CN107887622B - 一种锂-二硫化亚铁电池及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂‑二硫化亚铁电池及其组装方法。所述电池包括卷绕电芯和外壳，露于所述卷绕电芯之外的负极极耳与外壳的侧壁接触连接。组装方法包括：将卷绕电芯的负极极耳穿过一绝缘垫件的方孔并呈90°弯折，然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯套入外壳中，完成负极极耳与外壳的连接。本发明将现有技术的焊接式替换为接触式，规避了焊接式不良率高、安全隐患、工艺复杂、可控性差等缺陷，并降低了制作成本。测试结果表明本发明的锂‑二硫化亚铁电池性能良好。

Description

一种锂-二硫化亚铁电池及其组装方法

技术领域

本发明涉及锂一次电池技术领域，尤其涉及用于锂-二硫化亚铁电池内部连接的一种方法，具体涉及一种锂-二硫化亚铁电池及其组装方法。

背景技术

锂-二硫化亚铁(Li/FeS₂)电池属于低压锂一次电池，其工作电压平台为1.5V，因此与相同尺寸的碱锰(Zn/MnO₂)电池、镍氢电池、碳氢电池或锌银电池具有互换性，市场上广泛应用的型号是AA和AAA型。锂-二硫化亚铁电池与同型号的碱锰电池和二次电池比较，锂-二硫化亚铁电池无论是从高低温性能(-40℃～60℃)、大电流放电能力、还是防漏液性、便携性及贮存寿命方面，都具有明显的优势，特别适用于大电流放电需求的民用及军工电子产品。另外，锂-二硫化亚铁电池不含任何有毒有害物质(Fe、S元素均无毒性)，正极原材料FeS₂矿藏非常丰富易得，完全具备大规模生产和推广的条件。从上述情况分析，锂-二硫化亚铁电池最终会大范围取代碱锰电池，逐渐成为小型便捷式民用及军用电子产品的最佳电源。

目前商业化的锂-二硫化亚铁电池的制作过程主要分为以下几步：首先将在正极活性材料(FeS₂)、粘结剂、导电剂混合制成浆料，并将制备的浆料涂覆在集流体上，然后对其烘干、辊压、分切得到要求的正极片，接着将正极极耳连接到正极片上形成正极结构；购买合适尺寸的金属锂并裁剪成要求的负极片，接着将负极极耳连接到负极片上形成负极结构；然后，将正极结构、隔膜和负极结构卷绕在一起形成电芯；接着，将电芯放入电池外壳中，再将正极极耳与负极极耳分别连接到正极上盖组合体和电池外壳上；最后，注入电解液、封口、清洗、烘干、预放电得到锂-二硫化亚铁电池。

现有技术中，许多厂家采用电阻焊的方式将负极极耳与电池外壳底部连接在一起，或将负极极耳与钢壳侧壁直接焊接。但采用电阻焊的方式存在不足：(1)电阻焊工序复杂，操作成本高。电阻焊的基本原来就是将工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，使工件熔化，形成特定的熔池，将加工工件焊接在一起的方法。熔池的深度影响焊接的质量，深度太浅，导致极耳与外壳虚焊，深度太深则钢壳容易被焊穿。因此要控制熔池深度，而焊针表面的光洁度及负极极耳表面的平整度都会影响焊接效果及熔池深度。另外，电阻焊设备的稳定性、电流大小等都会影响焊接的效果。(2)由于影响电阻焊的因素太多，所以电阻焊的不良率很高，主要是虚焊、焊穿、焊偏及焊炸等问题。(3)焊接过程中焊接处熔化的金属屑会四处飞溅，飞溅的金属碎屑可能会烧穿隔膜造成电池内部短路。即使焊接产生的金属碎屑没有将隔膜烧破，其留在电芯内也会对电池的安全造成很大的隐患。(4)电阻焊的焊接处会有一凸出的焊点，由于焊点处的防生锈镀层被破坏，一点电池处于潮湿的环境就有生锈的风险。(5)电阻焊目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种用于连接锂-二硫化亚铁电池负极极耳与外壳的方法，替换现有技术的焊接技术，杜绝焊接产生的金属废屑造成的安全隐患，降低了制作成本，使得所制成的锂-二硫化亚铁电池性能良好。

为达此目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种锂-二硫化亚铁电池，包括卷绕电芯和外壳，露于所述卷绕电芯之外的负极极耳与所述外壳的侧壁接触连接。

优选地，所述负极极耳比卷绕电芯的直径长10～15mm，例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm等，优选10mm。低于10mm可能导致极耳与钢壳接触不良，大于15mm则会造成浪费，增加制做难度。

优选地，所述负极极耳选自不锈钢带、铜带、钢镀镍带和铜镀镍带中的任意一种，优选铜带。用具有弹性的不锈钢带、铜带、钢镀镍带和铜镀镍带代替目前的镍带材质的负极极耳，使负极极耳与钢壳外壁紧密接触，这样规避了电芯负极极耳不经焊接直接装入钢壳而导致接触不良的风险。

优选地，所述外壳为镀镍钢壳。

第二方面，本发明提供了一种锂-二硫化亚铁电池的组装方法，包括如下步骤：

将卷绕电芯的负极极耳穿过一绝缘垫件的方孔并呈90°弯折，然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯套入外壳中，完成负极极耳与外壳的连接。

优选地，所述绝缘垫件的材质包括PP、PET和PVC中的任意一种或至少两种的组合。所选材质不和电解液反应，长期可靠。

优选地，所述绝缘垫件包括绝缘垫片和/或绝缘垫片。

优选地，所述绝缘垫件的直径与所述卷绕电芯的直径相同。

优选地，所述绝缘垫件的厚度为0.1～0.5mm，优选0.2mm。垫片太薄容易变形或褶皱，太厚则会占据电池内腔的空间，造成电池内腔的浪费。

优选地，所述绝缘垫件的方孔的尺寸与负极极耳的尺寸相同，使负极极耳固定不易晃动。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

1、本发明中锂-二硫化亚铁电池负极极耳与外壳的连接方式将现有技术的焊接式替换为接触式，规避了焊接式不良率高、安全隐患、工艺复杂、可控性差等缺陷，并降低了制作成本，可实现自动化批量生产。

2、测试结果表明本发明的锂-二硫化亚铁电池性能良好。

附图说明

图1为本发明实施例1中锂-二硫化亚铁电池的结构示意图；

图2为本发明实施例1中电池的负极耳与外壳的连接示意图；

图3为本发明实施例2中电池的负极耳与外壳的连接示意图。

图中标记示意为：1、6：外壳、2、5：卷绕电芯、3、8：负极极耳、4：绝缘垫片、7：绝缘垫套

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

实施例1

一种锂-二硫化亚铁电池，包括卷绕电芯2和外壳1，露于卷绕电芯2之外的负极极耳3与外壳1的侧壁接触连接。其中，负极极耳3为不锈钢带，比卷绕电芯2的直径长10mm，外壳为镀镍钢壳。

其组装步骤如下：

将卷绕电芯2的负极极耳3穿过厚0.1mm的PP绝缘垫片4的方孔并呈90°弯折，绝缘垫片4的直径与卷绕电芯2的直径相同，方孔的尺寸与负极极耳3的尺寸相同；然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯放入外壳1中，即完成负极极耳3与外壳1的连接。

按照常规方法与其它常规组分制成卷绕式圆柱AA型锂-二硫化亚铁电池。

实施例2

一种锂-二硫化亚铁电池，包括卷绕电芯5和外壳6，露于卷绕电芯5之外的负极极耳8与外壳6的侧壁接触连接。其中，负极极耳8为铜带，比卷绕电芯5的直径长15mm，外壳6为镀镍钢壳。

其组装步骤如下：

将卷绕电芯5的负极极耳8穿过厚0.5mm的PET绝缘垫套7的方孔并呈90°弯折，绝缘垫套7的直径与卷绕电芯5的直径相同，方孔的尺寸与负极极耳8的尺寸相同；然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯放入外壳6中，即完成负极极耳8与外壳6的连接。

按照常规方法与其它常规组分制成卷绕式圆柱AA型锂-二硫化亚铁电池。

实施例3

一种锂-二硫化亚铁电池，包括卷绕电芯和外壳，露于卷绕电芯之外的负极极耳与外壳的侧壁接触连接。其中，负极极耳为钢镀镍带，比卷绕电芯的直径长13mm，外壳为镀镍钢壳。

其组装步骤如下：

将卷绕的电芯的负极极耳穿过厚0.3mm的PVC绝缘垫套的方孔并呈90°弯折，绝缘垫套的直径与卷绕电芯的直径相同，方孔的尺寸与负极极耳的尺寸相同；然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯放入外壳中，即完成负极极耳与外壳的连接。

按照常规方法与其它常规组分制成卷绕式圆柱AA型锂-二硫化亚铁电池。

实施例4

一种锂-二硫化亚铁电池，包括卷绕电芯和外壳，露于卷绕电芯之外的负极极耳与外壳的侧壁接触连接。其中，负极极耳为镍带，比卷绕电芯的直径长12mm，外壳为镀镍钢壳。

其组装步骤如下：

将卷绕的电芯的负极极耳穿过厚0.4mm的PET绝缘垫片的方孔并呈90°弯折，绝缘垫片的直径与卷绕电芯的直径相同，方孔的尺寸与负极极耳的尺寸相同；然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯放入外壳中，即完成负极极耳与外壳的连接。

按照常规方法与其它常规组分制成卷绕式圆柱AA型锂-二硫化亚铁电池。

实施例5

一种锂-二硫化亚铁电池，包括卷绕电芯和外壳，露于卷绕电芯之外的负极极耳与外壳的侧壁接触连接。其中，负极极耳为铜带，比卷绕电芯的直径长10mm，外壳为镀镍钢壳。

其组装步骤如下：

将卷绕的电芯的负极极耳穿过厚0.2mm的PVC绝缘垫套的方孔并呈90°弯折，绝缘垫套的直径与卷绕电芯的直径相同，方孔的尺寸与负极极耳的尺寸相同；然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯放入外壳中，即完成负极极耳与外壳的连接。

按照常规方法与其它常规组分制成卷绕式圆柱AA型锂-二硫化亚铁电池。

对比例1

与实施例1的区别仅在于：采用电阻焊的方式将负极极耳与电池外壳连接在一起。

性能测试：

取各实施例和对比例中1.5V的卷绕式圆柱AA型锂-二硫化亚铁电池样品各110支，其中的100支用于测试电池的可靠性和底部生锈检测，结果如表1所示。

各取10支电池用于测试电池性能，其中5支用于新电池容量测试，另外5支为新电池在60℃条件下存放30天后的容量测试。容量测试方法为用恒流200mA放电，截止电压为0.8V，结果如表2所示。

表1

表2

电阻焊连接方式的电池底部外观有缺陷，这一缺陷有生锈的风险，电阻焊目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证，这导致电阻焊的方式很难实现自动化生产，焊接过程中的不可靠因素较多，安全隐患难以控制。由表1、2可看出，用本发明铜接触式连接负极极耳与电池外壳的方式制成的锂-二硫化亚铁电池与电阻焊连接方式的电池相比，可靠性方面没有明显的差别，且新电容量、60℃存放30天后的容量相差不大，自放电率甚至有所降低，说明本发明的电池及组装方法可以应用于锂-二硫化亚铁电池，规避了焊接式不良率高、安全隐患、工艺复杂、可控性差等缺陷，有望实现批量自动化生产。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (13)

1.一种锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，包括卷绕电芯和外壳，露于所述卷绕电芯之外的负极极耳与所述外壳的侧壁接触连接；

所述锂-二硫化亚铁电池由以下组装方法组装而成，所述组装方法包括如下步骤：

将卷绕电芯的负极极耳穿过一绝缘垫件的方孔并呈90°弯折，然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯套入外壳中，完成负极极耳与外壳的连接。

2.如权利要求1所述的锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，所述负极极耳比所述卷绕电芯的直径长10～15mm。

3.根据权利要求2所述的锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，所述负极极耳比所述卷绕电芯的直径长10mm。

4.如权利要求1所述的锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，所述负极极耳选自不锈钢带、铜带、钢镀镍带和铜镀镍带中的任意一种。

5.如权利要求4所述的锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，所述负极极耳选自铜带。

6.如权利要求1所述的锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，所述外壳为镀镍钢壳。

7.一种锂-二硫化亚铁电池的组装方法，其特征在于，包括如下步骤：

将卷绕电芯的负极极耳穿过一绝缘垫件的方孔并呈90°弯折，然后将多出电芯底部的极耳再90°弯折贴靠电芯，最后将该电芯套入外壳中，完成负极极耳与外壳的连接。

8.如权利要求7所述锂-二硫化亚铁电池的组装方法，其特征在于，所述绝缘垫件的材质包括PP、PET和PVC中的任意一种或至少两种的组合。

9.如权利要求7所述锂-二硫化亚铁电池的组装方法，其特征在于，所述绝缘垫件包括绝缘垫片。

10.如权利要求7所述锂-二硫化亚铁电池的组装方法，其特征在于，所述绝缘垫件的直径与所述卷绕电芯的直径相同。

11.如权利要求7所述锂-二硫化亚铁电池的组装方法，其特征在于，所述绝缘垫件的厚度为0.1～0.5mm。

12.如权利要求11所述锂-二硫化亚铁电池的组装方法，其特征在于，所述绝缘垫件的厚度为0.2mm。

13.如权利要求7所述锂-二硫化亚铁电池的组装方法，其特征在于，所述绝缘垫件的方孔的尺寸与所述负极极耳的尺寸相同。

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