本實(shí)用新型涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及卷繞扣式鋰離子電池的塞子及卷繞扣式鋰離子電池。

背景技術(shù)：

可充鋰離子電池和鋰軟包電池被廣泛應(yīng)用于可持電子設(shè)備，如移動(dòng)電話和耳機(jī)中。在特別小的設(shè)備如助聽器中，體積比能量密度是一個(gè)關(guān)鍵考慮因素。王昉等發(fā)表于2011年4月21號(hào)的名為"一種新型的螺旋卷繞電極的扣式電池配置方法"的美專利(US8,993,148 B2)中，闡述了一種在鋰軟包或?qū)盈B電極的扣式電池中體積比能量密度極占優(yōu)勢(shì)的方法。在那份專利中關(guān)于先前不同工藝的詳細(xì)比較也都論述了。

在W. 高格勒發(fā)表于2012年11月28號(hào)的中國(guó)專利CN 102804473 B中，螺旋卷繞電極亦被應(yīng)用但寬度未逐漸減少。此專利中并未用機(jī)械性壓縮來(lái)封裝電池，取而代之地是外殼水平地壓在膠圏和內(nèi)蓋上。此設(shè)計(jì)在電池中并無(wú)縱向的扣邊力，電池的密封缺少了一道保證。電極首先被電焊在導(dǎo)體上，然后導(dǎo)體在電池扣邊后在電池外部被激光焊接于外殼上。這種方法焊接由外向內(nèi)，傳導(dǎo)的熱量要穿過(guò)殼體，控制要非常精確，否則易發(fā)生虛焊導(dǎo)致焊接不良，或者過(guò)焊而焊穿殼體漏液；另外中心還需要一個(gè)較大的繞組芯來(lái)支撐焊接，該繞組芯占用內(nèi)部空間導(dǎo)致電池容量偏低。

在中國(guó)專利申請(qǐng)200910213615.1與201410156913.2以及美國(guó)專利(US8,993,148 B2)中，由于直接使用卷繞后的電極，其中心第一和第二層的極片在卷繞后處于無(wú)約束的狀態(tài)，極片與隔膜，隔膜與極片之間的距離較大。在充放電過(guò)程中，該區(qū)域內(nèi)的離子由于遷移阻力較大而發(fā)生錯(cuò)誤的移動(dòng)與堆積，從而導(dǎo)致析鋰或處于極片焊接部位的金屬發(fā)生腐蝕，最后導(dǎo)致電池可靠性下降，循環(huán)壽命短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供卷繞扣式鋰離子電池的塞子及卷繞扣式鋰離子電池，在卷繞后的電芯中心另外添加一個(gè)小塞子，實(shí)現(xiàn)中心的陰極，陽(yáng)極與隔膜緊密的貼在一起，該電池的結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積比能量高，并且具有更高的可靠性與更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：

卷繞扣式鋰離子電池的塞子，其包括主體，該主體呈圓柱狀。

所述主體的圓周側(cè)面為接觸面，所述主體的下端設(shè)有與接觸面相互垂直的底面，所述主體的上端往外延伸有逐漸縮小的錐形部，所述主體的底面往錐形部方向貫通一條通孔，或所述主體內(nèi)部實(shí)心。

進(jìn)一步，所述通孔為用于儲(chǔ)存電解液的儲(chǔ)存腔，也就是需要通孔與電池外殼內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)連通。一般體積比較小的都是采用實(shí)心設(shè)計(jì)比較好，便于生產(chǎn)。

所述塞子為主體與錐形部一體成型的塞子，所述塞子為聚乙烯材料制成的塞子，或?yàn)榫郾┎牧现瞥傻娜樱驗(yàn)榫鬯姆蚁┎牧现瞥傻娜?，或?yàn)槟猃埐牧现瞥傻娜?，或?yàn)榫勖衙淹牧现瞥傻娜樱驗(yàn)椴讳P鋼材料制成的塞子，或?yàn)殇X材料制成的塞子，或?yàn)殂~材料制成的塞子。

卷繞扣式鋰離子電池，其設(shè)有卷繞扣式鋰離子電池的塞子，其還包括：

殼體，其包括外殼及與外殼之間相互絕緣且配合形成密封空腔的內(nèi)蓋，密封空腔內(nèi)部設(shè)有電解液；

電芯，其包括第一電極、第二電極及設(shè)于第一電極與第二電極之間的隔膜，第一電極、隔膜及第二電極卷繞形成螺旋狀電芯，第一電極與外殼電性連接，所述第二電極與內(nèi)蓋電性連接；卷繞扣式鋰離子電池的塞子插入在螺旋狀電芯中央使得螺旋狀電芯中央的第一電極、隔膜及第二電極實(shí)現(xiàn)緊密貼合，卷繞扣式鋰離子電池的塞子設(shè)有主體，主體呈圓柱狀。

所述內(nèi)蓋包括第一平面、設(shè)于第一平面邊緣的肩部及設(shè)于肩部邊緣且呈環(huán)狀的第一立邊；所述第一立邊與所述第一平面相互垂直，所述肩部呈環(huán)狀且自中間往內(nèi)部凹陷；所述外殼包括與第一平面相互平行的第二平面、設(shè)于第二平面邊緣且與第二平面相互垂直的第二立邊及設(shè)于第二立邊邊緣的第一開口邊緣；所述內(nèi)蓋與所述外殼之間設(shè)有密封膠圈，所述密封膠圈包括呈環(huán)狀且設(shè)于外殼內(nèi)底部的腳邊、呈環(huán)狀且設(shè)于腳邊邊緣的第三立邊及設(shè)于第三立邊邊緣的第二開口邊緣；所述腳邊與第二平面相互平行，所述第二立邊與所述腳邊相互垂直；所述第一開口邊緣呈環(huán)狀且自中間往外部凹陷，所述第二開口邊緣的外表面與所述第二開口邊緣的內(nèi)表面相互適配，所述第二開口邊緣的內(nèi)表面與所述肩部的下端相互適配。

所述腳邊與所述第二平面之間設(shè)有第一密封圈，所述第一密封圈呈環(huán)狀；所述第一密封圈上端貼合有第一密封墊，所述第一密封圈與第二平面之間設(shè)有金屬片，所述第一極耳的一端與所述金屬片的內(nèi)表面焊接在一起，所述第一密封墊、第一密封圈及金屬片之間形成用于密封第一電極與金屬片之間焊接處的第一密封空間，所述第一電極的另一端包裹有放置第一電極裸露在電解液中的第一膠帶。

所述第二電極的一端與所述內(nèi)蓋的內(nèi)表面之間焊接在一起；所述內(nèi)蓋的內(nèi)表面貼合有第二密封圈，所述第二密封圈中間設(shè)有配合第二電極與內(nèi)蓋焊接的圓孔，所述第二密封圈的邊緣與所述肩部相適配；所述第二電極包裹有防止第二電極裸露在電解液中的第二膠帶，所述第二膠帶、第二密封圈及內(nèi)蓋之間配合形成第二密封空間。

本實(shí)用新型的有益效果是：在卷繞后的電芯中心另外添加一個(gè)小塞子，實(shí)現(xiàn)中心的陰極，陽(yáng)極與隔膜緊密的貼在一起，該電池的結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積比能量高，并且具有更高的可靠性與更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型的塞子示意圖；

圖3是本實(shí)用新型的沒(méi)有安裝塞子的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2和圖3所示，本實(shí)用新型中，內(nèi)蓋1的材料通常是不銹鋼或鍍鎳不銹鋼，結(jié)構(gòu)上至少包含一個(gè)第一平面1a，垂直的第一立邊1c和一個(gè)位于之間的肩部1b。第一立邊1c可以是圓形或橢圓形的。內(nèi)蓋1通常是電池的陽(yáng)極蓋。外殼3的材料通常是不銹鋼或鍍鎳不銹鋼，結(jié)構(gòu)上至少包含一個(gè)第二平面3a，垂直的第二立邊3b。第二立邊3b可以是圓形或橢圓形的。外殼3通常是電池的陰極殼。密封膠圈2通常是涂有電池密封膠的聚丙烯材料，被放置在第一立邊1c與第二立邊3b之間的是密封膠圈的第三立邊，另外還包括圍繞在第一密封膠圈下沿的腳邊。外殼3的第一開口邊緣3c利用機(jī)械扣邊通過(guò)密封膠圈2作用于內(nèi)蓋1肩部上的力來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的密封。塞子16可以是內(nèi)部設(shè)置一通孔162的塞子，或者是實(shí)心的塞子。

在這個(gè)密封空腔里第二電極5為陽(yáng)極，第一電極4為陰極，陽(yáng)極和陰極之間還有隔膜6通過(guò)卷繞形成圓形或橢圓形的螺旋卷。加工后的螺旋卷塞入內(nèi)蓋1中，電芯中央設(shè)有卷芯孔中加入一個(gè)預(yù)制好的塞子16，其卷軸垂直于所述內(nèi)蓋1的第一平面1a和外殼3的第二平面3a并與第一立邊1c平行。在內(nèi)蓋1上套好預(yù)先涂有密封膠圈2后，泵入含有六氟磷酸鋰的電解液，等到內(nèi)蓋1內(nèi)的電解液被卷中的第二電極5與隔膜6部分吸收后完成對(duì)電池的封口，在電池內(nèi)仍會(huì)剩有可自由流動(dòng)的部分電解液。

隔膜6通常是用多孔的單層PE膜或多層PP/PE/PP膜，其厚度大概在7到25微米之間，被放置在陽(yáng)極與陰極之間然后一起卷繞成電池外形所要求的圓形或橢圓形。隔膜6比電極的寬度要寬，寬出來(lái)的部分在裝配電池時(shí)會(huì)發(fā)生褶皺。第二電極與內(nèi)蓋之間的連接部位為第二極耳13，也就是在第一極耳的一端包裹有第二膠帶13b；第一電極4與外殼之間的連接部位為第一極耳13b，也就是第一極耳的一端包裹有第一膠帶7a。

帶極耳的加工好的電極在寬度上是逐漸變窄的。陽(yáng)極是用銅箔作為集流體，兩面涂有石墨或其它富鋰材料，留下的未涂布區(qū)作為導(dǎo)電極耳。極耳位于電極寬邊的末段，卷繞后位于螺旋卷的內(nèi)層。通過(guò)極耳與內(nèi)蓋1的第一平面1a的中心處焊接，形成陽(yáng)極與內(nèi)蓋1之間可靠并且有效的連接。陰極是用鋁箔作為集流體，兩面涂有富鋰材料，例如：鈷酸鋰，鎳錳鈷酸鋰或其混合物等。留下的未涂布區(qū)作為導(dǎo)電極耳。極耳位于電極窄邊的末段，位置與極耳相反，卷繞后位于螺旋卷的外層。極耳也可以位于不是最末端的位置，通過(guò)焊接的方法將另一種金屬片或箔材連接在電極未涂布的區(qū)域。極耳同樣適用于該方法。

內(nèi)蓋1有一個(gè)肩部1b區(qū)域主要用于電池的密封，其內(nèi)部空間高度要矮于由內(nèi)蓋的第一平面1a在中心所形成的空間高度。為充分利用其內(nèi)部空間，所以電極設(shè)計(jì)成漸變的形狀。以陽(yáng)極為例，最寬的位置位于卷繞后的中心，次寬度的位置位于肩部，而最窄的位置則位于卷繞的末端。陰極最寬處位置位于卷繞后的中心，次寬度的位置位于肩部，而最窄的位置則位于卷繞的末端。陽(yáng)極卷繞后的中心與卷繞的末端，陰極卷繞后的中心與卷繞的末端寬度對(duì)比相差大約0.1毫米到3毫米之間，最佳相差0.2毫米到1毫米之間。

本發(fā)明創(chuàng)造的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)如果陰極與陰極殼中有金屬直接暴露于電解液中，這個(gè)電池非常容易發(fā)生短路。我們認(rèn)為這是由于內(nèi)部的電極卷幾乎占用了內(nèi)部絕大多數(shù)有效空間，電極的邊緣非?？拷鼩んw，充電過(guò)程中陰極的電勢(shì)是最低的，而殼直接與外電路相連，因此其內(nèi)部暴露在電解液中的金屬容易吸收本應(yīng)該跑到富鋰材料上的鋰離子。這種鋰離子的錯(cuò)誤沉積最終會(huì)導(dǎo)致電池短路。由于充放電過(guò)程中陰極與陽(yáng)極在電池正負(fù)極上的變化，這種沉積在兩個(gè)電極上都有可能發(fā)生，因此裸露于電解液中的電極和殼內(nèi)的金屬必須要做覆蓋。

為了實(shí)現(xiàn)此目的，第一膠帶7a被用于第一電極4，第一膠帶7a一側(cè)邊與另一側(cè)邊、第二膠帶13b一側(cè)邊與另一側(cè)邊。這些膠帶貼在極耳的未涂布區(qū)和非連接區(qū)，以此保證無(wú)金屬暴露于電解液中。通常在實(shí)際情況下一小部分涂布區(qū)也會(huì)覆蓋上膠帶。

內(nèi)蓋1在其第一平面1a和肩部1b區(qū)域的內(nèi)表面覆蓋有一個(gè)中心帶孔的O形的墊圈，即第一密封墊圈，該第一密封墊圈在焊接第二并形成牢固連接之前放入。第一立邊1c的內(nèi)層金屬由于與其接觸的隔膜在實(shí)際中有覆蓋作用，可以直接暴露于電解液中而不會(huì)影響電池的性能。

外殼暴露于電解液的金屬也是需要覆蓋的。

第一電極與內(nèi)蓋之間的焊接點(diǎn)為第一焊接點(diǎn)14，第二電極與金屬片之間的焊接點(diǎn)為第二焊接點(diǎn)8。

陰極鋁集流體通過(guò)超聲波焊接在一個(gè)金屬片10上，該片通常材料是鋁。金屬片的大小與外殼內(nèi)徑的大小相同，并剛好能放在外殼內(nèi)第二平面3a上。金屬片10預(yù)先貼上中心帶孔的O型的第一密封圈，在與集流體焊接后，取另外一個(gè)圓形或橢圓形的第二密封墊整個(gè)覆蓋住焊接部位外露的金屬部分。往螺旋卷芯加注電解液后，金屬片折回并蓋住卷芯。套上外殼3通過(guò)扣邊的方法折彎外殼的第一開口邊緣3c來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。機(jī)械扣邊力通過(guò)內(nèi)蓋1b第一立邊1c和密封膠圈2將金屬片10壓緊在外殼內(nèi)的第二平面3a上，具體的位置在壓緊區(qū)，這樣保證了外殼與陰極有良好的連接。

本發(fā)明創(chuàng)造的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)如果直接使用卷繞后的電極，其中心第一和第二層的極片在卷繞后處于無(wú)約束的狀態(tài)，隔膜6與極片之間存在明顯的空隙，極片就是第一電極4和第二電極5。在充放電過(guò)程中，該區(qū)域內(nèi)的離子由于遷移阻力較大而發(fā)生錯(cuò)誤的移動(dòng)與堆積，從而導(dǎo)致析鋰或處于極片焊接部位的金屬發(fā)生腐蝕，最后導(dǎo)致電池可靠性下降，循環(huán)壽命短。因此中心處的極片與隔膜6，隔膜6與極片之間的距離必須得到有效控制。

為了實(shí)現(xiàn)此目的，處理好的電極卷芯與蓋在與殼的密封前，將一個(gè)預(yù)制好的塞子16塞入卷芯中心的空隙中，這樣實(shí)現(xiàn)中心的陰極，陽(yáng)極與隔膜6緊密的貼在一起。

在本專利中所提及的“陰極”和“陽(yáng)極”的定義是可以相互轉(zhuǎn)換的，也就是說(shuō)，內(nèi)蓋可以是陰極蓋，外殼可以是陽(yáng)極殼，電極可以是陽(yáng)極，而電極則是陰極，以此類推。

實(shí)例1

參考圖3，本發(fā)明人依照如上所述的方法，生產(chǎn)了直徑7.8毫米，高度5.3毫米。

外殼3和內(nèi)蓋1是用鍍鎳不銹鋼構(gòu)成，該不銹鋼可以是316，304或者430，其厚度在0.1到0.15毫米之間，最好0.125毫米。這個(gè)陽(yáng)極蓋的第一立邊1c是單層的。密封膠圈2由聚丙烯注塑而成，厚度在0.06到0.15毫米之間，最好0.12毫米。

陰極最好選用鎳錳鈷酸鋰等富鋰材料與其它添加劑以NMP為溶劑在真空下混合，混合好的漿料雙面涂布到鋁箔上，其厚度在0.01到0.025毫米之間，最好0.012毫米。加熱烘干涂好的材料并在對(duì)輥機(jī)中壓到所要求的厚度，厚度通常在0.1到0.2毫米之間。這個(gè)涂布通常會(huì)留下一些空白區(qū)，方便第一電極的加工。第一電極4可以采用沖切的方法加工，但最好使用激光切割機(jī)來(lái)加工成所要求的形狀。陽(yáng)極的加工方法與陰極類似，除了使用石墨作為富鋰材料，集流體的金屬材料為銅箔，其厚度在0.005到0.012毫米之間，最好0.006毫米。第一電極4與第二電極5雙折后分別在兩面貼上第一膠帶7a。

第一電極4與第二電極5用卷繞機(jī)和隔膜6一起卷成螺旋卷，隔膜是厚度0.007到0.025毫米之間的多孔的PE膜或PP/PE/PP復(fù)合膜，最佳厚度0.012毫米。隔膜的寬度比電極要寬0.5到1.5毫米。在卷繞孔的頂部折彎并壓下陽(yáng)極極耳，電芯也稱為卷芯，然后將卷芯塞入預(yù)先貼有中心帶孔的第一密封圈的陽(yáng)極蓋中，焊機(jī)焊頭通過(guò)卷繞孔將第二電極5的一端與陽(yáng)極蓋焊在一起。套上預(yù)先涂有電池密封膠的第二密封膠圈，使陽(yáng)極蓋的切口邊到達(dá)密封膠圈的腳邊。

陰極集流體通過(guò)超聲波焊接在一個(gè)金屬片上，金屬片預(yù)先貼上中心帶孔的第一密封圈，在與集流體第二電極一端焊接后，取另外一個(gè)圓形或橢圓形第一密封墊整個(gè)覆蓋住焊接部位外露的金屬部分。

以上加工好的配件，放入真空烘箱中烘烤24小時(shí)。除去水份后，放入濕度低于1%的干燥手套箱中注入含六氟磷酸鋰的電解液，待電解液被卷芯大部分吸收后，蓋上預(yù)先貼有第一密封墊的外殼，最后將其放入扣邊機(jī)中完成封口，形成一個(gè)密封的電池。

實(shí)例2

如圖1所示，不同點(diǎn)是在陽(yáng)極極耳，與陽(yáng)極蓋焊在一起后，在其中心孔中塞入一個(gè)預(yù)制好的小PP塑料的塞子16，塞子16的外經(jīng)與中心孔的內(nèi)徑一致。其它過(guò)程與實(shí)例1相同，不再累述。

對(duì)比測(cè)試：實(shí)例1與實(shí)例2電池各取100粒，首先老化一天，然后至少經(jīng)過(guò)兩次充放電循環(huán)，來(lái)活化并測(cè)量電池的容量。經(jīng)過(guò)600次循環(huán)后實(shí)例1的容量保持率80%，其中有11%的出現(xiàn)提前失效；實(shí)例2的容量保持率85%，未出現(xiàn)提前失效。循環(huán)條件：先12毫安恒流再4.2V恒壓充電，12毫安放電到3.0V。