專利名稱：用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構及使用該結構的電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鋰離子電池外包裝金屬殼結構，特別是涉及一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構及使用該結構的電池。
背景技術：
鋰離子動力電池在移動電話、便攜式計算機、攝像機、照相機等、部分代替了傳統電池。大容量鋰離子電池已在電動汽車中試用,將成為21世紀電動汽車的主要動力電源之一，已經在人造衛星、航空航天和儲能方面得到應用。鋰離子動力電池通常有兩種外型圓柱型和長方型。圓柱型電池內部采用螺旋繞 制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯或聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯復合的薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。而長方形通常是通過疊片這種形式，即一正極上放置隔膜然后負極，以此類推，疊加而成。扁型卷繞結構在長方形電池中目前也會被采用。18650圓柱型電池是世界上第一種標準化鋰離子電池。其主體外包裝為直徑18毫米，高65毫米的圓柱型鋼殼(見圖Ia圓柱形鋼殼外觀)。圓柱電池中的另外一個重要部件是中心管(見圖lb)。中心管的作用是支撐電芯，防止多次循環后塌陷。中心管的結構大多是一段兩端開口的不銹鋼細管，細管可以是沿著軸向無縫或者有縫的結構設計。中心管一般是在電芯裝入殼后再從電芯的中心插入。現有鋼殼中一個缺點是散熱問題，這同時也是圓柱形電池與軟包裝電池相比的最大弱點。測量結果顯示，大電流IOA的放電循環中，圓柱形電池的電芯中心溫度比最外層高出大約10°C。中心過高的溫度會損害循環，儲存性能，也帶來安全隱患，這種溫度的不均衡也會帶來其它問題，如電解液，電流分配不均勻等問題。鑒于此，有必要設計一種新的結構，以解決上述技術問題。
實用新型內容鑒于以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構及使用該結構的電池，用于解決現有技術中圓柱形電池散熱效果不好、損害循環、儲存性能，同時也可能帶來安全隱患的問題。為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構，該金屬殼結構包括圓柱狀本體以及自該圓柱狀本體的底部凹陷形成的中心管；該中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口或封口 ；當所述中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口時，該金屬殼結構進一步包括密封該開口的塑料帽；該中心管與該圓柱狀本體一體成型或在圓柱狀本體(I)底部焊接中心管(2)。優選地，所述塑料帽的材料選自PP、PTFE或PVDF。優選地，所述中心管的直徑典型值為2. 0-3. 2mm ;高度典型值為56_60mm。優選地，所述中心管(2)直接接觸負極起始空白銅箔。—種電池結構，該電池結構包括金屬殼體、裝設于該金屬殼體內并在中心設有收容孔的電芯、裝設于電芯上方沿電池縱向延伸的正極耳以及裝設于電芯下方的負極耳，所述負極耳呈“L”形，其垂直于正極耳的一段上設有與所述收容孔對應的通孔。如上所述，本實用新型將圓柱電池的殼體和中心管合二為一，可以節省工序成本。更大的好處是將原來的不易散熱的電芯的中心地帶通過內凹中心管壁直接面向體外大氣環境，此設計有效增加了電池鋼殼的外表面積，從而加強了電芯的散熱效果，特別加強了對熱量易于累積的電芯的中心部分的散熱效果。
圖1a為現有的普通圓柱型鋼殼結構示意圖；圖Ib為現有的中心管結構示意圖；圖2a為本實用新型的鋼殼結構示意圖，其帶有連在一體的中心管，該中心管上端封閉；圖2b為本實用新型的中心管上端開口且使用塑料帽封閉的實施例示意圖；圖3a_3b為本實用新型帶孔負極耳和電芯插入新型鋼殼示意圖；元件標號說明圓柱狀本體I中心管 2塑料帽 3電芯4正極耳41負極耳42通孔43收容孔 4具體實施方式
以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點及功效。請參閱圖I至圖3。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本實用新型所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本實用新型所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本實用新型可實施的范疇。請參閱圖2a所示的金屬殼結構示意圖。一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構，該金屬殼結構包括圓柱狀本體I以及自該圓柱狀本體的底部凹陷形成的中心管2 ;該中心管2遠離圓柱狀本體底部的一端開口或封口 ；當所述中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口時，該金屬殼結構進一步包括密封該開口的塑料帽3 ;該中心管2與該圓柱狀本體I 一體成型，或者是先有圓柱狀本體I之后將中心管2焊接在罐底。 在圓柱形鋼殼的底部中心凹進一中心管型結構，其直徑為1-4_，典型值為
2.0-3. 2mm，高度為55_62mm，典型值為56_60mm.此中心管最上端可以為封口或者開口結構。如圖2b所示，如果是開口結構，需要額外增加一個相應尺寸的小塑料帽以密封此細管上端。塑料帽的材料可以是PP，PTFE, PVDF等。使用此塑料帽3的一個潛在好處是作為一個在濫用情況下導致高溫或著火時的出氣出熱口(VENT)。塑料帽的選材可以根據相應的溫度要求來決定。請參閱圖3a_3b所示，本實用新型還提供一種電池結構，該電池結構包括金屬殼體I、裝設于該金屬殼體內并在中心設有收容孔44的電芯4、裝設于電芯4上方沿電池縱向延伸的正極耳41以及裝設于電芯下方的負極耳42，所述負極耳呈“L”形，其垂直于正極耳的一段上設有與所述收容孔對應的圓孔43。其中，該金屬殼結構包括圓柱狀本體I以及自該圓柱狀本體的底部凹陷形成的中心管2 ;該中心管2遠離圓柱狀本體底部的一端開口或封口 ；當所述中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口時，該金屬殼結構進一步包括密封該開口的塑料帽3 ;該中心管2與該圓柱狀本體I 一體成型，或是先有圓柱狀本體I之后將中心管2焊接在罐底。。如果是開口結構，需要額外增加一個相應尺寸的小塑料帽用于密封此中心管的上端開口。塑料帽的材料可以是PP，PTFE, PVDF等。使用此塑料帽3的一個潛在好處是作為一個在濫用情況下導致高溫或著火時的出氣出熱口(VENT)。塑料帽的選材可以根據相應的溫度要求來決定。該電池結構除了有效從內凹中心管壁散熱以外，另一個好處是可以省去原金屬殼底部的焊接工序。見圖3a所示，在電芯下方的負極耳回折處打一個圓孔，該圓孔直徑與中心管直徑相當大小，在入殼時將此圓孔和電芯的收容孔44對齊插入中心管2，負極極耳圓孔內緣和中心管相接觸，極耳底面亦和電池罐底接觸可充分保證電路有效聯接。這樣可以省去插入中心管的工序,將入殼和插入中心管一步完成；同時可以省去底殼電阻焊的工序費用和時間，從而節省生產成本。為了更有效散熱，電芯卷繞可以考慮先卷入銅箔，銅箔就會直接接觸中心管形成熱的良導體通路。除了 18650外，圓柱電池家族中還包括26650，26700，14450等不同尺寸。這些也都在本專利的應用范圍之內。除了不銹鋼材料，鋁，鎳，鈦，銅等其他金屬或者合金材料做成的圓柱型殼也在本專利的權利聲稱范圍之內。具體實施例如下.266503. 2Ah電池，正極材料使用錳酸鋰和三元材料的混合物，負極為一種人造石墨(例如上海杉杉科技的FSN)。在電池制作時將一根TEFLON薄膜包裹的熱電偶絲埋在電芯中心處來即時測量溫度，另一根熱電偶絲貼在鋼殼體表上測量電池體表溫度。電池做室溫下循環，電壓區間為4. 2-2. 5V，放電電流為20A或者30A。表I中數據顯示，在20-30A的大電流放電條件下，可以看到使用新型鋼殼的電池中心最高溫度比正常鋼殼低8-9°C。這展示了中心凹空的新型鋼殼設計的有效散熱作用。表I顯示的是不同電池罐體循環最高溫度差別。
權利要求1.一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構，其特征在于該金屬殼結構包括圓柱狀本體(I)以及自該圓柱狀本體的底部凹陷形成的中心管(2);該中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口或封口 ；當所述中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口時，該金屬殼結構進一步包括密封該開口的塑料帽(3);該中心管(2)與該圓柱狀本體(I) 一體成型或在圓柱狀本體⑴底部焊接中心管⑵。
2.根據權利要求I所述的一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構，其特征在于所述塑料帽(3)的材料選自PP、PTFE或PVDF。
3.根據權利要求I或2所述的一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構，其特征在于所述中心管(2)的直徑為l-4mm ;高度為55_62mm。
4.根據權利要求I或2所述的一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構，其特征在于所述中心管(2)的直徑典型值為2. 0-3. 2mm ;高度典型值為56_60mm。
5.一種電池結構，其特征在于該電池結構包括金屬殼體、裝設于該金屬殼體內并在中心設有收容孔(44)的電芯(4)、裝設于電芯上方沿電池縱向延伸的正極耳(41)以及裝設于電芯下方的負極耳(42)，所述負極耳(42)呈“L”形，其垂直于正極耳的一段上設有與所述收容孔對應的通孔(43)。
專利摘要本實用新型提供一種用于圓柱型鋰電池的金屬殼結構及使用該結構，該金屬殼結構包括圓柱狀本體(1)以及自該圓柱狀本體的底部凹陷形成的中心管(2)；該中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口或封口；當所述中心管遠離圓柱狀本體底部的一端開口時，該金屬殼結構進一步包括密封該開口的塑料帽(3)；該中心管與該圓柱狀本體為一體成型或是在圓柱狀本體(1)的底部焊接中心管。本實用新型將圓柱電池的殼體和中心管合二為一，可以節省工序成本。更大的好處是將原來的不易散熱的電芯的中心地帶通過內凹的中心管壁直接面向體外大氣環境散熱，此設計有效增加了金屬殼的面積，從而加強了電芯的散熱效果，特別加強了對熱量易于累積的電芯的中心部分散熱效果。
文檔編號H01M2/02GK202363519SQ20112052748
公開日2012年8月1日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者張波, 李明, 林永壽, 鄭宗田 申請人:協鑫動力新材料(鹽城)有限公司