本發(fā)明涉及鋰離子電池制造領(lǐng)域，具體涉及一種紐扣型鋰離子二次電池，及該紐扣型鋰離子二次電池的制備方法。

背景技術(shù)：

紐扣電池是一種由金屬底殼和頂殼組合而成的腔室結(jié)構(gòu)。底殼通常與正極相連，而頂殼通常與負極相連。底殼和頂殼之間隔著一層塑料膠圈(通常是聚丙烯)。膠圈同時起著密封和絕緣的功能。密封時，底殼邊沿受機械力的擠壓內(nèi)翻，與頂殼包合從而形成密閉殼體。具體的例子見US6569564。

通常地，紐扣電池的殼體內(nèi)部是由單層的正極片、隔膜紙和負極片組成的“三明治”結(jié)構(gòu)的電芯，電芯平行于殼體的上下底面水平放置。此方法制備的紐扣電池的容量非常有限。專利US20120028110A1描述了一種具有小圓柱形卷繞電芯的高容量的紐扣電池，電芯的電極片和隔膜垂直于殼體的上下底面。傳統(tǒng)上，紐扣電池的密封過程中的附帶著軸向的機械力，機械作用會引發(fā)小圓柱形電芯的變形，從而導(dǎo)致電池的生產(chǎn)不良。改進后的密封方法通過在底殼側(cè)面底部施加單純的徑向機械力，擠壓底殼側(cè)面和頂殼邊沿之間的膠圈進行密封，從而有效地地避免了在此過程中機械力對卷繞電芯的破壞作用。

鋁殼電池和圓柱形電池都采用金屬外殼，相較于聚合物軟包電池，可以在一定程度上避免由于電池內(nèi)部產(chǎn)氣而引起的外在尺寸的變化。然而，圓柱形電池的頂組合需要占用一定的空間，在高度方向上存在自身的設(shè)計極限。鋁殼電池兼具有較堅固的外殼和較大的電芯空間，可以有效避免了軟包電池和圓柱形電池各自的不足，其組裝技術(shù)可被借鑒應(yīng)用于紐扣電池的設(shè)計和制造上，成為制備高容量紐扣電池 的替代選擇。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種紐扣型鋰離子二次電池，及該紐扣型鋰離子二次電池的制備方法。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種紐扣型鋰離子二次電池，其包括電池外殼，及設(shè)于外殼內(nèi)部的電芯及電解液；所述電芯為圓柱形電芯，且電芯中心設(shè)有一內(nèi)部中空的柱狀輔助裝置；所述外殼包括頂蓋組件和底杯，且底杯開口處設(shè)有頂蓋放置位，所述頂蓋組件與底杯通過焊接固定；所述電芯兩極通過導(dǎo)片與頂蓋組件和底杯分別相連接；于外殼上還設(shè)有注液孔。

所述頂蓋組件包括中心柱狀件和一中間設(shè)有通孔的圓形蓋片，所述中心柱狀件設(shè)于圓形蓋片通孔處，且中心柱狀件與圓形蓋片之間設(shè)有絕緣墊；所述中心柱狀件中部直徑小于兩端直徑，并形成卡位，且中心柱狀件下端位于所述柱狀輔助裝置內(nèi)；所述圓形蓋片的通孔周圍設(shè)有與所述卡位配合的卡件，且該卡件上部設(shè)有中心柱狀件及絕緣墊放置位。

中心柱狀件使用的是不銹鋼。圓形蓋片和底杯使用相同的金屬材料，可以是不銹鋼或者鋁，優(yōu)先是鋁。圓形蓋片和底杯使用的材質(zhì)決定著正負極導(dǎo)片的排布以及它們外接到電池外殼的方式。當材質(zhì)是鋁時，負極導(dǎo)片居于電芯的中心，向上連接到中心柱狀件，而正極導(dǎo)片居于電芯的外圍或者中部，向中心折疊后連接到底杯的底部；當材質(zhì)是不銹鋼時，正極和負極出導(dǎo)片以及導(dǎo)片與殼體的連接方式恰好對調(diào)。導(dǎo)片與殼體的連接通過點焊、超聲波或者激光焊接等方法實現(xiàn)。

所述柱狀輔助裝置為一空心管，于該柱狀輔助裝置一側(cè)設(shè)有開口，且該開口的上端大于下端或上下端一致，所述導(dǎo)片通過上端開口進入柱狀輔助裝置內(nèi)，并與頂蓋中心柱狀件相連接。

所述電芯由正極片、負極片和隔膜在卷片機上卷繞而成，其中， 所述隔膜設(shè)于正極片與負極片之間，且電芯最外層為隔膜；電芯上下兩端與外殼接觸部均設(shè)有絕緣介子，且于底杯底部或頂蓋還設(shè)有一沉孔結(jié)構(gòu)。

所述注液孔設(shè)于頂蓋組件或底杯上；當設(shè)于頂蓋組件上時，其設(shè)于頂蓋圓形蓋片上；當設(shè)于底杯上時，該注液孔設(shè)于底杯底部中心，其包括一由底杯底部向內(nèi)凸起的凸出件，該凸出件中部設(shè)有注液孔，且該注液孔處設(shè)有一止回球，所述凸出件位于所述柱狀輔助裝置內(nèi)，于該底杯底部還設(shè)有一雙金屬片(當杯及蓋是使用鋁質(zhì)時)。

一種所述紐扣型鋰離子二次電池的制備方法，其包括以下步驟：

(1)制備電池外殼，該外殼包括底杯、頂蓋組件和注液孔；

(2)制備柱狀輔助裝置，將該柱狀輔助裝置套設(shè)于卷針上，將正極片、隔膜和負極片依次設(shè)于繞卷機上，卷繞成卷芯，或先將正極片、隔膜和負極片依次設(shè)于繞卷機上，卷繞成卷芯，再將柱狀輔助裝置置于卷芯內(nèi)，其中，隔膜設(shè)于正極片與負極片之間，且卷芯最外層為隔膜，得到電芯；

(3)將電芯上的一極向內(nèi)彎曲，然后把整個電芯放入設(shè)有絕緣介子的底杯內(nèi)，并將一極的導(dǎo)片若在上面則焊接在頂蓋上，若在下面則焊接在底杯杯底；

(4)將另一極的導(dǎo)片焊接于頂蓋組件底部，并將該極導(dǎo)片折好放入柱狀輔助裝置內(nèi)，并在電芯頂部設(shè)置絕緣介子；

(5)將頂蓋組件置于底杯開口處的頂蓋放置位，并將頂蓋與底杯焊接；

(6)通過注液孔，加入電解液后，用金屬珠子將注液孔密封，得到紐扣型鋰離子二次電池。

所述頂蓋組件包括中心柱狀件和一中間設(shè)有通孔的圓形蓋片，所述中心柱狀件設(shè)于圓形蓋片通孔處，且中心柱狀件與圓形蓋片之間設(shè)有絕緣墊；所述中心柱狀件中部直徑小于兩端直徑，并形成卡位，且 中心柱狀件下端位于所述柱狀輔助裝置內(nèi)；所述圓形蓋片的通孔周圍設(shè)有與所述卡位配合的卡件，且該卡件上部設(shè)有中心柱狀件及絕緣墊放置位。

所述柱狀輔助裝置為一空心管，于該柱狀輔助裝置一側(cè)設(shè)有開口，且該開口的上端大于下端或上下端一致，所述導(dǎo)片通過上端開口進入柱狀輔助裝置內(nèi)，并與頂蓋中心柱狀件相連接；于底杯底部或頂蓋還設(shè)有一沉孔結(jié)構(gòu)。

所述注液孔設(shè)于頂蓋組件或底杯上；當注液孔設(shè)于頂蓋組件上時，其設(shè)于頂蓋圓形蓋片上。

當設(shè)于底杯上時，該注液孔設(shè)于底杯底部中心，在底杯中心設(shè)置一由底杯底部向內(nèi)凸起的凸出件，該凸出件中部設(shè)置注液孔，在放入電芯時，所述柱狀輔助裝置套設(shè)于所述凸出件上，然后進行頂蓋組件封口焊接，然后注入電解液，用金屬珠子密封；于該底杯底部還設(shè)有一雙金屬片(當杯及蓋是使用鋁質(zhì)時)。

本發(fā)明的有益效果是：通過設(shè)置柱狀輔助裝置，于柱狀輔助裝置的頂部有一預(yù)留的豁口或者同時沿著中間向下開一條縫，方便用于不同卷繞方式，把柱狀輔助裝置插入卷芯內(nèi)，其材質(zhì)可以是聚丙烯等絕緣材料。柱狀輔助裝置可以在卷繞前就套在卷針上然后卷片，同時可以方便卷繞完畢后電芯的脫針；也可以卷繞完畢后再將柱狀輔助裝置插入到電芯中心。一方面，柱狀輔助裝置支撐著電芯的結(jié)構(gòu)，防止在電池組裝過程中電芯松散脫落；另一方面，柱狀輔助裝置的使用有利于頂蓋和底杯的契合，頂蓋底部的突出部分可以由柱狀輔助裝置容易地插入到電芯內(nèi)部，與此同時也在一定程度上固定了電芯在殼體內(nèi)部的位置。柱狀輔助裝置頂部預(yù)留的豁口是為了方便電芯中心導(dǎo)片經(jīng)由膠管接入到電池的外殼，導(dǎo)片可以在柱狀輔助裝置內(nèi)部折疊。這樣可以把影響高度空間的對象導(dǎo)入中間膠管內(nèi)，讓高度空間發(fā)揮最大用處。

通過改良鋁殼電池的組裝技術(shù)，及本發(fā)明具有特殊結(jié)構(gòu)的內(nèi)部設(shè)計，可以為電芯節(jié)省出更大的可利用空間，從而顯著提高了紐扣電池的容量。紐扣電池的頂蓋和底杯通過非機械方式(激光焊接技術(shù))密封連接。頂蓋由兩部分組成：中間突出部分為電池的一極，外圍的環(huán)形薄片為電池的另一極。兩部分之間間隔有絕緣的塑料薄膜，通過鉚釘結(jié)構(gòu)將兩部分緊密連接在一起形成頂蓋。頂蓋外圍的環(huán)形薄片使用與底杯相同的材料，以方便進行焊接密封。

把加液孔的位置從上頂部移到杯底中間，所加的厚度藏于中間膠管內(nèi)，這樣上頂有極片對應(yīng)的位置可以更薄，進一步提高內(nèi)部空間，使電池可以做得更薄或容量做得更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明柱狀輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例1結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1a.中心柱狀件 1b.絕緣墊 1c.圓形蓋片 2.底杯

3.頂蓋放置位 4.電芯 5.頂絕緣介子 6.底絕緣介子

7.注液孔 8.沉孔結(jié)構(gòu) 9.柱狀輔助裝置 10.正極片

11.負極片 12.雙金屬片

具體實施方式

實施例1：參見圖1和圖2，本實施例提供一種紐扣型鋰離子二次電池，其包括電池外殼，及設(shè)于外殼內(nèi)部的電芯4及電解液；所述電芯4為圓柱形電芯，且電芯4中心設(shè)有一內(nèi)部中空的柱狀輔助裝置9；所述外殼包括頂蓋組件和底杯2，且底杯2開口處設(shè)有頂蓋放置位3，所述頂蓋組件與底杯2通過焊接固定；所述電芯4兩極通過導(dǎo)片與頂蓋組件和底杯2分別相連接；于外殼上還設(shè)有注液孔7。

所述頂蓋組件包括中心柱狀件1a和一中間設(shè)有通孔的圓形蓋片 1c，所述中心柱狀件1a設(shè)于圓形蓋片1c通孔處，且中心柱狀件1a與圓形蓋片1c之間設(shè)有絕緣墊1b；所述中心柱狀件1a中部直徑小于兩端直徑，并形成卡位，且中心柱狀件1a下端位于所述柱狀輔助裝置9內(nèi)；所述圓形蓋片1c的通孔周圍設(shè)有與所述卡位配合的卡件，且該卡件上部設(shè)有中心柱狀件1a及絕緣墊1b放置位。

中心柱狀件1a使用的是不銹鋼。圓形蓋片1c和底杯2使用相同的金屬材料，可以是不銹鋼或者鋁，優(yōu)先是鋁。圓形蓋片和底杯使用的材質(zhì)決定著正負極導(dǎo)片的排布以及它們外接到電池外殼的方式。當材質(zhì)是鋁時，負極導(dǎo)片居于電芯的中心，向上連接到中心柱狀件，而正極導(dǎo)片居于電芯的外圍或者中部，向中心折疊后連接到底杯的底部；當材質(zhì)是不銹鋼時，正極和負極出導(dǎo)片以及導(dǎo)片與殼體的連接方式恰好對調(diào)。導(dǎo)片與殼體的連接通過點焊、超聲波或者激光焊接等方法實現(xiàn)。

所述柱狀輔助裝置9為一空心管，于該柱狀輔助裝置一側(cè)設(shè)有開口，且該開口的上端大于下端，所述導(dǎo)片通過上端開口進入柱狀輔助裝置9內(nèi)，并與頂蓋中心柱狀件1a相連接。

所述電芯由正極片10、負極片11和隔膜在卷片機上卷繞而成，其中，所述隔膜設(shè)于正極片10與負極片11之間，且電芯最外層為隔膜；電芯上下兩端與外殼接觸部均設(shè)有絕緣介子，且于底杯底部或頂蓋還設(shè)有一沉孔結(jié)構(gòu)8。

所述注液孔7設(shè)于頂蓋組件上；當設(shè)于頂蓋組件上時，其設(shè)于頂蓋圓形蓋片1c上。

一種所述紐扣型鋰離子二次電池的制備方法，其包括以下步驟：

(1)制備電池外殼，該外殼包括底杯2、頂蓋組件和注液孔7；

(2)制備柱狀輔助裝置9，將該柱狀輔助裝置9套設(shè)于卷針上，將正極片10、隔膜和負極片11依次設(shè)于繞卷機上，卷繞成卷芯，或先將正極片10、隔膜和負極片11依次設(shè)于繞卷機上，卷繞成卷芯， 再將柱狀輔助裝置9置于卷芯內(nèi)，其中，隔膜設(shè)于正極片10與負極片11之間，且卷芯最外層為隔膜，得到電芯4；

(3)將電芯4上的一極向內(nèi)彎曲，然后把整個電芯放入設(shè)有底絕緣介子6的底杯2內(nèi)，并將一極的導(dǎo)片焊接在底杯2杯底；

(4)將另一極的導(dǎo)片焊接于頂蓋組件底部，并將該極導(dǎo)片折好放入柱狀輔助裝置9內(nèi)，并在電芯4頂部設(shè)置頂絕緣介子5；

(5)將頂蓋組件置于底杯2開口處的頂蓋放置位3，并將頂蓋與底杯2焊接；

(6)通過注液孔7，加入電解液后，用金屬珠子將注液孔密封，得到紐扣型鋰離子二次電池。

所述頂蓋組件包括中心柱狀件1a和一中間設(shè)有通孔的圓形蓋片1c，所述中心柱狀件1a設(shè)于圓形蓋片1c通孔處，且中心柱狀件1a與圓形蓋片1c之間設(shè)有絕緣墊1b；所述中心柱狀件1a中部直徑小于兩端直徑，并形成卡位，且中心柱狀件1a下端位于所述柱狀輔助裝置9內(nèi)；所述圓形蓋片1c的通孔周圍設(shè)有與所述卡位配合的卡件，且該卡件上部設(shè)有中心柱狀件1a及絕緣墊1b放置位。

所述柱狀輔助裝置9為一空心管，于該柱狀輔助裝置一側(cè)設(shè)有開口，且該開口的上端大于下端，所述導(dǎo)片通過上端開口進入柱狀輔助裝置9內(nèi)，并與頂蓋中心柱狀件1a相連接。

所述注液孔7設(shè)于頂蓋組件上；當注液孔7設(shè)于頂蓋組件上時，其設(shè)于頂蓋圓形蓋片1c上。

實施例2：參見圖3，本實施例提供一種紐扣型鋰離子二次電池，及該紐扣型鋰離子二次電池的制備方法；其結(jié)構(gòu)及步驟與實施例1基本相同，其不同之處在于：

一種紐扣型鋰離子二次電池，其包括電池外殼，及設(shè)于外殼內(nèi)部的電芯4及電解液；所述電芯4為圓柱形電芯，且電芯4中心設(shè)有一內(nèi)部中空的柱狀輔助裝置9；所述外殼包括頂蓋組件和底杯2，且底 杯2開口處設(shè)有頂蓋放置位3，所述頂蓋組件與底杯2通過焊接固定；所述電芯4兩極通過導(dǎo)片與頂蓋組件和底杯2分別相連接；于外殼上還設(shè)有注液孔7。

所述頂蓋組件包括中心柱狀件1a和一中間設(shè)有通孔的圓形蓋片1c，所述中心柱狀件1a設(shè)于圓形蓋片1c通孔處，且中心柱狀件1a與圓形蓋片1c之間設(shè)有絕緣墊1b；所述中心柱狀件1a中部直徑小于兩端直徑，并形成卡位，且中心柱狀件1a下端位于所述柱狀輔助裝置9內(nèi)；所述圓形蓋片1c的通孔周圍設(shè)有與所述卡位配合的卡件，且該卡件上部設(shè)有中心柱狀件1a及絕緣墊1b放置位。

中心柱狀件1a使用的是不銹鋼。圓形蓋片1c和底杯2使用相同的金屬材料，可以是不銹鋼或者鋁，優(yōu)先是鋁。圓形蓋片和底杯使用的材質(zhì)決定著正負極導(dǎo)片的排布以及它們外接到電池外殼的方式。當材質(zhì)是鋁時，負極導(dǎo)片居于電芯的中心，向上連接到中心柱狀件，而正極導(dǎo)片居于電芯的外圍或者中部，向中心折疊后連接到底杯的底部；當材質(zhì)是不銹鋼時，正極和負極出導(dǎo)片以及導(dǎo)片與殼體的連接方式恰好對調(diào)。導(dǎo)片與殼體的連接通過點焊、超聲波或者激光焊接等方法實現(xiàn)。

所述柱狀輔助裝置9為一空心管，于該柱狀輔助裝置一側(cè)設(shè)有開口，且該開口的上端大于下端，所述導(dǎo)片通過上端開口進入柱狀輔助裝置9內(nèi)，并與頂蓋中心柱狀件1a相連接。

所述電芯由正極片10、負極片11和隔膜在卷片機上卷繞而成，其中，所述隔膜設(shè)于正極片10與負極片11之間，且電芯最外層為隔膜；電芯上下兩端與外殼接觸部均設(shè)有絕緣介子，且于底杯底部還設(shè)有一沉孔結(jié)構(gòu)8。

所述注液孔7設(shè)于底杯2上；該注液孔7設(shè)于底杯2底部中心，其包括一由底杯底部向內(nèi)凸起的凸出件，該凸出件中部設(shè)有注液孔7，且該注液孔7處設(shè)有一止回球，所述凸出件位于所述柱狀輔助裝置9 內(nèi)，于該底杯2底部還設(shè)有一雙金屬片12(當杯及蓋是使用鋁質(zhì)時)。

一種所述紐扣型鋰離子二次電池的制備方法，其包括以下步驟：

(1)制備電池外殼，該外殼包括底杯2、頂蓋組件和注液孔7；

(2)制備柱狀輔助裝置9，將該柱狀輔助裝置9套設(shè)于卷針上，將正極片10、隔膜和負極片11依次設(shè)于繞卷機上，卷繞成卷芯，或先將正極片10、隔膜和負極片11依次設(shè)于繞卷機上，卷繞成卷芯，再將柱狀輔助裝置9置于卷芯內(nèi)，其中，隔膜設(shè)于正極片10與負極片11之間，且卷芯最外層為隔膜，得到電芯4；

(3)將電芯4上的一極向內(nèi)彎曲，然后把整個電芯放入設(shè)有底絕緣介子6的底杯內(nèi)，并將一極的導(dǎo)片焊接在底杯2杯底或頂蓋5；

(4)將另一極的導(dǎo)片焊接于頂蓋組件底部，并將該極導(dǎo)片折好放入柱狀輔助裝置9內(nèi)，并在電芯4頂部設(shè)置頂絕緣介子5；

(5)將頂蓋組件置于底杯2開口處的頂蓋放置位3，并將頂蓋與底杯2焊接；

(6)通過注液孔7，加入電解液后，用金屬珠子將注液孔密封，得到紐扣型鋰離子二次電池。

所述頂蓋組件包括中心柱狀件1a和一中間設(shè)有通孔的圓形蓋片1c，所述中心柱狀件1a設(shè)于圓形蓋片1c通孔處，且中心柱狀件1a與圓形蓋片1c之間設(shè)有絕緣墊1b；所述中心柱狀件1a中部直徑小于兩端直徑，并形成卡位，且中心柱狀件1a下端位于所述柱狀輔助裝置9內(nèi)；所述圓形蓋片1c的通孔周圍設(shè)有與所述卡位配合的卡件，且該卡件上部設(shè)有中心柱狀件1a及絕緣墊1b放置位。

所述柱狀輔助裝置9為一空心管，于該柱狀輔助裝置一側(cè)設(shè)有開口，且該開口的上端大于下端，所述導(dǎo)片通過上端開口進入柱狀輔助裝置9內(nèi)，并與頂蓋中心柱狀件1a相連接。

所述注液孔7設(shè)于底杯2上。該注液孔7設(shè)于底杯2底部中心，在底杯2中心設(shè)置一由底杯2底部向內(nèi)凸起的凸出件，該凸出件中部 設(shè)置注液孔7，在放入電芯4時，所述柱狀輔助裝置9套設(shè)于所述凸出件上，然后進行頂蓋組件封口焊接，然后注入電解液，用金屬珠子密封；于該底杯底部還設(shè)有一雙金屬片12(當杯及蓋是使用鋁質(zhì)時)。

本實施例把加液孔的位置從上頂部移到杯底中間，所加的厚度藏于中間柱狀輔助裝置內(nèi)，這樣上頂有極片對應(yīng)的位置可以更薄，進一步提高內(nèi)部空間，使電池可以做得更矮或容量做得更高。

但以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，并非用以局限本發(fā)明的專利范圍，故凡運用本發(fā)明說明書內(nèi)容及附圖所作的等效變化，均包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。