CN111463373B - 锂离子二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锂离子二次电池，包括锂离子电芯、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、钢壳、MicroUSB接口、保护IC、集成IC、电感、LED灯、塑胶件、硬性FR‑4基板和金属盖帽，实现MicroUSB接口可充电、恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多位一体功能。与现有技术相比，本发明的锂离子二次电池，结构简单且易于安装、高集成效率、高可靠性、功能多样，具有较高的容量和较低的成本。

Description

锂离子二次电池

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池，尤其是涉及一种自带MicroUSB接口和具备充电输入功能，集成了恒定电压输出、充电管理和充电保护、电池保护（包含过充保护、过放保护、过流保护）等多种功能，同时兼具高容量的单板式锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池在实际使用的过程中，往往需要进行相应充电电路、保护电路、接口、结构件等的集成，一方面是为了满足锂离子二次电池安全管理和保护的需求，一方面也是为了满足功能应用方面的需求。例如，可以将恒压1.5V输出电路与锂离子二次电芯进行集成，使得锂离子二次电池可以替代碱性锌-二氧化锰原电池进行使用，这就方便的拓展了锂离子二次电池的应用领域。

但是，现有的集成方法，存在以下的问题：首先是集成的工艺复杂。由于需要集成电路板、电路元器件、防护外壳、输入接口、输出接口等多种零部件，导致集成相对难度大，集成的效果和外观不理想，现有的集成方法往往导致加工工艺复杂，空间利用率低，外观较差。二是集成的效率不高，现有的设置附属结构件的方法，集成效率较低，各种附属结构零件通常占用了大量的电池内部空间，导致只能选用小尺寸的低容量电芯，这使得集成后的锂离子二次电池与原电池相比，锂离子二次电池的容量优势反而不明显。尤其是对于小尺寸的电池，例如AAA型规格的电池，由于电池整体的外形尺寸较小，导致集成的难度较大。三是集成的可靠性不高，不合理的结构、复杂的加工工艺、低的集成效率，诸多因素导致最后集成的电池整体可靠性不高。

因此，针对锂离子二次电池集成应用的需求，如何将锂离子二次电池的性能及结构特点结合应用使用的要求，将锂离子二次电池的充电管理、输出管理、保护、外形结构、使用需求统筹优化，在兼顾集成的成本、效率以及可靠性的基础上，最大限度降低附属结构件占用的空间，最大可能提高外观一致性，提高充电方式的便捷性，提高集成的效率和可靠性，就显得非常必要。

发明内容

本发明要解决的技术课题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种锂离子二次电池，具备MicroUSB充电输入接口、恒定电压输出功能、更简便的工艺结构、更简单的集成组装工艺、更高集成度、更大容量、更高可靠性的锂离子二次电池，与现有技术相比，本发明的锂离子二次电池的组装效率可以提高约1/3，容量可以提高约1/5，该锂离子二次电池具备MicroUSB充电接口充电输入功能，可以实现电池在输出电能工作过程中能够始终保持恒定的输出电压，同时包含充电管理和保护、放电欠压保护、充电过压保护、充电过流保护、放电过流保护、短路保护。该锂离子二次电池外观一致性好，非常适用于锂离子二次电池替代一次电池的应用场合。

本发明通过以下方案实现：

一种锂离子二次电池（在文中，“锂离子二次电池”部分简称为“电池”或“二次电池”），包括金属盖帽、锂离子电芯、钢壳、MicroUSB接口、保护IC、集成IC（集成充电功能和恒压输出功能）、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、电感、LED灯、塑胶件和硬性FR-4基板，实现MicroUSB接口可充电、恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多位一体功能。所述锂离子电芯置于钢壳内，锂离子电芯的正极端、负极端分别通过电芯正极导线、电芯负极导线与硬性FR-4基板B面的第一端口焊盘、第二端口焊盘相对应连接在一起。金属盖帽的圆筒体部配套穿过塑胶件的帽头开口部并部分露出塑胶件的圆柱拉伸体上端平面，金属盖帽的裙边平板部配套收纳在塑胶件的裙边收纳槽中，元器件贴片锡焊在硬性FR-4基板的A面和B面上，MicroUSB接口锡焊在硬性FR-4基板的A面上，硬性FR-4基板以第一方板区朝上且硬性FR-4基板第二方板区两长度方向边缘分别对应沿塑胶件的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件的内部空腔中，MicroUSB接口开口端与塑胶件圆筒拉伸体侧面设置的MicroUSB开口部相配合，硬性FR-4基板的第一方板区位于金属盖帽的圆筒体内部空腔中，硬性FR-4基板的第二方板区位于塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔中，塑胶件的圆筒拉伸体配套插入钢壳的开口端，塑胶件的外沿凸出部与钢壳的MicroUSB开孔部配合，钢壳通过冲出凸点与塑胶件嵌入固定。所述金属盖帽包括圆筒体部和弹片夹持部，圆筒体部上端封闭、下端开口、内部为空腔，圆筒体部的上端面为倒角结构，圆筒体部的下端设置有朝外的裙边平板部，弹片夹持部下端开口且其上端与裙边平板部平齐并且与裙边平板部相连接。圆筒体部上端封闭所形成的平台作为整个锂离子二次电池与外部负载接触的正极端，同时圆筒体部内部的空腔还起收纳硬性FR-4基板的第一方板区和贴片的元器件用途。裙边平板部有三个方面的功能：一是支撑圆筒体部和弹片夹持部；二是连接圆筒体部和弹片夹持部；三是裙边平板部与塑胶件的裙边收纳槽相配合，并且裙边平板部支撑在硬性FR-4基板上，起安装、定位、支撑的作用。弹片夹持部通过其下端开口与硬性FR-4基板进行装配并形成紧密的夹持压接，实现金属盖帽的弹片夹持部与硬性FR-4基板上的第三端口焊盘、第五端口焊盘导电连接。金属盖帽的圆筒体部的外径和高度分别为M1、H1，金属盖帽的裙边平板部与弹片夹持部的长度和为MA，金属盖帽的裙边平板部的宽度为MB，金属盖帽的圆筒体部的壁厚、裙边平板部的厚度、弹片夹持部的壁厚均为MH，金属盖帽的弹片夹持部的高度为H2，金属盖帽的弹片夹持部两个弹片之间的最小间隙为MJ。

所述塑胶件包括圆柱拉伸体和圆筒拉伸体，圆柱拉伸体与圆筒拉伸体同轴线上下连接在一起，圆柱拉伸体底部超出圆筒拉伸体外壁形成一个支撑平台，圆柱拉伸体顶部设置有帽头开口，圆筒拉伸体的侧面设置有MicroUSB开口部，圆筒拉伸体的侧面围绕MicroUSB开口部周边区域设置有外沿凸出部，外沿凸出部的外端面与圆柱拉伸体的外侧壁面平齐并且相连，圆筒拉伸体的内侧壁面设置有第一安装槽和第二安装槽，第一安装槽设置在靠近MicroUSB开口部的位置，且硬性FR-4基板插入到第一安装槽和第二安装槽完成装配合后硬性FR-4基板第二方板区宽度方向位于塑胶件圆筒拉伸体直径方向；圆柱拉伸体底部位于塑胶件内部空腔的位置设置有裙边收纳槽，圆筒拉伸体的内侧壁面位于第一安装槽一侧的中间位置设置有相对称的第一加强筋和第二加强筋且第一加强筋与第二加强筋相距一定距离，圆筒拉伸体的内侧壁面位于第一安装槽另一侧的中间位置设置有相对称的第三加强筋和第四加强筋且第三加强筋与第四加强筋相距一定距离。塑胶件圆柱拉伸体的外径为SD1、高度为SJ1；塑胶件圆筒拉伸体的外径为SD2、高度为SJ2；塑胶件帽头开口部的直径为SD3；塑胶件的外沿凸出部下端护沿的宽度为SU；塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体径向的间距为SA；塑胶件第一加强筋与第三加强筋之间的间距为SB；塑胶件第一安装槽的宽度为SP；塑胶件第一安装槽靠近第一加强筋的一侧面至第三加强筋的最短距离为SH。所述钢壳为一端开口的圆筒壳体，在钢壳开口端侧面设置有MicroUSB开孔部，该MicroUSB开孔部与塑胶件的外沿凸出部相配合，起安装配合、导引、定位的作用。钢壳作为锂离子电芯的收纳体、与塑胶件进行安装配合的结构体、与塑胶件安装后进行冲点咬合固定的结构体、锂离子二次电池的总负极输出端。所述硬性FR-4基板的外形轮廓为第一方板区与第二方板区上下连接而成，第一方板区的长度、宽度相对应小于第二方板区的长度、宽度，第一方板区位于第二方板区上部的中央位置。硬性FR-4基板第一方板区的长度为PB1，硬性FR-4基板第二方板区的长度为PB2，硬性FR-4基板第一方板区的宽度为PA1，硬性FR-4基板第二方板区的宽度为PA2，硬性FR-4基板的厚度为PH。硬性FR-4基板的A面贴片锡焊有以下的元器件：第五电容、第三电阻、第二电阻、LED灯；硬性FR-4基板A面的第三端口焊盘J3（即J3端口）表面喷金或镀金处理，J3端口是放电的输出口，代表的是锂离子二次电池的总正极端；硬性FR-4基板A面设置的J4端口（即第四端口焊盘J4）贴片锡焊有MicroUSB接口。硬性FR-4基板的B面贴片锡焊有第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、电感、集成IC、保护IC；硬性FR-4基板的B面设置有第一端口焊盘（即J1端口）、第二端口焊盘（即J2端口）分别表示与锂离子电芯的正极端、负极端进行电连接的端口；硬性FR-4基板的B面设置有第五端口焊盘（即J5端口），J5端口表面喷金或镀金处理，J5端口也是放电的输出口，代表的也是锂离子二次电池的总正极端，J3端口和J5端口表示的是与金属盖帽的弹片夹持部紧密压接的焊盘。

所述金属盖帽的裙边平板部与弹片夹持部的长度和MA、金属盖帽的裙边平板部的宽度MB分别满足：PA2-2.00 mm≤MA≤PA2，SB-2.00 mm≤MB≤SB，其中PA2是硬性FR-4基板第二方板区的长度，SB是塑胶件第一加强筋与第三加强筋之间的间距。MA的上限尺寸即MA≤PA2设置，是为了考虑到金属盖帽的裙边平板部全部支撑在硬性FR-4基板上的要求；MA下限尺寸即PA2-2.00mm≤MA的设置，是考虑到为了增强硬性FR-4基板对金属盖帽的支撑能力，必须要一定的支撑面积，增大金属盖帽的裙边平板部的长度MA有利于提高硬性FR-4基板对金属盖帽的支撑能力。MB的上限尺寸即MB≤SB设置，是考虑到金属盖帽的裙边平板部安装到塑胶件内部空腔，金属盖帽不能与塑胶件的第一加强筋、第二加强筋、第三加强筋、第四加强筋产生干涉，否则金属盖帽无法安装到位；MB下限尺寸即SB-2.00mm≤MB的设置，是为了考虑到增大金属盖帽裙边平板部的宽度，相当于增大了裙边平板部的面积，这有利于金属盖帽的冲压加工。

所述金属盖帽的弹片夹持部两个弹片之间的最小间隙MJ满足：0.10mm≤MJ≤PH-0.10 mm，其中PH为硬性FR-4基板的厚度。MJ下限直径即0.10mm≤MJ的设置，是考虑到硬性FR-4基板需要插入到金属盖帽的弹片夹持部两个弹片之间，实现金属盖帽的弹片夹持部与硬性FR-4基板的J3端口（即第三端口焊盘）和J5端口（即第五端口焊盘）紧密的导电连接，MJ尺寸过小将导致插入困难，不利于提高装配的效率；MJ上限直径即MJ≤PH-0.10 mm的设置，是考虑到要实现金属盖帽的弹片夹持部与硬性FR-4基板的J3端口和J5端口紧密的导电连接，金属盖帽的弹片夹持部与硬性FR-4基板之间必须要有一定的夹持力，MJ尺寸过大将导致接触不紧密和导电不良。

所述塑胶件圆柱拉伸体的外径SD1满足：SD1=GW；塑胶件圆筒拉伸体的外径SD2满足：SD2=GN；塑胶件帽头开口部的直径SD3满足：M1≤SD3≤M1+0.20mm；其中GW为钢壳的外径，GN为钢壳的内径，M1为金属盖帽圆筒体部的外径，单位mm。塑胶件以上SD1和SD2尺寸的设置，是由于塑胶件与钢壳安装配合后，塑胶件的圆柱拉伸体位于钢壳开口端的上方，塑胶件的圆筒拉伸体位于钢壳内部，尺寸SD1=GW的设置可以满足塑胶件与钢壳装配后整个电池保持一致的外部直径；尺寸SD2=GN的设置可以满足塑胶件圆筒拉伸体能够深入到钢壳内部，并且与钢壳实现紧配合；尺寸M1≤SD3≤M1+0.20mm的设置可以满足在金属盖帽与塑胶件安装时，金属盖帽的圆筒体部能够穿过塑胶件帽头开口部，并且最终实现金属盖帽的圆筒体部凸出塑胶件的圆柱拉伸体上端平面，SD3尺寸小于M1将发生干涉导致金属盖帽的圆筒体部不能够穿过塑胶件帽头开口部；SD3尺寸过大则安装后金属盖帽的圆筒体部与塑胶件帽头开口部之间存在一个明显的空隙从而影响外观。

所述塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体径向的间距SA满足：SD2-2.00mm≤SA≤SD2-0.60mm，其中SD2为塑胶件圆筒拉伸体的外径。这是由于塑胶件圆筒拉伸体与第一安装槽或第二安装槽之间的壁厚（=(SD2-SA)/2）太薄（小于0.3mm）则强度不够且注塑加工困难，所以SA≤SD2-0.60 mm；塑胶件圆筒拉伸体与第一安装槽或第二安装槽之间的壁厚（=(SD2-SA)/2）太厚（大于1mm）则导致塑胶件的内部空腔减小，降低了硬性FR-4基板第二方板区径向尺寸即第二方板区的宽度PA2，这将导致降低硬性FR-4基板的元器件贴片面积不足，不利于元器件的布置贴片，所以SD2-2.00mm≤SA。因此，塑胶件第一安装槽与第二安装槽相对结构位置的设置，使得硬性FR-4基板第二方板区的宽度PA2可以保持最大的尺寸，这使得硬性FR-4基板只需要采用一块单板就有足够的面积来布置所有的元器件和焊盘，而且同时不需要增加硬性FR-4基板的长度（长度尺寸增大将占用锂离子电芯的高度空间，不利于高容量化）。

所述塑胶件第一安装槽靠近第一加强筋的一侧面至第三加强筋的最短距离SH满足：PH+UA≤SH≤PH+UA +0.30mm，其中PH为硬性FR-4基板的厚度，UA为MicroUSB接口的厚度。由于MicroUSB接口锡焊在硬性FR-4基板的A面上后，硬性FR-4基板必须连同MicroUSB接口安装到塑胶件圆筒拉伸体的内部空腔中，即硬性FR-4基板以第一方板区朝上且硬性FR-4基板两长度方向边缘分别对应沿塑胶件的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件的内部空腔中，MicroUSB接口开口端与塑胶件圆筒拉伸体侧面设置的MicroUSB开口部相配合，硬性FR-4基板的第一方板区位于金属盖帽的圆筒体部内部空腔中，硬性FR-4基板的第二方板区位于塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔中；因此，如果塑胶件第一安装槽靠近第一加强筋的一侧面至第三加强筋的最短距离SH小于（PH+UA），则安装的时候会发生干涉导致硬性FR-4基板和MicroUSB接口不能安装到塑胶件圆筒拉伸体的内部空腔中，所以必须有PH+UA≤SH；同时，硬性FR-4基板和MicroUSB接口安装到位后，第三加强筋、第四加强筋还可以起到限位的作用即防止硬性FR-4基板和MicroUSB接口在受到外力作用情况下产生较大的位移，这些潜在的位移不利于MicroUSB接口准确地与塑胶件圆筒拉伸体侧面设置的MicroUSB开口部相配合，因此有SH≤PH+UA +0.30 mm。

所述塑胶件的外沿凸出部下端护沿的宽度SU满足：0.20mm≤SU≤2.00mm。上限尺寸SU≤2.00mm的设置，是考虑到增加SU的尺寸，将导致塑胶件筒拉伸体的高度SJ2增加，在锂离子二次电池总高度不能超过标准高度的限制条件下，就必须降低锂离子电芯的高度，这不利于锂离子二次电池的高容量化；同时，SU尺寸过大，将导致钢壳的MicroUSB开孔部必须相应增大，而钢壳的MicroUSB开孔部过大将导致钢壳开口端在装配、冲点加工过程中更加容易发生变形，这不利于电池外观和尺寸的控制。但是，SU也不能过小，SU过小将导致塑胶件外沿凸出部的强度不足并且塑胶件注塑加工困难，SU过小也会影响塑胶件与钢壳装配过程中塑胶件外沿凸出部所起到的安装导引定位的功能，所以0.20mm≤SU。

所述硬性FR-4基板关键特征尺寸满足： M1-2×MH-0.50mm≤PA1≤M1-2×MH，SA-0.50mm≤PA2≤SA，H1-0.50mm≤PB1≤H1，SJ2-0.50mm≤PB2≤SJ2，其中PB1为硬性FR-4基板第一方板区的宽度，PB2为硬性FR-4基板第二方板区的宽度，PA1为硬性FR-4基板第一方板区的长度，PA2为硬性FR-4基板第二方板区的长度，M1为金属盖帽的圆筒体部的外径，H1为金属盖帽的圆筒体部的高度，MH为金属盖帽圆筒体部的壁厚、裙边平板部的厚度、弹片夹持部的壁厚，SA为塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体径向的间距，SJ2为塑胶件圆筒拉伸体的高度。由于硬性FR-4基板的第一方板区装配在金属盖帽的圆筒体部内部空腔中，PA1≤M1-2×MH和PB1≤H1的设置，就是为了使得硬性FR-4基板的第一方板区能够不与金属盖帽的圆筒体部内部空腔产生干涉；同时，为了尽量增大硬性FR-4基板可用于布置元器件的贴片面积，硬性FR-4基板的第一方板区的长度和宽度不能过小，所以M1-2×MH-0.50 mm≤PA1和H1-0.50 mm≤PB1。同样的，硬性FR-4基板以第一方板区朝上且硬性FR-4基板两长度方向边缘分别对应沿塑胶件的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件的内部空腔中，硬性FR-4基板的第二方板区安装于塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔中，PA2≤SA和PB2≤SJ2的设置，是为了使得硬性FR-4基板的第二方板区能够不与塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔产生干涉，并且硬性FR-4基板的第二方板区能够完全收纳在塑胶件的圆筒拉伸体内部，这有利于将元器件与钢壳内壁绝缘隔离；为了尽量增大硬性FR-4基板可用于布置元器件的贴片面积，硬性FR-4基板的第二方板区的长度和宽度不能过小，所以SA-0.50 mm≤PA2和SJ2-0.50 mm≤PB2。

所述钢壳的高度GKH满足：GK≤H-HT-SJ1，其中H为锂离子二次电池的总高度，HT为金属盖帽圆筒体部超出塑胶件圆柱拉伸体的高度，SJ1为塑胶件圆柱拉伸体的高度，单位mm。所述锂离子电芯的高度DXH满足：DXH≤GKH- SJ2 -GKDH，其中GKH为钢壳的高度，SJ2为塑胶件圆筒拉伸体的高度，GKDH为钢壳底部的厚度，单位mm。

所述锂离子二次电池，其实现的方式是：

首先将金属盖帽的圆筒体部配套穿过塑胶件的帽头开口部并部分露出塑胶件的圆柱拉伸体上端平面，金属盖帽的裙边平板部配套收纳在塑胶件的裙边收纳槽中。

其次将电芯正极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第一端口焊盘J1焊接，将电芯负极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第二端口焊盘J2焊接。

三是将锡焊好所有元器件的硬性FR-4基板（其中硬性FR-4基板的A面锡焊有第五电容、第三电阻、第二电阻、LED灯，硬性FR-4基板A面的第三端口焊盘J3表面喷金或镀金处理、J4端口贴片锡焊有MicroUSB接口；硬性FR-4基板的B面贴片锡焊有第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、电感、集成IC、保护IC。）以第一方板区朝上且硬性FR-4基板两长度方向边缘分别对应沿塑胶件的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件的内部空腔中，MicroUSB接口开口端与塑胶件圆筒拉伸体侧面设置的MicroUSB开口部相配合，硬性FR-4基板的第一方板区位于金属盖帽的圆筒体部内部空腔中，硬性FR-4基板的第二方板区位于塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔中，硬性FR-4基板插入到金属盖帽的弹片夹持部中形成紧密的夹持压接，弹片夹持部与硬性FR-4基板上的J3端口焊盘、J5端口焊盘导电连接。

四是将电芯正极导线B端与锂离子电芯的正极端焊接，将电芯负极导线B端与锂离子电芯的负极端焊接。

五是将锂离子电芯从钢壳开口端装入钢壳内部，接着将塑胶件的圆筒拉伸体前端伸入到钢壳内部，塑胶件的外沿凸出部与钢壳的MicroUSB开孔部配合；安装到位后钢壳开口端卡装在塑胶件的支撑平台上（由塑胶件圆柱拉伸体底部超出圆筒拉伸体外壁形成的支撑平台）。

最后是用钢针对塑胶件的圆筒拉伸体与钢壳的结合部实施冲压，钢壳受力变形嵌入塑胶件的凸点支撑部中，实现了塑胶件与钢壳的固定。

以上六步完成了锂离子二次电池的制作。

与现有技术相比，本发明的锂离子二次电池，具有以下优点：

（1）集成工艺简单。本发明金属盖帽弹片夹持部和裙边平板部、硬性FR-4基板J3端口和J5端口、塑胶件裙边收纳槽等结构特征的设置，使得金属盖帽的安装只需要简单的卡装就能实现，不需要对金属盖帽进行额外的安装、定位、固定操作，摒弃了复杂的焊接、铆接等工艺；本发明采用了单个硬性FR-4基板，并且将所有的元器件、MicroUSB接口贴片锡焊在其表面，摒弃了复杂的由两个或多个硬性FR-4基板进行二次组装的工艺。塑胶件外沿凸出部与钢壳MicroUSB开孔部的设置，极大地简化了集成安装的过程操作要求，无需设计复杂的工装夹具就可以实现快速装配和定位。

（2）高集成度、高可靠性。硬性FR-4基板的A面和B均布置了元器件，金属盖帽圆筒体部的内部空腔和塑胶件圆筒拉伸体的内部空腔均充分利用来放置各零件以提高空间的利用率，这很大程度上降低了不贡献容量的附属结构件占用的电池宝贵空间，因而有利于电池的高容量化。同时，塑胶件第一加强筋、第二加强筋、第三加强筋、第四加强筋的设置，可以很好的增强塑胶件抗冲压的能力，减少钢针对钢壳冲点时候塑胶件的变形量，改善冲点的效果，使得钢壳的凸点能够较好的嵌入到塑胶件中形成牢固的咬合，这非常有利于提高整个电池结构的可靠性；第三加强筋、第四加强筋的设置，还可以起到限位的作用即防止硬性FR-4基板和MicroUSB接口在受到外力作用情况下产生较大的位移，这有利于提高使用过程的可靠性。

（3）集成的效率高，功能多样。本发明采用一块硬性FR-4基板，既节约了空间，又规避了多块硬性FR-4基板进行二次组装的低效率；塑胶件外沿凸出部和钢壳MicroUSB开孔部的设置，极大改善了安装的难度，使得塑胶件与钢壳的装配过程可以高效进行。塑胶件作为硬性FR-4基板的收纳体兼支撑体、塑胶件与硬性FR-4基板进行安装的导引体（第一安装槽和第二安装槽）、收纳于塑胶件圆筒拉伸体内部空腔的硬性FR-4基板贴片锡焊元器件（例如MicroUSB接口、电感、第一电阻等）的绝缘防护体、金属盖帽裙边平板部的收纳体、与钢壳连接固定用的结构体、与钢壳MicroUSB开孔部装配配合的结构体、与钢壳凸点咬合的支撑体；塑胶件、金属盖帽、钢壳等零件的功能复用、立体空间布局和装配的形式，大幅度减少不贡献容量的结构件占用的空间，大幅度提升了集成的效率，使得电池的容量可以更高。同时，本发明的锂离子二次电池集成了自带MicroUSB充电接口、恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多位一体功能。

本发明的锂离子二次电池，结构新颖，制作工艺简单，产品可靠性高。本发明的锂离子二次电池，兼顾了多功能集成、结构可靠性、工艺可操作性和简便性的要求，与现有技术相比，本发明的锂离子二次电池可以实现容量提供约1/5，组装集成效率提高约1/3。

附图说明

图1为实施例1锂离子二次电池的整体外形示意图；

图2为实施例1锂离子二次电池的结构爆炸示意图；

图3（a）为实施例1金属盖帽的3D结构示意图；

图3（b）为实施例1金属盖帽的正视图；

图3（c）为实施例1金属盖帽的俯视图；

图3（d）为实施例1金属盖帽的左侧视图；

图4（a）为实施例1塑胶件的3D结构示意图一；

图4（b）为实施例1塑胶件的3D结构示意图二；

图4（c）为实施例1塑胶件的正视图；

图4（d）为实施例1塑胶件的左侧视图；

图4（e）为实施例1塑胶件的仰视图；

图5为实施例1的钢壳的3D结构示意图；

图6为实施例1的电路原理图；

图7（a）为实施例1硬性FR-4基板的A面元器件贴片位置示意图；

图7（b）为实施例1硬性FR-4基板的B面元器件贴片位置示意图；

图8（a）为实施例1金属盖帽、硬性FR-4基板、MicroUSB接口、电芯负极导线、电芯正极导线的装配3D结构示意图；

图8（b）为实施例1塑胶件、金属盖帽、硬性FR-4基板、MicroUSB接口、电芯负极导线、电芯正极导线的装配半剖3D结构示意图；

图9为实施例1锂离子二次电池的充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图；

图10为实施例1锂离子二次电池的放电电压-放电电流-放电容量关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

以具体制作一种自带MicroUSB充电接口的恒压输出的圆柱形锂离子二次电池为例，来进一步阐述该锂离子二次电池结构及其功能的实现方式，同时说明该锂离子二次电池的高集成效率、高容量、高可靠性的实现方法。

一种锂离子二次电池，为圆柱形（其外形整体尺寸需符合《IEC60086-2：2011》标准所要求的R03型号尺寸规范要求），其要求为：电池直径≤10.5mm，电池高度H≤44.5mm，电池具备自带MicroUSB接口充电功能；具备充电管理功能；具备充电保护和放电保护功能（放电欠压保护、充电过压保护、充电过流保护、放电过流保护、短路保护、过温保护）；电池具备恒压1.50V±0.10V，持续200mA电流的输出功能。如图1和图2所示，该锂离子二次电池包括锂离子电芯1、钢壳2、元器件3（包括集成IC、保护IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、电感、LED灯等）、塑胶件4、硬性FR-4基板5、金属盖帽6、电芯负极导线7、电芯正极导线8、MicroUSB接口9（其厚度尺寸UA=2.45mm，宽度尺寸UB=7.50mm，长度尺寸UH=5.00mm），本实施例的锂离子电芯1为聚合物锂离子单体电池，型号为09330（直径9.00±0.20 mm，高度33.00⁺⁰ _-1.0 mm），标称电压为3.7V，容量为240mAh；电池外壳为钢壳2，其外径为GW=10.00±0.05 mm，内径为GN=9.60±0.05mm，高度为GKH=41.60±0.05mm，底部厚度为GKDH= 0.30±0.05mm；锂离子电芯1置于钢壳2内，锂离子电芯1的正极端、负极端分别通过电芯正极导线8、电芯负极导线7与硬性FR-4基板5 B面的第一端口焊盘J1、第二端口焊盘J2相对应连接在一起。金属盖帽6的圆筒体部601配套穿过塑胶件4的帽头开口部403并部分露出塑胶件4的圆柱拉伸体401上端平面，金属盖帽6的裙边平板部602配套收纳在塑胶件4的裙边收纳槽408中。元器件3贴片锡焊在硬性FR-4基板5的A面和B面上，MicroUSB接口9锡焊在硬性FR-4基板5的A面上，硬性FR-4基板5以第一方板区朝上且硬性FR-4基板5两长度方向边缘分别对应沿塑胶件4的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件4的内部空腔中，MicroUSB接口9开口端与塑胶件4圆筒拉伸体402侧面设置的MicroUSB开口部相配合，硬性FR-4基板5的第一方板区位于金属盖帽6的圆筒体部内部空腔中，硬性FR-4基板5的第二方板区位于塑胶件4的圆筒拉伸体402内部空腔中，塑胶件4的圆筒拉伸体402配套插入钢壳2的开口端，塑胶件4的外沿凸出部与钢壳2的MicroUSB开孔部配合，钢壳2通过冲出凸点与塑胶件4嵌入固定。

如图3（a）所示，金属盖帽6包括圆筒体部601和弹片夹持部603，圆筒体部601上端封闭、下端开口、内部为空腔，圆筒体部601的上端面为倒角结构，圆筒体部601的下端设置有朝外的裙边平板部602，弹片夹持部603下端开口且其上端与裙边平板部602平齐并且与裙边平板部602相连接。圆筒体部601上端封闭所形成的平台作为整个锂离子二次电池与外部负载接触的正极端，同时圆筒体部601内部的空腔还起收纳硬性FR-4基板5的第一方板区和贴片的元器件（本实施例中为第一电容、第二电容）用途。裙边平板部602有三个方面的功能：一是支撑圆筒体部601和弹片夹持部603；二是连接圆筒体部601和弹片夹持部603；三是裙边平板部602与塑胶件4的裙边收纳槽408相配合，并且裙边平板部602支撑在硬性FR-4基板5上，起安装、定位、支撑的作用。弹片夹持部603通过其下端开口与硬性FR-4基板5进行装配并形成紧密的夹持压接，实现金属盖帽6的弹片夹持部603与硬性FR-4基板5上的J3端口焊盘（即第三端口焊盘）、J5端口焊盘（即第五端口焊盘）导电连接。图3（b）、3（c）、3（d）显示了金属盖帽6的关键特征尺寸，金属盖帽的圆筒体部的外径和高度分别为M1、H1，金属盖帽的裙边平板部与弹片夹持部的长度和为MA，金属盖帽的裙边平板部的宽度为MB，金属盖帽的圆筒体部的壁厚、裙边平板部的厚度、弹片夹持部的壁厚均为MH，金属盖帽的弹片夹持部的高度为H2，金属盖帽弹片夹持部两个弹片之间的最小间隙为MJ。本实施例1中，金属盖帽的以上关键特征尺寸设置如下：M1=3.70±0.05mm，H1=2.10±0.05mm， H2=1.74±0.05mm，MA=7.15±0.05mm，MH=0.20±0.05mm，MJ=0.42±0.05mm，MB=5.85±0.05mm。

如图4（a）和图4（b）所示，塑胶件4包括圆柱拉伸体401和圆筒拉伸体402，圆柱拉伸体401与圆筒拉伸体402同轴线上下连接在一起，圆柱拉伸体401底部超出圆筒拉伸体402外壁形成一个支撑平台413，圆柱拉伸体401顶部设置有帽头开口部403，圆筒拉伸体402的侧面设置有MicroUSB开口部404，圆筒拉伸体402的侧面围绕MicroUSB开口部404周边区域设置有外沿凸出部405，外沿凸出部405的外端面与圆柱拉伸体401的外侧壁面平齐并且相连；圆筒拉伸体402的内侧壁面设置有第一安装槽406和第二安装槽407，第一安装槽406设置在靠近MicroUSB开口部404的位置，且硬性FR-4基板5插入到第一安装槽406和第二安装槽407完成装配合后硬性FR-4基板5第二方板区502宽度方向位于塑胶件4圆筒拉伸体402直径方向，圆柱拉伸体401底部位于塑胶件4内部空腔的位置设置有裙边收纳槽408，圆筒拉伸体402的内侧壁面位于第一安装槽406一侧的中间位置设置有相对称的第一加强筋409和第二加强筋410且第一加强筋409与第二加强筋410相距一定距离，圆筒拉伸体402的内侧壁面位于第一安装槽406另一侧的中间位置设置有相对称的第三加强筋411和第四加强筋412且第三加强筋411与第四加强筋412相距一定距离。图4（c）、图4（d）、图4（e）显示了塑胶件的部分关键特征尺寸，塑胶件圆柱拉伸体的外径为SD1、高度为SJ1；塑胶件圆筒拉伸体的外径为SD2、高度为SJ2；塑胶件帽头开口部的直径为SD3；塑胶件的外沿凸出部下端护沿的宽度为SU；塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体402径向的间距为SA；塑胶件第一加强筋与第三加强筋之间的间距为SB；塑胶件第一安装槽的宽度为SP；塑胶件第一安装槽靠近第一加强筋的一侧面至第三加强筋的最短距离为SH。本实施例1中，塑胶件的以上关键特征尺寸设置如下：SD1=10.00±0.05 mm，SD2=9.60±0.05mm，SD3=3.80±0.05 mm，SH=3.15±0.05mm，SA=8.70±0.05mm，SB=6.05±0.05mm，SJ1=1.10±0.05mm，SJ2=8.10±0.05mm，SU=0.50±0.05mm，SP=0.70±0.05mm。

如图5所示是本实施例的钢壳结构示意图，钢壳2为一端开口的圆筒壳体，在钢壳2开口端侧面设置有MicroUSB开孔部201，该MicroUSB开孔部201与塑胶件4外壁设置的外沿凸出部405相配合，起安装配合、导引、定位的作用。钢壳作为锂离子电芯的收纳体、与塑胶件进行安装配合的结构体、与塑胶件安装后进行冲点咬合固定的结构体、锂离子二次电池的总负极输出端。

如图6所示是本实施例的电路原理图，集成IC 即U1（型号为XS5301）、第一电阻R1（规格为0.4欧±1%）、第二电阻R2（规格为2K±1%）、第三电阻R3（规格为2K±1%）、电感L1（型号：2.2uH/1.5A）、LED灯D1（型号为HL0402USR）、第一电容C1（规格为22μF、10V）、第二电容C2（规格为1nF、10V）、第三电容C3（规格为22uF、10V）、第四电容C4（规格为0.1uF、10V）、第五电容C5（规格为10μF、10V）、保护IC即U2（型号为CT2105），并且有J1端口（即第一端口焊盘J1）、J2端口（即第二端口焊盘J2）、J3端口（即第三端口焊盘J3）、J4端口（即第四端口焊盘J4，作为MicroUSB接口焊盘和定位孔）、J5端口（即第五端口焊盘J5）。其中J1端口、J2端口分别表示与锂离子电芯正极端、负极端进行电连接的端口，J3端口和J5端口表示的是与金属盖帽的弹片夹持部紧密压接的焊盘，J3端口和J5端口为了强化导电接触效果因而进行了表面喷金或镀金处理，J3端口和J5端口均是放电的输出口，代表的是锂离子二次电池的总正极端。J4端口表示的是与MicroUSB接口进行锡焊的焊盘和定位孔，MicroUSB接口是充电输入口。

本实施例中保护IC即U2（型号为CT2105）的功能为用于电池充电、放电过程保护，主要包括：过充电保护(过充电检测电压为4.275±0.050V、过充电解除电压为4.075±0.025V、过充电电压检测延迟时间为0.96~1.40s)、过放电保护（过放电检测电压为2.500±0.050V、过放电解除电压为2.900±0.025V、过放电电压检测延迟时间为115~173mS）、过充电电流保护（过充电电流检测为2.1～3.9A、过充电电流检测延迟时间为8.8~13.2mS）、过放电电流保护（过放电电流检测为2.5～4.5A、过放电电流检测延迟时间为8.8~13.2mS）、短路保护（负载短路检测电压为1.20～1.30V、负载短路检测延时为288~432μS）。

本实施例中集成IC即U1（型号为XS5301）的功能为用于电池充电管理、充电过程保护、恒定电压输出，主要包括：充电管理（适配器电压输入4.5V~6.5V，该IC可以提供4.2V±1%充电电压给电池充电；充电最大电流可以达到700mA；充电电流大小由图6中第三电阻R3设置，本实施例R3=2K对应的最大充电电流为312mA；充电电流降低至0.1C时候充电截止）、充电保护（电池电压低于2.9V采用涓流充电模式；充电过程有过流保护、短路保护、温度保护）、恒定电压输出（1.5MHz恒定频率输出工作；可以最大1.5A电流输出工作；恒定的输出电压为1.50V；过流保护、短路保护、温度保护、低压锁定保护）。

如图7（a）所示，本实施例的硬性FR-4基板5的外形轮廓为第一方板区501与第二方板区502上下连接而成，第一方板区501的长度、宽度相对应小于第二方板区502的长度、宽度，第一方板区501位于第二方板区502上部的中央位置。硬性FR-4基板第一方板区的长度为PB1，硬性FR-4基板第二方板区的长度为PB2，硬性FR-4基板第一方板区的宽度为PA1，硬性FR-4基板第二方板区的宽度为PA2，硬性FR-4基板的厚度为PH。硬性FR-4基板5关键特征尺寸设置如下：PA1=3.00±0.05 mm，PA2=8.60±0.05mm，PB1=2.00±0.05 mm，PB2=8.00±0.05mm，PH=0.60±0.05 mm。如图7（a）所示，硬性FR-4基板5的A面贴片锡焊有以下的元器件：第五电容C5、第三电阻R3、第二电阻R2、LED灯D1；硬性FR-4基板A面的第三端口焊盘J3（即J3端口）表面喷金或镀金处理，J3端口是放电的输出口，代表的是锂离子二次电池的总正极端；硬性FR-4基板A面设置的J4端口（即第四端口焊盘J4）贴片锡焊有MicroUSB接口。如图7（b）所示，硬性FR-4基板5的B面贴片锡焊有第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、电感L1、集成IC即U1、保护IC即U2；硬性FR-4基板的B面设置有第一端口焊盘J1（即J1端口）、第二端口焊盘J2（即J2端口），分别表示与锂离子电芯的正极端、负极端进行电连接的端口，硬性FR-4基板的B面设置有第五端口焊盘（即J5端口），J5端口表面喷金或镀金处理，J5端口也是放电的输出口，代表的也是锂离子二次电池的总正极端，J3端口和J5端口表示的是与金属盖帽的弹片夹持部紧密压接的焊盘。

本实施例金属盖帽的裙边平板部与弹片夹持部的长度和MA、金属盖帽的裙边平板部的宽度MB分别满足：PA2-2.00 mm（=8.60-2.00=6.60mm）≤MA（=7.15mm）≤PA2（=8.60mm），SB-2.00 mm（=6.05-2.00=4.05 mm）≤MB（=5.85mm）≤SB （=6.05mm），其中PA2是硬性FR-4基板5第二方板区的长度，SB是塑胶件第一加强筋409与第三加强筋411之间的间距。MA的上限尺寸即MA≤PA2设置，是为了考虑到金属盖帽的裙边平板部全部支撑在硬性FR-4基板上的要求；MA下限尺寸即PA2-2.00mm≤MA的设置，是考虑到为了增强硬性FR-4基板对金属盖帽的支撑能力，必须要一定的支撑面积，增大金属盖帽6的裙边平板部602的长度MA有利于提高硬性FR-4基板对金属盖帽的支撑能力。MB的上限尺寸即MB≤SB设置，是考虑到金属盖帽的裙边平板部安装到塑胶件内部空腔，金属盖帽不能与塑胶件的第一加强筋、第二加强筋、第三加强筋、第四加强筋产生干涉，否则金属盖帽无法安装到位；MB下限尺寸即SB-2.00mm≤MB的设置，是为了考虑到增大金属盖帽6裙边平板部602的宽度MA，相当于增大了裙边平板部的面积，这有利于金属盖帽的冲压加工。

本实施例金属盖帽的弹片夹持部两个弹片之间的最小间隙MJ满足：0.10mm≤MJ（=0.42mm）≤PH-0.10 mm（=0.60-0.10=0.50mm），其中PH为硬性FR-4基板的厚度。MJ下限直径即0.10mm≤MJ的设置，是考虑到硬性FR-4基板需要插入到金属盖帽6的弹片夹持部603两个弹片之间，实现金属盖帽6的弹片夹持部603与硬性FR-4基板5的J3端口（即第三端口焊盘）和J5端口（即第五端口焊盘）紧密的导电连接，MJ尺寸过小将导致插入困难，不利于提高装配的效率；MJ上限直径即MJ≤PH-0.10 mm的设置，是考虑到要实现金属盖帽的弹片夹持部603与硬性FR-4基板的J3端口和J5端口紧密的导电连接，金属盖帽的弹片夹持部603与硬性FR-4基板之间必须要有一定的夹持力，MJ尺寸过大将导致接触不紧密和导电不良。

本实施例的塑胶件圆柱拉伸体的外径SD1满足：SD1（=10.00 mm）=GW（=10.00mm）；本实施例的塑胶件圆筒拉伸体的外径SD2满足：SD2（=9.60 mm）=GN（=9.60 mm）；本实施例的塑胶件帽头开口部的直径SD3满足：M1（=3.70 mm）≤SD3（=3.70 mm）≤M1+0.20mm（=3.70+0.20=3.90mm）；其中GW为钢壳的外径，GN为钢壳的内径，M1为金属盖帽圆筒体部的外径。

塑胶件以上SD1和SD2尺寸的设置，是由于塑胶件与钢壳安装配合后，塑胶件的圆柱拉伸体401位于钢壳开口端的上方，塑胶件的圆筒拉伸体402位于钢壳内部，尺寸SD1=GW的设置可以满足塑胶件与钢壳装配后整个电池保持一致的外部直径；尺寸SD2=GN的设置可以满足塑胶件圆筒拉伸体402能够深入到钢壳内部，并且与钢壳实现紧配合；尺寸M1≤SD3≤M1+0.20mm的设置可以满足在金属盖帽6与塑胶件4安装时，金属盖帽6的圆筒体部601能够穿过塑胶件帽头开口部403，并且最终实现金属盖帽6的圆筒体部601凸出塑胶件4的圆柱拉伸体401上端平面，SD3尺寸小于M1将发生干涉导致金属盖帽6的圆筒体部601不能够穿过塑胶件帽头开口部403；SD3尺寸过大则安装后金属盖帽6的圆筒体部601与塑胶件帽头开口部403之间存在一个明显的空隙从而影响外观。

本实施例塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体径向的间距SA满足：SD2-2.00mm（=9.60-2.00=7.60 mm）≤SA（=8.70 mm）≤SD2-0.60mm（=9.60-0.60=9.00 mm），其中SD2为塑胶件圆筒拉伸体的外径。这是由于塑胶件4圆筒拉伸体402与第一安装槽406或第二安装槽407之间的壁厚（=(SD2-SA)/2）太薄（小于0.3mm）则强度不够且注塑加工困难，所以SA≤SD2-0.60 mm；塑胶件圆筒拉伸体402与第一安装槽406或第二安装槽407之间的壁厚（=(SD2-SA)/2）太厚（大于1mm）则导致塑胶件的内部空腔减小，降低了硬性FR-4基板第二方板区502径向尺寸即第二方板区的宽度PA2，这将导致降低硬性FR-4基板的元器件贴片面积不足，不利于元器件的布置贴片，所以SD2-2.00≤SA。本实施例塑胶件第一安装槽靠近第一加强筋的一侧面至第三加强筋的最短距离SH满足：PH+UA（=0.60+2.45=3.05 mm）≤SH（=3.15 mm）≤PH+UA +0.30mm（=0.60+2.45+0.30=3.35 mm），其中PH为硬性FR-4基板的厚度，UA为MicroUSB接口的厚度。由于MicroUSB接口9锡焊在硬性FR-4基板5的A面上后，硬性FR-4基板5必须连同MicroUSB接口9安装到塑胶件4圆筒拉伸体的内部空腔中，即硬性FR-4基板5以第一方板区朝上且硬性FR-4基板5两长度方向的边缘分别对应沿塑胶件4的第一安装槽406、第二安装槽407的方式插入到塑胶件4的内部空腔中，MicroUSB接口9开口端与塑胶件4圆筒拉伸体402侧面设置的MicroUSB开口部相配合，硬性FR-4基板5的第一方板区501位于金属盖帽6的圆筒体部内部空腔中，硬性FR-4基板5的第二方板区502位于塑胶件4的圆筒拉伸体402内部空腔中；因此，如果塑胶件第一安装槽靠近第一加强筋的一侧面至第三加强筋的最短距离SH小于（PH+UA），则安装的时候会发生干涉导致硬性FR-4基板5和MicroUSB接口9不能安装到塑胶件4圆筒拉伸体402的内部空腔中，所以必须有PH+UA≤SH；同时，硬性FR-4基板5和MicroUSB接口9安装到位后，第三加强筋411、第四加强筋412还可以起到限位的作用即防止硬性FR-4基板5和MicroUSB接口9在受到外力作用情况下产生较大的位移，这些潜在的位移不利于MicroUSB接口9准确地与塑胶件4圆筒拉伸体402侧面设置的MicroUSB开口部相配合，因此有SH≤PH+UA +0.30 mm。

本实施例塑胶件外沿凸出部下端护沿的宽度SU满足：0.20mm≤SU（=0.50 mm）≤2.00mm。上限尺寸SU≤2.00mm的设置，是考虑到增加SU的尺寸，将导致塑胶件筒拉伸体的高度SJ2增加，在锂离子二次电池总高度不能超过标准高度的限制条件下，就必须降低锂离子电芯的高度，这不利于锂离子二次电池的高容量化；同时，SU尺寸过大，将导致钢壳MicroUSB开孔部必须相应增大，而钢壳的MicroUSB开孔部过大将导致钢壳开口端在装配、冲点加工过程中更加容易发生变形，这不利于电池外观和尺寸的控制。但是，SU也不能过小，SU过小将导致塑胶件外沿凸出部的强度不足并且塑胶件注塑加工困难，SU过小也会影响塑胶件与钢壳装配过程中塑胶件外沿凸出部所起到的安装导引定位的功能，所以0.20mm≤SU。

本实施例硬性FR-4基板5关键特征尺寸满足： M1-2×MH-0.50mm（=3.70-2×0.20-0.50=2.60mm）≤PA1（=3.00mm）≤M1-2×MH（=3.70-2×0.20=3.30mm），SA-0.50mm（=8.70-0.50=8.20mm）≤PA2(=8.60mm)≤SA（=8.70mm），H1-0.50（=2.10-0.50=1.60mm）≤PB1(=2.00mm)≤H1（=2.10mm），SJ2-0.50mm（=8.10-0.50=7.60mm）≤PB2(=8.00mm)≤SJ2（=8.10mm），其中PB1为硬性FR-4基板第一方板区的宽度，PB2为硬性FR-4基板第二方板区的宽度，PA1为硬性FR-4基板第一方板区的长度，PA2为硬性FR-4基板第二方板区的长度，M1为金属盖帽的圆筒体部的外径，H1为金属盖帽的圆筒体部的高度，MH为金属盖帽圆筒体部的壁厚、裙边平板部的厚度、弹片夹持部的壁厚，SA为塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体径向的间距，SJ2为塑胶件圆筒拉伸体的高度。由于硬性FR-4基板的第一方板区装配在金属盖帽的圆筒体部内部空腔中，PA1≤M1-2×MH和PB1≤H1的设置，就是为了使得硬性FR-4基板的第一方板区能够不与金属盖帽的圆筒体部内部空腔产生干涉；同时，为了尽量增大硬性FR-4基板可用于布置元器件的贴片面积，硬性FR-4基板的第一方板区的长度和宽度不能过小，所以M1-2×MH-0.50 mm≤PA1和H1-0.50 mm≤PB1。同样的，硬性FR-4基板以第一方板区朝上且硬性FR-4基板两长度方向边缘分别对应沿塑胶件的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件的内部空腔中，硬性FR-4基板的第二方板区安装于塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔中，PA2≤SA和PB2≤SJ2的设置，是为了使得硬性FR-4基板的第二方板区能够不与塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔产生干涉，并且硬性FR-4基板的第二方板区能够完全收纳在塑胶件的圆筒拉伸体内部，这有利于将元器件与钢壳内壁绝缘隔离；为了尽量增大硬性FR-4基板可用于布置元器件的贴片面积，硬性FR-4基板的第二方板区的长度和宽度不能过小，所以SA-0.50 mm≤PA2和SJ2-0.50 mm≤PB2。

本实施例钢壳的高度GKH满足：GKH（=41.60mm）≤H-HT-SJ1（=44.50-1.50-1.10=41.90mm），其中H为锂离子二次电池的总高度，HT为金属盖帽圆筒体部超出塑胶件圆柱拉伸体的高度（本实施例中HT=1.50mm），SJ1为塑胶件圆柱拉伸体的高度。

本实施例锂离子电芯的高度DXH满足：DXH（=33.00mm）≤GKH- SJ2- GKDH（=41.60-8.10-0.30=33.20mm），其中GKH为钢壳的高度，SJ2为塑胶件圆筒拉伸体的高度，GKDH为钢壳底部的厚度。

结合图1至图8（b），本实施例在实际制作时，按以下步骤进行：

（1）首先将金属盖帽的圆筒体部配套穿过塑胶件的帽头开口部并部分露出塑胶件的圆柱拉伸体上端平面，金属盖帽的裙边平板部配套收纳在塑胶件的裙边收纳槽中。

（2）其次将电芯正极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第一端口焊盘J1焊接，将电芯负极导线A端与硬性FR-4基板的B面的第二端口焊盘J2焊接。如图8（a）所示。

（3）将锡焊好所有元器件的硬性FR-4基板5（其中硬性FR-4基板的A面锡焊有第五电容C5、第三电阻R3、第二电阻R2、LED灯D1，硬性FR-4基板A面的第三端口焊盘J3表面喷金或镀金处理、J4端口贴片锡焊有MicroUSB接口；硬性FR-4基板的B面贴片锡焊有第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、电感L1、集成IC即U1、保护IC即U2。）以第一方板区朝上且硬性FR-4基板5两长度方向边缘分别对应沿塑胶件4的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件4的内部空腔中，MicroUSB接口9开口端与塑胶件4圆筒拉伸体侧面设置的MicroUSB开口部相配合，硬性FR-4基板5的第一方板区位于金属盖帽6的圆筒体部内部空腔中，硬性FR-4基板5的第二方板区位于塑胶件4的圆筒拉伸体内部空腔中，硬性FR-4基板5插入到金属盖帽6的弹片夹持部中形成紧密的夹持压接，弹片夹持部与硬性FR-4基板5上的J3端口焊盘、J5端口焊盘导电连接。如图8（b）所示。

（4）将电芯正极导线B端与锂离子电芯的正极端焊接，将电芯负极导线B端与锂离子电芯的负极端焊接。

（5）将锂离子电芯从钢壳开口端装入钢壳内部，接着将塑胶件的圆筒拉伸体前端伸入到钢壳内部，塑胶件的外沿凸出部与钢壳的MicroUSB开孔部配合；安装到位后钢壳开口端卡装在塑胶件的支撑平台上（由塑胶件圆柱拉伸体底部超出圆筒拉伸体外壁形成的支撑平台）。

（6）用钢针对塑胶件的圆筒拉伸体与钢壳的结合部实施冲压，钢壳受力变形嵌入塑胶件的凸点支撑部中，实现了塑胶件与钢壳的固定。

完成自带MicroUSB充电接口并且集成充电管理、恒压输出、充放电保护等多种功能，具备高集成效率、高容量、高可靠性特点圆柱形锂离子二次电池的制作。

将本实施例的锂离子二次电池，完全放电后，以CV条件给锂离子二次电池进行充电：恒压5V，充电输入接口为MicroUSB接口。图9所示为电池经由MicroUSB接口进行充电，获得的充电电压-充电电流-充电容量关系曲线图，充电时间为64分钟，最大充电电流为311mA，合计的充电容量为240.3mAh，充电过程中，充电的管理和充电的保护由电池内部的电路自行实施。

将充满电的电池，以恒流200mA进行放电，截止电压1.0V，其放电情况下的放电电压-放电电流-放电容量关系曲线图如图10所示，锂离子二次电池的放电电压为1479mV~1476mV，稳定在1.50±0.10V范围内，达成了以200mA电流进行恒压输出的功能，整个放电过程放电容量为553.4mAh。放电终了，放电电压突降到0.295V，电流为0mA，表明触发了过放电保护条件，关断了放电回路，放电保护功能实现。

现有技术方法下，同种型号即R03型号尺寸电池，由于结构件一般占用了超过本实施例约7mm高度的空间，导致只能采用高度更低的聚合物锂离子单体电池，其型号一般为09260（直径9.10±0.20 mm，高度26.50⁺⁰ _-1.0 mm），标称电压为3.7V，容量为200mAh。即本实施例的技术方法，能够实现比现有技术高出约1/5的容量；同时，现有技术情况下往往采用两个或多个硬性FR-4基板进行锡焊拼接，导致加工工艺较为复杂，加工难度较大，加工成本较高。即本实施例的技术方法，能够实现比现有技术高出约1/3的组装集成效率。

需要说明的是，本实施例虽然是以降压恒压1.50V输出型锂离子电池为例进行说明，但是同样适用于锂离子二次电池需要升压恒压输出的工况，例如9V恒压输出锂离子电池等。

需要说明的是，本实施例虽然是以R03型号尺寸来进行说明，但是同样适用于其它尺寸的电池。

实施例2

一种锂离子二次电池，其结构与实施例1中的锂离子二次电池的结构相类似，其不同之处在于：恒定输出电压为1.50V，第三电阻R3规格为4K±1%，锂离子二次电池对应的最大充电电流为156mA。

以上所述仅是本发明的优选的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种锂离子二次电池，其特征在于：包括锂离子电芯、钢壳、MicroUSB接口、保护IC、集成IC、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、电感、LED灯、塑胶件、硬性FR-4基板和金属盖帽，实现MicroUSB接口可充电、恒定电压输出、充电管理及保护、过充过放过流保护多位一体功能；所述塑胶件包括圆柱拉伸体和圆筒拉伸体，圆柱拉伸体与圆筒拉伸体同轴线上下连接在一起，圆柱拉伸体底部超出圆筒拉伸体外壁形成一个支撑平台，圆柱拉伸体顶部设置有帽头开口部，圆筒拉伸体的侧面设置有MicroUSB开口部，圆筒拉伸体的侧面围绕MicroUSB开口部周边区域设置有外沿凸出部，外沿凸出部的外端面与圆柱拉伸体的外侧壁面平齐并且相连，圆筒拉伸体的内侧壁面设置有第一安装槽和第二安装槽，第一安装槽设置在靠近MicroUSB开口部的位置，且硬性FR-4基板插入到第一安装槽和第二安装槽完成装配合后硬性FR-4基板第二方板区宽度方向位于塑胶件圆筒拉伸体直径方向，圆柱拉伸体底部位于塑胶件内部空腔的位置设置有裙边收纳槽，圆筒拉伸体的内侧壁面位于第一安装槽一侧的中间位置设置有相对称的第一加强筋和第二加强筋且第一加强筋与第二加强筋相距一定距离，圆筒拉伸体的内侧壁面位于第一安装槽另一侧的中间位置设置有相对称的第三加强筋和第四加强筋且第三加强筋与第四加强筋相距一定距离；金属盖帽的圆筒体部配套穿过塑胶件的帽头开口部并部分露出塑胶件的圆柱拉伸体上端平面，金属盖帽的裙边平板部配套收纳在塑胶件的裙边收纳槽中，金属盖帽的弹片夹持部通过其下端开口与硬性FR-4基板进行装配并形成紧密的夹持压接，实现金属盖帽的弹片夹持部与硬性FR-4基板上的第三端口焊盘、第五端口焊盘导电连接；元器件贴片锡焊在硬性FR-4基板的A面和B面上，MicroUSB接口锡焊在硬性FR-4基板的A面上，硬性FR-4基板以第一方板区朝上且硬性FR-4基板第二方板区两长度方向边缘分别对应沿塑胶件的第一安装槽、第二安装槽的方式插入到塑胶件的内部空腔中，MicroUSB接口开口端与塑胶件圆筒拉伸体侧面设置的MicroUSB开口部相配合，硬性FR-4基板的第一方板区位于金属盖帽的圆筒体部内部空腔中，硬性FR-4基板的第二方板区位于塑胶件的圆筒拉伸体内部空腔中，塑胶件的圆筒拉伸体配套插入钢壳的开口端，塑胶件的外沿凸出部与钢壳的MicroUSB开孔部配合，钢壳通过冲出凸点与塑胶件嵌入固定，锂电池电芯置于钢壳内，锂电池电芯的正极端、负极端分别通过电芯正极导线、电芯负极导线与硬性FR-4基板B面的第一端口焊盘、第二端口焊盘相对应连接在一起；

所述塑胶件的关键特征尺寸满足：SD2-2.00mm≤SA≤SD2-0.60mm，PH+UA≤SH≤PH+UA+0.30mm，0.20mm≤SU≤2.00mm，其中SA为塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体径向的间距，SD2为塑胶件圆筒拉伸体的外径，SH为塑胶件第一安装槽靠近第一加强筋的一侧面至第三加强筋的最短距离，PH为硬性FR-4基板的厚度，UA为MicroUSB接口的厚度，SU为塑胶件的外沿凸出部下端护沿的宽度；

所述塑胶件帽头开口部的直径SD3满足：M1≤SD3≤M1+0.20mm，其中M1为金属盖帽圆筒体部的外径；

所述金属盖帽包括圆筒体部和弹片夹持部，圆筒体部上端封闭、下端开口、内部为空腔，圆筒体部的上端面为倒角结构，圆筒体部的下端设置有朝外的裙边平板部，弹片夹持部下端开口且其上端与裙边平板部平齐并且与裙边平板部相连接；圆筒体部上端封闭所形成的平台作为整个锂离子二次电池与外部负载接触的正极端，同时圆筒体部内部的空腔还起收纳硬性FR-4基板的第一方板区和贴片的元器件用途；所述金属盖帽的特征尺寸满足：PA2-2.00 mm≤MA≤PA2 ，SB-2.00 mm≤MB≤SB，0.10mm≤MJ≤PH-0.10 mm，其中MA为金属盖帽的裙边平板部与弹片夹持部的长度和，MB为金属盖帽的裙边平板部的宽度，PA2为硬性FR-4基板第二方板区的宽度，SB为塑胶件第一加强筋与第三加强筋之间的间距，MJ为金属盖帽的弹片夹持部两个弹片之间的最小间隙，PH为硬性FR-4基板的厚度。

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述硬性FR-4基板的外形轮廓为第一方板区与第二方板区上下连接而成，第一方板区的长度、宽度相对应小于第二方板区的长度、宽度，第一方板区位于第二方板区上部的中央位置；所述硬性FR-4基板关键特征尺寸满足： M1-2×MH-0.50mm≤PA1≤M1-2×MH，SA-0.50mm≤PA2≤SA，H1-0.50mm≤PB1≤H1，SJ2-0.50mm≤PB2≤SJ2，其中PB1为硬性FR-4基板第一方板区的长度， PB2为硬性FR-4基板第二方板区的长度，PA1为硬性FR-4基板第一方板区的宽度，PA2为硬性FR-4基板第二方板区的宽度，M1为金属盖帽的圆筒体部的外径，H1为金属盖帽的圆筒体部的高度，MH为金属盖帽圆筒体部的壁厚、裙边平板部的厚度、弹片夹持部的壁厚，SA为塑胶件第一安装槽底部与第二安装槽底部之间沿圆筒拉伸体径向的间距，SJ2为塑胶件圆筒拉伸体的高度。

3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述钢壳的高度GKH满足：GK≤H-HT-SJ1，其中H为锂离子二次电池的总高度，HT为金属盖帽圆筒体部超出塑胶件圆柱拉伸体的高度，SJ1为塑胶件圆柱拉伸体的高度。

4.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池，其特征在于：所述锂离子电芯的高度DXH满足：DXH≤GKH- SJ2 -GKDH，其中GKH为钢壳的高度，SJ2为塑胶件圆筒拉伸体的高度，GKDH为钢壳底部的厚度。

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