CN110085921A - 一种可充电硬壳锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种可充电硬壳锂离子电池，包括正极组件以及负极组件，所述正极组件与所述负极组件相互绝缘，两者之间形成卷绕体安装空间，所述卷绕体安装空间中设置有电解液及卷绕体，所述卷绕体从靠近其中心的位置分别引出正极极耳以及负极极耳，所述正极极耳与所述正极组件电连接，所述负极极耳与所述负极组件电连接。采用极耳由靠近中心位置引出的卷绕体，充放电过程中卷绕体的变形对极片的拉扯作用力小，能够提高可充电电池的充放电次数，延长使用寿命。

Description

一种可充电硬壳锂离子电池
本申请是申请日为2016年6月8日、申请号为201610403086.1、发明名称为“一种可充电硬壳锂离子电池”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种可充电硬壳锂离子电池。
背景技术
随着穿戴产品的兴起，用电产品的多样化、小型化越加明显。由于用电产品的空间限制，其所使用的电池需要具有体积小、电量大的特性，通常情况下产品的小型化会提高对制造工艺水平和产品设计水平的要求，当产品小型化到一定程度时，对工艺制造水平的要求将出现一个陡增，产品设计理念出现大的变化，甚至会出现截然相反的改变。
由于对设备续航能力的要求越来越高，这就要求制造商在保证产品性能的前提下，尽可能的提高电池产品的内部实际利用空间进而提高能量密度。目前市场上作为穿戴产品电源的主要有软包和钢壳两种结构，其中软包圆柱电池结构如图1所示，其正极极耳1′与负极极耳2′向相反的两个方向延伸，该结构占据了过多的有效利用空间，使其内部实际利用空间受到了较大浪费，同时软包电池由于封装特性和铝塑膜冲坑深度限制，使其产品在圆柱电池微型化和能量密度方面无法和钢壳封装锂离子电池相比，钢壳电池产品具有更加规整、美观的形状，使用过程中受到更多青睐。
由于工艺制造水平和设计理念的落后，传统结构的二次锂离子可充电电池一直无法实现工业化生产，甚至是实验样品也无法制作，其主要原因在于小型化二次锂离子电池卷绕体卷绕层紧密，正负极极片受力大，在成品的使用过程中卷绕体不断收缩、膨胀，致使正负极极片不断被拉扯，体积越小的二次锂离子电池极片宽度也越小，导致其可承受的拉力也过小，极片受力最为脆弱的极耳点焊处的空白箔材附近区域非常容易发生断裂现象。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种可充电硬壳锂离子电池，其在反复充电的过程中可以避免极片受力过大造成撕裂，在减小电池体积的同时保证其充电性能，提高使用寿命。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
提供一种可充电硬壳锂离子电池，包括正极组件以及负极组件，所述正极组件与所述负极组件相互绝缘，两者之间形成卷绕体安装空间，所述卷绕体安装空间中设置有电解液及卷绕体，所述卷绕体从靠近其中心的位置分别引出正极极耳以及负极极耳，所述正极极耳与所述正极组件电连接，所述负极极耳与所述负极组件电连接。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述正极组件包括电连接的正极钢环以及正极极柱，所述正极钢环套设在所述正极极柱外部，所述正极极耳与所述正极极柱电连接。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述负极组件包括具有开口部的钢壳以及设置在所述开口部的负极钢环，所述钢壳与所述负极钢环电连接，所述负极极耳连接于所述钢壳与所述负极钢环之间。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述卷绕体包括正极极片以及负极极片，所述正极极片与所述负极极片由隔膜隔开并卷绕，所述正极极片上连接有正极极耳，所述负极极片上连接负极极耳，所述正极极耳与所述负极极耳沿所述正极极片以及所述负极极片的宽度方向引出，且所述正极极耳与所述负极极耳的引出方向相反。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述卷绕体具有朝向所述正极组件的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述正极极耳由所述卷绕体的所述第一端面引出，所述负极极耳由所述卷绕体的所述第二端面引出，并沿所述第二端面延伸至所述卷绕体的周部。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，还包括设置在所述卷绕体的所述第一端面以及所述第二端面处的绝缘垫片。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述正极极耳具有与所述正极极片连接的正极耳第一连接段、沿所述第一端面向所述卷绕体的周部延伸的正极耳延伸段，以及用于连接所述正极组件的正极耳第二连接段；所述负极极耳具有与所述负极连接片连接的负极耳第一连接段、沿所述第二端面向所述卷绕体的周部延伸的负极耳延伸段，以及用于连接所述负极组件的负极耳第二连接段。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述负极钢环套设在所述正极极柱上，其与所述正极极柱以及所述正极钢环之间设置有密封胶。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述正极极柱上还套设有极耳固定环，所述正极极耳通过所述极耳固定环以及所述正极极柱挤压而实现与所述正极组件的电连接。
作为所述的可充电硬壳锂离子电池的一种优选的技术方案，所述正极极柱上设置有环状凸台，所述正极极耳与所述负极钢环分别位于所述环状凸台两侧，所述正极钢环设置在所述负极钢环远离所述环状凸台的一侧。
本发明的有益效果为：采用极耳由靠近中心位置引出的卷绕体，充放电过程中卷绕体的变形对极片的拉扯作用力小，因此正极极片与负极极片均不易断裂，能够提高可充电电池的充放电次数，延长使用寿命；该结构的硬壳锂离子电池取消了注液孔的涉及，使封装过程由传统的两次变为一次，简化了生产工序，提高生产效率、降低生产成本，电池工艺设计上只需一次密封成型，不需要在注液后对电池组装做二次密封工序，有利于提高电池的密封性。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1为现有技术中软包圆柱电池结构示意图。
图2为实施例所述可充电硬壳锂离子电池结构示意图。
图3为实施例所述卷绕体结构示意图。
图4为实施例所述可充电硬壳锂离子电池的加工方法流程图。
图1中：
1′、正极极耳；2′、负极极耳；
图2至3中：
1、钢壳；2、负极极片；3、正极极片；4、隔膜；5、负极极耳；6、负极钢环；7、盖帽；8、正极极柱；9、正极钢环；10、绝缘垫片；11、正极极耳；12、密封胶。
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。
如图2～4所示，于本实施例中，本发明所述的一种可充电硬壳锂离子电池，包括正极组件以及负极组件，所述正极组件与所述负极组件相互绝缘，两者之间形成卷绕体安装空间，所述卷绕体安装空间中设置有电解液及卷绕体，所述卷绕体从靠近其中心的位置分别引出正极极耳11以及负极极耳5，所述正极极耳11与所述正极组件电连接，所述负极极耳5与所述负极组件电连接。所述的靠近卷绕体中心的位置为卷绕过程中位于卷绕起始端的位置，卷绕体的卷绕以此为卷绕中心，采用极耳由靠近中心位置引出的卷绕体，即正极极片3以及负极极片2最容易撕裂的部位设置在卷绕体的靠近中心位置，该位置充放电过程中卷绕体的变形最小，因此对正极极片3以及负极极片2的拉扯作用力小，反复充电过程中的膨胀和收缩不易扯坏正极极片3以及负极极片2，能够提高可充电电池的充放电次数，延长使用寿命。
具体的，在本实施例中，所述正极组件包括电连接的正极钢环9以及正极极柱8，所述正极钢环9套设在所述正极极柱8外部，所述正极极耳11与所述正极极柱8电连接。所述负极组件包括具有开口部的钢壳1以及设置在所述开口部的负极钢环6，所述钢壳1与所述负极钢环6电连接，所述负极极耳5连接于所述钢壳1与所述负极钢环6之间。
正极组件即形成可充电硬壳锂离子电池的正极端，负极组件形成可充电硬壳锂离子电池的负极端。
如图3所示，所述卷绕体包括正极极片3以及负极极片2，所述正极极片3与所述负极极片2由隔膜4隔开并卷绕，所述正极极片3上靠近卷绕中心的位置连接有正极极耳11，所述负极极片2上靠近卷绕中心的位置连接负极极耳5，所述正极极耳11与所述负极极耳5沿所述正极极片3以及所述负极极片2的宽度方向引出，且所述正极极耳11与所述负极极耳5的引出方向相反。
进一步的，所述卷绕体具有垂直于其卷绕轴线并朝向所述正极组件的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述正极极耳11由所述卷绕体的所述第一端面引出，所述负极极耳5由所述卷绕体的所述第二端面引出，并沿所述第二端面延伸至所述卷绕体的周部。
所述正极极耳11具有与所述正极极片3连接的正极耳第一连接段、沿所述第一端面向所述卷绕体的周部延伸的正极耳延伸段、以及用于连接所述正极组件的正极耳第二连接段；
所述负极极耳5具有与所述负极连接片连接的负极耳第一连接段、沿所述第二端面向所述卷绕体的周部延伸的负极耳延伸段、以及用于连接所述负极组件的负极耳第二连接段。
在本实施例中，所述正极极片3具有涂覆有正极活性材料的正极涂膜区以及正极空白点焊区，所述正极空白点焊区位于所述正极极片3靠近卷绕体中心的端部，所述正极极片3除所述正极空白点焊区之外的其余部分均为正极涂膜区；
所述负极极片2具有涂覆有负极活性材料的负极涂膜区以及负极空白点焊区，所述负极空白点焊区位于所述负极极片2靠近卷绕体中心的端部，所述负极极片2除所述负极空白点焊区之外的其余部分均为负极涂膜区。
在其它实施例中，还可以在在负极极片2的尾部形成单面膜的负极涂膜区。
所述正极耳第一连接段与所述正极极片3在所述正极空白点焊区焊接连接，所述负极耳第一连接段与所述负极极片2在所述负极空白点焊区焊接连接。所述正极空白点焊区粘贴有第一胶纸，所述正极耳第一连接段设置于所述正极空白点焊区与所述第一胶纸之间；所述负极空白点焊区粘贴有第二胶纸，所述负极耳第一连接段设置于所述负极空白点焊区与所述第二胶纸之间。
所述负极耳第二连接段由所述第二端面向所述第一端面方向弯折，使所述正极耳第二连接段与所述负极耳第二连接段延伸方向相同。所述负极极耳5沿所述卷绕体的厚度方向上的延伸长度大于所述卷绕体的厚度。所述正极耳第二连接段远离所述正极耳延伸段的一端设置有环状连接部。
正极极耳11通过环状连接部与正极极柱8连接，能够保证连接的可靠性，负极极耳5翻折至第一端面以上，在连接负极极耳5与负极组件的过程中无需在钢壳1底部进行连接操作，可先将卷绕体安装进入钢壳1中，之后由延伸出来的负极耳第二连接段与负极组件连接。
于本实施例中，所述正极极耳11为铝极耳、所述负极极耳5为镍极耳。
本实施例所述的卷绕体结构，正极极片3以及负极极片2除预留的对应极耳空白点焊区外其余均为涂膜区或在负极极片2的尾部形成单面膜的负极涂膜区，与传统结构相比相同体积以及长度的极片，本实施例的结构涂膜区更大，其相应的容量、能量密度更高。
优选的，本实施例所述的可充电硬壳锂离子电池，还包括设置在所述卷绕体的所述第一端面以及所述第二端面处的绝缘垫片10。
所述负极钢环6套设在所述正极极柱8上，其与所述正极极柱8以及所述正极钢环9之间设置有密封胶12。所述正极极柱8上还套设有极耳固定环，所述正极极耳11通过所述正极耳固定环以及所述正极极柱8挤压而实现与所述正极组件的电连接。
作为一种优选的技术方案，所述正极极柱8上设置有环状凸台，所述正极极耳11与所述负极钢环6分别位于所述环状凸台两侧，所述正极钢环9设置在所述负极钢环6远离所述环状凸台的一侧。
本实施例中所述正极钢环9为不锈钢正极钢环，负极钢环6为不锈钢正极钢环，且负极钢环6表面镀有镍层。
下面介绍可充电硬壳锂离子电池的加工方法，其用于加工如上所述的可充电硬壳锂离子电池，包括提供卷绕体，将所述卷绕体的主体设置于钢壳1上的卷绕体安装空间中，对所述卷绕体安装空间进行注液后采用盖帽7与所述钢壳1扣合并密封。
具体的，本实施例所述的可充电硬壳锂离子电池的加工方法，如图4所示，具体包括以下步骤：
步骤S1、制作卷绕体，提供正极极片3以及负极极片2，在所述正极极片3靠近卷绕中心的位置向第一方向引出正极极耳11，在所述负极极片2靠近卷绕中心的位置向第二方向引出负极极耳5，在所述正极极片3与所述负极极片2叠合的情况下所述第一方向与所述第二方向相反，将正极极片3与负极极片2卷绕为一体，之后折叠负极极耳5使其与所述正极极耳11延伸方向相同；
在所述正极极片3一端部预留正极耳点焊位置的正极空白点焊区，其余位置涂覆正极活性材料形成正极涂膜区，在所述负极极片2一端部预留负极耳点焊位置的负极空白点焊区，其余位置涂覆负极活性材料形成负极涂膜区；在所述正极空白点焊区点焊铝极耳作为正极极耳11，在所述负极空白点焊区点焊镍极耳作为负极极耳5，所述铝极耳与所述镍极耳朝向相反。
优选的，在其它实施例中，还可以在在负极极片2的尾部形成单面膜的负极涂膜区。
在正极极耳11以及负极极耳5点焊完成后，在点焊正极极耳11的位置以及点焊负极极耳5的位置粘贴胶纸。卷绕体卷绕的具体过程为：将用于隔离所述正极极片3以及负极极片2的隔膜4先进行卷绕，再将负极极片2点焊有负极极耳5的端部卷入隔膜4中，之后将正极极片3点焊有正极极耳11的端部卷入隔膜4中，保证所述正极极耳11与所述负极极耳5方向相反且正极极片3与负极极片2被隔膜4隔离，将正极极片3、隔膜4以及负极极片2相互卷绕，得到正极极耳11与负极极耳5引出方向相反的卷绕体。
将负极极耳5沿卷绕体的径向进行第一次翻折，使其延伸至卷绕体的周部，并于周部位置对其进行第二次翻折，使其延伸方向与所述正极极耳11相同。
步骤S2、制作盖帽7，将正极极柱8、正极钢环9、负极钢环6组装成形成盖帽7；
具体的，制作盖帽7包括：提供具有环状凸台的铝制正极极柱8，于所述环状凸起的一侧依次套设负极钢环6以及正极钢环9，在所述负极钢环6与所述正极极柱8以及正极钢环9相接触的位置设置密封胶12，之后进行铆压成型。
步骤S3、卷绕体与盖帽7进行组装，将正极极耳11远离卷绕体的一端与盖帽7进行电连接；
卷绕体与盖帽7进行组装具体为：将正极极耳11置于环状凸台远离所述负极钢环6的一侧，并通过极耳固定环压合在所述环状凸台上，所述极耳固定环与所述正极极柱8铆接。
步骤S4、卷绕体安装，将卷绕体安装在钢壳1中，所述盖帽7与所述钢壳1不扣合；
步骤S41、烘烤，对完成卷绕体安装的半成品进行高温烘烤；
步骤S5、注液，于所述盖帽7与所述钢壳1之间的空隙处向所述卷绕体安装空间中充注电解液；
注液完成后进行压盖，将所述盖帽7与所述钢壳1进行压合，在压合过程中将所述负极极耳5端部延伸至所述钢壳1外部，以使密封过程中，所述负极极耳5与所述钢壳1以及所述盖帽7熔融为一体。
步骤S6、密封，注液完成后将所述盖帽7与所述钢壳1进行密封。于本实施例中所述密封为激光焊接密封，于所述激光焊接密封前还具有步骤压盖，于所述激光焊接密封之后还依次包括步骤老化、化成、分容及检验，从而得到电池成品。
需要指出的是本实施例所述的可充电硬壳锂离子电池优选用于微型电池领域，但是其应用领域并不局限于微型电池，任何采用该结构的电池均属于本申请的保护范围。
于本文的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于在描述上加以区分，不具有特殊含义。需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可充电硬壳锂离子电池，其特征在于,包括正极组件以及负极组件，所述正极组件与所述负极组件相互绝缘，两者之间形成卷绕体安装空间，所述卷绕体安装空间中设置有电解液及卷绕体，所述卷绕体从靠近其中心的位置分别引出正极极耳以及负极极耳，所述正极极耳与所述正极组件电连接，所述负极极耳与所述负极组件电连接。
2.根据权利要求1所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述正极组件包括电连接的正极钢环以及正极极柱，所述正极钢环套设在所述正极极柱外部，所述正极极耳与所述正极极柱电连接。
3.根据权利要求1所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述负极组件包括具有开口部的钢壳以及设置在所述开口部的负极钢环，所述钢壳与所述负极钢环电连接，所述负极极耳连接于所述钢壳与所述负极钢环之间。
4.根据权利要求1所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述卷绕体包括正极极片以及负极极片，所述正极极片与所述负极极片由隔膜隔开并卷绕，所述正极极片上连接有正极极耳，所述负极极片上连接负极极耳，所述正极极耳与所述负极极耳沿所述正极极片以及所述负极极片的宽度方向引出，且所述正极极耳与所述负极极耳的引出方向相反。
5.根据权利要求1所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述卷绕体具有朝向所述正极组件的第一端面以及与所述第一端面相对的第二端面，所述正极极耳由所述卷绕体的所述第一端面引出，所述负极极耳由所述卷绕体的所述第二端面引出，并沿所述第二端面延伸至所述卷绕体的周部。
6.根据权利要求5所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，还包括设置在所述卷绕体的所述第一端面以及所述第二端面处的绝缘垫片。
7.根据权利要求6所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述正极极耳具有与所述正极极片连接的正极耳第一连接段、沿所述第一端面向所述卷绕体的周部延伸的正极耳延伸段，以及用于连接所述正极组件的正极耳第二连接段；
所述负极极耳具有与所述负极极片连接的负极耳第一连接段、沿所述第二端面向所述卷绕体的周部延伸的负极耳延伸段，以及用于连接所述负极组件的负极耳第二连接段。
8.根据权利要求7所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述负极钢环套设在所述正极极柱上，其与所述正极极柱以及所述正极钢环之间设置有密封胶。
9.根据权利要求8所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述正极极柱上还套设有极耳固定环，所述正极极耳通过所述极耳固定环以及所述正极极柱挤压而实现与所述正极组件的电连接。
10.根据权利要求9所述的可充电硬壳锂离子电池，其特征在于，所述正极极柱上设置有环状凸台，所述正极极耳与所述负极钢环分别位于所述环状凸台两侧，所述正极钢环设置在所述负极钢环远离所述环状凸台的一侧。
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