CN111786033A - 纽扣锂电池卷芯的成型方法、卷芯及包含卷芯的纽扣锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种纽扣锂电池卷芯的成型方法，包括如下步骤：S1绕卷，将隔膜绕卷至少达到1.5圈后，在隔膜的一端插入负极耳或正极耳；然后继续绕卷至少1圈后，在隔膜的另一端插入正极耳或负极耳，最后用胶纸紧固卷芯；S2定型，对完成紧固后的柱状卷芯进行热压，使卷芯定型成扁平的四方形；本发明通过改进纽扣锂电池的卷芯结构和成型方式，使得传统纽扣电池能够多次充电重复使用，实现了纽扣电池的二次充电使用，避免了一次电池频繁丢弃造成的环境污染。

Description

纽扣锂电池卷芯的成型方法、卷芯及包含卷芯的纽扣锂电池

技术领域

本发明涉及纽扣电池技术领域，尤其涉及一种纽扣锂电池卷芯的成型方法、卷芯及包含卷芯的纽扣锂电池。

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。纽扣电池因体形较小，故在各种微型电子产品中得到了广泛的应用，直径从4.8mm至30mm，厚度从1.0mm至7.7mm不等；一般用于各类电子产品的后备电源，如电脑主板，电子表，电子词典，电子秤，遥控器，电动玩具，心脏起搏器，电子助听器，计数器，照相机等。

纽扣电池由正极、负极及电解液等组成。它的外表为不锈钢材料，并作为正极，其负极为不锈钢的圆形盖，正极与负极间有密封环绝缘，密封环用尼龙制成，密封环除起绝缘作用外，还能阻止电解液泄漏。纽扣电池的种类很多，多数以所用材料命名，如氧化银电池、锂锰电池、碱性锰电池等。

常见的纽扣电池按化学组成有这样几种:碳性，碱性，锌-氧化银，锂-二氧化锰等。碳性纽扣电池最常见，也最便宜，碱性纽扣电池放电效果好。这两种电压都是1.5V左右，标称容量大约从15mAh到140mAh不等。适合微安级的放电要求。多用在计算器，电子玩具，助听器，打火机，手表等等。

锌-氧化银纽扣电池，电压1.55V，容量高于碳性，主要的用途是:计算器，助听器，相机，手表等。特别指出一点，这种电池的防漏液效果特别好，而且长效使用效果也不错。

锂锰电池采用了纽扣电池，电压3.0V左右，组合后的电池组很小巧，但是放电强度不大，多用在小型电机，小型无线电发射用直流电源，一般情况下，锂金属电池都为一次性锂电池，持续放电时间长，使用方便的优点。对环境有一定的危害，这种电池更需要有效回收。

总而言之，纽扣电池有体积小，使用时间长等诸多优点，但是纽扣电池只能一次性使用的弊端。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种纽扣锂电池卷芯的成型方法，解决了现有技术中存在的纽扣锂电池不能充电重复使用的技术问题。

根据本发明的实施例，一种纽扣锂电池卷芯的成型方法，包括如下步骤：

S1绕卷，将隔膜绕卷至少达到1.5圈后，在隔膜的一端插入负极耳或正极耳；然后继续绕卷至少1圈后，在隔膜的另一端插入正极耳或负极耳，最后用胶纸紧固卷芯；

S2定型，对完成紧固后的柱状卷芯进行热压，使卷芯定型成扁平的四方形。

根据本发明的一种优选实施例，成型后的卷芯厚度4.35mm-4.4mm；卷芯宽度24mm-25mm；卷芯高度24mm-25mm。

根据本发明的一种优选实施例，所述卷芯定型后，直流250V时阻值＞10MΩ。

根据本发明的一种优选实施例，所述隔膜为PP拉伸膜，所述隔膜的孔隙率为35％-44％。

根据本发明的一种优选实施例，所述隔膜的透气度为300sec/100mL。

根据本发明的一种优选实施例，所述正极耳为0.1mm*3mm铝极耳。

根据本发明的一种优选实施例，所述负极耳为0.05mm*3.5mm镍极耳。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明通过改进纽扣锂电池的卷芯结构和成型方式，使得传统纽扣电池能够多次充电重复使用，实现了纽扣电池的二次充电使用，避免了一次电池频繁丢弃造成的环境污染。

本发明还提供了一种纽扣锂电池，包括负极盖、正极壳、负极盖外缘与正极壳上收口之间设置绝缘密封环，正极壳内填充电解液，所述正极壳内通过固定组件固定设置权利要求7所述的卷芯，负极耳与负极盖焊接。

以及上述纽扣锂电池的封装方法，正极壳与负极盖使电池内部达到0.085Mpa的真空度时完成封口。

与现有技术相比，本发明中采用真空工艺对锂电池进行封装，锂离子电池的真空封口工艺，是在电池成型前，先将电池内部形成一定压力的真空环境，在电池内部产生气体后，电池内压会被电池内的真空环境消耗一部分，从而达到降低电池内压压强的目的，电池的内压降低后，对电池密封结构的影响也会相应变低，从而提升了锂离子电池的安全性。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图。

图2为图1中A部放大图。

图3为本发明一种实施例内部结构示意图。

图4为本发明一种实施例的立体结构示意图。

上述附图中：10、负极盖；20、正极壳；30、密封环；40、固定组件；41、固定片；42、固定脚；50、卷芯；51、负极耳；52、正极耳。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌:充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

手机和笔记本电脑使用的都是锂离子电池，锂电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。根据锂离子电池所用材料体系的不同，锂离子电池分为三元、钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂等体系，各个体系电压及能量密度不同，各有优劣。根据电池形状及加工工艺的不同，锂离子电池又分为铝壳电池、圆柱电池、聚合物电池、叠片电池等等。不同类型电池使用领域不同，用途也会有差异。

锂离子电池的电压，因为正极材料的变化而不同，钴酸锂、三元、锰酸锂一般满电电压为4.2V，额定电压为3.7V，磷酸铁锂电池满电电压为3.65V，额定电压为3.2V。两大类电池相比，前者相对来说能量密度更大，一定体积及质量条件下，前者放出的能量更大。但是磷酸铁锂电池相对循环性能更好，钴酸锂、三元、锰酸锂电池一般均可达到300～500次周，磷酸铁锂的可以达到2000次以上。磷酸铁锂电池安全性能也是其它体系电池无法比拟的。

锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2％以下(可恢复)。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100％，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。

锂离子电池有诸多优势，但还是存在部分需要特别注意的问题点：

a.锂离子电池不能过充过放，锂电池内部存储电能是靠电化学一种可逆的化学变化实现的，过度的充放电会导致这种化学变化有不可逆的反应发生，导致电池性能失效。所以在使用时，锂离子电池必须与对应的锂离子电池充放电保护板结合在一起使用。偏大的模组还需要加入很多其他辅助，比如BMS、温度控制等辅助控制模块。

b.锂离子电池在使用生产时，因为在充放电时存在化学反应，并且还存在一些不可避免的副反应，所以锂离子电池内部一般会产生一些气体，在聚合物电池生产时，会将这部分气体抽出，将电池内部形成真空环境，但在其它类型锂离子电池上，暂时无法实现此操作，导致部分电池内部是正压状态，为了应对这种正压，需要在电池结构上增加一些组件，以消除电池正压带来的爆炸风险，常规的防爆组件有圆柱的CID盖帽、铝壳电池的泄压阀等等，因为这些组件的存在，导致电池体积、质量无法持续轻量化。

c.锂离子电池相对常规电池，能量密度要大得多，这是锂离子电池的优势，也存在一定的隐患，当电池在使用时如果发生电池短路、破损等异常会导致电池瞬间放出较大的能量，危险程度较大。所以针对锂离子电池的后期防护就显得异常重要，同理，也会导致电池在设计时会针对可能出现的问题做特殊防护，也是导致电池不能轻量化的另外一个因素。

结合前面介绍的纽扣电池目前技术及锂离子电池目前的技术，我们将两种产品的优势结合在一起，设计制造出纽扣式的锂离子电池，在性能上，它有锂离子电池的性能优势，能够多次循环充电、支持更大的充放电电流等优势，它也拥有纽扣电池的结构优势，实现了电池的轻量化，扩大了锂离子电池的使用范围。

如图1-图4所示，本发明实施例提出了一种纽扣锂电池，包括负极盖10、正极壳20、负极盖10外缘与正极壳20上收口之间设置绝缘密封环30，正极壳20内填充电解液，所述正极壳20内通过固定组件40固定设置卷芯50，所述固定组件40包括固定所述卷芯50的固定片41和连接在所述固定片41两端的至少两个固定脚42，其中卷芯50采用如下成型方法获得；

卷芯的成型方法，包括如下步骤：

S1绕卷，将隔膜绕卷至少达到1.5圈后，在隔膜的一端插入厚度*宽度为0.05mm*3.5mm镍质负极耳51；然后继续绕卷至少1圈后，在隔膜的另一端插入厚度*宽度为0.1mm*3mm铝质正极耳52，最后用厚度*宽度*长度为0.03*11*10mm的胶纸紧固卷芯50；

S2定型，对完成紧固后的柱状卷芯50进行热压，热压采用通用热压机进行，使卷芯50定型成扁平的四方形；

其中，成型后的卷芯厚度4.35mm-4.4mm；卷芯宽度24mm-25mm；卷芯高度24mm-25mm；且所述隔膜的孔隙率为35％-44％，所述隔膜的透气度为300sec/100mL，所述卷芯定型后，直流250V时阻值＞10MΩ；

卷芯50成型后，将卷芯50卡入所述固定组件40内，具体是卷芯50压紧在固定片41下方，正极耳与所述固定片固定连接，然后使用与正极壳内径同大小的0.1mmPET垫片绝缘电池负极盖10，采用电阻焊将负极耳51与负极盖10焊接。

电池组装完成后，形成外圆内方的特殊结构，这种结构卷芯50能够稳定的固定在正极壳内，便于卷芯50与正极壳的焊接固定，方形卷芯50与圆形正极壳配合形成四个等位置分布的空腔，便于容纳电解液；卷芯50成型并固定在正极壳内，将整体连同带卷芯放入真空箱进行烘烤，对电池进行除水；除水后使用注液泵对电池进行注液，注液量要比同型号一次性纽扣电池多注入50％，保证卷芯电解液充分，然后对电池进行真空封口，在真空度达到0.085Mpa及以下时密封电池，采用真空封口可以在电池内部形成负压状态，利用电池内部负压抵消电池在生产制作过程中产生的正压，形成一种较为稳定的状态；最后按照锂离子电池常规的活化流程对电池进行活化。

锂离子电池时一个实现化学能与电能之间相互转化的装置，锂离子电池的主要反应是：充电时：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi++xe-放电时：Li1-xFePO4+xLi++xe-→LiFePO，锂电池制造过程中不可避免的会有水份残留，在电池实际生产过程中，锂离子电池中会刻意留存一定量的水份，水份更有利于电池行程更稳定的SEI膜，SEI膜是锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层。这种钝化层是一种界面层，具有固体电解质的特征，SEI膜具有有机溶剂不溶性，在有机电解质溶液中能稳定存在,并且溶剂分子不能通过该层钝化膜，从而能有效防止溶剂分子的共嵌入，因而大大提高了电极的循环性能和使用寿命。水份在电池内，水会和单质锂发生化学反应，产生气体，水份还会和电解液中的六氟磷酸锂反应，产生氟化氢，氟化氢会继续腐蚀集流体，继续产生其它气体，气体成份复杂

因为锂离子电池成形过程中，电池内部必须产生一部分气体，因为气体的存在，造成电池内压，电池有内压后，会对电池的密封结构形成一定的影响，电池有内压会影响电池密封结构的承受的压力变大，在一定的条件下，内压持续升高后会导致电池出现泄压、爆炸的异常情况。

本发明中采用真空工艺对锂电池进行封装，锂离子电池的真空封口工艺，是在电池成型前，先将电池内部形成一定压力的真空环境，在电池内部产生气体后，电池内压会被电池内的真空环境消耗一部分，从而达到降低电池内压压强的目的，电池的内压降低后，对电池密封结构的影响也会相应变低，从而提升了锂离子电池的安全性。

本发明通过改进纽扣锂电池的封口工艺，验证了锂离子电池真空封装的可行性，为圆柱形及铝壳锂离子电池的封装提供了新的封装思路，提高了锂离子电池安全性。

本发明生产的纽扣式锂电池容量可以达到200mAh，标称电压为3.2V，可反复1000次充放电使用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内；不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.纽扣锂电池卷芯的成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1绕卷，将隔膜绕卷至少达到1.5圈后，在隔膜的一端插入负极耳或正极耳；然后继续绕卷至少1圈后，在隔膜的另一端插入正极耳或负极耳，最后用胶纸紧固卷芯；

S2定型，对完成紧固后的柱状卷芯进行热压，使卷芯定型成扁平的四方形。

2.如权利要求1所述的纽扣锂电池卷芯的成型方法，其特征在于：成型后的卷芯厚度4.35mm-4.4mm；卷芯宽度24mm-25mm；卷芯高度24mm-25mm。

3.如权利要求1所述的纽扣锂电池卷芯的成型方法，其特征在于：所述卷芯定型后，直流250V时阻值＞10MΩ。

4.如权利要求1所述的纽扣锂电池卷芯的成型方法，其特征在于：所述隔膜为PP拉伸膜，所述隔膜的孔隙率为35％-44％。

5.如权利要求1所述的纽扣锂电池卷芯的成型方法，其特征在于：所述隔膜的透气度为300sec/100mL。

6.如权利要求1所述的纽扣锂电池卷芯的成型方法，其特征在于：所述正极耳为0.1mm*3mm铝极耳，所述负极耳为0.05mm*3.5mm镍极耳。

7.纽扣锂电池的卷芯，其特征在于：由权利要求1-6任意一项所述纽扣锂电池卷芯的成型方法制作而成。

8.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置绝缘密封环，正极壳内填充电解液，其特征在于：所述正极壳内通过固定组件固定设置权利要求7所述的卷芯，负极耳与负极盖焊接。

9.如权利要求8所述的纽扣锂电池，其特征在于：所述固定组件包括固定所述卷芯的固定片和连接在所述固定片两端的至少两个固定脚，正极耳与所述固定片固定连接。

10.权利要求9所述的纽扣锂电池的封装方法，其特征在于：正极壳与负极盖封口时使电池内部达到0.085Mpa的真空度时完成封口。

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