可充电的电池的制作方法

本实用新型涉及小型电池领域，更具体地，涉及一种可充电的电池及其制造方法。

背景技术：

目前的小型可充电电池有很多类型。以常用的锂离子电池为例，其外壳通常采用柱状罐体。罐体材料是铁镀镍或不锈钢。

图1是根据现有技术制造的小型可充电的锂离子电池的截面图。可充电锂离子电池一般通过以下方式制造：

将正、负极片按要求裁切后，端部分别点焊上正极极耳106和负极极耳103。在正负极片中间加放隔膜，通过卷绕将加放有隔膜的正负极片卷成电芯卷包102。在罐体底部(即，负极端子1023)放入下绝缘片104，并将电芯卷包102装入罐体中。通过点焊将负极极耳103连接至罐体的侧壁。在罐体口部下方约1～3mm(例如，3mm)处滚压一圈，以形成约宽0.8～2.5mm(例如，2mm)、深0.5～1.5mm(例如，1mm)的沿径向方向向内突出的槽，并将上绝缘片105置于槽下方、电芯卷包102上方。然后，将包括外接触片(用作顶帽的正极端子1020)、内接触片(正极铝帽1022)以及密封圈108在内的正极集流体放入罐体内。正极集流体由槽的突出部支撑住。外接触片材料为镀镍铁片，内接触片为铝片，密封圈材料为PP(聚丙烯)或其他塑料材料。之后，将包裹有正极胶纸1021的正极极耳106穿过上绝缘片105，并与正极集流体点焊连接。

点焊正极集流体后，将整个电池置于85℃的烘箱内烘烤24～36小时。冷却后在相对湿度1％以下的环境中加入电解液。然后，将正极集流体从罐体口部插入，与罐体组合。用封口机模具将罐体口部折弯，完成电池的封口。

上述锂离子电池的优势在于装配技术比较成熟，比较容易操作。但是，由图1的结构可见，正极集流体所占空间较大，因而电池整体空间较小，造成电池容量也偏小。

此外，锂离子电池在过度充放电时，电池内部可能会产生大量气体。当气体达到一定的气压时，气体会冲破正极封口或负极罐体，产生爆炸现象。一般体积较大的锂离子电池会在正极集流体设置防爆装置，但小型的锂离子电池，由于正极集流体太小，不能设置防爆装置。因此，小型锂离子电池在充放电过程中很有可能会产生爆炸，因而安全方面存有隐患。

因此，本领域需要一种能有效利用空间、最大化发挥电池容量并避免充放电过程中爆炸的可充电电池以及制造方法。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一种能够有效利用空间、最大化发挥电池容量的小型可充电电池。额外地，本实用新型的进一步的目的在于提供一种能够有效利用空间、最大化发挥电池容量并避免充放电过程中爆炸的小型可充电电池。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种可充电的电池，其包括：负极罐体，其在口部具有三级阶梯结构，从末端起包括内径依次递减的第一级阶梯、第二级阶梯和第三级阶梯；正极集流体，所述正极集流体嵌套在所述负极罐体内；和密封圈，所述密封圈设置在所述负极罐体的口部和所述正极集流体的口部之间并隔离所述负极罐体和所述正极集流体使其不接触而发生短路；其中所述密封圈与所述负极罐体的第二级阶梯紧密贴合，形成电池的密封部；所述第一级阶梯的端部向内弯曲而与所述密封圈贴合，形成封口位；并且所述密封圈的下部抵靠在所述第二级阶梯和第三级阶梯之间的连接部上，从而获得支撑。

优选地，所述负极罐体在所述第一级阶梯的侧壁上具有至少一个孔。

优选地，所述密封圈具有U形凹槽，所述正极集流体的口部容纳在该U形凹槽内。优选地，所述密封圈的材料为绝缘可压缩材料。

优选地，所述正极集流体具有倒扣的杯状结构，所述杯状结构的口部的直径等于或大于所述杯状结构的底部的直径。

优选地，所述电池还包括由正极片、负极片以及正极片和负极片之间的分隔机构卷绕而成的电芯卷包。

优选地，从正极片末端延伸出正极极耳，其与所述正极集流体连接；并且从所述负极片末端延伸出负极极耳，其与所述负极罐体连接。

优选地，所述电池还包括置于所述电芯卷包上方的上绝缘片和所述电芯卷包下方的下绝缘片。

优选地，当所述正极集流体向上移动时，与所述正极集流体连接的正极极耳断裂。

优选地，所述电池为柱状电池，例如圆柱状。

优选地，所述电池为锂离子电池，更优选柱状锂离子电池。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是根据现有技术制造的小型可充电锂离子电池的截面图；以及

图2是根据本实用新型的一个实施例的可充电锂离子电池的截面图。

具体实施方式

以下说明是本实用新型的典型实施方式，其并不旨在以任何方式限制本实用新型的范围或适用范围。相反，下列说明旨在提供用于实施本实用新型的各种实施方式的示例。

在下文中，以小型柱状可充电锂离子电池为例来具体说明本实用新型的构思及概念。但如本领域技术人员所意识，本实用新型的可充电电池并不限于小型锂离子电池，也不限于柱状结构，其他本领域中常用的电池结构(例如，纽扣状结构)和材料均可适用。

本实用新型的小型锂离子电池包括负极罐体，其内部被配置来容纳正负极片卷包(即电芯卷包)。正负极片卷包包括正极片和负极片，两者中间用隔膜隔离。用隔膜隔离的正负极片被卷绕成柱状卷包，然后可用胶纸包扎。从正极极片末端延伸出正极极耳，其与正极集流体连接。从负极极片末端延伸出负极极耳，其与罐身连接。正负极片卷包还可以设置有上绝缘片和下绝缘片。

如图2所示，在一个优选的实施方式中，本实用新型的负极罐体1在其口部具有三级阶梯，从末端起包括内径依次递减的第一级阶梯9、第二级阶梯10和第三级阶梯11。例如，第二级阶梯10的内径可以比第一级阶梯9小约0.05～0.20mm，而比第三级阶梯11大约0.05～0.20mm。优选地，第二级阶梯10的内径可以为约3～18mm，取决于电池的尺寸。第二级阶梯10和第三级阶梯11之间连接部可在安装电池时用来支撑密封圈8的底部。

由于第二级阶梯10向内压紧密封圈8，已保证了负极罐体1与正极流体7之间的良好密封，因此，第一级阶梯9与密封圈之间可以有间隙并且该间隙中可以无需填充胶水。当然，为了进一步加强密封，也可以在该间隙中填充密封胶水。

在一个进一步优选的实施方式中，在第一级阶梯9可具有至少一个孔，该孔穿过负极罐体1。在一个方面，可在第一级阶梯9设置2～6个孔，优选4个。优选地，多个孔是周向对称的。在一个方面，孔直径可以为0.10～0.8mm。孔可以呈圆形、长方形、正方形、棱形或不规则形状，优选不规则形状。

负极罐体1的厚度可以为约0.10～0.30mm，材料可以是铁镀镍或不锈钢。

在一个实施方式中，正极集流体7可以为倒扣杯状，其杯口部直径可等于或大于杯底部直径，优选大于杯底部直径，例如大出来约0.05～0.30mm，优选约0.10～0.15mm。正极集流体的材料可以为铁镀镍或不锈钢，而厚度可以为约0.1～0.35mm。

在正极集流体7的侧壁与负极罐体1的口部之间可设有密封圈8，以起到密封电池的作用并且防止负极罐体1与正极顶盖7接触而导致的短路。优选地，密封圈8为带有U型凹槽的环状结构。优选地，密封圈8的材料是可压缩的。

更加具体地，在一个实施方式中，密封圈8可具有U型凹槽，厚度可以为约0.05～0.30mm，优选为约0.08～0.20mm。杯口部可被套入密封圈8的U型凹槽中。密封圈8的内表面可紧贴正极集流体7的杯口部外表面。密封圈8的外径最好与负极罐体1的第二级阶梯10的内径基本相同，例如，密封圈8的外径与负极罐体1的第二级阶梯10相同或小0.01～0.03mm，最大不超过0.10mm，否则将影响电池的密封性能。密封圈材料可以是聚丙烯(PP)或聚醚醚酮(PEEK)，也可以是其它可以使用的弹性绝缘材料。

密封圈8在与正极集流体7组合前，可以在其凹槽处涂环氧树脂或其他胶水，使两者紧密结合。

电池在添加电解质后进行组装时，正极集流体7从负极罐体1的口部插入，并例如通过从上部加压，使得与正极集流体7组合的密封圈8与负极罐体1第二级阶梯紧密贴合，形成电池的主要密封部。密封圈8下部抵靠在第二级阶梯10和第三级阶梯11之间的连接部上，从而获得支撑。

然后用封口机模具将第一级阶梯9收窄，使其第一级阶梯9的末端向内弯曲，与密封圈8贴合，形成封口位。此时，负极罐体1的第二级阶梯10同样会受到来自径向的力向内拉伸，压缩密封圈8，从而使密封圈8与罐壁更加紧贴，密封性更好。如此组装后，密封圈8被压缩，其压缩后的厚度为原始厚度的10％～90％之间，尤其在30％～70％之间，特别优选为约50％，从而起到良好的密封效果。

用上述结构制成的锂离子电池与相同体积的传统结构锂离子电池相比，内体积至少可增加大约10～12％或甚至更高，因此，在不增加电池尺寸的情况下容量得到大幅度提高。

此外，用上述结构制成的锂离子电池还在提高电池容量的同时使得电池更加安全可靠。当在过度充放电时电池内部所产生的气体将正极集流体往上推，正极集流体会脱离负极罐体的第二级阶梯，当到达第一级阶梯时，杯口部会被第一级阶梯所形成的封口位卡住，并且气体会从第一级阶梯的气孔泻出，从而消除电池因气压过大而爆炸的危险。此外，由于第一级阶梯与密封圈8之间的缝隙的存在并且通常不添加胶水，将孔设置于第一级阶梯可防止胶水堵塞孔，并且所存在的缝隙也使得内部气压首先得到初步释放。

另外，为了避免电池的过度充放电，也可以在正极集流体向上移动时，使与正极集流体连接的正极极耳或与负极罐体连接的负极极耳断裂。举例来说，可以在正极集流体和正极极耳之间设置撕裂部(例如，撕裂线结构)，其当正极集流体向外移动预定距离时断裂，从而切断正极极耳与正极集流体的连接，避免产生更多气体而导致电池爆炸。

下文进一步结合图2更详细地描述本实用新型。图2是根据本实用新型的一个示例性实施例的可充电锂离子电池的截面图。如图2中所示，可充电的锂离子电池包括负极外壳、正极顶盖和绝缘密封圈。

实施例1

负极外壳为一柱状罐体，即，负极罐体1。负极罐体1的材质为不锈钢，其厚度为0.15mm，高度为24mm。可以通过例如冲床制成如图2所示的负极罐体1。在负极罐体1的口部具有一个三级阶梯结构，包括内径依次递减的第一级阶梯9、第二级阶梯10和第三集阶梯11。第二级阶梯10的内径比第一级阶梯9小0.15mm，而比第三阶梯11大0.20mm。第二级阶梯10的内径为10mm，并且内壁涂有封口胶水。负极罐体1的口部的侧壁上还具有至少一个气孔16。在该实施例中，气孔16的数量为四个并且对称设置。气孔16的直径为0.5mm。

将正极片13、负极片14按要求裁切，分别点焊至正极极耳6和负极极耳3。正极片和负极片中间加放隔膜15。将正负极片卷绕成柱状卷包2，并用胶纸包扎。卷包2的高度为电池总高减去正负极集流体7和两个绝缘片的厚度，并留出约0.5～1mm的空间。

先在负极罐体1的内底部放入下绝缘片4，然后放入卷包2。将负极极耳3与罐身焊接。在卷包2上部放置上绝缘片5，而正极极耳6穿过上绝缘片5，与正极集流体7焊接。

正极集流体7具有倒杯状结构，其杯口部外径比杯底部外径大0.15mm，并且其材料为不锈钢，厚度为0.15m。

将正极集流体7杯口部套入密封圈8。密封圈8为一个带有U型凹槽的环状，材料为PP。在与正极集流体7组合前，在其凹槽处涂密封胶水12，使两者紧密结合。密封圈8的厚度为0.15mm，并且其外径与负极罐体1的第二级阶梯10的内径相同或者小0.02mm。

点焊正极集流体7后，将整个电池置于85℃的烘箱内烘烤24～36小时。冷却后在相对湿度1％以下的环境中加入电解液。然后将正极集流体7从负极罐体1的口部插入，与负极罐体1组合，然后从上部加压，使密封圈8与负极罐体1的第二级阶梯10紧密贴合，并抵靠在负极罐体1的第二级阶梯和第三级阶梯11之间的连接托位。然后用封口机模具将第一级阶梯9向内收窄，使罐体第一级阶梯9的口部向内弯曲至与密封圈8贴合，并进一步挤压密封圈8。

实施例2

负极外壳为一柱状罐体，即，负极罐体1。负极罐体1的材质为不锈钢，其厚度为0.15mm，高度为24mm。可以通过例如冲床制成如图2所示的负极罐体1。在负极罐体1的口部具有一个三级阶梯结构，包括内径依次递减的第一级阶梯9、第二级阶梯10和第三集阶梯11。第二级阶梯10的内径比第一级阶梯9小0.15mm，而比第三阶梯11大0.20mm。第二级阶梯10的内径为10mm，并且内壁涂有封口胶水。负极罐体1的口部的侧壁上还具有至少一个气孔16。在该实施例中，气孔16的数量为四个并且对称设置。气孔16的直径为0.5mm。

将正极片13、负极片14按要求裁切，分别点焊至正极极耳6和负极极耳3。正极片和负极片中间加放隔膜15。将正负极片卷绕成柱状卷包2，并用胶纸包扎。卷包2的高度为电池总高减去正负极集流体7和两个绝缘片的厚度，并留出约0.5～1mm的空间。

先在负极罐体1的内底部放入下绝缘片4，然后放入卷包2。将负极极耳3与罐身焊接。在卷包2上部放置上绝缘片5，而正极极耳6穿过上绝缘片5，与正极集流体7焊接。

正极集流体7具有倒杯状结构，其杯口部外径比杯底部外径大0.15mm，并且其材料为不锈钢，厚度为0.15m。

将正极集流体7杯口部套入密封圈8。密封圈8为一个带有U型凹槽的环状，材料为聚醚醚酮PEEK。由于在密封圈与正极集流体7组合前为管状，先将其套在正极集流体7的口部，然后用热风使其向内弯曲收缩，形成U型凹槽，并与正极集流体7紧密结合。密封圈8的厚度为0.08mm，并且其外径与负极罐体1的第二级阶梯10的内径相同或小0.02mm。

点焊正极集流体7后，将整个电池置于85℃的烘箱内烘烤24～36小时。冷却后在相对湿度1％以下的环境中加入电解液。然后将正极集流体7从负极罐体1的口部插入，与负极罐体1组合，然后从上部加压，使密封圈8与负极罐体1的第二级阶梯10紧密贴合，并抵靠在负极罐体1的第二级阶梯和第三级阶梯11之间的连接托位。然后用封口机模具将第一级阶梯9向内收窄，使罐体第一级阶梯9的口部向内弯曲至与密封圈8贴合，并进一步挤压密封圈8。

比较实施例(现有结构)

图1为现用传统方法制造的一个小型锂离子电池的截面图。

电池负极罐体是一个柱状罐体，罐体材料是0.15mm的不锈钢片，罐体直径为10mm，高度为24mm。

将正、负极片按要求裁切后，端部分别点焊上正极极耳106和负极极耳103。在正负极片中间加放隔膜，通过卷绕将加放有隔膜的正负极片卷成电芯卷包102。在罐体底部(即，负极端子1023)放入下绝缘片104，并将电芯卷包102装入罐体中。通过点焊将负极极耳103连接至罐体的侧壁。

在罐体口部下方约3mm处滚压一圈约宽2mm、深1mm的槽，然后将上绝缘片105下方、电芯卷包102上方。正极极耳穿过上绝缘片105与正极集流体7点焊连接。

正极集流体7包括外接触片1020和内接触片1022，以及密封圈108。外接触片的材料为镀镍铁片，内接触片为铝片，密封圈材料为PP。将包括外接触片(用作顶帽的正极端子1020)、内接触片(正极铝帽1022)以及密封圈108在内的正极集流体放入罐体内。正极集流体由槽的突出部支撑住。外接触片材料为镀镍铁片，内接触片为铝片，密封圈材料为PP(聚丙烯)或其他塑料材料。之后，将包裹有正极胶纸1021的正极极耳106穿过上绝缘片105，并与正极集流体点焊连接。

点焊正极集流体后，将整个电池置于85℃的烘箱内烘烤24～36小时。冷却后在相对湿度1％以下的环境中加入电解液。然后，将正极集流体从罐体口部插入，与罐体组合。用封口机模具将罐体口部折弯，完成电池的封口。

结果比较

从上述实施例1和实施例2制成的小型锂离子电池(图2)和比较实施例(现有结构)制成的小型锂离子电池(图1)的比较可以看出，两者的体积基本相同，但实施例1-2的电池内部空间相比于比较例明显更大，增加约10～12％。换言之，在相同的外部体积下，本实用新型的电池的电池内部空间要比传统结构的电池大约大10～12％。相应地，在材料和配方不变的情况下，电池容量可以提高10～12％。

此外，用上述结构制成的锂离子电池还在提高电池容量的同时使得电池更加安全可靠。当在过度充放电时电池内部所产生的气体将正极集流体往上推，正极集流体会脱离负极罐体的第二级阶梯，当到达第一级阶梯时，杯口部会被第一级阶梯所形成的封口位卡住，并且气体会从第一级阶梯的气孔泻出，从而消除电池因气压过大而爆炸的危险。

虽然本实用新型通过具体实施例进行说明，但是所属领域技术人员应当理解，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或应用需求，可以对本实用新型做各种修改或替换，而不脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型并不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本实用新型权利要求范围内的全部实施方式。