CN104900820A - 具有封装型芯片屏蔽结构的二次电化学电池封口体及电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有封装型芯片屏蔽结构的二次电化学电池封口体，包括：负极帽、电路板模块和绝缘垫圈，电池壳体在其靠近负极帽的一端具有凹陷的匝线结构；电路板模块位于匝线与负极帽之间，电路板模块的直径大小设置为在匝线构成的凹陷的内径与电池壳体的内径之间，从而卡在匝线一侧；电路板模块与负极帽通过导电材料连接，负极帽与电路板模块构成第一密闭的电磁屏蔽空间，电池壳体与电路板模块构成第二密闭电磁屏蔽空间，电子元件设置于第一密闭的电磁屏蔽空间和第二密闭电磁屏蔽空间内；绝缘垫圈的截面呈状，布置于电池壳体、电路板模块与负极帽的空隙中，挤压固定电路板模块于匝线和电池壳体之间，并隔离电池壳体和负极帽。
Description
技术领域
本发明涉及一种二次电池，具体涉及一种带有具有封装型芯片散热结构的二次电化学电池封口体及电池。
背景技术
近年来，二次电池(也称为充电电池)已经广泛应用于各种便携式电气设备和电子设备中，例如玩具、手持设备等，这对二次电池储能能量提出越来越高的要求。锂离子二次电池由于具有能量高、可以高功率放电、环保等优点，因而正在逐渐应用在以上领域。
充电电池的正常工作经常需要与其他功能的集成电路芯片配合，已达到理想的工作效果。通常充电电池与集成电路芯片分别进行封装，然后再通过电路板和导线的连接，结合在一起使用。这样外围元件多，生产工序多、成本高，充电电池与集成电路芯片体积大，性能较差，不利于小型化或微型化。
在进行锂离子二次电池封装时，锂离子二次电池各部分所占的空间都较为固定，其中，该聚合物电芯内部则包括正极极片、隔离膜和负极极片，且在正极极片背离隔离膜的一端具有指定高度的电芯顶封进行封装，由于电芯顶封占据了该聚合物电芯的一定高度，从而减少了该聚合物电芯内部的有效空间。而聚合物电芯的空间利用率与锂离子二次电池的能量密度和容量有较大关系，一般的，该聚合物电芯的空间利用率越大，该锂离子二次电池的能量密度和容量也越大，因此，现有的锂离子二次电池普遍存在着由于聚合物电芯的空间利用率低而导致的锂离子二次电池的能量密度和容量较低的问题。
发明内容
本发明提供了一种具有封装型芯片屏蔽结构的二次电化学电池封口体，所述封口体用于封闭所述二次电化学电池的电池壳体的开口部，其中所述封口体包括：负极帽、电路板模块和绝缘垫圈，所述电池壳体在其靠近所述负极帽的一端具有凹陷的匝线结构；所述电路板模块位于所述匝线与所述负极帽之间，其上设有多个在工作时产生电磁辐射的电子元件，所述电路板模块的直径大小设置为在所述匝线构成的凹陷的内径与电池壳体的内径之间，从而卡在所述匝线一侧用于封闭所述电池壳体的开口部；所述电路板模块与所述负极帽通过导电材料连接，所述负极帽与所述电路板模块构成第一密闭的电磁屏蔽空间，所述电池壳体与所述电路板模块构成第二密闭电磁屏蔽空间，所述电子元件设置于所述第一密闭的电磁屏蔽空间和第二密闭电磁屏蔽空间内；所述绝缘垫圈的截面呈状，布置于所述电池壳体、电路板模块与负极帽的空隙中，挤压固定电路板模块于所述匝线和电池壳体之间，并隔离所述电池壳体和所述负极帽。
优选地，所述负极帽与所述电池外面的钢壳的材料为金属。
优选地，所述负极帽通过焊接的方式固定在所述电路板模块上。
优选地，所述电路板模块的电路负极输出端设置在所述负极帽与电路板的焊接处，使负极输出与电路接地共线。
优选地，所述负极帽的边缘处设置有与所述卡槽的位置对应的卡头，用于将所述负极帽固定在所述电路板模块上。
优选地，所述负极帽由导电材料制成。
优选地，所述电路板部件上与所述负极帽的接触部位上布置有金属圈，所述卡槽设置在所述金属圈内，所述金属圈与所述卡槽导电接触，从而与所述负极帽构成封闭电磁屏蔽空间。
优选地，所述绝缘垫圈为一柔性且弹性环形绝缘垫层。
优选地，所述状的绝缘垫圈的一部分用于挤压固定电路板模块于所述匝线和电池壳体之间，另一部分用于隔离所述电池壳体和所述负极帽。
优选地，所述匝线相对于电池壳体表面的凹陷深度为0.2-1.2mm。
优选地，所述封口体用于封闭所述二次电化学电池的电池壳体的开口部，所述电池还包括电芯和正极帽，其中，所述正极帽与所述电池壳体连接构成所述二次电池的正极；所述电芯放置于所述电池壳体内，位于所述正极帽与所述匝线结构之间。
本发明的用于电化学电池的封口体配件结构设计巧妙合理，在所述电化学电池电极封口处具有电极盖，所述电极盖能够与电路板配合形成屏蔽结构，能够阻止其内部高频元器件对外界的干扰，并能够将电路板工作时产生的热量传导给外界，起到保护电路板及元器件的作用。另外，所述电池壳体上对应于电芯与电路板之间布置有匝线结构，用于定位电芯和电路板的相对位置，并与电极盖和电池壳体之间的绝缘垫圈配合将电路板固定，而不需要任何焊接。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1a示意性示出了本发明的电化学电池的结构示意图。
图1b是本发明的电化学电池的分解透视图。
图1c是图1a沿A-A方向的剖面图。
图1d为本发明的电路板模块的电路示意图。
图2a示意性示出了本发明的二次电化学电池第一实施例的用于电化学电池的封口体配件200的立体分解结构示意图。
图2b示意性示出了本发明第一实施例的用于电化学电池的封口体配件200的局部放大剖视图。
图3为本发明第二实施例的用于电化学电池的封口体配件300的立体分解图。
图4为本发明第二实施例中第二印刷电路板又一实施例的结构示意图。
图5a为本发明第三实施例的屏蔽结构的结构示意图。
图5b为图5a的局部放大结构示意图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
本发明提供一种电化学二次电池，图1a、1b分别为本发明的电化学电池的结构示意图和分解透视图。如图1a、1b所示，一种电化学电池100，包括：电池壳体101、置于电池壳体101内的电芯102、负极帽103、置于电芯102和负极帽103之间的空间的电路板模块104以及正极帽105。本发明的负极帽具有电磁屏蔽、静电屏蔽和电路散热的功能。电芯102外套有电池壳体101，电池壳体101为圆柱体或长方体结构的钢壳，用于输出正极，固定电路板模块104。根据本发明的一个实施例，正极帽105右旋地与所述电池壳体101成型为一体结构。
电路板模块104为至少一层印刷电路板(PCB)，具有第一侧和第二侧，其中第一侧相对于所述电化学电池100指向负极帽103，第二侧相对于所述电化学电池100指向电芯102。PCB是其上印刷有布线图案的电路板(如图1d所示)，并具有与所述电池100的壳体内径具有大致对应的尺寸。多个印制导线和元器件布置在电路板模块104的第一侧或第二侧。电路板模块104靠近所述电池100的负极帽103侧，位于电芯102和负极帽103之间。电路板模块104上设置有连接件从而将负极帽103固定在电路板模块104上，例如，负极帽103可以通过焊接固定在电路板模块104上，也可以通过卡接等方式固定。电路板模块用于锂电池充电保护、充电指示，还可以用于电池的放电保护、短路保护、过放保护以及控制输出电压。电路板模块104和电芯102之间设置有电极连接线108a和108b，分别将电池的正负极分别引出，其中108a为正极连接线，108b为负极连接线。图1c是图1a沿A-A方向的剖面图。在电路板模块104与外部的电池壳体101之间，负极帽103与电池壳体101之间设置有绝缘垫圈106。绝缘垫圈106为一柔性且具有弹性的环形绝缘垫层，其沿所述电化学电池101A-A剖面的形状为“”形。绝缘垫圈106能够起到隔离作为第一电极的电池壳体101和作为第二电极的负极帽103的作用，并且由于绝缘垫层106的弹性作用能够挤压并固定电路板模块104，密封电池壳体101和负极帽103之间的空隙。具体地，如图1c所示，状的一部分用于挤压固定电路板模块104于所述匝线107和电池壳体101之间，另一部分用于隔离所述电池壳体101和所述负极帽103。
电池壳体101的外表面上对应电芯102和印刷电路板106之间的位置有一圈向内的环形凹陷，为匝线107。将所述电芯102放置于所述电池壳体101内，位于正极帽105与所述匝线107的结构之间。绝缘垫圈106和匝线107的设置使得电路板模块104固定在电池壳体101的环形凹陷与电池壳体101底部之间，因此电池壳体101与负极帽103的连接不需要任何焊接。
匝线107结构的设置用于定位电路板模块104，具体地，将电路板模块104的直径大小设置为在匝线107所构成的环形凹陷的内径与电池壳体101的内径之间，在装配电池时，先将电芯102放置到电池壳体101中，然后将电路板模块104装配到电池壳体101中，电路板模块104的大小尺寸可以卡在匝线107的结构上从而避免了与电芯102的接触，然后再通过绝缘垫层106将电池壳体101与负极帽103进行隔离，完成了电池100的装配。上述结构使得电路板模块104借助匝线107的结构在电池壳体101内部形成了一个封闭的空间用于容纳电芯102，从而可以增大电芯102的体积，因此增大二次电池的容量。优选地，电芯102为一密闭结构，通过从电芯102内部引出其正负极与相应的电池正负极相连而进行工作。
优选地，上述匝线107相对于电池壳体101表面的凹陷深度为0.2-1.2mm。
图2a示意性示出了本发明的二次电化学电池第一实施例的用于电化学电池的封口体配件200的立体分解结构示意图。图2b示意性示出了本发明第一实施例的用于电化学电池的封口体配件200的局部放大剖视图。如图2a、2b所示，所述封口体配件200包括第一PCB 201、第二PCB 202、负极帽203以及在第二PCB 202、负极帽203的外部与电池壳体206之间设置的绝缘垫圈207。根据本发明的一个实施例，第一PCB 201和第二PCB 202为面积相同的两块印刷电路板。所述第一PCB 201靠近电芯204，所述第二PCB 202远离电芯204。第一PCB 201通过匝线205卡在电池壳体206上。第二PCB 202与所述负极帽203通过接触实现电连接，并与其组成一个屏蔽结构。第一PCB 201靠近电芯204的一侧和第二PCB202远离电芯204的一侧布置有多个芯片或电路元器件，其中，在工作过程中会产生电磁辐射的元器件布置在第二PCB 202与负极帽203组成的屏蔽结构中。在第二PCB 202、负极帽203的外部与电池壳体206及之间设置有绝缘垫圈207。绝缘垫圈207为一柔性环形绝缘垫层，能够挤压固定第一PCB 201和第二PCB 202于匝线205处，密封电池壳体206和负极帽103之间的空隙。在电池壳体206与第一PCB和第二PCB接触的部位为加强接触镀锡210，以密封电路板与电池壳体之间的缝隙。通过第一PCB和第二PCB之间的通孔209，将电芯204引出的负极连接线208b(208a为正极连接线，图中未示出)与第一PCB和第二PCB上的导线相连。通孔209的内表面镀有导电材料，例如为镀铜，因此可以将多个电路板的布线可以通过通孔209连接在一起，并与负极帽和电路板接触的部位相连，从而将其传导至负极帽。
根据本发明的二次电化学电池的电路板模块上集成了大量的电子元件，集成度较高，其中一些电子元件在工作中会产生电磁辐射，例如电感线圈，因此在二次电化学电池使用时，这些电子元件会产生电磁辐射从而影响到使用这些电池的电子设备。例如，当电池使用在扩音器等电子设备上时，电池本身自带的电子元件产生的电磁辐射如果不加以屏蔽处理，会干扰到扩音器本身从而产生不需要的啸叫噪音，影响电子设备使用的效果。根据本发明的上述封口体配件200可以通过设置的特殊结构来有效的实现PCB上电子元件电磁辐射的屏蔽。
具体地，根据本发明的一个实施例，在PCB板上相对于所述匝线205的另一侧上，即如图2所示的第二PCB 202面对负极帽203的一侧上，设置有卡槽208，用于卡接并固定所述负极帽203。为了实现良好的电磁辐射屏蔽，所述卡槽208的形状与所述负极帽203的边缘形状相对应。例如当电池为圆柱形电池时，负极帽203为圆形，此时卡槽208为与负极帽203的圆形相对应的环形形状。当负极帽203为矩形时，卡槽208为与负极帽203的矩形相对应的矩形形状。卡槽208包围形成的电路板模块的一部分区域与所述负极帽203一起构成了一个封闭空间209，通过将产生电磁辐射的电子元件(如电感)设置于电路板模块面对负极帽203的一侧上的封闭空间209内，可以有效地屏蔽掉电子元件的电磁辐射，从而消除对使用电池的电子设备的电磁干扰影响。所述卡槽208的内壁上(即与负极帽203的接触面上)设置有导电材料层，例如金属镀层，用于与所述负极帽203进行导电接触，从而形成封闭电磁辐射的空间。
负极帽203优选地由导电材料制成，以有效地屏蔽电子元件产生的电磁辐射。负极帽203例如由金属制成。
本领域技术人员可以理解的是，图2所示的包括二个PCB的封口体配件200仅仅是示例性的，本发明的封口体配件还适用于一个PCB或多层PCB组合的情况。
图3为本发明第二实施例的用于电化学电池的封口体配件300的立体分解图。所述封口体配件300包括第一PCB 301、第二PCB 302和负极帽303。其中第一PCB 301和第二PCB 302上布置有多个电路元器件。在第一PCB 301和第二PCB 302的边缘设置有多个小孔304，用于将第一PCB 301和第二PCB 302固定在一起。根据本发明的一个实施例，第二PCB 302连接负极帽303的一侧对应负极帽303边缘位置具有卡槽305(图中以虚线出)，负极帽303的边缘则具有与所述卡槽305相对应的卡头306，用于将负极帽303固定在第二PCB 302上，并能实现电连接以形成封闭的电磁屏蔽空间。
图4示出了本发明的电磁屏蔽结构的又一实施例。如图4所示，第二PCB 302与负极帽303相对的一侧开设有卡槽402，图4中示例性地为两个相对的卡槽402a和402b。在第二PCB 302与负极帽303的接触部位布置有金属圈401，卡槽402a和402b设置在金属圈401内，所述金属圈401与卡槽402a和402b导电接触，卡槽402a和402b的内壁设置有金属层与金属圈401导电接触。负极帽303通过卡槽402卡接在第二PCB302上后，负极帽303借助卡槽402与金属圈401接触，从而配合能够起到电磁屏蔽罩的作用。所述负极帽303的材料为金属。
图5a为本发明第三实施例的电池封口体的屏蔽结构示意图。如图5a所示，负极帽501和电池壳体502布置在电路板504的两侧，二者的材料均为密闭金属外壳，所述负极帽501与所述电路板模块504构成第一密闭的电磁屏蔽空间，所述电池壳体502与所述电路板模块504构成第二密闭电磁屏蔽空间，这两个密闭电磁屏蔽空间能够很好地封闭电路产生的电磁对外部用电器的干扰，也可以很好地屏蔽外部静电对电池内部电路上电子元件503的破坏。图5b为电池封口体屏蔽结构的放大示意图。如图5b所示，负极帽501焊接在电路板504上，而电路负极输出端在电路板504上的位置为负极帽501与电路板504的焊接处506，这样使得负极输出与电路接地共线，能够将高频电子元件503产生的感应电回地而不向外传输。优选的，焊接处506的形状为“C”型环状结构。
本发明的用于电化学电池的封口体配件结构设计巧妙合理，在所述电化学电池电极封口处具有电极盖，所述电极盖能够与电路板配合形成屏蔽结构，能够阻止其内部高频元器件对外界的干扰，并能够将电路板工作时产生的热量传导给外界，起到保护电路板及元器件的作用。另外，所述电池壳体上对应于电芯与电路板之间布置有匝线结构，用于定位电芯和电路板的相对位置，并与电极盖和电池壳体之间的绝缘垫圈配合将电路板固定，而不需要任何焊接。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。
Claims (11)
1.一种具有封装型芯片屏蔽结构的二次电化学电池封口体，所述封口体用于封闭所述二次电化学电池的电池壳体的开口部，其中所述封口体包括：负极帽、电路板模块和绝缘垫圈，
所述电池壳体在其靠近所述负极帽的一端具有凹陷的匝线结构；
所述电路板模块位于所述匝线与所述负极帽之间，其上设有多个在工作时产生电磁辐射的电子元件，所述电路板模块的直径大小设置为在所述匝线构成的凹陷的内径与电池壳体的内径之间，从而卡在所述匝线一侧用于封闭所述电池壳体的开口部；所述电路板模块与所述负极帽通过导电材料连接，所述负极帽与所述电路板模块构成第一密闭的电磁屏蔽空间，所述电池壳体与所述电路板模块构成第二密闭电磁屏蔽空间，所述电子元件设置于所述第一密闭的电磁屏蔽空间和第二密闭电磁屏蔽空间内；
所述绝缘垫圈的截面呈状，布置于所述电池壳体、电路板模块与负极帽的空隙中，挤压固定电路板模块于所述匝线和电池壳体之间，并隔离所述电池壳体和所述负极帽。
2.根据权利要求1所述的二次电化学电池封口体，其中所述负极帽与所述电池外面的钢壳的材料为金属。
3.根据权利要求1所述的二次电化学电池封口体，其中所述负极帽通过焊接的方式固定在所述电路板模块上。
4.根据权利要求3所述的二次电化学电池封口体，其中所述电路板模块的电路负极输出端设置在所述负极帽与电路板的焊接处，使负极输出与电路接地共线。
5.根据权利要求1所述的二次电化学电池封口体，其中所述负极帽的边缘处设置有与所述卡槽的位置对应的卡头，用于将所述负极帽固定在所述电路板模块上。
6.根据权利要求5所述的二次电化学电池封口体，其中所述负极帽由导电材料制成。
7.根据权利要求5所述的二次电化学电池封口体，其中所述电路板部件上与所述负极帽的接触部位上布置有金属圈，所述卡槽设置在所述金属圈内，所述金属圈与所述卡槽导电接触，从而与所述负极帽构成封闭电磁屏蔽空间。
8.根据权利要求1所述的二次电化学电池封口体，其中所述绝缘垫圈为一柔性且弹性环形绝缘垫层。
9.根据权利要求1所述的二次电化学电池封口体，其中所述状的绝缘垫圈的一部分用于挤压固定电路板模块于所述匝线和电池壳体之间，另一部分用于隔离所述电池壳体和所述负极帽。
10.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述匝线相对于电池壳体表面的凹陷深度为0.2-1.2mm。
11.一种包含如权利要求1所述的电池封口体的二次电化学电池，所述封口体用于封闭所述二次电化学电池的电池壳体的开口部，所述电池还包括电芯和正极帽，其中，
所述正极帽与所述电池壳体连接构成所述二次电池的正极；
所述电芯放置于所述电池壳体内，位于所述正极帽与所述匝线结构之间。
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