CN109786647A - 切割机构、可充电电池及制造可充电电池的外壳的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于可充电电池的切割机构，所述切割机构包括：柱状塞部，其被配置为插入所述可充电电池的卷绕电芯内部；展开部，所述展开部与所述柱状塞部的一端相连接，并且所述柱状塞部基本上垂直于所述展开部，其中所述展开部的至少一侧边缘或一部分边缘靠近或接触所述可充电电池的导引导出体并且在所述可充电电池的外壳和内盖分离预定距离时由所述展开部将所述导引导出体切断。本发明还涉及可充电电池和其外壳的制造方法。

Description

切割机构、可充电电池及制造可充电电池的外壳的方法

技术领域

本发明涉及一种小型电池结构，特别涉及切割机构、可充电电池及制造可充电电池的外壳的方法。

背景技术

小型电池例如纽扣电池通常具有由两个外壳半构件、即电池杯和电池盖组成的外壳。它们例如可以由镀镍的深拉金属板作为冲压拉延构件来制造。通常，电池杯被极化为正的并且电池盖被极化为负的。目前的可充电电池，特别是锂离子电池，以及锂离子软包电池被广泛应用与可持的电池设备和小型的发光设备，如移动电话、无线耳机、自行车闪光灯等。

在体积小的电子设备中，体积比能量密度是一个关键因素。由于对可充电锂离子电池的体积有要求，为了减少电池体积同时保证电池的应用功能，目前一般采用螺旋绕卷电芯。然而，在增大电池体积能量密度的过程中，带来了新的技术问题。在目前的信息化时代，穿戴设备应用广泛，其内置电源大部分为可充电锂离子电池，而普通的铝壳软包可充电锂离子电池，在反复充放电过程中会产生鼓胀，并引致漏液或爆开，从而影响人身安全。为了提高可穿戴设备的续航使用时间，通常会尽最大程度增加电池的活性物料，这对电池的安全性要求将更高。同时，为了提高电池容量，也会将外壳做到越来越薄。因此，在提高电池容量的同时，需要考虑小型可充电电池的安全性问题。

发明内容

本发明旨在提供一种能够在充电情况下避免故障、提高安全性的切割机构、可充电电池及其制造方法。

本发明提出一种用于可充电电池的切割机构，所述切割机构包括：柱状塞部，其被配置为插入所述可充电电池的卷绕电芯内部；展开部，其中所述展开部与所述柱状塞部的一端相连接，并且所述柱状塞部基本上垂直于所述展开部，其中所述展开部的至少一侧边缘或一部分边缘被配置为靠近或接触所述可充电电池的电极导引导出体并且在所述可充电电池的外壳和内盖分离预定距离时由所述展开部将所述导引导出体切断。

优选地，所述切割机构的材料是PP、PEEK或高分子绝缘耐腐蚀材料。

优选地，所述展开部具有选自扇形、圆形、椭圆形、棱形、三角形和方形中的一种形状。

优选地，所述展开部的底面和侧面在所述可充电电池的外壳和内盖分离预定距离时形成刀锋，从而切断正极导引导出体和/或负极导引导出体。更优选地，所述展开部的底面和侧面呈基本上90°角。

优选地，所述展开部的边缘为锯齿状边缘。

优选地，所述柱状塞部是实心的或者中空的。

优选地，所述柱状塞部是通过模具冲压一体形成的。

本发明还提出一种可充电电池，所述可充电电池包括：壳体；卷绕电芯，所述卷绕电芯包括经分隔机构隔离后卷绕的正极片和负极片，从所述正极片和负极片的末端分别引出的正极导引导出体和负极导引导出体；和至少一个本发明的切割机构，所述切割机构的柱状塞部插入所述卷绕电芯的内部，并且所述切割机构的展开部的边缘靠近或接触正极导引导出体和负极导引导出体中的至少一个，尤其是靠近或接触正极导引导出体和负极导引导出体中的至少一个的弯折部。

优选地，所述壳体包括具有开口的外壳、通过开口嵌套于外壳内的内盖和位于外壳与内盖之间并使外壳和内盖隔离的密封圈，所述外壳包括底表面和外壳侧壁，所述外壳侧壁末端呈缩入形式，所述内盖包括顶表面和内盖侧壁，所述内盖侧壁在与外壳侧壁开口末端对应的位置处也呈缩入形式，所述外壳、内盖和密封圈配合形成密封形式；并且所述正极片经由正极导引导出体连接到所述外壳的底表面，所述负极片经由负极导引导出体连接到所述内盖的顶表面。

优选地，所述外壳侧壁的高度小于所述可充电电池的高度。

优选地，所述外壳侧壁的底部包括缩入部分。

优选地，所述外壳侧壁包括至少一个孔，所述至少一个孔穿过所述外壳侧壁，优选位于所述外壳侧壁的顶部和底部缩入部分之间。

优选地，所述孔呈圆形、长方形、正方形、棱形或不规则形状。

优选地，所述孔呈不规则的长条线型。

优选地，所述可充电电池为可充电纽扣电池。

优选地，所述可充电电池是可充电锂离子电池。

本发明还提出一种可充电电池，所述可充电电池包括：壳体，所述壳体包括具有开口的外壳、通过开口嵌套于外壳内的内盖和位于外壳与内盖之间并使外壳和内盖隔离的密封圈，所述外壳包括底表面和外壳侧壁，所述外壳侧壁的顶部呈缩入形式，所述内盖包括顶表面和内盖侧壁，所述内盖侧壁在与外壳侧壁的顶部对应的位置处也呈缩入形式，所述外壳、内盖和密封圈配合形成密封形式；卷绕电芯，所述卷绕电芯包括经分隔机构隔离后卷绕的正极片和负极片，从所述正极片和负极片的末端分别引出正极导引导出体和负极导引导出体，所述正极片经由正极导引导出体连接到所述外壳的底表面，所述负极片经由负极导引导出体连接到所述内盖的顶表面；至少一个孔，所述至少一个孔穿过所述外壳侧壁。

优选地，所述可充电电池还包括至少一个如前所述的本发明的切割机构，所述切割机构的柱状塞部插入卷绕电芯的内部，并且所述切割机构的展开部的边缘靠近或接触正极导引导出体和负极导引导出体中的至少一个。

优选地，所述外壳侧壁的底部包括缩入部分，所述至少一个孔位于所述外壳侧壁的顶部和底部缩入部分之间。

优选地，所述外壳侧壁的高度小于所述可充电锂离子电池的高度。

优选地，所述孔呈圆形、长方形、正方形、棱形或不规则形状。

优选地，所述孔呈不规则的长条线型。

本发明还提出一种制造如前所述的可充电电池的外壳的方法，包括以下步骤：将用于制造可充电电池的外壳的金属片材上周向形成至少一个孔，然后通过冲压成型所述外壳。优选地，所述冲压成型在外壳的侧部底部形成缩入部分。

根据本发明的可充电电池的密封性能优良，安全性能好。当电池过充、过放或短路时，电池内部将产生大量气体，内盖会向外顶出。当内盖向外顶出时，内盖连同绝缘件底部上升至外壳的孔位时，气体从外壳的孔排出。由于内压降低，内盖即停止往外顶出，从而电池壳体不会产生爆开及分离。

在内盖向外顶出的同时，电池内的电芯跟着往外移。正极和/或负极导引导出体被本发明的切割机构切断，使电池内电芯正极与外壳或负极与内盖不能再连通，电池终止工作，确保使用安全可靠。

在同时采用切割机构和排气孔时，可以使得可充电电池得到双重保护。

本发明的制备电池外壳的方法简单方便，能够高效获得带孔的电池外壳。

附图说明

通过附图提供本发明的进一步阐述，其中

图1是根据本发明一较佳实施方式的切割机构的截面图。

图2是根据本发明一较佳实施方式的具有切割机构的可充电电池的截面图。

图3是根据本发明一较佳实施方式的可充电电池的外壳的截面图。

具体实施方式

现在将参照附图对本发明的一个优选实施方式进行详细描述。

本发明可用于各种形状的小型电池，包括但不限于可充电电池、例如可充电锂离子电池，诸如纽扣电池、小型柱状电池等。以下以可充电锂离子电池作为示例性实施方式中的可充电电池的示例，其也可以是任何其他形式的可充电电池。

图1是根据本发明一较佳实施方式的切割机构。如图1所示，切割机构21形成为如“T”状的T型胶塞，包括：柱状塞部，其被配置为插入可充电锂离子电池的卷绕电芯内部；展开部，展开部与柱状塞部的一端相连接，并且柱状塞部基本上垂直于展开部，其中展开部的至少一侧或一部分边缘被配置为靠近或接触可充电锂离子电池的电极导引导出体，特别是导引导出体从正极/负极延伸出的弯折部，由此在可充电锂离子电池的外壳和内盖分离预定距离时由展开部将导引导出体切断。在使用时，切割机构21可放置于卷绕电芯的中心位置。

适用于本发明的切割材料可以是硬度足以切断电极导引导出体的材料。在一个实施方式中，T型胶塞可以由绝缘耐腐蚀材料PP或PEEK或其它高分子绝缘材料制成。

T型胶塞的展开部可以是圆形的展开部。展开的圆形片的厚度可以为0.01～0.20mm，优选地0.05mm。T型胶塞的展开部也可以是圆形、椭圆形、棱形、三角形、正方形或长方形。T型胶塞的柱状塞部可以为实芯或空芯，优选地为空芯体。如图1所示，在柱状塞部是空芯的情况下，展开部与柱状塞部连接的部位也是空芯的，由此空芯的T型胶塞中，电解液可以从卷绕电芯的一端迅速流至卷绕电芯的另一端，有利于加快电解液的流动和吸收。

如图2所示的实施例，示出了包括封闭于壳体内的切割机构21的电池，其中切割机构21设置在正极侧，正极导引导出体20经90°折弯放置于切割机构的展开部下方。切割机构也可以设置在负极侧上，而卷绕电芯的负极片的负极导引导出体经90°折弯放置于切割机构的展开部上放。当然，也可以在正极侧和负极侧分别设置一个切割机构，此时两个切割机构的柱状塞部都稍小，优选地不超过卷绕电芯的厚度的一半，并且两个切割机构分别从两个相反的方向插入卷绕电芯的中间的空腔，彼此不连接。

在通过缩入封口技术成型的电池中，切割机构的展开部、负极导引导出体/正极导引导出体及外壳和内盖的底表面内侧相互紧密贴合。当电池内过充、过放或短路时，由于正负极物质中的锂离子不断的嵌入及脱出，正负极片体积会发生变化，电池内部产生大量气体，此时内盖会被向外顶出，同时电池内的电芯会跟着往外移动。T型胶塞的圆形展开边缘a面压住正极导引导出体或/和负极导引导出体，而T型胶塞的圆形展开边缘a面与b面呈90°角。当电芯向外移动到一定距离，即当分离到一定的距离时，T型胶塞顶面边缘a面与侧面边缘b面连接处形成刀锋，从而切断正极导引导出体或/和负极导引导出体，使电池内电芯正极和/或负极与外壳不能再连通，终止工作，达到安全可靠的效果。

也可以在电极导引导出体与切割机构接触处设置撕裂线结构，以帮助切割机构切断导引导出体。

此外，切割机构可以是绝缘的，其具有绝缘的功能，并且其展开部可以位于正极侧和/或负极侧，还起到了将正极和/或负极与壳体绝缘以避免短路的功能。由此，切割机构的使用还省去了以贴合或其他方式覆盖到正极侧和/或负极侧的绝缘部件，例如绝缘胶。

在如图2所示的根据本发明一较佳实施方式的具有切割机构的可充电电池中，可充电锂离子电池包括壳体，壳体包括以密封方式相互嵌合连接的外壳11、内盖12和密封圈13。外壳11具有开口，内盖12通过开口嵌套于外壳11内。密封圈13位于外壳11与内盖12之间并使外壳和内盖隔离。外壳11与内盖12及密封圈13至少一部分周向重叠。密封圈13还可以延伸到内盖12的内侧，由此在内盖的开口端处形成围绕并密封内盖的开口端的内槽。外壳侧壁底部呈周向径向缩入形式，也就是缩入区域26，所述的周向径向缩入的距离可以为0.03～0.30mm之间，优选0.10mm。在外壳侧壁顶端处也具有周向径向形式的缩入区域27，内盖侧壁在与外壳侧壁顶端的缩入区域27对应的位置处也呈缩入形式，由此内盖12的侧壁29与其顶平面24形成一个阶梯连接28，使得内盖12的底部开口端的周向直径大于内盖的顶面直径。由此沿周向紧密接触的外壳、内盖和密封圈形成密封形式。密封圈13可以通过注塑或成型模具制成。

如图2所示，内盖12包括顶表面24和内盖侧壁29，在密封圈13的内槽和/或内盖12的底部开口端一周涂上密封胶水15，使得两者组合后不会脱出并起到密封作用。外壳11的侧壁的内侧底部区域，也就是外壳侧壁的缩入区域26内侧，以及底部相应区域，也可涂上密封胶水14，使外壳11与内盖12及密封圈13组合在一起。三者相互重叠的位置，特别是缩入区域26的重叠位置，起到极佳的密封效果。此外，由于内盖12的侧壁顶部、与内盖的侧壁顶部接触的密封圈与外壳侧壁顶端也是相互重叠的，也可以进一步起到提升密封效果的作用。由于阶梯连接28的存在，内盖12的侧壁底部周向向外直径大于内盖12的顶平面直径，一般地大于5～20％，优选地5～8％。

外壳的未安装形式如图3所示，包括底表面23和外壳侧壁，底表面23与外壳侧壁呈大约90°并且可以是连续光滑过渡形式。外壳侧壁的底端也呈缩入形式，也就是缩入区域26。外壳的高度需小于电池高度，一般地低于电池高度10～90％，优选地30％。外壳底部周向缩入的高度，一般地为壳高度的10～50％，优选地20％。在一个较佳实施例中，外壳还包括至少一个孔25，该至少一个孔25穿过外壳侧壁，用于泄气。

外壳11可以采用可深冲压拉伸的不锈钢片材，通过金属模具冲压成型。例如，可以采用304深冲不锈钢片或301L不锈钢片，片厚优选为0.10mm～0.30mm之间，更优选0.10mm。也可以通过金属模具冷冲压成型。在冲压成型外壳11的过程中，为了保持壳体内外光滑，可在钢片表面涂上冲压润滑油。冲压成型的外壳具有外壁底部一部分周向径向缩入设计。所述的周向径向缩入可以为0.03～0.30mm之间，优选0.10mm。内盖12可以采用可冲压拉伸的不锈钢片材，通过五金模具冲压成型。冲压后内盖12的开口部分为向外扩展的形式，而内盖的侧部底部与内盖的顶表面沿周向形成台阶的形式，即上述的内盖侧壁在与外壳侧壁对应的位置处的缩入形式。密封圈可以采用耐有机溶剂电解质的材料，例如可以是PP、PEEK、PA、PET及高分子纳米材料，并且可通过注塑或成型模具制成。

在一个优选实施方式中，外壳侧壁设置有至少一个孔25，其位于外壳侧壁的顶部和底部之间。更具体地，位于外壳侧壁缩入径向部分上端和位于外壳侧壁剪口端下端之间。孔25可通过激光穿孔或机械冲压在形成外壳形状之前的预制板上成形。孔25可以是圆形、长方形、正方形、棱形、不规则形状，优选地为不规则的长条线型，例如更优选为长度为2mm，宽度0.10mm的孔。在一个实施方式中，所述至少一个孔沿着外壳侧壁周向布置，例如可以是两个、三个、四个或更多个孔。

利用该优选实施方式的具有孔的充电电池，在电池过充、过放或短路的情况下，电芯产生大量气体，将内盖顶出，当内盖12的底部连同密封圈13的底部升至孔25的位置时，气体可以从孔25中泄出，使得电池内部气体迅速得到释放，从而内盖12不会被再向外顶出。

卷绕电芯位于内盖12的内部。所述卷绕电芯包括经分隔机构17(也称为正负极隔离体)隔离后卷绕的正极片16和负极片18。分隔机构可以位于正极片和负极片之间，并且还可以位于负极片外侧，只要能够隔离正负极片即可。正极片16、分隔机构17和负极片18相互间隔以螺旋绕卷的方式卷绕，其中卷绕电芯的最外圈为例如作为分隔机构的胶纸包裹，往内依次为负极片、分隔机构(例如隔膜)、正极片，在正极片的内侧还可以设置另一圈的隔膜以绝缘。正极片16、负极片18、分隔机构17均可以为条形以便于卷绕。从所述正极片和负极片的末端分别引出正极导引导出体20和负极导引导出体19。正极片16经由正极导引导出体20电连接到外壳11的底表面，而负极片18经由负极导引导出体19电连接到内盖12的顶表面。正极片16末端的正极导引导出体20弯折成大概90°与外壳11的内表面紧贴。负极片18末端的负极导引导出体19弯折成大概90°与内盖12的顶表面紧贴。正负极片和隔膜彼此紧密缠绕，其周围充满电解质。

在一个优选实施方式中，负极导引导出体19可以在朝向电芯一面贴上胶带，例如聚丙烯或Kapton胶带，以防止电芯与负极导引导出体之间发生短路，尽管当切割机构21由绝缘材料组成时胶带并非是必需的。内置绕组卷绕电芯最外端是一层或多层例如两层隔离体，并且最外端一圈用胶带30封住，以防止电芯松脱。再往内是负极片18的末端及在负极末端用激光或电流点焊焊上的负极导引导出体19。负极导引导出体19可以为铜或镍薄片，厚度可以为0.02～0.15mm，优选0.03～0.05mm，并可在薄片焊接位置贴上胶带，例如聚丙烯或Kapton胶带。再往内是正极片16及在正极末端用激光或电流点焊焊上的正极导引导出体20。正极导引导出体20可以为铝导引薄片，厚度可以为0.02～0.15mm，优选0.03～0.05mm。隔膜在正负极中间分隔防止短路。

在一个实施方式中，可以不包括切割机构，仅将在外壳上具有孔。在另一个实施方式中，可以仅包括切割机构，而不包括在外壳上的孔。在再一个实施方式中，可以包括切割结构和外壳上的孔。

在一个优选实施方式中，如图1所示的切割机构被设置在卷绕电芯下方，并且由于切割机构的柱状塞部置于电芯中间的空腔，其能够防止在充放电循环过程中正负极片体积变化过大而导致的内阻增加和失效，从而保证了电池具有更长的循环寿命。

电解液置于正、负极片的间隙中。在生产电池时，将卷绕电芯放入已安装绝缘圈的内盖中，加上电解液，并可通过抽真空加速电解液吸收。然后，盖上外壳，将电池放置入封口模具中，通过封压壳边周向缩入，形成周向缩入密封壳体电池。

在一个实施方式中，对已封口成型的电池实施外激光焊接。具体地，将正极片16的正极导引导出体20与外壳11的底面23的内平面在焊点22-3和22-4处相互焊接，使电芯与外壳相互接通。将负极片18的负极导引导出体19与内盖12的顶表面24的内表面在焊点22-1和22-2处相互焊接，使电芯与外壳相互接通。外激光焊接可采用激光点焊机进行。

本发明还提出一种制造如前所述的可充电锂离子电池的外壳的方法，包括以下步骤：将用于制造可充电锂离子电池的外壳的金属片材上周向形成至少一个孔，然后通过冲压成型所述外壳。

当制造可充电锂离子电池时，首先在可充电锂离子电池的外壳的预制板上打孔，所述孔的位置设置为位于预定的外壳的侧壁中间的稍偏向下部的位置。所述孔可通过机械打孔或激光打孔形成。然后模压或压制经打孔的预制板，形成具有开口的外壳。模压或压制在外壳侧壁的底部可同时形成缩入部分。利用冲压成型，形成可充电锂离子电池的内盖，并冲压形成缩入部分。然后将已完成的具有正极片、负极片和多个作为绝缘机构的隔膜的卷绕电芯放置在内盖中。在一个优选实施方式中，卷绕电芯可以已经放入一个或两个切割机构。该切割机构位于卷绕电芯中心部位，并且切割机构的展开部的边缘抵靠正极导引导出体和负极导引导出体中的至少一个，尤其是导引导出体的弯折部。向放置有卷绕电芯的内盖中添加电解液，并使电解液将正极片、负极片与隔膜进行充分浸润，最后采用封压机将外壳与内盖进行完全压实。

虽然上文对本发明以具体实施方式进行了描述，但是本发明的范围并不限于这些具体描述的限制。对于本领域的技术人员，根据本说明书的教导对实施方案进行修改或与其它方案进行组合都将是显而易见的。

Claims (21)

1.一种用于可充电电池的切割机构，其特征在于，所述切割机构包括：

柱状塞部，其被配置为插入所述可充电电池的卷绕电芯内部；和

展开部，所述展开部与所述柱状塞部的一端相连接，并且所述柱状塞部基本上垂直于所述展开部，其中所述展开部的至少一侧边缘或一部分边缘被配置为靠近或接触所述可充电电池的电极导引导出体并且在所述可充电电池的外壳和内盖分离预定距离时由所述展开部将所述导引导出体切断。

2.根据权利要求1所述的切割机构，其特征在于：

所述切割机构的材料是PP、PEEK或高分子绝缘耐腐蚀材料。

3.根据权利要求1所述的切割机构，其特征在于：

所述展开部具有选自扇形、圆形、椭圆形、棱形、三角形和方形中的一种形状。

4.根据权利要求1所述的切割机构，其特征在于：

所述展开部的底面和侧面在所述可充电电池的外壳和内盖分离预定距离时形成刀锋，从而切断正极导引导出体和/或负极导引导出体。

5.根据权利要求4所述的切割机构，其特征在于：

所述展开部的底面和侧面呈基本上90°角。

6.根据权利要求1所述的切割机构，其特征在于：

所述展开部的边缘为锯齿状边缘。

7.根据权利要求1所述的切割机构，其特征在于：

所述柱状塞部是实心的或者中空的。

8.根据权利要求1所述的切割机构，其特征在于：

所述柱状塞部是通过模具冲压一体形成的。

9.一种可充电电池，其特征在于，所述可充电电池包括：

壳体；

卷绕电芯，所述卷绕电芯包括经分隔机构隔离后卷绕的正极片和负极片，从所述正极片和负极片的末端分别引出的正极导引导出体和负极导引导出体；和

至少一个根据权利要求1-8任一项所述的切割机构，所述切割机构的柱状塞部插入所述卷绕电芯的内部，并且所述切割机构的展开部的边缘靠近或接触正极导引导出体和负极导引导出体中的至少一个。

10.根据权利要求9所述的可充电电池，其特征在于，

所述切割机构的展开部的边缘靠近或接触正极导引导出体和负极导引导出体中的至少一个的弯折部。

11.根据权利要求9所述的可充电电池，其特征在于，

所述壳体包括具有开口的外壳、通过开口嵌套于外壳内的内盖和位于外壳与内盖之间并使外壳和内盖隔离的密封圈，所述外壳包括底表面和外壳侧壁，所述外壳侧壁末端呈缩入形式，所述内盖包括顶表面和内盖侧壁，所述内盖侧壁在与外壳侧壁开口末端对应的位置处也呈缩入形式，所述外壳、内盖和密封圈配合形成密封形式；

并且所述正极片经由正极导引导出体连接到所述外壳的底表面，所述负极片经由负极导引导出体连接到所述内盖的顶表面。

12.根据权利要求9所述的可充电电池，其特征在于，

所述外壳侧壁的高度小于所述可充电电池的高度。

13.根据权利要求9所述的可充电电池，其特征在于，

所述外壳侧壁的底部包括缩入部分。

14.根据权利要求9所述的可充电电池，其特征在于，所述外壳侧壁包括至少一个孔，所述至少一个孔穿过所述外壳侧壁。

15.根据权利要求14所述的可充电电池，其特征在于，所述至少一个孔位于所述外壳侧壁的顶部和底部缩入部分之间。

16.根据权利要求14或15所述的可充电电池，其特征在于，

所述孔呈圆形、长方形、正方形、棱形或不规则形状。

17.根据权利要求14或15所述的可充电电池，其特征在于，

所述孔呈不规则的长条线型。

18.根据权利要求9所述的可充电电池，其特征在于，所述可充电电池为可充电纽扣电池。

19.根据权利要求9所述的可充电电池，其特征在于，所述可充电电池为可充电锂离子电池。

20.一种制造可充电电池的外壳的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将用于制造可充电电池的外壳的金属片材上周向形成至少一个孔，然后通过冲压成型所述外壳。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述冲压成型在外壳的侧部底部形成缩入部分。