具有环形支架的纽扣电池的制作方法

本实用新型涉及纽扣(或扣式)电池领域，特别是涉及一种具有环形支架的纽扣电池。

背景技术：

纽扣电池是高度与直径之比例小于1和径向横截面为圆形的微型电池。原则上凡是电化学电势具有差异的两种物质均可以作为潜在的纽扣电池的正负极活性物质，配合必要的其他材料即可装配出具有不同额定电压的纽扣电池。目前纽扣电池已经普遍应用在诸多工业控制电子设备和消费电子类产品中，尤其是额定电压是3V左右的纽扣电池，例如一次性锂锰纽扣电池、可充电锂锰纽扣电池，以及超级电容器纽扣电池等。日益小型化的电子产品，例如智能穿戴电子产品，对可充电纽扣电池提出了尺寸更小、容量更大、工作电压更高以及工作电流更大的要求。因此新型纽扣电池在材料技术和装配制造技术两个方面都需要革新和发展。在充分地利用纽扣电池内腔中有限的空间的同时，增加电池结构的强度和稳定性，对保证电芯工作的可靠性和提高电池制造的成品率，意义重大，是装配制造技术革新的课题之一。

一般的，卷边封口的纽扣电池由正极壳、负极壳、塑料密封圈、集流体、电解液和电芯组成。电芯的具体形式由电池电化学材料体系、容量要求、放电倍率性能要求和制造能力等综合因素共同决定。通常，正极极片、隔膜和负极极片组成的序列组被卷绕或层叠，并施以必要的辅料而形成电芯，其中层叠的结构包括至少一个序列组。电芯填充在纽扣电池的内腔中，正负极电极与正负外壳的电气连接对于不同类型纽扣电池有不同的方式，而尽可能增大电芯在内腔中占据的体积比例是电池设计者追求的目标。在卷边封口式纽扣电池装配的最后阶段，正极壳开口边缘被压紧在负极壳周边的塑料密封圈上，三个配件紧密接触以实现电池密封。从力学角度分析，在卷边封口的瞬间，模具在卷边处施加的力可以分解到纽扣电池正负极壳表面的法向方向和径向，这两个分量全部指向电芯。因此电芯在封口密封圈内侧壁位置易于受到损伤，导致电池达不到预计的设计指标，严重者甚至引起电池漏液或短路。

技术实现要素：

基于此，本实用新型的目的之一在于提供一种新型的具有环形支架的纽扣电池，可有效地应用在电化学体系不受限和电芯类型多样化的纽扣电池中，克服了通行的卷边封口工艺易于损伤电芯的问题，稳固了电池的结构，便于存储适度的电解液，有利于较高容量和较高使用寿命指标的实现。

一种具有环形支架的纽扣电池，包括正极壳、负极壳、绝缘密封圈和电芯体，所述正极壳形成容置腔，所述负极壳与所述正极壳的开口结合以密封所述容置腔，所述绝缘密封圈设置在负极壳的边缘处以电性隔绝正极壳和负极壳，所述电芯体设于所述容置腔内并与正极壳、负极壳电性连接，还包括环形支架，所述环形支架位于所述电芯体与正极壳之间，且环形支架的内侧周壁毗邻所述电芯体，所述环形支架为具有多孔结构的材质制成，所述环形支架的多孔结构的孔径为微米级或纳米级。

在其中一个实施例中，所述环形支架的孔隙度不低于30％。

在其中一个实施例中，所述环形支架的孔隙度为90％。

在其中一个实施例中，所述环形支架为多孔金属纤维环形支架或泡沫金属环形支架。

在其中一个实施例中，所述环形支架内的孔径小于100纳米。

在其中一个实施例中，所述环形支架包括环形本体和由环形本体外侧周壁延伸而出的外延翻边，所述外延翻边的末端毗邻所述正极壳的内表面，所述外延翻边的顶面毗邻所述绝缘密封圈，所述环形本体的内侧周壁毗邻所述电芯体。

在其中一个实施例中，所述正极壳包括壳底和侧壁，所述外延翻边的末端毗邻所述正极壳的侧壁的内表面，所述外延翻边、所述环形本体、所述正极壳的侧壁以及壳底共同围成一环形空腔。

在其中一个实施例中，所述环形支架的环形本体上还形成通孔，所述通孔的孔径为毫米级。

在其中一个实施例中，所述电芯体包括层叠设置的正极极片、隔膜、负极极片，且所述正极极片朝向正极壳与正极壳形成电连接，所述负极极片朝向负极壳与负极壳形成电连接。

在其中一个实施例中，所述电芯体包括层叠并卷绕设置的正极极片、隔膜、负极极片，以及与正极极片连接的正极耳和与负极极片连接的负极耳，所述正极耳与正极壳电连接，所述负极耳与负极壳电连接。

上述纽扣电池通过在内腔中设置环形支架，且环形支架为多孔结构，不但可以在正负极壳结合过程中保障电芯体不受损伤，避免纽扣电池尺寸变形，还可充分利用内腔空间，便于存储适度的电解液，有利于提升电池容量和延长使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的具有环形支架的纽扣电池的结构示意图；

图2为本实用新型另一实施例的具有环形支架的纽扣电池的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一实施例提供的具有环形支架的纽扣电池，包括正极壳3、负极壳2、绝缘密封圈4、环形支架5和电芯体6。

所述正极壳3、负极壳2和绝缘密封圈4经过精密组合形成纽扣电池的内腔，环形支架5、电芯体6等则容置在内腔中。所述电芯体6可以是由正极极片、隔膜和负极极片组成的序列组经过卷绕或至少一次平面的层叠制成。所述电芯体6包含了电解质，电解质可以是液态、胶体或固体，所述电芯体的正负极片与正极壳3、负极壳2的电连接是各自通过特定形式的集流体以点接触、线接触、面接触方式中的至少一种实现的。

具体的，所述正极壳3包括壳底和侧壁，壳底和侧壁共同围成一具有开口的容置腔。所述绝缘密封圈4设置在负极壳2的边缘处，所述负极壳2与所述正极壳3的开口结合以密封所述容置腔，且负极壳2与正极壳3之间通过绝缘密封圈4电性隔绝。绝缘密封圈4可由塑料制成。

所述环形支架5为具有多孔结构的材质制成，所述环形支架5的多孔结构的孔径为微米级或纳米级。微米级应理解为涵盖几个微米至几百个微米的尺寸范围，同理，纳米级也应理解为涵盖几个纳米至几百个纳米的尺寸范围。优选的，所述环形支架内的孔径小于100纳米。多孔结构的孔径可用气体吸附法或压汞法测定。所述环形支架5的内侧周壁毗邻所述电芯体6。所述环形支架5的外侧周壁毗邻所述正极壳3的侧壁的内表面。所述环形支架5的顶面毗邻所述绝缘密封圈4，所述环形支架5的底面毗邻所述正极壳3的壳底。所述环形支架5不但可以保障负极壳2与正极壳3在结合时不变形，还因其具有多孔结构而可充分利用电池内腔空间，用于存储电解液。

一实施例中，所述环形支架5的孔隙度不低于30％。孔隙度是指环形支架中所有孔隙(多孔结构)体积之和与所述环形支架的外观体积之比。一优选的实施例中，所述环形支架5的孔隙度为90％。一具体实施例中，可将低合金钢粉、发泡剂和固化剂均匀混合，轧制成型，然后在真空中加热经发泡、固化和烧结，制成孔隙度为90％的环形支架5。

另外的一些实施例中，所述环形支架5可为多孔金属纤维环形支架或泡沫金属环形支架。泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料。这些金属材料可以是铝、铝合金、镍、镍合金、不锈钢、钛中的一种。所述环形支架5还可以是由多种金属和合金以及难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物和硅化物、含氟塑料等制成。

如图2所示，另一实施例提供的纽扣电池结构与图1所示结构类似，不同之处在于，所述环形支架51包括环形本体52和由环形本体52外侧周壁延伸而出的外延翻边53。所述外延翻边53垂直于纽扣电池的轴向方向。所述外延翻边53的末端毗邻所述正极壳3的内表面，更具体的，所述外延翻边53的末端毗邻所述正极壳3的侧壁的内表面。所述外延翻边53的顶面毗邻所述绝缘密封圈4，所述环形本体52的内侧周壁毗邻所述电芯体6。

所述外延翻边53、所述环形本体52、所述正极壳3的侧壁以及壳底共同围成一环形空腔50。所述环形空腔50亦可用于更大限度的利用电池内腔，存储电解液。

在另外的一些实施例中，所述环形支架50的环形本体52上还形成通孔，所述通孔的孔径为毫米级。即，所述通孔的孔径数量级大于所述环形支架50的多孔结构的孔径的数量级。所述通孔可直接连通电芯体6和环形空腔50。

以下再结合两个不同的制作实例进一步说明上述纽扣电池的制作过程。

实例1

首先预制目标规格的负极壳2、正极壳3、和环形支架5，然后绝缘密封圈4被注塑在负极壳2周沿而组成套件。将活性炭、导电剂和粘合剂按设计配比制成前驱体，再压片并复合集流网，制成极片。极片经过充分真空干燥后移入氮气保护真空手套箱，并在电解液中浸泡预定时间。将极片置入负极壳2，且集流网面贴覆负极壳2，接着铺设隔膜，滴加定量电解液，然后嵌入环形支架5，之后置入另一极片，无集流网的一面朝向隔膜，再将正极壳3沿绝缘密封圈4周边合入，最后用模具将正极壳3的开口边缘压合在绝缘密封圈4上，形成纽扣电池。该实例中，上述两个极片和隔膜构成所述的电芯体6。

实例2

负极壳2、正极壳3、绝缘密封圈4和环形支架5的预制同上述实例1。用业界成熟的锂离子电池卷芯工艺将铝基材锰酸锂正极极片、隔膜和铜基材碳负极极片卷制成带极耳的电芯，经过充分干燥后置入氩气保护真空手套箱，将负极极耳焊接在负极壳2上，然后嵌入环形支架5，再将正极极耳焊接在正极壳3上，接着注入定量的电解液。最后用模具将正极壳3的开口边缘压合在绝缘密封圈4上形成纽扣电池。经过化成后得到3.6V的锂离子纽扣电池。在本实例中，具有极耳的锰酸锂极片、隔膜和碳极片的序列组被卷制成电芯体6。

上述所举实例仅示出纽扣电池结构的实现，所述的装配顺序和方式，电芯体涉及的材料种类及电芯体的制成方式、形状，并不构成对本实用新型的限制。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。