述o型圈卡设在正极隔离环上且位于v形
槽处的最低处。
11.优选的，所述电极密封胶的材质为环氧树脂或者硅胶。
12.本发明的目的之二在于提供一种圆柱形蓄电池外壳密封工艺，包括以下步骤：
13.将内部密封隔离好的电池芯组的正极端焊接上正电极，负极端焊接上负电极；
14.将焊接好正电极和负电极的电池芯组的外周套设上能够将整个电池芯组包裹的绝缘密封套，绝缘密封套的左右两端朝向电池芯组内侧弯折后部分贴合在正电极和负电极的基板上；
15.将包裹绝缘密封套后的电池芯组套设上金属外壳；
16.在绝缘密封套的左右两端均由内向外依次安装上绝缘压环和金属压环；
17.将装上绝缘压环和金属压环的电池芯组压制到规定长度后，经滚压、密封后即可。
18.优选的，所述滚压具体为：
19.在电池芯组的左右两端同时加斜角滚压轮，将金属外壳向内滚压成20
°‑
50
°
，滚压宽度为1-3mm；
20.选用内径与金属外壳外径相同的直角冲压模具，套设在金属外壳上，对金属外壳左右两端进行冲压，将金属外壳向内弯折90
°
，紧密贴合在两端的金属压环上。
21.优选的，斜角滚压轮滚压时的压力为5-20兆帕；对金属外壳冲压时的压力同样为5-20兆帕。
22.本发明相比现有技术，具有如下有益效果：
23.本发明提供的圆柱形蓄电池外壳密封结构，改变了传统的密封方式，将电池的两端和周侧均进行密封，保证了电池在各种工况下外壳均不带电，密封后，内部正负极距离远，避免了正负极短路或者漏电的问题，特别是以电极作为主要支撑时有较高的可靠性。
24.在电池两端均采用绝缘压环和金属压环进行密封，金属外壳内折紧压在金属压环上，有效提高了电池的抗振动性能。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图。
26.图2为图1中a处的放大结构示意图。
27.图3为图1中b处的放大结构示意图。
28.图4为汇流片的剖视结构示意图。
29.图5为汇流片的俯视结构示意图。
30.图6为绝缘压环的剖视结构示意图。
31.图中，部件名称与附图编号的对应关系为：
32.1、电池芯组；
33.111、单体电芯；112、汇流片；112a、斜边；112b、通液孔；
34.113、正极隔离环；114、通液塞；115、o型圈；116、v形槽；
35.2、绝缘密封套；3、金属外壳；4、正电极；5、负电极；6、绝缘压环；61、第一凹槽；62、第二凹槽；7、金属压环；8、电极密封胶。
具体实施方式
36.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
38.实施例1
39.结合图1至图6所示，一种圆柱形蓄电池外壳密封结构，包括电池芯组1、绝缘密封套2和金属外壳3，所述电池芯组1的正极端连接有正电极4，负极端连接有负电极5，所述绝缘密封套2将所述电池芯组1的周侧全部包裹，同时左右两端均朝向内侧弯折将正电极4和负电极5的基板部分包裹形成电池内胆，即绝缘密封套2将电池芯组1的周侧面密封包裹后，左右两端还均延长出一部分，两端延长的部分朝内弯折，分别包裹在正电极4和负电极5的基板上，以提高密封性；
40.所述金属外壳3套设在电池内胆外周，所述绝缘密封套2的左右两侧均由内向外安装有位于金属外壳3内部的绝缘压环6和金属压环7，所述金属外壳3的两端朝向内侧弯折并贴合在对应的金属压环7的外侧面上，所述正电极4与对应所述绝缘压环6和所述金属压环7的内侧壁之间填充有电极密封胶8，所述负电极5与对应所述绝缘压环6和所述金属压环7的内侧壁之间填充有电极密封胶8；实现两端电极的密封，防止电池出现爬碱。
41.本发明提供的圆柱形蓄电池外壳密封结构，改变了传统的密封方式，将电池的两端和周侧均进行密封，保证了电池在各种工况下外壳均不带电，密封后，内部正负极距离远，避免了正负极短路或者漏电的问题。在电池两端均采用绝缘压环和金属压环进行密封，金属外壳内折紧压在金属压环上，有效提高了电池的抗振动性能。绝缘密封套2的材质为尼龙或者耐碱热缩管套筒，在温度120℃-180℃进行热缩，形成内部密封。
42.继续结合图1至图3所示，本实施例中，所述电池芯组1包括多个单体电芯111，每个单体电芯111的正负极两端均安装有汇流片112，如图4和图5所示，所述汇流片112的边缘朝向对应的单体电芯111倾斜形成斜边112a，相邻两个单体电芯111的汇流片112依次连接，使得每个单体电芯111按照正极与负极串联成一个整体，且相邻两个汇流片112的边缘处由两斜边112a形成沿周向延伸的v形槽116，每个v形槽116处均安装有正极隔离环113，所述正极隔离环113一边延伸出v形槽116区，包裹在对应单体电芯111的正极区域的外周面；每个汇流片112的中心朝向对应的单体电芯111凹陷并于凹陷的中心处开设有与单体电芯111相连通的通液孔112b，位于每个单体电芯111的正极端的通液孔112b处安装有通液塞114。
43.具体的，每个单体电芯111的正极端和负极端均安装有汇流片112，正极端处，汇流片112边缘的斜边112a朝向正极端倾斜，中心处同样朝向正极端凹陷，并于凹陷的中心形成通液孔112b；负极端处，汇流片112边缘的斜边朝向负极端倾斜，中心处同样朝向负极端凹陷，并于凹陷的中心形成通液孔112b；相邻两个单体电芯111的正极与负极通过两个汇流片112激光焊接固定后，边缘处即形成截面呈v形的v形槽116，便于安装正极隔离环113，以将正离子隔离在内部。
44.本实施例中，单体电芯111可选择为镍氢电池，在一些其他实施例中，也可选择锂
离子电池、铅酸电池、双极性极板电池等等，将多个单体电芯111依次通过汇流片112正负极焊接连接形成一个整体，可以串联得到圆柱形高压镍氢电池，相比传统的每个单体电芯均通过引出的端子和连接片串联的方式，可以有效降低电池内阻，提高整体能量比。
45.进一步的，每个v形槽116处还设置有o型圈115，所述o型圈115卡设在正极隔离环113上且位于v形槽116处的最低处。通过o型圈115的设置，可更好的将正极隔离环113压紧，提高正极隔离环113的隔离效果。
46.可以理解的，通液塞114的中心开设有贯穿的流通孔，以方便各单体电芯111中心相互连通，通液塞114的长度优选为单体电芯111长度的二分之一以上，但不超过单体电芯111的整体长度。
47.结合图6所示，本实施例中，绝缘压环6的结构如图所示，其上表面和下表面形成有若干间隔环状分布的第一凹/61，侧面形成有周向延伸的第二凹槽62，通过凹槽的设置，使得绝缘压环6在受到内部或外部挤压时，或者在温度变化较大(-45℃至85℃)时，均能吸收长度变化的能力，保证电池的密封性。
48.本实施例中，所述电极密封胶8的材质为环氧树脂或者硅胶，密封性能更佳。
49.实施例2
50.本实施例提供一种圆柱形蓄电池外壳密封工艺，包括以下步骤：
51.将内部密封隔离好的电池芯组1的正极端焊接上正电极4，负极端焊接上负电极5；
52.将焊接好正电极4和负电极5的电池芯组1的外周套设上能够将整个电池芯组1包裹的绝缘密封套2，绝缘密封套2的左右两端朝向电池芯组1内侧弯折后部分贴合在正电极4和负电极5的基板上；
53.将包裹绝缘密封套2后的电池芯组1套设上金属外壳3；
54.在绝缘密封套2的左右两端均由内向外依次安装上绝缘压环6和金属压环7；
55.将装上绝缘压环6和金属压环7的电池芯组压制到规定长度后，在电池芯组1的左右两端同时加斜角滚压轮，将金属外壳3向内滚压成20
°‑
50
°
，本实施例中优选为45
°
，滚压宽度为1-3mm，本实施例中优选为2mm；
56.选用内径与金属外壳3外径相同的直角冲压模具，套设在金属外壳3上，对金属外壳3左右两端进行冲压，将金属外壳3向内弯折90
°
，紧密贴合在两端的金属压环7上；
57.斜角滚压轮滚压时的压力为5-20兆帕；对金属外壳3冲压时的压力同样为5-20兆帕，本实施例中均优选为10兆帕；
58.冲压完成后，电池分别对两端灌注环氧树脂，进一步密封和加固电池；环氧树脂硬化后完成了外壳密封。
59.效果测试
60.将按照本发明密封后的电池进行测试，电池芯组选用多个镍氢电池的单体电芯焊接串联组成的。
61.测试设备：-55℃—100℃电池高低温检测设备、高压氮气源、压力表、温度计、振动试验台。
62.效果实例1
63.6v10ah高功率圆柱形高压镍氢电池芯组，按实施实例2进行密封，不进行注液，拆除正电极安全阀，引入高压气管，金属外壳不具有二次安全阀。进行电池的内气压试验。
64.实验1、将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，通过测试箱的测试口引入高压气管，密封测试口。电池内部加入2兆帕的氮气压力，温度上升到85℃，保持2小时，40分钟内温度下降到-45℃，保持2小时，再40分钟内上升到85℃，如此循环20次。电池不破裂、不漏气。
65.实验2、将电池放入振动平台上，振动频率70次/min，振幅10mm，持续振动24h。再将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，通过测试箱的测试口引入高压气管，密封测试口。电池内部加入2兆帕的氮气压力，温度上升到85℃，保持2小时，40分钟内温度下降到-45℃，保持2小时，再40分钟内上升到85℃，如此循环20次。电池不破裂、不漏气。
66.实验3、在常温下电池内部加入3.5兆帕的氮气压力，保持2小时，电池不破裂、不漏气。
67.效果实例2
68.6v10ah高功率圆柱形高压镍氢电池芯组，按实施实例2进行密封，不进行注液，拆除正电极安全阀，引入高压气管，金属外壳具有二次安全阀。进行电池的内气压试验。
69.实验1、将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，通过测试箱的测试口引入高压气管，密封测试口。电池内部加入1.5兆帕的氮气压力，温度上升到85℃，保持2小时，40分钟内温度下降到-45℃，保持2小时，再40分钟内上升到85℃，如此循环20次。电池不破裂、不漏气。
70.实验2、将电池放入振动平台上，振动频率70次/min，振幅10mm，持续振动24h。再将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，通过测试箱的测试口引入高压气管，密封测试口。电池内部加入1.5兆帕的氮气压力，温度上升到85℃，保持2小时，40分钟内温度下降到-45℃，保持2小时，再40分钟内上升到85℃，如此循环20次。电池不破裂、不漏气。
71.实验3、在常温下电池内部加入2.6兆帕的氮气压力时，外壳二次安全阀打开，气体排出。
72.效果实例3
73.6v10ah高功率圆柱形高压镍氢电池芯组，按实施实例2进行密封，进行注液后24小时，进行化成、分容后的电池容量为10218mah。
74.实验1、将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，将电池的正负极通过检测口接入电池充放电设备上。进行1c放电，1.1c充电后，温度上升到85℃，保持2小时，40分钟内温度下降到-45℃，保持2小时，再40分钟内上升到85℃，如此循环20次。再回复到25℃，保持3小时，进行1c放电，放电容量为8165mah，电池不破裂、不漏液。
75.实验2、将电池放入振动平台上，振动频率70次/min，振幅10mm，持续振动24h。再将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，将电池的正负极通过检测口接入电池充放电设备上。在温度25℃进行1c放电，1.1c充电后保持1小时，温度上升到85℃，保持2小时，40分钟内温度下降到-45℃，保持2小时，再40分钟内上升到85℃，如此循环20次。再回复到25℃，保持3小时，进行1c放电，放电容量为8182mah，电池不破裂、不漏液。
76.实验3、电池过充电实验，25℃进行1c放电，1.1c充电至13471mah时过充达134.7％，安全阀打开，电解液排出，终止充电。
77.效果实例4
78.6v10ah高功率圆柱形高压镍氢电池内芯组不带正负电极，用传统的密封方式，外
壳为负极，电池放入金属筒内负极泡沫镍电极再通过电极泡沫镍与金属筒底部直接连接，正极端压槽后，带有安全阀的正电极外环加尼龙绝缘圈，正极泡沫镍电极通过金属软连片与正电极相连，注入130g电解液后，盖上正电极进行滚压密封完成电池密封。
79.实验1、注液24小时后用0.5a电流进行化成，由于正电极端的内部正电极与负电极太近，漏电电流远大于化成电流，根本无法化成。
80.实验2、没有完成化成的电池，放入电池高低温检测设备测试箱中，进行高温测试，当温度加到58℃时安全阀开始排出碱雾，72℃时正电极破裂，排出电解液。
81.效果实例5
82.6v10ah高功率圆柱形高压镍氢电池内芯组，在正负电极分别套上尼龙套管，进行两端同时45度滚压，90度冲压电池形成，外壳不带电，正负电极两端分别输出。进行注液130g，24小时后进行化成、分容，电池实测容量为10185mah。
83.实验1，将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，将电池的正负极通过检测口接入电池充放电设备上。进行1c放电，1.1c充电后，温度上升到85℃，保持8分钟正负出现短路现象，开始冒烟，12分钟正负电极同时破裂。
84.效果实例6
85.6v10ah高功率圆柱形高压镍氢电池内芯组，在正负电极分别套上尼龙套管，进行两端同时45度滚压，90度冲压电池形成，外壳不带电，正负电极两端分别输出。进行注液130g，24小时后进行化成、分容，电池实测容量为10207mah。
86.实验1、将电池放入振动平台上，振动频率70次/min，振幅10mm，持续振动24h。将电池放入电池高低温检测设备测试箱中，将电池的正负极通过检测口接入电池充放电设备上。进行1c放电，1.1c充电后，温度上升到54℃电池出现短路现象，开始冒烟，温度上升到65℃正负电极同时破裂，电解液排出。
87.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
88.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。