專利名稱：一種電池的密封組件及其制作方法、以及一種鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池的密封技術(shù)領(lǐng)域；具體而言，本發(fā)明涉及一種電池的密封組件及其制作方法、以及ー種鋰離子電池。
背景技術(shù)：
目前，在常用的電池的封裝エ藝中，按照封裝材料可以分為塑料封裝、玻璃封裝和陶瓷封裝三大類；其中，塑料封接從使用壽命角度考慮，較難滿足長壽命(20年以上)儲能電池及可靠性動力電池的使用要求。在現(xiàn)有的鋰離子電池的密封中，密封組件的蓋板和芯柱主要是通過玻璃體封接。例如:CN2419690公開了ー種鋰離子電池的盒蓋，電池盒蓋板和電極引芯用玻璃體固封；在電池盒蓋板上開有注液孔，注液孔用安全閥片焊封。電池盒、玻璃體和電極引芯的溫度系數(shù)應(yīng)相同或相近。能確保電池的密封和危險壓カ的釋放，從而提高鋰離子電池的效率和安全性能。但是，在鋰離子電池長期使用和儲存后，與鋰離子電池的電解液直接接觸的玻璃體下層會被腐蝕。例如:法國SAFT公司通過加速老化試驗方法對玻璃體進(jìn)行抗腐蝕測試，將密封組件與鋰離子電池本體組裝成鋰離子電池后，在150°C下放置7天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)玻璃體表面被腐蝕，密封組件的氣密性降低，小于1.0X10_7m3 Pa/s。產(chǎn)生這種現(xiàn)有的主要原因是:金屬鋰會還原玻璃中的ニ氧化硅，且會不斷地滲入到玻璃體中，不僅降低玻璃的絕緣性能，更會造成鋰電池的漏液。目前，國外解決此類問題主要通過開發(fā)不含ニ氧化硅的抗腐蝕性絕緣玻璃，而這種玻璃的封接溫度較高，對設(shè)備及エ藝條件的要求都非?？量獭Ｒ蚨?，陶瓷密封成為本領(lǐng)域技術(shù)人員重點研究的方向，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道，現(xiàn)有的電池大多采用鋁材和銅材作為電池的正、負(fù)極芯柱的材料。因為兩者具有低的電阻率，可以大幅度降低芯柱的實際電阻值；并采用鋁或鋁合金外殼以達(dá)到減重及提高散熱性能的目的。然而，鋁和銅的熔點偏低，分別為660°C和1083°C，一般玻璃體的封接溫度則在1000°C左右，因而，當(dāng) 采用玻璃體封接鋁芯柱時，由于需要在鋁的熔點以下進(jìn)行封接，無法滿足玻璃體的封接要求，難以實現(xiàn)對鋁芯柱的封接；而當(dāng)采用玻璃體封接銅芯柱時，也因接近銅的熔點，難以保證封接質(zhì)量；同時，玻璃封接エ藝還存在力學(xué)性能不足的特點，不適合動カ電池使用。因而，陶瓷密封成為本領(lǐng)域技術(shù)人員重點研究的方向，然而，目前陶瓷密封エ藝需要克服的技術(shù)問題是，陶瓷與鋁、銅的熱膨脹系數(shù)存在巨大差異，在產(chǎn)品制備以及后續(xù)使用過程(冷熱循環(huán))中，陶瓷與鋁、銅的連接處存在因熱失配導(dǎo)致密封失效的風(fēng)險。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中電池的密封組件采用陶瓷進(jìn)行封接，陶瓷與鋁、銅的熱膨脹系數(shù)存在差異，從而存在因熱失配導(dǎo)致密封失效的風(fēng)險的技術(shù)問題。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種電池的密封組件，包括:金屬環(huán)、陶瓷環(huán)和芯柱，所述金屬環(huán)套接于所述陶瓷環(huán)的外側(cè)，所述陶瓷環(huán)的中部設(shè)有通孔，所述芯柱形成于所述通孔內(nèi)，所述芯柱為金屬陶瓷復(fù)合體；所述金屬陶瓷復(fù)合體包括陶瓷多孔體和金屬材料，所述金屬材料填充于所述陶瓷多孔體的孔隙內(nèi)。在所述的電池的密封組件中，優(yōu)選地，所述芯柱的下端形成有安裝孔，所述安裝孔中安裝有用于連接電池的極芯的連接件。在所述的電池的密封組件中，優(yōu)選地，所述陶瓷多孔體為氧化鋁陶瓷多孔體、氧化鋯陶瓷多孔體、碳化鈦陶瓷多孔體、氮化鋁陶瓷多孔體、氮化硼陶瓷多孔體、氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷多孔體中的ー種。在所述的電池的密封組件中，優(yōu)選地，所述陶瓷環(huán)為氧化鋁陶瓷環(huán)、氧化鋯陶瓷環(huán)、碳化鈦陶瓷環(huán)、氮化鋁陶瓷環(huán)、氮化硼陶瓷環(huán)、氮化硅陶瓷環(huán)、氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷環(huán)中的ー種；所述金屬環(huán)為鋁環(huán)或者鋁合金環(huán)。 在所述的電池的密封組件中，優(yōu)選地，所述電池的密封組件為電池正極的密封組件，所述金屬材料為鋁或鋁合金。在所述的電池的密封組件中，優(yōu)選地，所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件，所述金屬材料為銅或銅合金。本發(fā)明還提供了上述電池的密封組件的制作方法，包括下述步驟:
步驟1、提供陶瓷環(huán)，所述陶瓷環(huán)的中部形成有通孔；
步驟2、將陶瓷粉體、粘結(jié)劑、表面活性劑進(jìn)行混料后，在陶瓷環(huán)的通孔中制作成生坯，然后經(jīng)排膠、預(yù)燒后制得陶瓷多孔體；
步驟3、將金屬材料在金屬材料的熔點以上的溫度下進(jìn)行處理，使熔融的金屬材料滲入所述陶瓷多孔體的孔隙中，冷卻后形成金屬陶瓷復(fù)合體；
步驟4、將金屬環(huán)焊接于陶瓷環(huán)的外側(cè)。在所述的制作方法，優(yōu)選地，在步驟2中，所制得的陶瓷多孔體的下方形成有安裝孔；所述制備方法還包括步驟5，在所述安裝孔中安裝用于連接電池的極芯的連接件。在所述的制作方法，優(yōu)選地，在步驟2中，所述混料在熱壓鑄機(jī)中進(jìn)行，混料溫度為80-150°C，混料均勻后在陶瓷環(huán)內(nèi)壓鑄成型生坯，所述壓鑄成型的壓カ為0.6-0.75Mpa。在所述的制作方法，優(yōu)選地，所述陶瓷粉體為氧化鋁陶瓷粉體、氧化鋯陶瓷粉體、碳化鈦陶瓷粉體、氮化鋁陶瓷粉體、氮化硼陶瓷粉體、氮化硅陶瓷粉體中的ー種或幾種；所述粘結(jié)劑為多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑、聚醋酸こ烯酷、環(huán)氧樹脂、聚こ烯、こ烯-醋酸こ烯共聚物中的ー種；所述表面活性劑為硬脂酸、油酸中的ー種；以100重量份的陶瓷粉體為基準(zhǔn)，所述粘結(jié)劑為7-11重量份，所述表面活性劑為0.7-1重量份。在所述的制作方法，優(yōu)選地，在步驟3中，所述熔滲采用無壓熔滲的方法，所述無壓熔滲的條件為在真空或惰性氣體的保護(hù)氣氛中，在金屬材料的熔點之上的溫度下進(jìn)行，并且在該溫度下，金屬材料的熔液與陶瓷多孔體的潤濕角小于90°。在所述的制作方法，優(yōu)選地，所述電池的密封組件為電池正極的密封組件，所述金屬材料為鋁或鋁合金；或者所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件，所述金屬材料為銅或銅合金。本發(fā)明進(jìn)一歩提供了ー種鋰離子電池，包括:至少一端開ロ的殼體、密封于所述殼體的開ロ端的密封組件，所述殼體與密封組件之間形成有密封空間，所述密封空間內(nèi)收容有極芯和電解液，所述密封組件采用如上所述的電池的密封組件。
在本發(fā)明的電池的密封組件中，所述芯柱為金屬陶瓷復(fù)合體，所述金屬陶瓷復(fù)合體包括陶瓷多孔體和填充于所述陶瓷多孔體的孔隙內(nèi)的金屬材料，所述陶瓷多孔體通過將陶瓷材料填入所述陶瓷環(huán)的通孔中，燒結(jié)后形成，因而能夠與陶瓷環(huán)之間形成良好的連接，然后再將金屬材料熔融后滲入所述陶瓷多孔體中，所述金屬材料與陶瓷多孔體形成良好的結(jié)合，整個密封組件的連接可靠，密封效果好，并且，所述金屬陶瓷復(fù)合體與所述陶瓷環(huán)的熱膨脹系數(shù)相匹配，具有較好的耐冷熱沖擊性能，能夠有效提高鋰離子電池的使用壽命。


圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的電池的示意圖。圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的電池的密封組件的示意圖。圖3是圖2所示的電池的密封組件的芯柱成型于陶瓷環(huán)中的示意圖。圖4是圖2所示的電池的密封組件的金屬環(huán)安裝于陶瓷環(huán)后的示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一歩詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用干限定本發(fā)明。下面參照附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行詳細(xì)說明。本文中，相同附圖標(biāo)記表示相同組成部分。并且，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的描述中，“上”、“下”等相對方位術(shù)語，表示密封組件中的各部件及其組成部分在圖1-2所示的密封組件的剖視圖中的相對位置，以便于對各部件及其組成部分進(jìn)行描述；但并不用于對這些部件及其組成部分在鋰離子電池中的實際安裝和位置關(guān)系進(jìn)行限定，其可能與實際安裝情況不相同，并不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的電池的密封組件用于電池的密封，更多地用于鋰離子電池的密封，尤其是大功率鋰離子電池，例如:鋰離子動カ電池、鋰離子儲能電池的密封。參閱圖1，本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道鋰離子電池主要包括:殼體11、放置于殼體11內(nèi)的極芯12、以及收容于殼體11內(nèi)的電解液13。其中，所述殼體11 一般為招殼或鋼殼，用于放置極芯12和容納電解液13，其至少一端設(shè)有開ロ，為了避免電解液的漏出，采用正、負(fù)極密封組件2、2'對殼體11的開ロ處進(jìn)行密封，并外接電源或用電設(shè)備。所述極芯12由正極片、隔膜、負(fù)極片依次疊置或卷繞形成，極芯12的結(jié)構(gòu)和制作方法可通過現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)，在此不做贅述。本發(fā)明的改進(jìn)之處主要在于密封組件，參閱圖2，本發(fā)明優(yōu)選實施例的電池的密封組件2，包括:陶瓷環(huán)23、金屬環(huán)24和芯柱22，所述金屬環(huán)24套接于所述陶瓷環(huán)23的外側(cè)，所述陶瓷環(huán)23的中部設(shè)有通孔，所述芯柱22形成于所述通孔內(nèi)，所述芯柱22為金屬陶瓷復(fù)合體。具體來說，所述金屬環(huán)24為鋁環(huán)或者鋁合金環(huán)，金屬環(huán)24與鋰離子電池的殼體11相焊接，以使密封組件密封殼體11的開ロ ；當(dāng)然，所述金屬環(huán)24還可以為與殼體11相同材質(zhì)的其它金屬板，例如:鋼板，金屬環(huán)24用于與鋰離子電池的殼體11相連接(一般通過焊接實現(xiàn)連接)，以實現(xiàn)本發(fā)明的整個密封組件與鋰離子電池主體的密封連接。所述金屬環(huán)24的中部形成安裝孔，安裝孔的孔徑等于陶瓷環(huán)23的外徑，用于安裝陶瓷環(huán)23。值得ー提的是，因為芯柱22用作電池的一扱，而金屬環(huán)24與殼體11相連接，因而需要保證芯柱22與金屬環(huán)24相絕緣，通過陶瓷環(huán)23的設(shè)置，將芯柱22與金屬環(huán)24相連接并保證它們之間的絕緣。所述陶瓷環(huán)23為氧化鋁陶瓷環(huán)、氧化鋯陶瓷環(huán)、碳化鈦陶瓷環(huán)、氮化鋁陶瓷環(huán)、氮化硼陶瓷環(huán)、氮化硅陶瓷環(huán)、氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷環(huán)中的ー種，優(yōu)選為氧化鋁陶瓷環(huán)、氧化鋯陶瓷環(huán)、或者氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷環(huán)，有利干與芯柱22形成良好地敷接，并且生成エ藝成熟、成本相對較低。陶瓷環(huán)23用于連接芯柱22與金屬環(huán)24，并保證芯柱22與金屬環(huán)24之間的絕緣；陶瓷環(huán)23的耐腐蝕性能非常好，不會被電解液腐蝕，能夠保證鋰離子電池的使用壽命；并且陶瓷環(huán)23的抗沖擊強(qiáng)度、抗熱震性能優(yōu)于玻璃體，使得密封組件的結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，密封效果更佳；在本發(fā)明中，所述陶瓷環(huán)23中部形成的通孔用于制作芯柱22。本發(fā)明的主要改進(jìn)之處在于，所述芯柱22為金屬陶瓷復(fù)合體，所述金屬陶瓷復(fù)合體22包括陶瓷多孔體和金屬材料，所述陶瓷多孔體與陶瓷環(huán)形成陶瓷復(fù)合體結(jié)構(gòu)，所述金屬材料填充于所述陶瓷多孔體的孔隙內(nèi)。所述陶瓷多孔體為氧化鋁陶瓷多孔體、氧化鋯陶瓷多孔體、碳化鈦陶瓷多孔體、氮化鋁陶瓷多孔體、氮化硼陶瓷多孔體、氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷多孔體中的ー種；并且所述陶瓷多孔體優(yōu)選與陶瓷環(huán)23的膨脹系數(shù)相近的陶瓷材料制作而成；優(yōu)選地，所述陶瓷多孔體為氧化鋁陶瓷多孔體、氧化鋯陶瓷多孔體、或者氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷多孔體中的ー種，能夠與金屬材料形成良好的潤濕，并且生成エ藝成熟、成本相對較低。當(dāng)所述電池的密封組件為電池正極的密封組件2時，所述金屬材料為鋁或鋁合金；當(dāng)所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件2'時，所述金屬材料為銅或銅合金。所述金屬陶瓷復(fù)合體22不僅具有良好的導(dǎo)電性能，能夠與鋰離子電池的極芯形成良好的電性連接，更重要的是，由于所述陶瓷多孔體與陶瓷環(huán)24可形成陶瓷復(fù)合體的一體結(jié)構(gòu)，再將所述金屬材料熔融后填充于所述陶瓷多孔體中(具體的制作方法詳見下述)。金屬材料能夠與陶瓷多孔體形成良好的潤濕，并且整個金屬陶瓷復(fù)合體22與陶瓷環(huán)23的熱膨脹系數(shù)相匹配，能夠形成良好的結(jié)合，連接可靠，密封效果好。如圖1所示，在本實施例中，所述芯柱22的下端還形成有安裝孔221，所述安裝孔221中安裝有用于連接電池的極芯的連接件21 ;當(dāng)所述電池的密封組件為電池正極的密封組件2，所述連接件為鋁或鋁合金連接件21 ;當(dāng)所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件2'時，所述連接件為銅或銅合金連接件21';通過所述連接件進(jìn)行連接，能夠避免芯柱22被電解液腐蝕。本發(fā)明提供了上述優(yōu)選實施例的電池的密封組件的制作方法，包括下述步驟: 步驟1、提供陶瓷環(huán)23，所述陶瓷環(huán)23的中部形成有通孔；在本步驟中，成型陶瓷環(huán)23
的方法可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法，例如:采用干壓成型的方法將陶瓷粉體壓制成陶瓷環(huán)23，所述陶瓷粉體可以選自氧化鋁、氧化鋯、碳化鈦、氮化鋁、氮化硼、氮化硅陶瓷粉體中的ー種或幾種，成型陶瓷環(huán)23后，在陶瓷環(huán)23的中部形成通孔。步驟2、將陶瓷粉體、粘結(jié)劑、表面活性劑進(jìn)行混料后，在陶瓷環(huán)23的通孔中制作成生坯，然后經(jīng)排膠、預(yù)燒后制得陶瓷多孔體。所述多孔陶瓷體的制作包括下述步驟:稱取配方量的原料，所述原料包含陶瓷粉體、粘結(jié)劑、表面活性剤，采用干壓、擠出、熱壓鑄、注射等成型方法制備生坯，經(jīng)排膠、預(yù)燒后制得陶瓷多孔體。其中，所述陶瓷粉體優(yōu)選與制作陶瓷環(huán)23相同的陶瓷粉體，即可以選自氧化鋁、氧化鋯、碳化鈦、氮化鋁、氮化硼、氮化硅陶瓷粉體中的ー種或幾種。優(yōu)選地，所述陶瓷粉體選自Al203、Zr02、TiC等陶瓷粉體中的ー種。所述陶瓷粉體的粒徑為1-150i!m;優(yōu)選地，所述陶瓷粉體選擇粒徑不同的陶瓷粉體，例如，選擇粒徑范圍在12-18Mffl和粒徑范圍在2-5Mm的陶瓷粉體，這兩種粒徑范圍的陶瓷粉體的重量比為3-2:1，選擇不同粒徑范圍的陶瓷粉體，使其在陶瓷材料中分散更均勻。所述粘結(jié)劑和表面活性劑可采用本領(lǐng)域常用的粘結(jié)劑和表面活性剤，其作用和種類已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。所述粘結(jié)劑優(yōu)選為多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑(PW)、聚醋酸こ烯酯(PVA)、環(huán)氧樹脂(EP)、聚こ烯(PE)、こ烯-醋酸こ烯共聚物(EVA)等中的ー種，具有較低的熔點(例如:PW的熔點僅為50-60°C)，并且在排膠階段易于除去；所述表面活性劑優(yōu)選為硬脂酸(SA)、油酸中的ー種，表面活性劑的作用在于改善陶瓷粉體與粘結(jié)劑的相容性。在本發(fā)明中，以100重量份的陶瓷粉體為基準(zhǔn)，所述粘結(jié)劑的含量為7-11重量份，所述表面活性劑的含量為0.7-1重量份。所述干壓、擠出、熱壓鑄、注射等成型方法所采用的設(shè)備和制作步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，實際成型時，可根據(jù)所選用的陶瓷粉體、粘結(jié)劑、表面活性劑的種類和含量的不同，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)其制備條件和參數(shù)。在本發(fā)明中，優(yōu)選地，采用熱壓鑄的方法成型生坯，將上述陶瓷粉體、粘結(jié)劑、表面活性劑在熱壓鑄機(jī)中進(jìn)行混料，混料溫度為80-150°C ;然后在0.6-0.75Mpa的壓カ下注入陶瓷環(huán)23內(nèi)并壓鑄成型生坯。所述排膠エ藝也為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，其作用在于除去生坯中的粘結(jié)劑，可根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果采用氧化鋁陶瓷粉體、氧化鋯陶瓷粉體等陶瓷粉體制作陶瓷漿料，則在空氣(電阻爐)中排膠；若采用碳化鈦陶瓷粉體制作的陶瓷漿料，則需在還原爐內(nèi)進(jìn)行排膠，以避免碳化鈦粉體氧化。在本發(fā)明中，優(yōu)選以緩慢升溫和分段升溫的方式進(jìn)行排膠，例如:以5°C /min-10。。/min的速度升溫至50°C _60°C，然后以0.2-0.5°C /min的速度升溫至150°C ±20°C，在150°C ±20°C下保溫l_3h，再以0.2-0.5°C /min的速度升溫至3000C ±30°C，在 300°C ±20°C下保溫 l_3h。所述預(yù)燒エ藝也為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，可根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，例如=Al2O3陶瓷多孔體的預(yù)燒溫度在1000-1200°C，在預(yù)燒階段控制預(yù)燒溫度，能夠使坯體獲得一定的強(qiáng)度，并能夠使Al2O3陶瓷多孔體的孔隙為開孔；優(yōu)選地，在排膠完成后以10°C /min±5°C /min的速度升溫至1000-1200°C進(jìn)行預(yù)燒處理，預(yù)燒時間為l_3h，預(yù)燒完成后得到具有一定孔隙度和強(qiáng)度的陶瓷多孔體。在排膠和預(yù)燒結(jié)的過程中，通過控制溫度，可以使得粘結(jié)劑被脫除后所留下的孔隙全部為開孔，這樣可以保證金屬熔液在毛細(xì)管カ的作用下充分填充到陶瓷多孔體的孔隙中，使得后續(xù)制備得到陶瓷金屬復(fù)合體的致密度較高。根據(jù)對陶瓷 金屬復(fù)合體的性能的要求，所制得的陶瓷多孔體的孔隙度為23-35%，且上述孔隙為開孔，露出陶瓷多孔體的表面，用于填充金屬材料。所述陶瓷多孔體的孔隙度可利用現(xiàn)有的排水法進(jìn)行測試，然后根據(jù)陶瓷多孔體的體積計算所需的金屬材料的量，陶瓷多孔體的體積越大，則膨脹系數(shù)越低，與所述陶瓷環(huán)23的膨脹系數(shù)越匹配；而金屬材料的填充體積越大，則制得的陶瓷金屬復(fù)合體的強(qiáng)度高、韌性好，與極芯的導(dǎo)電性能更佳。根據(jù)實際需要，所述金屬材料的填充體積可占陶瓷多孔體總體積的23-35%。步驟3、將金屬材料在金屬材料的熔點以上的溫度下進(jìn)行處理，使熔融的金屬材料滲入所述陶瓷多孔體的孔隙中，冷卻后形成金屬陶瓷復(fù)合體22 ；
在本步驟中，所述熔滲可以為壓力熔滲也可以為無壓熔滲，所述壓カ熔滲已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此不做贅述。本發(fā)明優(yōu)選無壓熔滲的方法，所述無壓熔滲的條件為在真空或惰性氣體的保護(hù)氣氛中，在金屬材料的熔點之上進(jìn)行，以使金屬材料熔融形成金屬熔液，并且還需保證在該溫度下，金屬熔液與陶瓷的潤濕角小于90°，此時，金屬熔液能夠通過孔隙的毛細(xì)管作用滲透到陶瓷多孔體的孔隙中，熔滲完成后即得陶瓷金屬復(fù)合體。在本步驟中，在金屬材料的熔點以上的溫度下對金屬材料進(jìn)行加熱，熔融的金屬材料由于毛細(xì)血管作用會滲入陶瓷多孔體中，即當(dāng)熔融的金屬材料與有孔隙的陶瓷多孔體接觸時，如果兩者產(chǎn)生浸潤，則熔融的金屬材料會沿著孔隙滲入到陶瓷多孔體中。需要說明的是，熔融的金屬材料可以完全地滲入所述陶瓷多孔體中形成金屬陶瓷復(fù)合體22 ;熔融的金屬材料也可以部分滲入所述陶瓷多孔體中，部分未滲入所述陶瓷多孔體，形成金屬陶瓷復(fù)合體22以及設(shè)于所述金屬陶瓷復(fù)合體22上端和/或下端的金屬體。在本步驟中，則通過將金屬材料熔融后得到熔融的金屬材料，然后滲入所述陶瓷多孔體中，冷卻后形成金屬陶瓷復(fù)合體22，使得金屬材料與陶瓷多孔體形成良好的結(jié)合。在本發(fā)明中，當(dāng)所述電池的密封組件為電池正極的密封組件2，所述金屬材料為鋁或鋁合金，在鋁或鋁合金的熔點以上保溫l_3h ;優(yōu)選所述金屬材料為純鋁、鋁鎂合金、鋁錳合金，因為這些金屬材料在熔融態(tài)時能夠有效地實現(xiàn)熔體向陶瓷多孔體內(nèi)無壓滲入，這些金屬材料的無壓熔滲處理的溫度為在800°C -1050°C，時間為l_3h ;當(dāng)所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件2'，所述金屬材料為銅或銅合金，優(yōu)選為純銅、銅鈦合金、銅鋯合金、銅鈦鋯合金，這些金屬材料的無壓熔滲處理的溫度為1250°C -1400°C，時間為l_3h。通過加熱使得金屬材料熔融，熔融的金屬材料在毛細(xì)管作用下滲透到陶瓷多孔體內(nèi)部，形成金屬陶瓷復(fù)合體22，并通過液相潤濕陶瓷環(huán)23的內(nèi)壁，冷卻后在金屬陶瓷復(fù)合體22和陶瓷環(huán)23之間形成牢固的界面貼合，使陶瓷環(huán)23、陶瓷多孔體以及金屬材料之間形成緊密地封接。步驟4、將金屬環(huán)24焊接于陶瓷環(huán)23的外側(cè)；在本步驟中，所述金屬環(huán)24與陶瓷環(huán)23采用釬焊エ藝或者熔鑄エ藝相焊接，所述釬焊エ藝需要在金屬母材熔點以下使用助焊劑實現(xiàn)焊接，熔鑄エ藝則只需通過熔化金屬母材后即可實現(xiàn)金屬與陶瓷的連接，熔鑄エ藝的步驟和參數(shù)也已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知。在優(yōu)選情況下，采用釬焊エ藝，釬焊エ藝所采用的焊料可為Al-Si合金、Al-Mg合金、Al-S1-Mg合金等用于焊接陶瓷和鋁的焊料，在優(yōu)選情況下，釬焊エ藝所采用的焊料為Al-Si合金，其中，Si的含量為0-12wt%，余量為Al，使得焊接效果更佳；釬焊エ藝的升溫速率5-15°C /min，釬焊エ藝的焊接溫度為570_660°C，焊接時間為5-30min，氣氛為真空或惰性氣體氣氛。在釬焊后，在所述金屬環(huán)24與陶瓷環(huán)23之間形成助焊劑層，金屬環(huán)24與陶瓷環(huán)23通過所述助焊劑層相連接。本發(fā)明的優(yōu)選實施例還包括在步驟2中，在陶瓷多孔體的下方制作安裝孔221 ;例如:在采用熱壓鑄的方法成型生坯時，通過壓鑄模具制作安裝孔。相應(yīng)地，本發(fā)明的優(yōu)選實施例還包括步驟5，在所述安裝孔221中安裝連接件21，用于連接電池的極芯，例如:當(dāng)所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件2，可以采用銅螺釘；當(dāng)所述電池的密封組件為電池正極的密封組件2'，可以采用鋁螺釘；通過上述連接件21所述連接件連接極芯，便干與極芯進(jìn)行焊接，并且能夠有效地避免電解液腐蝕芯柱22，結(jié)構(gòu)更可靠，使用壽命更長。由上可知，在本發(fā)明的電池的密封組件中，金屬環(huán)與芯柱之間通過設(shè)置陶瓷環(huán)進(jìn)行連接，使得殼體與芯柱之間保持絕緣并形成密封封接；其中，芯柱作為電池的電極用干與電池的極芯電連接，所述芯柱為金屬陶瓷復(fù)合體，所述金屬陶瓷復(fù)合體包括陶瓷多孔體和填充于所述陶瓷多孔體的孔隙內(nèi)的金屬材料，所述陶瓷多孔體通過將陶瓷材料填入所述陶瓷環(huán)的通孔中，燒結(jié)后形成，因而能夠與陶瓷環(huán)之間形成良好的連接，然后再將金屬材料熔融后滲入所述陶瓷多孔體中，所述金屬材料與陶瓷多孔體形成良好的結(jié)合，整個密封組件的連接可靠，密封效果好，并且，所述金屬陶瓷復(fù)合體與所述陶瓷環(huán)的熱膨脹系數(shù)相匹配，具有較好的耐冷熱沖擊性能，能夠有效提高鋰離子電池的使用壽命。如圖1所示，本發(fā)明優(yōu)選實施例的鋰離子電池，包括正極密封組件2和負(fù)極密封組件2',殼體11的一端設(shè)有兩個開ロ，將極芯12放置于殼體11內(nèi)，并向殼體11內(nèi)注液(或者后續(xù)通過金屬環(huán)24上的注液孔進(jìn)行注液，已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知)，然后將所述正極密封組件2和負(fù)極密封組件2，分別安裝于殼體11的開ロ處，在這個過程中，將所述正極密封組件2和負(fù)極密封組件2'的金屬環(huán)24與殼體11相焊接，并將正極密封組件2、負(fù)極密封組件2的芯柱22、22'分別通過連接件21、21'與極芯12的正、負(fù)極片相連接，安裝后，密封組件與殼體之間形成密封空間，在該密封空間內(nèi)收容有極芯12和電解液13，所述正極密封組件2和負(fù)極密封組件2'的芯柱22、22'的上端分別作為鋰離子電池的兩極，可外接用電設(shè)備。以下將結(jié)合具體實施例1-4對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一歩詳細(xì)說明。實施例1
本實施例1結(jié)合圖2及圖3用于說明本發(fā)明的電池正極的密封組件的制作，包括下述步驟:
步驟1、提供Al2O3陶瓷環(huán)21，所述Al2O3陶瓷環(huán)21的中部形成有通孔；
步驟2、成型陶瓷多孔體:稱取IOOg Al2O3粉體(粒徑為20 iim)、Ig SA、lOgPW，在熱壓鑄機(jī)中進(jìn)行混料，混料溫度為100°C，混料均勻之后在0.7MPa的壓カ下在陶瓷環(huán)內(nèi)壓鑄成型生坯，所述生坯的下端形成有安裝孔221 ;然后將陶瓷環(huán)與生坯的組合體在電阻爐內(nèi)進(jìn)行排膠、預(yù)燒處理，其中，排膠步驟:以5°C /min的速度升溫至50°C，然后以0.3 °C /min的速度升溫至150°C，在150°C下保溫2h，再以0.3°C /min的速度升溫至300°C，在300°C下保溫2h ;預(yù)燒:排膠完成后以10°C /min的速度升溫至950°C預(yù)燒處理，預(yù)燒時間為2h，經(jīng)排膠、預(yù)燒后得到Al2O3陶瓷多孔體；
步驟3、制作金屬陶瓷復(fù)合體22:在N2保護(hù)氣氛中，以10°C /min的速度升至1000°C對Al2O3陶瓷多孔體進(jìn)行無壓熔滲鋁鎂合金，使熔融的鋁鎂合金滲入所述Al2O3陶瓷多孔體的孔隙中，熔滲完成即得到如圖3所示的Al2O3陶瓷環(huán)23與金屬陶瓷復(fù)合體芯柱22的組合體，所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱22的下端形成有安裝孔221 ；
步驟4、安裝金屬環(huán)24:使用Al-Si合金為助焊劑，在真空氣氛下，在620°C下將金屬環(huán)24焊接于陶瓷環(huán)23的外側(cè)，保溫8min，然后快速冷卻得到如圖4所示的組合體；
步驟5、安裝鋁連接件，在所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的安裝孔中安裝鋁螺釘后，得到如圖2所述的電池正極的密封組件Al。
實施例2
本實施例2用于說明本發(fā)明的電池正極的密封組件的制作，包括下述步驟:
步驟1、提供ZrO2陶瓷環(huán)，所述ZrO2陶瓷環(huán)的中部形成有通孔；
步驟2、成型陶瓷多孔體:稱取IOOg ZrO2粉體(其中，50wt%的ZrO2粒徑為15iim，另外50wt%的ZrO2粒徑為5 u m)、0.8g油酸、8g聚こ烯，在熱壓鑄機(jī)中進(jìn)行混料，混料溫度為120°C，混料均勻之后在0.75MPa的壓カ下在陶瓷環(huán)內(nèi)壓鑄成型生坯，生坯的下端形成有安裝孔；然后將陶瓷環(huán)與生坯的組合體在電阻爐內(nèi)進(jìn)行排膠、預(yù)燒處理，其中，排膠步驟:以80C /min的速度升溫至55°C，然后以0.2V /min的速度升溫至160°C，在160°C下保溫2h，再以0.3°C /min的速度升溫至300°C，在300°C下保溫2h ;預(yù)燒:排膠完成后以10°C /min的速度升溫至950°C預(yù)燒處理，預(yù)燒時間為2h，經(jīng)排膠、預(yù)燒后得到ZrO2陶瓷多孔體；
步驟3、制作金屬陶瓷復(fù)合體:在N2保護(hù)氣氛中，以10°C/min的速度升至1200°C對ZrO2陶瓷多孔體進(jìn)行無壓熔滲純鋁，使熔融的純鋁滲入所述ZrO2陶瓷多孔體的孔隙中，熔滲完成即得到ZrO2陶瓷環(huán)與金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的組合體，所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的下端形成有安裝孔；
步驟4、安裝金屬環(huán):使用Al-Si合金為助焊劑，在真空氣氛下，在650°C下將金屬環(huán)焊接于陶瓷環(huán)的外側(cè)，保溫lOmin，然后快速冷卻得到組合體；
步驟5、安裝鋁連接件，在所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的安裝孔中安裝鋁螺釘后，得到電池正極的密封組件A2。實施例3
本實施例3用于說明本發(fā)明的電池負(fù)極的密封組件的制作，包括下述步驟:
步驟1、提供TiC陶瓷環(huán)，所述TiC陶瓷環(huán)的中部形成有通孔；
步驟2、成型陶瓷多孔體:稱取IOOg TiC (粒徑為20iim)、lgSA、8gPW，在熱壓鑄機(jī)中進(jìn)行混料，混料溫度為100°C，混料均勻之后在0.7MPa的壓カ下在陶瓷環(huán)內(nèi)壓鑄成型生坯，所述生坯的下端形成有安裝孔；然后將陶瓷環(huán)與生坯的組合體在氫氣還原爐內(nèi)進(jìn)行排膠、預(yù)燒處理，其中，排膠步驟:以5°C /min的速度升溫至50°C，然后以0.5°C /min的速度升溫至150°C，在150°C下保溫3h，再以0.4°C /min的速度升溫至400°C，在400°C下保溫2h ;預(yù)燒:排膠完成后以10°C /min的速度升溫至1350°C預(yù)燒處理，預(yù)燒時間為2h，經(jīng)排膠、預(yù)燒后得到TiC陶瓷多孔體；
步驟3、制作金屬陶瓷復(fù)合體:在真空爐內(nèi)(真空度為10_3Pa)以10°C /min的速度升至1350°C對TiC陶瓷多孔體進(jìn)行無壓熔滲銅鈦合金，使熔融的銅鈦合金滲入所述TiC陶瓷多孔體的孔隙中，熔滲完成即得到TiC陶瓷環(huán)與金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的組合體，所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的下端形成有安裝孔；
步驟4、安裝金屬環(huán):使用Al-Si合金為助焊劑，在真空氣氛下，在620°C下將金屬環(huán)焊接于陶瓷環(huán)的外側(cè)，保溫8min，然后快速冷卻得到組合體；
步驟5、安裝銅連接件，在所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的安裝孔中安裝銅螺釘后，得到電池負(fù)極的密封組件A3。實施例4
本實施例4用于說明本發(fā)明的電池負(fù)極的密封組件的制作，包括下述步驟:
步驟1、提供Al2O3陶瓷環(huán)，所述Al2O3陶瓷環(huán)的中部形成有通孔；步驟2、成型陶瓷多孔體:稱取IOOg TiC(其中，60wt%的TiC粒徑為18 u m,另外40wt%的ZrO2粒徑為2 ii m)、0.5gSA、lOgPW,在熱壓鑄機(jī)中進(jìn)行混料，混料溫度為140°C，混料均勻之后在0.65MPa的壓カ下在陶瓷環(huán)內(nèi)壓鑄成型生坯，所述生坯的下端形成有安裝孔；然后將陶瓷環(huán)與生坯的組合體在氫氣還原爐內(nèi)進(jìn)行排膠、預(yù)燒處理，其中，排膠步驟:以10°C /min的速度升溫至50°C，然后以0.3°C /min的速度升溫至160°C，在160°C下保溫2h，再以
0.30C /min的速度升溫至320°C，在320°C下保溫2h ;預(yù)燒:排膠完成后以10°C /min的速度升溫至1350°C預(yù)燒處理，預(yù)燒時間為2h，經(jīng)排膠、預(yù)燒后得到TiC陶瓷多孔體；
步驟3、制作金屬陶瓷復(fù)合體:在真空爐內(nèi)(真空度為10_3Pa)，以10°C /min的速度升至1350°C對TiC陶瓷多孔體進(jìn)行無壓熔滲純銅，使熔融的純銅滲入所述TiC陶瓷多孔體的孔隙中，熔滲完成即得到Al2O3陶瓷環(huán)與金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的組合體，所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的下端形成有安裝孔；
步驟4、安裝金屬環(huán):使用Al-Si合金為助焊劑，在真空氣氛下，在620°C下將金屬環(huán)焊接于陶瓷環(huán)的外側(cè)，保溫8min，然后快速冷卻得到組合體；
步驟5、安裝銅連接件，在所述金屬陶瓷復(fù)合體芯柱的安裝孔中安裝銅螺釘后，得到電池負(fù)極的密封組件A4。對比例I
對比例I用于說明現(xiàn)有的一種的電池的密封組件的制作；
采用CN201397827公開的玻璃體封接的方法，通過玻璃體對上蓋和鋁芯柱進(jìn)行封接，得到電池正極的密封組件Dl ;并通過玻璃體對上蓋和金屬銅制作的芯柱進(jìn)行封接，得到電池負(fù)極的密封組件D2。對比例2
對比例2用于說明現(xiàn)有的另ー種的電池的密封組件的制作；
采用陶瓷封接的方法，在真空條件下，分別將金屬環(huán)、陶瓷環(huán)與金屬鋁、銅制作的芯柱焊接在一起，得到電池正極的密封組件D3和電池負(fù)極的密封組件D4。性能測試
1、氣密性測試
將實施例1-4制得的密封組件A1-4與對比例1、2制得的密封組件D1、D2、D3、D4置于密封夾腔中，將待測試的密封組件的連接部位裸露出密封夾腔，腔體中充0.6MPa壓力，保壓3min，同時在連接部位滴水，如果冒泡，視為漏氣，若沒有冒泡現(xiàn)象，則視為氣密性滿足要求，測試結(jié)果如表I所示。表 I 外觀
Al密封組件Al的連接部位無冒泡現(xiàn)象。
A2密封組件A2的連接部位無冒泡現(xiàn)象。
A3密封組件A3的連接部位無冒泡現(xiàn)象。
A4密封組件A4的連接部位無冒泡現(xiàn)象。
Dl密封組件Dl的連接部位出現(xiàn)氣泡，未能通過氣密性測試。
D2密封組件Dl的連接部位出現(xiàn)氣泡，未能通過氣密性測試。
D3密封組件D3的連接部位無冒泡現(xiàn)象。
D4f~密封組件D4的連接部位無冒泡現(xiàn)象。_2、冷熱沖擊試驗
將實施例1-4制得的密封組件A1-A4與對比例2制得的密封組件D3、D4，在0°C以下的冷水中放置3min，立即轉(zhuǎn)移至100°C以上的沸水中保溫3min，重復(fù)這ー過程，測試密封組件在完成多少次循環(huán)后，仍能通過氣密性測試，測試結(jié)果如表2所示。表 權(quán)利要求
1.一種電池的密封組件，其特征在于，包括:金屬環(huán)、陶瓷環(huán)和芯柱，所述金屬環(huán)套接于所述陶瓷環(huán)的外側(cè)，所述陶瓷環(huán)的中部設(shè)有通孔，所述芯柱形成于所述通孔內(nèi)，所述芯柱為金屬陶瓷復(fù)合體；所述金屬陶瓷復(fù)合體包括陶瓷多孔體和金屬材料，所述金屬材料填充于所述陶瓷多孔體的孔隙內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池的密封組件，其特征在于，所述芯柱的下端形成有安裝孔，所述安裝孔中安裝有用于連接電池的極芯的連接件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池的密封組件，其特征在于，所述陶瓷多孔體為氧化鋁陶瓷多孔體、氧化鋯陶瓷多孔體、碳化鈦陶瓷多孔體、氮化鋁陶瓷多孔體、氮化硼陶瓷多孔體、氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷多孔體中的ー種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池的密封組件，其特征在于，所述陶瓷環(huán)為氧化鋁陶瓷環(huán)、氧化鋯陶瓷環(huán)、碳化鈦陶瓷環(huán)、氮化鋁陶瓷環(huán)、氮化硼陶瓷環(huán)、氮化硅陶瓷環(huán)、氧化鋁和氧化鋯的復(fù)合陶瓷環(huán)中的ー種；所述金屬環(huán)為鋁環(huán)或者鋁合金環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的電池的密封組件,其特征在于,所述電池的密封組件為電池正極的密封組件，所述金屬材料為鋁或鋁合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項所述的電池的密封組件,其特征在于,所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件，所述金屬材料為銅或銅合金。
7.一種如權(quán)利要求1-6任意一項所述的電池的密封組件的制作方法，包括下述步驟: 步驟1、提供陶瓷環(huán)，所述陶瓷環(huán)的中部形成有通孔； 步驟2、將陶瓷粉體、粘結(jié)劑、`表面活性劑進(jìn)行混料后，在陶瓷環(huán)的通孔中制作成生坯，然后經(jīng)排膠、預(yù)燒后制得陶瓷多孔體； 步驟3、將金屬材料在金屬材料的熔點以上的溫度下進(jìn)行處理，使熔融的金屬材料滲入所述陶瓷多孔體的孔隙中，冷卻后形成金屬陶瓷復(fù)合體； 步驟4、將金屬環(huán)焊接于陶瓷環(huán)的外側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步驟2中，所制得的陶瓷多孔體的下方形成有安裝孔；所述制備方法還包括步驟5，在所述安裝孔中安裝用于連接電池的極芯的連接件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步驟2中，所述混料在熱壓鑄機(jī)中進(jìn)行，混料溫度為80-150°C，混料均勻后在陶瓷環(huán)內(nèi)壓鑄成型生坯，所述壓鑄成型的壓カ為0.6-0.75Mpa。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述陶瓷粉體為氧化鋁陶瓷粉體、氧化鋯陶瓷粉體、碳化鈦陶瓷粉體、氮化鋁陶瓷粉體、氮化硼陶瓷粉體、氮化硅陶瓷粉體中的ー種或幾種；所述粘結(jié)劑為多聚合物組元石蠟基粘結(jié)劑、聚醋酸こ烯酷、環(huán)氧樹脂、聚こ烯、こ烯-醋酸こ烯共聚物中的ー種；所述表面活性劑為硬脂酸、油酸中的ー種；以100重量份的陶瓷粉體為基準(zhǔn)，所述粘結(jié)劑為7-11重量份，所述表面活性劑為0.7-1重量份。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，在步驟3中，所述熔滲采用無壓熔滲的方法，所述無壓熔滲的條件為在真空或惰性氣體的保護(hù)氣氛中，在金屬材料的熔點之上的溫度下進(jìn)行，并且在該溫度下，金屬材料的熔液與陶瓷多孔體的潤濕角小于90°。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述電池的密封組件為電池正極的密封組件，所述金屬材料為鋁或鋁合金；或者所述電池的密封組件為電池負(fù)極的密封組件，所述金屬材料為銅或銅合金。
13.ー種鋰離子電池，包括:至少一端開ロ的殼體、密封于所述殼體的開ロ端的密封組件，所述殼體與密封組件之間形成密封空間，所述密封空間內(nèi)收容有極芯和電解液，其特征在于，所述密封組件采用 如權(quán)利要求1-6任意一項所述的電池的密封組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池的密封組件，包括金屬環(huán)、陶瓷環(huán)和芯柱，所述金屬環(huán)套接于所述陶瓷環(huán)的外側(cè)，所述陶瓷環(huán)的中部設(shè)有通孔，所述芯柱形成于所述通孔內(nèi)，所述芯柱為金屬陶瓷復(fù)合體；所述金屬陶瓷復(fù)合體包括陶瓷多孔體和金屬材料，所述金屬材料填充于所述陶瓷多孔體的孔隙內(nèi)。本發(fā)明還涉及上述的電池的密封組件的制作方法，以及采用這種密封組件的鋰離子電池。在本發(fā)明的電池的密封組件采用金屬陶瓷復(fù)合體作為芯柱，所述金屬陶瓷復(fù)合體與所述陶瓷環(huán)的熱膨脹系數(shù)相匹配，具有較好的耐冷熱沖擊性能，能夠有效提高鋰離子電池的使用壽命。
文檔編號H01M10/0525GK103137916SQ20111037946
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月25日
發(fā)明者宮清, 林信平, 徐述榮, 林勇釗, 張旭 申請人:比亞迪股份有限公司