專利名稱：一種鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及到鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及卷繞式及碳包式一次鋰電池防爆結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
安全性是鋰電池重要的技術(shù)指標(biāo)之一，為了保證電池的安全，通常在鋰電池的外 部加裝保護(hù)電路對(duì)鋰電池的使用情況進(jìn)行管理。常規(guī)的保護(hù)方法是在電池的外部加裝保險(xiǎn) 絲、PTC和二極管等來(lái)防止電池短路和防止電池反極性。但是當(dāng)電池的保護(hù)電路或者其中 的元器件失效，或者在用戶濫用甚至拆裝的情況下，外部電路的保護(hù)就失去作用，使得電池 存在安全隱患，所以需要從電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及電化學(xué)設(shè)計(jì)方面，做更多的保護(hù)措施。卷繞式鋰電池是一種主要的鋰電池類型，現(xiàn)有卷繞式鋰電池的結(jié)構(gòu)以及裝配方式 參見(jiàn)圖1、2。其結(jié)構(gòu)是在桶狀殼體或者是由直筒殼體底部壓入電池底殼11焊接后形成的桶 狀電池殼體3，在其底部放入底膜7，然后將正極6碳片與負(fù)極5鋰片借助于隔膜隔離后相 互卷繞形成卷繞電芯，將該電芯放入的電池殼體3中定位。其中正極碳片、負(fù)極鋰片與電池 殼體之間通過(guò)邊膜4隔離開(kāi)；接著在電池殼體3上端通過(guò)上蓋膜2設(shè)置蓋帽1。其中蓋帽 上設(shè)置有正極柱和用于密封注液口的密封釘8。由負(fù)極5鋰片引出的負(fù)極引出極耳10與電 池上端的電池殼體部分連接，而由正極6碳片的集流體上引出的正極引出極耳9則與蓋帽 上的正極柱連接。上述兩個(gè)結(jié)構(gòu)的鋰電池基本結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別在于圖2所示的卷繞式鋰電 池的電池底殼11相比圖1的卷繞式鋰電池底殼11增加了防爆閥。以上現(xiàn)有卷繞鋰電池結(jié)構(gòu)存在著以下的缺陷1、圖1所示的鋰電池結(jié)構(gòu)，無(wú)防爆閥泄壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在短路及加熱的情況下，存在
著安全隱患；2、圖2所示的帶防爆閥結(jié)構(gòu)的鋰電池，其防爆閥放于底部，可以起到安全泄壓的 作用；但是存在著上下兩個(gè)氣室，內(nèi)壓傳導(dǎo)慢，防爆閥對(duì)于內(nèi)壓的敏感性降低；另外，因防 爆閥放于電池底部，內(nèi)部有效空間變小(實(shí)際內(nèi)部卷心的高度會(huì)變低)，電池設(shè)計(jì)的容量降 低。碳包式鋰電池是另外一種常見(jiàn)的一次鋰電池。以鋰/亞硫酰氯電池為例，此類電 池以金屬鋰為負(fù)極、亞硫酰氯為正極活性物質(zhì)和電解液，以碳為反應(yīng)載體，附圖3是現(xiàn)有鋰 /亞硫酰氯電池的基本結(jié)構(gòu)。其包括電池殼體3，電池殼體3底部的電池底殼11設(shè)為防爆 底，電池底殼11內(nèi)層設(shè)有保持平整的金屬片13，金屬片上設(shè)有底膜7。在電池殼體3的上 端借助上蓋膜2連接蓋帽1，蓋帽上設(shè)置有正極柱和用于密封注液口的密封釘8。上述電池 殼體內(nèi)電芯由依次套裝在電池殼體內(nèi)的鋰片負(fù)極5、邊膜4、碳包正極6構(gòu)成，碳包正極引出 的集流體12連接在蓋帽上的正極柱上。上述碳包式鋰電池同樣存在安全隱患1、這種結(jié)構(gòu)防爆閥放于電池底部，雖可以起到安全泄壓的作用；但也存在著上下 兩個(gè)氣室，且兩氣室之間的內(nèi)壓傳導(dǎo)被正極碳包完全隔斷，傳導(dǎo)困難，防爆閥對(duì)于電池整體的內(nèi)壓的敏感性降低，無(wú)法有效的進(jìn)行泄壓。
2、防爆閥放于底部，電池內(nèi)部有效空間變小，電池設(shè)計(jì)的容量會(huì)降低；而且防爆閥 存于下部負(fù)極鋰片加工需要定位，在裝入碳包后，容易凹陷在底部造成電池內(nèi)部短路、容量 損失等不良狀況，再者為保持平整還需加入金屬片又增加了成本和工藝難度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種安全性能高的鋰電池，該結(jié)構(gòu)的鋰電 池可改善電池在高溫及短路狀態(tài)下的安全性能，并提高電池的最大設(shè)計(jì)容量。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種鋰電池，包括電池殼體和位于電池殼體內(nèi)的電芯，電池殼體上端為具有正極 柱的蓋帽，電池殼體下端為電池底殼，所述蓋帽由環(huán)形的防爆圈和連接在防爆圈內(nèi)部的正 極端組件構(gòu)成，所述防爆圈上設(shè)置可在預(yù)定壓力下被撕裂的泄壓部。作為上述方案的改進(jìn)，所述的防爆圈沿徑向的剖面大致呈V字形，泄壓部設(shè)于防 爆圈的V字形凹底處，該泄壓部包括線段狀刻痕。作為上述方案的更進(jìn)一步改進(jìn)，所述泄壓部還包括沿周向的剖面大致呈倒V字形 的突起，所述突起在所述防爆圈的V字形凹底處形成，所述線段狀刻痕沿周向貫穿所述突 起。所述防爆圈的中部形成有豎沿，該豎沿向電池底殼方向延伸，且與正極端組件固 定連接，優(yōu)選地，防爆圈與正極端組件通過(guò)焊接方式連接成蓋帽。其中所述的正極端組件包 括蓋體和設(shè)置在蓋體上的正極柱，所述正極柱與蓋體間絕緣材料密封，蓋體沿徑向的剖面 大致呈倒凹字形，所述蓋體的厚度為1 2毫米。上述技術(shù)方案中，電池注液孔設(shè)置在電池底殼上，注液孔通過(guò)鋼珠焊接密封。本實(shí)用新型技術(shù)方案中的電芯可以是卷繞電芯，也可以是碳包式電芯。卷繞式電 芯由正極碳片與負(fù)極鋰片借助于隔膜隔離并相互卷繞所形成，其中正極碳片、負(fù)極鋰片與 電池殼體之間通過(guò)邊膜隔離開(kāi)，電芯與電池殼體底部通過(guò)底膜隔離，而電池殼體上端設(shè)有 上蓋膜并與蓋帽連接，由負(fù)極鋰片引出的負(fù)極引出極耳與電池上端的電池殼體連接，而由 正極碳片的集流體上引出的正極引出極耳則與正極端組件上的正極柱連接。碳包式電芯由依次套裝電池殼體內(nèi)的鋰片負(fù)極邊膜、碳包正極構(gòu)成，碳包正極引 出的集流體連接在正極端組件上的正極柱。本實(shí)用新型相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型提供的具有防爆結(jié)構(gòu)的鋰電池，解決了短路及高溫內(nèi)壓過(guò)高的安全問(wèn) 題，能實(shí)現(xiàn)有效的安全泄壓，大大提高了鋰電池的安全性。本實(shí)用新型在電池正極蓋帽上設(shè)計(jì)了防爆結(jié)構(gòu)，使單一的氣室位于電池上部，內(nèi) 壓直接作用于防爆圈，敏感度增大，而且避免了雙氣室內(nèi)壓傳導(dǎo)的問(wèn)題。同時(shí)該結(jié)構(gòu)還使得 電池內(nèi)部有效空間增大，便于提高電池設(shè)計(jì)容量。本實(shí)用新型中連接在正極端組件上的防爆圈沿徑向的剖面大致呈V字形，且泄壓 部設(shè)于防爆圈的V字形凹底處，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)泄壓方式。要使防爆圈凹底的泄壓 口撕裂，必須要防爆圈首先發(fā)生膨脹變形，只有防爆圈變形才能使防爆圈V形凹陷槽上的 刻痕型泄壓口受力。當(dāng)電池內(nèi)壓升高時(shí)，首先防爆圈整體發(fā)生膨脹變形，提供一個(gè)電池內(nèi)部的擴(kuò)大空間，緩解內(nèi)壓升高，之后當(dāng)電池內(nèi)壓進(jìn)一步升高時(shí)，V形凹陷槽泄壓部突起被拉伸， 最終導(dǎo)致刻痕泄壓口由于應(yīng)力集中而被撕裂，達(dá)到噴出電解液以泄壓的目的。本實(shí)用新型 的二級(jí)泄壓方式更加安全可靠。

圖1現(xiàn)有卷繞式鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2現(xiàn)有的帶有防爆閥的卷繞式鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖3現(xiàn)有的帶有防爆閥的碳包 式鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型鋰電池的蓋帽俯視結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型鋰電池的蓋帽截面示意圖；圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的創(chuàng)新之處在于將泄壓作用的防爆閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙地融入到電池蓋 帽中。本實(shí)用新型提出的鋰電池結(jié)構(gòu)不但可以提高電池設(shè)計(jì)容量，而且能通過(guò)防爆圈實(shí)現(xiàn) 兩級(jí)降壓和泄壓，降低電池意外爆炸的可能性。為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型安 全性鋰電池結(jié)構(gòu)原理作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1本實(shí)施例以卷繞式鋰/亞硫酰氯電池為例說(shuō)明，該電池包括電池殼體和位于電池 殼體內(nèi)的電芯。電池殼體3上端為具有正極柱的蓋帽，電池殼體下端為電池底殼。電池底 殼上設(shè)有注液孔，注液孔通過(guò)鋼珠15焊接密封。蓋帽由環(huán)形的防爆圈14和連接在防爆圈內(nèi)部的正極端組件100構(gòu)成，防爆圈14 與正極端組件100通過(guò)焊接方式連接成蓋帽。正極端組件100包括圓形蓋體和設(shè)置在圓 形蓋體上的正極柱，其中正極柱與蓋體間通過(guò)絕緣材料密封，本實(shí)施例中正極柱與蓋體間 采用玻璃絕緣子密封，實(shí)際生產(chǎn)中正極柱與蓋體間密封方式也可以采用其它的絕緣密封方 式，根據(jù)不同的電池或電池類型而定。為便于組裝，所采用的蓋體沿徑向的剖面大致呈倒凹 字形，倒凹字形蓋體可進(jìn)一步并提高電池設(shè)計(jì)容量。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的防爆圈上設(shè)置有可在預(yù)定壓力下被撕裂的泄壓部141。防爆圈 沿徑向的剖面大致呈V字形。泄壓部141為從防爆圈的V字形凹底處的突起，所述突起的 剖面大致呈倒V字形，具體地突起沿周向的剖面大致呈倒V字形。該突起上設(shè)置的沿周向 貫穿該突起的線段狀刻痕作為泄壓口。設(shè)計(jì)制造時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)的電池內(nèi)部過(guò)熱導(dǎo)致的壓力值范圍來(lái)設(shè)定泄壓部撕裂所需 的預(yù)定壓力，也就是泄壓部上的線段狀刻痕以及泄壓部的材質(zhì)以及厚度由電池處以危險(xiǎn)狀 態(tài)下的內(nèi)壓決定。電池內(nèi)壓升高時(shí)，防爆圈整體首先向外膨脹變形，提供一個(gè)電池內(nèi)部的擴(kuò) 大空間，緩解內(nèi)壓升高。防爆圈變形的同時(shí)，線段狀刻痕處發(fā)生應(yīng)力集中。之后當(dāng)泄壓部由 于電池內(nèi)壓進(jìn)一步升高而進(jìn)一步變形時(shí)，突起上的刻痕由于應(yīng)力集中而被撕裂泄壓，避免 電池爆炸。[0038]本實(shí)用新型中連接在正極端組件上的防爆圈沿徑向的剖面大致呈V字形，且泄壓部設(shè)于防爆圈的V字形凹底處，這種結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)泄壓方式。防爆圈徑向的剖面大致 呈V字形的結(jié)構(gòu)可以有充分的受壓緩沖空間。要使防爆圈凹底的泄壓口撕裂，必須要防爆 圈首先發(fā)生膨脹變形，只有防爆圈變形才能使防爆圈V形凹陷槽上的刻痕型泄壓口受力。 當(dāng)電池內(nèi)壓升高時(shí)，首先防爆圈整體發(fā)生膨脹變形，提供一個(gè)電池內(nèi)部的擴(kuò)大空間，緩解內(nèi) 壓升高，之后當(dāng)電池內(nèi)壓進(jìn)一步升高時(shí)，V形凹陷槽泄壓部突起被拉伸，最終導(dǎo)致刻痕泄壓 口由于應(yīng)力集中而被撕裂，達(dá)到噴出電解液以泄壓的目的。為防止電池內(nèi)壓升高時(shí)防爆圈或正極端組件脫離蓋體導(dǎo)致設(shè)備損壞或人員傷亡， 同時(shí)方便防爆圈與正極端組件之間的組裝連接，在防爆圈的中部形成有豎沿，該豎沿向電 池底殼方向延伸。制造時(shí)，防爆圈中部的豎沿與正極端組件的蓋體焊接。位于電池殼體內(nèi)的卷繞式電芯由正極6碳片與負(fù)極5鋰片借助于隔膜隔離并相互 卷繞所形成，其中正極6碳片、負(fù)極5鋰片與電池殼體3之間通過(guò)邊膜4隔離開(kāi)，電芯與電 池殼體底部通過(guò)底膜7隔離。而電池殼體3上端設(shè)有上蓋膜2并與蓋帽連接，由負(fù)極5鋰 片引出的負(fù)極引出極耳10與電池上端的電池殼體連接，而由正極6碳片的集流體上引出的 正極引出極耳9則與正極端組件上的正極柱連接。加工制造時(shí)，先將正極端組件與防爆圈焊接，電池殼體與電池底殼焊接，然后將預(yù) 先制備好的卷繞電芯組裝在電池殼體內(nèi)，注液后再進(jìn)行密封。當(dāng)電池處于短路、加熱等濫用情況下，電池內(nèi)部過(guò)熱導(dǎo)致內(nèi)壓力增大，則蓋帽部分 由于受壓向上鼓起，此時(shí)會(huì)減小電池內(nèi)部的壓力，若繼續(xù)過(guò)熱壓力增大，設(shè)置在防爆圈上面 的薄弱點(diǎn)泄壓部會(huì)由于應(yīng)力集中而開(kāi)啟泄壓。為使得電池內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)能均勻 地從防爆圈泄壓部泄壓，加工時(shí)把正極端組件的蓋體加厚以增加其抗壓強(qiáng)度，保證其在防 爆圈泄壓時(shí)正極端組件不會(huì)變形。實(shí)際應(yīng)用時(shí)正極端組件蓋體的厚度以1 2毫米為宜。本實(shí)施例鋰電池結(jié)構(gòu)具有下述顯著優(yōu)點(diǎn)。1、解決了短路及高溫內(nèi)壓過(guò)高的安全問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)有效的安全泄壓；2、單一的氣 室位于電池上部，直接作用于防爆圈，敏感度增大；3、內(nèi)部有效空間增大，電池設(shè)計(jì)容量提 高；4、蓋帽結(jié)構(gòu)統(tǒng)一燒結(jié)，有利于統(tǒng)一型號(hào)降低成本。5、底部采用底蓋結(jié)構(gòu)，其厚度不易變 形，內(nèi)部壓力作用不用分散，將全部作用在頂部的防爆圈。實(shí)施例2本實(shí)施例以碳包式鋰/亞硫酰氯電池為例說(shuō)明，該電池包括電池殼體和位于電池 殼體內(nèi)的電芯。電池殼體3上端為具有正極柱的蓋帽，蓋帽由環(huán)形的防爆圈14和連接在防 爆圈內(nèi)部的正極端組件100構(gòu)成。電池殼體下端為電池底殼。電池底殼上設(shè)有注液孔，注 液孔通過(guò)鋼珠15焊接密封。本實(shí)施例與實(shí)施例1的電池殼體結(jié)構(gòu)基本一致，不同在于位于電池殼體內(nèi)的電芯 是碳包式結(jié)構(gòu)。碳包式電芯由依次套裝電池殼體內(nèi)的鋰片負(fù)極5、邊膜4、碳包正極6構(gòu)成， 碳包正極引出的集流體12連接在正極端組件上的正極柱。本實(shí)施例鋰電池結(jié)構(gòu)具有下述顯著優(yōu)點(diǎn)1、解決了短路及高溫內(nèi)壓過(guò)高的安全問(wèn)題，能實(shí)現(xiàn)有效的安全泄壓；2、單一的氣 室位于電池上部，直接作用于防爆圈，敏感度增大；避免了雙氣室內(nèi)壓傳導(dǎo)的問(wèn)題。3、內(nèi)部 有效空間增大，電池設(shè)計(jì)容量提高；4、蓋帽結(jié)構(gòu)統(tǒng)一燒結(jié)，有利于統(tǒng)一型號(hào)降低成本。5、電池底部平整，不會(huì)產(chǎn)生凹陷。6、底部采用底蓋結(jié)構(gòu)，其厚度不易變形，內(nèi)部壓力作用不用分 散，將全部作用在頂部的防爆圈 由上述兩實(shí)施例得知，本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路是在電池正極蓋帽上設(shè)置防爆結(jié) 構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)具有蓋帽的殼體式鋰離子電池都適用，而不局限于實(shí)施例所列舉的卷繞式鋰/ 亞硫酰氯電池和碳包式鋰/亞硫酰氯電池。可以推廣到鋰/亞硫酰氯Li/S0C12、鋰/硫酰 氯Li/S02C12、鋰/ 二氧化硫Li/S02、鋰/ 二氧化錳Li/Mn02、鋰/ 二硫化鐵Li/FeS2和鋰/ 硫磺Li/S等化學(xué)體系的一次電池，以及鋰離子電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等二次電池，該裝 置也可以應(yīng)用于電化學(xué)電容器的設(shè)計(jì)中。但特別是針對(duì)使用不銹鋼材料作為鋼殼的電池， 主要是指鋰/亞硫酰氯電池、鋰/硫酰氯電池、鋰/ 二氧化硫電池等具有不可燃電解液的鋰 電池。
權(quán)利要求一種鋰電池，包括電池殼體和位于電池殼體內(nèi)的電芯，電池殼體(3)上端為具有正極柱的蓋帽，電池殼體下端為電池底殼，其特征在于所述蓋帽由環(huán)形的防爆圈(14)和連接在防爆圈內(nèi)部的正極端組件(100)構(gòu)成，所述防爆圈上設(shè)置有可在預(yù)定壓力下被撕裂的泄壓部(141)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于所述的防爆圈沿徑向的剖面大致呈V 字形，泄壓部設(shè)于防爆圈的V字形凹底處，該泄壓部包括線段狀刻痕。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池，其特征在于所述泄壓部還包括剖面大致呈倒V字 形的突起，所述突起在所述防爆圈的V字形凹底處形成，所述線段狀刻痕沿周向貫穿所述 突起。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一權(quán)利要求所述的鋰電池，其特征在于所述防爆圈(14) 的中部形成有豎沿，該豎沿向電池底殼方向延伸，且與正極端組件(1)固定連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池，其特征在于防爆圈(14)與正極端組件(1)通過(guò)焊 接方式連接成蓋帽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池，其特征在于正極端組件(100)包括蓋體和設(shè)置在 蓋體上的正極柱，所述正極柱與蓋體間絕緣材料密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰電池，其特征在于所述蓋體沿徑向的剖面大致呈倒凹字 形，蓋體的厚度為1 2毫米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰電池，其特征在于所述電池底殼上設(shè)有注液孔，注液孔通 過(guò)鋼珠(15)焊接密封。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池，其特征在于所述的電芯為卷繞式電芯，該電芯由正 極(6)碳片與負(fù)極(5)鋰片借助于隔膜隔離并相互卷繞所形成，其中正極(6)碳片、負(fù)極 (5)鋰片與電池殼體(3)之間通過(guò)邊膜⑷隔離開(kāi)，電芯與電池殼體底部通過(guò)底膜(7)隔 離，而電池殼體⑶上端設(shè)有上蓋膜⑵并與蓋帽⑴連接，由負(fù)極(5)鋰片引出的負(fù)極引 出極耳(10)與電池上端的電池殼體連接，而由正極(6)碳片的集流體上引出的正極引出極 耳(9)則與正極端組件上的正極柱連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池，其特征在于所述的電芯為碳包式結(jié)構(gòu)，該電芯由 依次套裝電池殼體內(nèi)的鋰片負(fù)極(5)、邊膜(4)、碳包正極(6)構(gòu)成，碳包正極引出的集流體 (12)連接在正極端組件(100)上的正極柱。
專利摘要本實(shí)用新型涉及到鋰電池技術(shù)領(lǐng)域。一種鋰電池，包括電池殼體和位于電池殼體內(nèi)的電芯，電池殼體上端為具有正極柱的蓋帽，電池殼體下端為電池底殼。蓋帽由環(huán)形的防爆圈和連接在防爆圈內(nèi)部的正極端組件構(gòu)成，防爆圈沿徑向的剖面呈V字形，泄壓部設(shè)于V字形防爆圈的凹底處，該泄壓部為線段狀刻痕。防爆圈與正極端組件通過(guò)焊接方式連接成蓋帽。電注液孔設(shè)置在電池底殼上，并通過(guò)鋼珠焊接密封。位于電池殼體內(nèi)的電芯可以是卷繞電芯，也可以是碳包式電芯。本實(shí)用新型在電池正極蓋帽上設(shè)計(jì)了防爆結(jié)構(gòu)，使單一的氣室位于電池上部，內(nèi)壓直接作用于防爆圈，敏感度增大，而且避免了雙氣室內(nèi)壓傳導(dǎo)的問(wèn)題。同時(shí)該結(jié)構(gòu)還使得電池內(nèi)部有效空間增大，便于提高電池設(shè)計(jì)容量。
文檔編號(hào)H01M2/04GK201699092SQ20102022381
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者劉亮亮, 劉金成, 祝瑗, 胡國(guó)華, 袁中直 申請(qǐng)人:惠州億緯鋰能股份有限公司