CN101404344A - 聚合物电池的封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池封装技术领域，具体涉及到聚合物软质电芯的封装。一种聚合物电池的封装结构，包括电芯单元、电芯防护单元、电池头部部件和电池尾部部件，电芯单元被固定在电芯防护单元内，电池头部组件与电芯单元进行电路导通连接，电池头部组件、电池尾部组件分别与电芯防护单元进行部分连接固定，电芯防护单元与电池头部组件、电池尾部组件形成电池外形。本发明保证电池封装安全性的前提下，实现了封装电池内电芯体积的最大化，有效的提升了电池容量体积比。本封装结构工艺简化，成本降低。对于电池自动化生产有利，在电池设计时对电芯的选取更多样化。

Description

聚合物电池的封装结构

技术领域

本发明涉及锂电池封装技术领域，具体涉及到聚合物软质电池的封装结构的改进。

背景技术

随着锂离子电池技术的发展，其性价比不断提高，使得锂电池被各行各业广泛应用。近一两年来，随着通讯技术的飞速发展，对锂电池的容量、充放电性能和电池电芯的封装等方面提出了更高的要求。既要求具有超大的容量、又要求体积小，针对上述要求，各电池生产厂也采取了各种各样的办法，但是主要还是在以相同的电池体积情况下如何在内部装入尽量多的电池电芯这个方面进行改进，即对电池的封装结构进行改进。

锂离子电池分聚合物锂离子电池和液态锂离子电池两种。聚合物锂离子电池和液态锂离子电池的最大区别在于二者所采用的电解质不同，液态锂离子电池采用电解液，其电芯需要置于钢质金属壳或铝质金属壳中。而聚合物锂离子电池采用的电解质是胶体聚合物，其电芯不需要象液态锂离子电芯那样置于金属壳体内，但是聚合物电芯较软，需要通过硬质防护壳体对电芯进行封装。

对于电池封装工艺来说，大多是通过注塑方式对电芯成型封装的。如图1、2，注塑形成的面壳8和底壳9用来封装电芯10，也有通过在电芯10上注塑胶框91，再用塑胶盖片81与胶框热封连接来封装电芯的，如图3、4所示。这类注塑封装方式不但容易形成毛刺，而且注塑时熔融树脂材料与金属模具内的电池接触时，会损坏壳体内的电池。再者由于塑胶模具成型的要求限制了胶壳的厚度，若面壳、底壳的厚度小于0.35毫米成形就很困难且难以保障电芯的安全，注塑成型封装的电池技术成熟，封装成本低，但是电池注塑的壳体较厚，电池的长宽厚空间利用率低，电池体容比大。

随着封装技术的革新，出现了塑包钢的封装壳体，如图5所示，塑包钢形成的底壳92和面壳82通过超压方式把电芯10封装起来，此种封装方式电池的长度与宽度方向需要较大空间，电池的体容比中等，但是封装成本高。

还有一种特制电芯，如中国200610073939.6号发明专利申请说明书中所公开的电池组件，其电芯封装是通过在电芯10外表面卷绕粘结塑料与金属的复合材料93来进行电芯防护的。参见图6、7，由于手机的设计方案使得应用于手机上的电池的输出端子没有硬性规定，电池的输出位置经常出现在电芯长度或宽度方向的平行或垂直面，如果采用上述特制电芯封装方式，要实现在电芯的宽度方向头部输出或者电芯的长度方向侧面输出，就需要制造在电芯头部引出极耳和电芯侧面引出极耳的两种规格的电芯，这样就会使得电池的封装成本增加。

以上方案在自动化或半自动化生产上不易实现，现阶段电芯的制造工艺大体上成熟，其电芯的体积容量比的提升空间已受到现有封装技术的限制，锂电池业界一直致力研究如何减小电池封装厚度来提高电池的容量，但一直都没有寻求到较好地解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单、制造成本低并可提高封装后容量的聚合物电芯的封装结构。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

设计一种聚合物电池的封装结构，包括有电芯单元、电芯防护单元、电池头部部件和电池尾部部件，其中电芯单元被固定在电芯防护单元内，电池头部组件与电芯单元进行电路导通连接，电池头部组件、电池尾部组件分别与电芯防护单元进行部分连接固定，电芯防护单元与电池头部组件、电池尾部组件形成电池外形。

作为上述方案的改进，电池头部部件包括有电池头部外形零部件和安全保护电路板，安全保护电路板为长片状体或者L形片状体，安全保护电路板通过卡接或者粘结方式与电池头部外形零部件相连接，所述电池尾部部件由电池尾部外形零部件组成。

电芯防护单元由厚度为0.02MM到0.30MM的金属片、或金属片与塑胶片材配接制成的两端留有开口的盒状体构成，盒状体的上端开口与电池头部外形零部件之间以及盒状体的下端开口与电池尾部外形零部件分别通过塑性变形方式或者弹性变形方式相连接。

作为上述方案的另一种改进，电池头部部件包括有电池头部外形零部件、连接零件和安全保护电路板，安全保护电路板为长片状或者L形片状体，安全保护电路板通过卡接或者粘结方式设置于电池头部外形部件和连接零件中间，电池尾部部件由电池尾部外形零部件与其相连接的尾部连接件组成。

金属材料制成的连接零件和尾部连接件为工字形架体，架体厚度与电池厚度大致相同。连接零件与电池头部外形零部件之间，以及尾部连接件与电池尾部外形零部件之间分别采用塑包钢或焊接或卡接方式相连接。

电芯防护单元盒状体的上端开口与电池头部部件之间，以及盒状体的下端开口与电池尾部部件之间通过金属熔接或者金属变形方式相连接。

本发明相比现有技术具有以下显著效果：

本发明突破现有封装工艺在封装工艺，在保证电池封装安全性的前提下，实现了封装电池内电芯体积的最大化，有效的提升了电池容量体积比。

本封装结构工艺简化，成本降低。对于电池自动化生产有利，在电池设计时对电芯的选取更多样化。另外，本结构也可以应用于锂离子电芯的封装。

附图说明

图1是现有注塑封装的电池结构外形图；

图2是图1的分解示意图；

图3是另一现有注塑封装的电池结构外形图；

图4是图3的分解示意图；

图5是现有塑包钢封装电池的结构分解示意图；

图6是现有特制电芯封装外形结构图；

图7是图6的展开结构示意图；

图8是本发明一种电池封装方式的零部件分解示意图；

图9是图8中电池头部外形零部件与安全保护电路板配合的结构图，

图10是图8中电池头部外形零部件与电芯防护盒状体配合连接的示意图；

图11是图10中A部的放大示意图；

图12是图8零部件封装后的外形示意图；

图13是图12中B部的放大示意图；

图14是本发明另一种电池封装方式的零部件分解示意图；

图15是图14中电池头部外形零部件、电池尾部外形零部件与电芯防护盒状体配合的示意图；

图16是图14零部件封装后的外形示意图；

图17是图16中电池头部的截面示意图；

图18是图17中的C部的放大示意图。

图19是本发明第三种电池封装结构的分解示意图；

图20是本发明第四种电池封装结构的分解示意图；

图21是本发明第五种电池封装结构的分解示意图；

图22是图21的零部件分解示意图；

图23是本发明中L形安全保护电路板与电池头部外形零部件和连接零件之间的配合示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

实施例1

参见图8～13，一种聚合物电池的封装结构，包括有电芯单元、电芯防护单元、电池头部部件和电池尾部部件，其中电芯单元被固定在电芯防护单元内，电池头部组件与电芯单元进行电路导通连接，电池头部组件、电池尾部组件分别与电芯防护单元进行部分连接固定，电芯防护单元与电池头部组件、电池尾部组件形成电池外形。

电芯防护单元由0.02MM到0.30MM的金属或塑胶、或金属与塑胶材料制成的片材加工而成盒状体40构成，盒状体可以是一个片状体制成，也可以是二个或二个以上的盒形体对接而成。

电芯单元借助片状粘性填充介质41封装在电芯防护单元的盒状体中，电芯单元的电芯10采用常规聚合物软质电芯，电芯的正负极耳位于电芯的宽度方向面上。但是本发明封装后的电池的输出端子可以在电池宽度方向，也可以在电池的长度方向上。当然通过输出端子方向的变化还可以实现把电池输出端子设置在相对与电池头部部件平行或垂直的方向上。

本实施例中电池头部部件由安全保护电路板22和电池头部外形零部件20组成。电池尾部部件仅仅由电池尾部外形零部件30组成。电池头部外形零部件加工成U状槽体，电池尾部外形零部件加工成板状体。电池头部外形零部件、电池尾部外形零部件由塑性树脂制成，或由塑性树脂与金属材料的组合体构成，塑性树脂与金属材料组合可以把头部部件加工的尺寸更加小，有利于手机与电池的接触。

电池头部外形零部件和电池尾部外形零部件表面分别设有向电池内部灌胶的或用于生产组装工装夹具的定位孔。由于封装组成的电池内部可能仍存在不规则的空隙，考虑到电池自身的跌落要求，在组装过程中或组装完成后向电池内部通过定位孔灌胶形成电芯整形零部件12来加强整体电池的强度及使其尺寸稳定或装配与电池头部部件或电池尾部部件配合的支架作为受力零部件。

安全保护电路板上有与电芯正负极耳相连接的输出端子，安全保护电路板端头设置有凸块221，电池头部外形零部件呈U状槽体，槽底上有可使安全保护电路板上的输出端子露出的通孔，槽底两端处还有可与上述凸块配合的孔位201，安全保护电路板与电池头部外形零部件之间通过孔位与凸块的配合相连接，先将安全保护电路板的一端先固定在电池头部外形零部件中，然后借助外力使电池头部外形零部件塑性变形来定位安全保护电路板另一端。

本实施例中电池头部部件、电池尾部部件与电芯防护单元连接时，主要借助于塑性变形连接。在电池头部外形零部件本体上下均匀设置凸点200，而在防护单元的片材端头开设与之对应的通孔400，当时两者配合连接时，使电池头部外形零部件上的凸点200发生变形，就可把电池头部部件与电芯防护单元牢固的连接为一体。

实施例2

参见图14～18，本实施例与实施例1电池封装结构类似，电池头部部件也是电池头部外形零部件和安全保护电路板组成，电池头部外形零部件采用塑包钢形式或者粘结形式与安全保护电路板相连接，安全保护电路板与电芯进行电路导通连接。

电池尾部部件由板状体形电池尾部外形零部件组成，而由金属或塑胶、或金属与塑胶材料制成的片材来加工的防护单元盒状体，与电池头部部件、电池尾部部件的连接还是采用塑性变形方式。在电芯防护单元片材的与电芯头部和尾部相接的两端开设锯齿形体401，对应的在电池头部部件和电池尾部部件上设置与之对应的卡槽201，当两者对接时，通过外力使其产生形变形成牢固连接。为了使封装更加牢固或消除电池内部的空隙，也可以向电池内部灌注高分子材料或装配与电池头部部件或电池尾部部件配合的支架来作为受力零部件。

实施例3

参见图19，本实施例与实施例1不同之处在于，电池头部部件与电池尾部部件通过连接片组成口字形框架体5，电芯单元设置在框架体之内，由厚度为0.02MM到0.30MM的金属片、或金属片与塑胶片材配接制成的两端留有开口的盒状体电芯防护单元连接在框架体之外。电芯防护单元与电池头部部件和电池尾部部件形成的框架体之间通过金属弹性变形来相互连接。

电芯防护单元盒状体与框架体安装配合后在盒状体两端上冲压形成有冲压变形位402，冲压变形位压合住电池头部部件和电池尾部部件来形成一体封装结构。

当然，也可以在金属片状材料制成的电芯防护单元上打孔的方式来与电池头部部件和电池尾部部件连接，参见图20。

实施例4

参见图21～23，本实施例中电池头部部件包括有电池头部外形零部件20、连接零件21和安全保护电路板22。电池尾部部件由电池尾部外形零部件30与尾部连接件31构成。

为了便于连接，电池头部外形零部件与电池尾部外形零部件通过连接片形成框架体5，上述连接零件和尾部连接件由金属材料制成，连接零件和尾部连接件为工字形架体，架体厚度与电池厚度大致相同。封装连接时，可以先采用塑包钢形式使得电池头部外形零部件与连接零件连接，然后通过安全保护电路板卡接在框架体电池头部外形零部件内。还可以采用相对塑包钢成本低的间接连接方式，也就是先将连接零件与安全保护电路板焊接在一起，然后把安全保护电路板卡装在电池头部外形零部件中。

同样，电池尾部外形零部件采用塑包钢方式把金属质尾部连接件连接在一起。

本实施例中的安全保护电路板是L形片状体，也就是把两个常规的电池保护板通过一个转接片相连接形成一个L形的安全保护电路板，通过L形的安全保护电路板可以把常规电芯头部的正负极耳转接到电芯侧面长度方向上，最后使得封装后的电池输出端子是从电池侧面引出的，可以满足不同手机电池的需求。

本实施例中电池头部部件和电池尾部部件中包括有金属连接零件和尾部连接件，电芯防护单元与其连接时，可采用金属熔接工艺焊接方式把两者连接为一体。

Claims (10)

1、一种聚合物电池的封装结构，包括有

电芯单元、电芯防护单元、电池头部部件和电池尾部部件，

其中电芯单元被固定在电芯防护单元内，

电池头部组件与电芯单元进行电路导通连接，电池头部组件、电池尾部组件分别与电芯防护单元进行部分连接固定，电芯防护单元与电池头部组件、电池尾部组件形成电池外形。

2、根据权利要求1所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：

所述的电池头部部件包括有电池头部外形零部件和安全保护电路板，安全保护电路板为长片状体或者L形片状体，安全保护电路板通过卡接或者粘结方式与电池头部外形零部件相连接，

所述电池尾部部件由板状的电池尾部外形零部件组成。

3、根据权利要求2所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：所述的电池头部外形零部件和电池尾部外形零部件分别由塑性树脂制成，或由塑性树脂与金属材料的组合体构成，电池头部外形零部件和电池尾部外形零部件表面分别设有向电池内部灌胶的或用于生产组装工装夹具的定位孔。

4、根据权利要求3所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：所述的电芯防护单元由厚度为0.02MM到0.30MM的金属片、或金属片与塑胶片材配接所制成的两端留有开口的盒状体构成，盒状体的上端开口与电池头部外形零部件之间以及盒状体的下端开口与电池尾部外形零部件分别通过塑性变形方式或者弹性变形方式相连接。

5、根据权利要求1所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：

所述的电池头部部件包括有电池头部外形零部件、连接零件和安全保护电路板，安全保护电路板为长片状体或者L形片状体，安全保护电路板通过卡接或者粘结方式设置于电池头部外形部件和连接零件中间，

所述的电池尾部部件由电池尾部外形零部件与其相连接的尾部连接件组成。

6、根据权利要求5所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：所述的金属材料制成的连接零件和尾部连接件为工字形架体，架体厚度与电池厚度大致相同。

7、根据权利要求6所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：所述的连接零件与电池头部外形零部件之间，以及尾部连接件与电池尾部外形零部件之间分别采用塑包钢或焊接或卡接方式相连接。

8、根据权利要求7所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：所述的电芯防护单元由厚度为0.02MM到0.30MM的金属片、或金属片与塑胶片材相配接所制成的两端留有开口的盒状体构成，

盒状体的上端开口与电池头部部件之间，以及盒状体的下端开口与电池尾部部件之间通过金属熔接或者金属变形方式相连接。

9、根据权利要求1所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：所述的电池头部部件与电池尾部部件通过连接片组成口字形框架体，电芯单元设置在框架体之内，由厚度为0.02MM到0.30MM的金属片、或金属片与塑胶片材配接制成的两端留有开口的盒状体电芯防护单元连接在框架体之外。

10、根据权利要求1～9任一项所述的聚合物电池的封装结构，其特征在于：所述电芯和电芯防护单元之间装配有与电池头部外形零部件或电池尾部外形零部件相配合的作为受力零部件的支架，或在电芯和电芯防护单元之间填充通过灌胶形成的电芯整形零部件。

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