CN111224024A - 锂离子电池及其陶瓷盖板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池及其陶瓷盖板，陶瓷盖板包括陶瓷基板，所述陶瓷基板沿其厚度方向贯通形成通道；金属端子，所述金属端子的至少一部分设于所述通道内，所述金属端子在所述通道的轴向两端分别用于电连接所述陶瓷基板的内部和外部。根据本发明实施例的陶瓷盖板能够去除现有的树脂绝缘层，使盖板结构更加紧凑，绝缘性能更加可靠，提升了安全性能，可以用于微型电池和大型电池。

Description

锂离子电池及其陶瓷盖板
技术领域
本发明涉及一种用于锂离子电池的陶瓷盖板，以及具有该陶瓷盖板的锂离子电池。
背景技术
目前，市场上的锂离子电池，普遍在电池外部使用绝缘膜，顶部使用塑料绝缘垫片或青稞纸来防止外部短路以用于防止外部短路，通过在卷芯与上盖板之间，卷芯与下盖板之间或电池壳体底部之间使用绝缘胶纸或绝缘垫片进行绝缘以用于防止内部短路。
常见的锂离子电池盖板高度一般不小于3毫米，随着对电池体积能量密度的要求日益提升，特别是在微型电池的开发方面，这种高度的电池盖板无法满足要求，因此，降低盖板厚度存在非常紧迫的需求。
现有的电池盖板通常存在以下缺点：(1)需要额外的绝缘零件进行内部与外部绝缘；
(2)需要额外的工序进行内部与外部绝缘；(3)盖板高度太厚，电池内部空间不足，造成微型电池开发困难，电池体积比能量低；(4)装配时的极耳弯折容易倒插进卷芯造成内部短路或损伤卷芯；(5)双面绝缘陶瓷基板仍存在端子内表面与卷芯短路的可能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提出一种用于锂离子电池的陶瓷盖板，该陶瓷盖板能够防止电池内外部可能发生的短路，能够去除现有的树脂绝缘层，使盖板结构更加紧凑，绝缘性能更加可靠，提升了安全性能，可以用于微型电池和大型电池。
本发明还提出一种锂离子电池，该锂离子电池具有安全性能高，提升内部空间利用率等优点。
根据本发明第一方面实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板，包括：陶瓷基板，所述陶瓷基板沿其厚度方向贯通形成通道；金属端子，所述金属端子的至少一部分设于所述通道内，所述金属端子在所述通道的轴向两端分别用于电连接所述陶瓷基板的内部和外部。
根据本发明实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板，采用陶瓷基板和金属端子相结合的装置，能够有效防止电池内、外部可能发生的短路，陶瓷盖板具有极高的绝缘强度与机械强度，并能有效地防止外部水份与气体进入电池内部，简化了生产工序，提升了安全性能，能够用于微型电池和大型电池。
根据本发明一个实施例，所述通道形成为柱状，所述金属端子形成为与所述通道形状相对应的柱状，所述金属端子的两端分别与所述陶瓷基板的内表面和外表面平齐。
根据本发明一个实施例，所述通道形成为孔道，所述金属端子包括：连接端子，所述连接端子设在所述通道内；外部端子，所述外部端子设在所述陶瓷基板的外表面上且与所述连接端子相连，所述外部端子与所述连接端子同轴设置且所述外部端子的径向尺寸大于所述通道的径向尺寸；内部端子，所述内部端子设在所述陶瓷基板的内表面上且与所述连接端子相连，所述内部端子与所述连接端子同轴设置且所述内部端子的径向尺寸大于所述通道的径向尺寸。
根据本发明一个实施例，所述陶瓷基板的外表面和内表面上分别设有辅助焊接层，所述外部端子和所述内部端子分别设在所述辅助焊接层上。
根据本发明一个实施例，所述通道的两端在所述陶瓷基板的径向上错开布置，所述金属端子的形状与所述通道的形状相对应且所述金属端子的两端在所述陶瓷基板的径向上错开布置。
根据本发明一个实施例，所述通道包括：横向延伸段，所述水平延伸段沿所述陶瓷基板的径向延伸形成为长条形；两个纵向延伸段，两个所述纵向延伸段的一端分别与所述横向延伸段的两端相连，两个所述纵向延伸段的另一端分别沿所述陶瓷基板的厚度方向延伸至所述陶瓷基板的外表面或内表面。
根据本发明一个实施例，所述金属端子包括：连接端子，所述连接端子设在所述通道内且与所述通道的形状相对应；外部端子，所述外部端子设在所述陶瓷基板的外表面上且与所述连接端子相连；内部端子，所述内部端子设在所述陶瓷基板的内表面上且与所述连接端子相连。
根据本发明一个实施例，所述通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道包括所述横向延伸段和所述纵向延伸段，所述第二通道与所述第一通道在所述陶瓷基板的厚度方向上间隔开分布，所述第二通道的一端与所述陶瓷基板的侧部连通，所述第二通道的另一端与所述陶瓷基板的内表面连通，所述金属端子包括正极端子和负极端子，所述正极端子设在所述第一通道内且与所述第一通道的形状相对应，所述负极端子设在所述第二通道内且与所述第二通道的形状相对应。
根据本发明一个实施例，所述金属端子经过烧结固定于所述陶瓷基板中。
根据本发明一个实施例，所述陶瓷基板形成为圆形件、方形件以及多边形件。
根据本发明第二方面实施例的锂离子电池，包括上述任一所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板的结构示意图；
图2是根据本发明又一实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板的结构示意图；
图3是根据本发明又一实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板的结构示意图；
图4是根据本发明又一实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板的结构示意图；
图5是根据本发明又一实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板的结构示意图。
附图标记：
用于锂离子电池的陶瓷盖板100；
陶瓷基板10；通道11；外表面12；内表面13；横向延伸段14；纵向延伸段15；第一通道16；第二通道17；
金属端子20；连接端子21；外部端子22；内部端子23；正极端子24；负极端子25；
辅助焊接层30。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图具体描述根据本发明实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板100。
根据本发明实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板100包括陶瓷基板10和金属端子20。
具体而言，陶瓷基板10沿其厚度方向贯通形成通道11，金属端子20的至少一部分设于通道11内，金属端子20在通道11的轴向两端分别用于电连接陶瓷基板10的内部和外部。
换言之，根据本发明实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板100主要由陶瓷基板10和金属端子20组成，陶瓷基板10上设有通道11，通道11可沿陶瓷基板10的厚度方向贯通，金属端子20的至少一部分可设于通道11内，也就是说，金属端子20可以全部设于通道11内，也可部分设于通道11内，金属端子20在通道11的轴向两端可以分别连接陶瓷基板10的内部和外部，通过金属端子20可以将电池的内部电流传输到外部。
由此，根据本发明实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板100采用陶瓷基板10和金属端子20相结合的装置，能够有效防止电池内、外部可能发生的短路，陶瓷盖板100具有极高的绝缘强度与机械强度，并能有效地防止外部水份与气体进入电池内部，简化了生产工序，提升了安全性能，能够用于微型电池和大型电池。
如图1所示，根据本发明的一个实施例，通道11可形成为柱状，金属端子20可形成为与通道11形状相对应的柱状，金属端子20的两端分别与陶瓷基板10的内表面13和外表面12平齐。
如图2和图3所示，在本发明的一些具体实施方式中，通道11可形成为孔道，金属端子20包括连接端子21、外部端子22和内部端子23。
具体地，连接端子21设在通道11内，外部端子22设在陶瓷基板10的外表面12上且与连接端子21相连，外部端子22与连接端子21同轴设置且外部端子22的径向尺寸大于通道11的径向尺寸，内部端子23设在陶瓷基板10的内表面13上且与连接端子21相连，内部端子23与连接端子21同轴设置且内部端子23的径向尺寸大于通道11的径向尺寸。
需要说明的是，外部端子22可与外部电路连接，供用户使用，用于与外部电路连接，内部端子23可与电池的内部卷芯进行连接，外部端子22与内部端子23可以通过埋在陶瓷基板10中的导电通路(连接端子21)进行连接，电池外部除了外部端子22全部绝缘，内部除了与卷芯连接的内部端子23全部绝缘，能够有效地杜绝电池内、外部短路的风险。
如图2所示，进一步地，陶瓷基板10的外表面12和内表面13上分别设有辅助焊接层30，外部端子22和内部端子23分别设在辅助焊接层30上。
需要说明的是，如图3所示，陶瓷基板10上可设有两个金属端子20，两个金属端子20间隔开设置，可用于正负电极位于同一侧的电池。
如图4所示，根据本发明的一个实施例，通道11的两端在陶瓷基板10的径向上错开布置，金属端子20的形状与通道11的形状相对应且金属端子20的两端在陶瓷基板10的径向上错开布置。
如图4所示，可选地，通道11包括横向延伸段14和两个纵向延伸段15，水平延伸段沿陶瓷基板10的径向延伸形成为长条形，两个纵向延伸段15的一端分别与横向延伸段14的两端相连，两个纵向延伸段15的另一端分别沿陶瓷基板10的厚度方向延伸至陶瓷基板10的外表面12或内表面13。
如图2和图4所示，根据本发明的一个实施例，金属端子20包括连接端子21、外部端子22和内部端子23。
具体地，连接端子21设在通道11内且与通道11的形状相对应，外部端子22设在陶瓷基板10的外表面12上且与连接端子21相连，内部端子23设在陶瓷基板10的内表面13上且与连接端子21相连。
如图5所示，在本发明的一些具体实施方式中，通道11包括第一通道16和第二通道17，第一通道16包括横向延伸段14和纵向延伸段15，第二通道17与第一通道16在陶瓷基板10的厚度方向上间隔开分布，第二通道17的一端与陶瓷基板10的侧部连通，第二通道17的另一端与陶瓷基板10的内表面13连通，金属端子20包括正极端子24和负极端子25，正极端子24设在第一通道16内且与第一通道16的形状相对应，负极端子25设在第二通道17内且与第二通道17的形状相对应，正极端子24与卷芯正极连接，负极端子25与卷芯负极连接。
根据本发明的一个实施例，金属端子20经过烧结固定于陶瓷基板10中。
在本发明的一些具体实施方式中，陶瓷基板10形成为圆形件、方形件以及多边形件。
在本发明的一些具体实施方式中，金属端子20可形成为设在通道11内的金属填充层，填充层可沿陶瓷基板10的法向方向设置并贯穿陶瓷基板10。
进一步地，填充层可以为导电金属浆料或者电阻浆料，能够克服化学沉铜或电镀沉铜填孔效率低、成本高，填充层外径大小受制造工艺所限(一般＜0.1mm)，导通大电流条件下需要设置多个填充层，结构复杂等缺点。
需要说明的是，填充层采用导电金属浆料，具有以下优点：(1)通过丝印或其他方式使用浆料填孔可以大大提高填孔的效率、降低成本，便于该技术实际应用；(2)通过控制填孔的材料以及填孔的尺寸，设定填充层的破坏气压，可作为电池防爆安全阀的设计。
填充层可采用PTC电阻浆料，具有以下优点：(1)通过丝印或其他方式使用浆料填孔可以大大提高填孔的效率、降低成本，便于该技术实际应用；(2)通过控制填孔的材料以及填孔的尺寸，设定填充层的破坏气压，作为电池防爆安全阀的设计；(3)通过调制PTC电阻油墨的电性能参数，其中包括工作电阻、热敏触发温度、温度-电阻系数等，作为电池PTC的温度监控零件；当电池在工作温度时，其电阻正常电池正常充分电；当电池温度高于正常工作温度时，其电阻急剧上升使电池充放电回路电流急剧减少，防止电池进一步的升温发生热失控危险。
可选地，导电金属浆料可以为一般用于PCB或厚膜电路制造的浆料。
根据本发明的一个实施例，浆料可为导电铜浆或银浆等。
在本发明的一些具体实施方式中，电阻浆料可以为一般用于PTC电阻油墨(PTC热敏油墨等)等具有PTC效应的浆料。
根据本发明实施例的锂离子电池，包括上述任一所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板100。
本发明实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板100，可以通过在陶瓷基板10中预埋电路的各种设计，将正负极端子设计在不同部位，满足用户的各种需求，电路由于被陶瓷烧结，不存在被电解液腐蚀的风险，因此大大提高了电池的可靠性，本发明将印刷电路技术中使用的陶瓷基板技术用于锂离子电池，不仅解决了传统锂离子电池中盖板偏厚，内外部短路风险，绝缘零件多，安全可靠性差等缺陷，而且该技术不仅可用于微型锂离子电池，解决了传统技术无法用于微型电池的缺陷，还可以放大后用于大型锂离子电池，大大提高安全可靠性，并提升内部空间利用率，提高电池体积比能量。
总而言之，根据本发明实施例的用于锂离子电池的陶瓷盖板100和具有该陶瓷盖板100的锂离子电池，具有以下优点：(1)通过陶瓷盖板100省去了常规锂离子电池用于外部绝缘与内部绝缘的零件，降低了成本；(2)通过陶瓷基板10简化了生产工序，无需额外工序加装绝缘零件；(3)陶瓷盖板100中除了外部端子22与内部端子23用于电路连接，其余部位均高强度绝缘，大大提高了电池的安全可靠性；(4)通过将内、外部连接电路烧结在陶瓷基板10中，减少电池内部电解液腐蚀或反应的风险，大大提高了电池的安全可靠性；(5)通过将外部端子22、内部端子23及连接电路一体化烧结成整体零件，提高了零件之间连接的可靠性；(6)陶瓷盖板100中的内部电路可通过各种设计进行连接，内部端子23、外部端子22可设置在任何部位，正、负极连接电路既可分开，也可设置在同一陶瓷基板10的内部，大大提高了电池设计的柔性；(7)本发明实施例的陶瓷盖板100既可用于圆柱电池，也可用于方形电池；(8)本发明实施例的陶瓷盖板100既可用于微型电池，也可用于大型电池。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，包括：
陶瓷基板，所述陶瓷基板沿其厚度方向贯通形成通道；
金属端子，所述金属端子的至少一部分设于所述通道内，所述金属端子在所述通道的轴向两端分别用于电连接所述陶瓷基板的内部和外部。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述通道形成为柱状，所述金属端子形成为与所述通道形状相对应的柱状，所述金属端子的两端分别与所述陶瓷基板的内表面和外表面平齐。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述通道形成为孔道，所述金属端子包括：
连接端子，所述连接端子设在所述通道内；
外部端子，所述外部端子设在所述陶瓷基板的外表面上且与所述连接端子相连，所述外部端子与所述连接端子同轴设置且所述外部端子的径向尺寸大于所述通道的径向尺寸；
内部端子，所述内部端子设在所述陶瓷基板的内表面上且与所述连接端子相连，所述内部端子与所述连接端子同轴设置且所述内部端子的径向尺寸大于所述通道的径向尺寸。
4.根据权利要求3所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述陶瓷基板的外表面和内表面上分别设有辅助焊接层，所述外部端子和所述内部端子分别设在所述辅助焊接层上。
5.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述通道的两端在所述陶瓷基板的径向上错开布置，所述金属端子的形状与所述通道的形状相对应且所述金属端子的两端在所述陶瓷基板的径向上错开布置。
6.根据权利要求5所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述通道包括：
横向延伸段，所述水平延伸段沿所述陶瓷基板的径向延伸形成为长条形；
两个纵向延伸段，两个所述纵向延伸段的一端分别与所述横向延伸段的两端相连，两个所述纵向延伸段的另一端分别沿所述陶瓷基板的厚度方向延伸至所述陶瓷基板的外表面或内表面。
7.根据权利要求6所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述金属端子包括：
连接端子，所述连接端子设在所述通道内且与所述通道的形状相对应；
外部端子，所述外部端子设在所述陶瓷基板的外表面上且与所述连接端子相连；
内部端子，所述内部端子设在所述陶瓷基板的内表面上且与所述连接端子相连。
8.根据权利要求6所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述通道包括第一通道和第二通道，所述第一通道包括所述横向延伸段和所述纵向延伸段，所述第二通道与所述第一通道在所述陶瓷基板的厚度方向上间隔开分布，所述第二通道的一端与所述陶瓷基板的侧部连通，所述第二通道的另一端与所述陶瓷基板的内表面连通，所述金属端子包括正极端子和负极端子，所述正极端子设在所述第一通道内且与所述第一通道的形状相对应，所述负极端子设在所述第二通道内且与所述第二通道的形状相对应。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述金属端子经过烧结固定于所述陶瓷基板中。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板，其特征在于，所述陶瓷基板形成为圆形件、方形件以及多边形件。
11.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1-10中任一所述的用于锂离子电池的陶瓷盖板。
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