CN219873602U - 一种高容量圆柱型锂锰电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于锂电池技术领域，具体涉及一种高容量圆柱型锂锰电池结构，包括呈圆柱形的电池外壳、设置在所述电池外壳内正极和负极、包覆于负极的侧面与底端面的隔膜、固定连接于电池外壳的顶端的盖帽组件、设置于正极的侧面与电池外壳的內周面之间的正极集流体、固定连接在盖帽组件的底端与负极之间的负极集流体和设置在电池外壳内的压板，压板的底端面用于与正极的顶端面贴合；电池外壳的內周面上设置由限位机构，限位结构的底端用于与所述压板的顶端抵持，以限制所述压板沿轴向向所述电池外壳的顶端的移动；通过压板在高容量圆柱型锂锰电池的放电过程中限制正极在其竖直方向上的膨胀，进而避免了因膨胀而造成的正极的开裂。

Description

一种高容量圆柱型锂锰电池结构

技术领域

本实用新型属于锂电池技术领域，具体涉及一种高容量圆柱型锂锰电池结构。

背景技术

圆柱型的锂锰电池具有高容量，自放电小，工作温度范围广(-40～+70℃)等特点，现有的圆柱型锂锰电池分为功率型电池和能量型电池。能量型电池要求电池的额定容量高，适合于一些需要小电流输出的电子产品，输出电流主要为毫安级或更小电流；能量型电池广泛应用于水表、气表、电表、实时时钟、PLC后备记忆电源、汽车电子、各种仪器、仪表、设备等。

现有的能量型电池在放电使用过程中，负极(锂带)失去电子，生成锂离子溶解在电解液中，并穿过隔膜扩散到正极附近，正极(二氧化锰)得到电子并与锂离子结合生成锰酸锂，但现有的能量型电池随着放电过程的进行，其正极体积会出现膨胀，使得正极在竖直方向上的高度不断增加，最终正极的膨胀会使得正极出现开裂，而正极的开裂会使电池电压突然降低到零伏，进而使电池放电过程提前终止，降低了电池的最高容量上限。

实用新型内容

本实用新型通过提供一种高容量圆柱型锂锰电池结构，解决现有的能量型电池随着放电过程的进行，其正极体积会出现膨胀，使得正极在竖直方向上的高度不断增加，最终正极的膨胀会使得正极出现开裂，而正极的开裂会使电池电压突然降低到零伏，进而使电池放电过程提前终止，降低了电池的最高容量上限的技术问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种高容量圆柱型锂锰电池结构，包括：

电池外壳，呈圆柱形；

正极，设置在所述电池外壳内；

负极，设置在所述电池外壳内；

隔膜，包覆于所述负极的侧面与底端面；用于将所述正极和所述电池外壳均与所述负极隔开；

盖帽组件，固定连接于所述电池外壳的顶端；

压板，其被设置在所述电池外壳内，覆盖在正极上，与所述正极的顶端面贴合；

所述压板与所述电池外壳之间设置限位结构，或所述压板与所述盖帽组件之间设置限位结构，以限制所述压板沿轴向向所述电池外壳的顶端的移动。

通过设置所述压板和所述限位结构，使所述限位结构将所述压板压在所述正极的顶端面上并与所述正极的顶端面贴合；使得所述压板能够在所述高容量圆柱型锂锰电池的放电过程中限制所述正极在其竖直方向上的膨胀，进而避免了因膨胀而造成的所述正极的开裂；解决了现有的能量型电池随着放电过程的进行，其正极体积会出现膨胀，使得正极在竖直方向上的高度不断增加，最终正极的膨胀会使得正极出现开裂，而正极的开裂会使电池电压突然降低到零伏，进而使电池放电过程提前终止，降低了电池的最高容量上限的技术问题。

进一步的，所述正极呈空心圆柱状，且套设在所述电池外壳内；

所述负极套设在所述正极内，所述隔膜包覆于所述负极的外周面与底端面，所述隔膜的外周面与所述正极的內周面贴合，所述隔膜的底端面与所述电池外壳的底部贴合。

通过将所述正极设置为空心圆柱状，且套设在所述电池外壳内，而所述正极集流体设置于所述正极的侧面(也即所述正极的外周面)与所述电池外壳的內周面之间，最大程度地增加了所述正极集流体与外壳的接触面积，以及所述正极集流体与所述正极的接触面积，增强了所述正极的集流效果，减小了电池内阻；

同时，包覆于所述负极的外周面与底端面的所述隔膜也有效的隔开了所述负极与所述正极，并隔开了所述负极与所述电池外壳。

进一步的，所述压板呈圆环状。

进一步的，所述压板的顶端面设置有凸起部，所述限位结构的底端用于与所述凸起部的顶端抵持。

进一步的，所述凸起部包括压板的顶端面的外缘向上的第一翻边。

进一步的，所述第一翻边形成第一环形凸起部。

通过在所述压板的顶端面的外缘设置所述第一翻边或所述第一环形凸起部，增加了所述压板的高度，并在所述第一环形凸起部的內周面以内形成了用于容纳电解液与所述负极集流体的容纳空间，方便了所述电解液的充填，以及所述负极集流体的安装。

进一步的，所述高容量圆柱型锂锰电池结构还包括负极集流体，所述负极为呈空心圆柱状的锂带，所述负极集流体的一端焊接连接在所述盖帽组件的底端，所述负极集流体的另一端伸入所述锂带的內周面，并铆接在所述锂带的內周面上。

将所述负极设置为呈空心圆柱状的锂带，使得所述锂带的内腔能够容纳电解液，增大了电解液与所述负极(也即所述锂带)的接触面积，使得电解液能够更好的浸润所述锂带。

进一步的，所述负极集流体与所述锂带的铆接处，和包覆在所述负极集流体底端的所述隔膜之间留有一段距离。

进一步的，所述高容量圆柱型锂锰电池结构还包括正极集流体，所述正极集流体为涂抹在所述电池外壳的內周面上的导电石墨，所述导电石墨与所述正极的侧面接触。

进一步的，所述限位结构包括电池外壳的向壳体内的凹陷部，所述凹陷部与所述压板抵持。

进一步的，所述限位结构包括电池外壳外周面上沿周向设置的向内凹陷的环形滚槽；所述环形滚槽在所述电池外壳的內周面上形成第二环形凸起部；所述第二环形凸起部朝向所述电池外壳底部的一侧用于与所述压板的顶端抵持。

在另一个技术方案中，所述限位结构包括所述电池外壳内壁上设置的向壳体内部突出的凸起结构；所述凸起结构与所述压板的顶端抵持。

特别的，所述凸起结构可以是但不限于包括固定连接在所述电池外壳的内周面上的至少一个限位块，所述限位块的底端用于与所述压板的顶端抵持。

进一步的，多个所述限位块沿所述电池外壳的周向间隔布置在所述电池外壳的内周面上。

在另一个技术方案中，所述限位结构包括所述压板顶端面设置的凸起部，所述凸起部向所述电池外壳的顶端方向延伸与所述盖帽组件相抵接。

进一步的，所述盖帽组件套设在所述电池外壳内，且所述盖帽组件的底端与所述限位结构的顶端抵持；

所述电池外壳的顶端沿径向内形成第二翻边，所述第二翻边压紧在所述盖帽组件的顶端面上。

通过将所述限位结构的顶端与所述盖帽组件的底端抵持，再将所述电池外壳的顶端沿径向内形成所述第二翻边，并使所述第二翻遍压紧在所述盖帽组件的顶端面上，使所述盖帽组件被夹紧在所述限位结构和所述电池外壳的顶端的所述第二翻边之间，实现所述盖帽组件与所述电池外壳之间的固定。

进一步的，所述盖帽组件包括设置于所述电池外壳的顶端，并套设在所述电池外壳内的盖帽本体和设置在所述盖帽本体和所述电池外壳的內周面之间的密封圈。

通过设置所述密封圈，使所述密封圈将所述盖帽本体和所述电池外壳之间绝缘隔离，防止电池短路。

进一步的，所述密封圈的外周面与所述电池外壳的內周面相配合，所述密封圈的內周面上沿周向开设有环形凹槽，所述盖帽本体套设在所述密封圈内，且所述盖帽本体安装在所述环形凹槽内，所述盖帽本体的外周面与所述环形凹槽的槽底相配合，所述限位结构的顶端用于与所述密封圈的底端抵持；所述第二翻边压紧在所述密封圈的顶端面上。

附图说明

图1为实施例中高容量圆柱型锂锰电池结构的轴向剖面图；

图2为实施例中压板的立体结构示意图；

图3为实施例中高容量圆柱型锂锰电池与现有的能量型电池的放电对比曲线图；

其中，1—盖帽组件、2—负极集流体、3—压板、4—电池外壳、5—正极集流体、6—正极、7—隔膜、8—负极；

1.1—盖帽本体、1.2—密封圈；

3.1—第一环形凸起部；

4.1—第二环形凸起部。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述：

如图1所示，本实施例提供了一种高容量圆柱型锂锰电池结构，包括：

电池外壳4，呈圆柱形；

正极6，设置在电池外壳4内；

负极8，设置在电池外壳4内；

隔膜7，包覆于负极8的侧面与底端面；用于将正极6和电池外壳4均与负极8隔开；

盖帽组件1，固定连接于电池外壳4的顶端；

压板3，其被设置在电池外壳4内，覆盖在正极6上，与正极6的顶端面贴合；

压板3与电池外壳4之间设置限位结构，或压板3与盖帽组件1之间设置限位结构，以限制压板3沿轴向向电池外壳4的顶端的移动。

通过设置压板3和限位结构，使限位结构将压板3压在正极6的顶端面上并与正极6的顶端面贴合；使得压板3能够在高容量圆柱型锂锰电池的放电过程中限制正极6在其竖直方向上的膨胀，进而避免了因膨胀而造成的正极6的开裂；解决了现有的能量型电池随着放电过程的进行，其正极体积会出现膨胀，使得正极在竖直方向上的高度不断增加，最终正极的膨胀会使得正极出现开裂，而正极的开裂会使电池电压突然降低到零伏，进而使电池放电过程提前终止，降低了电池的最高容量上限的技术问题。

其中，如图1所示，正极6呈空心圆柱状，且套设在电池外壳4内；

负极8套设在正极6内，隔膜7包覆于负极8的外周面与底端面，隔膜7的外周面与正极6的內周面贴合，隔膜7的底端面与电池外壳4的底部贴合。

通过将正极6设置为空心圆柱状，且套设在电池外壳4内，而正极集流体5设置于正极6的侧面(也即正极6的外周面)与电池外壳4的內周面之间，最大程度地增加了正极集流体5与外壳的接触面积，以及正极集流体5与正极6的接触面积，增强了正极6的集流效果，减小了电池内阻；

同时，包覆于负极8的外周面与底端面的隔膜7也有效的隔开了负极8与正极6，并隔开了负极8与电池外壳4。

其中，如图1和图2所示，压板3呈圆环状。

通过将压板3设置为与正极6(空心圆柱状)对应的圆环状，使压板3的底端面能够与正极6的顶端面相配合，使压板3能够更好的约束正极6在轴向上的膨胀。

其中，如图2所示，压板3的顶端面设置有凸起部，限位结构的底端用于与凸起部的顶端抵持。

在本实施例中，如图2所示，凸起部包括压板3的顶端面的外缘向上的第一翻边。

在本实施例中，如图2所示，第一翻边形成第一环形凸起部3.1。

通过在压板3的顶端面的外缘设置第一翻边或第一环形凸起部3.1，增加了压板3的高度，并在第一环形凸起部3.1的內周面以内形成了用于容纳电解液与负极集流体2的容纳空间，方便了电解液的充填，以及负极集流体2的安装。

其中，如图1所示，高容量圆柱型锂锰电池结构还包括负极集流体2，负极8为呈空心圆柱状的锂带，负极集流体2的一端焊接连接在盖帽组件1的底端，负极集流体2的另一端伸入锂带的內周面，并铆接在锂带的內周面上。

将负极8设置为呈空心圆柱状的锂带，使得锂带的内腔能够容纳电解液，增大了电解液与负极8(也即锂带)的接触面积，使得电解液能够更好的浸润锂带。

其中，负极集流体2与锂带的铆接处，和包覆在负极集流体2底端的隔膜7之间留有一段距离。

其中，如图1所示，高容量圆柱型锂锰电池结构还包括正极集流体5，正极集流体5为涂抹在电池外壳4的內周面上的导电石墨，导电石墨与正极6的侧面接触。

其中，限位结构的设置方式存在多种方案，例如但不限于：

方案一：

限位结构包括电池外壳4的向壳体内的凹陷部，凹陷部与压板3抵持。

方案二：

限位结构包括电池外壳4外周面上沿周向设置的向内凹陷的环形滚槽；环形滚槽在电池外壳4的內周面上形成第二环形凸起部4.1；第二环形凸起部4.1朝向电池外壳4底部的一侧用于与压板3的顶端抵持。

方案三：

限位结构包括电池外壳4内壁上设置的向壳体内部突出的凸起结构；凸起结构与压板3的顶端抵持。

方案四：

在上述方案三的基础上，凸起结构包括固定连接在电池外壳4的内周面上的至少一个限位块，限位块的底端用于与压板3的顶端抵持。

方案五：

在上述方案四的基础上，多个限位块沿电池外壳4的周向间隔布置在电池外壳4的内周面上。

方案六：

限位结构包括压板3顶端面设置的凸起部，凸起部向电池外壳4的顶端方向延伸与盖帽组件1相抵接。

在本实施例中，如图1所示，限位结构的设置方式采用了上述方案二。

其中，如图1所示，盖帽组件1套设在电池外壳4内，且盖帽组件1的底端与限位结构的顶端(在本实施例中，也即第二环形凸起部4.1朝向电池外壳4顶部的一侧)抵持；

电池外壳4的顶端沿径向内形成第二翻边，第二翻边压紧在盖帽组件1的顶端面上。

通过将限位结构的顶端(在本实施例中，也即第二环形凸起部4.1朝向电池外壳4顶部的一侧)与盖帽组件1的底端抵持，再将电池外壳4的顶端沿径向内形成第二翻边，并使第二翻遍压紧在盖帽组件1的顶端面上，使盖帽组件1被夹紧在限位结构和电池外壳4的顶端的第二翻边之间，实现盖帽组件1与电池外壳4之间的固定。

其中，如图1所示，盖帽组件1包括设置于电池外壳4的顶端，并套设在电池外壳4内的盖帽本体1.1和设置在盖帽本体1.1和电池外壳4的內周面之间的密封圈1.2。

通过设置密封圈1.2，使密封圈1.2将盖帽本体1.1和电池外壳4之间绝缘隔离，防止电池短路。

其中，如图1所示，密封圈1.2的外周面与电池外壳4的內周面相配合，密封圈1.2的內周面上沿周向开设有环形凹槽，盖帽本体1.1套设在密封圈1.2内，且盖帽本体1.1安装在环形凹槽内，盖帽本体1.1的外周面与环形凹槽的槽底相配合，限位结构的顶端(在本实施例中，也即第二环形凸起部4.1朝向电池外壳4顶部的一侧)用于与密封圈1.2的底端抵持；第二翻边压紧在密封圈1.2的顶端面上。

将根据本实施例所提供的高容量圆柱型锂锰电池结构制造的高容量圆柱型锂锰电池与现有的能量型电池进行电池输出容量对比测试，得到高容量圆柱型锂锰电池与现有的能量型电池的放电对比曲线图(如图3所示)。

如图3所示，现有的能量型电池在电压下降至2.3V左右时,电池放电电压突然急剧下降至2.0V以下(通常因正极的膨胀开裂导致电池电压突然降低到零伏，使电池的放电终止)。

上述对比测试的结果如表1所示，根据本实施例所提供的高容量圆柱型锂锰电池结构制造的高容量圆柱型锂锰电池的输出容量为1021mAh，现有的能量型电池的输出容量为956mAh，对比之下，根据本实施例所提供的高容量圆柱型锂锰电池结构制造的高容量圆柱型锂锰电池的电池输出容量相对于现有的能量型电池的电池输出容量提升了6.8％。

表1：电池输出容量对比测试表

通过本实用新型所提供的一种高容量圆柱型锂锰电池结构，至少具有如下技术效果或优点：

1、通过设置压板3和限位结构，使限位结构将压板3压在正极6的顶端面上并与正极6的顶端面贴合；使得压板3能够在高容量圆柱型锂锰电池的放电过程中限制正极6在其竖直方向上的膨胀，进而避免了因膨胀而造成的正极6的开裂；解决了现有的能量型电池随着放电过程的进行，其正极体积会出现膨胀，使得正极在竖直方向上的高度不断增加，最终正极的膨胀会使得正极出现开裂，而正极的开裂会使电池电压突然降低到零伏，进而使电池放电过程提前终止，降低了电池的最高容量上限的技术问题。

2、通过将正极6设置为空心圆柱状，且套设在电池外壳4内，而正极集流体5设置于正极6的侧面(也即正极6的外周面)与电池外壳4的內周面之间，最大程度地增加了正极集流体5与外壳的接触面积，以及正极集流体5与正极6的接触面积，增强了正极6的集流效果，减小了电池内阻；

同时，包覆于负极8的外周面与底端面的隔膜7也有效的隔开了负极8与正极6，并隔开了负极8与电池外壳4。

3、通过将压板3设置为与正极6(空心圆柱状)对应的圆环状，使压板3的底端面能够与正极6的顶端面相配合，使压板3能够更好的约束正极6在轴向上的膨胀。

4、通过在压板3的顶端面的外缘设置第一翻边或第一环形凸起部3.1，增加了压板3的高度，并在第一环形凸起部3.1的內周面以内形成了用于容纳电解液与负极集流体2的容纳空间，方便了电解液的充填，以及负极集流体2的安装。

5、将负极8设置为呈空心圆柱状的锂带，使得锂带的内腔能够容纳电解液，增大了电解液与负极8(也即锂带)的接触面积，使得电解液能够更好的浸润锂带。

6、通过将限位结构的顶端与盖帽组件1的底端抵持，再将电池外壳4的顶端沿径向内形成第二翻边，并使第二翻遍压紧在盖帽组件1的顶端面上，使盖帽组件1被夹紧在限位结构和电池外壳4的顶端的第二翻边之间，实现盖帽组件1与电池外壳4之间的固定。

7、通过设置密封圈1.2，使密封圈1.2将盖帽本体1.1和电池外壳4之间绝缘隔离，防止电池短路。

以上仅是本实用新型的具体应用范例，对本实用新型的保护范围不构成任何限制，凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本实用新型权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于，包括：

电池外壳，呈圆柱形；

正极，设置在所述电池外壳内；

负极，设置在所述电池外壳内；

隔膜，包覆于所述负极的侧面与底端面；用于将所述正极和所述电池外壳均与所述负极隔开；

盖帽组件，固定连接于所述电池外壳的顶端；

压板，其被设置在所述电池外壳内，覆盖在正极上，与所述正极的顶端面贴合；

所述压板与所述电池外壳之间设置限位结构，或所述压板与所述盖帽组件之间设置限位结构，以限制所述压板沿轴向向所述电池外壳的顶端的移动。

2.根据权利要求1所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：所述正极呈空心圆柱状，且套设在所述电池外壳内；

所述负极套设在所述正极内，所述隔膜包覆于所述负极的外周面与底端面，所述隔膜的外周面与所述正极的內周面贴合，所述隔膜的底端面与所述电池外壳的底部贴合。

3.根据权利要求2所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：所述压板呈圆环状。

4.根据权利要求3所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：所述压板的顶端面设置有凸起部，所述限位结构的底端用于与所述凸起部的顶端抵持。

5.根据权利要求4所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：所述凸起部包括压板的顶端面的外缘向上的第一翻边。

6.根据权利要求1所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：还包括负极集流体，所述负极为呈空心圆柱状的锂带，所述负极集流体的一端焊接连接在所述盖帽组件的底端，所述负极集流体的另一端伸入所述锂带的內周面，并铆接在所述锂带的內周面上。

7.根据权利要求1所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：还包括正极集流体，所述正极集流体为涂抹在所述电池外壳的內周面上的导电石墨，所述导电石墨与所述正极的侧面接触。

8.根据权利要求1所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：所述限位结构包括电池外壳的向壳体内的凹陷部，所述凹陷部与所述压板抵持。

9.根据权利要求1、4或8所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：所述限位结构包括电池外壳外周面上沿周向设置的向内凹陷的环形滚槽；所述环形滚槽在所述电池外壳的內周面上形成第二环形凸起部；所述第二环形凸起部朝向所述电池外壳底部的一侧用于与所述压板的顶端抵持。

10.根据权利要求1所述的高容量圆柱型锂锰电池结构，其特征在于：所述限位结构包括所述压板顶端面设置的凸起部，所述凸起部向所述电池外壳的顶端方向延伸与所述盖帽组件相抵接。