《一種圓柱電池電容器》是惠州億緯鋰能股份有限公司於2012年12月29日申請的專利，該專利的申請號為2012105914043，公布號為CN103137343A，授權公布日為2013年6月5日，發明人是呂正中、鄒友生、卜芳、袁中直、劉金成。
《一種圓柱電池電容器》包括頂端設有開口，底部封閉的圓柱型殼體，以及位於殼體內部的極組，其中極組包括正極片、負極片、與正極片連線的正極耳、以及與負極片連線的負極耳，圓柱電池電容器還包括位於殼體頂部的密封組件以及位於殼體底部的絕緣底膜，密封組件的周邊與圓柱型殼體及負極耳焊接，且密封組件的底部與正極耳鉚接。該發明通過在電池電容器內部設定密封組件以及運用鉚接的方式實現電池電容器全密封，以提高電池電容器的密封性。
2016年12月7日，《一種圓柱電池電容器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種圓柱電池電容器》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種圓柱電池電容器
- 公布號：CN103137343A
- 授權日：2013年6月5日
- 申請號：2012105914043
- 申請日：2012年12月29日
- 申請人：惠州億緯鋰能股份有限公司
- 地址：廣東省惠州市仲愷高新區惠風七路36號
- 發明人：呂正中、鄒友生、卜芳、袁中直、劉金成
- Int.Cl.：H01G11/80(2013.01)I；H01M2/10(2006.01)I
- 代理機構：廣州市華學智慧財產權代理有限公司
- 代理人：蔣劍明
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
圓柱電池電容器，常用於製成超級電容器，是一種新型的電荷儲備元件，與一般電池相比，具有容量大、支持大電流充放電、循環壽命長和環保無污染等優點，能提供快速的能量釋放，滿足高功率需求，因此在新能源、交通運輸、工業等領域有著廣闊的套用前景，適用於自動讀表（AMR）裝置、GPS/GSM/ARGOS相關係統、汽車裝置、遠程感測器、射頻識別系統、緊急設備和軍工產品等。由於圓柱電池電容器使用的領域對電池電容器的密封性有較高要求，所以圓柱電池電容器的密封度是其在設計、生產過程中管控的重點也是難點。
截至2012年12月，圓柱電池電容器普遍存在密封度低，以致使用壽命短的問題。例如在專利號為WO9928982A1的世界專利中，公開的電池電容器在負極蓋板與正極極柱之間採用玻璃進行密封和絕緣。發明人通過長期研究發現，這種密封方式在實際的運用過程中會出現以下不足：在電池電容器極柱與極耳焊接過程中，玻璃或者陶瓷容易因外力造成開裂或破損，這將造成密封間隙出現，從而在內壓的作用下使電解液在極柱端處泄露，以致降低電池電容器的壽命；其次，玻璃和陶瓷硬度較大，當電池電容器受到振動時，玻璃和陶瓷容易破損，甚至脫落而造成電池電容器失效；另外，由於極柱與蓋板採用的是金屬材質，採用玻璃或者陶瓷密封劑密封金屬，工藝複雜且製造成本高。還例如，行業部分人員採用超音波焊接技術連線極耳電芯和蓋帽極柱，這種做法會破壞極耳和極柱的表面結構，加劇電化學腐蝕的發生；其次，使用超音波焊接存在虛焊或者過焊，造成電池電容器失效。
在申請號為201010561976.8的中國專利申請檔案中公開了“一次鋰電池用耐蝕封接玻璃材料及其製備方法”，該申請檔案聲稱採用此玻璃封接材料可以耐鋰和電液的侵蝕，具有良好的氣密性和絕緣性，且與鉬極柱以及焊接性能優異的4J52等鐵鎳合金絲都能匹配封接，可防止玻璃內應力炸裂導致泄漏，保證封接器件的氣密性。這種方案雖然填補了傳統玻璃或陶瓷密封耐腐蝕能力的不足，但需要利用玻璃將蓋板與極柱進行燒接密封，這將導致蓋板與極柱因材質不同而熱膨脹係數不協調，從而造成封接時濕潤性、氣密性差。此外，所採用的焊接工藝設備造價昂貴，不易在工業中廣泛推廣，且容易產生雜質污染電池電容器。
另外，2012年12月前市場上的圓柱電池電容器多採用半密封結構，無法滿足車載系統、智慧型氣表、智慧型水錶等領域對密封性的要求（漏氣率小於1.0×10帕·立方米/秒（He））。
發明內容
專利目的
《一種圓柱電池電容器》的目的是克服2012年12月前技術中的不足之處，提供一種高密封性的圓柱電池電容器。
技術方案
《一種圓柱電池電容器》包括頂端設有開口，底部封閉的圓柱型殼體，以及位於圓柱型殼體內部的極組，其中，極組包括正極片、負極片、與正極片連線的正極耳、以及與負極片連線的負極耳，圓柱電池電容器還包括位於圓柱型殼體頂部的密封組件以及位於圓柱型殼體底部的絕緣底膜，密封組件的周邊與圓柱型殼體及負極耳焊接，且密封組件的底部與正極耳鉚接。
《一種圓柱電池電容器》通過在電池電容器頂端設定密封組件並將密封組件的周邊與圓柱型殼體及負極耳焊接，密封組件的底部與正極耳鉚接實現對圓柱電池電容器的密封，以提高密封性。其中，將密封組件採用焊接技術與圓柱型殼體及負極耳連線，使連線更固定；而將密封組件的底部與正極耳採用鉚接的方式連線，避免了超音波焊接的虛焊及過焊問題。
為了進一步提高密封性，發明人經過長期研究，對密封組件的結構進行了創新。該發明的密封組件包括依次設定的上壓環、十字形極柱、密封膠、圓形蓋板、絕緣墊片以及極耳壓環，密封膠與圓形蓋板的內孔及上下表面為注塑一體結構，十字形極柱的上端穿過密封膠和上壓環上與十字形極柱的上端相匹配的內孔，且十字形極柱的上端與上壓環進行鉚接密封，十字形極柱的下端穿過正極耳和極耳壓環上與十字形極柱的下端相匹配的內孔，且十字形極柱的下端與極耳壓環進行鉚接，圓形蓋板邊緣為圓弧形凸台，圓弧形凸台周邊包扣於圓柱形殼體的周邊並與圓柱形殼體的周邊焊接。
密封組件最主要的創新點之一是：首先，利用密封膠與蓋板注塑為一體，並留有與十字形極柱上端相匹配的內孔；然後，設定十字形極柱，將十字形極柱上端貫穿上壓環以及密封膠的內孔，十字形極柱下端貫穿極耳壓環，並將十字形極柱的上端與上壓環鉚接，十字形極柱的下端與極耳壓環鉚接；同時，由於上壓環、十字形極柱與密封膠是依次設定，通過鉚接可將上壓環、十字形極柱與密封膠貼附連線。通過以上技術方案製成的密封組件與電池電容器的圓柱形殼體再採用雷射焊接，實現了圓柱電池電容器全密封並提高了密封性。
密封組件另一個創新點是：在圓形蓋板邊緣設定圓弧形凸台，圓弧形凸台周邊包扣於圓柱形殼體的周邊並與圓柱形殼體的周邊焊接，以提高密封組件與殼體之間連線的牢固度，而將密封膠與蓋板注塑為一體有利於提高密封件的組裝效率。
密封組件再一個創新點是：實現密封效果所使用的密封膠及鉚接工藝耗用成本低，且密封膠硬度低而不易脫落，也不會產生密封間隙以致電解液泄露。
進一步地，圓形蓋板的內孔下端有凸面。當密封膠與圓形蓋板注塑成一體時，凸面嵌在密封膠內部，增加蓋板和密封膠的結合力，避免密封膠產生位移，並可填補密封面的間隙，防止電解液泄露。
進一步地，上壓環外徑小於密封膠外徑，上壓環的內孔外圍設有凹槽，凹槽與十字形極柱上端受鉚接衝壓形成的形狀吻合。將上壓環外徑設定小於密封膠外徑以達到利用密封膠實現上壓環與圓形蓋板完全密封的目的，同時還可增大上壓環與密封膠的接觸面積，避免密封膠因受鉚接的衝壓力而使局部壓強過大產生裂痕；在上壓環的內孔外圍設定與十字形極柱上端受鉚接衝壓形成形狀吻合的凹槽，當進行鉚接時，極柱上端因受衝擊力形成冠狀，冠狀結構卡扣在吻合的凹槽內，使密封更加牢固。
為了進一步提高密封性，十字形極柱中還包括一個極柱圓形板，極柱圓形板上有一個小於密封膠外徑的極柱圓形台階，極柱圓形台階上設有極柱圓形凸台，極柱圓形台階與絕緣墊片吻合以固定絕緣墊片。當進行鉚接時，極柱圓形凸台由於受鉚接衝壓力的作用嵌入密封膠的內部，增加與密封膠的結合力。
具體地，正極耳的端部為圓弧形，且呈S形減振結構與極柱連線。
更進一步地，十字形極柱為純鋁十字形極柱或純鎳十字形極柱，極耳壓環為純鋁極耳壓環或純鎳極耳壓環，這是因為純金屬材質韌性高，受鉚接的衝壓力而不發生斷裂；鑒於可溶性聚四氟乙烯耐老化、耐腐蝕、耐高溫的性能，密封膠優選為可溶性聚四氟乙烯材料，絕緣墊片、絕緣底膜優選為可溶性聚四氟乙烯材料或聚四氟乙烯材料。
有益效果
（1）在電池電容器內部設定密封組件，並將密封組件的周邊與圓柱型殼體及負極耳焊接，密封組件的底部與正極耳鉚接實現對圓柱電池電容器的密封，提高了密封性。
（2）密封組件的底部與正極耳採用鉚接的方式連線，避免了超音波焊接帶來的虛焊及過焊。
（3）《一種圓柱電池電容器》用密封膠密封蓋板與極柱，並利用鉚接方式將十字形極柱與上壓環、圓形蓋板、正極耳、極耳壓環密封，從而實現全密封，提高了密封性。
（4）該發明實現全密封效果所使用到的密封膠及鉚接工藝耗用成本低。
（5）該發明採用的密封膠硬度低而不易脫落，也不會產生密封間隙以致電解液泄露。
（6）將密封膠與蓋板注塑為一體有利於提高密封件的組裝效率。
（7）在圓形蓋板邊緣設定圓弧形凸台，圓弧形凸台周邊包扣於圓柱形殼體的周邊並與圓柱形殼體的周邊焊接，提高了密封組件與殼體之間的牢固度。
（8）以下技術方案進一步提高了密封件的密封性：圓形蓋板的內孔下端設有凸面；上壓環外徑小於密封膠外徑，上壓環的內孔外圍設有與十字形極柱的上端連線吻合的凹槽；極柱圓形板上設有一個小於密封膠外徑的極柱圓形台階，極柱圓形台階上設有極柱圓形凸台，極柱圓形台階與絕緣墊片吻合以固定絕緣墊片。
（9）正極耳採用呈S形與極柱連線，降低振動的影響。
（10）十字形極柱、極耳壓環由純鋁或純鎳材質製成，提高了材質的韌性，避免十字形極柱、極耳壓環受鉚接的衝壓力而發生斷裂，密封膠採用耐老化、耐高溫性好的可溶性聚四氟乙烯材料，絕緣墊片和絕緣底膜採用可溶性聚四氟乙烯材料或聚四氟乙烯材料，可以提高電池電容器的壽命。
（11）該發明圓柱電池電容器可滿足車載系統、智慧型氣表、智慧型水錶等領域對密封性的要求。
附圖說明
圖1為《一種圓柱電池電容器》整體結構示意圖。
圖2為該發明密封組件整體結構剖面圖。
圖3為該發明上壓環結構俯視圖。
圖4為該發明十字形極柱在組裝前的剖面圖。
圖5為該發明密封膠與圓形蓋板注塑一體結構剖面圖。
圖6為該發明圓形蓋板結構剖面圖。
圖7為該發明絕緣墊片結構俯視圖。
圖8為該發明極耳壓環結構俯視圖。
圖9為該發明正極耳結構俯視圖。
技術領域
《一種圓柱電池電容器》涉及二次電源技術領域，具體涉及一種圓柱電池電容器。
權利要求
1.《一種圓柱電池電容器》包括頂端設有開口，底部封閉的圓柱型殼體，以及位於圓柱型殼體內部的極組，其中極組包括正極片、負極片、與正極片連線的正極耳、以及與負極片連線的負極耳，其特徵在於：所述圓柱電池電容器還包括位於殼體頂部的密封組件以及位於殼體底部的絕緣底膜，密封組件的周邊與圓柱型殼體及負極耳焊接，且密封組件的底部與正極耳鉚接；所述密封組件包括依次設定的上壓環、十字形極柱、密封膠、圓形蓋板、絕緣墊片以及極耳壓環，密封膠與圓形蓋板的內孔及上下表面為注塑一體結構，十字形極柱的上端穿過密封膠和上壓環上與十字形極柱的上端相匹配的內孔，且十字形極柱的上端與上壓環進行鉚接密封，十字形極柱的下端穿過正極耳和極耳壓環上與十字形極柱的下端相匹配的內孔，且十字形極柱的下端與極耳壓環進行鉚接，圓形蓋板邊緣為圓弧形凸台，圓弧形凸台周邊包扣於圓柱形殼體的周邊並與圓柱形殼體的周邊焊接；所述十字形極柱中還包括一個極柱圓形板，極柱圓形板上有一個小於密封膠外徑的極柱圓形台階，極柱圓形台階上設有極柱圓形凸台，極柱圓形台階與絕緣墊片吻合連線；所述正極耳的端部為圓弧形，且呈S形與極柱連線；所述上壓環為不鏽鋼上壓環，十字形極柱為純鋁十字形極柱或純鎳十字形極柱，極耳壓環為純鋁極耳壓環或純鎳極耳壓環，密封膠為可溶性聚四氟乙烯，絕緣墊片和絕緣底膜為可溶性聚四氟乙烯或聚四氟乙烯。
2.根據權利要求1所述的圓柱電池電容器，其特徵在於：圓形蓋板的內孔下端有凸面。
3.根據權利要求1所述的圓柱電池電容器，其特徵在於：所述上壓環外徑小於密封膠外徑，上壓環的內孔外圍設有凹槽，所述凹槽與十字形極柱上端受鉚接衝壓形成的形狀吻合。
實施方式
如圖1所示，《一種圓柱電池電容器》包括頂端設有開口，底部封閉的圓柱型殼體1，以及位於圓柱型殼體1內部的正極片2、負極片3、與正極片2連線的正極耳4、以及與負極片3連線的負極耳5，圓柱電池電容器還包括位於圓柱型殼體1頂部的密封組件7以及位於圓柱型殼體1底部的絕緣底膜6，密封組件7的周邊與圓柱型殼體1及負極耳5焊接，且密封組件7的底部與正極耳4鉚接。
如圖1、圖2所示，密封組件7包括依次設定的上壓環9、十字形極柱10、密封膠11、圓形蓋板12、絕緣墊片13以及極耳壓環14，密封膠11與圓形蓋板的內孔122及上下表面為注塑一體結構，十字形極柱的上端101穿過密封膠11和上壓環9上的內孔，且密封膠11和上壓環9上的內孔均與十字形極柱10的上端緊密匹配，十字形極柱的上端101與上壓環9進行鉚接密封，十字形極柱的下端102穿過正極耳4以及極耳壓環14上的內孔，且十字形極柱的下端102與正極耳4以及極耳壓環14上的內孔緊密匹配，十字形極柱的下端102與極耳壓環14進行鉚接，正極耳4呈S形減振結構與十字形極柱的下端102鉚接固定，圓形蓋板12邊緣為圓弧形凸台121，圓弧形凸台121周邊包扣於圓柱形殼體1的周邊並與圓柱形殼體1的周邊焊接，上壓環9的外徑小於密封膠11的外徑。
如圖2、圖3所示，上壓環9包括一個內孔91，內孔91外圍設定有十字形極柱上端101受鉚接衝壓形成的形狀吻合的凹槽92，當進行組裝時，上壓環9因承受鉚接衝壓力而呈如圖2所示凹坑狀。
如圖2、圖4所示.十字形極柱10包括十字形極柱的上端101、十字形極柱的下端102以及與十字形極柱上端101、十字形極柱的下端102為一體的極柱圓形板103，極柱圓形板103有一個小於密封膠11的外徑的極柱圓形台階104，極柱圓形台階104上設有兩個極柱圓形凸台105，極柱圓形台階104與絕緣墊片13吻合以固定絕緣墊片13。在十字形極柱10被組裝前，十字形極柱上端101與十字形極柱的下端102的端部均為平滑的圓柱狀，在被鉚接組裝時，受鉚接產生的衝壓力，端部均形成如圖2所示的冠狀結構，極柱圓形凸台105也由於受鉚接衝壓力的作用嵌入密封膠11的內部，增加與密封膠的結合力。
如圖2、圖5、圖6所示，密封膠包含一內孔111，圓形蓋板12包含一內孔122，內孔122下端有兩個凸面123，密封膠11與圓形蓋板的內孔122及上下表面為注塑一體結構；如圖7所示，絕緣墊片5俯視為圓形；如圖2、圖8所示，極耳壓環14包括與十字形極柱的下端102緊密配合的內孔141；如圖2、圖9所示，正極耳4的端部為圓弧形且包括與十字形極柱的下端102匹配的內孔41。
在對密封組件7的進行組裝時，首先將密封膠7與圓形蓋板的內孔122及圓形蓋板12上下表面注塑為一體；其次，將十字形極柱的上端101依次貫穿於密封膠的內孔111以及上壓環9上的內孔91；然後，將十字形極柱的下端102貫穿於正極耳內孔41以及極耳壓環上的內孔141；最後，進行衝壓鉚接，十字形極柱的上端101與上壓環9進行平頭鉚接，十字形極柱的下端102與極耳壓環14採用上尖頭下平頭鉚接。
以下舉例對實施方式進行具體說明。
上壓環9為厚度為1.0毫米-1.5毫米，型號為SUS304的不鏽鋼材質，十字形極柱10為純鋁，密封膠11為具有熱熔性、防電解液腐蝕的可溶性聚四氟乙烯，圓形蓋板的內孔122內的密封膠厚為0.35毫米，注圓形蓋板12兩側密封膠厚度均為0.45毫米，極耳壓環14採用純鋁，正極耳4採用純鋁，負極耳5採用軟鎳，圓柱型殼體1採用SUS304不鏽鋼，絕緣底膜6採用厚度為0.1毫米聚四氟乙烯材料。
將《一種圓柱電池電容器》的圓柱電池電容器按照上述條件製成後，與採用傳統的圓柱電池電容器進行性能對比。
實施例1
測試條件：將圓柱電池電容器分別充電後，在溫度為85℃、相對濕度為80％的條件下存放30天。
技術狀態 | 初始態 | 在溫度為85°C、相對濕度為80%的條件下存放30天 | |||||
開路電壓/伏 | 內阻/mQ | 容量/As | 開路電壓/伏 | 內阻/mQ | 容量/As | 10支電池電容器漏液狀況 | |
傳統圓柱電池電容器 | 3.6781 | 125.0 | 195.5 | 3.1873 | 286.2 | 89.5 | 5 |
該發明圓柱電池電容器 | 3.6781 | 104.4 | 194.8 | 3.6137 | 117.7 | 180.4 | 0 |
結論：《一種圓柱電池電容器》的圓柱電池電容器在高溫、高濕度的環境下，密封性優於傳統方式的圓柱電池電容器。
實施例2
測試條件：將圓柱電池電容器分別充電後，置於模擬車載振動的環境。
技術狀態 | 初始態 | 在溫度為85°C、相對濕度為80%的條件下存放30天 | |||||
開路電壓/伏 | 內阻/mQ | 容量/As | 開路電壓/伏 | 內阻/mQ | 容量/As | 10支電池電容器漏液狀況 | |
傳統圓柱電池電容器 | 3.6570 | 130.1 | 193.7 | 3.4678 | 210.6 | 105.8 | 6 |
該發明圓柱電池電容器 | 3.6580 | 110.1 | 195.1 | 3.6540 | 118.0 | 189.7 | 0 |
結論：《一種圓柱電池電容器》的圓柱電池電容器在車載振動環境下，密封性優於傳統方式的圓柱電池電容器。
實施例3
測試條件：將圓柱電池電容器分別充電後，與普通的鋰離子電池並聯成電池組，該電池組分別在-30℃、23℃、60℃、70℃、80℃的恆定溫度下各儲存30天（模擬智慧型水錶、智慧型氣表存在的環境）。
技術狀態 | 存儲30天后 | 不同溫度下電流漏失值/微安 | |||
-30°C | 23°C | 60°C | 70°C | 80°C | |
傳統圓柱電池電容器 | 5.86 | 3.59 | 14.63 | 25.88 | 34.95 |
該發明圓柱電池電容器 | 2.38 | 0.68 | 3.52 | 4.96 | 8.68 |
結論：《一種圓柱電池電容器》的圓柱電池電容器在低溫以及溫差幅度大環境下，密封性優於傳統方式的圓柱電池電容器。
結合實施例得出，該發明提供的圓柱電池電容器提高了密封性，而且能滿足車載系統、智慧型氣表、智慧型水錶領域對密封性的要求。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種圓柱電池電容器》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
