CN201069809Y - 一种柱形锂离子电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及柱形锂电池技术领域，特指一种制作工序简单，并且可有效确保电池安全性与稳定性的柱形锂离子电池结构。该电池的防护盖帽通过绝缘体以注塑成型方式将顶盖、防爆阀和金属环固定为一个整体，且金属环位于绝缘体的外围，其边缘与罐体上端开口焊接，以将防护盖帽固定连接在罐体上。采用该技术方案后，无须在罐体上滚槽以安装防护盖帽，可直接采用激光焊接的方式将二者固定焊接即可，整个生产工艺非常简单。同时整个防护盖帽通过绝缘体固定成为一个整体，整个结构更加稳固，不会出现短路情况。另外，本实用新型在罐体的底部增加了排气结构，可进一步确保电池的安全性和稳定性。

Description

一种柱形锂离子电池结构

技术领域

本实用新型涉及柱形锂电池技术领域，特指一种制作工序简单，并且可有效确保电池安全性与稳定性的柱形锂离子电池结构。

背景技术

随着现代社会的发展，移动设备如摄像机，笔记本电脑，移动DVD及数码相机等得到了越来越广泛的应用，从而形成了对高能电池的大量需求，柱形锂离子电池由于高的能量密度得到了广泛的应用。锂离子电池内由于有对水分活性很高的锂/碳化合物，所以需要与外界有良好的密封，业内为了解决电池密封问题，一般要把电池密封圈加胶封口。但是由于锂离子电池在使用不当时会因电解液分解产生气体，使电池内压过大而有爆炸的危险，所以锂离子电池需要有在内压过大时断电保护和防护装置。目前常用的安全防护装置是采用一种防护盖帽。例如本申请人于2006年曾申请的一项锂离子电池防护盖帽实用新型专利(专利申请号为：200620001193.3)。见图1，该实用新型包括：防爆阀51、断电保护装置52、正温度系数(PTC)环片53、顶盖54以及密封体55。防爆阀51具有环状刻痕。顶盖54、环片53、防爆阀51和断电保护装置52安装在密封体55内，得到组合防护盖帽5，把注好电解液的电池芯56的正极极耳与防护盖帽5内的断电保护装置52激光焊接在一起，焊接好盖帽5的电池芯56再经过机械铆合封口后即形成装配好电池。使用时，如果电池芯56外部短路或充放电电流超过正温度系数环片53的工作电流时，正温度系数环片53通过温度升高，电阻增大来减小电流，以保护电池芯；当电池芯56因失效而导致内部气体压力增大到设定的保护压力时，防爆阀51将由刻痕处向上翻转，即整个凸起部将向上翻转，此时断电保护装置52与焊接部分脱落，导致极耳与防爆阀51之间形成断路，这样电池芯56处于断路失效状态不能进行充放电，从而避免电池芯56失效时还在继续使用。如果出现的电池芯内部气压在断路后还继续上升，当达到设定值时，防爆阀51爆开而泄压，避免电池发生爆炸事故。

另外，电池的防护盖帽与容置电池芯的罐体之间多采用如下结构，在罐体上滚压形成一个凹槽，通过该凹槽将整个罐体分隔成上下两个空间，其中下部空间用于放置电池芯，而上部空间用于定位安装防护盖帽。最后再通过封装设备将防护盖帽铆接固定在罐体上部。

目前几乎所有的圆柱形锂电池都采用上述滚压槽的方式安装防护盖帽，如见美国专利号为US 6207320的专利说明书，其公开了一种二次锂电池的盖帽结构。该专利中同样采用在罐体上滚槽的方式来安装防护盖帽。而采用这种方式明显存在的不足就是：由于存在滚槽、铆接等多个金属加工工序，令产品的生产工序复杂，生产效率难以提升。

另一个方面，在制作这种柱形锂离子电池时，需要对封装好的电池进行化成。在进行化成处理时，电池芯将产生一定气体，这些气体存在于壳体内无法排出将会对电池安全性、稳定性产生影响。但要将壳体内的气体排出是十分困难的，这是因为此时壳体已经密封，除非破坏壳体或者电池芯内部气压达到设定值时，冲破防爆阀而泄压，否则气体难以排出。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题就在于针对目前产品所存在的不足，提供一种无须在电池的罐体上滚槽，可简化生产工艺的柱形锂离子电池结构。

本实用新型所要解决的另一个技术问题就是提供一种具有较高安全性和稳定性的柱形锂离子电池结构。采用该结构的柱形锂电池可方便的排出电池化成后其内部所产生的气体，有效的确保电池的安全性和稳定性。

为解决上述第一个技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：该电池包括罐体、密封安装于罐体上端开口的防护盖帽以及位于罐体内的电池芯，所述的防护盖帽包括位于顶面的顶盖、位于顶盖下面的防爆阀、一与罐体焊接的金属环以及用于固定顶盖、防爆阀和金属环的绝缘体，金属环位于绝缘体的外围，其边缘与罐体上端开口焊接，以将防护盖帽固定连接在罐体上。

上述的绝缘体通过注塑成型方式将顶盖、防爆阀和金属环固定为一个整体。

上述位于金属环下端面的绝缘体下部的外径小于金属环的外径，即绝缘体下部外缘与金属环形成与罐体上端开口配合的阶梯面。

所述防爆阀被绝缘体包覆的外缘形成一弯折包夹部，顶盖的外缘被上述的弯折包夹部夹持。

所述金属环被绝缘体包覆的内缘成型有一弯折部。

为增强电池的安全性能，于所述的防爆阀下面连接有断电保护装置。在顶盖和防爆阀之间还设置有正温度系数环片。

本实用新型将防护盖帽中的顶盖、防爆阀、断电保护装置通过注塑成型的绝缘体固定形成一个不可分割的整体，而整个盖帽再通过一体固定在绝缘体上的金属环焊接在罐体上端开口处。采用上述技术方案后，无须在罐体上滚槽以安装防护盖帽，直接采用激光焊接的方式将二者固定焊接即可，整个生产工艺非常简单。同时整个防护盖帽通过绝缘体固定成为一个整体，整个结构更加稳固，确保不会出现短路情况。

为解决本实用新型第二个技术问题，本实用新型在上述技术方案基础上进行了如下的技术改进：所述的罐体包括无底主体以及焊接在主体底面端口的底盘，底盘采用不锈钢制作，且其略厚于无底主体，组装时底盘与无底主体之间可采用激光焊接方式固定，底盘上设置有用于排出电池化成后所产生气体的排气孔，该排气孔在用于排出电池化成所产生气体之前采用一塑胶膜贴于排气孔内侧进行密封。

另外，罐体还设有一与上述排气孔配合使用的孔塞，该孔塞可采用一个钢珠。

本实用新型采用该该进技术方案后，锂电池在化成处理后，可刺破贴于排气孔内侧的塑胶膜，并通过上述排气孔将电池内气体抽出，然后将作为孔塞的钢珠压入排气孔内以将电池密封。如此就可以确保电池的安全性和稳定性。其制造方法简单，便于批量生产。同时，本实用新型罐体采用无底主体与底盘焊接形成，其采用不锈钢材料，以便于开设排气孔，且采用不锈钢材料无须进行电镀处理，可直接进行焊接作业。

附图说明：

图1是现有一款柱形锂离子电池产品的结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型防护盖帽的立体图；

图4是本实用新型防护盖帽另一视角的立体图；

图5是本实用新型防护盖帽的立体分解图；

图6是图2的局部放大图。

具体实施例：

见图2、3、4、5，本实用新型包括：罐体1、安装于罐体1上端开口的防护盖帽2以及位于罐体1内的电池芯3。

防护盖帽2包括：顶盖21、防爆阀22、断电保护装置23以及金属环24。其中采用金属材料制作的顶盖21位于最上方，防爆阀22位于顶盖21的下面，在防爆阀22下面连接有断电保护装置23。防爆阀22中间向下成型有一凸起部，于凸起部外围成型有环状的刻痕220。断电保护装置23焊接在防爆阀22的凸起部，电池芯3的正极极耳31与断电保护装置23焊接。

顶盖21、防爆阀22以及金属环24通过注塑成型的绝缘体20固定为一个整体，制作时，将顶盖21、防爆阀22以及金属环24放置在注塑模具的型腔内，然后向内注入塑胶原料，成型为绝缘体20，该绝缘体20在成型的同时也将顶盖21、防爆阀22以及金属环24固定成为一个不可分割的整体。

金属环24的外径与罐体1上端开口的孔径相同。该金属环24用于与罐体1焊接，其位于绝缘体20的外围，其边缘与罐体1上端开口焊，以接将防护盖帽2固定连接在罐体1上。位于金属环24下端面的绝缘体下部201的外径略小于金属环24的外径，即绝缘体下部201外缘与金属环24形成与罐体1上端开口配合阶梯面。通常情况下绝缘体下部201外半径与金属环24外半径之间的差值与罐体1的壁厚相当。在安装时，绝缘体下部201正好可以落入罐体1内，同时金属环24正好封盖在罐体1上端开口处，此时通过激光焊接将两者焊接在一起就完成了对电池防护盖帽2的封装，整个作业过程十分简单。

为了确保顶盖21、防爆阀22以及金属环24与绝缘体20之间的稳固连接，在防爆阀22被绝缘体20包覆的外缘形成一弯折包夹部221，顶盖21的外缘被上述的弯折包夹部221夹持。所述金属环24被绝缘体20包覆的内缘成型有一弯折部241。采用上述结构可令绝缘体20与顶盖21、防爆阀22以及金属环24之间结合的更加稳固，难以分离、脱落。

见图2、6，罐体1包括：筒状的无底主体11以及焊接在主体11底面端口的底盘12。底盘12采用不锈钢制作，且其略厚于无底主体11，底盘12与主体11之间采用激光焊接固定在一起。底盘12上设置有排气孔4。在制造时，该排气孔4为一个开设在底盘12上的未贯通的孔，即排气孔4需要在外物作用下将其捅破从而形成通孔。通常，该排气孔4在用于排出电池化成所产生气体之前采用一塑胶膜贴于排气孔内侧进行密封。主体11及底盘12采用不锈钢材料制作，这样便于加工排气孔4以及将孔塞41安装在排气孔4内。另外，采用不锈钢材料无须进行电镀处理。

安装本实用新型时，首先，将电池芯3的负极极耳焊接在底盘12上，然后将电池芯3放入罐体1内，同时将底盘12安装在主体11底部端口，并将两者焊接在一起。接着，按照前面所述制作防护盖帽2，将电池芯3正极极耳31与防护盖帽2内的断电保护装置23焊接在一起，与电池芯3焊接好的防护盖帽2安装在罐体1上端口，经过焊接封口后将防护盖帽2与罐体1的主体11结合。最后注入电解液。注入电解液后用塑胶膜对整个电池进行封装，接下来依次对电池进行化成处理。此时由于排气孔4未被贯穿，罐体1是呈密闭状态的。化成处理后，需要排出电池内气体，用外物捅破排气孔4，让罐体1内部空间与外部连通，将电池在化成过程中的气体排出，接着将一个孔塞41压入排气孔4并将其焊接在排气孔4处，此时形成装配好的电池。

孔塞41可选择一个钢珠，将钢珠用力压入排气孔4内，然后通过焊接方式将钢珠固定在排气孔4内，以将排气孔4封堵上。这样排气孔4就不会对电池的后续使用产生不利影响。

使用时，如果电池芯3因失效而导致内部气体压力增大到设定的保护压力时，例如电池芯3内部气压快速升高。本实用新型可通过防护盖帽2保证电池安全，即气压当达到设定值时，防护盖帽2内的防爆阀22爆开而泄压，避免电池发生爆炸事故。

为了进一步提高本实用新型的安全性，防护盖帽2中在位于顶盖21和防爆阀22之间可设置一个正温度系数环片。该正温度系数环片同样被固封起来，与绝缘体20形成一个整体。使用时，如果电池芯3外部短路或充放电电流超过正温度系数环片的工作电流时，正温度系数环片通过温度升高，电阻增大来减小电流，以保护电池芯。

当然，以上所述仅仅为本实用新型的实例而已，并非来限制本实用新型的实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本申请专利的保护范围内。

Claims (10)

1.一种柱形锂离子电池结构，包括：罐体(1)、密封安装于罐体(1)上端开口的防护盖帽(2)以及位于罐体(1)内的电池芯(3)，其特征在于：所述的防护盖帽(2)包括位于顶面的顶盖(21)、位于顶盖(21)下面的防爆阀(22)、一与罐体(1)焊接的金属环(24)以及用于固定顶盖(21)、防爆阀(22)和金属环(24)的绝缘体(20)，金属环(24)位于绝缘体(20)的外围，其边缘与罐体(1)上端开口焊接，以将防护盖帽(2)固定连接在罐体(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：所述的绝缘体(20)通过注塑成型方式将顶盖(21)、防爆阀(22)和金属环(24)固定为一个整体。

3.根据权利要求2所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：位于金属环(24)下端面的绝缘体下部(201)的外径小于金属环(24)的外径，即绝缘体下部(201)外缘与金属环(24)形成与罐体(1)上端开口配合的阶梯面。

4.根据权利要求2所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：所述防爆阀(22)被绝缘体(20)包覆的外缘形成一弯折包夹部(221)，顶盖(21)的外缘被上述的弯折包夹部(221)夹持。

5.根据权利要求2所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：所述金属环(24)被绝缘体(20)包覆的内缘成型有一弯折部(241)。

6.根据权利要求1所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：于所述的防爆阀(22)下面连接有断电保护装置(23)。

7.根据权利要求6所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：所述的防护盖帽(2)还包括一位于顶盖(21)和防爆阀(22)之间的正温度系数环片。

8.根据权利要求1-7中任意一条所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：所述的罐体(1)由无底主体(11)以及焊接在主体(11)底面端口的底盘(12)构成，并且底盘(12)上设置有用于排出电池化成后所产生气体的排气孔(4)。

9.根据权利要求8所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：于所述排气孔(4)处设置有一个将其封堵的孔塞(41)。

10.根据权利要求8所述的一种柱形锂离子电池结构，其特征在于：所述的孔塞(41)为一个钢珠，该钢珠焊接于排气孔(4)内。

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