CN202585669U - 一种使用锂电池材料的通用电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通用电池结构，尤其是一种使用锂电池材料的通用电池结构，属于锂电池的技术领域。按照本实用新型提供的技术方案，所述使用锂电池材料的通用电池结构，包括电池壳体；所述电池壳体的下端部内设有采用锂电池材料制备得到的电芯，所述电芯的正极端、负极端分别通过正极引线、负极引线与保护板电连接，所述保护板通过正极输出线与电池壳体端部的盖帽电连接；电芯通过保护板输出所需的工作电压，并当电芯的充电电压、工作放电电压、工作电流或工作温度与保护板内预设工作参数不匹配时，保护板切断电芯的工作状态。本实用新型结构简单紧凑，提高通用电池的使用性能，延长使用寿命，适用范围广，安全可靠。

Description

一种使用锂电池材料的通用电池结构

技术领域

本实用新型涉及一种通用电池结构，尤其是一种使用锂电池材料的通用电池结构，属于锂电池的技术领域。

背景技术

我们的生活中运用的很多电池依旧在使用着传统的一次电池，不仅使用周期短，给消费者带来不便，而且很难避免汞的使用，产生环境污染的问题。虽然镍氢二次电池的产生弥补了二次电池在常用用电器上的使用这一空白，但是镍氢二次电池的成本较一次电池高，而且循环性能并不理想，消费者往往会发现镍氢电池在使用了十几次以后放电性能明显降低了，实际这种二次电池在用了不久也就失去了实用价值，必须丢弃。其他的二次电池如铅酸电池，由于铅的使用，不管实在生产过程中和使用过程中，都很难控制铅的泄露，而众所周知铅一旦进入水循环系统或者土地中都是对人体有害的且在段时间内无法被环境所吸收。所以在生活中，真正能反复使用很长时间的二次电池产品还没上市。

锂离子电池一向被视为铅酸电池的替代产品，自从锂离子电池的问世以来，不同类型的锂离子电池层出不穷，包括锰酸锂离子电池、钴酸锂离子电池还有三元锂离子电池等等。磷酸铁锂由于其优异的安全和循环性能，自发明开始一直是业界追逐的热点之一。市面上常见的磷酸铁锂电池的应用大部分是电动车以及电动汽车，UPS储能电源或者更大功率的动力电池等，少部分涉及到小电器的一般也是由电器厂家规定使用专用的磷酸铁锂电池。这就局限了磷酸铁锂电池的应用。相信很多的生产厂家也在不断探索着锂离子电池通用化的方法，但是还没有一家电池生产厂家能付诸实际，其原因主要有以下两个：

1、磷酸铁锂电池的一般放电平台在3V左右，而一般的通用的一次电池，包括D、AA、AAA型电池的放电平台都是1.5V，放电平台的不符造成了磷酸铁锂代替这些通用电池的难度；

2、磷酸铁锂电池组合后一般需要加装充放电控制系统以防止电池的过充和过放，这种控制系统一般都根据用电器和电池的组合来订做的。而实际使用通用电池的电器并没有统一的制式，一种控制系统无法兼顾不同的用电器，如果每个用电器都配备不同的控制系统，开发成本又非常高，在实际运用中是不可能的，所以很多厂家止步于控制系统这一步。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种使用锂电池材料的通用电池结构，其结构简单紧凑，提高通用电池的使用性能，延长使用寿命，适用范围广，安全可靠。

按照本实用新型提供的技术方案，所述使用锂电池材料的通用电池结构，包括电池壳体；所述电池壳体的下端部内设有采用锂电池材料制备得到的电芯，所述电芯的正极端、负极端分别通过正极引线、负极引线与保护板电连接，所述保护板通过正极输出线与电池壳体端部的盖帽电连接；电芯通过保护板输出所需的工作电压，并当电芯的充电电压、工作放电电压、工作电流或工作温度与保护板内预设工作参数不匹配时，保护板切断电芯的工作状态。

所述电芯采用的锂电池材料包括磷酸铁锂、锰酸锂或钴酸锂。所述电池壳体包括下壳体及位于所述下壳体上端部的上壳体，所述上壳体与下壳体匹配连接，盖帽位于上壳体上。

所述上壳体对应邻近下壳体的一端凹设有辊槽。所述电池壳体呈圆柱形。

所述保护板的表面均覆盖有薄膜。所述薄膜采用PTFE薄膜。

本实用新型的优点：通过锂电池的电芯与保护板对应配合，能制造出高性能的通用二次电池，应用范围广，而且特别配备的电池控制系统能有效防止电池的过充和过放，保护电池和用电器，延长电池的寿命，在保证电池使用的安全性的同时能保证通用二次电池的循环次数可以达到千次以上。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1~图2所示：本实用新型包括盖帽1、辊槽2、负极引线3、正极输出线4、保护板5、正极引线6、下壳体7、电芯8及上壳体9。

如图1和图2所示：为了能利用锂电池材料制备出通用电池，以得到高性能二次电池，本实用新型包括电池壳体，所述电池壳体的下端部内设有电芯8，所述电芯8为采用锂电池材料制备得到，电芯8采用锂电池的材料包括磷酸铁锂、锰酸锂或钴酸锂，所述电芯8包括正极端、负极端。电芯8的正极端、负极端分别通过正极引线6、负极引线3与保护板5电连接；当电芯8的充电电压、工作放电电压、工作电流或工作温度与保护板5内预设工作参数不匹配时，保护板5切断电芯8的工作状态。保护板5为现有锂电池必须要利用的常规保护装置，现有的锂电池都要通过保护板5进行过充、过温，过流等工作状态保护，以使得锂电池能安全可靠地工作，因此本实用新型利用锂电池材料制备通用电池后，将保护板5放置于电池壳体内，不会增加制造成本及制造复杂度，本实用新型使用的保护板5可以利用现有锂电池使用保护装置进行制备得到，只要能使得电芯8工作时能避免过充，过放、过流，过温及短路状态即可，此处不再详述保护板5的具体结构。同时，电芯8能通过保护板5得到所需的电压，保证电芯8输出电压的一致性。

为了能够将电能输出，保护板5通过正极输出线4与电池壳体顶端的盖帽1电连接，从而作为电池的正极，电池壳体的底端作为电池的负极。电池壳体一般包括下壳体7及位于所述下壳体7端部的上壳体9，所述上壳体9与下壳体7对应匹配连接。盖帽1位于上壳体9的中心区，上壳体9对应邻近下壳体7的端部设有辊槽2。电池壳体呈圆柱状，为了能够防止电解液侵入保护板5，在保护板5的表面均覆盖有薄膜，所述薄膜采用PTFE（聚四氟乙烯， Poly tetra fluoro ethylene ptfe）薄膜。

下面通过制备过程及具体的实施例来说明来对本实用新型做进一步说明。以下是本实用新型通用电池制作的方法：先是根据专用的锂离子电池正极材料配方以一定顺序配成正极浆料，双面涂布在铝箔表面；再根据专用的锂离子电池负极材料配方以一定顺序配成负极浆料，双面涂布在铜箔表面。正、负极片制作完成以后，根据制作的不同型号的电池选择相应的极片和隔膜的宽度和长度，进行极片和隔膜的裁切，然后以正极、隔膜、负极、隔膜叠层的方式进行卷绕成电芯，卷绕密度一般在97％以上算是合格。将电芯8装入电池壳体中，去湿后在真空手套箱中注入电解液。注液完成后，在上方加放保护板5，保护板5表面用PTFE薄膜完整包覆，包括与正、负极的接口处也完整包覆，防止电解液侵入影响保护板5的正常运作。焊接正负接口后封口化成，这就完成了一节单节电池的制作。

本实用新型保护板5具有过充电压保护功能，对于磷酸铁锂单节电池而言，最高限制电压设置为4.2V；当检测到的电池电压达到这个数值时，保护板5将断开充电电路；

保护板5具有过放电压保护功能，电池工作时消耗电能，使电池电压降低，超过范围的放电会影响电池的使用寿命。对于磷酸铁锂单节电池而言，最低限制电压设置为2.0V，当检测到的电池电压达到这个数值时，保护板5将保护电池，使电池停止工作；

保护板5具有过流保护功能，电池的工作电流过高会影响电池的使用和安全性能，根据不同类型的电池设置不同的电流上限值，当检测到的电流超过该电流上限，保护板5将保护电池，使电池停止工作；

保护板5具有短路保护功能，当由于各种外部原因导致的短路发生时，保护板5将自动切断电路，使电池停止工作；

保护板5具有温度保护功能，当检测到的电池温度超过60摄氏度时，保护板5将断开电路，使电池停止工作。

实例1

标准的AAA（平头）电池，就是七号电池，标准高度是43.6±0.5mm，直径是10.1±0.2mm。常用的用途有家用摇控器、小型电筒、电动玩具等，是最常见的几种电池之一。现在市场上常见的七号电池有干电池、碱锰电池、镍氢电池等，电池容量在900毫安时左右。

用本实用新型制作的标准AAA电池，电池的内径在9.8mm左右，所以选用的保护板5内径是9.5mm左右。磷酸铁锂的正极厚度一般在130mm左右，负极厚度在110mm左右，隔膜厚度时20mm左右，因为隔膜有两层，所以一般负极、正极和隔膜的厚度和估计在280mm左右，根据电池的内径，可以估算出电池的截面积为75.4mm²左右，在这个截面积中，该使用的正极长度约为26cm，负极长度27cm，隔膜的长度约为56cm。而对应此种电池的高度，选用的极片高度是35mm。根据一般磷酸铁锂的容量密度，可以估算出的此种电池约为400mAh。

实例2

标准的AA（平头）电池，就是五号电池，标准高度是48.0±0.5mm，直径是14.1±0.2mm。常用的用途有家用摇控器、电子器件、手电筒、小型家用电器、电动玩具等，也是最常用的几种电池之一。现在市场上常见的五号电池有干电池、碱锰电池、镍氢电池、镍镉电池等，电池容量在1400毫安时左右。

用本实用新型制作的标准AA电池，电池的内径在14mm左右，所以选用的保护板内径是13.8mm左右。磷酸铁锂的负极、正极和隔膜的厚度和估计在280mm左右，根据电池的内径，可以估算出电池的截面积为153.86mm²左右，在这个截面积中，该使用的正极长度约为54cm，负极长度55cm，隔膜的长度约为112cm。而对应此种电池的高度，选用的极片高度是42mm。根据一般磷酸铁锂的容量密度，可以估算出的此种电池约为850mAh。

实例3

标准的D型号电池，就是一号电池，标混高度是59.0±0.5mm，直径是32.3±0.2mm。常用的用途有厨房灶台点火器、手电筒、无照明区域照明、备用电池等，也是最常用的几种电池之一。现在市场上常见的一号电池有干电池、碱锰电池、镍氢电池、镍镉电池等，电池容量在3000毫安时左右。

用本实用新型制作的标准D型电池，电池的内径在34mm左右，所以选用的保护板内径是33.8mm左右。磷酸铁锂的负极、正极和隔膜的厚度和估计在0.28mm左右，根据电池的内径，可以估算出电池的截面积为907.46mm²左右，在这个截面积中，该使用的正极长度约为324cm，负极长度325cm，隔膜的长度约为652cm。而对应此种电池的高度，选用的极片高度是53mm。根据一般磷酸铁锂的容量密度，可以估算出的此种电池约为6000mAh。

如图1~图2所示：加工时，根据需要制备相应的电芯8，并将电芯8放置于下壳体7内，电芯8的正极端、负极端分别通过正极引线6、负极引线3与保护板5电连接，保护板5通过正极输出线4与盖帽1电连接；并在保护板5内预先设置相应充电电压、工作电压、工作电流及工作温度值。得到的电池能与通用电池配合使用，得到所需的电压；如磷酸铁锂电池输出3V电压，可以将本实用新型通用电池直接用于需要3V工作电压场合，节省通用电池的数量；当电芯8采用其他材料时，能够得到相应的输出电压。工作时，通过盖帽1及电池壳体的底端与相应的用电设备相连，电芯8通过保护板5输出相应的电压，当电芯8的充电电压、工作放电电压、工作电流或工作温度与保护板5内预设工作参数不匹配时，保护板5切断电芯8的工作状态。

Claims (7)

1.一种使用锂电池材料的通用电池结构，包括电池壳体；其特征是：所述电池壳体的下端部内设有采用锂电池材料制备得到的电芯（8），所述电芯（8）的正极端、负极端分别通过正极引线（6）、负极引线（3）与保护板（5）电连接，所述保护板（5）通过正极输出线（4）与电池壳体端部的盖帽（1）电连接；电芯（8）通过保护板（5）输出所需的工作电压，并当电芯（8）的充电电压、工作放电电压、工作电流或工作温度与保护板（5）内预设工作参数不匹配时，保护板（5）切断电芯（8）的工作状态。

2.根据权利要求1所述的使用锂电池材料的通用电池结构，其特征是：所述电芯（8）采用的锂电池材料包括磷酸铁锂、锰酸锂或钴酸锂。

3.根据权利要求1所述的使用锂电池材料的通用电池结构，其特征是：所述电池壳体包括下壳体（7）及位于所述下壳体（7）上端部的上壳体（9），所述上壳体（9）与下壳体（7）匹配连接，盖帽（1）位于上壳体（9）上。

4.根据权利要求1所述的使用锂电池材料的通用电池结构，其特征是：所述上壳体（9）对应邻近下壳体（7）的一端凹设有辊槽（2）。

5.根据权利要求1所述的使用锂电池材料的通用电池结构，其特征是：所述电池壳体呈圆柱形。

6.根据权利要求1所述的使用锂电池材料的通用电池结构，其特征是：所述保护板（5）的表面均覆盖有薄膜。

7.根据权利要求6所述的使用锂电池材料的通用电池结构，其特征是：所述薄膜采用PTFE薄膜。

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