一種使用鋰電池材料的通用電池結構的製作方法

2023-06-01 06:09:11

專利名稱：一種使用鋰電池材料的通用電池結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種通用電池結構，尤其是ー種使用鋰電池材料的通用電池結構，屬於鋰電池的技術領域。
背景技術：
我們的生活中運用的很多電池依舊在使用著傳統的一次電池，不僅使用周期短，給消費者帶來不便，而且很難避免汞的使用，產生環境汙染的問題。雖然鎳氫二次電池的產生彌補了二次電池在常用用電器上的使用這一空白，但是鎳氫二次電池的成本較一次電池高，而且循環性能並不理想，消費者往往會發現鎳氫電池在使用了十幾次以後放電性能明
顯降低了，實際這種二次電池在用了不久也就失去了實用價值，必須丟棄。其他的二次電池如鉛酸電池，由於鉛的使用，不管實在生產過程中和使用過程中，都很難控制鉛的洩露，而眾所周知鉛一旦進入水循環系統或者土地中都是對人體有害的且在段時間內無法被環境所吸收。所以在生活中，真正能反覆使用很長時間的二次電池產品還沒上市。鋰離子電池一向被視為鉛酸電池的替代產品，自從鋰離子電池的問世以來，不同類型的鋰離子電池層出不窮，包括錳酸鋰離子電池、鈷酸鋰離子電池還有三元鋰離子電池等等。磷酸鐵鋰由於其優異的安全和循環性能，自發明開始一直是業界追逐的熱點之一。市面上常見的磷酸鐵鋰電池的應用大部分是電動車以及電動汽車，UPS儲能電源或者更大功率的動カ電池等，少部分涉及到小電器的一般也是由電器廠家規定使用專用的磷酸鐵鋰電池。這就局限了磷酸鐵鋰電池的應用。相信很多的生產廠家也在不斷探索著鋰離子電池通用化的方法，但是還沒有一家電池生產廠家能付諸實際，其原因主要有以下兩個I、磷酸鐵鋰電池的一般放電平臺在3V左右，而一般的通用的一次電池，包括D、AA、AAA型電池的放電平臺都是I. 5V，放電平臺的不符造成了磷酸鐵鋰代替這些通用電池的難度；2、磷酸鐵鋰電池組合後一般需要加裝充放電控制系統以防止電池的過充和過放，這種控制系統一般都根據用電器和電池的組合來訂做的。而實際使用通用電池的電器並沒有統ー的制式，一種控制系統無法兼顧不同的用電器，如果每個用電器都配備不同的控制系統，開發成本又非常高，在實際運用中是不可能的，所以很多廠家止步於控制系統這ー
止/J/ O
發明內容本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不足，提供ー種使用鋰電池材料的通用電池結構，其結構簡單緊湊，提高通用電池的使用性能，延長使用壽命，適用範圍廣，安全可靠。按照本實用新型提供的技術方案，所述使用鋰電池材料的通用電池結構，包括電池殼體；所述電池殼體的下端部內設有採用鋰電池材料製備得到的電芯，所述電芯的正極端、負極端分別通過正極引線、負極引線與保護板電連接，所述保護板通過正極輸出線與電池殼體端部的蓋帽電連接；電芯通過保護板輸出所需的工作電壓，並當電芯的充電電壓、エ作放電電壓、工作電流或工作溫度與保護板內預設工作參數不匹配時，保護板切斷電芯的工作狀態。所述電芯採用的鋰電池材料包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鈷酸鋰。所述電池殼體包括下殼體及位於所述下殼體上端部的上殼體，所述上殼體與下殼體匹配連接，蓋帽位於上殼體上。所述上殼體對應鄰近下殼體的一端凹設有輥槽。所述電池殼體呈圓柱形。所述保護板的表面均覆蓋有薄膜。所述薄膜採用PTFE薄膜。本實用新型的優點通過鋰電池的電芯與保護板對應配合，能製造出高性能的通
用二次電池，應用範圍廣，而且特別配備的電池控制系統能有效防止電池的過充和過放，保護電池和用電器，延長電池的壽命，在保證電池使用的安全性的同時能保證通用二次電池的循環次數可以達到千次以上。

圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2為圖I的A-A向剖視圖。
具體實施方式
下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進ー步說明。如圖廣圖2所示本實用新型包括蓋帽I、輥槽2、負極引線3、正極輸出線4、保護板5、正極引線6、下殼體7、電芯8及上殼體9。如圖I和圖2所示為了能利用鋰電池材料製備出通用電池，以得到高性能二次電池，本實用新型包括電池殼體，所述電池殼體的下端部內設有電芯8，所述電芯8為採用鋰電池材料製備得到，電芯8採用鋰電池的材料包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鈷酸鋰，所述電芯8包括正極端、負極端。電芯8的正極端、負極端分別通過正極引線6、負極引線3與保護板5電連接；當電芯8的充電電壓、工作放電電壓、工作電流或工作溫度與保護板5內預設工作參數不匹配時，保護板5切斷電芯8的工作狀態。保護板5為現有鋰電池必須要利用的常規保護裝置，現有的鋰電池都要通過保護板5進行過充、過溫，過流等工作狀態保護，以使得鋰電池能安全可靠地工作，因此本實用新型利用鋰電池材料製備通用電池後，將保護板5放置於電池殼體內，不會增加製造成本及製造複雜度，本實用新型使用的保護板5可以利用現有鋰電池使用保護裝置進行製備得到，只要能使得電芯8工作時能避免過充，過放、過流，過溫及短路狀態即可，此處不再詳述保護板5的具體結構。同吋，電芯8能通過保護板5得到所需的電壓，保證電芯8輸出電壓的一致性。為了能夠將電能輸出，保護板5通過正極輸出線4與電池殼體頂端的蓋帽I電連接，從而作為電池的正極，電池殼體的底端作為電池的負極。電池殼體一般包括下殼體7及位於所述下殼體7端部的上殼體9，所述上殼體9與下殼體7對應匹配連接。蓋帽I位於上殼體9的中心區，上殼體9對應鄰近下殼體7的端部設有輥槽2。電池殼體呈圓柱狀，為了能夠防止電解液侵入保護板5，在保護板5的表面均覆蓋有薄膜，所述薄膜採用PTFE (聚四氟こ烯，Poly tetra fluoro ethylene ptfe)薄膜。[0018]下面通過製備過程及具體的實施例來說明來對本實用新型做進ー步說明。以下是本實用新型通用電池製作的方法先是根據專用的鋰離子電池正極材料配方以一定順序配成正極漿料，雙面塗布在鋁箔表面；再根據專用的鋰離子電池負極材料配方以一定順序配成負極漿料，雙面塗布在銅箔表面。正、負極片製作完成以後，根據製作的不同型號的電池選擇相應的極片和隔膜的寬度和長度，進行極片和隔膜的裁切，然後以正極、隔膜、負極、隔膜疊層的方式進行卷繞成電芯，卷繞密度一般在97%以上算是合格。將電芯8裝入電池殼體中，去溼後在真空手套箱中注入電解液。注液完成後，在上方加放保護板5，保護板5表面用PTFE薄膜完整包覆，包括與正、負極的接ロ處也完整包覆，防止電解液侵入影響保護板5的正常運作。焊接正負接ロ後封ロ化成，這就完成了一節單節電池的製作。本實用新型保護板5具有過充電壓保護功能，對於磷酸鐵鋰單節電池而言，最高限制電壓設置為4. 2V ;當檢測到的電池電壓達到這個數值時，保護板5將斷開充電電路；保護板5具有過放電壓保護功能，電池工作時消耗電能，使電池電壓降低，超過範
圍的放電會影響電池的使用壽命。對於磷酸鐵鋰單節電池而言，最低限制電壓設置為2. 0V,當檢測到的電池電壓達到這個數值時，保護板5將保護電池，使電池停止工作；保護板5具有過流保護功能，電池的工作電流過高會影響電池的使用和安全性能，根據不同類型的電池設置不同的電流上限值，當檢測到的電流超過該電流上限，保護板5將保護電池，使電池停止工作；保護板5具有短路保護功能，當由於各種外部原因導致的短路發生時，保護板5將自動切斷電路，使電池停止工作；保護板5具有溫度保護功能，當檢測到的電池溫度超過60攝氏度時，保護板5將斷開電路，使電池停止工作。實例I標準的AAA (平頭)電池，就是七號電池，標準高度是43. 6±0. 5mm，直徑是10. l±0.2mm。常用的用途有家用搖控器、小型電筒、電動玩具等，是最常見的幾種電池之一。現在市場上常見的七號電池有乾電池、鹼錳電池、鎳氫電池等，電池容量在900毫安時左右。用本實用新型製作的標準AAA電池，電池的內徑在9. 8mm左右，所以選用的保護板5內徑是9. 5mm左右。磷酸鐵鋰的正極厚度一般在130mm左右，負極厚度在IlOmm左右，隔膜厚度時20mm左右，因為隔膜有兩層，所以一般負極、正極和隔膜的厚度和估計在280mm左右，根據電池的內徑，可以估算出電池的截面積為75. 4_2左右，在這個截面積中，該使用的正極長度約為26cm，負極長度27cm，隔膜的長度約為56cm。而對應此種電池的高度，選用的極片高度是35mm。根據一般磷酸鐵鋰的容量密度，可以估算出的此種電池約為400mAh。實例2標準的AA (平頭)電池，就是五號電池，標準高度是48. 0±0. 5mm,直徑是14. 1 + 0. 2mm。常用的用途有家用搖控器、電子器件、手電筒、小型家用電器、電動玩具等，也是最常用的幾種電池之一。現在市場上常見的五號電池有乾電池、鹼錳電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等，電池容量在1400毫安時左右。用本實用新型製作的標準AA電池，電池的內徑在14mm左右，所以選用的保護板內徑是13. 8mm左右。磷酸鐵鋰的負極、正極和隔膜的厚度和估計在280mm左右，根據電池的內徑，可以估算出電池的截面積為153. 86_2左右，在這個截面積中，該使用的正極長度約為54cm，負極長度55cm，隔膜的長度約為112cm。而對應此種電池的高度，選用的極片高度是42mm。根據一般磷酸鐵鋰的容量密度，可以估算出的此種電池約為850mAh。實例3標準的D型號電池，就是一號電池，標混高度是59. O ± O. 5mm,直徑是32.3±0.2_。常用的用途有廚房灶臺點火器、手電筒、無照明區域照明、備用電池等，也是最常用的幾種電池之一。現在市場上常見的一號電池有乾電池、鹼錳電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等，電池容量在3000毫安時左右。用本實用新型製作的標準D型電池，電池的內徑在34mm左右，所以選用的保護板內徑是33. 8mm左右。磷酸鐵鋰的負極、正極和隔膜的厚度和估計在O. 28mm左右，根據電池
的內徑，可以估算出電池的截面積為907. 46mm2左右，在這個截面積中，該使用的正極長度約為324cm，負極長度325cm，隔膜的長度約為652cm。而對應此種電池的高度，選用的極片高度是53_。根據一般磷酸鐵鋰的容量密度，可以估算出的此種電池約為6000mAh。如圖f圖2所示加工時，根據需要製備相應的電芯8，並將電芯8放置於下殼體7內，電芯8的正極端、負極端分別通過正極引線6、負極引線3與保護板5電連接，保護板5通過正極輸出線4與蓋帽I電連接；並在保護板5內預先設置相應充電電壓、工作電壓、工作電流及工作溫度值。得到的電池能與通用電池配合使用，得到所需的電壓；如磷酸鐵鋰電池輸出3V電壓，可以將本實用新型通用電池直接用於需要3V工作電壓場合，節省通用電池的數量；當電芯8採用其他材料時，能夠得到相應的輸出電壓。工作時，通過蓋帽I及電池殼體的底端與相應的用電設備相連，電芯8通過保護板5輸出相應的電壓，當電芯8的充電電壓、工作放電電壓、工作電流或工作溫度與保護板5內預設工作參數不匹配時，保護板5切斷電芯8的工作狀態。
權利要求1.ー種使用鋰電池材料的通用電池結構，包括電池殼體；其特徵是所述電池殼體的下端部內設有採用鋰電池材料製備得到的電芯(8)，所述電芯(8)的正極端、負極端分別通過正極引線(6)、負極引線(3)與保護板(5)電連接，所述保護板(5)通過正極輸出線(4)與電池殼體端部的蓋帽(I)電連接；電芯(8)通過保護板(5)輸出所需的工作電壓，並當電芯(8)的充電電壓、工作放電電壓、工作電流或工作溫度與保護板(5)內預設工作參數不匹配時，保護板(5)切斷電芯(8)的工作狀態。
2.根據權利要求I所述的使用鋰電池材料的通用電池結構，其特徵是所述電芯(8)採用的鋰電池材料包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰或鈷酸鋰。
3.根據權利要求I所述的使用鋰電池材料的通用電池結構，其特徵是所述電池殼體包括下殼體(7)及位於所述下殼體(7)上端部的上殼體(9)，所述上殼體(9)與下殼體(7)匹配連接，蓋帽(I)位於上殼體(9)上。
4.根據權利要求I所述的使用鋰電池材料的通用電池結構，其特徵是所述上殼體(9)對應鄰近下殼體(7)的一端凹設有輥槽(2)。
5.根據權利要求I所述的使用鋰電池材料的通用電池結構，其特徵是所述電池殼體呈圓柱形。
6.根據權利要求I所述的使用鋰電池材料的通用電池結構，其特徵是所述保護板(5)的表面均覆蓋有薄膜。
7.根據權利要求6所述的使用鋰電池材料的通用電池結構，其特徵是所述薄膜採用PTFE薄膜。
專利摘要本實用新型涉及一種通用電池結構，尤其是一種使用鋰電池材料的通用電池結構，屬於鋰電池的技術領域。按照本實用新型提供的技術方案，所述使用鋰電池材料的通用電池結構，包括電池殼體；所述電池殼體的下端部內設有採用鋰電池材料製備得到的電芯，所述電芯的正極端、負極端分別通過正極引線、負極引線與保護板電連接，所述保護板通過正極輸出線與電池殼體端部的蓋帽電連接；電芯通過保護板輸出所需的工作電壓，並當電芯的充電電壓、工作放電電壓、工作電流或工作溫度與保護板內預設工作參數不匹配時，保護板切斷電芯的工作狀態。本實用新型結構簡單緊湊，提高通用電池的使用性能，延長使用壽命，適用範圍廣，安全可靠。
文檔編號H01M10/44GK202585669SQ20122019207
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月28日 優先權日2012年4月28日
發明者彭星橋 申請人:無錫合志科技有限公司