电池外壳、电池电芯、电池及其装配方法
【专利摘要】本发明公开了一种电池外壳、电池电芯、电池及其装配方法，电池外壳为平板体，具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述上壳体的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽均位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面。在省去电芯盖帽的场合中，简化了电芯的装配工序，减少或消除了电芯的安全隐患；在保留电芯盖帽的场合中，可以节省制造盖帽的铝材，可以一定程度的降低材料厚度。
【专利说明】
电池外壳、电池电芯、电池及其装配方法
技术领域
[0001]本申请涉及一种电池电芯及其装配方法。
【背景技术】
[0002]成品锂电池包括电芯、保护线路板和铭牌纸、膜。保护线路板的作用是防止电池被过充电和被过放电。
[0003]如图1所示，电芯一般包括盖帽31、壳体36、卷芯19及电解液，盖帽31与壳体36构成密闭外壳，电解液及卷芯均被密封在密闭外壳内。
[0004]盖帽31由铆钉33、绝缘密封体34、连接片55和盖板35组成，铆钉33通过绝缘密封体34与盖板35绝缘，铆钉33为电芯的负极、盖板35为电芯的正极。壳体36与盖帽31通过激光焊接连成一体，构成密闭空间。铝壳盖帽的制造采用注塑模压技术在金属盖板上注塑成形塑料密封绝缘体这种工艺。采用这种技术制造的盖帽存在制造工序多、效率低，制造工艺复杂的不足。
[0005]铝壳壳体为底部封口，顶部开口的立方体。经多次拉伸，平面的铝薄板逐步变成底部封口，顶部开口的立方体结构。其中，铝壳拉伸技术难度是很大的，尤其，对宽度越小、长度越大、高度越大的产品，如，宽度3毫米、长度50毫米、高度70毫米，技术难度就越大，产品合格率也更低，总体上，采用拉伸技术制造铝壳，尤其是宽度小、长度大、高度大的产品，技术难度大、工序多、合格率低。
[0006]壳体与盖帽的密封固定如图1所示，把具有台阶30的盖帽31塞入铝壳开口部32里，盖帽的台阶30与壳体开口部32形成一个环绕一周的结合缝7，把结合缝7用激光焊焊接一圈使结合缝7两边的壳体、盖帽熔为一体而把盖帽31密封固定在壳体开口部32。为了盖帽与壳体装配、焊接，需要形成台阶30，为形成台阶，需要把较厚的盖板的边缘冲压，使盖板边缘厚度变小形成台阶，实际与壳体口部焊接的盖板台阶是比较薄的，也就是实际只需要较薄的盖板，但为了形成台阶就用了厚度增加一倍的材料，造成材料浪费。
[0007]现有铝壳锂电池外壳由壳体和盖帽组成，卷芯与壳体的装配方法是把卷芯从壳体开口部塞入壳体里。壳体是开口部尺寸小，尤其是长度远大于厚度，如，宽度5毫米，长度34毫米，而且，高度大，如，高度50毫米，为追求电芯容量，卷芯的长宽高尺寸就尽可能大，塞进壳体里就比较困难，掌握不好，卷芯容易被壳体开口部刮破，造成电芯的安全隐患。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种新的电池外壳、电池电芯、电池及其装配方法。
[0009]本发明提供一种电池外壳的上壳体，为平板体，具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述上壳体的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽均位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面。
[0010]电池外壳是金属外壳，其上壳体和下壳体可以均是金属体。[0011 ] 上表面边缘靠里的位置冲压凹槽时，对应的，在下表面成型出凸台，在边缘成型出台阶。台阶也可以是环形，其环绕该凹槽。
[0012]所述凸台的截面是直角三角形，所述第一配合面与上壳体的下表面垂直。
[0013]凸台具有内侧面和外侧面，内侧面可以倾斜，外侧面可以与上壳体的下表面垂直，使凸台的截面呈直角三角形，该截面可以与电池外壳的中轴线平行。
[0014]—种电池外壳，包括上壳体和下壳体，所述下壳体是侧部开口的盒状体，所述上壳体为平板体，所述上壳体具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述上壳体的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面，所述下壳体开口部的上端面是第三配合面，所述上壳体的第二配合面压住所述下壳体的第三配合面而形成环绕一周的结合缝，所述结合缝被焊接封堵，所述上壳体的第一配合面与所述下壳体开口部的内侧面配合。第一配合面和下壳体开口部内侧面的配合包括贴合、摩擦配合和紧配合等。
[0015]对于电池外壳，下壳体是侧部开口，上壳体封闭该侧部开口。电极竖直向上穿过下壳体顶部开设的第一贯穿通孔。
[0016]台阶的外侧面(外周面)可以与下壳体开口部的外侧面(外周面)对齐。
[0017]—种电池电芯，包括外壳及具有正、负电极的卷芯，所述外壳包括上壳体和下壳体，所述下壳体是侧部开口的盒状体，所述上壳体为平板体，所述上壳体具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述上壳体的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面，所述下壳体开口部的上端面是第三配合面，所述上壳体的第二配合面压住所述下壳体的第三配合面而形成环绕一周的结合缝，所述结合缝被焊接封堵，所述上壳体的第一配合面与所述下壳体开口部的内侧面配合，所述下壳体的顶部设有两个第一贯穿通孔，两个所述电极分别向上穿出两个所述第一贯穿通孔。
[0018]所述的电池电芯，还包括绝缘隔离体，所述下壳体的顶部还设有供注液封口的第二贯穿通孔，所述下壳体还设有与两个所述第一贯穿通孔对应相通的两个第一管状体，所述第一管状体套住所述隔离体，所述隔离体套住所述电极，所述隔离体绝缘所述电极和外壳，所述隔离体、第一管状体及电极固定一体。
[0019]所述隔离体包括第二管状体，所述第一管状体通过套住所述第二管状体而套住所述隔离体，所述第二管状体的外尺寸上部大下部小，所述第二管状体下部与所述第一管状体具有间隙，所述第二管状体上部与所述第一管状体紧配合。
[0020]隔离体还可以包括台阶环，第二管状体位于台阶环的下方，台阶环可以抵住第一管状体的上端面。隔离体还可以包括第三管状体，第三管状体位于台阶环的上方。第三管状体、台阶环及第二管状体的内部相通而构成上下贯穿整个隔离体的第三贯穿通孔，正、负电极可以由下至上引出第三贯穿通孔。
[0021]所述隔离体外还套有加固体，所述加固体套住所述第一管状体和隔离体，所述加固体的下部受力变形缩口而使所述加固体、隔离体及电极紧固一体。加固体可以为无底筒状体，也可以为有底筒状体。
[0022]一种电池电芯，包括外壳、盖帽及具有正、负电极的卷芯，所述外壳包括壳体和盖帽，所述壳体是顶部开口的盒状体，所述盖帽包括盖板，所述盖板是平板体并封闭所述壳体的开口部，所述盖板具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述盖板的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面，所述壳体开口部的上端面是第三配合面，所述盖板的第二配合面压住所述壳体的第三配合面而形成环绕一周的结合缝，所述结合缝被焊接封堵，所述盖板的第一配合面与所述壳体开口部的内侧面配合，两个所述电极均与所述盖帽固定，且两个所述电极绝缘。
[0023]盖帽还可以包括密封圈、铆钉和导电连接片，盖板具有上下贯穿的通孔，密封圈塞入通孔内，铆钉塞入该密封圈内，连接片位于壳体内并与铆钉的头部固定，铆压后，密封圈、铆钉、连接片和盖板固定一体，负电极可以和连接片导电连接，正电极可以和盖板导电连接，且密封圈使盖板和负电极绝缘。
[0024]一种电池，包括保护线路板，所述保护线路板具有正、负输入端，还包括所述的电池电芯，所述电池电芯的正、负电极分别与所述保护线路板正、负输入端连接。
[0025]—种电池的装配方法，包括如下步骤:
[0026]把卷芯两个电极从里向外穿过下壳体第一管状体，把卷芯就位在下壳体里；
[0027]把隔离体从上向下套住电极后，再继续向下塞入所述第一管状体而被所述第一管状体套住，并使所述隔离体的台阶环抵住第一管状体上端面；
[0028]把粘结剂填充到所述隔离体与电极之间的间隙；
[0029]把加固体从上向下套住隔离体、第一管状体，并且所述加固体的贯穿通孔套住隔离体的第三管状体，并且加固体的筒底从上向下抵住隔离体的台阶环，待隔离体填充的粘结剂一定程度固化后，把加固体下部缩口 ；
[0030]把上壳体盖住下壳体，并且上壳体的环形凸台塞入下壳体的开口部里；
[0031]用激光焊等方式把上、下壳体的结合缝焊接封堵好。
[0032]本发明的有益效果是:在省去电芯盖帽的场合中，简化了电芯的装配工序，减少或消除了电芯的安全隐患;在保留电芯盖帽的场合中，可以节省制造盖帽的铝材，可以一定程度的降低材料厚度。
【附图说明】
[0033]图1是现有方形铝壳电芯的结构示意图；
[0034]图2是本实施方式电池电芯的立体结构示意图；
[0035 ]图3是图2沿A-A方向的剖视图:
[0036]图4是图2沿B-B方向的剖视图(从电极中间剖)；
[0037]图5是本实施方式的绝缘隔离体的俯视图:
[0038]图6是本实施方式的绝缘隔离体的主视图:
[0039]图7是本实施方式的绝缘隔离体的左视图；
[0040]图8是本实施方式的加固体的俯视图；
[0041]图9是本实施方式的加固体的主视图；
[0042]图10是本实施方式的加固体的左视图；
[0043]图11是本实施方式具有四个电极绝缘隔离体的俯视图；
[0044]图12是本实施方式具有四个电极绝缘隔离体的主视图；
[0045]图13是本实施方式具有四个电极绝缘隔离体的左视图；
[0046]图14是带盖帽的本实施方式电池电芯的主视图；
[0047]图15是带盖帽的本实施方式电池电芯的盖帽俯视图；
[0048]图16是图3中P所指处的局部放大图。
【具体实施方式】
[0049]下面通过【具体实施方式】结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0050]如图2至图4及图16所示，一种电池外壳18，包括上壳体I和下壳体2。下壳体2为里侧封口、外侧开口的具有一定容积的容积体(里侧、外侧相对图2而言)。上壳体I为在特定尺寸薄板上表面200沿四边边缘略靠里的部位冲压出一个环形凹槽101，在薄板下表面201对应地成形出一个环形凸台102，凸台102外侧面103为第一配合面，与下壳体2开口部内侧面104相配合，自然地，薄板最外侧就是上壳体台阶30，把上壳体I与下壳体2就位后，上壳体台阶30下表面106(第二配合面)与下壳体开口部上端面107(第三配合面)相接触形成一个环绕一周的结合缝7，把结合缝7焊接封堵好，上壳体1、下壳体2就构成了电池的密闭外壳18。优选的，凸台102外侧面103为与壳体开口部内侧面104的第一配合面，凸台内侧面114为从里向外的斜面，凸台的外侧面103与内侧面114构成直角三角形。
[0051 ]在下壳体2顶部成形出供卷芯19正、负电极21引出的第一贯穿通孔8、供注液、钢珠封口的一个第二贯穿通孔9。下壳体2还具有与第一贯穿通孔8—一对应相通的第一管状体15，第一管状体15由下向上延伸，高出下壳体2顶表面109，第一管状体15与下壳体内部空间108相通。
[0052]本实施方式中，上壳体是平板体，其具有相对的上表面和下表面，环形凹槽凹设于该上表面，环形凸台凸设于该下表面，该凸台和凹槽相对应。台阶位于该上壳体最外侧的边缘，凸台和凹槽位于该台阶的内侧。台阶的下表面是能够与下壳体面接触的第二配合面，下壳体开口部的上端面是第三配合面，凸台的外表面是能够与下壳体开口部的内侧面配合的第一配合面。
[0053]一种电池电芯，如图2至图10及图16所示，包括外壳18、绝缘隔离体11、加固体111、卷芯19和电解液。在外壳18的第一管状体15里设置一个绝缘隔离体11，隔离体11具有供正、负电极21穿过的第三贯穿通孔12和一个台阶环110，其中，隔离体的第三贯穿通孔12由台阶环110及从台阶环110向下突出的第二管状体14所围成，优选的，在台阶环110上面成形出第三管状体116，第三管状体116、台阶环110、第二管状体14内部相通，第二管状体14外形状为下面小上面大的喇叭形，下面尺寸略小于第一管状体15内尺寸，上面尺寸略大于第一管状体15内尺寸，把隔离体11在外壳第一管状体15里面从上向下压紧就位时，隔离体11能容易导入第一管状体15又能与第一管状体15内侧面紧配合保持密封固定，在隔离体第二管状体14与穿过其间的电极21之间留有间隙17，填充粘结剂密封固定电极、隔离体，第二管状体14内形状(第三贯穿通孔12的形状)为上大下小的喇叭形状，下面尺寸小是为了减小第三贯穿通孔12下面与电极之间的间隙，填充粘结剂时阻止粘结剂从下面流走，上面尺寸大是为了增大第三贯穿通孔12上面与电极21之间的间隙，使粘结剂能可靠填充第二管状体14与电极21的间隙17。
[0054]加固体111为有底(未封闭)的筒状金属结构，底在上面，筒开口向下，并且底中间开有第四贯穿通孔115。在隔离体11塞入第一管状体15后，并且隔离体11与电极21的间隙17被粘结剂填充后，待粘结剂有一定程度的固化(即由液体变成固体的过程)后，把加固体111从上向下套住隔离体11及第一管状体15，并把加固体111的下部112用夹具缩口，使第一管状体15下部113也跟随收缩，进一步加固隔离体11与第一管状体15的密封固定，加固隔离体第二管状体14与电极21的密封固定。
[0055]若第一管状体15壁厚足够的话，加固体111不是必须的，可以直接对第一管状体下部113收缩。
[0056]加固体111可以不是具有开口底部的筒状金属结构，可以直接为无底的筒状体金属结构，只是具有开口底部的筒状体金属结构强度会更好。
[0057]本实施方式中，电池电芯包括外壳、绝缘隔离体、卷芯和电解液，卷芯和电解液被密封在该密闭外壳内。外壳具有第一管状体，隔离体具有第二管状体，第一管状体套住第二管状体，第二管状体套住电极，隔离体绝缘电极和外壳。第一管状体和第二管状体紧配合而密封固定一体，第二管状体和电极之间的间隙被粘结剂填充密封。第二管状体的外尺寸为上大下小的喇叭形，其上部的外尺寸略大于第一管状体的内尺寸，其下部的外尺寸略小于第一管状体的内尺寸。
[0058]外壳可以包括上述的上壳体和下壳体，第一管状体可以设于下壳体。
[0059]电池电芯还可以包括加固体，该加固体可以套住第一管状体和隔离体，通过施加外力使加固体的下部缩口，来进一步加强隔离体与第一管状体、第二管状体与电极之间的密封固定。
[0060]隔离体可以具有上下贯穿的供电极伸出的第三贯穿通孔，该第三贯穿通孔可以整体为孔径上大下小的喇叭形，也可以仅位于第二管状体内的部分是喇叭形。
[0061 ] 如图11至图13所示，对于大容量单体电芯，具有多个卷芯，相应地，隔离体11具有多个供电极伸出的第三贯穿通孔12。
[0062]锂电池的卷芯与外壳装配方法:
[0063]把卷芯两个电极21从里向外穿过下壳体第一管状体15，把卷芯19就位在下壳体2里，如图3、图4所示。
[0064]把隔离体11从上向下套住电极21后，再继续向下塞入第一管状体15而被第一管状体15套住，并使隔离体11台阶环110抵住第一管状体15上端面，如图4所示。
[0065]把粘结剂填充到隔离体11与电极21之间的间隙17，如图6、图7所示。
[0066]把加固体111从上向下套住隔离体11、第一管状体15，并且加固体111的贯穿通孔115套住隔离体11的第三管状体116，并且加固体111的筒底从上向下抵住隔离体的台阶环110，待隔离体11填充的粘结剂一定程度固化后，把加固体下部112缩口，如图4所示。
[0067]把上壳体I盖住下壳体2，并且上壳体I的环形凸台102塞入下壳体2的开口部32里，如图3所示。
[0068]用激光焊把上、下壳体的结合缝7焊接封堵好，如图2所示。
[0069]电池包括锂电池、钒电池或超级电容电池。
[0070]粘接剂、隔离体要求耐高温、电绝缘性能好和耐电解液腐蚀，如隔离体可以为聚四氟乙烯，粘接剂可以为AB胶水。上下壳体、加固体可以为金属，如不锈钢、铁、铝。[0071 ]如图14、图15，对于传统的开口小、深的铝壳，需要使用盖帽，外壳18包括盖帽31和壳体36。盖帽31包括盖板35、密封圈34、铆钉33和连接片55，其中，在盖板35上表面沿边缘略靠里的部位冲压一个环形凹槽101，在盖板下表面对应地成形出一个环形凸台102，凸台102外侧面103为盖帽配合面，与壳体开口部32内侧面104相配合，自然地，盖板最外侧就是盖帽台阶30，把盖帽31与壳体36就位后，台阶30下表面106与壳体开口部顶面107相接触形成一个环绕一周的结合缝7，把结合缝7焊接封堵好，盖帽、壳体就构成了电池的密闭外壳18。这种方式做出的盖帽能大约节约材料一半。这种工艺不是把厚材料边缘冲压变薄而与厚材料形成台阶30，而是把边缘略靠里的材料在上面从上向下冲压形成凹槽，对应地，在材料下面成形出能跟壳体口部配合的配合面103及台阶30。
[0072]以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【主权项】
1.一种电池外壳的上壳体，其特征在于，为平板体，具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述上壳体的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽均位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面。2.如权利要求1所述的电池外壳的上壳体，其特征在于，所述凸台的截面是直角三角形，所述第一配合面与所述下表面垂直。3.—种电池外壳，包括上壳体和下壳体，所述下壳体是侧部开口的盒状体，其特征在于，所述上壳体为平板体，所述上壳体具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述上壳体的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面，所述下壳体开口部的上端面是第三配合面，所述上壳体的第二配合面压住所述下壳体的第三配合面而形成环绕一周的结合缝，所述结合缝被焊接封堵，所述上壳体的第一配合面与所述下壳体开口部的内侧面配合。4.一种电池电芯，包括外壳及具有正、负电极的卷芯，所述外壳包括上壳体和下壳体，所述下壳体是侧部开口的盒状体，其特征在于，所述上壳体为平板体，所述上壳体具有相对的上表面和下表面，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述上壳体的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面，所述下壳体开口部的上端面是第三配合面，所述上壳体的第二配合面压住所述下壳体的第三配合面而形成环绕一周的结合缝，所述结合缝被焊接封堵，所述上壳体的第一配合面与所述下壳体开口部的内侧面配合，所述下壳体的顶部设有两个第一贯穿通孔，两个所述电极分别向上穿出两个所述第一贯穿通孔。5.如权利要求4所述的电池电芯，其特征在于，所述凸台的截面是直角三角形，所述第一配合面与所述上壳体的下表面垂直。6.如权利要求4所述的电池电芯，其特征在于，还包括绝缘隔离体，所述下壳体的顶部还设有供注液封口的第二贯穿通孔，所述下壳体还设有与两个所述第一贯穿通孔对应相通的两个第一管状体，所述第一管状体套住所述隔离体，所述隔离体套住所述电极，所述隔离体绝缘所述电极和外壳，所述隔离体、第一管状体及电极固定一体。7.如权利要求6所述的电池电芯，其特征在于，所述隔离体包括第二管状体，所述第一管状体通过套住所述第二管状体而套住所述隔离体，所述第二管状体的外尺寸上部大下部小，所述第二管状体下部与所述第一管状体具有间隙，所述第二管状体上部与所述第一管状体紧配合。8.如权利要求7所述的电池电芯，其特征在于，所述隔离体外还套有加固体，所述加固体套住所述第一管状体和所述隔离体，所述加固体的下部受力变形缩口而使所述加固体、隔离体、第一管状体及电极紧固一体。9.一种电池电芯，包括外壳、盖帽及具有正、负电极的卷芯，所述外壳包括壳体和盖帽，所述壳体是顶部开口的盒状体，所述盖帽包括盖板，所述盖板是平板体并封闭所述壳体的开口部，所述盖板具有相对的上表面和下表面，其特征在于，所述上表面冲压成型出环形凹槽，所述下表面对应成型出环形凸台，所述盖板的边缘对应成型出台阶，所述凸台和凹槽位于所述台阶的内侧，所述凸台的外侧面是第一配合面，所述台阶的下表面是第二配合面，所述壳体开口部的上端面是第三配合面，所述盖板的第二配合面压住所述壳体的第三配合面而形成环绕一周的结合缝，所述结合缝被焊接封堵，所述盖板的第一配合面与所述壳体开口部的内侧面配合，两个所述电极均与所述盖帽固定，且两个所述电极绝缘。10.—种电池，包括保护线路板，所述保护线路板具有正、负输入端，其特征在于，还包括权利要求4-9中任意一项所述的电池电芯，所述电池电芯的正、负电极分别与所述保护线路板正、负输入端连接。11.一种电池的装配方法，其特征在于，包括如下步骤: 把卷芯两个电极从里向外穿过下壳体第一管状体，把卷芯就位在下壳体里； 把隔离体从上向下套住电极后，再继续向下塞入所述第一管状体而被第一管状体套住，并使所述隔离体的台阶环抵住第一管状体上端面； 把粘结剂填充到所述隔离体与电极之间的间隙； 把加固体从上向下套住隔离体、第一管状体，并且所述加固体的贯穿通孔套住隔离体的第三管状体，并且加固体的筒底从上向下抵住隔离体的台阶环，待隔离体填充的粘结剂一定程度固化后，把加固体下部缩口 ； 把上壳体盖住下壳体，并且上壳体的环形凸台塞入下壳体的开口部里； 把上、下壳体的结合缝焊接封堵好。
【文档编号】H01M10/052GK105977408SQ201610533118
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月7日
【发明人】丁振荣, 叶志军, 谢华福
【申请人】丁振荣