CN109585721A - 一种扣式微型可充电锂电池结构组件 - Google Patents

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Abstract

一种扣式微型可充电锂电池结构组件，涉及电子结构件技术领域，包括上壳体、下壳体以及胶圈；上壳体扣装于下壳体内，且上壳体与下壳体的侧壁之间通过胶圈进行密封。本发明解决了传统技术中的防爆结构与密封结构相矛盾；追求防爆性能，导致电池组装良品率低；及再追求密封性时，导致电池容量低的问题。

Description

一种扣式微型可充电锂电池结构组件
技术领域
本发明涉及电子结构件技术领域，具体涉及一种扣式微型可充电锂电池结构组件。
背景技术
随着我国新能源政策的相机出台，可充电、重复利用的锂电池行业近些年来得到了迅猛发展，其中消费电子市场占据了半壁江山，消费电子市场的主要细分应用领域包括手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备等。其中穿戴设备以智能手环、智能手表、蓝牙耳机为主。但由于可穿戴设备体积相对较小，一般只需要搭载小体积的锂离子电池，因此此类智能穿戴设备的续航能力就相对较短，目前各大厂商在追求降低功耗的同时，对锂电池的安全需求、大容量需求，则显得越来越急需，本专利旨在解决使用小体积结构件，实现大容量，安全性能高的电池非软包电池；目前此类电池常规型号为0854/1054/1254/1454/1654系列电池，其中以1254电池为例，一个合格的1254电池应当具有以下优点1、保证组装稳定性，在制作时保证产品的良率；2、密封性好；3、防爆性能好；4、在保证其密封性的前提下，还得具有高的防爆性能；5、续航能力强；6、高容量占比；
中国国家知识产权局还公开一个专利号为ZL201080024489.6的发明专利，该方案包括电池凹座，其具有底部区域，侧部区域，置于其之间的边缘区域和切割边缘，以及池盖，其具有盖区域，侧部区域，置于其之间的边缘区域和切割边缘，其经由密封件相互连接，其中，所述方法包括以下步骤：应用所述密封件到所述电池盖的侧部区域，将具有所述密封件的所述电池盖推入所述电池凹座中，其中形成区域，在所述区域中所述侧部区域和相互重叠，以及在所述电池凹座的侧部区域上施加压力以密封所述外壳，其中所述侧部区域和的高度以如下方式相互匹配：所述切割边缘通过压力压靠所述侧部区域，用以实现对电池组件的密封效果；
经分析后发现，电池结构组件中的胶圈壁厚均相同，借助外壳沿径向收缩的压力使其压紧密封，使得保证不了密封性，导致在正常使用过程中存在漏液失效的现象；
中国国家知识产权局公开一个专利号为ZL201711173624.3的发明专利，该方案包括盖体、壳体和密封圈，所述盖体和所述壳体均为具有一个盖部的筒状结构，所述盖体和所述壳体扣合在一起，以围合形成用于容纳电芯的密闭空间，所述密封圈位于所述盖体的侧壁以及所述壳体的侧壁之间，所述密封圈能在达到设定温度下收缩或者撕裂，以在所述盖体的侧壁和所述壳体的侧壁之间形成缝隙，以进行泄压。该电池的密封圈能够在设定温度下收缩或者撕裂，从而进行泄压，具有安全性能优良的特点；
但是经分析后发现该方案虽然能在一定程度上能实现保证电池的密封性，但是为了保证密封性，上下壳体之间活动量小甚至为零，直接导致了防爆功能的丧失，导致电池无法正常泄压，存在安全隐患；
中国国家知识产权局还公开一个专利号为ZL201710772982.X的发明专利，该方案包括第一极壳、第二极壳、绝缘密封圈和电芯，第一极壳、第二极壳和绝缘密封圈共同形成容置腔，电芯在所述容置腔内，第二极壳包括本体和由本体的周缘向下弯折延伸的折边，所述绝缘密封圈包括主体部和由主体部向内延伸的内弯部，所述主体部夹置在所述第二极壳的折边与所述第一极壳之间，所述内弯部位于所述折边的下方且所述内弯部的端面不超过所述第二极壳的折边的内侧面。本发明还涉及一种纽扣式壳体。本发明通过对绝缘密封圈的结构进行改善，不占据第二极壳的内部空间，在提高容量的同时还加强了纽扣电池内部结构的稳定性，并且提高了绝缘密封圈的密封性；
但是经分析后发现，该方案中的胶圈为整体浸入式，加大了其密封效果，但是降低了其防爆性能，使得加大了电池在失效后的开启阻力，从而无法使防爆功能顺利开启；
中国国家知识产权局还公开一个专利号为ZL201180049997.4的发明专利，该方案包括电池杯和电池盖。电池杯和电池盖经由密封件相互连接，且均具有底部、周向外壳、将底部与外壳连接的边缘区域和端部切割边。所述端部切割边形成半壳件的开放边缘；电池杯底部和电池盖底部优选地均为平坦的，且优选地均为圆形的(或者可能为椭圆形)。电池杯外壳和电池盖外壳可以优选地被描述为具有圆形截面(或者可能为椭圆形截面)的中空柱形的环形区部。其直径优选地准确等于相关圆形底部的直径，或者大于相关圆形底部的直径。通常，电池杯和电池盖的外壳相对于相关底部而垂直地排列，具有可靠的方式确保纽扣电池的操作安全的安全跳闸结构的技术效果；
但是经分析后发现该方案虽然能够实现对电池的泄压，但是由于其泄压位置为侧部泄压，但是该防爆方式，使得在电池结构组件制作过程中，经常出现在组装时便出现漏液的现象，直接导致降低良品率；
中国国家知识产权局还公开一个专利号为ZL201721393028.1的发明专利，包括内壳、外壳、电池芯和绝缘膜，内壳和外壳均呈桶状，外壳罩装在内壳外侧，电池芯设置在内壳内部，绝缘膜设置在内壳和外壳之间，内壳顶部设有内凹肩部，外壳顶部设有压边，压边压合在绝缘膜上方位置处，内壳上设有二级台阶，内壳位于二级台阶上部位置处的直径小于内壳位于二级台阶下部位置处的直径，外壳上对应于二级台阶位置处设有束腰，束腰向内凹陷，卡接在二级台阶位置处，内壳上位于二级台阶上方位置处开设有一个以上的排气孔。本实用新型采用分段式台阶结构，并配合在内壳上设置有气孔，可在发生膨胀时使电池内部的压力得到泄放，不会发生爆炸；
但是经分析后发现，该方案的中的结构部件配合容量占比低，使得降低了其续航能力，以及该方案结构配合过于紧密，使得提高了密封性，但是在防爆泄压时，电解液无法实现泄液，从而降低了其防爆性能；
市面中生产厂家生产的1254型号的电池排名靠前的主有以下几个型号，并对其规格及性能进行分析：
1、LIR1254：外形尺寸为12.5*5.4(mm)，标准容量为45(mAh)，体积211.95(mm3)，容量体积比为21.23％；
2、CP1254(1)：外形尺寸为12*5.4(mm)，标准容量为50(mAh)，体积203.472(mm3)，容量体积比为24.57％；
3、CP1254(2)：外形尺寸为12.1*5.4(mm)，标准容量为60(mAh)，体积205.1676(mm3)，容量体积比为29.24％；
4、CP1255：外形尺寸为12.5*5.5(mm)，标准容量为50(mAh)，体积215.875(mm3)，容量体积比为23.16％；
综上数据可得知，容量占比高的为29.24％,现有技术中因电池结构小，内部复杂，所以就直接导致加大了生产难度，然而由于受限于电子产品的应用，所以电池的的尺寸越小越好，但是必须得保证其高的续航能力即容量占比；然而依照现有技术，要想提高0.5％的容量占比，就得需要开套新的模具，以及要想提高0.5％的容量占比，技术人员需要付出大的劳动力来解决密封性、防爆性、组装稳定性以及容量占比之间的问题，目前世界行还没有任何一家厂家能攻克该技术瓶颈；这便使得需要付出大的创造力以及劳动力；
其中专利号为ZL201080024489.6的专利，解决了电池组件中漏液的问题，保证了其密封性；专利号为ZL201711173624.3和ZL201710772982.X的专利，在保证密封性的基础上，再次对其提高了密封性，保证电池组件在制作过程中的良率，但是防爆性能极差；专利号为ZL201721393028.1的专利再解决其密封性的问题时，同时又带来了由于组装占用大的内存空间，导致了电池容量低的问题；专利号为ZL201180049997.4的专利解决了防爆性能的问题，但是又面临电池组件过程中漏液的问题；种种现象反映出了，要想保证其密封性，便得失去其防爆性能；以及占用大的空间，降低电池容量降低；现有技术人员大多是围绕如何保证密封性的基础上再对电池组件进行研究，要么保证密封性，降低防爆性能；要么保证防爆性能，降低密封性，直接导致降低电池再组装过程中的良品率；以及在保证密封性的同时，又占用了大的内部空间，直接导致电池容量低的问题，种种现象，一直困扰着现有技术人员的研发动力以及方向；
经对比分析后发现，现有技术中的电池结构组件主要有以下缺点：
第一是电池结构组件，其防爆结构是无封口式结构，此结构因密封效果差，容易出现电解液泄露导致的良品率降低和电池使用过程中的漏液失效；
第二是电池结构组件体积大、容量低，体积容量比仅为21.23％和23.16％，并且为了追求密封效果，不得不取消防爆结构，使电池的安全性降低；
第三是电池结构组件中通过侧漏进行防爆泄压功能，但是该防爆方式，使得在电池结构组件制作过程中，经常出现在组装时便出现漏液的现象，直接导致降低良品率；
第四是电池结构组件中的胶圈壁厚均相同，使得保证不了密封性，导致在正常使用过程中存在漏液失效的现象；
第五是电池结构组件中的密封面积小，降低了密封性；
第六是电池结构组件中为了保证密封性，活动量小甚至为零，直接导致了防爆功能的丧失；
第七是电池结构组件中的胶圈中的胶水均为浸入式涂抹，加大了电池在失效后的开启阻力，从而无法使防爆功能顺利开启；
综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种扣式微型可充电锂电池结构组件，用以解决传统技术中的防爆结构与密封结构相矛盾；追求防爆性能，导致电池组装良品率低；及再追求密封性时，导致电池容量低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种扣式微型可充电锂电池结构组件，包括上壳体、下壳体以及胶圈；所述上壳体扣装于所述下壳体内，且上壳体与下壳体的侧壁之间通过所述胶圈进行密封。
作为一种改进的方案，所述胶圈的壁厚沿安装方向呈渐厚式设置。
作为一种改进的方案，所述胶圈的外壁设有胶水层，并通过所述胶水层固定于所述下壳体的内壁上。
作为一种改进的方案，所述上壳体与下壳体均包括杯体，所述杯体的杯口处通过渐扩式导筒连接有延伸导筒。
作为一种改进的方案，处于装配状态时，所述上壳体的延伸导筒延伸至所述下壳体的杯体处，通过上壳体的延伸导筒与下壳体的杯体之间利用所述胶圈形成一级密封区域，并通过上壳体的杯体与下壳体的延伸导筒的端部之间利用胶圈形成二级密封区域。
作为一种改进的方案，所述下壳体的延伸导筒的端部呈缩口状设置。
作为一种改进的方案，所述下壳体的延伸导筒与和所述上壳体的杯体之间的区域设有一间隙，且该间隙处于所述一级密封区域与所述二级密封区域之间，并与所述胶圈之间形成泄压间隙。
所述下壳体的缩口至所述上壳体的延伸导筒的端部之间的区域为泄压活动区域。
作为一种改进的方案，处于泄压状态时，所述上壳体的延伸导筒的端部滑动至所述下壳体的缩口处，上壳体与下壳体之间脱离所述一级密封区域和所述二级密封区域，电池内的电解液沿所述泄压间隙从下壳体的端部溢出。
作为一种改进的方案，所述胶圈采用PEEK、PEI、PI中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
提高了在装配过程中与壳体之间的挤压力，保证其密封性；采用上部泄液，防止电池组件在装配过程时易泄露的问题，从根源上保证了电池组件的良品率；采用双密封形式，提高电池组件在使用过程中的密封性；胶圈为单侧涂抹胶水方式，降低了电池在失效后的开启阻力，从而使防爆功能顺利开启；降低了生产成本，降低胶水从胶圈上滴落造成污染工作环境现象的发生，并且使防爆功能顺利开启；密封面积大，提高密封性；活塞式移动，提高活动量，保证防爆功能的顺利开启；提高了组装稳定性，容量占比高，保证防爆功能的前提下再保证密封性；延长了电子产品的续航时间；提高使用者的使用体验；保护了电子产品的相关配件以及人体的安全；产品尺寸稳定，质量可靠、良品率高。提高了此类电池的良率和生产效率，保证产品的尺寸、容量、安全性、密封性；结构简单，使用寿命长；结构简单，工作稳定；操作控制简便，易于大规模制造与自动化组装，应用范围广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明上壳体的结构示意图；
图3为本发明胶圈的结构示意图；
图4为本发明下壳体的结构示意图；
图5为本发明的装配结构示意图；
图6为本发明失效状态的结构示意图；
图中：1-上壳体；2-下壳体；3-一级密封区域；4-渐扩式导筒；5-延伸导筒；6-胶圈；7-二级密封区域；8-杯体；9-泄压活动区域；10-均压槽；11-卷边。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图6所示，扣式微型可充电锂电池结构组件，包括上壳体1、下壳体2以及胶圈6；上壳体1扣装于下壳体2内，且上壳体1与下壳体2的侧壁之间通过胶圈6进行密封。
胶圈6的壁厚沿安装方向呈渐厚式设置，胶圈的渐变壁厚为0.01-0.1mm。
上壳体1与下壳体2均包括杯体8，杯体8的杯口处通过渐扩式导筒4连接有延伸导筒5；其中渐扩式导筒为径向逐渐变大的筒体；延伸筒体的一端连接于渐扩式导筒的一端，且延伸筒体的直径大于杯体的直径，其中杯体、渐扩式导筒、延伸导筒以及胶圈可采用方形、椭圆形、圆柱形等具有包覆功能的形状的中的一种或多种。
胶圈的下端部还向内延伸设有卷边11，上壳体的延伸导筒的端部插装于卷边11与胶圈侧壁之间的区域内，用以实现在装配时对胶圈进行活动插装；
处于装配状态时，上壳体1的延伸导筒5延伸至下壳体2的杯体8处，通过上壳体1的延伸导筒5与下壳体2的杯体8之间利用胶圈6形成一级密封区域3，并通过上壳体1的杯体8与下壳体2的延伸导筒5的端部之间利用胶圈6形成二级密封区域7。
所述下壳体的缩口至所述上壳体的延伸导筒的端部之间的区域为泄压活动区域9，处于泄压状态时，上壳体1上移，所述上壳体的延伸导筒的端部滑动至所述下壳体的缩口处，上壳体与下壳体之间脱离所述一级密封区域和所述二级密封区域，电池内的电解液沿泄压间隙从下壳体2的端部溢出。
下壳体2的延伸导筒5的端部呈缩口状设置。
下壳体2和上壳体1处于一级密封与二级密封之间的部分与胶圈6之间设有泄压间隙。
胶圈6的外壁设有胶水层，并通过胶水层固定于下壳体2的内壁上。
胶圈6采用PEEK、PEI、PI中的任意一种。
其中处于下壳体的杯体的底面上设有均压槽10，用以实现在装配时稳定组装；
一级密封区域的轴向密封量为1.5-2.5mm，二级密封区域的轴向密封量为0.1-0.5mm，且一级密封区域与二级密封区域之间设有泄压活动区域9，该泄压活动区域9的轴向位移量为1.5-2.0mm；处于装配状态时，三者占比可为10:8:1；
目前此类电池常规型号为0854/1054/1254/1454/1654系列电池，此处以1254电池为例，对各厂商的电池规格及性能与本专利的新结构进行了数据收集和分析，详见下表：
从上述表格可以看出，CP1254(2)品牌是目前市面上体积容量比最大的电池，其防爆结构是无封口式结构，此结构因密封效果差，容易出现电解液泄露导致的良品率降低和电池使用过程中的漏液失效。品牌LIR1254和CP1254(2)能做到密封良好，但是相对其他产品来说体积大、容量低，体积容量比仅为21.23％和23.16％，并且为了追求密封效果，不得不取消防爆结构，使得电池的安全性降低；
现有技术中的上壳体和下壳体的壁厚为0.2-0.25mm，而本产品的上壳体与下壳体的壁厚为0.15mm，其中现有技术中的胶圈壁厚为0.2-0.25mm，而本产品的壁厚为0.08mm，与传统技术相比，本产品的结构更加的节省空间，从而提高了容量体积比；
通过本方案的数据可得知，外壳尺寸采用与CP1254(1)相同的尺寸，即可实现依旧采用现有模具，省去单独引起新的模具的费用，大大降低了经济支出，以及人员之间的劳动力；但通过改变其胶圈的厚度以及结构实现提高了容量，且装配完成后还降低了其外部体积，使得容量体积高达31.95％，比现有的电池中最高的29.24％，还整整高出了2.71％,然而依照现有技术，整整高出了0.5％的五倍还多；高出的2.71％可以提高连续使用8小时的续航时间，其中该电池应用到蓝牙耳机中使用，依照蓝牙耳机的使用时间，人们一天工作8小时，使用蓝牙耳机的时间平均最多便是1.5小时左右，延长连续使用8小时的续航时间，至少可达到延长6天的续航时间，降低了人们的充电次数，提高生活便利性的同时，更能降低电池的充放电次数，延长其使用寿命。
其中扩式导筒处于横截面方向上侧壁之间的夹角为10-25°；其中胶圈的外壁也可呈渐扩式设置，且其横截面方向上侧壁之间的夹角为3-15°；
延伸导筒与杯体之间的径向偏移量为0.05-0.1mm；其中上壳体的杯体高度为1.91mm；下壳体的杯体高度为1.74mm；且下壳体的延伸导筒的轴线长度为2.24mm；
胶圈的渐变壁厚为0.01-0.1mm；胶圈处于一级密封区域的尺寸在1.5mm-2.5mm，其中优选使用2.12mm；
上壳体与胶圈的过盈量为0.02-0.1mm，胶圈与下壳体侧壁间隙为0.05mm，下壳体与胶圈一级密封区域过盈量为0.02-0.05mm。
密封后的组件，有一定的垂直活动量，约2.0-2.5mm，当电池内部仓压过大时，上壳体、胶圈与下壳体会在压力作用下，实现轴向运动2.0mm以内，从而使电池的一级密封，局部破坏，实现电池的初级泄压；
当电池内部压力激剧增大时，一级密封会遭到全部破坏，轴向活动量大于2.0mm，使得电池压力沿胶圈与下壳体的间隙配合位置打开，将电池的内部压力释放至电池上壳体与胶圈间隙中；
当电池下壳体与胶圈间隙中压力达到二级密封保持力上限时，电池的二级密封将被打开，实现电池内部压力的外部排放；
活动区域的间隙，作用为电池内部压力增大后，活动区域尺寸逐渐减小，当此尺寸等于或接近于0时，三件套的侧壁间隙开启，电池内部的压力会沿侧壁得到释放，起到保护作用；
当此尺寸接近于0时，二级密封的缩口起到保护上壳体不被弹出，保证其他相邻部件的安全。
由此可见本发明可以解决目前微型可充电电池的容量小、安全性与密封性矛盾导致的产品良率低、可靠性差的问题，经过试验验证，产品尺寸稳定，质量可靠、良品率高达99.5％。由此可见本模具结构大大提高了此类电池的良率和生产效率。产品的尺寸、容量、安全性、密封性、外观均超过了目前同类产品的参数要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种扣式微型可充电锂电池结构组件，包括上壳体(1)、下壳体(2)以及胶圈(6)；其特征在于：所述上壳体(1)扣装于所述下壳体(2)内，且上壳体(1)与下壳体(2)的侧壁之间通过所述胶圈(6)进行密封。
2.根据权利要求1所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：所述胶圈(6)的壁厚沿安装方向呈渐厚式设置。
3.根据权利要求1所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：所述胶圈(6)的外壁设有胶水层，并通过所述胶水层固定于所述下壳体(2)的内壁上。
4.根据权利要求1所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：所述上壳体(1)与下壳体(2)均包括杯体(8)，所述杯体(8)的杯口处通过渐扩式导筒(4)连接有延伸导筒(5)。
5.根据权利要求4所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：处于装配状态时，所述上壳体(1)的延伸导筒(5)延伸至所述下壳体(2)的杯体(8)处，通过上壳体(1)的延伸导筒(5)与下壳体(2)的杯体(8)之间利用所述胶圈(6)形成一级密封区域(3)，并通过上壳体(1)的杯体(8)与下壳体(2)的延伸导筒(5)的端部之间利用胶圈(6)形成二级密封区域(7)。
6.根据权利要求5所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：所述下壳体(2)的延伸导筒(5)的端部呈缩口状设置。
7.根据权利要求5所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：所述下壳体(2)的延伸导筒(5)与和所述上壳体(1)的杯体(8)之间的区域设有一间隙，且该间隙处于所述一级密封区域(3)与所述二级密封区域(7)之间，并与所述胶圈(6)之间形成泄压间隙。
8.根据权利要求6所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：所述下壳体(2)的缩口至所述上壳体(1)的延伸导筒(5)的端部之间的区域为泄压活动区域(9)。
9.根据权利要求8所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：处于泄压状态时，所述上壳体(1)的延伸导筒(5)的端部滑动至所述下壳体(2)的缩口处，上壳体(1)与下壳体(2)之间脱离所述一级密封区域(3)和所述二级密封区域(7)，电池内的电解液沿所述泄压间隙从下壳体(2)的端部溢出。
10.根据权利要求1所述的一种扣式微型可充电锂电池结构组件，其特征在于：所述胶圈(6)采用PEEK、PEI、PI中的任意一种。
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