CN102569681B - 一种锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种锂离子电池，包括上端开口的外壳、收容于外壳内的极芯、以及安装于外壳的开口端的盖板组件，所述盖板组件包括作为第一电极的盖板、以及与盖体绝缘设置的作为第二电极的铆钉，其中，所述盖板组件还包括保护线路板，所述保护线路板位于盖板与极芯之间，保护线路板与盖板之间设有隔圈，保护线路板与极芯之间设有绝缘层；所述极芯的上端面设有第一极耳和第二极耳，所述第一极耳与所述盖板相连接，所述第二极耳穿过绝缘层与保护线路板相连接，所述铆钉穿过隔圈与保护线路板相连接，铆钉通过所述保护线路板与所述第二极耳电连接。与现有技术相比，本发明的锂离子电池无需二次封装，结构简单，有效的节约电池体积。

Description

一种锂离子电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为高容量、高输出功率、安全、环保、无污染的可充电电池，近年来在电子设备中得到了越来越广泛的应用，并已经成为移动电话等电子设备的标准配置。

现有的锂离子电池一般通过将正极片、隔膜、负极片卷绕或叠置成极芯后，将极芯放入电池壳体和盖板形成的空腔内，内部注入电解液经封口、化成等步骤后制得。但在实际应用中，还需要对锂离子电池进行二次封装才能成为真正意义上安全的电池，例如：需要在电池的端部安装保护线路板才能用于给负载供电，从而防止电池的过充、过放、短路等因素对电池造成不利影响，起到保护电池的作用，而所述保护线路板需要通过顶盖、支架等结构进行固定；上述包装过程复杂，需额外增加一些零部件，并占用电池的有效体积。

CN201374361公开了一种锂离子电池，包括极芯、顶盖、保护线路板和支架，顶盖设置于支架上，保护线路板设置于顶盖和支架之间，支架开设有第一安装孔，极芯的端部具有盖板，盖板上开设有与第一安装孔相通的第二安装孔，支架通过一连接件穿设于第一、第二安装孔内固定于极芯上。封装时，连接件穿设于第一、第二安装孔内，将支架固定于极芯上，再将顶盖和保护线路板设置于支架上，从而实现锂离子电池的封装。该种锂离子电池的封装结构可靠，但是由于保护线路板的安装需要另外设置支架和顶盖进行二次封装，结构复杂，并占用电池较多的有效体积。

可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的锂离子电池需要进行二次封装，封装结构复杂，占用体积较大的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种锂离子电池，包括：上端开口的外壳、收容于所述外壳内的极芯、以及安装于所述外壳的开口端的盖板组件，所述盖板组件包括作为第一电极的盖板、以及与所述盖板绝缘设置的作为第二电极的铆钉，其中：所述盖板组件还包括保护线路板，所述保护线路板位于盖板与极芯之间，保护线路板与盖板之间设有隔圈，保护线路板与极芯之间设有绝缘层；

所述极芯上引出有第一极耳和第二极耳，所述第一极耳与所述盖板相连接，所述第二极耳穿过绝缘层与保护线路板的第二电极输入端相连接，所述铆钉穿过隔圈与保护线路板的第二电极输出端相连接，所述第二极耳通过所述保护线路板与所述铆钉电连接。

在所述的锂离子电池中，所述保护线路板包括线路板本体以及连接所述线路板本体的三个引脚，所述三个引脚分别为B+引脚、B-引脚、P-引脚；所述线路板本体的上端面设有集成的IC模块和MOS开关模块；所述B-引脚为所述的第二电极输入端，所述P-引脚为所述的第二电极输出端，所述MOS开关模块电连接于B-引脚、P-引脚之间，所述B+引脚与所述盖板相连接作为第一电极供电端，所述IC模块电连接于B+引脚、B-引脚之间。

在所述的锂离子电池中，所述盖板的下端面设有凹槽，所述线路板本体置于所述凹槽中。

在所述的锂离子电池中，所述线路板本体的厚度大于所述三个引脚的厚度，线路板本体的下端面与所述的三个引脚的下端面位于同一水平面，线路板本体的上端面高出三个引脚并收容于所述凹槽内。

在所述的锂离子电池中，所述隔圈与盖板相连接，其中部设置凸出部，所述凸出部置于盖板的凹槽中，其朝向保护线路板的一侧形成有容置槽，所述线路板本体置于容置槽内。

在所述的锂离子电池中，所述绝缘层为胶层，所述胶层包覆于所述保护线路板的下端面以及周缘，以将所述保护线路板粘接于隔圈上并将所述线路板本体密封于胶层与凹槽形成的隔离空间中。

在所述的锂离子电池中，所述线路板本体的右侧延伸设置所述B-引脚，所述第二极耳穿过绝缘层点焊于所述B-引脚的下端面。

在所述的锂离子电池中，所述线路板本体的左侧延伸设置所述P-引脚，所述P-引脚上设有连接孔，所述铆钉穿过隔圈插置于所述连接孔中。

在所述的锂离子电池中，所述盖板上设有铆钉孔；所述隔圈的左侧设有垫块，垫块的中部设有通孔，垫块安装于所述铆钉孔中，其上端露出盖板并于上端面设有安装槽；所述铆钉插置于所述垫块的通孔中，铆钉由钉帽和连接钉帽的钉体组成，所述钉帽置于垫块的安装槽中，所述钉体穿出垫块与所述P-引脚电连接。

在所述的锂离子电池中，所述线路板本体的前侧凸出设置所述B+引脚，所述B+引脚与所述盖板的下端面相焊接。

与现有技术相比，本发明通过将保护线路板设于盖板的内侧，通过结构和电路设置，使得本发明的锂离子电池在实现现有的供电和保护功能的同时，无需进行二次封装，简化了装配工艺，并且结构简单合理，有效地利用了电池的体积空间。

附图说明

图1是本发明优选实施例的锂离子电池的分解示意图。

图2是图1所示的锂离子电池的组合示意图。

图3是图2的局部剖视图。

图4是图1中的盖板组件的另一角度的示意图。

图5是图4所示的盖板组件的组合示意图。

图6是图1中的保护线路板的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参阅图1和图2，本发明优选实施例的锂离子电池，包括：一端开口的外壳1、收容于所述外壳1内的极芯2、以及安装于所述外壳1的开口端的盖板组件。

其中，所述外壳1为铝壳，用于放置极芯2和容纳电解液，其至少一端开口，在本实施例中，其上端开口11，用于安装盖板组件。

所述极芯2由正极片、隔膜、负极片依次叠置或卷绕形成，极芯2的结构和制作方法可通过现有技术实现，在此不做赘述。

本发明的改进之处主要在于盖板组件，所述盖板组件包括作为第一电极的盖板4、与盖板4绝缘设置的作为第二电极的铆钉3、以及安装于盖板4内侧（靠近极芯2的一侧）的保护线路板6，需要说明的是，当第一电极为正极时，第二电极相应的为负极，反之，当第一电极为负极时，第二电极相应的为正极，在本实施例中，以第一电极为正极进行说明。

在现有技术中，盖板和外壳所形成的空间用于容纳所述极芯和电解液，盖板以及与所述盖板绝缘设置的铆钉分别作为极芯引出的两个电极。制作过程如下：在初步成型的盖板上开设注液孔和铆钉孔，先在铆钉孔中设置绝缘层或绝缘件，然后将铆钉插入所述绝缘件或绝缘层的孔中，使铆钉和盖板作为极芯的两个电极实现非电连接，这已为本领域技术人员所公知。需要特别指出的是，为了防止电池出现过充、过放、短路等异常情况，通常需要设置保护线路板，在现有技术中，保护线路板置于盖板的外侧（远离极芯的一侧），一般通过支架和/或端盖来进行安装，用于实现保护功能，然而，这种结构的缺点在于需要二次封装（一次封装为安装盖板、铆钉，二次封装为安装保护线路板、支架、端盖等），安装结构复杂，占用体积较大。

在本发明中，虽然盖板4以及铆钉3的结构及其作用与现有技术相似，但是，保护线路板6置于盖板4的内侧，通过结构和电路设置，使得本发明的锂离子电池在实现现有的供电和保护功能的同时，无需二次封装，简化了装配工艺，并且结构简单合理，有效地利用了电池的体积空间。

以下就本发明的结构和电路设置两个方面及其结合进行详述：

在结构设置上，如图1-3所示，所述保护线路板6位于盖板4和极芯2之间，所述保护线路板6包括线路板本体60以及连接所述线路板本体60的三个引脚61、62、63；所述线路板本体60与所述盖板4、极芯2绝缘设置。在本实施例中，所述盖板组件进一步包括隔圈5和胶层7，所述隔圈5设于保护线路板6与盖板4之间，通过隔圈5的设置使线路板本体60与盖板4绝缘；所述胶层7相对于盖板4设于保护线路板6的另一侧，通过胶层7的设置使线路板本体60与极芯2绝缘。

并且，所述极芯2上引出有正极耳21和负极耳22，所述正极耳21与所述盖板4相焊接，以使所述盖板4作为正极对外部负载（未图示）进行供电；所述负极耳22穿过胶层7与保护线路板6的负极输入端（引脚61）相连接，所述铆钉3穿过隔圈5与保护线路板6的负极输出端（引脚62）相连接，负极耳22通过所述保护线路板6的设置与铆钉3电连接，以使所述铆钉3作为负极对外部负载，例如：对充电器或用电器（未图示）进行供电。

具体来说，如图1及图4所示，所述保护线路板6包括线路板本体60以及连接所述线路板本体60的三个引脚61、62、63；所述线路板本体60包括集成的IC模块和MOS开关模块（参阅图6），所述集成的IC模块和MOS开关模块的电子元件设于线路板本体60的上端面。由于线路板本体的厚度大于引脚的厚度，一般来说，所述线路板本体的厚度为1mm-1.5mm，引脚的厚度为0.2mm-0.5mm。因而，为了将保护线路板6更好的安装于盖板4，所述盖板4的下端面相应于线路板本体60设有凹槽43；线路板本体60的下端面与三个引脚的下端面位于同一水平面，而线路板本体60的上端（所述的上端为线路板本体高出三个引脚的部分）收容于所述凹槽43中，因而可以有效地保护设于线路板本体60上端面的IC模块和MOS开关模块，并且能够有效地节约安装空间。

参阅图1、图4、图5，所述盖板4为金属导体，在本实施例中，所述盖板4为铝金属件，为了保证线路板本体60与盖板4绝缘设置，需要在保护线路板6与盖板4之间安装具有绝缘性能的隔圈5。在本发明的优选实施例中，所述的隔圈5可与所述盖板4一体成型，所述隔圈5为绝缘塑胶件，制作时，将成型后的盖板4置于模具中，通过注塑工艺成型所述隔圈5，所述隔圈5的中部相应于盖板4上的凹槽43设置凸出部51，所述凸出部51置于盖板4的凹槽43中，其朝向保护线路板6的一侧形成有容置槽511，所述线路板本体60的上端置于容置槽511内，而线路板本体60前侧凸出设置的引脚63露出容置槽511与盖体4的下端面相抵接。

参阅图1、图4及图5，所述盖板4上设有用于安装铆钉3的铆钉孔41以及用于注入电解液的注液孔42，为了保证铆钉3与盖板4绝缘，需要在铆钉孔41中设置绝缘件，然后将铆钉插入所述绝缘件的孔中，这种盖板的结构形式已为本领域的技术人员所知。在本发明中，所述的绝缘件为隔圈5，隔圈5的左侧相应于所述铆钉孔41设有垫块52，所述垫块52的中部设有通孔521，所述垫块52安装于所述铆钉孔41内，所述铆钉3插置于所述垫块52中，铆钉3的下端露出垫块52与引脚62（负极输出端）相连接。更具体地说，在本实施例中，所述铆钉3包括钉帽31和钉体32，所述铆钉孔41的上端设有槽孔411，所述垫块52的上端安装于孔槽411中并露出盖板4，垫块52的上端面设有用于放置所述钉帽31的安装槽522，所述铆钉3的钉帽31置于所述的安装槽522中，钉帽31的上端面露出垫块52用于外接负载，钉体32的下端穿出垫块52的通孔521与引脚62（负极输出端）相连接。

当然，上述隔圈的结构为本实施例的优选方式，可以理解的是，所述隔圈可不与盖板一体成型，而是单独成型后再安装于盖板上；另外，所述隔圈可为分体设置，例如，所述隔圈上的垫块可单独成型，安装时，先将垫块安装于盖板的孔槽中，再安装于隔圈左侧开设的通孔中，总之，能够起到使铆钉与盖板绝缘、保护线路板与盖板绝缘作用的隔圈的设置形式均可适用于本发明。值得一提的是，由于所述垫块52上端的尺寸大于铆钉孔41的尺寸，因而，通过垫块52的设置可以将隔圈5固定于盖板4上。

所述保护线路板6的固定、以及保护线路板6与极芯2的绝缘通过胶层7的设置来实现。当然，在本发明中，还可在保护线路板6与极芯2之间进一步设置隔板23（参阅图3），来实现保护线路板6与极芯2之间的绝缘，但是，由于隔板23上必然会留出引出正、负极耳21、22的间隙，因而，收容于外壳1内的电解液有可能会侵蚀保护线路板6，导致保护线路板6上的IC模块、MOS开关模块的损坏，胶层7的设置可有效的防止保护线路板的损坏。所述胶层7由绝缘胶水固化后形成，为了使胶层7起到固定保护线路板6，以及保护线路板本体60上的IC模块、MOS开关模块的作用，可将绝缘胶水涂覆于保护线路板6的下端面、以及周缘，使固化后形成的胶层7将所述保护线路板6包覆并粘接于所述隔圈5上，从而将保护线路板6固定于隔圈5上，并且由于线路板本体60的上端收容于凹槽43中，IC模块、MOS开关模块均设于保护线路板60的上端面，因而通过所述胶层7的设置，可将线路板本体60上端面的IC模块、MOS开关模块密封于胶层7与凹槽43形成的隔离空间中，避免电解液接触到IC模块、MOS开关模块，起到较佳的保护作用。

上述胶层的设置形式仅为优选方式，可以理解的是，能够将保护线路板与极芯隔离，并防止保护线路板上的电子元件接触到电解液的绝缘层的设置形式均可用于本发明，不限于上述涂覆绝缘胶水形成胶层的形式。

在电路设置上，如上所述，所述保护线路板6包括线路板本体60以及连接所述线路板本体60的三个引脚61、62、63；所述线路板本体60包括集成的IC模块和MOS开关模块。参阅图6，所述引脚61为B-引脚，引脚62为P-引脚，引脚63为B+引脚。

具体来说，如图1及图5所示，所述B-引脚61从线路板本体60右侧延伸设置，B-引脚61为负极输入端，所述极芯2的负极耳22穿过胶层7焊接于B-引脚61的下端面；所述P-引脚62从线路板本体60的左侧延伸设置，所述P-引脚62为负极输出端，P-引脚62上设有连接孔621，所述铆钉3的钉体32穿出隔圈5插置于该连接孔621中，并且所述MOS开关模块电连接于B-引脚61、P-引脚62之间，当所述MOS开关打开时，接通B-引脚61与P-引脚62，以使所述铆钉3作为负极对外部设备进行供电。

如图1及图5所示，所述B+引脚63从线路板本体60的前侧凸出设置，B+引脚63作为对IC模块进行供电的正极供电端，焊接于盖板4的下端面，用对所述IC模块供电，并且B+引脚63与盖板4的焊接可以起到辅助固定保护线路板6的作用；所述IC模块电连接于B+引脚63、B-引脚61之间，检测正极供电端B+引脚63和负极输入端B-引脚61之间的电压，并在电压出现异常时，输出信号给MOS开关模块。

在本发明中，保护线路板6具有防止电池过充、过放、过流、短路等异常情况的保护功能，主要是通过IC模块检测B+引脚63和B-引脚61之间的电压，在异常情况下，IC模块输出信号给MOS开关模块，通过MOS开关断开B-引脚61和P-引脚62之间的连接来实现保护功能。具体的电路结构可采用任何能够实现这种保护功能的电路结构，在本发明中，电路结构的主要特点在于IC模块和MOS开关模块为集成为一体，并且仅设置有三个引脚，即B+引脚63、B-引脚61和P-引脚62。本发明的优选实施方式可参阅图6，所述IC模块电连接于B+引脚63、B-引脚61之间，所述MOS开关模块电连接于B-引脚61、P-引脚62之间，在正常情况下，所述MOS开关处于开启状态，接通B-引脚61与P-引脚62，以使铆钉3作为负极对外部设备进行供电；当IC模块检测到B+引脚63、B-引脚61之间的电压的异常时（例如：电池过充、过放、过流、短路等情况下，电压值和电流值会出现异常），IC模块输出信号控制MOS开关关闭，断开B-引脚61与P-引脚62之间的连接，从而中断铆钉3作为负极对外部设备的供电。

可以理解的是，保护线路板的电路设置不限于图6所示的电路设置，能够实现保护功能并能够与本发明的结构设置相适应的保护线路板的电路设置，均可用于本发明。

如图6所示，组装本发明的盖板组件时，1）、盖板4与隔圈5为一体成型时，盖板4与隔圈5相连接，即使盖板4与隔圈5单独成型，由于隔圈5的垫块52的上端尺寸大于铆钉孔41的尺寸，垫块52也可将所述隔圈5与盖板4固定连接；2）、将保护线路板6的线路板本体60置于隔圈5的容置槽511中；3）将铆钉3插入垫块52的通孔521，铆钉3的钉帽31置于垫块52的安装槽522中，钉体32的下端穿过通孔521插接于保护线路板6的P-引脚62的连接孔621中；4）、将保护线路板6前侧凸出的B+引脚63焊接于盖板4的下端面；5）在保护线路板6的下端面、以及保护线路板6的周缘（即保护线路板6的侧面与隔圈5的连接处）涂覆绝缘胶水，固化后形成胶层7，所述胶层7将所述保护线路板6固定于隔圈5上，从而通过隔圈5与盖板4固定连接。

参阅图1，组装整个锂离子电池时，1）、将所述极芯2置入所述外壳1内；将上述组装后的盖板组件与所述外壳1的开口端相对组装，将从极芯2上端引出的正极耳21与盖板4相焊接，并将从极芯2上端引出的负极耳22穿过胶层7点焊于保护线路板6的B-引脚61的下端面；2）、将盖板组件安装于外壳1后，可通过盖板4上的注液孔42向所述外壳1内注液，完成锂离子电池的安装。

使用时，将外接负载的正、负极分别连接锂离子电池的正、负极，例如，将充电器或用电器的正、负极分别与锂离子电池的盖板和铆钉相连接，即可对充电器或用电器供电，当锂离子电池出现异常情况时，例如：电池过充、过放、过流、短路时，保护线路板起作用，铆钉停止负极供电，起到保护锂离子电池和外接负载的作用。

综上所述，本发明通过将保护线路板设于盖板的内侧，通过结构和电路设置，使得本发明的锂离子电池在实现现有的供电和保护功能的同时，无需进行二次封装，简化装配工艺，并且结构简单合理，有效地利用了电池的体积空间。

应当理解，在本文中，“上”、“下”、“左侧”、“右侧”、“前侧”等相对方位术语，表示盖体组件中的各组件及其组成部分在图1所示的锂离子电池的分解示意图中的相对位置，以便于对各组件及其组成部分进行描述；但并不用于对这些组件及其组成部分在锂离子电池中的实际安装和位置关系进行限定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种锂离子电池，包括：上端开口的外壳、收容于所述外壳内的极芯、以及安装于所述外壳的开口端的盖板组件，所述极芯由正极片、隔膜、负极片依次叠置或卷绕形成；所述盖板组件包括作为第一电极的盖板、以及与盖板绝缘设置的作为第二电极的铆钉，其特征在于：所述盖板组件还包括保护线路板，所述保护线路板位于盖板与极芯之间，保护线路板与盖板之间设有隔圈，保护线路板与极芯之间设有绝缘层；

所述极芯上引出有第一极耳和第二极耳，所述第一极耳与所述盖板相连接，所述第二极耳穿过绝缘层与保护线路板的第二电极输入端相连接，所述铆钉穿过隔圈与保护线路板的第二电极输出端相连接，所述第二极耳通过所述保护线路板与所述铆钉电连接；其中，所述保护线路板包括线路板本体以及连接所述线路板本体的三个引脚，所述盖板的下端面设置有凹槽，所述线路板本体置于所述凹槽内；所述三个引脚分别为B+引脚、B-引脚、P-引脚；所述线路板本体的上端面设有集成的IC模块和MOS开关模块；所述B-引脚为所述的第二电极输入端，所述P-引脚为所述的第二电极输出端，所述MOS开关模块电连接于B-引脚、P-引脚之间，所述B+引脚与所述盖板相连接作为第一电极供电端，所述IC模块电连接于B+引脚、B-引脚之间；所述绝缘层为胶层，所述胶层包覆于所述保护线路板的下端面以及周缘，以将所述保护线路板粘接于隔圈上并将所述线路板本体密封于胶层与凹槽形成的隔离空间中。

2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述线路板本体的厚度大于所述三个引脚的厚度，线路板本体的下端面与所述的三个引脚的下端面位于同一水平面，线路板本体的上端面高出三个引脚并收容于所述凹槽内。

3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述隔圈与盖板相连接，其中部设置凸出部，所述凸出部置于盖板的凹槽中，其朝向保护线路板的一侧形成有容置槽，所述线路板本体置于所述容置槽内。

4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述线路板本体的右侧延伸设置所述B-引脚，所述第二极耳穿过绝缘层点焊于所述B-引脚的下端面。

5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述线路板本体的左侧延伸设置所述P-引脚，所述P-引脚上设有连接孔，所述铆钉穿过隔圈插置于所述连接孔中。

6.如权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于：所述盖板上设有铆钉孔；所述隔圈的左侧设有垫块，垫块的中部设有通孔，垫块安装于所述铆钉孔中，其上端露出盖板并于上端面设有安装槽；所述铆钉插置于所述垫块的通孔中，铆钉由钉帽和连接钉帽的钉体组成，所述钉帽置于垫块的安装槽中，所述钉体穿出垫块与所述P-引脚电连接。

7.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于：所述线路板本体的前侧凸出设置所述B+引脚，所述B+引脚与所述盖板的下端面相焊接。