CN110600783A - 一种纽扣电池及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纽扣电池及制造方法，纽扣电池包括封装壳体、电芯组件、隔离体和引导构件；封装壳体具有壳腔，电芯组件封装于封装壳体的壳腔内，该电芯组件包括正极片、负极片以及隔膜件，正极片、隔膜件与负极片以层叠绕制方式卷绕成柱形电芯结构；隔离体设置在柱形电芯结构的外周壁上，使柱形电芯结构的外周壁与壳腔的外周壁之间互相不接触；两个引导构件分别设置在正极片、负极片的尾端，引导构件具有接入段和引出段，其中引出段垂直弯折至电芯组件的一端面，并在引出段与隔离体相接触的位置形成抵接部，隔离体发生外鼓时，挤压抵接部使引导构件发生断裂。本发明中的纽扣电池具有体积小、厚度薄、容量大、安全性能高的优点。

Description

一种纽扣电池及制造方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种纽扣电池及制造方法。

背景技术

随着科学技术的发展，能源危机日益凸显，锂电池是一种新型的储能能源，其作为绿色环保的新型储能元器件，具有绿色环保，能量密度大，使用寿命长，应用广泛等优点。

目前市面上采用的可充电锂离子纽扣电池的外壳材质一般为镀镍钢壳，规格型号为标准尺寸，其由上盖(负极)、内部极片结构、有机溶剂、下盖(正极)，通过机械挤压扣合在一起，从而形成正、负极回路的可充电锂离子电池。

例如中国专利申请CN201611086886.1公开了一种新型卷绕式纽扣电池，电池壳体包括下壳体和上壳盖，下壳体与上壳盖间安装有绝缘胶，铝箔的上表面通过点焊的方式固定连接上壳盖，铝箔的下方设有上绝缘垫片和绕组，绕组安装在电池壳体的内部，绕组包括正极片、负极片、隔离膜和绕组芯，绝缘垫片的底边连接下壳体的上表面。

再例如CN201710663558.1公开了一种具有开孔式极片的纽扣锂电池，包括负极盖、正极壳、负极盖外缘与正极壳上收口之间设有绝缘密封环，正极壳内由上至下依次设有锂离子负极片、电池隔膜、正极片，正极片与正极壳之间设有极片钢环，正极壳内填充有电解液，所述正极片开设有至少一个开孔。

随着穿戴设备广泛应用，对小型锂电池的要求越来越来，目前的穿戴设备内置电源大部份为可充纽扣式锂电池，但现有的钮扣式电池外壳是钢壳包裹，对电池的封装要求很高，并且电池的导引焊接很容易焊穿外壳，造成漏液，还有钢壳材质对锂电池电解不耐腐蚀，焊点腐蚀会脱落，造成电池失效，电池容易发生漏液或爆开，严重影响人身的安全。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种纽扣电池及制造方法，其具有体积小、厚度薄、容量大、安全性能高的优点。

本发明的第一目的是提供了一种纽扣电池，包括封装壳体、电芯组件、隔离体和两个引导构件；其中，封装壳体具有壳腔，电芯组件封装于封装壳体的壳腔内，该电芯组件包括正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜件，正极片、隔膜件与负极片设置为以层叠绕制方式卷绕成柱形电芯结构；隔离体设置在柱形电芯结构的外周壁上，使柱形电芯结构的外周壁与壳腔的外周壁之间互相不接触；两个引导构件分别设置在正极片、负极片的尾端，引导构件具有固结至正极片、负极片的接入段和与接入段成一体的引出段，其中引出段垂直弯折至电芯组件的一端面，并在引出段与隔离体相接触的位置形成抵接部，隔离体发生外鼓时，挤压抵接部使引导构件发生断裂。

在本发明的上述技术方案中，设置在柱形电芯结构的隔离体一方面可以防止电芯组件的松脱，使电芯组件在整个工作过程均具有稳固的结构，另一方面隔离体的外轮廓为规则的圆柱形，有利于产品的成型，使产品符合设计标准。

进一步的，隔离体采用硬质材料，例如选择为增加玻纤的PP材质制成，或者是选择为硬度较高的防水绝缘材质制成，具有稳固的外轮廓结构；

其中，隔离体与引导构件中引出段上的抵接部相接触，在隔离体与抵接部之间形成了相互配合的抵接关系，由于位置限制，在隔离体发生外鼓(电池过放电或短路情况下，电池内部气体膨胀，电池内部的电芯组件以及隔离体会发生向外移动、膨胀)时，隔离体施加一定的作用力至抵接部上，随着被施加的作用力增大，引导构件发生断裂，而安全切断向外供电回路。

具体的，接入段、与接入段连接的部分引出段与引出段上的抵接部之间形成类U形状，在抵接部承受作用力的情况下，很容易在引出段与接入段连接的部分发生断裂；优选的，在引导构件成型过程中，还可以在引出段位于电芯组件端面的部分区域设置例如断点结构，在正常使用状态下，该断点结构可以形成回路进行供电过程，在异常使用状态下，被挤压的抵接部施加作用力至该断点结构，使得该断点结构发生断裂，安全切断向外供电回路。

根据本发明的另一种具体实施方式，抵接部设置在隔离体的周边外侧，在隔离体设置有与抵接部配合的贴靠面，贴靠面与电芯组件的端面之间相互垂直。

本方案中抵接部与隔离体之间形成接触式抵接关系，在非受力状态下，二者之间的配合几乎不存在作用力，只是形成相互匹配的位置关系；相较于卡接方式、粘接方式等需要借助应力配合的结构，本方案中的接触方式更加简单，无需复杂的连接结构，便于电池小型化的设计。

其中，隔离体优选为空心柱形套环，完全包裹在电芯组件的外周面上，在不进行其他结构设计的前提下，几乎不会超出电芯组件的两个端面；再优选的，隔离体的两端面与电芯组件的两端面分别互相平齐。

根据本发明的另一种具体实施方式，还包括绝缘胶带，该绝缘胶带包裹在柱形电芯结构的外周，并位于隔离体的内侧，绝缘胶带在起到绝缘效果的同时，还可以对卷制的电芯组件进行预紧。

根据本发明的另一种具体实施方式，引导构件的接入段通过激光或电流点焊方式分别焊接至正极片与负极片。

根据本发明的另一种具体实施方式，引导构件优选为片状；

进一步，与正极片连接的引导构件优选为0.02mm至0.15mm的铝薄片，其通过激光或电流点焊方式焊接至正极片；与负极片连接的引导构件优选为0.02mm至0.15mm的铜或镍薄片，其通过激光或电流点焊方式焊接至负极极片。

其中两个引导构件的厚度优选为一致，例如为0.05mm。

作为本发明的一种延伸，一种优选的封装壳体的结构为：封装壳体具有上下两个端面，在位于上方的端面的下方形成有与该端面一体的壁区段，在位于下方的端面的上方形成有与该端面一体的壁区段，壁区段内的容纳空间形成壳腔。

本方案中，电芯组件放置于壳腔中后，在两个壁区段的结合处进行热封过程；优选的，封装壳体选择为铝塑复合膜进行软包装，其中封装壳体的厚度为0.07mm至0.15mm，具体例如为0.11mm或0.12mm。

根据本发明的另一种具体实施方式，引出段包括与接入段为一体的水平段、形成抵接部的竖直段以及用于向外部供电的电极段，位于上方的水平段设置在电芯组件的上端面上，位于中间的竖直段设置为紧贴隔离体的外周壁，并在竖直段与水平段之间形成直角，位于下方的电极段设置为一部分封装在两个壁区段的结合处，一部分延伸至两个壁区段的结合处之外。

其中竖直段形成抵接部，其位于隔离体的外周壁上，与隔离体之间形成抵接关系，由于竖直段与水平段之间形成直角，竖直段在受到作用力时，尤其会在水平段与竖直段的连接处产生断裂，实现快速断电。

根据本发明的另一种具体实施方式，在电极段上、位于两个壁区段的结合处外侧包裹有极耳胶。

根据本发明的另一种具体实施方式，在壁区段上还可以设置有至少一个防爆压痕，其中，防爆压痕的投影形状可以为十字形、一字形、田字形或者井字形。

作为本发明的另一种延伸，一种优选的封装壳体的结构为：封装壳体具有上下两个端面、以及形成在两个端面之间的壁区段，其中该壁区段与其中一个端面形成为一体，并与另一个端面之间的结合处进行热封，该壁区段内的容纳空间即为壳腔。

进一步的，接入段与引出段呈L形，在引出段靠近隔离体的位置下方形成抵接部，其中抵接部设置为竖直状态，抵接部与引出段之间垂直，隔离体设置在抵接部与引出段之间的直角位置处，在抵接部受到作用力时，尤其会在引出段与抵接部的连接处产生断裂，实现快速断电。

本发明的另一目的是提供一种纽扣电池的制造方法，包括如下步骤：

第一步：通过模具在铝塑复合膜上冲压形成凹槽，得到封装壳体；

第二步：将引导构件分别固结至正极片、负极片的尾端，通过在正极片、负极片之间放置隔膜件，将正电极、隔膜件以及负电极进行卷绕，得到柱形电芯组件；

第三步：在第二步得到的柱形电芯组件的外周壁上套装隔离体，弯折引导构件至该柱形电芯组件的一端面，此时，预制在引导构件上的抵接部与隔离体之间形成抵接接触；

第四步：将第三步得到的柱形电芯组件放置于封装壳体中的凹槽内，进行封装。

在本发明的上述技术方案中，第四步的封装过程主要包括热封焊极耳胶位置、第一次封边(三边或者半圆周)、注电解液、抽真空、化成、第二次封边(热封焊未封焊的侧边)以及裁切成型的过程。

根据本发明的另一种具体实施方式，第一步中得到的封装壳体包括：

上壳体的形成：通过模具在上铝塑复合膜上冲压形成上凹槽；

下壳体的形成：通过模具在下铝塑复合膜上冲压形成下凹槽；

上凹槽的形状与下凹槽的形状相吻合，上壳体、下壳体之间配合时，上凹槽与下凹槽之间形成能够容纳柱形电芯组件的壳腔。

根据本发明的另一种具体实施方式，第三步中弯折引导构件的过程为：

第一次折弯：将正极片的引导构件、负极片的引导构件朝向反方向折弯90°至柱形电芯组件的同一端面，并分别朝向该端面的周边边缘延伸，其中，位于柱形电芯组件同一端面上的正极片的引导构件、负极片的引导构件之间共线；

第二次折弯：将正极片的引导构件、负极片的引导构件朝向同一方向折弯90°，形成在隔离体的外周壁，此时引导构件位于隔离体外周壁的部分作为抵接部；

第三次折弯：将正极片的引导构件、负极片的引导构件朝向反方向再次弯折90°至水平状态，此时第三次弯折后的正极片的引导构件、负极片的引导构件设置为从上壳体、下壳体之间的结合处穿出。

进一步的，根据设计需要，成型后可以将电极段进行再次弯折至壳体外周上，以形成纽扣形状。

本发明具备以下有益效果：

本发明采用的封装壳体采用软包装工艺，可有效降低纽扣电池成本，同时纽扣电池的尺寸厚度更方便控制，具有质量轻、厚度薄的优点，更易于制作小型化或超薄电池；

本发明设置有隔离体，通过隔离体与引导构件上抵接部之间的空间配合关系，由于位置限制，在隔离体发生外鼓时，隔离体施加一定的作用力至抵接部上，随着被施加的作用力增大，引导构件发生断裂，而安全切断向外供电回路。

本发明的制造过程简单、制造的纽扣电池产品质量高、安全性能好。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

其中附图标号如下：

封装壳体 1

上端面 11

下端面 12

壁区段 13

壁区段 14

极耳胶 15

电芯组件 2

正极片 21

负极片 22

隔膜件 23

绝缘胶带 24

柱形电芯结构 2a

隔离体 3

引导构件 4

正极引导片 41

接入段 411

引出段 412

水平段 4121

竖直段 4122

电极段 4123负极引导片 42

防爆印痕 5

上壳体 6

上铝塑复合膜 6b

上凹槽 61

下壳体 7

下铝塑复合膜 7c

下凹槽 71

附图说明

图1是本发明纽扣电池的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2中A－A的截面示意图；

图4是图3中右侧部分的放大示意图；

图5是本发明纽扣电池制造方法中得到的封装壳体的示意图；

图6是本发明纽扣电池制造方法中柱形电芯结构的一种状态示意图；

图7是图6成型后的状态示意图；

图8是本发明纽扣电池制造方法的封装状态示意图。

具体实施方式

如图1－4所示，一种纽扣电池，包括封装壳体1、电芯组件2、隔离体3和引导构件4。

封装壳体1采用铝塑复合膜制成，其具有上端面11和下端面12，在上端面11的下方形成有与其一体的壁区段13，在下端面12的上方形成有与其一体的壁区段14，两个壁区段13、14内的容纳空间形成壳腔；

电芯组件2放置在壳腔内，其包括正极片21、负极片22、隔膜件23和绝缘胶带24，隔膜件23位于正极片21、负极片22之间，正极片21、隔膜件23与负极片22以层叠绕制方式卷绕成柱形电芯结构2a，绝缘胶带24束缚在该柱形电芯结构2a的外周，以防止松散。

隔离体3为空心柱形套环形状，其采用增加玻纤的PP材质预制成型，该隔离体3具有较强的硬度；其中，隔离体3内的空间恰好可以容纳包裹绝缘胶带24后的柱形电芯结构2a，且隔离体3的两端面与柱形电芯结构2a的两端面互相平齐；进一步的，隔离体3套在柱形电芯结构2a的外周壁上，使柱形电芯结构2a的外周壁与壳腔的外周壁之间不相互接触。

引导构件4包括正极引导片41、负极引导片42，正极引导片41固结至正极片21的尾端，负极引导片42固结至负极片22的尾端；以厚度为0.05mm的铝薄片作为正极引导片41使用为例，详细介绍引导构件的具体结构如下：

正极引导片41包括接入段411、与接入段411一体的引出段412，引出段分为水平段4121、形成抵接部的竖直段4122和电极段4123；

其中，在正极片21进行卷制之前，接入段411通过例如激光焊接的方式焊接至正极片21尾端的无涂层处，实现正极引导片41与正极片21的电性连接关系；

水平段4121连接至接入段411，其设置在柱形电芯结构2a的上端面11上；

竖直段4122作为抵接部贴在隔离体3的外周壁，其与隔离体3之间形成抵接关系，在竖直段4122与水平段4121之间形成直角，当竖直段4122在受到作用力时，尤其会在水平段4121与竖直段4122的连接处产生断裂，实现快速断电；

电极段4123设置为一部分封装在两个壁区段13、14的结合处，一部分延伸至两个壁区段13、14的结合处之外，其中在两个壁区段13、14的结合处外侧设置有极耳胶15。

优选的，在隔离体3的外侧表面形成贴靠面，抵接部与贴靠面相接触并形成抵接限位关系；竖直段4122(抵接部)位于隔离体3周向外侧的贴靠面上，在隔离体3发生外鼓现象，并挤压竖直段4122使得正极引导片41产生断裂。

本发明在完成封装后，还会进行对电极段4123的整形，例如图3示出的将电极段4123部分弯折至封装壳体1的侧壁上进行使用。

在本发明的其它优选示例中，在壁区段14还可以设置有防爆印痕5，在遇到过放电或短路，电池内部气体膨胀，电池壳体产生外鼓，进而挤压防爆压痕5，使得防爆压痕5处首先破裂，电池内的气体被泄出而实现防爆。

本发明同时还提供了一种纽扣电池的制造方法，参见图5－8，包括如下步骤：

第一步：壳体成型

上壳体6的形成：通过模具在上铝塑复合膜6b上冲压形成上凹槽61；

下壳体7的形成：通过模具在下铝塑复合膜6c上冲压形成下凹槽71；

如图5所示，上凹槽61的形状与下凹槽71的形状相吻合，上壳体、下壳体之间配合得到封装壳体1，此时，上凹槽61与下凹槽71之间形成能够容纳柱形电芯组件的壳腔。

第二步：柱形电芯组件成型

如图6所示，先分别将正极引导片41、负极引导片42分别固结至正极片21、负极片22的尾端，然后在正极片21、负极片22之间放置隔膜件23，将正极片21、隔膜件23以及负电极进行卷绕，得到柱形电芯组件主体；

接着在上面得到的柱形电芯组件主体的外周包裹绝缘胶带24，形成稳固的柱形电芯组件；

第三步：组装隔离体后，进行弯折引导构件

如图7所示，先在第二步得到的柱形电芯组件的外周壁上套装隔离体3，接着进行弯折引导构件的过程：

第一次折弯：将正极引导片41、负极引导片42朝向反方向折弯90°至柱形电芯组件的上端面11，并分别朝向上端面11的周边边缘延伸，其中，正极引导片41、负极引导片42对向分布在柱形电芯组件的两侧，二者之间的夹角为180°；

第二次折弯：将正极引导片41、负极引导片42朝向同一方向(朝下)折弯90°，均形成在隔离体3的外周壁，此时正极引导片41、负极引导片42位于隔离体3外周壁的部分作为抵接部使用；

第三次折弯：将正极引导片41、负极引导片42再次朝向反方向弯折90°至水平状态，此时弯折后的正极引导片41、负极引导片42从上壳体6、下壳体7之间的结合处穿出，其中在正极引导片41、负极引导片42上位于上壳体6、下壳体7之间的结合处设置有极耳胶。

第四步：封装成型

进行热封焊极耳胶15位置、第一次封边(三边或者半圆周)、注电解液、抽真空、化成、第二次封边(热封焊未封焊的侧边)以及裁切成型的工艺。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种纽扣电池，其特征在于，包括：

具有壳腔的封装壳体；

电芯组件，封装于封装壳体的壳腔内，该电芯组件包括正极片、负极片以及位于正极片与负极片之间的隔膜件，正极片、隔膜件与负极片设置为以层叠绕制方式卷绕成柱形电芯结构；以及

隔离体，设置在柱形电芯结构的外周壁上，使柱形电芯结构的外周壁与壳腔的外周壁之间互相不接触；以及

引导构件，设置在正极片、负极片的尾端，该引导构件具有固结至正极片、负极片的接入段和与接入段成一体的引出段，其中引出段垂直弯折至电芯组件的一端面，并在引出段与隔离体相接触的位置形成抵接部，隔离体发生外鼓时，挤压抵接部使引导构件发生断裂。

2.如权利要求1所述的纽扣电池，其特征在于，抵接部设置在隔离体的周边外侧，在隔离体设置有与抵接部配合的贴靠面，贴靠面与电芯组件的端面之间相互垂直。

3.如权利要求1所述的纽扣电池，其特征在于，还包括绝缘胶带，该绝缘胶带包裹在柱形电芯结构的外周，并位于隔离体的内侧。

4.如权利要求1所述的纽扣电池，其特征在于，引导构件的接入段通过激光或电流点焊方式分别焊接至正极片与负极片。

5.如权利要求1－4之一所述的纽扣电池，其特征在于，封装壳体具有上下两个端面，在位于上方的端面的下方形成有与该端面一体的壁区段，在位于下方的端面的上方形成有与该端面一体的壁区段，两个壁区段内的容纳空间形成壳腔。

6.如权利要求5所述的纽扣电池，其特征在于，引出段包括与接入段为一体的水平段、形成抵接部的竖直段以及用于向外部供电的电极段；

位于上方的水平段，设置在电芯组件的一端面上；

位于中间的竖直段，设置为紧贴隔离体的外周壁，并在竖直段与水平段之间形成直角；

位于下方的电极段，设置为一部分封装在两个壁区段的结合处，一部分延伸至两个壁区段的结合处之外。

7.如权利要求6所述的纽扣电池，其特征在于，在电极段上位于两个壁区段的结合处外侧包裹有极耳胶。

8.一种纽扣电池的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：通过模具在铝塑复合膜上冲压形成凹槽，得到封装壳体；

第二步：将引导构件分别固结至正极片、负极片的尾端，通过在正极片、负极片之间放置隔膜件，将正电极、隔膜件以及负电极进行卷绕，得到柱形电芯组件；

第三步：在第二步得到的柱形电芯组件的外周壁上套装隔离体，弯折引导构件至该柱形电芯组件的一端面，此时，预制在引导构件上的抵接部与隔离体之间形成抵接接触；

第四步：将第三步得到的柱形电芯组件放置于封装壳体中的凹槽内，进行封装、成型。

9.如权利要求8所述的纽扣电池的制造方法，其特征在于，第一步中得到的封装壳体包括：

上壳体：通过模具在上铝塑复合膜上冲压形成上凹槽；

下壳体：通过模具在下铝塑复合膜上冲压形成下凹槽；

上凹槽的形状与下凹槽的形状相吻合，上壳体、下壳体之间配合时，上凹槽与下凹槽之间形成能够容纳柱形电芯组件的壳腔。

10.如权利要求9所述的纽扣电池的制造方法，其特征在于，第三步中的一种弯折引导构件的过程包括：

第一次折弯：将正极片的引导构件、负极片的引导构件朝向反方向折弯90°至柱形电芯组件的同一端面，并分别朝向该端面的周边边缘延伸，其中，位于柱形电芯组件同一端面上的正极片的引导构件、负极片的引导构件之间共线；

第二次折弯：将正极片的引导构件、负极片的引导构件朝向同一方向折弯90°，形成在隔离体的外周壁，此时引导构件位于隔离体外周壁的部分作为抵接部；

第三次折弯：将正极片的引导构件、负极片的引导构件朝向反方向再次弯折90°至水平状态，此时第三次弯折后的正极片的引导构件、负极片的引导构件设置为从上壳体、下壳体之间的结合处穿出。