壳体密封结构和电池的制作方法

[0001]
本申请涉及电池的技术领域，具体而言，涉及一种壳体密封结构和电池。


背景技术：

[0002]
目前，电池作为可移动电源，被广泛应用于各种场合，成为人们生活必不可少的用品。
[0003]
现有技术中，锂离子电池特别是纽扣式锂离子电池采用的是类似一次钮扣电池的上下半壳组合铆接结构，或者壳体和盖板组合焊接结构，这些结构都具有制造工艺复杂，制造成本偏高的缺点。
[0004]
再者，现有技术中的上下半壳组合铆接结构，该结构是在侧面上下壳重叠区进行径向挤压铆接，电池内部支撑主要靠内部半壳薄壁与电极结构支撑。由于该部分支撑强度不足，导致挤压铆接不充分容易反弹，铆接后密封件压缩率不足。从而导致铆接后密封性不可靠，容易造成电池后续使用过程中漏液。
[0005]
现有技术中，有的上下半壳组合铆接结构也设有包括排气孔的泄压防爆结构，但是该泄压防爆结构的工作原理是需要通过电池壳内部的高压气体推动上下半壳进行相对运动，使排气孔露出后，才可以实现泄压防爆。因此，该上下半壳组合铆接结构需要预留出供上下半壳相对运动的较大的空间。
[0006]
现有技术中的壳体和盖板组合焊接结构，该结构的盖板一般采用铆接或绝缘材料封接的结构，在目前技术条件下需要同时保证绝缘、密封以及足够结构强度的要求，难以制造出1mm厚度以下的结构，导致该结构内部空间利用率较低。另外，该结构需要壳体和盖板配合状态良好状态进行精密的激光焊接，对结构精度要求与制造工艺要求都较高，生产效率低且成本高。
[0007]
现有技术中，壳体和盖板组合焊接结构的防爆泄压结构泄压压力难以精确控制，且在泄压过程中会形成爆破飞溅，难以保证外界的人员安全。


技术实现要素：

[0008]
本申请的目的是提供一种壳体密封结构和电池，其能够优化电池中壳体的密封结构，降低制造成本。
[0009]
为了实现上述目的，
[0010]
第一方面，本发明提供一种壳体密封结构，包括：盖板、弹性密封件和壳本体，所述弹性密封件包裹于所述盖板的边缘部位；所述壳本体包括壳底板和边框，所述边框一端与所述壳底板连接，另一端多处弯折形成固定凹槽；其中，所述盖板通过所述弹性密封件连接于所述固定凹槽。
[0011]
于一实施例中，所述边框包括：第一管段、第一弯折部、第二管段、第二弯折部和第三管段，所述第一管段一端与所述壳底板连接，另一端向着远离所述壳底板的方向延伸；所述第一弯折部一端与所述第一管段连接，另一端向外延伸；所述第二管段一端与所述第一
弯折部连接，另一端向着靠近所述壳底板的方向延伸；所述第二弯折部一端与所述第二管段连接，另一端向外延伸；所述第三管段一端与所述第二弯折部连接，另一端向着远离所述壳底板的方向延伸；其中，所述第三管段的长度大于所述第二管段的长度，所述第一弯折部、所述第二管段、所述第二弯折部和所述第三管段形成所述固定凹槽。
[0012]
于一实施例中，所述边框还包括：第三弯折部，所述第三弯折部一端与所述第三管段连接，另一端向内延伸。
[0013]
于一实施例中，所述边框还包括：连接环片，所述连接环片与所述第三弯折部连接；其中，所述弹性密封件连接有延伸弹性环片，所述延伸弹性环片夹设于所述连接环片与所述盖板之间。
[0014]
于一实施例中，所述盖板在背离所述壳底板的一面上设有折弯凸起；所述连接环片上设有与所述折弯凸起相适配的折弯凹槽；其中，当所述延伸弹性环片夹设于所述连接环片与所述盖板之间，所述延伸弹性环片挤压形成与所述折弯凸起相适配的第一配合凹陷，以及伸入所述折弯凹槽的第一配合凸起。
[0015]
于一实施例中，所述第三弯折部的表面为圆弧形曲面；所述盖板的边缘部位具有与所述第三弯折部适配的第一圆角；其中，当所述弹性密封件与所述第三弯折部相抵，所述弹性密封件挤压形成与所述第一圆角相适配的第三配合凹陷，以及伸入所述第三弯折部的第三配合凸起。
[0016]
于一实施例中，所述第一弯折部的表面为圆弧形曲面；所述第一弯折部与所述第三管段之间的缝隙大小沿远离所述壳底板的方向依次递增；其中，当所述弹性密封件与所述第一弯折部相抵，所述弹性密封件挤压形成与所述第一弯折部相适配的第二配合凹陷，以及伸入所述缝隙的第二配合凸起。
[0017]
于一实施例中，所述盖板的边缘部位包括第一环形体和第二环形体，所述第一环形体一端与所述第二环形体连接，另一端朝向所述壳底板延伸；其中，当盖板通过所述弹性密封件连接于所述固定凹槽时，所述第一环形体通过所述弹性密封件夹设于所述第二管段与所述第三管段之间。
[0018]
于一实施例中，所述边框上且位于所述固定凹槽处设有至少一个泄压通孔。
[0019]
第二方面，本发明提供一种电池，包括：壳体密封结构和电极，所述壳体密封结构为前述实施方式任一项所述的壳体密封结构；所述电极设于所述壳体密封结构内。
[0020]
本申请与现有技术相比的有益效果是：
[0021]
本申请优化了电池中壳体的密封结构，可以先将弹性密封件包裹于盖板的边缘部位，再将包裹好弹性密封件的盖板装入固定凹槽内，使盖板和壳本体密封即可，简化了装配工艺，易于操作。再者本申请的固定凹槽为壳体在边框处弯折形成的，使得壳体具有的折弯段凸起和凹陷可以与弹性密封件形成多个压缩率突变区域，形成曲线密封路线来使密封效果更加可靠。
[0022]
本申请中，边框包括第一管段、第一弯折部、第二管段、第二弯折部、第三管段和第三弯折部，从而在折弯处设置了壳体密封结构铆接时的支撑结构，有利于第三管段在铆接成型时形变稳定，使铆接密封效果更可靠。
[0023]
另外本申请在边框上且位于固定凹槽处设有至少一个泄压通孔，使得本申请具有与弹性密封件弹性形变(压缩率)相关的防爆泄压功能，可以防止电池内部气压过大而产生
爆炸；且因为本申请的壳体密封结构压缩率相关形变较小，所以本申请防爆泄压灵敏度更高，仅需要较小的变形空间即可实现防爆泄压动作。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0025]
图1为本申请一实施例示出的电池的结构示意图。
[0026]
图2为本申请一实施例示出的电池的内部结构示意图。
[0027]
图3a为本申请一实施例示出的壳体密封结构的剖视图。
[0028]
图3b为本申请一实施例示出的图3a的a部放大图。
[0029]
图3c为本申请一实施例示出的壳体密封结构的爆炸示意图。
[0030]
图4a为本申请一实施例示出的壳体密封结构的剖视图。
[0031]
图4b为本申请一实施例示出的图4a的b部放大图。
[0032]
图4c为本申请一实施例示出的壳体密封结构的爆炸示意图。
[0033]
图5a为本申请一实施例示出的壳体密封结构的剖视图。
[0034]
图5b为本申请一实施例示出的图5a的c部放大图。
[0035]
图5c为本申请一实施例示出的壳体密封结构的爆炸示意图。
[0036]
图6a为本申请一实施例示出的壳体密封结构的剖视图。
[0037]
图6b为本申请一实施例示出的图6a的d部放大图。
[0038]
图6c为本申请一实施例示出的壳体密封结构的爆炸示意图。
[0039]
图标：1-电池；12-电池材料；13-壳体密封结构；200-盖板；200a-盖板的外表面；200b-盖板的内表面；200c-盖板的侧表面；210-盖板的边缘部位；211-第一环形体；212-第二环形体；220-盖板的中间部位；230-折弯凸起；240-第一圆角；300-弹性密封件；310-第一密封件；320-第二密封件；330-第三密封件；340-延伸弹性环片；350-第一翘边；360-第二翘边；301-第一配合凹陷；302-第一配合凸起；303-第二配合凹陷；304-第二配合凸起；305-第三配合凹陷；306-第三配合凸起；400-壳本体；410-壳底板；420-边框；430-容纳腔；440-折弯凹槽；450-固定凹槽；460-泄压通孔；480-缝隙；401-第一管段；402-第一弯折部；403-第二管段；404-第二弯折部；405-第三管段；406-第三弯折部；407-连接环片。
具体实施方式
[0040]
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0041]
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0042]
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放
的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0043]
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
[0044]
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0045]
请参照图1，其为本申请一实施例示出的电池1的结构示意图。一种电池1包括：壳体密封结构13和设于壳体密封结构13内的电池材料12(请参照图2)。壳体密封结构13包括相互配合的盖板200和壳本体400，电池1可以是锂离子电池，也可以是氧化银电池等其他电池。
[0046]
本实施例中，壳体密封结构13直径较大，厚度较薄，可以是外形尺寸象一颗小纽扣的扣式电池壳，于一其他的实施例中，壳体密封结构13也可以是柱状电池壳、方形电池壳或者异形电池壳。壳体密封结构13除应用于电池1外，还可以用于其他设备的密封部位。
[0047]
请参照图2，其为本申请一实施例示出的电池1的内部结构示意图。电池材料12包括电极和电解液等，电极、电解液等电池材料12设于壳体密封结构13。壳体密封结构13包括：盖板200、弹性密封件300和壳本体400，弹性密封件300包裹于盖板的边缘部位210；壳本体400具有容纳腔430，且一端为开口设置，另一端为封闭设置，壳本体400在开口端多处弯折形成用于铆接成型的固定凹槽450，盖板200通过弹性密封件300连接于固定凹槽450。
[0048]
于一操作过程中，壳本体400与电极一极耳连接，盖板200与电极另一极耳连接；将电极、电解液等电池材料12放进壳本体400的容纳腔430内；可以先将弹性密封件300包裹于盖板的边缘部位210，再将包裹好弹性密封件300的盖板200装入固定凹槽450内，使盖板200和壳本体400密封即可。其中，本实施例可以先制造成型盖板200、弹性密封件300和壳本体400，之后再进行组装。故本实施例优化了电池1中壳体的密封结构，简化了装配工艺，易于操作。且从而降低了制造成本，简化了装配工艺。再者本实施例的固定凹槽为壳体在边框处弯折形成的，使得壳体具有的折弯段凸起和凹陷可以与弹性密封件形成多个压缩率突变区域，形成曲线密封路线来使密封效果更加可靠。
[0049]
其中，使盖板200和壳本体400密封的操作可以是铆接或者压紧等。本实施例中，使盖板200和壳本体400密封的操作是铆接，先压紧盖板200，在对壳本体400的固定凹槽450处进行铆接成型操作。本实施例通过壳本体400铆接变形产生并保持对设于壳本体400和盖板200之间的弹性密封件300至少一个独立区域的挤压，使得弹性密封件300在一定的压缩条件(压缩率)下具有气体或液体密封功能。弹性密封件300为绝缘材料制成，则弹性密封件300同时起到了分隔并维持电池1正负极部件的绝缘功能。
[0050]
壳本体400的材质可以是金属，例如：不锈钢、碳素钢等铁质合金或者铝合金。壳本体400的制造可采用冲压、挤压、折弯等冷加工成型方法，或者可以采用粉末冶金成型等方法。
[0051]
弹性密封件300具有密封和绝缘作用。弹性密封件300的材质为具有弹性和绝缘性质的塑料，例如：pfa(perfluoroalkoxy，少量全氟丙基全氟乙烯基醚与聚四氟乙烯的共聚物)、pp(polypropylene，聚丙烯)、pe(polyethylene，聚乙烯)等具有弹性及耐化学腐蚀老
化的材质。弹性密封件300的制造可以采用挤压、注塑等制造方法及工艺，本实施例中，弹性密封件300的制造为注塑成型工艺。
[0052]
盖板200的材质为金属，例如：不锈钢、碳素钢等铁质合金或者铝合金。盖板200的制造可采用冲压、挤压、折弯等冷加工成型方法，或者可以采用粉末冶金成型等方法。
[0053]
请参照图3a，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的剖视图。请参照图3b，其为本申请一实施例示出的图3a的a部放大图。请参照图3c，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的爆炸示意图。壳本体400包括壳底板410和边框420，边框420一端与壳底板410连接，另一端多处弯折形成固定凹槽450。其中，壳底板410与边框420可以是一体成型的，也可以是通过焊接、铆接等方式固定连接在一起的。壳底板410的轴线与边框420的轴线可以重合或者不重合。
[0054]
将固定凹槽450指向壳底板410的方向定义为向下，将指向容纳腔430的方向定义为向内，背离容纳腔430的方向定义为向外。
[0055]
边框420包括由下至上依次连接的第一管段401、第一弯折部402、第二管段403、第二弯折部404、第三管段405和第三弯折部406。
[0056]
第一管段401一端与壳底板410连接，另一端向着远离壳底板410的方向(向上)延伸；第一弯折部402一端与第一管段401连接，另一端向外延伸；第二管段403一端与第一弯折部402连接，另一端向着靠近壳底板410的方向(向下)延伸；第二弯折部404一端与第二管段403连接，另一端向外延伸；第三管段405一端与第二弯折部404连接，另一端向着远离壳底板410的方向(向上)延伸；第三弯折部406一端与第三管段405连接，另一端向内延伸。
[0057]
第三管段405的长度大于第二管段403的长度，第三管段405的内径大于第二管段403的外径，第二管段403的内径大于第一管段401的外径，第一弯折部402、第二管段403、第二弯折部404、第三管段405和第三弯折段形成固定凹槽450。
[0058]
盖板的边缘部位210为直板形状，弹性密封件300包括一体成型且依次连接的第一密封件310、第二密封件320和第三密封件330，第一密封件310与盖板的内表面200b接触，第二密封件320与盖板的侧表面200c接触，第三密封件330与盖板的外表面200a接触。
[0059]
于一操作过程中，当包裹好弹性密封件300的盖板200装入固定凹槽450内，且进行铆接密封后，第一密封件310与第一弯折部402相抵，形成第一处密封区域，第二密封件320与第三管段405的内表面相抵形成第二处密封区域，这两处密封区域可以对容纳腔430形成二次密封，充分保证了密封的可靠性。再者，由于本实施例设置有第三弯折部406，第三密封件330与第三弯折部406相抵，从而可以限制盖板200向外移动，提高密封效果。由于本实施例的盖板的边缘部位210为直板形状，第二管段403与第三管段405之间留有的空隙没有被填充，该空隙可以作为气体暂存空间。
[0060]
其中，当压紧盖板200并调整铆接结构，弹性密封件300被压缩，通过调节弹性密封件300的压缩程度(压缩率)可以控制整个壳体密封结构13的密封性能。
[0061]
第一管段401、第一弯折部402、第二管段403、第二弯折部404、第三管段405和第三弯折部406可以是一体成型的，也可以是通过焊接、铆接等方式固定连接在一起的。第一管段401、第一弯折部402、第二管段403、第二弯折部404、第三管段405、第三弯折部406和壳底板410可以是同轴设置，也可以是不同轴设置。
[0062]
本实施例中，第一管段401、第一弯折部402、第二管段403、第二弯折部404、第三管
段405和第三弯折部406和壳底板410是一体成型，且为同轴设置。第一管段401、第二管段403和第三管段405为空心圆柱形。第一弯折部402、第二弯折部404和第三弯折部406可以是弯曲的圆环形环片。本实施例中，边框420包括第一管段401、第一弯折部402、第二管段403、第二弯折部404、第三管段405和第三弯折部406，从而在折弯处设置了壳体密封结构13铆接时的支撑结构，有利于第三管段在铆接成型时形变稳定，使铆接密封效果更可靠。
[0063]
边框420上且位于固定凹槽450处设有至少一个泄压通孔460。本实施例中，多个泄压通孔460沿周向设于第三管段405，通过第一密封件310与第一弯折部402相抵形成的第一处密封区域与容纳腔430隔离。
[0064]
于一操作过程中，当电池1容纳腔430内部气压上升时，盖板200受到向外的压力推动，壳体密封结构13会朝外翻变形，变形的程度与内部气压大小正相关。此时，第一处密封区域中第一密封件310的压缩率会减少，减少程度与内部压力大小正相关。当第一处密封区域中第一密封件310减少到密封阈值以下时，壳体密封结构13的密封开始失效，少量气体从第一密封件310与第一弯折部402之间的间隙经过泄压通孔460排出；当内部气压继续增加，密封完全失效，大量气体从第一密封件310与第一弯折部402之间的间隙经过泄压通孔460排出，由于气体被排出，从而可以了防止电池1因内部气压过大而产生爆炸，且因为本实施的壳体密封结构13中压缩率相关形变较小，所以本实施的防爆泄压灵敏度更高，仅需要较小的变形空间即可实现防爆泄压动作。
[0065]
其中，为利于气体流通，泄压通孔460的高度等于或者高于第二密封件320与第一弯折部402接触面的高度。
[0066]
为利于气体流通，在第一密封件310与第二密封件320的外表面连接处设有第二圆角；为提高密封效果，在第二密封件320与第三密封件330的连接处均设有与第三弯折部406相配的第三圆角。
[0067]
本实施例中，盖板200为折弯板件，盖板的边缘部位210为直板形状，盖板的中间部位220为一凸台，凸台为空心圆台状，弹性密封件300还包括与第三密封件330连接的第一翘边350，第一翘边350夹设于边框的第三弯折部406与盖板200之间，用于与第三弯折部406的边缘、凸台的侧表面以及盖板的中间部位220与盖板的边缘部位210的转折处接触。故第一翘边350和盖板的中间部位220的设置，可以提高密封效果。其中，第一翘边350、第一密封件310、第二密封件320以及第三密封件330可以是一体成型的。
[0068]
请参照图4a，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的剖视图。请参照图4b，其为本申请一实施例示出的图4a的b部放大图。请参照图4c，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的爆炸示意图。盖板的边缘部位210的纵向截面为“l”形，包括第一环形体211和第二环形体212，第一环形体211一端与第二环形体212连接，另一端朝向壳底板410(向下)延伸。第一环形体211和第二环形体212可以是一体成型的，也可以是通过焊接等方式固定连接。本实施例中，第一环形体211为圆管形状，第二环形体212为圆环片形状。
[0069]
当盖板200通过弹性密封件300连接于固定凹槽450时，第一环形体211通过弹性密封件300夹设于第二管段403与第三管段405之间。如此设置，本实施例铆接密封路径更长，密封效果好，可靠性高，且壳本体400壁厚可以设计更薄、高度可以设计更低，电池1尺寸可以趋向于更小型化。
[0070]
请参照图5a，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的剖视图。请参照图5b，
其为本申请一实施例示出的图5a的c部放大图。请参照图5c，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的爆炸示意图。盖板200为一直板件，盖板的边缘部位210为直板形状，盖板的中间部位220为直板形状，盖板的边缘部位210和盖板的中间部位220于同一水平高度。
[0071]
边框420还包括：连接环片407，连接环片407与第三弯折部406连接；其中，弹性密封件300连接有延伸弹性环片340，延伸弹性环片340夹设于连接环片407与盖板200之间。如此设置，本实施例铆接密封路径更长，密封效果好，可靠性高，且壳本体400壁厚可以设计更薄、高度可以设计更低，电池1尺寸可以趋向于更小型化。
[0072]
第三弯折部406的表面为圆弧形曲面；盖板的边缘部位210具有与第三弯折部406适配的第一圆角240。第一圆角240设于盖板的外表面200a与盖板的侧表面200c的交界处。
[0073]
当弹性密封件300与第三弯折部406相抵，弹性密封件300挤压形成与第一圆角240相适配的第三配合凹陷305，以及伸入第三弯折部406的第三配合凸起306。如此设置，本实施例可以在第三配合凹陷305和第三配合凸起306处产生局部较大挤压，第三配合凹陷305和第三配合凸起306可以用作关键铆接点。
[0074]
第一弯折部402的表面为圆弧形曲面；第一弯折部402与第三管段405之间的缝隙480的大小沿远离壳底板410的方向依次递增，形成类似喇叭形的空隙结构。
[0075]
当弹性密封件300与第一弯折部402相抵，弹性密封件300挤压形成与第一弯折部402相适配的第二配合凹陷303，以及伸入第一弯折部402与第三管段405之间的缝隙480的第二配合凸起304。如此设置，本实施例可以在第二配合凹陷303和第二配合凸起304处铆接挤压，第二配合凹陷303和第二配合凸起304可以用作关键密封点，其中，本实施例中，第一弯折部402与第三管段405之间的缝隙480为喇叭形结构，可以利于第二配合凸起304的形成，用以产生逐渐增强的密封效果。
[0076]
其中，第二配合凸起304、第二配合凹陷303、第三配合凹陷305和第三配合凸起306可以是弹性密封件300成型过程中形成的，也可以是在壳体密封结构13装配后挤压形成的。
[0077]
本实施例中，盖板200为直板板件，弹性密封件300还包括与延伸弹性环片340连接的第二翘边360，第二翘边360与第三弯折部406的边缘接触，用以提高密封效果。其中，第二翘边360、延伸弹性环片340、第一密封件310、第二密封件320以及第三密封件330可以是一体成型的。
[0078]
请参照图6a，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的剖视图。请参照图6b，其为本申请一实施例示出的图6a的d部放大图。请参照图6c，其为本申请一实施例示出的壳体密封结构13的爆炸示意图。盖板200在背离壳底板410的一面上设有折弯凸起230；折弯凸起230可以是一体成型形成的增材式凸状结构，也是折弯形成的非增材式凸状结构。本实施例中，盖板200为一折弯板件，盖板的边缘部位210为直板形状，盖板的中间部位220为直板形状，盖板的边缘部位210和盖板200的中间部相对倾斜，形成折弯凸起230。
[0079]
连接环片407上设有与折弯凸起230相适配的折弯凹槽440，折弯凹槽440的曲率大于折弯凸起230的曲率。
[0080]
当延伸弹性环片340夹设于连接环片407与盖板200之间，延伸弹性环片340挤压形成与折弯凸起230相适配的第一配合凹陷301，以及伸入折弯凹槽440的第一配合凸起302。如此设置，本实施例可以在第一配合凹陷301和第一配合凸起302处产生局部较大挤压，第一配合凹陷301和第一配合凸起302可以用作关键铆接点。
[0081]
其中，第一配合凹陷301和第一配合凸起302可以是弹性密封件300成型过程中形成的，也可以是在壳体密封结构13装配后挤压形成的。
[0082]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
[0083]
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。