JP3230968U - ボタン型リチウムイオン電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】構造が簡単で、封止信頼が高く、エネルギー密度が高いボタン型リチウムイオン電池を提供する。
【解決手段】リチウム電池は、金属シェル３１と、金属シェルの内部に装設されたセル９と、金属シェルの外側に装設された端子６と、セルに設けられ、金属シェルと電気的に接続された少なくとも１つの第１タブ１０と、セルに設けられ、端子と電気的に接続された少なくとも１つの第２タブ４と、金属シェルと端子との間に装設され、金属シェル及び端子とそれぞれ絶縁封止された絶縁部材５と、を備え、少なくとも１つの第１タブの極性は、少なくとも１つの第２タブの極性と逆であり、金属シェルの極性は、端子の極性と逆であり、金属シェルと端子とは、それぞれ熱接着又は接着により絶縁部材に封止接続される。
【選択図】図２

Description

本考案は、リチウム電池の分野に関し、特に、ボタン型リチウムイオン電池に関する。
本願は、２０２０年６月５日に中国国家知識産権局に出願された特許出願第２０２０１０５０２３８１．９号の中国特許出願の外国優先権を主張し、その内容全体を参照により本出願に援用する。
現在、ほとんどの電池メーカーは、薄型の金属シェルリチウム二次電池を製造する際に、セルの外側のハウジングは円形の金属シェルを使用し、その構造は内部シェル、外部シェル及びシールリングの３つの層に分かれるため、従来技術におけるリチウムイオン電池は半径方向に多くの空間体積を占有して、電池製品が直径方向の空間を十分に利用できないため、電池のエネルギー密度が低いという技術的問題がある。また、内部シェルと外部シェルとの間の封止はＲ角封止技術を採用し、その間はプラスチックシールリングを圧縮することにより封止を実現する。しかし、従来の技術的手段によるＲ角の測定はあまり正確ではないので、内部シェルと外部シェルとの間の良好な密封性を完全に保証することができず、製品の信頼性や合格率が低いという技術的問題がある。また、金属シェルの内部シェル及び外部シェルをそれぞれ正極と負極として使用すると、電池製品に短絡の問題が発生しやすい。
近年、新しい構造も開発されており、現在のパワーアルミニウムシェル電池に近い構造を採用している。図１に示すように、従来技術における電池製品は、負極として単層の金属ハウジング８３を用い、金属ハウジング８３の片側には他極性のアルミキャップ８１が設けられ、金属ハウジング８３とアルミキャップ８１との間の絶縁処理は、リベット締め構造であり、このリベット締め構造の最大の欠点は、セルの軸方向の一方に、アルミキャップ８１、第１絶縁層８２、金属ハウジング８３、第２絶縁層８４、及びリベット８５の５層構造があり、この５層構造の占有空間は、通常、１ｍｍ以上と大きすぎて、電池製品は軸方向の空間を十分に利用できず、電池のエネルギー密度が低いという技術的問題がある。
本考案は、従来技術における上記の欠点を克服し、構造が簡単で、封止信頼性が高く、エネルギー密度が高いボタン型リチウムイオン電池を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本考案は、金属シェルと、金属シェルの内部に装設されたセルと、金属シェルの外側に装設された端子と、前記セルに設けられ、前記金属シェルと電気的に接続された少なくとも１つの第１タブと、前記セルに設けられ、前記端子と電気的に接続された少なくとも１つの第２タブと、金属シェルと端子との間に装設され、金属シェル及び端子とそれぞれ絶縁封止された絶縁部材と、を備え、前記少なくとも１つの第１タブの極性は、前記少なくとも１つの第２タブの極性と逆であり、前記金属シェルの極性は、端子の極性と逆であり、前記金属シェルと端子とは、それぞれ熱接着又は接着により絶縁部材に封止接続されることを特徴とするボタン型リチウムイオン電池を提供する。
幾つかの実施例では、前記金属シェルの絶縁部材と接触する端面、及び前記端子の絶縁部材と接触する端面は、いずれも金属パッシベーション又は錯体による表面処理が施されている。
幾つかの実施例では、前記第２タブと金属シェルとの間には、第１絶縁層が設けられている。
幾つかの実施例では、前記第２タブの前記金属シェルに面する一部の端面には、第２絶縁層が設けられている。
幾つかの実施例では、前記金属シェルは、金属ハウジングと、金属ハウジング側に設けられて金属ハウジングに封止接続された蓋板と、を含み、前記セルは金属ハウジングの内部に装設され、前記第１タブは金属ハウジング又は蓋板と電気的に接続され、前記端子は蓋板又は金属ハウジングの外側に設けられ、絶縁部材を介して蓋板又は金属ハウジングに絶縁封止される。
幾つかの実施例では、前記金属ハウジング、蓋板又は端子の内側又は外側の端面には、内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁が設けられている。
幾つかの実施例では、前記金属ハウジング又は蓋板には、液体注入穴が設けられ、前記金属ハウジング又は蓋板の外側には、前記液体注入穴を封止するための蓋片が装設されている。
幾つかの実施例では、前記蓋片の内側又は外側には、内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁が設けられている。
幾つかの実施例では、前記安全弁は、排気及び圧力開放の機能を有する安全排気ラインである。
幾つかの実施例では、前記絶縁部材は、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ナイロン又はエポキシ樹脂の非金属材料である。
従来技術に比べて、本考案は以下の有益な効果を有する。
（１）本考案では、金属シェルを一方の極性とし、端子を他方の極性とし、金属シェルと端子とは、それぞれ熱接着又は接着により絶縁部材に封止接続されて、端子と金属シェルとの間に非常に良好な密封性があることを保証することができ、電解液の液漏れを防止し、絶縁部材も金属シェルと端子との間に短絡の問題が発生ないようによく保証して、電池製品の合格率を大幅に向上する。
（２）電池の半径方向を見渡すと、セルの外側には単層の金属シェルしかないため、本考案は電池の半径方向における構造占有空間を大幅に減少させ、電池のエネルギー密度を向上させる。
（３）また、セルの軸方向の両側を見渡すと、一方側には金属シェルしかない。本考案では、金属シェルと端子との間にリベット締め構造を採用することではなく、絶縁部材の熱接着又は接着によって金属シェルと端子との間の絶縁封止接続を実現するため、セルの軸方向の他方側は内部から外部に向かって順に金属シェル、絶縁部材及び端子となり、当該側の３層構造は、電池の軸方向における構造占有空間を大幅に減少させ、電池のエネルギー密度をさらに向上させて、電池全体のエネルギー密度を２０％以上向上させ、しかも本考案は部品点数が少なく、構造が簡単で、組み立てが便利であるという利点があり、効率的な生産ニーズを満たしている。
本考案の実施例あるいは従来技術の技術的手段を更に詳細に説明するため、下記では実施例あるいは従来技術の説明に必要な図面を用いて簡単に説明する。当然のことながら、下記の説明における図面は本考案のいくつかの実施例のみであり、当該分野の当業者にとって、創造的労働を果たさない前提で、これらの図面に基づいて更に他の図面を得ることができる。
背景技術における従来技術の電池製品の断面模式図である。 本考案が提供する実施例１の断面模式図である。 本考案が提供する実施例２の断面模式図である。
以下では、本考案の実施例における図面を参照しながら、本考案の実施例の目的、技術的解決手段及び利点をより明確にするために、本考案の実施例における技術的解決手段を明確かつ完全に説明する。当然ながら、ここで説明する実施例は本考案の実施例の全部ではなく一部に過ぎない。当業者が創造的な作業なしに本考案の実施例に基づいて得られる他の全ての実施例は、本考案の保護範囲に含まれるべきである。
（実施例１）
本考案は、ボタン型リチウムイオン電池を提供している。図２に示すように、本考案が提供する実施例１の断面構造模式図である。この電池は、金属シェル３１と、金属シェル３１の内部に装設されたセル９と、金属シェル３１の外側に装設された端子６と、金属シェル３１と端子６との間に装設され、金属シェル３１及び端子６とそれぞれ絶縁封止された絶縁部材５とを備える。前記セル９には、金属シェル３１と電気的に接続され、正極性又は負極性の少なくとも１つを有する第１タブ１０が設けられ、また、前記セル９には、端子６と電気的に接続され、負極性又は正極性の少なくとも１つを有する第２タブ４も設けられ、前記金属シェル３１の極性と端子６の極性は逆であり、前記金属シェル３１と端子６とは、それぞれ熱接着又は接着により絶縁部材５に封止接続され、絶縁部材５は、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ナイロン又はエポキシ樹脂等の非金属材料である。
本実施例では、金属シェル３１を一方の極性とし、端子６を他方の極性とし、金属シェル３１と端子６とは、それぞれ熱接着又は接着により絶縁部材５に封止接続され、端子６と金属シェル３１との間に非常に良好な密封性があることを保証することができ、電解液の液漏れを低減又は回避し、金属シェル３１と端子６との間に短絡の問題が発生しないようによく保証して、電池製品の合格率を大幅に向上する。より具体的に、前記金属シェル３１の絶縁部材５と接触する端面、及び前記端子６の絶縁部材５と接触する端面は、いずれも金属パッシベーション又は錯体による表面処理が施されている。端子６と金属シェル３１にこの表面処理が施されているため、金属シェル３１と絶縁部材５との間、及び端子６と絶縁部材５との間の良好な密封性を保証することが容易である。
また、電池の半径方向を見渡すと、セル９の外側には単層の金属シェル３１しかないため、本実施例は電池の半径方向における構造占有空間を大幅に減少させ、電池のエネルギー密度を向上させる。また、セル９の軸方向の両側を見渡すと、一方側には金属シェル３１しかない。本実施例では、金属シェル３１と端子６との間にリベット締め構造を採用することではなく、絶縁部材５の熱接着又は接着によって金属シェル３１と端子６との間の絶縁封止接続を実現するため、セル９の軸方向の他方側は内部から外部に向かって順に金属シェル３１、絶縁部材５及び端子６となり、当該側の３層構造は、電池の軸方向における構造占有空間を大幅に減少させ、電池のエネルギー密度をさらに向上させて、電池全体のエネルギー密度を２０％以上向上させ、しかも本実施例は部品点数が少なく、構造が簡単で、組み立てが便利であるという利点があり、効率的な生産ニーズを満たしている。
本実施例では、金属シェル３１は、金属ハウジング１と、金属ハウジング１側に設けられて金属ハウジング１に封止接続された蓋板２とを含み、蓋板２と金属ハウジング１は半田付けにより封止され、当該封止により蓋板２と金属ハウジング１との間の密封性をよく保証することができ、電池の液漏れ現象の発生を低減又は回避し、セル９は金属ハウジング１の内部に装設され、第１タブ１０は金属ハウジング１又は蓋板２と電気的に接続される。本実施例において、第１タブ１０は金属ハウジング１の内側と電気的に接続される。なお、第１タブ１０は、蓋板２の内側又は他の要素と電気的に接続されてもよく、本出願では限定されないことが理解されるべきである。前記端子６は、蓋板２又は金属ハウジング１の外側に設けられ、絶縁部材５を介して蓋板２又は金属ハウジング１に絶縁封止される。本実施例では、端子６は蓋板２の外側に設けられ、絶縁部材５を介して蓋板２に絶縁封止される。当該蓋板２の絶縁部材５と接触する端面は、金属パッシベーション又は錯体による表面処理が施され、蓋板２と絶縁部材５との間の良好な密封性を保証し、この密封性はよく、電池の液漏れ現象の発生を低減又は回避する。なお、端子６は、金属ハウジング１の外側又は他の要素に設けられてもよく、本出願では限定されないことが理解されるべきである。
前記第２タブ４と蓋板２との間には、第１絶縁層２１が設けられ、当該第１絶縁層２１は第２タブ４と蓋板２とが短絡しないように保証でき、電池製品の安定性を保証できる。もちろん、第２タブ４の蓋板２に面する一部の端面にも第２絶縁層を設けることができ、これによっても、第２タブ４が蓋板２と短絡する現象を低減又は回避することができ、電池製品の安定性を保証できる。
前記金属ハウジング１、蓋板２又は端子６の内側又は外側の端面には、内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁３が設けられている。本実施例では、蓋板２の内側の端面に内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁３が設けられている。なお、安全弁３は、金属ハウジング１、端子６又は他の要素に設けられてもよく、本出願では限定されないことが理解されるべきである。当該安全弁３の配置により、電池の安全性を向上させ、電池の使用寿命を延ばすことができる。本実施例では、安全弁３は排気及び圧力開放の機能を有する安全排気ラインであることが好ましく、電池の悪用又は電池の短絡又は電池の発熱時にその内部の気圧が過大になりやすく、その時、内部のガスが安全ラインを突破して排気及び圧力開放する。
また、金属ハウジング１又は蓋板２には、液体注入穴７が設けられ、本実施例では、蓋板２に液体注入穴７が設けられ、液体注入穴７は、鋼球又はリベットの形で封止を実現することができ、前記金属ハウジング１又は蓋板２の外側には、前記液体注入穴７を封止するための蓋片８が装設され、金属ハウジング１、蓋板２又は端子６の内側又は外側の端面に安全弁３がない場合、当該蓋片８の内側又は外側に内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁３を設けても良い。
セル９は、巻回型構造であってもよく、正極シート、セパレータ及び負極シートが順次循環するように積層されてなる積層構造であってもよい。前記セパレータは、正極シート又は負極シートを内部に包み込む袋状に形成され、複数層の正極シート同士は並列に接続され、複数層の負極シート同士も並列に接続されている。
（実施例２）
本考案は、別のボタン型リチウムイオン電池を提供している。図３に示すように、本考案が提供する実施例２の断面構造模式図である。この電池は、金属シェル３１と、金属シェル３１の内部に装設されたセル１８と、金属シェル３１の外側に装設された端子１５と、金属シェル３１と端子１５との間に装設され、金属シェル３１及び端子１５とそれぞれ絶縁封止された絶縁部材１４とを備える。前記セル１８には、金属シェル３１と電気的に接続され、正極性又は負極性の少なくとも１つを有する第１タブ１９が設けられ、また、前記セル１８には、端子１５と電気的に接続され、負極性又は正極性の少なくとも１つを有する第２タブ１３も設けられ、前記金属シェル３１の極性と端子１５の極性は逆であり、前記金属シェル３１と端子１５とは、それぞれ熱接着又は接着により絶縁部材１４に封止接続され、絶縁部材１４は、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ナイロン又はエポキシ樹脂等の非金属材料である。
本実施例では、金属シェル３１を一方の極性とし、端子１５を他方の極性とし、金属シェル３１と端子１５とは絶縁部材１４を介して絶縁封止を実現し、端子１５と金属シェル３１との間に非常に良好な密封性があることを保証することができ、金属シェル３１と端子１５との間に短絡の問題が発生しないように保証して、電池製品の合格率を大幅に向上する。より具体的に、前記金属シェル３１の絶縁部材１４と接触する端面、及び前記端子１５の絶縁部材１４と接触する端面は、いずれも金属パッシベーション又は錯体による表面処理が施されている。端子１５と金属シェル３１にこの表面処理が施されているため、金属シェル３１と絶縁部材１４との間、及び端子１５と絶縁部材１４との間の良好な密封性を保証することが容易である。
また、電池の半径方向を見渡すと、セル１８の外側には単層の金属シェル３１しかないため、本実施例は電池の半径方向における構造占有空間を大幅に減少させ、電池のエネルギー密度を向上させる。
また、セル１８の軸方向の両側を見渡すと、一方側には金属シェル３１しかない。本実施例では、金属シェル３１と端子１５との間にリベット締め構造を採用することではなく、絶縁部材１４の熱接着又は接着によって金属シェル３１と端子１５との間の絶縁封止接続を実現するため、セル１８の軸方向の他方側は内部から外部に向かって順に金属シェル３１、絶縁部材１４及び端子１５となり、当該側の３層構造は、電池の軸方向における構造占有空間を大幅に減少させ、電池のエネルギー密度をさらに向上させて、電池全体のエネルギー密度を２０％以上向上させ、しかも本実施例は部品点数が少なく、構造が簡単で、組み立てが便利であるという利点があり、効率的な生産ニーズを満たしている。
本実施例では、金属シェル３１は、金属ハウジング１２と、金属ハウジング１２側に設けられて金属ハウジング１２に封止接続された蓋板１１とを含み、蓋板１１と金属ハウジング１２は半田付けにより封止され、当該封止により蓋板１１と金属ハウジング１２との間の密封性をよく保証することができ、電池の液漏れ現象の発生を低減又は回避し、セル１８は金属ハウジング１２の内部に装設され、第１タブ１９は金属ハウジング１２又は蓋板１１と電気的に接続される。本実施例では、第１タブ１９は蓋板１１の内側と電気的に接続される。なお、第１タブ１９は、蓋板１１の内側又は他の要素と電気的に接続されてもよく、本出願では限定されないことが理解されるべきである。前記端子１５は、蓋板１１又は金属ハウジング１２の外側に設けられ、絶縁部材１４を介して蓋板１１又は金属ハウジング１２に絶縁封止される。本実施例では、端子１５は金属ハウジング１２の外側に設けられ、絶縁部材１４を介して金属ハウジング１２に絶縁封止されるため、当該金属ハウジング１２の絶縁部材１４と接触する端面に金属パッシベーション又は錯体による表面処理が施されると、金属ハウジング１２と絶縁部材１４との間の良好な密封性が保証され、この密封性はよく、電池の液漏れ現象の発生を低減又は回避する。なお、端子１５は、金属ハウジング１２の外側又は他の要素に設けられてもよく、本出願では限定されないことが理解されるべきである。
前記第２タブ１３と金属ハウジング１２との間には、第１絶縁層２２が設けられ、当該第１絶縁層２２は第２タブ１３と金属ハウジング１２とが短絡しないように保証でき、電池製品の安定性を保証できる。もちろん、第２タブ１３の金属ハウジング１２に面する一部の端面にも第２絶縁層を設けることができ、これによっても、第２タブ１３が金属ハウジング１２と短絡する現象を防止することができ、電池製品の安定性を保証できる。
前記金属ハウジング１２、蓋板１１又は端子１５の内側又は外側の端面には、内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁２０が設けられている。本実施例では、蓋板１１の内側の端面に内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁２０が設けられ、当該安全弁２０の配置により電池の安全性を向上させ、電池の使用寿命を延ばすことができる。なお、安全弁２０は、金属ハウジング１２、端子１５又は他の要素に設けられてもよく、本出願では限定されないことが理解されるべきである。本実施例では、安全弁２０は排気及び圧力開放の機能を有する安全排気ラインであり、電池の悪用又は電池の短絡又は電池の発熱時にその内部の気圧が過大になりやすく、その時、内部のガスが安全ラインを突破して排気及び圧力開放する。
また、金属ハウジング１２又は蓋板１１には、液体注入穴１６が設けられている。本実施例では、金属ハウジング１２に液体注入穴１６が設けられ、液体注入穴１６は、鋼球又はリベットの形で封止を実現することができ、前記金属ハウジング１２又は蓋板１１の外側には、前記液体注入穴１６を封止するための蓋片１７が装設され、金属ハウジング１２、蓋板１１又は端子１５の内側又は外側の端面に安全弁２０が配置されていない場合、当該蓋片１７の内側又は外側に内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁２０を設けても良い。
セル１８は、巻回型構造であってもよく、正極シート、セパレータ及び負極シートが順次循環するように積層されてなる積層構造であってもよい。前記セパレータは、正極シート又は負極シートを内部に包み込む袋状に形成され、複数層の正極シート同士は並列に接続され、複数層の負極シート同士も並列に接続されている。
上記の実施例は本考案の好ましい実施例であるが、本考案の実施例は上記の実施例によって限定されるものではなく、本考案の本質及び原理から逸脱しない他のいかなる変更、修飾、代替、組合せ、簡略化も、等価な置換であり、本考案の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (12)

  1. 金属シェルと、
    金属シェルの内部に装設されたセルと、
    金属シェルの外側に装設された端子と、
    前記セルに設けられ、前記金属シェルと電気的に接続された少なくとも１つの第１タブと、
    前記セルに設けられ、前記端子と電気的に接続された少なくとも１つの第２タブと、
    金属シェルと端子との間に装設され、金属シェル及び端子とそれぞれ絶縁封止された絶縁部材と、を備え、
    前記少なくとも１つの第１タブの極性は、前記少なくとも１つの第２タブの極性と逆であり、
    前記金属シェルの極性は、端子の極性と逆であり、
    前記金属シェルと端子とは、それぞれ熱接着又は接着により絶縁部材に封止接続されることを特徴とするボタン型リチウムイオン電池。
  2. 前記金属シェルの絶縁部材と接触する端面、及び前記端子の絶縁部材と接触する端面は、いずれも金属パッシベーション又は錯体による表面処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  3. 前記第２タブと金属シェルとの間には、第１絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  4. 前記第２タブの前記金属シェルに面する一部の端面には、第２絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  5. 前記金属シェルは、金属ハウジングと、金属ハウジング側に設けられて金属ハウジングに封止接続された蓋板と、を含み、前記セルは金属ハウジングの内部に装設され、前記第１タブは金属ハウジング又は蓋板と電気的に接続され、前記端子は蓋板又は金属ハウジングの外側に設けられ、絶縁部材を介して蓋板又は金属ハウジングに絶縁封止されることを特徴とする請求項１に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  6. 前記金属ハウジング、蓋板又は端子の内側又は外側の端面には、内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  7. 前記金属ハウジング又は蓋板には、液体注入穴が設けられ、前記金属ハウジング又は蓋板の外側には、前記液体注入穴を封止するための蓋片が装設されることを特徴とする請求項５に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  8. 前記蓋片の内側又は外側には、内部の過剰な気圧を逃がすための安全弁が設けられていることを特徴とする請求項７に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  9. 前記安全弁は、排気及び圧力開放の機能を有する安全排気ラインであることを特徴とする請求項６に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  10. 前記安全弁は、排気及び圧力開放の機能を有する安全排気ラインであることを特徴とする請求項８に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  11. 前記絶縁部材は、ＰＰ、ＰＥ、ＰＥＥＫ、ＰＦＡ、ナイロン又はエポキシ樹脂の非金属材料であることを特徴とする請求項１に記載のボタン型リチウムイオン電池。
  12. 前記セルは、巻回型構造であり、正極シート、セパレータ及び負極シートが順次循環するように積層されてなる積層構造でもあり、前記セパレータは、正極シート又は負極シートを内部に包み込む袋状に形成され、複数層の正極シート同士は並列に接続され、複数層の負極シート同士も並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のボタン型リチウムイオン電池。
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