CN106505236B - 纽扣电池和用于生产这种纽扣电池的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纽扣电池，其包括设计为形成壳腔的两个壳体，堆叠电极组件放置于壳腔内部并且包括至少一个正电极、至少一个负电极以及设置在至少一个正电极与至少一个负电极之间的至少一个隔离件。纽扣电池还包括绝缘包装胶带，该绝缘包装胶带包括绝缘体基部和与该绝缘体基部成一体的至少一个包装翼片，该绝缘包装胶带布置成使绝缘体基部介于堆叠电极组件与所述两个壳体中的一个壳体之间以避免堆叠电极组件与该壳体之间的电接触，且包装翼片保持堆叠电极组件以形成电极包。本发明还涉及用于生产这种纽扣电池的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种纽扣电池，其包括设计为形成壳腔的两个壳体，堆叠电极组件置于壳腔内并且包括至少一个正电极、至少一个负电极以及介于正电极和负电极之间的至少一个隔离件。本发明还涉及一种用于制造这种纽扣电池的方法。
背景技术
关于便携式与可佩带式电子装置的最新研发需要最小化的电源供应系统，也就是能够提供高容积能量和功率密度的电池。电极堆垛是满足这种类型的电池的要求的有希望的设计。包括正负电极堆垛的堆叠电池通常是已知的。在正负电极之间设置有隔离件以避免所述正负电极之间发生短路并且使得正负电极之间具备足够的离子传导率。这样一种包括堆叠电极组件的电池在例如美国专利US 3907599或者专利公开EP 2610945公开过。堆叠电极组件借助分别从正电极和负电极突伸出的接触片连接至外部电路。
在堆叠电极件的时候，人们必须面临接线端片设计、封装以及随后进行制造的挑战。
通常在电极的堆叠过程之后，围绕堆叠电极组件施加包装胶带以保持整个电极堆垛。此外，为了避免电极集电器与电池的金属壳体之间的短路，将绝缘箔片置于电极集电器与金属壳体之间。包装胶带和绝缘箔片均由电子惰性聚合物制成。这种已知配置的缺点在于由于将绝缘箔片和焊接的阴极接片布置于垫圈下方，因此电解质泄露的风险显著增大。这种配置的另一个缺点在于需要用于包装胶带和用于绝缘箔片的至少两种不同的聚合物形式。此外，人们需要考虑避免从电极置换绝缘箔片、接触片的设计自由度等。此外，在制造工艺期间不同形式的胶带会导致多个步骤。
因此，有必要提出一种具有较低制造复杂度和成本并且不受制于已知的堆叠电池的局限性的堆叠电极的新型纽扣电池。
发明内容
为此，本发明涉及一种纽扣电池，所述纽扣电池包括设计为形成壳腔的两个壳体，堆叠电极组件放置于壳腔内部并且包括至少一个正电极、至少一个负电极以及设置在所述至少一个正电极与所述至少一个负电极之间的至少一个隔离件。
根据本发明，所述纽扣电池还包括绝缘包装胶带，所述绝缘包装胶带包括绝缘体基部和与该绝缘体基部成一体(或者附接至绝缘体基部)的至少一个包装翼片，所述绝缘包装胶带布置成使绝缘体基部介于堆叠电极组件与所述两个壳体中的一个壳体之间以避免堆叠电极组件与所述壳体之间的电接触，并且使包装翼片保持堆叠电极组件以形成电极包。
有利地，至少所述包装翼片可以包括面向堆叠电极组件的胶粘层。
在一个优选的实施例中，所述绝缘体基部和所述包装翼片可以形成一体件。
在一个优选的实施例中，所述绝缘包装胶带可以包括从绝缘体基部的任一侧延伸(优选为对称地延伸)的至少两个包装翼片，所述包装翼片沿着堆叠电极组件的高度折叠并且翻折到所述堆叠电极组件以保持所述堆叠电极组件。
有利地，所述绝缘体基部可以具有比堆叠电极组件中的、该绝缘基部所面对的电极更大的面积。
在一个优选的实施例中，所述纽扣电池还包括设置在绝缘包装胶带与毗邻所述绝缘包装胶带的壳体之间的接触元件，所述接触元件布置成引导正电极或负电极中的至少一个接触所述壳体。
本发明还涉及一种用于生产如上文所述的纽扣电池的方法，所述方法包括如下步骤：
-通过在正电极与负电极之间放置隔离件使所述正电极与负电极交替地堆叠在一起，以形成堆叠电极组件，
-利用所述绝缘包装胶带包装堆叠电极组件，
-用电解质填充得到的所述堆叠电极组件，
-将得到的所述堆叠电极组件放置在壳体中，
-组装壳体。
优选地，包装步骤可以包括将绝缘包装胶带的绝缘体基部面向堆叠电极组件的末端电极放置的步骤和将绝缘包装胶带的包装翼片沿着堆叠电极组件的高度折叠并且翻折到所述堆叠电极组件以保持该堆叠电极组件的步骤。
所得到的具有堆叠电极的纽扣电池相比于已知的纽扣电池而言更简单并且易于制造。此外，绝缘包装胶带使得能够通过具有更安全防泄漏的方式将堆叠电极组件与垫圈隔绝。因本发明中所使用的绝缘包装胶带是纽扣电池中可靠且安全的元件。
附图说明
根据对本发明的至少一个实施例的如下详细描述，本发明的目标、优点和特征将变得更清楚，本发明的至少一个实施例仅以非限制性的方式作为举例给出，并且通过如下附图示出，其中：
-图1示意性地示出了根据本发明的纽扣电池的分解图，
-图2为从焊接的正接触片侧观看的利用本发明的绝缘包装胶带包装的堆叠电极组件的透视图；
-图3为从焊接的负接触片侧观看的利用本发明的绝缘包装胶带包装的堆叠电极组件的透视图；
-图4为从焊接的正接触片侧观看的本发明的纽扣电池的截面图。
具体实施方式
参考图1，本发明的纽扣电池200包括两个金属壳体，更具体而言，是对应于负电极壳体的盖201和对应于正电极壳体的杯状件208。当盖201和杯状件208被组装时，在它们彼此之间形成壳腔210，堆叠电极组件置于所述壳腔210内。垫圈207夹在盖201和杯状件208之间，盖201被压入所述垫圈207中。
锂电池包括三个基本部分：负电极204(阳极)、电解质以及正电极203(阴极)。可以将还原电势较低的锂金属或含锂合金、石墨类似材料、金属氧化物、硫化物、氮化物等用作阳极活性材料。通常把溶入非水系统中的锂盐用作电解质，在锂聚合物电池中应用胶状电解质，而在固态锂电池中可以使用固体电解质。阴极为能够使锂离子伴随电化学反应而嵌入结构并且同时产生能量的化合物。化合物例如硫磺、金属氧化物、硫化物、磷酸盐、硅酸盐等可以被用作阴极活性材料。
堆叠电极结构被应用在具有大功率性能的锂电池中。为了实现该目的，阴极和阳极材料被涂覆在金属箔片或网状件上，并且随后交替地堆叠在一起。隔离件202置于阴极和阳极材料之间。隔离件的材料可以选自具有多孔结构的聚合物，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的或者上述两种或更多种聚合物的混合物。电解质被填充至堆叠电极内。
堆叠电极组件包括大致盘状的负电极204和封装在袋状的隔离件202内的大致盘状的正电极203，所述正电极203和所述负电极204一个在另一个之上地交替堆叠，从而形成具有一定高度或厚度的大致圆柱形的堆垛。该堆垛在两个端面处包括负电极，即毗邻盖201的第一负电极204’和置于堆垛的另一端的第二负电极204”。负电极204为两侧被涂覆的电极。负电极204’和204”优选为单侧被涂覆的电极，空白的金属侧分别面向盖201和胶带205。在另一个实施例中，负电极204’和204”的空白的金属侧可以包括具有结构为非晶态、晶态或者石墨烯的碳的导电涂层。
如图2所示，每个正电极203包括设计用于引导接触杯状件208的突伸出的正接触片203a。优选地，所有的正接触片203a都焊接在一起，以便借助正接触元件(更具体而言，是如下文所述的附加的正接触片206)将正电极203一起电连接至杯状件208。
如图3所示，每个负电极204包括设计用于引导接触至盖201的突出的负接触片204a。优选地，所有的负接触片204a都焊接在一起，以便借助第一负电极204’将负电极204一起电连接至盖201。
如图中所示，正电极203和负电极204堆叠成具有位于堆叠电极组件的一侧的正电极203的正接触片203a和位于例如堆叠电极组件的相对侧的负电极204的负接触片204a。
具有堆叠电极的纽扣电池的这类部件对于本领域技术人员来说是已知的，无需作进一步详细的解释。
根据本发明，纽扣电池200进一步包括绝缘包装胶带205，所述绝缘包装胶带205包括绝缘体基部205a和在该优选示出的实施例中从绝缘体基部205a的任一侧对称地延伸的四个包装翼片205b。显然包装翼片205b可以包括例如设计为围绕堆叠电极布置的仅一个包装翼片或者其它任何合适数量的包装翼片。
绝缘包装胶带205应当布置成使绝缘体基部205a介于堆叠电极组件与两个壳体中的一个之间以避免堆叠电极组件与所述壳体之间的电接触，并且包装翼片205b保持堆叠电极组件以形成紧凑的电极包209。更特别地，绝缘包装胶带205布置成使绝缘体基部205a介于第二负电极204”与杯状件208之间以避免所述第二负电极204”与杯状件之间的电接触。
包装翼片205b沿着堆叠电极组件的高度或厚度折叠并且翻折到第一负电极204’以牢固地保持和捆绑所述堆叠电极组件，如图2和图3所示。
在该优选示出的实施例中，绝缘体基部205a和包装翼片205b形成一体件。显然包装翼片205b可以单独地制造，然后通过本领域技术人员已知的任何合适手段与绝缘体基部205a结合成一体或者附接至绝缘体基部205a。
绝缘体基部205a和包装翼片205b包括由从包括聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺、含氟聚合物、乙烯聚合物的群组中选择的材料制成的衬底以及面向堆叠电极组件的胶粘层。所述胶粘层由从包括橡胶基材料、丙烯酸基材料以及硅树脂基材料的群组中选择的材料制成。显然，在其它实施例中，胶粘层可以仅设置在包装翼片205b的面向堆叠电极组件的那一侧上。
在优选的实施例中，绝缘包装胶带205由包括聚酰亚胺衬底和丙烯酸胶粘层的制成。
绝缘包装胶带205的形状可以根据正负电极的形式来设计。优选地，为了使由于第二负电极204”与杯状件208接触所引起的短路风险最小化，绝缘体基部205a具有比其所面向的堆叠电极组件的第二负电极204”更大的面积。
纽扣电池200进一步包括置于绝缘包装胶带205与杯状件208之间的金属正接触元件，例如附加的金属正接触片206，所述附加的正接触元件或正接触片206布置为引起正电极203到所述杯状件208之间的接触。所述附加的正接触元件或正接触片206布置成与其它正接触片203a焊接。在另一个实施例中，接触元件可以具有盘状的外形，对应于盘状的正电极203。
本发明的纽扣电池200通过包括以下步骤的方法来组装：
-通过在正电极203与负电极204’、204、204”之间放置隔离件202，使正电极203与负电极204’、204、204”交替地堆叠在一起以形成堆叠电极组件，
-利用所述绝缘包装胶带205包装堆叠电极组件，
-将负接触片204a焊接到一起，并且将正接触片203a与附加的正接触元件或正接触片206焊接到一起，
-用电解质填充得到的所述堆叠电极组件，
-将得到的堆叠电极组件置于盖201和杯状件208中，
-通过将盖201压入垫圈207中来组装盖201和杯状件208，以封闭纽扣电池200。
用电解质填充所得到的堆叠电极组件的步骤与将所得到的堆叠电极组件置于盖201和杯状件208中的步骤的顺序可以按照所记载的次序或者其它次序来执行。
包装步骤包括将绝缘包装带205的绝缘体基部205a面向堆叠电极组件的第二负电极204”放置的步骤和将绝缘包装胶带205的包装翼片205b沿着堆叠电极组件的高度折叠并且翻折到第一负电极204’以牢固地保持堆叠电极组件的步骤。
如图4所示，在纽扣电池200内部，负电极204借助负接触片204a和第一负电极204’直接连接至盖侧，并且通过绝缘体基部205a与杯状件侧绝缘。正电极203借助正接触片203a和附加的正接触元件或正接触片206连接至杯状件侧。整个电极堆垛由包装胶带205b保持。
本发明的纽扣电池利用多功能胶带将电极层包装在一起并且将电极层与电池的金属壳体隔离，与现有技术的纽扣电池相比需要的部件更少。
此外，本发明的用于制造纽扣电池的工艺更有效：的确，由于整个电极堆垛由多功能绝缘包装胶带205保持并且形成紧凑的电极包209，电极堆垛被预先组装并且能够仅利用一个步骤直接容易地置于纽扣电池的壳体内。附加的正接触元件或正接触片206被容易地置于绝缘体基部205a的下方。此外，绝缘包装胶带205使得能够通过具有更安全的防泄漏的方式将堆叠电极组件与垫圈207隔绝。因此，本发明中所使用的绝缘包装胶带205是纽扣电池中可靠且安全的元件。
Claims (18)
1.一种纽扣电池(200)，其包括设计为形成壳腔(210)的两个壳体(201、208)和堆叠电极组件，该堆叠电极组件放置于该壳腔(210)内部并且包括至少一个正电极(203)、至少一个负电极(204’、204、204”)以及被置于所述至少一个正电极与所述至少一个负电极之间的至少一个隔离件(202)，其特征在于，所述纽扣电池还包括绝缘包装胶带(205)，所述绝缘包装胶带包括绝缘体基部(205a)和与该绝缘体基部(205a)成一体的至少一个包装翼片(205b)，所述绝缘包装胶带(205)布置成使该绝缘体基部(205a)介于所述堆叠电极组件与所述两个壳体中的一个壳体(208)之间以避免所述堆叠电极组件与所述壳体(208)之间的电接触，并且所述包装翼片(205b)保持所述堆叠电极组件以形成电极包(209)。
2.根据权利要求1所述的纽扣电池(200)，其特征在于，至少所述包装翼片(205b)包括面向所述堆叠电极组件的胶粘层。
3.根据权利要求2所述的纽扣电池(200)，其特征在于，所述胶粘层由从包括橡胶基材料、丙烯酸基材料以及硅树脂基材料的群组中选择的材料制成。
4.根据权利要求1所述的纽扣电池(200)，其特征在于，所述绝缘体基部(205a)和所述包装翼片(205b)包括由从包括聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺、含氟聚合物、乙烯聚合物的群组中选择的材料制成的衬底。
5.根据权利要求1所述的纽扣电池(200)，其特征在于，所述绝缘体基部(205a)和所述包装翼片(205b)形成一体件。
6.根据权利要求1所述的纽扣电池(200)，其特征在于，所述绝缘包装胶带(205)包括从该绝缘体基部(205a)的任一侧延伸出的至少两个包装翼片(205b)，所述包装翼片(205b)沿着所述堆叠电极组件的高度折叠并且翻折到所述堆叠电极组件以保持该堆叠电极组件。
7.根据权利要求6所述的纽扣电池(200)，其特征在于，所述绝缘包装胶带(205)包括从该绝缘体基部(205a)的任一侧对称地延伸的至少两个包装翼片(205b)。
8.根据权利要求1所述的纽扣电池(200)，其特征在于，所述绝缘体基部(205a)具有比所述堆叠电极组件中的、该绝缘体基部所面对的电极更大的面积。
9.根据权利要求1所述的纽扣电池(200)，其特征在于，所述纽扣电池还包括放置在所述绝缘包装胶带(205)和毗邻所述绝缘包装胶带(205)的壳体(208)之间的正接触元件(206)，所述正接触元件布置成引导所述正电极或负电极中的至少一个接触所述壳体(208)。
10.一种用于生产纽扣电池(200)的方法，所述纽扣电池(200)包括设计为形成壳腔(210)的两个壳体(201、208)和堆叠电极组件，该堆叠电极组件放置于该壳腔(210)内部并且包括至少一个正电极(203)、至少一个负电极(204’、204、204”)以及设置在所述至少一个正电极与所述至少一个负电极之间的至少一个隔离件(202)，其中，所述方法包括如下步骤：
-通过在正电极(203)与负电极(204’、204、204”)之间放置隔离件(202)，将所述正电极(203)与所述负电极(204’、204、204”)交替地堆叠在一起，以形成堆叠电极组件，
-利用绝缘包装胶带(205)包装该堆叠电极组件，该绝缘包装胶带(205)包括绝缘体基部(205a)和与该绝缘体基部(205a)成一体的至少一个包装翼片(205b)，所述绝缘包装胶带(205)布置成使所述绝缘体基部(205a)介于所述堆叠电极组件与所述两个壳体中的一个壳体(208)之间以避免该堆叠电极组件与所述一个壳体(208)之间的电接触，并且所述包装翼片(205b)保持所述堆叠电极组件以形成电极包(209)，
-用电解质填充得到的堆叠电极组件，
-将得到的堆叠电极组件放置于壳体(201、208)中，
-组装所述壳体(201、208)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，包装步骤包括将所述绝缘包装胶带(205)的绝缘体基部(205a)面向该堆叠电极组件的末端电极放置的步骤和将所述绝缘包装胶带(205)的包装翼片(205b)沿着所述堆叠电极组件的高度折叠并且翻折到所述堆叠电极组件以保持该堆叠电极组件的步骤。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，至少所述包装翼片(205b)包括面向所述堆叠电极组件的胶粘层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述胶粘层由从包括橡胶基材料、丙烯酸基材料以及硅树脂基材料的群组中选择的材料制成。
14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述绝缘体基部(205a)和所述包装翼片(205b)包括由从包括聚酯、聚烯烃、聚酰亚胺、含氟聚合物、乙烯聚合物的群组中选择的材料制成的衬底。
15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述绝缘体基部(205a)和所述包装翼片(205b)形成一体件。
16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述绝缘包装胶带(205)包括从绝缘体基部(205a)的任一侧延伸的至少两个包装翼片(205b)，所述包装翼片(205b)沿着所述堆叠电极组件的高度折叠并且翻折到所述堆叠电极组件以保持所述堆叠电极组件。
17.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述绝缘体基部(205a)具有比所述堆叠电极组件中的、该绝缘体基部所面对的电极更大的面积。
18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，将正接触元件(206)进一步放置于该绝缘包装胶带(205)与毗邻所述绝缘包装胶带(205)的壳体(208)之间，所述正接触元件布置成引导所述正电极或所述负电极中的至少一个接触所述壳体(208)。
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