CN211957812U - 一种软包扣式锂离子电池及其电芯组件、电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软包扣式锂离子电池用电芯组件，包括：正极片、负极片、正极耳、负极耳和隔膜；正极片和负极片层叠后卷绕成柱形电芯，隔膜设置在正极片和负极片之间；柱形电芯具有底面、顶面和侧面，正极耳从顶面上的第一位置引出，并相对于柱形电芯朝向第一预设方向延伸；负极耳从顶面上的第二位置引出，并相对于柱形电芯朝向第二预设方向延伸；其中，第一位置与第二位置之间间隔有卷针位，第一预设方向与第二预设方向平行且反向。上述电芯组件在电池工作时，能够将电流的集中点分散到电芯的正反两面或前后两侧，有利于电池散热和稳定循环性能。

Description

一种软包扣式锂离子电池及其电芯组件、电子设备

技术领域

本申请涉及软包扣式电池技术领域，尤其涉及一种软包扣式锂离子电池及其电芯组件、电子设备。

背景技术

软包扣式锂离子电池是指电池外壳采用铝塑膜成型热封的扣式锂电池，区别于钢壳锂离子电池，主要差异是软包外壳。扣式电池又称为纽扣电池，其中的软包扣式锂离子电池的一个主要用途是为蓝牙移动设备供电，软包扣式锂离子电池的电芯中使用的电极包括极片和极耳；其中，极耳是连接极片、从电芯中将正负极引出来的金属导电体，通俗的说，极耳是在电池进行充放电时的接触点。目前，软包扣式锂离子电池的正负极耳通常是从电池电芯的相近位置引出，以使在极片卷绕成电芯的过程中方便控制极耳方向，使正负极耳分布在电芯的同侧，朝着相同方向向外延伸。但同侧分布的极耳导致软包扣式锂离子电池散热性能不佳，尤其是在大电流放电时，热量集中在电芯的局部区域，不利于电池寿命和保持稳定的循环性能。

实用新型内容

本实用新型提供了一种软包扣式锂离子电池及其电芯组件、电子设备，以解决或者部分解决目前软包扣式锂离子电池的正负极耳分布在电芯同侧并同向延伸所导致的影响电池散热和循环性能的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种软包扣式锂离子电池用电芯组件，电芯组件包括：正极片、负极片、正极耳、负极耳和隔膜；

正极片和负极片层叠后卷绕成柱形电芯，隔膜设置在正极片和负极片之间；正极耳固定连接至正极片，负极耳固定连接至负极片；

柱形电芯具有底面、顶面和侧面，正极耳从顶面上的第一位置引出，并相对于柱形电芯朝向第一预设方向延伸；负极耳从顶面上的第二位置引出，并相对于柱形电芯朝向第二预设方向延伸；其中，第一位置与第二位置之间间隔有卷针位，第一预设方向与第二预设方向平行且反向。

可选的，底面或顶面呈胶囊的轴向截面形状；底面的长度在20mm以内，且宽度小于长度；侧面的高度在10mm以内。

可选的，正极片为长度为L的带状极片，正极耳固定连接至极片上的L/3 至2L/3范围区域中；负极片和负极耳的连接方式与正极片和正极耳的连接方式相同。

可选的，正极耳或负极耳的宽度规格为1.0mm～2.0mm。

可选的，正极片的材质为钴酸锂、三元镍钴锰酸锂、锰酸锂中的其中一种。

可选的，负极片的材质为钛酸锂、石墨、硅碳材料中的其中一种。

基于前述技术方案相同的发明构思，本实用新型还提供了一种软包扣式锂离子电池，包括：铝塑膜壳体、电解液和如前述技术方案中任一种的电芯组件；

铝塑膜壳体是与电芯形状匹配的中空胶囊结构，通过热封的方式套设在电芯组件上，在铝塑膜壳体内填充有电解液；

极耳穿过铝塑膜壳体的热封层并延伸至软包扣式锂离子电池的外部；极耳上还设有极耳胶。

可选的，正极耳和负极耳经折弯后从软包扣式锂离子电池的侧面穿过热封层延伸至软包扣式锂离子电池的外部。

可选的，软包扣式锂离子电池的标称容量为25mAh～120mAh。

基于前述技术方案相同的发明构思，本实用新型还提供了一种电子设备，包括前述技术方案的软包扣式锂离子电池。

通过本实用新型的一个或者多个技术方案，本实用新型具有以下有益效果或者优点：

本实用新型提供了一种软包扣式锂离子电池用电芯组件，通过控制极耳在电芯上的引出位置和延伸方向，使正极耳和负极耳分布在电芯的正反或前后两侧，且反向向外延伸。如此结构的电芯组件，可在扣式电池工作时，将电流的集中点分散到电芯的正反两面或前后两侧，不会导致电池在某个区域电流集中产生过热，有利于电池散热和稳定循环性能。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的极耳从电芯组件的两个相对的侧面引出的示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的极耳从电芯组件的两个相对的侧面引出的右视图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的软包扣式锂离子电池的极耳同侧引出的示意图；

图4示出了根据本实用新型一个实施例的极耳连接至极片中部区域的示意图；

图5示出了根据本实用新型一个实施例的软包扣式锂离子电池的俯视图；

图6示出了根据本实用新型一个实施例的软包扣式锂离子电池的左视图；

图7示出了根据本实用新型一个实施例的软包扣式锂离子电池的前视图；

附图标记说明：

1、电芯组件；11、正极片；12、负极片；13、隔膜；14、正极耳；15、负极耳；16、极耳胶；2、卷针位；3、铝塑膜壳体；4、热封层。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

为了解决目前目前软包扣式锂离子电池的正负极耳分布在电芯同侧并同向延伸所导致的影响电池散热，尤其在大电流放电时，热量集中在电芯的局部区域，影响电池寿命和循环性能的技术问题，在一个可选的实施例中，如图1～图2所示，公开了一种软包扣式锂离子电池用电芯组件1，包括：正极片11、负极片12、正极耳14、负极耳15和隔膜13；正极片11和负极片12层叠后卷绕成柱形电芯，隔膜13设置在正极片11和负极片12之间；正极耳14固定连接至正极片11，负极耳15固定连接至负极片12；柱形电芯具有底面、顶面和侧面，正极耳14从顶面上的第一位置引出，并相对于柱形电芯朝向第一预设方向延伸；负极耳15从顶面上的第二位置引出，并相对于柱形电芯朝向第二预设方向延伸；其中，第一位置与第二位置之间间隔有卷针位2，第一预设方向与第二预设方向平行且反向。

具体的，目前通用的一种极耳引出方式如图3所示，正负极耳从电芯顶面的相近位置引出，并在电芯的同侧向外延伸。如此必然导致电极放电时，电流和热量集中在电池的局部区域。而本实施例提供的电芯组件1，通过控制极耳在卷绕电芯上的连接位置和引出方向，首先增加了正极耳14和负极耳15在电芯顶面的引出位置之间的间隔距离，即增加第一位置和第二位置之间的直线距离；另一方面，使正极耳14和负极耳15相对于电芯，朝着相反的方向向外延伸，即正负极耳相对于电芯的前后或正反侧面反向向外延伸，实现了正负极耳分布在电芯的正反或前后两侧，从而使放电时电流的集中点不会处于电池的局部区域。可选的，正极耳14焊接至正极片11，负极耳15焊接至负极片12上。

制作本实施例提供的电芯，需要在极耳点焊时设定所需的极耳朝向，规定极耳外露端引出方向，然后在卷绕电芯的过程中，控制正极耳14和负极耳15 在卷绕后的电芯组件1的顶面引出位置，以便在卷绕时极耳分布在电芯组件1 的前后或正反两侧。一种可选的方式如图1所示，极片卷绕时，规定正极朝左，负极朝右进行卷绕，使其分别位于变形后的卷针位2(或卷针孔)的上下两侧，并分别从电芯的正反侧面向外延伸。

可选的，本实施例提供的电芯组件1的形状为药用胶囊形，即电芯组件1 的底面或顶面呈胶囊的轴向截面形状；底面的长度在20mm以内，且宽度小于长度；侧面的高度在10mm以内。

将电芯卷绕成胶囊形，是为了增加最终制得的扣式电池的结构多样性，以适应不断发展的蓝牙移动设备的形状和续航要求，本实施例中，如图1所示，电芯组件1是一种形似药物胶囊的柱形电芯，具体的，柱形电芯具有底面、顶面和侧面，其中底面或顶面呈胶囊的轴向截面形(即矩形和矩形在宽度方向为弧形连接，类似跑道的环形形状)，侧面具有一定高度。此处的胶囊轴向，是指平行于胶囊长轴的方向。卷绕过程中确保隔膜13始终将正极片11和负极片 12隔开，柱状电芯的中部是变形后的卷针位2空间。使用此柱形电芯进行热封、注液、化成等扣式电池的制作流程，可最终获得外形与普通药物胶囊相似的胶囊形软包扣式锂离子电池，既能满足不断发展的蓝牙移动设备(如蓝牙耳机) 对电池的形状要求，也能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的储电量。

可选的，胶囊形状的电芯的底面的可选总长度范围为5～20mm；可选宽度范围为5～20mm，优选宽度范围为5mm～10mm；可选高度范围为2.5～10mm，优选高度范围为2.5mm～5mm，如此，既能适应不同的蓝牙移动设备的形状尺寸，又能为蓝牙移动设备提供足够的电量储备。

另一方面，研究表明胶囊形状的柱形电芯在制成扣式电池成品后，其内阻也大于常规圆柱形状的扣式电池，因此电池在大电流放电状态下的发热更为显著，本实施例提供的电芯组件的极耳引出结构改进，能够更好的帮助胶囊形软包扣式锂离子电池克服这一问题。

可选的，正极片11的材质为钴酸锂(LiCoO₂)、三元镍钴锰酸锂 (LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂，其中x+y<1)、锰酸锂(LiMn₂O₄)中的其中一种；可选的，负极片12的材质为钛酸锂、石墨、硅碳材料中的其中一种；可选的，隔膜13的材质为聚乙烯、聚丙烯、涂覆隔膜中的其中一种。

可选的，正极耳14或负极耳15的宽度规格为1.0mm～2.0mm。

由于调整了电极组件中的极耳的连接位置或引出位置，因此在制作电芯时，需要相应的调整极片结构和相关尺寸，已达到正负极极片尺寸互相匹配的目的；在将正负极片12和隔膜13卷绕成电芯后，正极耳14和负极耳15均从电芯组件1的顶面引出，因此在电池卷绕后需对极耳进行折弯固定定位，以便装入铝塑膜壳体3进行热封封装，一种可选的折弯方式是将极耳经过三次90°折弯，从卷绕电芯的侧面向外水平延伸。

具体的，制作本实施例提供的电芯组件，可以采用下述的方法：

S1：按照正极片11、隔膜13和负极片12的顺序进行层叠；

S2：在直径大于3.0mm的圆柱卷针上进行正极片11、隔膜13和负极片 12的卷绕，获得圆柱形的卷芯；

S3：将卷芯进行平压整形，获得电芯组件1。

具体的，上述的方法是在卷绕机上使用直径较大的圆柱卷针，将层叠后的正极片11、隔膜13和负极片12卷绕成标准的圆柱形的卷芯，接着使用定制结构的热平压机将圆形卷芯进行平压整形成为胶囊型的电芯组件。使用直径大于 3.0mm的圆柱卷针是为了在圆柱形卷芯中留下足够大的卷针位2空间，以方便在平压整形时，使圆柱形卷芯顺利变形为胶囊形。

本实施例提供了一种软包扣式锂离子电池用电芯组件，通过控制极耳在电芯上的引出位置和延伸方向，使正极耳和负极耳分布在电芯的正反或前后两侧，且反向向外延伸。如此结构的电芯组件，可在扣式电池工作时，将电流的集中点分散到电芯的正反两面或前后两侧，不会导致电池在某个区域电流集中产生过热，有利于电池散热和稳定循环性能；另一方面，胶囊形的电芯组件扩展了不断发展的蓝牙移动设备(如蓝牙耳机)对电池的形状要求，并能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的续航能力。

为了进一步改善上述实施例中胶囊形电芯在制作软包扣式电池后，在大电流放电状态下的电池散热和循环性能。基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，如图4所示，电芯组件1的正极片11为长度为L的带状极片，正极耳14固定连接至极片上的L/3至2L/3范围区域中；负极片12 和负极耳15的连接方式与正极片11和正极耳14的连接方式相同。

本实施例提供的电极组件是为了降低胶囊形软包扣式锂离子电池的内阻，从而达到减小电池发热的目的。目前的扣式电池的电芯为了方便制造，将极耳连接在极片的端部边缘区域。然而研究表明，如此将显著增加极片中电子的传输路径，因此极耳在对应极片上的具体连接位置将显著影响软包扣式锂离子电池的欧姆内阻。而在本实施例中，将极耳连接在对应极片的中部区域，如图1 所示的，极片在卷绕前是长度为L的带状极片；极耳的连接位置在距极片一端距离为L/3～2L/3的区域中。如此，能够缩短放电过程中电子传输路径，同时由于极耳连接在中部区域，实现了在极耳两侧同时进行电子传输，相对于连接在极片端部处的单侧电子传输的极耳，也增加一条电子传输路径，故可显著降低电池回路中的欧姆电阻。实验数据表明，采用上述的电极结构，能够使软包扣式锂离子电池的欧姆内阻降低了75％，相当于原先将极耳连接在极片端部方案的四分之一，显著的提升了软包扣式锂离子电池的放电倍率；同时也降低了扣式电池发热，提高了电池的充放电效率和使用寿命。优选的，将极耳连接在对应极片长度方向的中部位置，即极耳固定连接至极片上的L/2的位置，降低内阻和提高放电倍率的效果最佳。

上述一组实施例中介绍了胶囊形的电芯组件，基于相同的发明构思，在另一些可选的实施例中，如图5～图7所示，提供了一种软包扣式锂离子电池，包括：铝塑膜壳体3、电解液和上述实施例中任一种电芯组件1；

铝塑膜壳体3是与电芯形状匹配的中空胶囊结构，通过热封的方式套设在电芯组件1上，在铝塑膜壳体3内填充有电解液；极耳穿过铝塑膜壳体3的热封层4并延伸至软包扣式锂离子电池的外部；极耳上还设有极耳胶16。

可选的，正极耳14和负极耳15经折弯后从软包扣式锂离子电池的侧面穿过热封层4延伸至软包扣式锂离子电池的外部。

可选的，软包扣式锂离子电池的标称容量为25mAh～120mAh；可选的，其额定电压为3.6V～3.8V，具体值可以是3.6V，3.7V和3.8V。

本实施例中提供的胶囊形软包扣式锂离子电池可以采用下述的方法制备：

S4：将铝塑膜冲压成形为与电芯形状匹配的胶囊形中空壳体，获得铝塑膜壳体3；

S5：将电芯置于铝塑膜壳体3中进行热封成型，获得胶囊形状的扣式电池预成品；

S6：对扣式电池预成品依次进行注液、化成、真空封装、激活、切边和折边，获得扣式电池。

具体的，S4为铝塑膜的成型程序，使用定制的胶囊型模具，将铝塑膜冲压成预设规格的胶囊型壳体。铝塑膜的成型又称之为冲坑，在裁剪成型后形成一个能够装入胶囊形电芯的Pocket袋。可选的，在冲压铝塑膜时选择冲双坑，避免冲单坑导致变形量太大，突破铝塑膜的变形极限而产生铝塑膜壳体破裂。使用冲双坑的铝塑膜壳体制备电池，其铝塑膜的热封层即处于胶囊形扣式电池侧边上的中间位置。

S5是电池的热封程序，将胶囊形的电芯放到Pocket袋中以后，采用与胶囊结构匹配的弧形热封机进行热封成型；具体的，进行顶封和侧封，在封装时极耳胶中的PP材料与铝塑膜的PP层熔化黏结，形成了有效的封装结构。

接下来进入S6的工艺过程，在注入电解液、化成、真空封装、激活电池后，使用与胶囊结构匹配的弧形切边机，对激活后电池进行切边成弧形，然后再使用一种胶囊外形的折边机对切边后的电池进行折边成型，最终获得胶囊形状的锂离子扣式电池产品。

基于前述实施例相同的发明构思，在另一些可选的实施例中，还提供了一种电子设备，包括前述技术方案中的软包扣式锂离子电池。可选的，电子设备可以是蓝牙移动设备，如蓝牙耳机等。

通过本实用新型的一个或者多个实施例，本实用新型具有以下有益效果或者优点：

本实用新型提供了一种软包扣式锂离子电池用电芯组件，通过控制极耳在电芯上的引出位置和延伸方向，使正极耳和负极耳分布在电芯的正反或前后两侧，且反向向外延伸。如此结构的电芯组件，可在扣式电池工作时，将电流的集中点分散到电芯的正反两面或前后两侧，不会导致电池在某个区域电流集中产生过热，有利于电池散热和稳定循环性能；

另一方面，胶囊形的电芯组件扩展了不断发展的蓝牙移动设备(如蓝牙耳机)对电池的形状要求，并能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的续航能力。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种软包扣式锂离子电池用电芯组件，其特征在于，所述电芯组件包括：正极片、负极片、正极耳、负极耳和隔膜；

所述正极片和所述负极片层叠后卷绕成柱形电芯，所述隔膜设置在所述正极片和所述负极片之间；所述正极耳固定连接至所述正极片，所述负极耳固定连接至所述负极片；

所述柱形电芯具有底面、顶面和侧面，所述正极耳从所述顶面上的第一位置引出，并相对于所述柱形电芯朝向第一预设方向延伸；负极耳从所述顶面上的第二位置引出，并相对于所述柱形电芯朝向第二预设方向延伸；其中，所述第一位置与所述第二位置之间间隔有卷针位，所述第一预设方向与所述第二预设方向平行且反向。

2.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述底面或所述顶面呈胶囊的轴向截面形状；所述底面的长度在20mm以内，且宽度小于所述长度；所述侧面的高度在10mm以内。

3.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述正极片为长度为L的带状极片，所述正极耳固定连接至所述极片上的L/3至2L/3范围区域中；所述负极片和所述负极耳的连接方式与所述正极片和所述正极耳的连接方式相同。

4.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述正极耳或所述负极耳的宽度规格为1.0mm～2.0mm。

5.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述正极片的材质为钴酸锂、三元镍钴锰酸锂、锰酸锂中的其中一种。

6.如权利要求1所述的电芯组件，其特征在于，所述负极片的材质为钛酸锂、石墨、硅碳材料中的其中一种。

7.一种软包扣式锂离子电池，其特征在于，包括：铝塑膜壳体、电解液和如权利要求1～6中任一权项所述的电芯组件；

所述铝塑膜壳体是与所述电芯形状匹配的中空胶囊结构，通过热封的方式套设在所述电芯组件上，在所述铝塑膜壳体内填充有所述电解液；

所述极耳穿过所述铝塑膜壳体的热封层并延伸至所述软包扣式锂离子电池的外部；所述极耳上还设有极耳胶。

8.如权利要求7所述的软包扣式锂离子电池，其特征在于，所述正极耳和所述负极耳经折弯后从所述软包扣式锂离子电池的侧面穿过所述热封层延伸至所述软包扣式锂离子电池的外部。

9.如权利要求7所述的软包扣式锂离子电池，其特征在于，所述软包扣式锂离子电池的标称容量为25mAh～120mAh。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求7所述的软包扣式锂离子电池。

Images