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CN108807734A - 储能器件及其组装工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能器件及其组装工艺，属于储能器件领域。所述储能器件包括正电极引出结构、电极芯卷、负电极引出结构、壳体和设置于负电极引出结构与壳体之间的绝缘垫圈和设置于绝缘垫圈下端的环形密封垫片，端盖远离电极卷芯的端面外沿上设置有第一环形缺口，所述端盖靠近电极卷芯的端面外沿上设置有第二环形缺口，所述绝缘垫圈的上端搭设在第一环形缺口的台阶面上，所述壳体上设置有向内凹陷的变形褶皱，所述环形密封垫片上形成有与变形褶皱相配合的凹槽，所述凹槽使得环形密封垫片上位于凹槽两侧的两部分分别设置于第二环形缺口的台阶面上和端盖的外周与壳体的内孔之间。本发明结构简单、成本低廉并且性能可靠。

Description

储能器件及其组装工艺
技术领域
本发明涉及储能器件技术领域，特别是指一种储能器件及其组装工艺。
背景技术
电池或超级电容器作为储能器件被广泛应用于工业、能源、军事等领域。其中密封与绝缘作为生产过程的关键环节，一般采用具有一定结构的密封件和绝缘件对储能器件进行密封和绝缘。不同结构的密封件和绝缘件的密封和绝缘方式不同，产生的绝缘密封效果也不同。采用何种壳体绝缘密封结构不仅对储能器件的安全性能起着至关重要的作用，对储能器件的使用性能和寿命也有重要影响。
目前常用的壳体绝缘密封结构具有以下两种结构形式，第一种结构形式如图1所示，该壳体绝缘密封结构将O型圈3’置于端盖1’的轴肩下端面，与壳体4’的内嵌台阶上端面之间进行密封处理，采用2个绝缘垫圈2’分别置于集流板5’的轴肩上端面与壳体4’的内嵌台阶下端面之间、端盖1’的轴肩上端面与壳体4’的封口端面之间进行绝缘处理。该壳体绝缘密封结构中采用2个绝缘垫圈进行绝缘处理，所需的零件较多，制造和装配成本较高。
第二种壳体绝缘密封结构如图2所示，该壳体绝缘密封结构在端盖3”及壳体1”之间布置绝缘密封环2”，通过对壳体1”上与端盖3”外壁凹槽对应的位置进行滚槽、以及对壳体1”进行封口处理实现密封和绝缘。采用该壳体绝缘密封结构的密封环2”因形状较特殊只能进行定制，且密封面积较大，所需材料较多，而密封环2”的材料较特殊，价格较昂贵，所以绝缘密封环的制造成本是一般通用密封件的3-4倍，大批量生产，成本太高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉并且性能可靠的储能器件及其组装工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种储能器件，包括正电极引出结构、电极芯卷、由端盖和集流体构成的负电极引出结构、套设在所述负电极引出结构外周的壳体和设置于所述负电极引出结构与壳体之间的绝缘密封体，所述绝缘密封体包括绝缘垫圈和设置于所述绝缘垫圈下端的环形密封垫片，所述端盖远离所述电极卷芯的端面外沿上设置有第一环形缺口，所述端盖靠近电极卷芯的端面外沿上设置有第二环形缺口，所述绝缘垫圈的上端搭设在所述第一环形缺口的台阶面上，所述壳体上与所述端盖靠近所述电极卷芯的端面和电极卷芯的端面之间相对应的位置设置有向内凹陷的变形褶皱，所述环形密封垫片上形成有与所述变形褶皱相配合的凹槽，所述凹槽使得所述环形密封垫片上位于所述凹槽两侧的两部分分别设置于所述第二环形缺口的台阶面上和所述端盖的外周与壳体的内孔之间。
进一步的，所述环形密封垫片的外周直径大于所述壳体的内孔直径。
进一步的，所述第一环形缺口的台阶面的外侧凸设有沿所述端盖的边沿延伸的环形凸起，所述绝缘垫圈的上端包裹在所述环形凸起的外部并搭设在所述第一环形缺口的台阶面上。
进一步的，所述端盖靠近电极卷芯的端部设置有第一盲孔，所述集流体的外周套设在所述第一盲孔内，所述集流体的端部与所述电极卷芯焊接连接。
进一步的，所述端盖的端部设置有与所述第一盲孔同轴并且直径小于所述第一盲孔的直径的阶梯通孔，所述阶梯通孔内设置有注液塞。
进一步的，所述正电极引出结构包括设置于所述电极卷芯的下端面与所述壳体的内孔的下端面之间的集流片，所述集流片的上端设置有第二盲孔，所述电极卷芯过盈插配在所述第二盲孔内，所述集流片的外周与所述壳体的内孔过盈配合，所述集流片套设在所述壳体的内孔内，所述壳体的下端一体设置有作为正极的凸台。
进一步的，所述电极卷芯的上端面设置有负极耳，所述电极卷芯的下端面设置有正极耳，所述集流体与负极耳焊接连接，所述集流片与正极耳焊接连接。
一种上述储能器件的组装工艺，包括：
步骤1：将所述集流体与所述电极卷芯的上端面焊接；
步骤2：将所述端盖靠近电极卷芯的端面与所述集流体焊接；
步骤3：在所述端盖的第二环形缺口的台阶面上放置所述环形密封垫片；
步骤4：将固定连接有所述端盖和放置有所述环形密封垫片的电极卷芯插入所述壳体中；
步骤5：在所述壳体的外周面上与所述端盖靠近所述电极卷芯的端面和电极卷芯的端面之间相对应的位置向内挤压或滚压，以通过所述壳体上产生的变形褶皱在所述环形密封垫片上挤压出与所述变形褶皱配合的凹槽；
步骤6：在所述端盖的外周与壳体的内孔之间套设所述绝缘垫圈，并使所述绝缘垫圈的上端搭设在所述第一环形缺口的台阶面上；
步骤7：对所述壳体的开口端沿其轴线方向施加机械压力，使所述壳体的开口端形成向内的封口翻边，所述封口翻边将所述绝缘垫圈的上端紧压在所述第一环形缺口的台阶面上，实现封口；
步骤8：对封口后的储能器件进行干燥；
步骤9：对干燥后的储能器件进行注液，之后在储能器件的注液孔内设置注液塞，并采用焊接连接方式将所述注液塞和端盖固定连接实现密封。
进一步的，所述步骤1还包括：在所述电极卷芯的下端面焊接集流片。
进一步的，所述步骤4中，在将所述电极卷芯插入壳体的内孔时，所述壳体的温度保持在180～200℃。
本发明具有以下有益效果：
与现有技术相比，本发明的储能器件通过在壳体与电极引出结构之间设置绝缘垫圈和环形密封垫片进行绝缘密封处理，在将环形密封垫片插入壳体内部的过程中，环形密封垫片通过轴向受压使其片状形状变形为阶梯状，然后对壳体进行轻度滚槽形成变形褶皱，在对壳体进行滚槽时，环形密封垫片因受到壳体的挤压在其与变形褶皱对应的位置上形成与该变形褶皱相配合的凹槽，环形密封垫片由此固定在端盖的第二环形缺口的台阶面上以及端盖的外周与壳体的内孔之间，进而实现端盖在壳体内的轴向限位，此结构在保证绝缘性和密封性的同时，节约了绝缘垫圈的材料使用量；并且本发明采用将绝缘垫圈与环形密封垫片分开处理的方式，使得绝缘垫圈不与电解液接触，绝缘垫圈采用一般的材料即可满足绝缘要求，环形密封垫片为通用器件，且型号较小，降低了成本。本发明的储能器件简单，环形密封垫片变形量易于控制，密封一致性较好，基本不会出现不合格现象。
附图说明
图1为现有技术中第一种储能器件的结构示意图；
图2为现有技术中第二种储能器件的结构示意图；
图3为本发明的储能器件的结构示意图；
图4为本发明的储能器件中端盖的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
一方面，本发明提供一种储能器件，如图3至图4所示，包括正电极引出结构、电极芯卷7、由端盖4和集流体5构成的负电极引出结构、套设在负电极引出结构外周的壳体1和设置于负电极引出结构与壳体1之间的绝缘密封体，绝缘密封体包括绝缘垫圈3和设置于绝缘垫圈3下端的环形密封垫片2，端盖4远离电极卷芯7的端面外沿上设置有第一环形缺口4-1，端盖4靠近电极卷芯7的端面外沿上设置有第二环形缺口4-2，绝缘垫圈3的上端搭设在第一环形缺口4-1的台阶面上，壳体1上与端盖4靠近电极卷芯7的端面和电极卷芯7的端面之间相对应的位置设置有向内凹陷的变形褶皱1-1，环形密封垫片2上形成有与变形褶皱1-1相配合的凹槽2-1，凹槽2-1使得环形密封垫片2上位于凹槽2-1两侧的两部分分别设置于第二环形缺口4-2的台阶面上和端盖4的外周与壳体1的内孔之间。
本发明的储能器件通过在壳体与电极引出结构之间设置绝缘垫圈和环形密封垫片进行绝缘密封处理，在将环形密封垫片插入壳体内部的过程中，环形密封垫片通过轴向受压使其片状形状变形为阶梯状，然后对壳体进行轻度滚槽形成变形褶皱，在对壳体进行滚槽时，环形密封垫片因受到壳体的挤压在其与变形褶皱对应的位置上形成与该变形褶皱相配合的凹槽，环形密封垫片由此固定在端盖的第二环形缺口的台阶面上以及端盖的外周与壳体的内孔之间，进而实现端盖在壳体内的轴向限位，此结构在保证绝缘性和密封性的同时，节约了绝缘垫圈的材料使用量；并且本发明采用将绝缘垫圈与环形密封垫片分开处理的方式，使得绝缘垫圈不与电解液接触，绝缘垫圈采用一般的材料即可满足绝缘要求，环形密封垫片为通用器件，且型号较小，降低了成本。本发明的储能器件简单，环形密封垫片变形量易于控制，密封一致性较好，基本不会出现不合格现象。
本发明中的储能器件优选包括超级电容器和电池。
优选的，环形密封垫片2的外周直径可以大于壳体1的内孔直径。这种结构使得环形密封垫片2在插入壳体1内部的过程中，环形密封垫片2通过轴向受压使其片状形状变形为阶梯状，环形密封垫片2的上端位于端盖4的外周与壳体1的内孔之间，具有较好的密封作用。
进一步的，第一环形缺口4-1的台阶面的外侧优选凸设有沿端盖4的边沿延伸的环形凸起4-3，绝缘垫圈3的上端包裹在环形凸起4-3的外部并搭设在第一环形缺口4-1的台阶面上。环形凸起4-3将绝缘垫圈3和壳体1的上端弯折部分向上顶起，在壳体1的封口翻边1-2和绝缘垫圈3的定位翻边3-1的根部设置处于环形凸起4-3上的包裹部，以形成更好的绝缘密封效果。
在保证电解液的存储空间的前提下，为了使端盖4与集流体5之间的连接面积更大，连接更加牢固，端盖4靠近电极卷芯7的端部优选设置有第一盲孔4-4，集流体5的外周套设在第一盲孔4-4内，集流体5的端部与电极卷芯7焊接连接。
优选的，端盖4的端部可以设置有与第一盲孔4-4同轴并且直径小于第一盲孔4-4的直径的阶梯通孔4-5，阶梯通孔4-5内设置有注液塞6。阶梯通孔4-5用于向端盖4与集流体5之间注射电解液，注液完成后将注液塞6塞入阶梯通孔4-5内，并通过激光焊接的方式是注液塞6与端盖4固连以实现密封。
进一步的，正电极引出结构优选包括设置于电极卷芯7的下端面与壳体1的内孔的下端面之间的集流片8，集流片8的上端设置有第二盲孔，电极卷芯7过盈插配在第二盲孔内，集流片8的外周与壳体1的内孔过盈配合，集流片8套设在壳体1的内孔内，壳体1的下端一体设置有作为正极的凸台8-1。这种电极引出结构尺寸紧凑，连接方式可靠。
作为本发明的一种改进，电极卷芯7的上端面优选设置有负极耳，电极卷芯7的下端面优选设置有正极耳，集流体5与负极耳焊接连接，集流片8与正极耳焊接连接。正极耳和负极耳的设置使得本发明的储能器件在充放电时，强大的电流随时可以通过电极卷芯7传输到正极耳和负极耳，电阻很小，不会产生较高的温升，因此在大功率、大电流状态下连续工作时，储能器件不会产生高的发热现象，从而提高了储能器件侧安全性和稳定性，有效的延长了储能器件的寿命。
另一方面，本发明还提供一种上述储能器件的组装工艺，包括：
步骤1：将集流体5与电极卷芯7的上端面焊接；
本步骤中，集流体5与电极卷芯7之间也可以采用铆接方式进行连接。
步骤2：将端盖4靠近电极卷芯7的端面与集流体5焊接；
步骤3：在端盖4的第二环形缺口4-2的台阶面上放置环形密封垫片2；
步骤4：将固定连接有端盖4和放置有环形密封垫片2的电极卷芯7插入壳体1中；
本步骤中，电极卷芯7在插入壳体1的过程中，环形密封垫片2通过轴向受压使其由片状形状变形为阶梯状，并且变形后的环形密封垫片2的一部分设置于第二环形缺口4-2的台阶面上，另一部分设置于端盖4的外周与壳体1的内孔之间。
步骤5：在壳体1的外周面上与端盖4靠近电极卷芯7的端面和电极卷芯7的端面之间相对应的位置向内挤压或滚压，以通过壳体1上产生的变形褶皱1-1在环形密封垫片2上挤压出与变形褶皱配合的凹槽；
步骤6：在端盖4的外周与壳体1的内孔之间套设绝缘垫圈3，并使绝缘垫圈3的上端搭设在第一环形缺口4-1的台阶面上；
步骤7：对壳体1的开口端沿其轴线方向施加机械压力，使壳体1的开口端形成向内的封口翻边1-2，封口翻边1-2将绝缘垫圈3的上端紧压在第一环形缺口4-1的台阶面上，实现封口；
步骤8：对封口后的储能器件进行干燥；
本步骤中干燥时间优选在24～96个小时范围内。
步骤9：对干燥后的储能器件进行注液，之后在储能器件的注液孔内设置注液塞6，并采用焊接连接方式将注液塞6和端盖4固定连接实现密封。本步骤中的注液量优选为5～10g/Ah。
本发明的储能器件的组装工艺中将电极卷芯7与集流体5进行焊接(也可以采用铆接的连接方式)可以降低两者之间的接触内阻，电极卷芯7与壳体1进行装配时，采用热装工艺，可以保证电极卷芯7与壳体1紧密接触，以减少接触内阻。本发明提供的储能器件的组装工艺简单、方便，适合大规模工业化生产。
进一步的，步骤1还可以包括：在电极卷芯7的下端面焊接集流片8以便于引出正极。
为了保证集流片8与壳体1的紧密接触，减少两者之间的接触内阻，在步骤4中，在将电极卷芯7插入壳体1的内孔时，优选采用热装工艺，壳体1的温度保持在180～200℃。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种储能器件，包括正电极引出结构、电极芯卷、由端盖和集流体构成的负电极引出结构、套设在所述负电极引出结构外周的壳体和设置于所述负电极引出结构与壳体之间的绝缘密封体，其特征在于，所述绝缘密封体包括绝缘垫圈和设置于所述绝缘垫圈下端的环形密封垫片，所述端盖远离所述电极卷芯的端面外沿上设置有第一环形缺口，所述端盖靠近电极卷芯的端面外沿上设置有第二环形缺口，所述绝缘垫圈的上端搭设在所述第一环形缺口的台阶面上，所述壳体上与所述端盖靠近所述电极卷芯的端面和电极卷芯的端面之间相对应的位置设置有向内凹陷的变形褶皱，所述环形密封垫片上形成有与所述变形褶皱相配合的凹槽，所述凹槽使得所述环形密封垫片上位于所述凹槽两侧的两部分分别设置于所述第二环形缺口的台阶面上和所述端盖的外周与壳体的内孔之间。
2.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述环形密封垫片的外周直径大于所述壳体的内孔直径。
3.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述第一环形缺口的台阶面的外侧凸设有沿所述端盖的边沿延伸的环形凸起，所述绝缘垫圈的上端包裹在所述环形凸起的外部并搭设在所述第一环形缺口的台阶面上。
4.根据权利要求1所述的储能器件，其特征在于，所述端盖靠近电极卷芯的端部设置有第一盲孔，所述集流体的外周套设在所述第一盲孔内，所述集流体的端部与所述电极卷芯焊接连接。
5.根据权利要求4所述的储能器件，其特征在于，所述端盖的端部设置有与所述第一盲孔同轴并且直径小于所述第一盲孔的直径的阶梯通孔，所述阶梯通孔内设置有注液塞。
6.根据权利要求1至5中任一所述的储能器件，其特征在于，所述正电极引出结构包括设置于所述电极卷芯的下端面与所述壳体的内孔的下端面之间的集流片，所述集流片的上端设置有第二盲孔，所述电极卷芯过盈插配在所述第二盲孔内，所述集流片的外周与所述壳体的内孔过盈配合，所述集流片套设在所述壳体的内孔内，所述壳体的下端一体设置有作为正极的凸台。
7.根据权利要求6所述的储能器件，其特征在于，所述电极卷芯的上端面设置有负极耳，所述电极卷芯的下端面设置有正极耳，所述集流体与负极耳焊接连接，所述集流片与正极耳焊接连接。
8.一种权利要求1至7中任一所述的储能器件的组装工艺，其特征在于，包括：
步骤1：将所述集流体与所述电极卷芯的上端面焊接；
步骤2：将所述端盖靠近电极卷芯的端面与所述集流体焊接；
步骤3：在所述端盖的第二环形缺口的台阶面上放置所述环形密封垫片；
步骤4：将固定连接有所述端盖和放置有所述环形密封垫片的电极卷芯插入所述壳体中；
步骤5：在所述壳体的外周面上与所述端盖靠近所述电极卷芯的端面和电极卷芯的端面之间相对应的位置向内挤压或滚压，以通过所述壳体上产生的变形褶皱在所述环形密封垫片上挤压出与所述变形褶皱配合的凹槽；
步骤6：在所述端盖的外周与壳体的内孔之间套设所述绝缘垫圈，并使所述绝缘垫圈的上端搭设在所述第一环形缺口的台阶面上；
步骤7：对所述壳体的开口端沿其轴线方向施加机械压力，使所述壳体的开口端形成向内的封口翻边，所述封口翻边将所述绝缘垫圈的上端紧压在所述第一环形缺口的台阶面上，实现封口；
步骤8：对封口后的储能器件进行干燥；
步骤9：对干燥后的储能器件进行注夜，之后在储能器件的注液孔内设置注液塞，并采用焊接连接方式将所述注液塞和端盖固定连接实现密封。
9.根据权利要求8所述的组装工艺，其特征在于，所述步骤1还包括：在所述电极卷芯的下端面焊接集流片。
10.根据权利要求8所述的组装工艺，其特征在于，所述步骤4中，在将所述电极卷芯插入壳体的内孔时，所述壳体的温度保持在180～200℃。
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