一种圆柱锂离子电池的制作方法

1.本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及一种圆柱锂离子电池。


背景技术：

2.圆柱锂离子电池的外形是圆柱状的，被广泛应用于电脑笔记本、数码摄像机、照明灯具设备、电动玩具和电动工具配件等各个领域。
3.现有的圆柱锂离子电池由钢壳和盖帽组合加工而成，其中，盖帽包括密封圈、热敏电阻、排气阀等元件，上述元件往往是堆叠设置的，增加了盖帽的高度，同时使得盖帽在高度方向上的空间利用率不高。另一方面，现有技术中的钢壳往往在开口处设置滚槽，盖帽和钢壳组装时，将盖帽的下端面与滚槽的上端面进行贴合，以实现钢壳和盖帽的组装，滚槽的设置使得钢壳在高度方向上存在冗余空间，降低了钢壳在高度方向上的空间利用率。
4.由此可见，现有技术中圆柱锂离子电池的盖帽和钢壳在高度方向上的空间利用率都偏低，导致了圆柱锂离子电池在高度方向上的空间利用率偏低，进而使得圆柱锂离子电池的空间利用率还有待提高。因此，如何提高圆柱锂离子电池在高度方向上的空间利用率，以提高其空间能量密度是本领域技术人员需要解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种圆柱锂离子电池，以提高圆柱锂离子电池在高度方向上的空间利用率，进而提高其空间能量密度。
6.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种圆柱锂离子电池，包括：
8.盖帽，所述盖帽包括密封胶圈和热敏电阻，所述密封胶圈内设有安装腔，所述热敏电阻设置于所述安装腔内；
9.钢壳，所述钢壳一端开口，且开口端向外侧凸出形成扩口安装部，所述盖帽封堵在所述开口端，所述密封胶圈密封安装于所述扩口安装部内，所述钢壳底部设有排气结构。
10.作为优选地，所述排气结构为刻痕，所述刻痕被配置为在圆柱锂离子电池内的压力达到所述刻痕的断裂应力时，被冲破打开以释放压力。
11.作为优选地，所述刻痕为弧形刻痕。
12.作为优选地，所述弧形刻痕的数量为多个，多个所述弧形刻痕同心设置，且多个所述弧形刻痕的断裂应力随直径增大而增大。
13.作为优选地，所述刻痕为涡旋刻痕，且所述涡旋刻痕的断裂应力由内向外逐渐增大。
14.作为优选地，所述扩口安装部为阶梯结构，所述扩口安装部的台阶面与所述密封胶圈的底面贴合，所述扩口安装部的侧壁与所述密封胶圈的侧壁贴合。
15.作为优选地，所述热敏电阻与所述安装腔的接触面通过密封胶固定。
16.作为优选地，所述盖帽还包括顶盖和铝板，所述顶盖和所述铝板分别设置在所述
密封胶圈的两个端面，所述热敏电阻的两个端面分别与所述顶盖和所述铝板相接触。
17.作为优选地，所述顶盖和所述铝板的外围均套设胶圈，所述胶圈与所述钢壳的侧壁抵接。
18.作为优选地，所述热敏电阻为负温度系数热敏电阻。
19.有益效果：
20.本实用新型在密封胶圈内设置安装腔，将热敏电阻设置于安装腔内，在密封胶圈的高度空间内同时设置密封胶圈和热敏电阻，以及将排气结构设置在钢壳底部，省去了盖帽中的排气阀，有效降低了盖帽的高度，同时提高了盖帽在高度方向上的空间利用率。
21.与此同时，在钢壳的开口端向外侧凸出形成扩口安装部，密封胶圈安装于扩口安装部，由此实现盖帽与钢壳的组装，利用向外凸出的安装部，省去了滚槽结构和钢壳内的冗余空间，有效降低了钢壳的高度，使得钢壳在高度方向上的空间得到了充分利用。
22.安装腔和安装部的设置，使得圆柱锂离子电池在高度方向上的空间利用率得到了有效提高，进而使得圆柱锂离子电池的空间能量密度得到了有效提高。
附图说明
23.图1是本实用新型实施例一提供的圆柱锂离子电池的剖视图；
24.图2是本实用新型实施例一提供的圆柱锂离子电池的仰视图；
25.图3是本实用新型实施例二提供的圆柱锂离子电池的仰视图。
26.图中：
27.10、盖帽；11、密封胶圈；12、热敏电阻；13、顶盖；14、铝板；15、胶圈；20、钢壳；21、扩口安装部；22、刻痕。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
29.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件
必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
32.实施例一
33.本实施例提供一种圆柱锂离子电池，能够使圆柱锂离子电池在高度方向上的空间利用率得到有效提高，进而使得圆柱锂离子电池的空间能量密度得到有效提高。
34.如图1所示，该圆柱锂离子电池包括盖帽10和钢壳20，盖帽10包括密封胶圈11和热敏电阻12，密封胶圈11内设置有安装腔，热敏电阻12设置于安装腔内。在一个高度空间内，同时设置密封胶圈11和热敏电阻12，有效降低了盖帽10的高度，提高了盖帽10在高度方向上的空间利用率。
35.如图1所示，钢壳20一端开口，且开口端向外侧凸出形成扩口安装部21，盖帽10封堵在上述开口端，密封胶圈11密封安装于扩口安装部21内，由此实现盖帽10与钢壳20的组装。利用向外凸出的安装部，省去了滚槽结构，有效降低了钢壳20的高度，解决了由于设置滚槽而导致的钢壳20在高度方向上存在冗余空间的问题，使得钢壳20在高度方向上的空间得到了充分的利用，有效提高了钢壳20在高度方向上的空间利用率。
36.本实施例提供的圆柱锂离子电池，在盖帽10的密封胶圈11内设置安装腔、在钢壳20的开口端设置向外凸出的扩口安装部21，分别提高了盖帽10和钢壳20在高度方向上的空间利用率，使得圆柱锂离子电池整体在高度方向上的空间利用率得到了提高，最终有效提高了圆柱锂离子电池的空间能量密度。
37.进一步地，如图1所示，扩口安装部21为阶梯结构，扩口安装部21的台阶面与密封胶圈11的底面贴合，扩口安装部21的侧壁与密封胶圈11的侧壁贴合。通过扩口安装部21的台阶面与密封胶圈11的底面贴合，实现了盖帽10和钢壳20组装时，钢壳20对盖帽10安装位置的定位，与此同时，结合扩口安装部21的侧壁与密封胶圈11的侧壁贴合，实现了盖帽10和钢壳20的配合组装。另外，阶梯结构的扩口安装部21在保证了钢壳20和盖帽10能够配合组装的同时，还减小了扩口安装部21向外凸出的体积，避免了圆柱锂离子电池在使用和运输过程中发生不必要的磕碰。本实施例提供的圆柱锂离子电池，扩口安装部21的阶梯结构为单层阶梯，进一步减小了钢壳20的高度。可以理解的是，扩口安装部21的结构不仅局限于单层阶梯结构，扩口安装部21还可以是多层阶梯结构、梯形结构等多种结构，根据实际需求生产即可。
38.进一步地，如图1所示，盖帽10还包括顶盖13和铝板14，顶盖13和铝板14分别设置在密封胶圈11的两个端面，热敏电阻12的两个端面分别与顶盖13和铝板14相接触，然后再将卷芯的正极耳焊接到铝板14上，由此实现了卷芯、铝板14、热敏电阻12以及顶盖13的电连接，省去了在热敏电阻12和顶盖13之间连接导线的生产工序，以及在热敏电阻12和铝板14之间连接导线的生产工序，有效简化了生产工序，提高了生产效率，同时还避免了由于连接导线损坏而导致圆柱锂离子电池损坏的问题，有效提高了圆柱锂离子电池的可靠性。
39.进一步地，继续参照图1，顶盖13和铝板14的外围均套设胶圈15，胶圈15与钢壳20的侧壁抵接。在顶盖13和铝板14的外围设置胶圈15，提高了盖帽10与钢壳20组装接触面的摩擦力和密封性，有效提高了盖帽10和钢壳20组装的可靠性和密封性。
40.优选地，为了进一步提高盖帽10和钢壳20组装的可靠性和密封性，继续参照图1，将盖帽10组装到扩口安装部21后，在扩口安装部21的顶部进行扣边处理，使扣边后的扩口
安装部21的侧壁与胶圈15相抵接、底面与密封胶圈11的上端面相贴合，实现扩口安装部21对盖帽10的压紧和密封。
41.优选地，热敏电阻12与安装腔的接触面通过密封胶固定，避免由于热胀冷缩或其他原因导致的热敏电阻12在安装腔内晃动或掉落的问题出现，使热敏电阻12与密封胶圈11的连接更加紧密牢固，提高圆柱锂离子电池整体的可靠性。
42.进一步地，在本实施例提供的技术方案中，热敏电阻12为负温度系数热敏电阻(negative temperature coefficient thermistor，ntc)，随着电流的增大，ntc的温度不断升高，其电阻阻值随着温度的升高而降低，电阻阻值的降低使得流通于ntc的电流继续增大，其温度继续升高，直至高温ntc熔断，圆柱锂离子电池与外界的电连接被切断，由此实现圆柱锂离子电池的断电保护。可以理解的是，在其他实施方案中，热敏电阻12还可以为正温度系数热敏电阻(positive temperature coefficient thermistor，ptc)，其工作原理是：随着电流的增大，ptc的温度不断升高，其电阻阻值随着温度的升高而升高，当ptc的电阻阻值达到阈值，圆柱锂离子电池与外界的电连接被切断，由此实现圆柱锂离子电池的断电保护。本实施例采用ntc作为圆柱锂离子电池的热敏电阻，电路被切断后不再恢复通电，该技术方案对电路系统中的用电元器件起到了很好的保护作用，能够避免电路被切断后再次通电，而后又断电通电导致的用电元器件损坏的问题。
43.进一步地，圆柱锂离子电池在实际使用过程中，安装在钢壳20内的卷芯会发热升温，钢壳20内的气压随着温度的升高而升高，为了保证圆柱锂离子电池的使用安全，需要在圆柱锂离子电池上设置排气结构，使钢壳20内的高压气体能够通过排气结构排出圆柱锂离子电池。在现有技术中，为了简化生产工艺，电池生产商往往直接购买成品盖帽10，而后与自行生产的钢壳20进行组装。现有技术中的成品盖帽10结构中带有排气阀，因此，组装后的圆柱锂离子电池的排气结构是设置在盖帽10上的，这样的结构存在两个问题：首先，在盖帽10中设置排气阀，增加了盖帽10的高度，并且使盖帽10在高度方向上存在冗余空间，为了使高压气体能够顺利排出，该部分冗余空间不能得到充分利用，降低了盖帽10在高度方向上的空间利用率。其次，由于卷芯设置在钢壳20内部，而圆柱锂离子电池内部的高压气体正是由于卷芯发热造成的，因此高压气体主要集中在钢壳20内部，现有技术中的排气阀设置在盖帽10上，则钢壳20内部的高压气体需要从钢壳20流动至盖帽10，再从盖帽10上的排气阀排出，这种排气方式存在高压气体因不能及时排出而造成电池爆炸的安全隐患。
44.针对以上问题，本实施例提供了一种圆柱锂离子电池，在钢壳20底部设有排气结构，将排气结构设置于钢壳20的底部，省去盖帽10上的排气阀，从而降低了盖帽10的高度，提高盖帽10在高度方向上的空间利用率，同时使钢壳20内产生的高压气体能从钢壳20底部及时排出，提高电池使用安全性。
45.具体地，在一实施例中，如图2所示，该排气结构为刻痕22，该刻痕22可以通过冲压或者切割去料等方式形成，且该刻痕22被配置为在圆柱锂离子电池内的压力达到刻痕22的断裂应力时，被冲破打开以释放压力。本实施例提供的圆柱锂离子电池，在钢壳20底部设置刻痕22，省去了盖帽10上的排气阀，省去排气阀的盖帽10一方面降低了高度，另一方面还省去了由于设置排气阀而存在的冗余空间，使盖帽10在高度方向上的空间得到了充分利用，有效提高了盖帽10的空间利用率，进一步提高了圆柱锂离子电池的空间能量密度。除此之外，将刻痕22设置在钢壳20底部，集中在钢壳20内部的高压气体能够直接从钢壳20底部裂
开的刻痕22排出，使得圆柱锂离子电池能够及时排放其内部的高压气体，有效提高了圆柱锂离子电池的安全性。可以理解的是，断裂应力指的是刻痕22发生断裂时所能够承载的应力临界值，可以使用应力测试设备对刻痕22进行测试，并获得该应力临界值，上述应力测试设备、应力测试方法以及刻痕22制作工艺均为现有技术，在此不做过多论述。
46.进一步地，如图2所示，钢壳20底部的刻痕22为弧形刻痕，当圆柱锂离子电池内部的高压气体冲破刻痕22后，刻痕22的弧形部分裂开、非弧形部分依然与钢壳20底部相连接，使得钢壳20底部不会由于刻痕22的裂开而被破坏，刻痕22裂开后圆柱锂离子电池能够继续正常使用。另一方面，弧形结构的刻痕22结构形式简单，能够简化刻痕22制作工艺，提高生产效率。
47.优选地，继续参照图2，钢壳20底部弧形刻痕的数量为多个，多个弧形刻痕同心设置，且多个弧形刻痕的断裂应力随直径增大而增大。直径较小的弧形刻痕被冲破后，钢壳20内部的高压气体从直径较小的弧形刻痕排出，随着钢壳20内部的气体压力继续升高，当较小直径的弧形刻痕排气能力不足以排放更多的高压气体时，钢壳20内部的高压气体将较大直径的弧形刻痕冲破，而后，钢壳20内部的高压气体从较大直径刻痕22和较小直径刻痕22同时排出，有效提高了圆柱锂离子电池整体的排气能力，并且大直径刻痕22的弧长更长，排气面积更大，进一步提高了圆柱锂离子电池整体的排气能力，进而提高了圆柱锂离子电池的安全性。
48.实施例二
49.本实施例提供一种圆柱锂离子电池，该圆柱锂离子电池与实施例一提供的圆柱锂离子电池的不同之处在于：
50.如图3所示，钢壳20底部的刻痕22为涡旋刻痕，且涡旋刻痕的断裂应力由内向外逐渐增大。当内圈的涡旋刻痕被冲破后，钢壳20内部的高压气体从内圈刻痕22排出，随着钢壳20内部的气体压力升高，涡旋刻痕从内向外被逐步冲破，钢壳20内的高压气体随着被逐步冲破的涡旋刻痕平稳地排出，使得圆柱锂离子电池的排气更为平稳，提高了圆柱锂离子电池的安全性。
51.本实施例的圆柱锂离子电池的其余结构与实施例一均相同，不再赘述。
52.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。