CN111162324A - 并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池及方法，盖帽和外壳组合而成的金属壳体，盖帽与外壳之间为绝缘密封结构，金属壳体内设置有卷芯；卷芯由两对或者两对以上的正极片、负极片和隔膜叠层后螺旋缠绕而成，每个正极片均朝上设置有正极极耳，每个负极片均朝下设置有负极极耳，正极极耳和负极极耳均从卷芯伸出，所有正极极耳与盖帽焊接在一起，所有负极极耳与外壳焊接在一起。本身的扣式锂电池解决传统扣式锂离子电池极耳内部点焊难的技术问题；在不损失能量密度的前提下，兼具传统叠片式和卷绕式的优点，具有多个正极极片和负极极片，支持倍率充放电；而且本申请的内阻小，倍率性能更优。

Description

并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池及方法

技术领域

本发明涉及锂电池领域，具体涉并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池及方法。

背景技术

纽扣电池(button cell)也称扣式电池，是指外形尺寸象一颗小纽扣的电池，一般来说直径较大，厚度较薄(相对于柱状电池如市场上的5号AA等电池).纽扣电池是从外形上来对电池来分，同等对应的电池分类有柱状电池，方形电池，异形电池。纽扣电池一般来说常见的有充电的和不充电的两种充电的包括3.6V可充锂离子扣式电池(LIR系列),3V可充锂离子扣式电池(ML或VL系列)；不充电的包括3V锂锰扣式电池(CR系列)及1.5V碱性锌锰扣式电池(LR及SR系列)；

传统刚壳纽扣电池，卷芯有两种组装方式，一种是卷绕方式(如专利ZL201590000186.9具有螺旋状的缠绕结构的锂离子电池)，另一种是叠片方式(如专利ZL201821153263.6纽扣电池)。现有的卷绕方式的加工效率较高，但极耳数量难以拓展，不易实现大电流充电、放电。叠片方式可采用多极耳方式，容易实现大倍率充电放电，但是体积利用率较低，能量密度没有优势，且叠片结构中最外层的极片呈不规格状不易加工。

而且传统钢壳纽扣电池，负极耳采用镍带，需要将焊针深入卷芯内部，将极耳和底壳通过电阻焊机焊接在一起，容易炸火，损伤卷芯，加工难度大，不易自动化。如果极耳数量较多，焊接难度还会进一步增加，整体加工难度更大，良品率降低。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种结构简单、能量密度高、支持大倍率充放电、易于加工的并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池及方法。

为实现该技术目的，本发明的方案是：一种并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池，包括由盖帽和外壳组合而成的金属壳体，金属壳体为圆柱形结构，所述盖帽与外壳之间为绝缘密封结构，金属壳体内设置有卷芯；

所述卷芯包括正极片、负极片、隔膜，卷芯由两对或者两对以上的正极片、负极片和隔膜叠层后螺旋缠绕而成，卷芯最外层是负极片，卷芯由外而内按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序并联组合卷绕，每个正极片均朝上设置有正极极耳，每个负极片均朝下设置有负极极耳，正极极耳和负极极耳均从卷芯伸出，所有正极极耳与盖帽焊接在一起，所有负极极耳与外壳焊接在一起。

作为优选，所述正极极耳与卷芯之间还设置有绝缘的上垫片，所述负极极耳与卷芯之间还设置有绝缘的下垫片，所述盖帽与外壳之间设置有绝缘的垫圈。

作为优选，所述正极极耳为柔性铝带结构，负极极耳为不锈钢软带结构。

并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池的方法，具体步骤如下：

第一步，制作盖帽和外壳；

第二步，按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序，将两对或者两对以上的正极片、负极片和隔膜进行叠层，其中正极极耳均朝上设置、负极极耳均朝下设置，完成叠层后将上述结构卷绕制作成卷芯，正极极耳从卷芯朝上伸出，负极极耳从卷芯朝下伸出；

第三步，在卷芯上方放置上垫片，下方放置下垫片，然后将正极极片叠在一起，将负极极片叠在一起，即完成并联组合；

第四步，先通过双激光焊接工艺将正极极片焊接在盖帽上部内侧，然后在外壳内侧放置垫圈，将卷芯放入盖帽和外壳之间密封，最后在外部通过双激光焊接工艺将负极极片焊接在外壳底部内侧。

作为优选，其中负极极耳均为316型不锈钢软带。

本发明的有益效果，本身的扣式锂电池解决传统扣式锂离子电池极耳内部点焊难的技术问题；在不损失能量密度的前提下，兼具传统叠片式和卷绕式的优点，具有多个正极极片和负极极片，支持倍率充放电；而且本申请的并联组合卷绕和免内部点焊工艺生产出来的扣式锂电池内阻小，倍率性能更优。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的层叠状态的结构示意图；

图3为本发明的卷芯局部展开图；

图4为本发明的局部展开图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1-4所示，本发明所述的具体实施例为一种并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池，包括由盖帽1和外壳2组合而成的金属壳体，金属壳体为圆柱形结构，所述盖帽1与外壳2之间为绝缘密封结构，金属壳体内设置有卷芯3；

所述卷芯3包括正极片301、负极片302、隔膜303，卷芯3由两对或者两对以上的正极片301、负极片302和隔膜303叠层后螺旋缠绕而成，卷芯3最外层是负极片302，卷芯3由外而内按照负极片302、隔膜303、正极片301、隔膜303、负极片302、隔膜303、正极片301的顺序并联组合卷绕，每个正极片301均朝上设置有正极极耳304，每个负极片302均朝下设置有负极极耳305，正极极耳304和负极极耳305均从卷芯3伸出，所有正极极耳304与盖帽1焊接在一起，所有负极极耳305与外壳2焊接在一起。

为了提高安全性能和卷曲的效果，通常外侧的负极片比次外侧的正极片长度略长，卷曲完成负极片才能与正极片边沿保持齐平，这样获得卷芯性能更稳定。

作为优选，所述正极极耳304与卷芯3之间还设置有绝缘的上垫片4，所述负极极耳305与卷芯3之间还设置有绝缘的下垫片5，所述盖帽1与外壳2之间设置有绝缘的垫圈6。

为方便安装和焊接，所述正极极耳304为柔性铝带结构，负极极耳305为不锈钢软带结构。

并联组合卷绕和免内部点焊扣式锂电池的方法，具体步骤如下：

第一步，制作盖帽和外壳；

第二步，按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序，将两对或者两对以上的正极片、负极片和隔膜进行叠层，其中正极极耳均朝上设置、负极极耳均朝下设置，完成叠层后将上述结构卷绕制作成卷芯，正极极耳从卷芯朝上伸出，负极极耳从卷芯朝下伸出；

第三步，在卷芯上方放置上垫片，下方放置下垫片，然后将正极极片叠在一起，将负极极片叠在一起，即完成并联组合；

第四步，先通过双激光焊接工艺将正极极片焊接在盖帽上部内侧，然后在外壳内侧放置垫圈，将卷芯放入盖帽和外壳之间密封，最后在外部通过双激光焊接工艺将负极极片焊接在外壳底部内侧。

为方便焊接，所述负极极耳为316型不锈钢软带。铝制的正极极耳先通过双激光焊接点焊在盖帽内侧，然后将卷芯组装密封好，最后从外部将不锈钢材质的负极极片与外壳底部内侧进行焊接。

本申请的扣式锂电池的卷芯采用并联组合卷绕工艺进行加工，其中正负极耳(集流体)焊接在极片指定位置并外漏一定长度，2对或2对以上的正负极片先并联组合、叠层、再螺旋缠绕。正极极耳分布在极片上侧，负极极耳分布在极片下侧，极耳焊接位置根据该极片所在的层次和中心距确定。并联组合的极片数量根据纽扣电池的尺寸和能量密度确定。卷轴的最外层是负极片，由外向内依次是负极片，隔膜，正极片，隔膜，负极片，隔膜，正极片……。

免内部点焊工艺：传统纽扣电池负极耳采用镍带，需要将焊针深入卷芯内部，将极耳和底壳通过电阻焊机焊接在一起。本申请的扣式电池负极极耳采用不锈刚软带，排号316，可以免除极耳和壳底内部的焊接或预焊接。卷绕完成后极耳伸出卷芯外部，将卷芯装入具有一定空间的平行结构的上下壳体中，上下壳体重叠部分用绝缘材料密封隔离。上下壳体采用双激光焊接工艺从电池外部将极耳和壳壁焊接在一起。加工难度小，生产效率高，免除了卷芯内部高温焊接可能造成的损伤。

经过测试：1.本申请的扣式锂电池支持5C倍率快充快放循环1000周≥70％；

2.支持超低温放电-40℃环境下0.2C放电效率大于标称容量的80％以上；

3.支持低温循环0℃环境1C充放循环100周；

4.支持高温130℃电芯在100％的满电态存储30min后电芯、不起火、不爆炸。

本身的扣式锂电池解决传统扣式锂离子电池极耳内部点焊难的技术问题；在不损失能量密度的前提下，兼具传统叠片式和卷绕式的优点，具有多个正极极片和负极极片，支持倍率充放电；而且本申请的并联组合卷绕和免内部点焊工艺生产出来的扣式锂电池内阻小，倍率性能更优。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池，其特征在于：包括由盖帽和外壳组合而成的金属壳体，金属壳体为圆柱形结构，所述盖帽与外壳之间为绝缘密封结构，金属壳体内设置有卷芯；

所述卷芯包括正极片、负极片、隔膜，卷芯由两对或者两对以上的正极片、负极片和隔膜叠层后螺旋缠绕而成，卷芯最外层是负极片，卷芯由外而内按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序并联组合卷绕，每个正极片均朝上设置有正极极耳，每个负极片均朝下设置有负极极耳，正极极耳和负极极耳均从卷芯伸出，所有正极极耳与盖帽焊接在一起，所有负极极耳与外壳焊接在一起。

2.根据权利要求1所述的并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池，其特征在于：所述正极极耳与卷芯之间还设置有绝缘的上垫片，所述负极极耳与卷芯之间还设置有绝缘的下垫片，所述盖帽与外壳之间设置有绝缘的垫圈。

3.根据权利要求1所述的并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池，其特征在于：所述正极极耳为柔性铝带结构，负极极耳为不锈钢软带结构。

4.根据权利要求1-3所述并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池的方法，其特征在于：具体步骤如下：

第一步，制作盖帽和外壳；

第二步，按照负极片、隔膜、正极片、隔膜、负极片、隔膜、正极片的顺序，将两对或者两对以上的正极片、负极片和隔膜进行叠层，其中正极极耳均朝上设置、负极极耳均朝下设置，完成叠层后将上述结构卷绕制作成卷芯，正极极耳从卷芯朝上伸出，负极极耳从卷芯朝下伸出；

第三步，在卷芯上方放置上垫片，下方放置下垫片，然后将正极极片叠在一起，将负极极片叠在一起，即完成并联组合；

第四步，先通过双激光焊接工艺将正极极片焊接在盖帽上部内侧，然后在外壳内侧放置垫圈，将卷芯放入盖帽和外壳之间密封，最后在外部通过双激光焊接工艺将负极极片焊接在外壳底部内侧。

5.根据权利要求4所述的并联组合卷绕和免内部点焊的扣式锂电池的方法，其特征在于：其中负极极耳为316型不锈钢软带。

Images