CN101176908B - 一种铆接方法及锂离子电池电极极柱和盖板的联接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铆接方法，该方法包括将铆钉置于包括通孔的待铆接件的通孔中，使用冲头对铆钉进行冲压，其中使用冲头对铆钉进行冲压的次数至少为一次，且至少第一次冲压使用的冲头为尖头冲头。本发明还提供了一种锂离子电池盖板与电极极柱的联接方法，其中所述联接的方法为本发明提供的铆接方法。按照本发明的铆接方法，可以很容易地确保冲头沿铆钉中心轴的方向垂直作用于铆钉的端面上，从而避免了铆钉出现弯曲或倾斜不合理形变的可能性，因而按照本发明提供的铆接方法进行锂离子电池电极极柱与盖板的联接，也不会出现铆钉弯曲或倾斜的缺陷，极大地提高了电极极柱与盖板联接的可靠性。

Description

一种铆接方法及锂离子电池电极极柱和盖板的联接方法

技术领域

本发明涉及一种铆接方法，还涉及一种锂离子电池中电极极柱和盖板的联接方法。

背景技术

所谓铆接就是利用铆钉将被铆接件联接在一起的不可拆联接，在建筑结构以及机械制造领域中已有长久历史的应用。

近来，由于焊接以及高强度螺栓联接的广泛应用，仅在个别其他联接方式受到限制的场合还采用铆接。铆接时，先将铆钉插入被铆接件的铆接孔中，利用压力机的冲头对铆钉进行冲压或轧制使铆钉形变，从而完成铆接。

在铆接中，若压力机的冲头为平头，该平头冲头与铆钉接触时，经常由于铆钉几何尺寸的误差而使冲压作用力方向不正确，导致铆钉的弯曲或倾斜而使铆接失效，其主要原因是作用于铆钉的冲压作用力方向不与铆钉的中轴线平行。

此外，对于锂离子电池来说，锂离子电池的寿命和安全可靠性直接取决于锂离子电池内电解物质与外界的隔绝，换句话说，需要确保锂离子电池外壳完好密封。如果不能可靠地实现电池外壳的密封，则电池外壳内部的电解物质会直接与外界接触，从而容易发生剧烈的化学反应，使锂离子电池失效，甚至发生爆炸。

锂离子电池具有电极极柱，该电极极柱一方面连接电池外壳内部的电极极片，另一方面伸出于封装电池外壳的盖板之外，从而成为锂离子电池的电极。由于电极极柱贯穿电池壳体的内外，因而在保证电极极柱与电池外壳相互绝缘的前提下，还要保证在电极极柱所在的位置电池外壳密封完好。

电极极柱可以为多种形式，例如，可以是螺栓、铆钉或销。

电极极柱为螺栓时，需要在盖板上加工螺纹孔，虽然盖板与作为电极极柱的螺栓之间具有较好的密封性，但装配过程较为繁琐，不利于生产率的提高，因而一般用于小批量的锂离子电池生产。

电极极柱为销时，将销插入盖板上对应的孔即可，该操作简便快捷，但难以保证销与盖板密封的可靠性。

电极极柱为铆钉时，在盖板上加工铆接所需的孔，然后通过该孔装入铆钉然后铆接盖板即可，操作简便，生产率高，同时铆钉在铆接时的变形能起到密封作用，因而适用于大批量的锂离子电池生产。在实际的锂离子电池生产中，也广泛采用铆钉作为电极极柱，并通过铆接技术将铆钉与盖板固定连接。

在传统的盖板与铆钉的铆接中，采用的是用平头冲头冲压铆钉一次，而实现作为电极极柱的铆钉与盖板的固定连接。然而，在该铆接技术中，由于铆钉长度较大，当平头冲头作用于铆钉头部表面时，由于冲头与铆钉为面与面的接触，难以保证作用力分布均匀，以使作用力的方向与铆钉中心轴相平行，从而有效地控制铆钉的形变，很容易造成铆钉产生弯曲(如图2所示)或倾斜(如图3所示)的不合理形变，由于铆钉的不合理形变，不能保证铆钉与盖板之间完好密封，从而导致铆钉与盖板密封的可靠性较差，不能满足铆钉和盖板之间联接和密封的要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的铆接技术中，铆钉容易产生弯曲或倾斜的不合理形变的缺陷，而提供一种能有效避免铆钉弯曲或倾斜的不合理形变缺陷的铆接方法；本发明的另一目的是为了克服锂离子电池生产中，由于铆钉弯曲或倾斜的不合理形变而导致电极极柱与盖板联接不可靠的缺陷，而提供一种通过有效克服铆钉弯曲或倾斜的不合理形变从而极大提高电极极柱与盖板联接可靠性的联接方法。

本发明提供了一种铆接方法，该方法包括将铆钉置于包括通孔的待铆接件的通孔中，使用冲头对铆钉进行冲压，其中，使用冲头对铆钉进行冲压的次数至少为一次，且至少第一次冲压使用的冲头为尖头冲头。

本发明还提供了一种锂离子电池电极极柱与盖板的联接方法，所述电极极柱为铆钉，所述盖板包括通孔，该方法包括在该通孔的内壁放置密封绝缘垫，将所述电极极柱插入内壁放置有密封绝缘垫的通孔中，然后铆接，其中，所述铆接的方法为本发明提供的铆接方法。

按照本发明提供的铆接方法，由于使用冲头对铆钉进行冲压时，第一次冲压使用的冲头为尖头冲头，这样，冲头与铆钉之间的接触为点对面的接触，可以很容易地确保冲头沿铆钉中心轴的方向而垂直作用于铆钉的端面上，从而避免了铆钉出现弯曲或倾斜不合理形变的可能性。

由于在该铆接方法中克服了铆钉容易出现弯曲或倾斜的不合理形变，因而按照本发明提供的铆接方法进行锂离子电池中电极极柱与盖板的联接，不会出现铆钉弯曲或倾斜的缺陷，极大地提高了电极极柱与盖板联接的可靠性。

附图说明

图1为锂离子电池盖板与铆钉在铆接之前的示意图；

图2为采用现有的铆接方法进行铆接后铆钉出现弯曲的示意图；

图3为采用现有的铆接方法进行铆接后铆钉出现倾斜的示意图；

图4为采用本发明提供的铆接方法第一次冲压后铆钉的示意图；

图5为采用本发明提供的铆接方法最后一次冲压后铆钉的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种铆接方法，该方法包括将铆钉置于包括通孔的待铆接件的通孔中，使用冲头对铆钉进行冲压，其中，使用冲头对铆钉进行冲压的次数至少为一次，且至少第一次冲压使用的冲头为尖头冲头。

待铆接件的通孔的位置为本领域技术人员公知，一般来说，所述通孔的位置应位于欲铆接的位置，待铆接件可以在铆接前就已经具有通孔，或者在铆接前加工有通孔，以进行铆接，加工通孔的方法可以采用任何现有的方法，如使用摇臂钻床、数控加工中心、通用机床上进行钻孔加工。

优选地，所述使用冲头对铆钉进行冲压的方法还包括至少一次使用平头冲头对铆钉进行冲压，使用平头冲头对铆钉进行冲压在使用尖头冲头对铆钉进行冲压之后。

所述尖头冲头的形状可以为圆锥形或棱锥形，如三棱锥、四棱锥。尖头冲头的尺寸和材料可以根据铆钉的尺寸、材料以及冲压时的冲击力的大小进行选择，尖头冲头的尺寸应满足尖头冲头在铆接过程中不会变形。铆钉越大，冲压时所需的冲击力越大，尖头冲头也应该越大，以耐受较大的冲击力，反之亦然。

所述尖头冲头材料选用现有冲头的常用材料，如工具钢，优选为：W18Cr4V或Cr12MoV。冲头材料的硬度大于铆钉材料的硬度，以便能顺利地进行铆接中的冲压操作。

所述铆钉可以是圆柱形，也可以是方形，优选为对应所述通孔的圆柱形。对铆钉材料的要求为：较好的导电性、足够的抗腐蚀性和强度，同时具有延展性，因而可以根据不同的工作场合选择：铜、铝、不锈钢以及铝合金中的一种或多种。

由于使用冲头对铆钉进行冲压时，第一次冲压使用的冲头为尖头冲头，这样，冲头与铆钉之间的接触为点对面的接触，可以很容易地确保冲头沿铆钉中心轴的方向而垂直作用于铆钉的端面上，从而避免了铆钉出现弯曲或倾斜不合理形变的可能性。

优选情况下，为了避免使用尖头冲头一次冲压铆钉容易对铆钉造成破坏而使铆钉过度变形，使用冲头进行冲压的次数为多次。

更优选地，所述使用冲头对铆钉进行冲压的方法还包括至少一次使用平头冲头对铆钉进行冲压，使用平头冲头对铆钉进行冲压在使用尖头冲头对铆钉进行冲压之后。由于相对于尖头冲头来说，平头冲头对于铆钉的冲击力分布面积较大，因而在使用尖头冲头进行第一次冲压后，再使用平头冲头进行冲压，这样可以进一步避免使铆钉过度变形的可能性。

考虑到铆接加工的工作效率，进一步优选的情况下，先使用尖头冲头对铆钉进行第一次冲压，再使用平头冲头对铆钉进行第二次冲压，最终完成铆接过程。

本发明还提供了一种锂离子电池电极极柱与盖板的联接方法，所述电极极柱为铆钉，所述盖板包括通孔，该方法包括在该通孔的内壁放置密封绝缘垫，将所述电极极柱插入内壁放置有密封绝缘垫的通孔中，然后铆接，其中，所述铆接的方法为本发明提供的铆接方法。

本发明提供的铆接方法可以应用于多个领域，在本说明书中，为便于形象具体地加以描述，通过对该铆接方法在锂离子电池电极极柱与盖板的联接中的应用加以详细描述，而阐明该铆接方法的特征以及优点。

下面结合附图对应用本发明的铆接方法的锂离子电池电极极柱与盖板的联接方法加以详细地描述。

如图1所示，盖板1与圆柱状铆钉2通过盖板1上的孔5装配在一起，所述孔5的形状尺寸与铆钉2的形状尺寸对应，以便于装入铆钉2。在铆钉2与盖板1之间还安装有密封绝缘垫3，所述密封绝缘垫3用于密封盖板1与铆钉2之间的微小间隙，以确保二者之间的密封具有较高的可靠性。在图1中，铆钉2的纵向长度为A0，铆钉2的直径为B0，A0的范围为：3.0-3.5mm，B0的范围为：1.2-1.6mm。

盖板1的形状对应于锂离子电池外壳的形状，盖板1厚度的范围为0.8-1.2mm，盖板1的具体形状以及尺寸参数根据所制得的电池的应用场合和设计参数来决定，盖板1形状及尺寸的确定为本领域普通技术人员所熟知。

盖板1可以是多种具有较高强度和耐腐蚀的材料，例如，各种碳钢、合金钢、铝以及各种铝合金等。为了在保证刚度和强度足够的情况下，尽可能地降低锂离子电池的重量，优选采用密度较低的铝或铝合金材料。

由于铆钉2用作锂离子电池的电极极柱，因而铆钉2必须由电的良导体和耐腐蚀材料制成，如铜、铝或铝合金、不锈钢。铆钉2的设计制造为普通机械技术人员所熟知。

密封绝缘垫3安置在孔5的内壁，位于盖板1与铆钉2之间，并有部分延伸在盖板1位于电池壳内部的一面上，以确保铆钉2与盖板1之间的完好绝缘。密封绝缘垫3的形状与孔5和铆钉2的形状尺寸相适应，当完成铆接后，铆钉2和盖板1以及二者之间的密封绝缘垫3紧密结合。若盖板1为金属材料，则需要在盖板1与作为电极极柱的铆钉2之间确保绝缘，因而在这种情况下，密封绝缘垫3必须由绝缘材料(如四氟乙烯)制成，以使盖板1与铆钉2彼此绝缘；若盖板1为不导电的非金属材料制成，则密封绝缘垫3可以为任意满足密封要求的材料，如聚酰胺、聚乙烯。

在将铆钉2装配于盖板1后(如图1所示)，开始按照本发明提供的铆接方法进行铆接操作。在本发明提供的铆接方法中，使用尖头冲头对铆钉2进行冲压，由于冲头为尖头，在尖头冲头与铆钉2铆钉体端面之间为点与面的接触，可以很容易地调整压力机以保证尖头冲头沿铆钉2中心轴而垂直作用于铆钉2铆钉体的端面上，从而确保铆钉2的形变为均匀、对称的，不会出现铆钉2弯曲或倾斜的不合理形变。

此外，还需要保持尖头冲头沿铆钉2的中轴线而作用于铆钉2上，这样能确保铆钉2的形变均匀而对称。这可以很容易地通过将铆钉2以及盖板安置在压力机的正确加工位置来保证。

进行铆接操作需要压力机设备，压力机设备可以商购得到，为了确保选用的压力机设备具有较大的加工范围，优选为10千牛的压力机。进行冲压的冲头安装在压力机上，装配好铆钉2的盖板1准确固定于压力机的工作台上，然后操作压力机使冲头对铆钉2进行冲压。压力机性能参数的选择取决于铆钉的材料、尺寸以及形变要求，为本领域普通技术人员所熟知，在此不再详细描述。

若使用尖头冲头对铆钉进行一次冲压加工，而完成盖板1的铆接，则需要较大的冲力，由于冲头为尖头，很容易使铆钉2过度形变，甚至使铆钉2破坏。因而，优选地，使用尖头冲头对铆钉2进行多次冲压，优选为两次。

更优选地，在使用尖头冲头对铆钉2进行冲压之后，再使用平头冲头对铆钉2进行至少一次冲压，最终完成铆接过程。

考虑到铆接加工的工作效率，在进一步优选的情况下，先使用尖头冲头对铆钉2进行第一次冲压，再使用平头冲头对铆钉2进行第二次冲压。

如图4所示，使用尖头冲头对铆钉2进行第一次冲压后，铆钉2在径向和轴向均产生初步的形变。铆钉2的纵向长度变为A1，A1＜A0，铆钉2的直径变为B1，B1＞B0，即铆钉2变短、变粗，其中，A1/A0的范围为：0.85-0.9，B1/B0的范围为：1.2-1.1，即与第一次冲压前相比，第一次冲压后，所述铆钉的纵向长度缩短了10％-15％，所述铆钉的直径增大了10％-20％。

经过第一次冲压后，铆钉2的直径变粗，从而初步将铆钉2紧固在盖板1上，并初步将盖板1的孔5封住。但是，由于铆钉2的形变还不够充分，铆钉2在盖板1上的固定还不够牢固，且密封也不够严密，还需要第二次冲压。

机械领域的普通技术人员知道，随后铆钉2的第二次形变遵循第一次形变的变形趋势而变形。由于在第一次冲压中，铆钉2具有了合理的初步形变，因而能有效地引导铆钉2的第二次形变，从而使铆钉2的最终形变不会出现弯曲或倾斜的缺陷，进而提高了铆钉2与盖板1密封的可靠性。

然后，使用平头冲头对铆钉2进行第二次冲压操作，从而使铆钉2进行第二次形变，铆钉2完成最终形变，并完成盖板1的铆接。如图5所示，经过第二次形变后，铆钉2的纵向长度为A2，A2＜A1，铆钉2的直径为B2，B2＞B1，即铆钉2进一步变短、变粗，其中，A2/A1的范围为：0.9-0.95，B2/B 1的范围为：1.2-1.1，即与第二次冲压前相比，第二次冲压后，所述铆钉的纵向长度缩短了5％-10％，所述铆钉的直径增大了10％-20％。

经过第二次形变后，铆钉2达到最大形变，铆钉2的中部膨胀，形成为鼓状，铆钉2的外表面挤压孔5的内圆周面，从而实现孔5的完好密封；同时，铆钉体的端部在第一次形变的基础上，进一步变粗，因而实现了铆钉2在盖板1上的可靠紧固。至此，按照本发明优选实施方式的铆接方法，完成了锂离子电池盖板的铆接。

作为电极极柱的铆钉2需要与锂离子电池壳内的电极极片相连接，但一般铆钉2尺寸较小，在连接铆钉2与电极极片时操作费劲。为了便于实现铆钉2与电极极片的电连接，优选地，在电池壳内部装有导电片4，该导电片4的安装如下：在将电极极柱与盖板铆接前，在盖板的一面叠置包括通孔的导电片，所述电极极柱穿过内壁放置有密封绝缘垫的所述通孔和导电片上的通孔，所述铆接将该导电片和盖板铆接在一起。

导电片4与铆钉2电连接。导电片4为电的良导体材料制成，如：铜、铝。导电片4的尺寸大小不大于密封绝缘垫3即可，以免导电片4与盖板1之间形成电连接。

如图4和图5所示，在铆钉2上装有导电片4，导电片4与铆钉2电连接，所述导电片4与盖板1之间间隔有密封绝缘垫3，以保持导电片4与盖板1的绝缘。

导电片4并不影响上述铆接方法的实施。在按照上述铆接方法铆接盖板1时，导电片4被变形的铆钉2牢固在盖板1上。

在本说明书中关于上述铆接方法是以锂离子电池生产中盖板的铆接为例加以详细描述的，但本发明所提供的铆接方法并不限于此，而是适用于任何铆接操作中，由于冲头作用力不均匀而容易导致铆钉形变不合理的场合。

Claims (10)

1.一种铆接方法，该方法包括将铆钉置于包括通孔的待铆接件的通孔中，使用冲头对铆钉进行冲压，其特征在于，使用冲头对铆钉进行冲压的次数至少为一次，且至少第一次冲压使用的冲头为尖头冲头。

2.根据权利要求1所述的铆接方法，其中，所述尖头冲头为圆锥形或棱锥形。

3.根据权利要求1所述的铆接方法，其中，所述冲头的材料的硬度大于所述铆钉的材料的硬度。

4.根据权利要求1所述的铆接方法，其中，在冲压过程中，所述尖头冲头沿所述铆钉的中轴线作用于所述铆钉的端面。

5.根据权利要求1所述的铆接方法，其中，所述使用冲头对铆钉进行冲压的方法还包括：至少一次使用平头冲头对铆钉进行冲压，使用平头冲头对铆钉进行冲压在使用尖头冲头对铆钉进行冲压之后。

6.根据权利要求5所述的铆接方法，其中，所述方法包括：使用尖头冲头对铆钉进行第一次冲压，然后使用平头冲头对铆钉进行第二次冲压。

7.根据权利要求6所述的铆接方法，其中，与第一次冲压前相比，第一次冲压后，所述铆钉的纵向长度缩短了10％-15％，所述铆钉的直径增大了10％-20％。

8.根据权利要求6所述的铆接方法，其中，与第二次冲压前相比，第二次冲压后，所述铆钉的纵向长度缩短了5％-10％，所述铆钉的直径增大了10％-20％。

9.一种锂离子电池电极极柱与盖板的联接方法，所述电极极柱为铆钉，所述盖板包括通孔，该方法包括在该通孔的内壁放置密封绝缘垫，将所述电极极柱插入内壁放置有密封绝缘垫的通孔中，然后铆接，其特征在于，所述铆接的方法为权利要求1-8中任意一项所述的铆接方法。

10.根据权利要求9所述的联接方法，其中，在将所述电极极柱与盖板铆接前，在盖板的一面叠置包括通孔的导电片，所述电极极柱穿过内壁放置有密封绝缘垫的所述通孔和导电片上的通孔，所述铆接将该导电片和盖板铆接在一起。

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