CN211125878U - 一种一体成型的充电式电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种一体成型的充电式电池，锂电池包括一体成型金属套，其作为锂电池的负极导体；一体成型金属套为柱状壳体，且其一侧端面为封闭结构，另一侧端面为具有中部开孔的环形部；一体成型金属套内安装有电芯组件，电芯组件具备电芯、电路板及外露的充电接口与正极导体；正极导体由环形部的中部开口露出。本实用新型的一体成型的充电式电池，通过设置一体成型的、两端均有端面的一体成型金属套将电芯组件包围在其内，不仅外观平整，而且使得锂电池整体结构可靠，电芯组件不会松动，且金属套的两端没有披锋，不会损伤电池外膜或划伤用户。

Description

一种一体成型的充电式电池
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种一体成型的充电式电池。
背景技术
电池是生活中常用的物品，如遥控器、玩具汽车等常要用到电池，现有的电池大都为一次性电池，电量用完即扔掉处理，长期使用电池的话成本较高，且扔掉的电池易污染环境，因此出现了充电式电池，由于其可充电特性，其可在电量用完后再充电使用，可大大节约使用电池的成本。现有的充电式电池的结构都不太可靠合理，一般现有的充电电池将充电电路板放在电池的正极位置，需要引两条镍带连接电芯正负极，且需要对电芯进行头部削头，电池整体利用一个管状的钢套包裹，这种结构采用镍带连接有脱焊风险，且钢套的套口有披锋容易损伤电池外膜，钢套和电芯结合处有痕迹不平。
实用新型内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种外形一体性高、结构可靠的一体成型的充电式电池。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型的一体成型的充电式电池，包括一体成型金属套，其为柱状壳体，其两端均具备内翻的阻挡部，且至少一端的阻挡部为具有中部开口的环形部；
所述一体成型金属套内安装有电芯组件，所述电芯组件具备电芯、电路板及外露的充电接口与正极导体；所述正极导体由所述环形部的中部开口露出。
进一步地，所述一体成型金属套同时作为所述充电式电池的负极导体，其一端的阻挡部遮挡了该端的大部分区域或将该端完全封闭。
进一步地，所述电芯的负极直接与所述一体成型金属套接触导通或通过过渡导体连接，所述电芯的正极通过连接导体连接所述正极导体。
进一步地，所述电路板上具备至少一种极性的输出导体，各输出导体与所述电芯的相应电极连接。
进一步地，所述电芯组件还包括隔于所述电芯与所述电路板之间的绝缘架。
进一步地，所述一体成型金属套的侧壁上具有指示灯孔，所述电路板还具备由所述指示灯孔外露的指示灯。
进一步地，充电接口通过沉板安装方式形成于所述电路板上。
进一步地，所述电路板上固定有负极导电圈，所述负极导电圈与所述一体成型金属套接触导通。
有益效果：本实用新型的一体成型的充电式电池，通过设置一体成型的、两端均有阻挡部的一体成型金属套将电芯组件包围在其内，不仅外观平整，而且使得锂电池整体结构可靠，电芯组件不会松动，且金属套的两端没有披锋，不会损伤电池外膜或划伤用户。
附图说明
附图1为第一实施例之一体成型的充电式电池的外形图；
附图2为第一实施例之一体成型的充电式电池的爆炸图；
附图3为第一实施例之一体成型的充电式电池的剖视图；
附图4为第一实施例之一体成型金属套的结构图；
附图5为第一实施例之绝缘架的结构图；
附图6为第二实施例之一体成型的充电式电池的外形图；
附图7为第二实施例之一体成型的充电式电池的爆炸图；
附图8为各实施例之带有多极性输出导体的电路板的结构图；
附图9(a)-9(h)为第一实施例之生产方法的电池形成过程图；
附图10为第二实施例之生产方法中电芯组件装入金属管材的方法示意图；
附图11为板材的结构图。
图中：1-一体成型金属套；11-环形部；12-指示灯孔；13-充电口；2-电芯；3-充电接口；4-正极导体；5-连接导体；6-电路板；7-负极导电圈；8-绝缘架；81-环状凸起部；82-容置槽；83-豁槽；9-保护垫片；10-面垫；20-外膜；30-输出导体；40-金属管材；50-板材；51-卡接部；52-卡接槽。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，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”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。
如附图1-3所述的一体成型的充电式电池，包括一体成型金属套1与电芯组件，电芯组件安装在一体成型金属套1内，所述一体成型金属套1对应于充电式电池正极的一侧贴有面垫10，此外一体成型金属套1的外侧包裹有外膜20。其中，面垫10可采用塑料、PET、PVC、纸等一切固体绝缘体材料来做，其形状根据一体成型金属套1的端部形状选定，其颜色可以是黑色、白色、夜光色等任意色；外膜20的包裹范围包含一体成型金属套1的侧边以及一体成型金属套1的两侧端面的外围部分，其可对电池起到保护作用，其包裹方式可选用热缩套管、卷标、贴标等，材质可选用PET、PVC、铝膜等热缩材质。
所述一体成型金属套1为柱状金属壳体，其两端均具备内翻的阻挡部，且至少一端的阻挡部为具有中部开口的环形部11，本实施例中，一体成型金属套1的外形为圆柱形，在其他实施例中，一体成型金属套1还可以是方形柱体、多边形柱体或其他异形柱体，且一体成型金属套1为钢套，采用钢材质不仅有较好的耐磨性能，而且具有较好的导电性能，在其他实施例中，一体成型金属套1的材质还可以是其他导电性能良好的金属、合金材质。
采用该一体成型金属套1，电芯组件除了少量的外露部分(如电芯组件包含的正极导体4、充电接口3)，其他部分均被一体成型金属套1包裹在内，一体成型金属套1作为整个充电式电池的外露部分外观一体性高，平整美观，且包裹范围大，可对电芯组件形成有效保护，且该一体成型金属套1相比于普通电池外部套设的金属套管，其两侧不会形成锋利的披锋，不会损伤外膜20。
具体地，所述电芯组件在一体成型金属套1的轴向上依次包括电芯2、绝缘架8与电路板6，下面将对电芯组件各组成部分进行具体说明。
其中，电芯2为锂电池电芯(如常见的18650电芯)或聚合物电芯，其外形可以是本实施例采用的圆柱形，还可以是方形或其他异形形状，且电芯的形状与一体成型金属套1的外形契合，这类电芯常用于充电宝等日用蓄能物件中，其为主要的储存电能及释放电能的元件，电芯2具有正极与负极，其正极位于其一个端面上，其侧壁及另一端面均为负极。
在第一种实施例中，一体成型金属套1一端的阻挡部为中部开口的环形部11，另一端的阻挡部覆盖了该端部的大部分区域(如90％以上)，在该端部的中心仅留有一个很小的通气孔(如附图4所示)，在其他实施例中，另一端的阻挡部也可以将该端部封闭。电芯2同轴放置在一体成型金属套1内，电芯2的负极设置在后端，直接与一体成型金属套1内侧底部接触(其他实施例中，也可采用弹簧、镍片、铜片等固态导电体做为过渡导体将两者导电连接)，如此整个一体成型金属套1构成了充电式电池的负极导体，一体成型金属套1不仅起到了保护作用，可以防护电芯2的被挤压或碰撞导致其变形，还起到了作为负极导体参与输出电能的作用。上述通气孔可起到排气作用，当电芯1塞入一体成型金属套1内时，通过通气孔的排气作用，电芯1可更容易进入一体成型金属套1内。
在第二种实施例中，如附图6-7所示，一体成型金属套1的两端均为环形部11，正极导体4从其一端的环形部11的中间开口中露出，电芯2的负极从其另一端的环形部11中间开口中露出，即电芯2的负极的局部部分处于直接外露状态，其直接向外界输出电能。
所述绝缘架8外形可以是本实施例中的圆形(电路板6的外轮廓也为圆形)，在其他实施例中，其外形随着所述电路板6的形状可以是方形或其他异形形状，绝缘架8置于电芯2与电路板6之间，绝缘架8与电芯2接触的一侧形成有与电芯2的正极端端面形状配合的环状凸起部81(如附图5所示)，绝缘架8与电路板6接触的一侧形成有用于容置电路板6上元器件的容置槽82，如此，绝缘架8不仅起到了隔绝电芯2与电路板6的作用，主要是防止电池的正极与负极的短路接触，还起到了对电路板6的包围保护作用以及使电芯2、绝缘架8、电路板6三者叠放在一起时使三者相对稳定的固定支撑作用，且可增强三者叠放在一起时整体的耐冲击性。与之相比，现有的充电式电池中一般利用注胶的方式包电路板进行包裹，这种方式会堵塞电芯防爆系统有一定的安全风险，并且固定牢固度低，耐冲击性不高，且生产效率慢，本实用新型采用的绝缘架8方案可有效克服上述缺陷。
绝缘架8的材质可以是塑胶、青祼纸、EVA等一切固体不导电体。
如附图5所示的第一实施例中，在所述绝缘架8的中心设置有一方形孔，并围绕该方形孔设置有加强筋，所述方形孔用于适配所述正极导体4底部的延伸部，该延伸部较好地可以设置为对应方形孔的方形凸柱，如此可以形成卡合适配，防止所述正极导体4及电路板6的转动，以增加装配后的牢靠度。所述正极导体4通过延伸部穿过所述方形孔后，直接或间接与电芯2的正极导通。当正极导体4的方形凸柱与电芯2的正极直接触接导通时，为实现更好的电性导通，还可以在各个需要触接导通的部件之间增加焊接点。当正极导体4的方形凸柱与电芯2的正极间接导通时，正极导体4通过连接导体5与电芯2的正极连接，连接导体5的形式可以是弹簧、镍带、顶针、铜粒等导体，连接导体5优选为弹簧、顶针等通过压紧方式实现电能导通的方式，不需要通过导线焊接连接，可增加连接的可靠性，不会发生脱焊等造成无法使用的情况。正极导体4的材质可以为铜、铁、铝、钛、镍等可用一切固体导电体，外形根据设计需要可以是圆形、方形、六角形、八角形及其他多边形与异形形状。
在如附图7所示的第二实施例中，正极导体4与电芯2的正极之间采用弹簧进行连接导通，对应地，绝缘架8的中心设置有圆形凸柱，圆形凸柱中间具有圆形开孔以供弹簧穿过，本实施例中，绝缘架8的其他结构与第一实施例相同，此处不再赘述。
电路板6为整个充电式电池的充电管理核心，其可在充电过程中对电芯进行保护，其外形可以做成本实施例所示的圆形形状，也可以根据设计需要设计成方形或其他异形形状，其表面喷油可做绿色、蓝色、黑色、红色、白色及其他任意色。电路板6上形成有充电接口3、充电管理电路，且充电式电池的正极导体4也固连在电路板6上，所述充电管理电路一端连接充电接口3，另一端分别连接正极导体4与一体成型金属套1，由于正极导体4固连在电路板6上，因此可通过电路板6上的内部导电涂层与充电管理电路连通，另外，电路板6上固定有负极导电圈7，并通过负极导电圈7与所述一体成型金属套1接触导通，具体地，负极导电圈7为环形，其通过螺钉连接的方式固定在电路板6上，且其与一体成型金属套1的环形部11接触，负极导电圈7与环形部11接触接触的部分为一环形面，如此，电路板6不需要通过导线等导体即可连接整个充电式电池的正极导体4与负极导体，可减少脱焊等故障导致的无法正常使用的状况。
优选地，充电接口3通过沉板安装方式形成于所述电路板6上，即电路板6上形成有缺口，充电接口3安装在缺口位置，如此，充电接口3与电路板本体不是厚度叠加的关系，可减少整个电路板6的厚度，使得在同等安装空间时，可采用厚度更厚的电路板本体，以提高电路板6的抗冲击能力，提高其耐用性与寿命。更进一步地，上述绝缘架8上容置槽82的侧壁上设置有一处豁槽83，所述充电接口3具有嵌入在豁槽83内的部分，如此设置，一方面可使得绝缘架8与电路板6两者整体的安装结构更紧凑，减少两者的总体厚度，另一方面，所述豁槽83可起到使充电接口3更加稳固的作用，使得充电接口3在外接接口的频繁插拔中不至于偏移位置或变形损坏，此外，豁槽83还起到了在绝缘架8与电路板6两者装配过程中方便两者相对定位的作用。
上述充电接口3与正极导体4均处于外露状态，此处所述外露状态是指处于视觉可见状态，并不是指外露的部件一定要处于伸出外露状态；具体地，所述正极导体4由所述环形部11的中部开口露出，且其具有伸出至一体成型金属套1之外的部分，一体成型金属套1的侧壁上形成有充电口13，所述充电接口3置于充电口13所在的位置。充电接口3可以是micro-充电接口、type-C接口、lightning接口、磁吸式充电接口等现有接口类型，也可以是未来出现的其他等作用的接口类型。
此外，为了指示充电式电池的状态，所述一体成型金属套1的侧壁上具有指示灯孔12(如附图4所示)，所述电路板6还具备由所述指示灯孔12外露的指示灯。电路板6可通过使指示灯发出不同颜色的光以指示电池的电量状态。现有技术中，指示灯孔12一般开在面垫10上，导致贴面垫10时需要对正孔位，严重影响贴面垫10的效率，本实用新型中将指示灯孔12设置在一体成型金属套1的侧壁上可有效解决该问题，提高生产效率。
此外，为了填补环形部11保护不到的部分，所述电路板6的朝外一侧设有保护垫片9，保护垫片9可防止物体由环形部11的中部开口部分进入其内损坏电路板6。面垫10贴在环形部11与保护垫片9的外侧，面垫10为PET材质面垫或纸质面垫。
在进一步的实施例中，电路板6上包含正极导体4在内具备多个输出导体，这些输出导体中有一部分连接电芯2的正极，其极性为正，另一部分连接电芯2的负极，其极性为负，如此可实现充电式电池一端的多极性输出，使得外部的用电设备连接充电式电池的方式更加灵活多变。具体地，电路板6上输出导体所有的输出导体可以都是金属块，且所有输出导体分散设置，本实施例中，除正极导体4为块状外，其他输出导体均为直径不同的圆环状，且其他输出导体与正极导体4同心由内而外嵌套设置，该设置方式方便外部用电设备连接，扩展性强。如附图8所示的电路板6，其除了正极导体4外，还包括一个极性为负的环形的输出导体30，在其他实施例中，还可根据需要设置多圈输出导体30，并将输出导体30分别根据需要连接电芯2的正、负极。
上述电路板6上的输出导体与一体成型金属套1或电芯2之间可采用弹簧等固体可导电体做为导体来做导电连接，连接方式可以是电路板6两面的任意位置与电芯2进行连接，也可以是输出导体与电芯2的端面进行直接连接，还可以是输出导体与一体成型金属套1连接，或者可以三者连接方式同时进行。
基于上述的一体成型的充电式电池的生产方法，在第一种实施例中，所述生产方法包括如下步骤a1-a5：
步骤a1，采用金属壳封口工艺对将金属管材40的一端进行封口处理形成一阻挡部；
其中，金属管材40为一体成型金属套1的原材料，如附图9(a)所示为金属管材40的初始状态图，本步骤中，可以对金属管材40的任意一端先进行封口处理，如附图9(b)与附图9(c)所示为一端已封口处理的金属管材40的结构图，其中，附图9(b)为先对一体成型金属套1对应于电池正极的一端进行处理后的结构图，附图9(c)为对一体成型金属套1对应于电池负极的一端进行处理后的结构图；本步骤中金属壳封口工艺可以是旋压、冲压、封边等工艺；
步骤a2，将所述电芯组件由金属管材40的另一端装入所述金属管材40；
本步骤中，电芯组件包含的所有零部件预先组合好再装入金属管材40内，如附图9(d)与附图9(e)所示分别为对应于附图9(b)与附图9(c)所示金属管材40的安装方式图；
步骤a3，采用金属壳封口工艺对所述金属管材40的另一端进行封口处理形成另一阻挡部，此时，所述金属管材40形成为所述一体成型金属套；
本步骤完成后，电池的状态如附图9(e)与附图9(f)所示。
步骤a4，在所述环形部11的外侧贴上面垫10；
本步骤完成后，电池的状态如附图9(g)所示。
步骤a5，采用热缩技术在所述一体成型金属套1的外侧覆盖外膜20。
本步骤完成后，电池的状态如附图9(h)所示。
在第二种实施例中，所述生产方法包括如下步骤b1-b4：
步骤b1，将所述电芯组件装入金属管材40；
本步骤中，其装入方式如附图10所示，附图10中展示了一种装入方向，实际操作中，电芯组件也可从金属管材40的另一端装入；
步骤b2，分别采用金属壳封口工艺对所述金属管材40的两端进行封口处理形成两端的阻挡部，此时，所述金属管材40形成为所述一体成型金属套；
本步骤中完成后，电池的状态如附图9(e)与附图9(f)所示。
步骤a3，在所述环形部11的外侧贴上面垫10；
本步骤完成后，电池的状态如附图9(g)所示。
步骤a4，采用热缩技术在所述一体成型金属套1的外侧覆盖外膜20。
本步骤完成后，电池的状态如附图9(h)所示。
进一步地，上述步骤a1或步骤b1之前还包括如下步骤c1：
步骤c1，采用卷边工艺将板材50卷绕加工成所述金属管材；所述板材50的一侧具备阵列设置的卡接部51，另一侧具备阵列设置的卡接槽52，卷绕后所述卡接部51嵌入所述卡接槽52内。
本步骤中，板材50的结构如附图11所示，其中，所述卡接部51的外轮廓为燕尾形，对应的，卡接槽52的内轮廓也为燕尾形，当卡接部51嵌入卡接槽52内，两者不易脱开，在优选的实施方式中，可在卷绕加工后进行焊接以进一步保证其牢靠性。
进一步地，上述步骤b2或步骤c1之前还包括电芯组件组装流程，所述电芯组件组装流程包括如下步骤c1-c3：
步骤c1，将所述电芯2去皮处理；
步骤c2，将所述电路板6连接绝缘架8；
步骤c3，将所述正极导体4通过连接导体5连接所述电芯2的正极。
本实用新型的一体成型的充电式电池，通过设置一体成型的、两端均有端面的一体成型金属套将电芯组件包围在其内，不仅外观平整，而且使得锂电池整体结构可靠，电芯组件不会松动，且金属套的两端没有披锋，不会损伤电池外膜或划伤用户。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种一体成型的充电式电池，其特征在于，包括一体成型金属套，其为柱状壳体，其两端均具备内翻的阻挡部，且至少一端的阻挡部为具有中部开口的环形部；
所述一体成型金属套内安装有电芯组件，所述电芯组件具备电芯、电路板及外露的充电接口与正极导体；所述正极导体由所述环形部的中部开口露出。
2.根据权利要求1所述的一体成型的充电式电池，其特征在于，所述一体成型金属套同时作为所述充电式电池的负极导体，其一端的阻挡部遮挡了该端的大部分区域或将该端完全封闭。
3.根据权利要求2所述的一体成型的充电式电池，其特征在于，所述电芯的负极直接与所述一体成型金属套接触导通或通过过渡导体连接，所述电芯的正极通过连接导体连接所述正极导体。
4.根据权利要求1所述的一体成型的充电式电池，其特征在于，所述电路板上具备至少一种极性的输出导体，各输出导体与所述电芯的相应电极连接。
5.根据权利要求1所述的一体成型的充电式电池，其特征在于，所述电芯组件还包括隔于所述电芯与所述电路板之间的绝缘架。
6.根据权利要求1所述的一体成型的充电式电池，其特征在于，所述一体成型金属套的侧壁上具有指示灯孔，所述电路板还具备由所述指示灯孔外露的指示灯。
7.根据权利要求1所述的一体成型的充电式电池，其特征在于，所述充电接口通过沉板安装方式形成于所述电路板上。
8.根据权利要求1所述的一体成型的充电式电池，其特征在于，所述电路板上固定有负极导电圈，所述负极导电圈与所述一体成型金属套接触导通。
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