一种纽扣电池的制作方法

1.本实用新型涉及微型电池技术领域，尤其涉及一种纽扣电池。


背景技术：

2.随着电子技术、微电子技术与现代智能穿戴设备的发展，市场不断的增加对电子设备供电要求，更趋于小型化，更高的能量密度；同时也要求设备携带方便，具有更好的续航体验，比如无线tws蓝牙耳机、助听器、电子肠胃镜、3d眼镜等等，既需要产品小型化、轻量化，又需要满足供电的续航，所以对电池的体积及质量提出更高的要求。
3.目前市场上小型软包聚合物电池及纽扣电池因为结构和外壳封装上占据了一定的体积，能量密度上难以再提升；尤其是在较小、较精密的设备中，对电池放置空间、耐腐蚀度要求大大增加，因为传统的钢壳纽扣电池在电解液有微量的水份的情况下产生氢氟酸(微量的水份是不可避免)，电池充电后在有电压及氢氟酸的情况下钢壳纽扣电池的正极金属极易产生电腐蚀。严重影响电池的性能包括电池容量的损失、一段时间后电池内阻升高、电池的循环性能，电腐蚀随之加深后完全损坏电池，从而直接影响了电池在精密设备领域的推广和使用。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是针对现有的微型电池存在着上述的问题，提供了一种结构简单精巧、制造成本低，可提高了纽扣电池的容量和比能量密度，密封、防爆、耐腐蚀性能好的纽扣电池。
5.为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
6.一种纽扣电池，包括具有底面及环绕底面边缘延伸的侧壁的壳体，所述壳体的上端边缘连接有盖帽，所述盖帽包括中间具有通孔的连接环及通过密封绝缘胶连接于所述连接环的表壁并用于覆盖所述通孔的电极片，所述连接环与所述壳体的上端边缘焊接；所述壳体内设有电极组件和电解液，所述电极组件的一侧通过导体电连接于壳体内壁，所述电极组件的另一侧通过导体与电极片电连接。
7.优选的，环绕所述连接环的周缘设有台阶状的凹槽，所述凹槽与所述壳体的上端边缘相适配。
8.优选的，所述连接环与所述壳体的上端边缘通过激光焊接或电阻焊接。
9.优选的，所述电极片为圆片状结构并与所述连接环同轴设置，所述电极片的直径大于所述通孔的孔径并小于所述连接环的外径。
10.优选的，所述密封绝缘胶为改性聚乙烯或环氧树脂材质。
11.优选的，所述改性聚乙烯的屈服强度大于或等于28mp，断裂强度达大于或等于30mp，断裂伸长率大于或等于500％，软化温度大于或等于90度，软化温度大于或等于90度。
12.优选的，所述通孔的孔径大于所述连接环外径的1/3。
13.优选的，所述电极片贴合连接于连接环的外壁或内壁。
14.优选的，所述电极片为正极，所述电极组件的一侧通过正极导体与所述电极片的内壁电连接，所述电极组件的另一侧通过负极导体与所述壳体的内壁电连接。
15.优选的，所述电极组件为螺旋状或层叠结构；所述正极导体为0.006-0.018mm厚度的铝箔，所述负极导体为0.006-0.016mm厚度的铜箔，所述正极导体、负极导体为矩形、条或带状结构。
16.相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：该纽扣电池结构设计简单精巧，通过将盖帽直接与壳体的上端边缘焊接，密封性能好，可提高了纽扣电池的容量和比能量密度；连接环与壳体的上端边缘焊接，电极片与连接环之间绝缘密封连接，电极片与壳体或连接环分别形成纽扣电池的两个电极，可将传统纽扣电池的两个电极面集成于一面使用，扩大了用电设备用于固定电池的空间，可以进一步减小用电设备的体积；该纽扣电池防爆性能好，电极片与连接环之间通过密封绝缘胶连接，当壳体内气压增大、壳体膨胀受热时，密封绝缘胶软化泄压达到防爆的目的，避免了纽扣电池膨胀爆炸或着火导致严重事故。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
18.图1是本实用新型实施例中纽扣电池的结构图；
19.图2是本实用新型实施例中纽扣电池的分解图；
20.图3是本实用新型另一实施例中纽扣电池的结构图；
21.图中：1为壳体，2为连接环，21为通孔，22为凹槽，3为电极片，4为密封绝缘胶，5为电极组件，51为正极导体，52为负极导体，6为绝缘垫。
具体实施方式
22.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
23.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
24.另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
25.在本技术中，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。
26.实施例：参考图1-3，本实用新型主要针对现有的纽扣电池容量或比能量密度小，不具有防爆功能，耐腐蚀性能差，使用周期短等一些问题，提供了一种纽扣电池，如图1所示，该纽扣电池括具有底面及环绕底面边缘延伸的侧壁的壳体1，壳体1为不锈钢材质，在本实施例中壳体1为上端开口的筒状结构，单壁厚度为0.1
‑‑
0.25mm，壳体1的上端边缘连接有盖帽以形成中空的容腔。
27.盖帽包括中间具有通孔21的连接环2及通过密封绝缘胶4连接于连接环2的表壁并用于覆盖通孔21的电极片3，连接环2与壳体1的上端边缘焊接；在本实施例中，连接环2的外圈与盖帽的上端通过激光焊接或电阻焊接成一体结构，电极片3与连接环2之间采用密封绝缘胶4进行密封绝缘连接，可提高容腔内的密封性能，避免了漏液漏气风险，保证了电池储存性能及使用寿命，从而提高了用电安全。传统钢壳纽扣电池因为结构限制在电池受热情况下易出现爆炸伤人、损坏用电设备等安全性。该结构的钢壳电池扔入火中或意外情况等导致电池受热或电池短路发热，由于盖帽与客体之间采用激光焊接，需要爆开的内部压力远大于已受热的密封绝缘胶4，首先是密封绝缘胶4软化而失去密封作用从而泄压达到防爆的目的，所以电池热滥用时可通过密封绝缘胶4软化泄压达到防爆的目的。
28.该纽扣电池防爆性能好，电极片3与连接环2之间通过密封绝缘胶4连接，当壳体1内气压增大、壳体1膨胀受热时，密封绝缘胶4软化泄压达到防爆的目的，避免了纽扣电池膨胀爆炸或着火导致严重事故；该纽扣电池的电极片3的表面经处理后，具有较好的耐腐蚀性能，可提高纽扣电池的使用寿命。
29.进一步的，电极片3作为纽扣电池的其中一个电极，壳体1和/或连接环2作为纽扣电池的另外一个电极，壳体1内设有电极组件5和电解液，电极组件5的一侧通过导体电连接于壳体1内壁，电极组件5的另一侧通过导体与电极片3电连接。在本实施例中，电极片3为正极，壳体1和/或连接环2为负极，电极组件5的一侧通过正极导体51焊接于电极片3的内壁，电极组件5的另一侧通过负极导体52焊接于壳体1的底壁。
30.在一具体的实施例中，如图1、图2所示，电极片3为圆片状结构，电极片3的直径大于连接环2的内径小于连接环2的外径，电极片3通过密封绝缘胶4同轴贴合连接于连接环2的内壁；通孔21为圆孔，通孔21的孔径大于所述连接环2外径的1/3。通过设置通孔21，可便于用电设备与电极片3电连接，当然，通孔21还可根据实际需求设计成多边形孔，通孔21的孔径也可小于或等于连接环2外径的1/3，只需满足用电设备能够与电极片3电连接，同时不会导致电池短路即可。由于在本实施例中，电极片3作为电池的其中一电极，连接环2作为电池的另一电极，可将电池的两个电极面集成于一个电极面使用，在使用时，可采用导线或探针的方式与用电设备电连接，可减小用电设备用于固定电池的空间，可进一步减小用电设备的体积，或增加电池的储电容量、提高用电设备的使用周期；同时集成一个电极面时，用电设备无需电池扣、电池座、导线等配件成本，降低了用电设备的生产成本及使用成本，同
时符合环保理念。
31.在另一具体的实施例中，如图3所示，电极片3通过密封绝缘胶4同轴贴合连接于连接环2的外壁；电极片3为正极，壳体1和/或连接环2为负极，由于电极片3的直径大于连接环2的内径小于连接环2的外径，在本实施例中，也可将电池的两个电极面集成于一个电极面使用；电极组件5的一侧通过正极导体51穿过通孔21焊接于电极片3的内壁，电极组件5的另一侧通过负极导体52焊接于壳体1的内壁。当然，为避免正极导体51与连接环2的内壁相接触导致电池短路，在本实施例中，连接环2的内壁设有薄片状的绝缘垫6，通过设置绝缘垫6避免正极导体51与连接环2的内壁相接触。
32.具体的，为提高盖帽与壳体1之间装配的便捷性，本实施例中，环绕连接环2的周缘设有台阶状的凹槽22，凹槽22与壳体1的上端边缘相适配，可避免盖帽在与壳体1焊接前移位，导致产生装配误差，提高装配精度，同时提高了焊接的便捷性。
33.具体的，所述密封绝缘胶为改性聚乙烯或环氧树脂材质；在本实施例中，密封绝缘胶4采用改性聚丙乙烯，具体改性方式：采用化学改性以共聚手段后再进一步以物理方式共混制得，性能优良，达到耐冲击性和耐蠕变性均满足电池要求。通过测试，改性后的密封绝缘胶4物理性能达到：屈服强度28mp以上，断裂强度达30mp以上以及非常好的韧性，断裂伸长率达500％。改性后的密封绝缘胶4与处理后的电极片3相互作用形成稳定氢键具有很好的密封性。传统的钢壳纽扣电池通常以挤压密封，即电池内金属壳和外金属壳之间有一层绝缘密封层通过模具挤压而密封其效果是半密封状态不利于电池的储存和电池的寿命，同时也不具有防爆效果。当然，密封绝缘胶4也可采用环氧树脂类亲金属胶，例如hs1021环氧胶、rs2211热熔胶等不仅限于上述胶。
34.进一步的，密封绝缘胶设置软化温度大于或等于90度，电池在热滥用时电池温度达到90度时开始泄压达到防爆目的。具体的，该结构的钢壳电池扔入火中或意外情况等导致电池受热或电池短路发热，由于盖帽与客体之间采用激光焊接，需要爆开的内部压力远大于已受热的密封绝缘胶4，首先是密封绝缘胶4软化而失去密封作用从而泄压达到防爆的目的，所以电池热滥用时温度一旦达到90度即可通过密封绝缘胶4软化泄压达到防爆的目的。
35.具体的，电极组件5为螺旋状或层叠结构；正极导体51为0.006-0.018mm厚度的铝箔，负极导体52为0.006-0.016mm厚度的铜箔，正极导体51、负极导体52为矩形、条或带状结构。在本实施例中，电极组件5制作电芯有两种方式：其一方式：电极组件5由一条长矩形正极片并且连接有至少一个以上的金属导体与壳体1或电极片3电连接，一层隔离件、一条长矩形负极极片并且连接有至少一个以上的金属导体与电极片3或壳体1电连接；再一层隔离件，共4层叠加在一起卷绕形成一个圆柱形电极组件5。其二方式：将制作好的正负电极冲切成“乒乓球拍”形状，其中“乒乓球拍”状正负电极手柄处为未涂敷正负极材料，仅是正负极的集流体铜箔和铝箔。隔离件冲制成所需大小的圆形件。电极组件5组装方式是将隔离件、“乒乓球拍”状负电极、隔离件、“乒乓球拍”状正电极依次堆叠直至所需厚度成圆柱体；负电极和正电极电“乒乓球拍”状手柄对齐，并且正负极手柄成180
°
；然后正负电极分别与两条金属导电体焊接在一起，两条金属导电体再分别与电池壳体1和电极片3电连接，形成电池。在本实施例中，正极导体51(即正极激流体)为0.006-0.018mm厚度的铝箔涂敷钴酸锂或其它正极材料形成正电极，负极导体52(即负极激流体)为0.006-0.016mm厚度的铜箔涂敷石
墨形成负电极。
36.具体的，为提高密封绝缘胶4对连接环2和电极片3之间的粘合性，以及提高电极片3的耐腐蚀性能，本实用新型还提供了一种盖帽的表面处理工艺，用于处理上述实施例中盖帽，所述工艺包括如下步骤：
37.s1、配置第一处理液，所述第一处理液以水或去离子水为溶剂，还包括：六价铬化物15～35g/l、磷化物25～45g/l、氟化物5～15g/l；
38.所述六价铬化物为氯化铬和/或重铬酸钾；所述磷化物为磷酸和/或多聚磷酸；所述氟化物为氟化铵和/或酸性氟化钠；
39.优选的实施例中，以水或去离子水为溶剂，并加入25g/l的氯化铬、35g/l的磷酸、10g/l的氟化铵，从而配置出第一处理液。
40.s2、采用第一处理液处理所述电极片3和连接环2，将所述第一处理液加热至40～70℃，并将加热后的第一处理液喷淋于所述电极片3和连接环2上5～10分钟或将所述电极片3和连接环2浸泡于加热后的第一处理液中3～6分钟，处理后用自来水清洗；
41.在本实施例中，首先冲压制作出电极片3和连接环2，材质优选为不锈钢或铝材质，电极片3和连接环2采用s1步骤中配置出的第一处理液进行处理；优选的，将第一处理液加热至50℃，并将加热后的第一处理液喷淋于电极片3和连接环2上8分钟或将电极片3和连接环2浸泡于加热后的第一处理液中4分钟，处理后用自来水清洗。
42.s3、配置第二处理液，所述第二处理液以水或去离子水为溶剂，还包括：有机酸25～45g/l、氟化合物10～20g/l、无机酸5～15g/l；
43.所述有机酸为草酸和/或丙烯酸，所述氟化合物为氟化铵和/或酸性氟化钠，所述无机酸为磷酸和/或盐酸；
44.优选的实施例中，以水或去离子水为溶剂，并加入35g/l的草酸、15g/l的氟化铵、10g/l的磷酸，从而配置出第二处理液。
45.s4、采用第二处理液将s2步骤中处理得到的电极片3和连接环2再次处理，将第二处理液加热至40～70℃，并将加热后的第二处理液喷淋于所述电极片3和连接环2上5～10分钟或将所述电极片3和连接环2浸泡于加热后的第二处理液中3～6分钟，处理后用自来水清洗；
46.在本实施例中，经过s2步骤处理的电极片3和连接环2再采用第二处理液进行处理；优选的，将第二处理液加热至55℃，并将加热后的第二处理液喷淋于电极片3和连接环2上8分钟或将电极片3和连接环2浸泡于加热后的第一处理液中4分钟，处理后用自来水清洗。
47.s5、将电极片3和连接环2经80～120℃烘干备用。
48.在本实施例中，采用经过s4步骤中处理的电极片3通过烘箱进行烘干备用，温度调节为100℃。
49.电极片3和连接环2经过上述s1～s5工艺步骤处理后，在金属表面形成一层致密的化学膜层，其作用是两个方面：
50.1、此结构电池盖帽的电极片3和连接环2必须通过密封绝缘胶4牢固粘接在一起，此方法制作的电极片3和连接环2经上述方式制作的密封绝缘胶4通过热压合在一起后形成稳定的氢键；即密封绝缘胶4和电极片3和连接环2的金属表面的化学层形成稳定的分子间
氢键形成一体，达到牢固的粘接力；经测试有优良的耐电解液性能；经测试，在85℃含水份2000ppm的电解液内浸泡10小时完全可以耐受。能够保证制作的电池储存性及后续使用的过程中长久的密封性，提高了电池及用电设备的安全性。
51.2、经该方式处理的电极片3和连接环2的金属(不锈钢)表层有极稳定的化学膜层，所以制作的电池可以耐受较传统电池更高的电压，进而可以使用更高电压的正负极材料而进一步提高电池能量密度。传统的纽扣锂离子电池电压为4.2伏，经测试，该方式的电池电压可以4.5伏甚至更高而不会腐蚀。因为传统的钢壳纽扣电池在电解液有微量的水份的情况下产生氢氟酸(微量的水份是不可避免)。电池充电后在有电压及氢氟酸的情况下钢壳纽扣电池的正极金属极易产生电腐蚀，即本实施例中的电极片3易产生电腐蚀。严重影响电池的性能包括电池容量的损失、一段时间后电池内阻升高、电池的循环性能，电腐蚀随之加深后完全损坏电池，因此经过上述工艺处理的电极片3具有较好的耐腐蚀性能。
52.由于正极电位更高，易被腐蚀，且本实施例中电极片3作为正极，壳体1作为负极，因此对电极片3进行上述s1～s5工艺步骤处理。当然，在另外的实施例中，如果壳体1与电极组件5的正极电连接，即壳体1作为正极，电极片3作为负极，由于电池的负极是低电位，不存在如上述的电腐蚀，因此本实施例中壳体1也需要经过上述s1～s5工艺步骤进行处理，而电极片3无需处理，在此不作重复阐述。
53.该纽扣电池的组装步骤为：
54.a.根据纽扣电池规格冲压制作出圆形不锈钢或铝材质的电极片3和连接环2；
55.b.将电极片3和连接环2进行上述s1～s5工艺步骤处理；
56.c.将电极片3和连接环2之间采用密封绝缘胶4进行密封绝缘热压合；
57.d.将电极组件5组装进壳体1内，并注入电解液；
58.e.采用激光焊接将盖帽的边缘与壳体1的上端密封焊接，同时采用电阻焊或激光穿透焊的方式将正极导体51和负极导体52分别焊接于电极片3的内壁和壳体1的内壁。
59.该纽扣电池结构设计简单精巧，通过将盖帽直接与壳体1的上端边缘焊接，密封性能好，可提高了纽扣电池的容量和比能量密度；在相同外形体积下较传统钢壳纽扣电池有效提高了电池内容积，电池直径6-16mm电池、高度3.0
‑‑
6.0mm，在此范围内，电池内容积有效提高了8％—20％。即电池容量在同等外形体积下容量可提高8％—20％，在使用这种小规格电池较多情况下使用电设备尽可能小，如助听器、无线tws蓝牙耳机、医用肠胃镜、小型智能穿戴等用电设备。电池容量能提高8％—20％就非常有利于该应用场景的使用和推广。
60.传统的纽扣电池密封方式是挤压式半密封，而本实施例中是连接环2与壳体1的上端边缘焊接，电极片3与连接环2之间绝缘密封连接，电极片3与壳体1或连接环2分别形成纽扣电池的两个电极，可将传统纽扣电池的两个电极面集成于一面使用，扩大了用电设备用于固定电池的空间，可以进一步减小用电设备的体积；电池储存寿命长，同时全密封不会漏液或漏气，从而有很好的储存性能。
61.传统钢壳纽扣电池因为结构限制在电池热滥用情况下易出现爆炸伤人损坏用电设备等安全性；而该纽扣电池防爆性能好，电极片3与连接环2之间通过密封绝缘胶4连接，当壳体1内气压增大、壳体1膨胀受热时，密封绝缘胶4软化泄压达到防爆的目的，避免了纽扣电池膨胀爆炸或着火导致严重事故；
62.该纽扣电池的电极片3的表面经处理后，具有较好的耐腐蚀性能，可提高纽扣电池
的使用寿命。经过s1～s5工艺步骤对盖帽和/或壳体1进行处理，电池制作方式可应用于高电压正负极体系，可提高容量10％—20％，而电池仍然有很好的综合性能而电池外壳不会被电腐蚀。传统钢壳电池正极材料电压4.2伏，材料克容量145mah/g，而采用高压材料如4.35伏—4.5伏材料克容量可达到165—200mah/g。
63.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。