CN109494415A - 一种锂离子电池盖板组件用t头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于T头铝极柱预处理工艺：把T头铝极柱进行低温退火、高温退火和快速退火三种工艺处理，消除T头铝极柱加工过程中产生的机械应力，可以明显降低在封接过程中存在于极柱与玻璃之间的应力。本发明解决了T头铝极柱在机械加工过程中产生的机械应力，以及铝(膨胀系数为23×10‑6/℃)与不锈钢(膨胀系数为15×10‑6/℃)膨胀系数不同而难以封接的技术难题，填补了目前市场上这一技术的空缺。可广泛应用于锂离子电池铝电极电池盖组，为锂离子电池引领的新能源领域的发展与突破提供了基本的技术保障与支持。
Description
技术领域
本发明属于铝与不锈钢封接工艺，尤其涉及一种T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，具体涉及锂离子电池盖板组件用T头铝-不锈钢间用铋酸盐玻璃的封接方法。
背景技术
随着锂离子电池的快速发展，其电池包装部分中的盖板组件也越来越受到重视与关注，目前市场上常见的锂离子电池所采用的电池盖板组件多采用可伐合金封接件，铝封的少之又少，特别是铝与不锈钢之间的封接更是严重缺乏。本发明中T头铝极柱-不锈钢壳体封接可以解决T头铝极柱因机械加工产生的应力过大而不能与不锈钢封接件封接的技术难题，同时解决了铝极柱-铝壳体封接件中铝壳体与作为外壳强度过低易变形的问题，因此市场广阔，需求巨大。
传统的金属-玻璃封接一般采用高温熔封的方法将金属与玻璃熔封在一起。这种方法要求金属与金属以及玻璃之间的热膨胀系数较为匹配，且退火工艺需严格控制，因而其存在以下缺点：(1)封接温度过高，对金属的熔点要求很高，只能选用高熔点金属，因此可采用的金属种类大打折扣；(2)封接工艺控制困难，且工艺重复性较差，可用于封接的金属仅限于低碳钢、不锈钢及可伐合金等，种类较少；(3)铝与不锈钢封接技术空缺，市场空白，市面上有大量的需求却至今没有得到满足；(4)因工艺和材料选择问题造成封接产品各项性能较差、稳定性不足，及其封接件成品率较低等问题严重影响企业生产效益以及整个行业或相关行业的科技进步；(5)产品表面状态较差，给后续表面处理造成教大的麻烦，同时提高了生产成本与效率。为此，专利CN101259985A提出了一种玻璃封接工艺，它是通过控制烧结气氛的方法使金属与玻璃封接在一起，同时达到适度表面处理的效果。但是，这种玻璃封接工艺工程中气氛需要随不同温度段而不断变换，工艺比较复杂且难以控制，同时，这种方法不能解决不同热膨胀系数材料之间的封接。
随着对金属-玻璃封接制品的绝缘性、气密性、可靠性及其工作环境的要求越来越高,传统的可伐合金-玻璃封接组件耐化学腐蚀性差、电流输出密度低及弱磁性等特点使其应用受到了较大的限制。与可伐合金材料相比，金属铝兼具力学性能好、耐腐蚀性强、电阻率小、电流输出密度高及可焊接性能优异等特点，是金属-玻璃封接中一种较为优异的材料。铝-玻璃密封组件主要应用于锂离子电池铝电极电池盖组，与传统的可伐-玻璃封接组件相比，铝-玻璃密封组件应用于锂离子电池铝电极电池盖组过程中耐电解液腐蚀能力更强、输出电流高，制成的电池储存时间更长，可以大大提高电池的使用寿命。
铝和铝合金具有质量轻、成本低、易加工等优点，而且又是无磁性材料，具有质量轻、信号干扰小等优点。但铝是一种高膨胀系数的金属，线热膨胀系数达到了23×10-6/℃，而不锈钢的膨胀系数为15×10-6/℃，二者之间的膨胀系数差异较大，而且随着封接温度的下降，特别是在退火过程中，内部的铝极柱会对中间的封接玻璃产生一定的压应力，因此导致铝-玻璃-不锈钢之间的封接也别的困难，从而显得本技术的优越之处与独特之处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，以解决铝和不锈钢之间封接的难题，为锂离子电池盖组的应用提供了解决方法。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，具体包含如下步骤：
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为150～250℃，保温时间为2～3h，放在空气中或水中进行冷却处理。
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为350～500℃，保温时间为10～30min，放在空气进行冷却处理。
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为350～410℃，保温时间在30～120min，放在空气中或水中进行冷却处理。
将T头铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理；
将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃下保温30min，随炉冷却后即完成T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
进一步的，封接过程中所采用的玻璃为铋酸盐玻璃。
进一步的，该封接方法解决了T头铝极柱因机械加工产生的应力过大而不能与不锈钢封接件封接的技术难题。
进一步的，待封接玻璃体为无铅玻璃，降低了烧结时的温度，提高了生产效率，同时还不对环境造成污染。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明产品结构示意图。
其中，1、T头铝极柱；2、待封接玻璃体；3、不锈钢壳体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详述：
一种锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，具体包含如下步骤：
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为150～250℃，保温时间为2～3h，放在空气中或水中进行冷却处理。
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为350～500℃，保温时间为10～30min，放在空气进行冷却处理。
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为350～410℃，保温时间在30～120min，放在空气中或水中进行冷却处理。
将铝或者铝合金极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；
将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；
将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃下保温30min，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
封接完成后，封接件应随炉冷却以保证极柱和壳体之间较大的应力缓慢释放。
封接过程中所采用的玻璃为铋酸盐玻璃。
如图1所示，一种T头铝极柱与不锈钢壳体封接件，包括设有中间通孔的玻璃体以及设置在中间通孔内的T头铝极柱，待封接玻璃体外侧套有不锈钢外壳。
实施例1
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为150℃，保温时间为3h，放在空气中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例2
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为150℃，保温时间为2h，放在水中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例3
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为250℃，保温时间为3h，放在空气中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例4
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为250℃，保温时间为3h，放在水中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例5
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为350℃，保温时间为30min，放在空气中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例6
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为500℃，保温时间为10min，放在空气中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例7
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为350℃，保温时间为120min，放在空气中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例8
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为350℃，保温时间为120min，放在水中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例9
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为410℃，保温时间为30min，放在空气中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
实施例10
把T头铝极柱放在退火炉中进行低温退火处理，退火温度为410℃，保温时间为30min，放在水中进行冷却；将退火后的铝极柱以及不锈钢壳体进行表面清洁处理，把其放入装有金属清洗剂的烧杯中进行超声清洗，然后用酒精进行洗涤处理，最后放入烘箱中烘干以备使用；将封接过程中使用的封接石墨模具放入扩散炉中进行退火处理，防止石墨模具在封接过程中产生应力以及加工过程中残余应力对封接件以及封接效果的影响；将表面处理过的极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃温度下保温30min进行烧结，使软化或熔融状态下的待封接玻璃体与铝或铝合金极柱及不锈钢壳体之间形成良好的紧密封接，随炉冷却后即完成铝或铝合金极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
采用本发明制备的T头铝-不锈钢封接件具有优异的电绝缘性、气密性以及极大的可靠性和稳定性，生产工艺简单，成本低廉，可广泛应用于锂离子电池盖组，为锂离子电池引领的新能源领域的发展与突破提供了基本的技术保障与支持。用本发明封接的T头铝-不锈钢封接件用作锂离子电池盖组的测试结果见表1。
表1锂离子电池盖组的测试结果
Claims (8)
1.一种锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于对于机械加工的T头铝极柱进行低温退火处理、高温退火处理以及快速退火处理，其次将表面处理过的T头铝极柱和壳体以及待封接玻璃体放入封接模具中，在氮气气氛保护下，在470℃下保温30min，随炉冷却后即完成铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接。
2.如权利要求1所述的锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于所述T头铝极柱不仅指铝或铝合金，应当包含各种牌号的铝或铝合金。
3.如权利要求1所述的锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于所述壳体不仅指不锈钢，应当包含各种牌号的不锈钢。
4.如权利要求1所述的锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于所述T头铝极柱的低温退火处理温度为150～250℃，保温时间为2～3h，并采用空气冷却或水冷却。
5.如权利要求1所述的锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于所述T头铝极柱的高温退火处理温度为350～500℃，保温时间为10～30min，并采用空气冷却。
6.如权利要求1所述的锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于所述T头铝极柱的快速退火处理温度为350～410℃，保温时间在30～120min之间，并采用空气冷却或水冷却。
7.如权利要求1所述的锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于封接温度为470℃，保温时间为30min。
8.如权利要求1所述的锂离子电池盖板组件用T头铝极柱与不锈钢壳体的玻璃封接方法，其特征在于封接过程中所采用的玻璃为铋酸盐玻璃。
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