CN211957813U - 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；其中，柱形电芯具有底面、顶面和侧面，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；正极耳固定连接至正极片，负极耳固定连接至负极片。使用上述柱形电芯能够制备出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对电池的形状要求，同时也能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的储电量，从而也兼顾了蓝牙移动设备的续航时间要求。

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

通常来说，锂离子电池的包装分为两大类，一类是软包电芯，一类是金属外壳电芯。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，例如，最常见的设备是蓝牙耳机。目前在蓝牙耳机上使用的扣式电池主要包括LIR940、 LIR1040、LIR1240、LIR1654等，其形状通常是标准的直径

高 4～6mm的标准圆柱形状。但随着蓝牙耳机的不断发展，这种标准圆柱形的纽扣电池要么限制了蓝耳机的形状的多样化，要么只能使用电芯尺寸小，电池容量低的扣式电池，从而限制了蓝牙耳机的续航。因此需要一种能够兼顾蓝牙移动设备形状和续航的新的软包扣式锂离子电池的解决方案。

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标准圆柱形的扣式电池无法兼顾蓝牙移动设备形状变化和续航时间的技术问题。

为解决上述技术问题，提供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；其中，柱形电芯具有底面、顶面和侧面，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；正极耳固定连接至正极片，负极耳固定连接至负极片。

可选的，正极耳和负极耳的宽度规格为1.0mm～2.0mm。

如上述的技术方案，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。

如上述的技术方案，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、电解液和如上述技术方案中的电芯组件；

铝塑膜壳体是与电芯组件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；

正极耳和负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；正极耳和负极耳上还分别设有极耳胶。

可选的，正极耳、负极耳从电芯组件的顶部引出，并经过折弯后，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额定电压为3.6V～3.8V，标称容量为 25mAh～120mAh。

基于前述技术方案的发明构思，本实用新型还提供了一种电子设备，包括前述技术方案中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胶囊形状的软包扣式锂离子电池用的卷绕电芯组件。使用此柱形电芯能够制备出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对电池的形状要求，同时也能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的储电量，从而也兼顾了蓝牙移动设备的续航时间要求。

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软包扣式锂离子电池用电芯组件的俯视图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的包括了正负极耳的软包扣式锂离子电池用电芯组件的左视图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的极耳连接在极片中部区域的示意图；

图4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5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俯视图；

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左视图；

图8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；

图9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正极耳和负极耳从两侧引出的示意图；

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。

一般的，扣式电池电芯形状决定最终的扣式电池的形状。为了保证不断发展的蓝牙移动设备的形状既不会受到所使用的软包扣式锂离子电池的形状的限制，同时也能够尽可能在提供更多的电量，提高续航时间，在一个可选的实施例中，如图1～图2所示，提出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；其中，柱形电芯具有底面、顶面和侧面，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；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。

具体的，本实施例提供了一种胶囊形状的软包扣式锂离子电池用的卷绕电芯组件1。在卷绕正极片11、负极片12和隔膜13获得的柱形电芯，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，同时也能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的储电量，从而也兼顾了蓝牙移动设备的续航时间要求。

可选的，胶囊形状的柱形电芯的底面可选总长度范围为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。

可选的，正极耳14焊接在正极片11上，负极耳15焊接在负极片12上。正极耳14和负极耳15上还分别设有极耳胶16。

研究表明，极耳在对应极片上的具体连接位置将显著影响扣式电池的欧姆内阻，尤其对于本实施例中的胶囊形状的柱形电芯，在制成扣式电池成品后，发现其内阻也大于常规圆柱形状的扣式电池。在标准圆柱形状的软包扣式电池中，其极耳固定连接至极片的端部，如此造成电子在极片上的传输路径较长，故而增大了内阻。为了解决胶囊形软包扣式锂离子电池的内阻问题，基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图3所示，极片为长度为L的带状极片，正极耳14固定连接至正极片11上的L/3至2L/3范围区域中，负极耳15固定连接至负极片12上的L/3至2L/3范围区域中。具体的，极片在卷绕前是长度为L的带状极片，极片带的宽度即为卷绕后电芯的高度；极耳的连接位置在距极片一端距离为L/3～2L/3的区域中。优选的，将正极耳14 和负极耳15连接在对应极片长度方向的中间位置，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，采用上述的极耳连接方案，使胶囊形扣式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，显著的提升了胶囊形软包扣式锂离子电池的放电倍率；同时也降低了电池发热，提高了电池的充放电效率和使用寿命。

另一方面，扣式电池在放电时，电流在极耳处集中，极耳处的电流密度最大，故极耳处的发热量也最大；在极耳区域的热量集中通常会恶化电池的循环性能。通常来说，正负极耳是从电芯顶面的相近位置引出，并相对于电芯的同一侧面，采用相同的方向向外延伸(如图1所示)。连接位置接近、从电芯同侧引出的正负极耳造成的电流在电芯的局部区域集中发热，不利于电池散热，容易引起电池过热影响循环性能。为了解决胶囊形软包扣式锂离子电池的内阻问题，基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图4～图5所示，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，上述方案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端。

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 的前后或正反两端。一种可选的方式是在极片卷绕时，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，并分别从电芯的不同侧面向外延伸；如此处理的电芯，可在扣式电池工作时，将电流的集中点分散到胶囊型电芯的正反两面，有利于制作的扣式电池散热，不会导致电池在局部区域电流集中产生过热，有利于电池循环性能的稳定。

在上述实施例中调整了极耳的连接位置或引出位置，因此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；在将正负极片和隔膜13卷绕成电芯组件1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弯折固定定位，以便装入铝塑膜壳体3进行热封封装。

在上述的全部实施例中，可选的，正极耳14和负极耳15使用板式极耳，其宽度规格为1.0mm～2.0mm。

在上述的全部实施例中，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。

上述实施例中的电芯组件1的可以采用下述方法进行制备：

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1。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。

在上述的一组实施例中，介绍了胶囊形状的电芯组件及其制备方法，基于相同的发明构思，在另一些可选的实施例中，如图6～图8所示，给出了一种使用其制作的扣式电池的方案，具体如下：

一种软包扣式锂离子电池，包括：铝塑膜壳体3、电解液和如上述实施例中中的其中一种电芯组件1；铝塑膜壳体3是与电芯组件1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；正极耳14和负极耳15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；正极耳14和负极耳15上还分别设有极耳胶16。

在使用胶囊形状的电芯组件1制作的软包扣式锂离子电池，其形状也和胶囊类似，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，侧面具有一定高度的柱状扣式电池。扣式电池的具体尺寸规格由所选择的电芯组件 1的尺寸规格决定。

本实施例提供的具有胶囊外形的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，同时也能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的储电量，从而也兼顾了蓝牙移动设备的续航时间要求。

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7所示，正极耳14、负极耳15从电芯组件1的顶部引出，并经过折弯后，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。

在软包锂电池中，“极耳”是一个“连接、导电、密封件”。“连接”是指极耳实现电池内外的连接，极耳上的极耳胶16与铝塑膜的连接；“导电”是指通过极耳将电引出来及产生回路；“密封”是指极耳胶条与金属带之间的密封和极耳胶条与铝塑膜之间的密封。具体的，本实施例中的极耳是从卷绕后的电芯顶部(即极耳与极片的连接位置)伸出(如图2所示)，然后经过3次折弯，从卷绕电芯的侧面方向，穿过扣式电池铝塑膜外壳的热封层4向外水平延伸(如图7所示)。

为了解决胶囊形扣式电池的内阻问题，基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图9所示，正极耳14从电芯组件1顶面上的第一位置引出，负极耳15从电芯组件1顶面上的第二位置引出，第一位置与第二位置之间间隔有卷针位2；其中，正极耳14和负极耳15分别从最近邻的软包扣式锂离子电池的侧面穿过热封层4向外延伸。例如，若正极耳14从扣式电池的前侧面穿过热封层4向外延伸，则负极耳15从扣式电池的后侧面穿过热封层4向外延伸，反之亦然。如此处理，可将电流的集中点分散到胶囊型电芯的正反两面，有利于制作的扣式电池散热，不会导致电池在某个区域电流集中产生过热，有利于电池循环性能的稳定。

可选的，极耳胶16可以选择黑胶、黄胶或白胶；极耳胶16包括中间骨架层及两表面改性PP层，两表面的改性PP材质相同。

本实用新型中提供的软包胶囊形锂离子扣式电池，其额定电压为 3.6V～3.8V，具体值可以是为3.6V，3.7V，3.8V；标称容量为25mAh～120mAh。

上述实施例中的软包扣式锂离子电池可以采用下述方法进行制备：

S4：将铝塑膜冲压成形为与电芯组件形状匹配的胶囊形中空壳体，获得铝塑膜壳体3；

S5：将电芯组件1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，获得软包扣式锂离子电池。

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，将胶囊形的电芯组件1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胶囊形状的软包扣式锂离子电池用的卷绕电芯组件。使用此柱形电芯能够制备出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，同时也能提供和普通圆柱规格的扣式电池对等的储电量，从而也兼顾了蓝牙移动设备的续航时间要求；

基于上述的电芯组件，本实用新型还提供了一种具有胶囊外形的软包扣式锂离子电池，能够兼顾不断发展的蓝牙移动设备对电池的形状和储备电量的要求。

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 (8)

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；其中，所述柱形电芯具有底面、顶面和侧面，所述底面或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；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。

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

3.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。

4.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。

5.一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1～4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组件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；

所述正极耳和所述负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；所述正极耳和所述负极耳上还分别设有极耳胶。

6.如权利要求5所述的软包扣式锂离子电池，其特征在于，所述正极耳、所述负极耳从所述电芯组件的顶部引出，并经过折弯后，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。

7.如权利要求5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额定电压为3.6V～3.8V，标称容量为25mAh～120mAh。

8.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求5所述的软包扣式锂离子电池。

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