CN113809446A - 锂离子电池、制备方法及其应用产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池及其制备方法，锂离子电池包括壳体，以及盖板组件，所述盖板组件与所述壳体连接，使得所述盖板组件与所述壳体之间形成容置空间，电极组，所述电极组设于所述容置空间内，电解液，所述电解液填充在所述容置空间内，以将所述电极组浸润，其中，所述盖板组件包括外圈，所述外圈的第一表面与所述壳体密封连接，或者，所述外圈的第二表面与所述壳体密封连接。本发明通过设置多处处密封性能不同的密封区域，提高了电池盖板的密封性与可靠性，且可适用于电池内外不同的使用环境。

Description

锂离子电池、制备方法及其应用产品

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池、制备方法及其应用产品。

背景技术

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，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

目前，微小型纽扣式锂离子电池的封装结构主要有三种方式：上下壳铆接式、盖板壳体铆接式及盖板壳体焊接式。其中，最常用的是盖板壳体焊接的方式，这种方式一般采用金属铆接压紧弹密封件的方式密封连接，或者采用胶接的方式密封连接。金属铆接的连接方式中金属需要保证形变后保持对弹性密封件的压紧，因此需要保证足够的金属强度，所以该类电池结构整体厚度难以低于1mm以下。胶接的连接方式中，虽然电池盖板整体厚度可以低于1mm以下，但对胶体强度、粘接性能、热膨胀性能、隔水汽性能等要求非常高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的锂离子电池胶接方式的密封性能较差，导致锂离子电池性能下降甚至电解液泄露的技术问题。本发明提供了一种锂离子电池，通过在盖板组件上设置多层密封结构，能够有效阻隔电池外部水汽或电池内部有机溶剂，提高了锂离子电池的使用寿命。同时，胶接的电池盖板结构简单，保证了整体厚度小于1mm，提高了电池内部的空间利用率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂离子电池，包括：壳体，以及盖板组件，所述盖板组件与所述壳体连接，使得所述盖板组件与所述壳体之间形成容置空间，电极组，所述电极组设于所述容置空间内，电解液，所述电解液填充在所述容置空间内，以将所述电极组浸润，其中，所述盖板组件包括外圈，所述外圈的第一表面与所述壳体密封连接，或者，所述外圈的第二表面与所述壳体密封连接。

进一步地，为了便于填充密封胶体，所述盖板组件还包括端盖，所述端盖的中部设有凹陷部，所述凹陷部的外周环设有水平部，所述水平部与所述外圈之间设有绝缘胶层；所述绝缘胶层的内侧壁与所述外圈的内侧壁平齐形成一竖直面，所述竖直面、水平部及凹陷部侧壁三者之间形成以所述水平部为底部的容纳槽。

进一步地，所述盖板组件还包括多个密封胶层，所述多个密封胶层填充在所述容纳槽内，以将所述外圈和端盖之间密封。

进一步地，为了提高盖板组件的密封、防水/水汽效果，所述多个密封胶层至少包括第一密封胶层和第二密封胶层，第一密封胶层填充在所述容纳槽底部，所述第一密封胶层与所述绝缘胶层粘接，第二密封胶层填充在所述外圈的内侧壁与所述凹陷部侧壁之间，所述第二密封胶层与第一密封胶层粘接。

进一步地，所述盖板组件的外径d为5-20mm，所述盖板组件的厚度h小于1mm。

进一步地，为了便于盖板组件安装，所述外圈的外径为D1，所述绝缘胶层的外径为D2，所述端盖的外径为D3，所述外径D1≥D2≥D3。

进一步地，为了提高锂离子电池的空间利用率，所述第二密封胶层的外表面与所述外圈的第一表面平齐。

一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

S1：制作盖板组件。

S2：将电极组安装在壳体内，将电解液填充至容置空间内，使得电解液将电极组完全浸润。

S3：将盖板组件设于壳体的上方，此时，盖板组件的外圈与壳体连接以将容置容置空间密封。

进一步地，步骤S1制作盖板组件具体包括：S11：将外圈基板、绝缘胶层及端盖基板依次层叠后，在真空高温下进行压合，使得外圈基板和端盖基板均与绝缘胶层充分接触实现胶接，得到母板；S12：去除所述母板的端盖基板的外边缘区域，使得绝缘胶层的边缘表面裸露出来，再将所述母板进行分割，得到多个盖板单元；S13：将盖板单元中裸露出来的绝缘胶层的边缘表面的一部分去除使得外圈基板的边缘表面能够裸露出来，使得外圈基板、绝缘胶层和端盖基板的边缘处形成阶梯状；S14：对经过步骤S13处理的盖板单元进行填充胶体处理，得到盖板组件。

进一步地，步骤S15：对外圈基板、绝缘胶层及端盖基板进行加工成型，外圈基板和绝缘胶层为环形，端盖基板的中部形成凹陷部，使得凹陷部和外圈内侧壁之间形成容纳槽；步骤S15位于步骤S11和S12之间，或者，步骤S15位于步骤S12和S13之间。

进一步地，对盖板单元进行点胶处理具体包括：在所述容纳槽内填充至少一层密封胶并进行固化，使得端盖与外圈之间密封。

一种锂离子电池的应用产品，包括如上所述的锂离子电池。

本发明的有益效果如下：

1、本发明通过在外圈和端盖之间设置绝缘胶层，绝缘胶层具有连接、绝缘作用以及密封作用，能够将外圈和端盖之间粘接起来，保证电池盖板的结构强度，同时，绝缘胶层也能够起到阻挡外部水汽或者电池内部有机溶剂的作用，还能够防止电解液泄露。

2、本发明通过在绝缘胶层和凹陷部侧壁之间填充第一密封胶层，第一密封胶层能够进一步阻挡外部水汽或者电池内部有机溶剂，外圈的内侧壁与凹陷部侧壁之间填充有第二密封胶层，第二密封胶层与第一密封胶层粘接，第二密封胶层在起密封作用的同时还能够保护第一密封胶层，进一步提升密封效果。

3、本发明通过横向和纵向两道密封结构，能够阻挡电池外部水汽或电池内部有机溶剂，还能够防止电解液泄露，可以提高电池的使用寿命，且结构简单、体积小，能够提高微小型电池结构的空间利用率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的锂离子电池的壳体和盖板组件的结构示意图。

图2是本发明的盖板组件的结构示意图。

图3是本发明的锂离子电池的一种结构示意图。

图4是本发明的锂离子电池的另一种结构示意图。

图5是本发明的锂离子电池的制备方法的流程图。

图6是本发明的制作盖板组件的流程图。

图中：1、壳体，2、盖板组件，3、容置空间，4、电极组，5、电解液，6、竖直面，7、容纳槽，21、外圈，22、端盖，23、绝缘胶层，24、第一密封胶层，25、第二密封胶层，221、凹陷部，222、水平部。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

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。

实施例一

如图1至图3所示，一种锂离子电池，包括：壳体1、盖板组件2、电极组4及电解液5。盖板组件2与壳体1连接，使得盖板组件2与壳体1之间形成容置空间3，电极组4设于容置空间3内，电解液5填充在容置空间3内，以将电极组4浸润。盖板组件2包括外圈21，外圈21的第一表面211与壳体1密封连接。

盖板组件2还包括端盖22，端盖22的中部设有凹陷部221，凹陷部221的外周环设有水平部222，水平部222与外圈21之间设有绝缘胶层23。绝缘胶层23的内侧壁与外圈21的内侧壁平齐形成一竖直面6，竖直面6、水平部222及凹陷部221侧壁三者之间形成以水平部221为底部的容纳槽7，容纳槽7为环形槽。容纳槽7能够更加方便填充密封胶体，提高密封胶体的可靠性和强度。

盖板组件2还包括多个密封胶层，多个密封胶层填充在容纳槽7内，以将外圈21和端盖22之间密封。多个密封胶胶层可以是两个密封胶层，但不限于此，也可以是三个、四个等等，可以根据实际需求进行设置。

多个密封胶层至少包括第一密封胶层24和第二密封胶层25，第一密封胶层24填充在容纳槽7底部，第一密封胶层24与绝缘胶层23粘接，第二密封胶层25填充在外圈21的内侧壁与凹陷部221侧壁之间，第二密封胶层25与第一密封胶层24粘接。也就是说，在本实施例中，当外圈21的第一表面211与壳体1密封连接时，第二密封胶层25是在第一密封胶层24的下方，第一密封胶层24与绝缘胶层23粘接，同时，第一密封胶层24的上表面与水平222的下表面粘接。第二密封胶层25将第一密封胶层24覆盖住，对第一密封胶层24进行保护。

第一密封胶层24的厚度大于绝缘胶层23的厚度，绝缘胶层23和外圈21的至少部分内侧壁均与第一密封胶层24粘接。这样使得密封效果更好，能偶更好地阻挡水、水汽。

盖板组件2的外径d为5-20mm，盖板组件2的厚度h小于1mm。

外圈21的外径为D1，绝缘胶层23的外径为D2，端盖22的外径为D3，外径D1≥D2≥D3，优选为D1>D2>D3。第二密封胶层25的外表面与外圈21的第一表面211平齐。在本实施例中，第二密封胶层25的外表面指的是第二密封胶层25的下表面。第二密封胶层25的下表面与外圈21的第一表面平齐，使得，上盖组件2安装到壳体1上时，盖板组件2不会占用过多的壳体1的内部空间，能够提高锂离子电池的空间利用率。

在本实施例中，当盖板组件2安装到壳体1上时，外圈21的第一表面211的外边缘处与壳体1连接，例如可以是焊接。此时，第一密封胶层24和第二密封胶层25靠近电池内部。在本实施例中，第一密封胶层24和第二密封胶层25主要是阻隔电池内部的有机溶剂(电解液)，绝缘胶层23主要阻隔外部水汽以及内部有机溶剂。第一密封胶体24采用疏水性好的胶体材质，且材质偏软，能够更好地与端盖22和绝缘胶层23粘接，提升密封效果。第二密封胶体25采用密封性能好、耐水/水汽性能好及热稳定性能好的结构胶，结构胶材质偏硬，不仅能够起密封作用，还能够对第一密封胶层24进行保护。本实施例的端盖22设有凹陷部221，使得锂离子电池体积能够进一步缩小，应用范围更广，端盖22位于第一密封胶层24和第二密封胶层25的上方，也能够阻隔一部分外部水汽，进一步提升密封、防水效果。并且，本实施例的安装结构能够承受电池内部压力，当电池内部气压增大时，端盖22逐渐受压，第一密封胶层24、第二密封胶层25及绝缘胶层23会逐渐失效，直到连接强度的阈值时，端盖22会向外打开排气，可以起到安全防爆的作用。

实施例二

如图4所示，实施例二与实施例一的不同之处在于，盖板组件2与壳体1连接时，是外圈21的第二表面212与壳体1密封连接。也就是说，实施例二的盖板组件2结构和实施例一的盖板组件结构是相同的，如果将实施例一的盖板组件2与壳体1的连接方式认为是正装，那么实施例二的盖板组件2与壳体1的连接方式是将盖板组件2旋转180度后，再安装到壳体2上。此时，端盖22的水平部222位于外圈21的下方，第一密封胶层24和第二密封胶层25位于水平部222上方，且，第二密封胶层25的上表面与外圈21的第一表面211平齐。

在本实施例中，当盖板组件2安装到壳体1上时，外圈21的第二表面212的外边缘处与壳体1连接，例如可以是焊接。此时，由于外径D1>D2>D3，绝缘胶层23和端盖22均位于壳体1内，不会对第二表面212与壳体1的连接产生干涉。在本实施例中，第一密封胶层24和第二密封胶层25位于电池外部，主要阻挡外部水汽，绝缘胶层23主要阻挡电池内部的有机溶剂(电解液)。并且，本实施例的安装结构可以耐更高的电池内部压力，当电池内部气压上升时，端盖被紧压在外圈接触面上，且压紧力与电池内压呈正相关关系。

实施例三

如图5所示，一种锂离子电池的制备方法，包括以下步骤：

S1：制作盖板组件2。

S2：将电极组4安装在壳体1内，将电解液5填充至容置空间3内，使得电解液5将电极组4完全浸润。

S3：将盖板组件2设于壳体1的上方，此时，盖板组件2的外圈21与壳体1连接以将容置容置空间3密封。

如图6所示，步骤S1制作盖板组件2具体包括：

S11：将外圈基板、绝缘胶层及端盖基板依次层叠后，在真空高温下进行压合，使得外圈基板和端盖基板均与绝缘胶层充分接触实现胶接，得到母板。

S12：去除母板的端盖基板的外边缘区域，使得绝缘胶层的边缘表面裸露出来，再将母板进行分割，得到多个盖板单元。例如，可以通过化学刻蚀、激光刻蚀等加工工艺，把端盖基板的外边缘刻蚀掉。

S13：将盖板单元中裸露出来的绝缘胶层的边缘表面的一部分去除使得外圈基板的边缘表面能够裸露出来，使得外圈基板、绝缘胶层和端盖基板的边缘处形成阶梯状。例如，可以通过激光的冷、热加工对绝缘胶层的边缘表面进行灼烧处理，使得外圈基本的边缘表面能够裸露出来，便于与壳体1进行连接。

S14：对经过步骤S13处理的盖板单元进行填充胶体处理，得到盖板组件2。

在本实施例中，步骤S1还包括：步骤S15：对外圈基板、绝缘胶层及端盖基板进行加工成型，外圈基板和绝缘胶层为环形，端盖基板的中部形成凹陷部，使得凹陷部和外圈内侧壁之间形成容纳槽。例如，可以通过刻蚀、冲压、机加工等工艺对外圈基板、绝缘胶层和端盖基板进行成型加工，得到想要的形状。步骤S15可以位于步骤S11和S12之间，或者，步骤S15可以位于步骤S12和S13之间。

对盖板单元进行点胶处理具体包括：在容纳槽内填充至少一层密封胶并进行固化，使得端盖与外圈之间密封。

第一密封胶层24的材质为硅胶、硅橡胶、环氧树脂、丙烯酸酯、油脂或者纳米超疏水涂料，优选为疏水的胶体材质，优选UV固化、热固化或厌氧型，便于高效加工。

第二密封胶层25的材质为结构胶，例如是环氧树脂类、丙烯酸酯类等密封性能良好且耐有机溶剂、耐水/水汽性能、热稳定性能良好的结构胶，优选UV固化、热固化或厌氧型，便于高效加工。

绝缘胶层23材质为陶瓷粉末改性的环氧树脂聚合物或丙烯酸酯聚合物，优选环氧树脂，在环氧树脂基材上添加了陶瓷粉末能够提高环氧树脂胶体的强度和硬度，提高环氧树脂胶体本身的隔水性能、耐受有机溶剂的结构稳定性，以及提高环氧树脂耐高温压合的工艺性能。

外圈21材质为金属，包括不锈钢、碳钢、铝、铝合金、铁合金、镍、镍合金、镍铁合金等，可以通过冲压、挤压、粉末冶金等加工成型。端盖22材质为金属，包括不锈钢、碳钢、铝、铝合金、铁合金、镍、镍合金、镍铁合金等，可以通过冲压、挤压、粉末冶金等加工成型。

一种锂离子电池的应用产品，包括如上所述的锂离子电池。应用产品例如可以是蓝牙耳机、电池手表、智能眼镜等移动穿戴类电子产品。

综上所述，本发明的锂离子电池及其制备方法，在外圈21和端盖22之间设置绝缘胶层23，形成第一道密封结构。通过在绝缘胶层23和凹陷部221侧壁之间填充第一密封胶层24，在外圈21侧壁和凹陷部221之间填充第二密封胶层25，两个密封胶层形成第二道密封结构。第一道密封结构能够给电池盖板提供结构强度以及水汽隔绝。第二道密封结构能够对外部水汽进一步隔离，且由于第一密封胶层4材质偏软，第二密封胶层5具有一定的硬度，能够对第一密封胶层4提供保护。本发明采用复合密封方式，大大提高了密封的可靠性，特别是在高温高湿环境中。通过横向和纵向结构设置了两道密封方式，结构比较简单，占用空间小，提高了微小型电池结构空间的利用率，特别是直径10mm以下的电池结构。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (13)

1.一种锂离子电池，其特征在于，包括：

壳体(1)，以及

盖板组件(2)，所述盖板组件(2)与所述壳体(1)连接，使得所述盖板组件(2)与所述壳体(1)之间形成容置空间(3)，

电极组(4)，所述电极组(4)设于所述容置空间(3)内，

电解液(5)，所述电解液(5)填充在所述容置空间(3)内，以将所述电极组(4)浸润，

其中，所述盖板组件(2)包括外圈(21)，所述外圈(21)的第一表面(211)与所述壳体(1)密封连接，或者，所述外圈(21)的第二表面(212)与所述壳体(1)密封连接。

2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述盖板组件(2)还包括：

端盖(22)，所述端盖(22)的中部设有凹陷部(221)，所述凹陷部(221)的外周环设有水平部(222)，所述水平部(222)与所述外圈(21)之间设有绝缘胶层(23)；所述绝缘胶层(23)的内侧壁与所述外圈(21)的内侧壁平齐形成一竖直面(6)，所述竖直面(6)、水平部(222)及凹陷部(221)侧壁三者之间形成以所述水平部(221)为底部的容纳槽(7)。

3.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述盖板组件(2)还包括多个密封胶层，所述多个密封胶层填充在所述容纳槽(7)内，以将所述外圈(21)和端盖(22)之间密封。

4.如权利要求3所述的锂离子电池，其特征在于，所述多个密封胶层至少包括第一密封胶层(24)和第二密封胶层(25)，第一密封胶层(24)填充在所述容纳槽(7)底部，所述第一密封胶层(24)与所述绝缘胶层(23)粘接，第二密封胶层(25)填充在所述外圈(21)的内侧壁与所述凹陷部(221)侧壁之间，所述第二密封胶层(25)与第一密封胶层(24)粘接。

5.如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述第一密封胶层(24)的厚度大于所述绝缘胶层(23)的厚度，所述绝缘胶层(23)和所述外圈(21)的至少部分内侧壁均与所述第一密封胶层(24)粘接。

6.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述盖板组件(2)的外径d为5-20mm，所述盖板组件(2)的厚度h小于1mm。

7.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，所述外圈(21)的外径为D1，所述绝缘胶层(23)的外径为D2，所述端盖(22)的外径为D3，所述外径D1≥D2≥D3。

8.如权利要求4所述的锂离子电池，其特征在于，所述第二密封胶层(25)的外表面与所述外圈(21)的第一表面(211)平齐。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：制作盖板组件(2)；

S2：将电极组(4)安装在壳体(1)内，将电解液(5)填充至容置空间(3)内，使得电解液(5)将电极组(4)完全浸润；

S3：将盖板组件(2)设于壳体(1)的上方，此时，盖板组件(2)的外圈(21)与壳体(1)连接以将容置容置空间(3)密封。

10.如权利要求9所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S1制作盖板组件(2)具体包括：

S11：将外圈基板、绝缘胶层及端盖基板依次层叠后，在真空高温下进行压合，使得外圈基板和端盖基板均与绝缘胶层充分接触实现胶接，得到母板；

S12：去除所述母板的端盖基板的外边缘区域，使得绝缘胶层的边缘表面裸露出来，再将所述母板进行分割，得到多个盖板单元；

S13：将盖板单元中裸露出来的绝缘胶层的边缘表面的一部分去除使得外圈基板的边缘表面能够裸露出来，使得外圈基板、绝缘胶层和端盖基板的边缘处形成阶梯状；

S14：对经过步骤S13处理的盖板单元进行填充胶体处理，得到盖板组件(2)。

11.如权利要求10所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，步骤S1还包括：

步骤S15：对外圈基板、绝缘胶层及端盖基板进行加工成型，外圈基板和绝缘胶层为环形，端盖基板的中部形成凹陷部，使得凹陷部和外圈内侧壁之间形成容纳槽；

步骤S15位于步骤S11和S12之间，或者，步骤S15位于步骤S12和S13之间。

12.如权利要求11所述的锂离子电池的制备方法，其特征在于，对盖板单元进行点胶处理具体包括：在所述容纳槽内填充至少一层密封胶并进行固化，使得端盖与外圈之间密封。

13.一种锂离子电池的应用产品，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的锂离子电池。

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