專利名稱：鈕扣電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有用于保持電極和分隔件的由多個部分組成的外殼的鈕扣電池，并且本發(fā)明還涉及適于制造這樣的鈕扣電池的方法。
背景技術(shù)：
在最多種類的實施方式中，具有由金屬例如鋰、銦或?qū)?yīng)的合金制成的電極的鈕扣電池是已公知的。特別優(yōu)選的是在這樣的鈕扣電池中將鋰鋁合金或者鋰銦合金用作活性負(fù)極材料。嵌鋰材料，例如LiMOx，其中M為Co，Ni或Mn，有可能摻雜有例如Al，Ti, Mg, Zn或Cr、石墨或者磷酸鐵鋰適合作為活性正極材料。為了制造出這樣的鈕扣電池，通常的做法是將負(fù)極材料引入對應(yīng)的負(fù)極外殼半部，而將正極材料引入相關(guān)聯(lián)的正極外殼半部。在已經(jīng)計量適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)，同時如果適合的話，已經(jīng)裝配好分隔件之后，通過插入密封件可將上述兩個外殼半部組裝在一起。然后，可將所述電池封閉，特別是通過卷邊鎖縫而使所述電池封閉。然而，對于這樣的鈕扣電池而言，經(jīng)常會遇到的問題是電極的連接，特別是金屬負(fù)極與外殼的連接。金屬電極通常會被直接沖壓到前面提到的負(fù)極外殼半部中，即在壓力作用下被壓入，然而這樣的操作本身依然不能確保與外殼形成良好的電連接。所代替的是， 作為另一種措施，常常在壓入電極之前將輸出導(dǎo)體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(mesh)焊接到負(fù)極外殼半部上。另一種可選方式是，也可以將負(fù)極材料先施加到這樣的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上(例如通過電沉積)， 并且僅在這時才與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一起被引入到所述外殼半部中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供如前文所述類型的鈕扣電池，在所述鈕扣電池中，與現(xiàn)有技術(shù)的可類比的鈕扣電池的技術(shù)狀況相比，本發(fā)明的負(fù)極被更加有效地連接到所述外殼上，因此使得有可能省去一些技術(shù)輔助手段，例如如上文所述的附加的輸出導(dǎo)體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。所述目的是借助于包括如權(quán)利要求1所述的特征的鈕扣電池且借助于包括如權(quán)利要求13所述的特征的方法而得以實現(xiàn)的。所附權(quán)利要求2 — 12對本發(fā)明的鈕扣電池的多個優(yōu)選實施例進(jìn)行了限定。所附權(quán)利要求14 一 15對本發(fā)明的方法的多種優(yōu)選實施方式進(jìn)行了限定。本申請權(quán)利要求書中所使用的用語請參考本申請的說明書。與前文中所述的鈕扣電池相類似，本發(fā)明的鈕扣電池還具有用于保持電極和分隔件的由多個部分組成的外殼。然而與傳統(tǒng)的鈕扣電池相比，本發(fā)明的鈕扣電池的特征在于 在所述外殼與所述電極中的至少一個之間存在互鎖連接。在該至少一個電極與該外殼之間的連接至少部分地通過該至少一個電極與該外殼的互鎖因此得以確保。因此，在該至少一個電極與該外殼之間存在機(jī)械連接，在不破壞或者使兩個連接副中的一個至少產(chǎn)生變形的情況下，不能夠釋放松開所述機(jī)械連接。在本發(fā)明的鈕扣電池的多個優(yōu)選實施例中，該至少一個電極是本發(fā)明的鈕扣電池的陽極。因此，優(yōu)選地是在該外殼與本發(fā)明的鈕扣電池的陽極之間存在互鎖連接。
特別地，所述陽極是金屬陽極，特別是上文中已經(jīng)提到的金屬陽極。雖然例如鋅電極原則上也適用，但是特別優(yōu)選地是使用包含金屬鋰或金屬銦的電極或者由這些材料所構(gòu)成的電極。因此，本發(fā)明的鈕扣電池例如可以是鋅-空氣電池或者鋰電池。本發(fā)明的鈕扣電池的由多個部分組成的外殼優(yōu)選包括兩個外殼半部，特別是電池凹座(cell cup)和電池蓋，優(yōu)選地至少一個電極特別是陽極以互鎖方式與電池蓋相連接。 因此，電池蓋優(yōu)選為負(fù)極(negative)外殼半部，如上文中已經(jīng)提到地。對于本發(fā)明的鈕扣電池而言，類似用于負(fù)極外殼半部的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是多余的。在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的鈕扣電池相應(yīng)地具有位于負(fù)極外殼半部中的負(fù)極，而不需要另外的輸出導(dǎo)體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。負(fù)極通過前面提到的互鎖連接與外殼直接相連。在特別優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明的鈕扣電池的區(qū)別特征在于本發(fā)明的鈕扣電池具有外殼半部，特別是電池蓋，所述外殼半部的內(nèi)側(cè)具有設(shè)有底切部的至少一個凹進(jìn)部。對于本發(fā)明的鈕扣電池而言，該凹進(jìn)部優(yōu)選至少部分地填充有電極材料，優(yōu)選填充有陽極材料，特別是使得本發(fā)明的鈕扣電池的至少一個電極特別是陽極接合在至少一個底切部后面。因此就有可能實現(xiàn)前面提到的所述至少一個電極與所述外殼之間的互鎖連接。所述至少一個凹進(jìn)部優(yōu)選是所述外殼半部或電池蓋的內(nèi)側(cè)上的三維壓痕的一部分。因此對于本發(fā)明的鈕扣電池而言，所述至少一個凹進(jìn)部優(yōu)選通過成形工藝特別是壓印工藝而成形。對于所述至少一個凹進(jìn)部特別是帶有所述至少一個凹進(jìn)部的壓痕而言，特別優(yōu)選的是其位于所述外殼半部的底部區(qū)域中，特別是位于本發(fā)明的鈕扣電池的電池蓋的底部區(qū)域中。適合于本發(fā)明的鈕扣電池的電池蓋通?？偸蔷哂羞@樣一種蓋底部，所述蓋底部通常具有大體上呈平面的形狀并且所述蓋底部在工作過程中形成鈕扣電池的一個極，電流可從所述極通過負(fù)載流出。周向罩殼區(qū)域和/或周向邊緣區(qū)域通常鄰接該優(yōu)選呈平面的底部區(qū)域。所述罩殼區(qū)域優(yōu)選具有圓筒形形狀。所述邊緣區(qū)域常常包括切割邊緣，如果適當(dāng)?shù)脑挘?所述切割邊緣可向外或向內(nèi)彎曲。優(yōu)選的是，本發(fā)明的鈕扣電池的第二外殼半部，電池凹座，同樣可以具有類似的結(jié)構(gòu)。通常的情況是這樣的，即所述電池凹座與所述電池蓋經(jīng)由密封件相連接。舉例來說，這可能會涉及注射成型部分，不然就涉及薄膜密封件。適合的密封件對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已公知的。原則上，前面提到的所述至少一個凹進(jìn)部可以具有任何所需的幾何形狀。點(diǎn)狀的凹進(jìn)部以及細(xì)長的凹進(jìn)部都是適合的。然而，后者優(yōu)選用于本發(fā)明的鈕扣電池，并且因此， 所述至少一個凹進(jìn)部特別是以溝槽或切口的形式存在的至少一個細(xì)長的凹進(jìn)部。原則上，所述至少一個凹進(jìn)部在所述外殼半部的內(nèi)側(cè)上面的布置方式是任意的。 然而，優(yōu)選的是所述至少一個凹進(jìn)部形成規(guī)則的圖案。因此，特別優(yōu)選的是所述至少一個凹進(jìn)部為集合布置的圓形溝槽。原則上，所述至少一個凹進(jìn)部的橫截面也可具有最多類型的幾何形狀。然而，特別優(yōu)選的是所述至少一個凹進(jìn)部具有大體上呈矩形或者呈五邊形的橫截面(除底切部之外)。 而關(guān)于這方面的詳細(xì)描述詳見下文。所述至少一個底切部優(yōu)選地由突起(protrusion)或珠緣(bead)形成，所述突起或者所述珠緣沿著進(jìn)行所述至少一個凹進(jìn)部的頂部邊緣進(jìn)行延伸。在該突起或該珠緣的區(qū)域中，所述至少一個凹進(jìn)部的橫截面相比于所述凹進(jìn)部的至少一個處于深處的區(qū)域而言收縮。本發(fā)明的鈕扣電池的外殼優(yōu)選包含一種或者更多種金屬。例如鍍鎳深拉拔的金屬板材或三金屬特別優(yōu)選地用作外殼材料。適合的材料原則上對于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是已公知的。所述至少一個凹進(jìn)部的深度優(yōu)選達(dá)到本發(fā)明的鈕扣電池的外殼的厚度的5% -50%，其中這里，所述凹座底部區(qū)域中的外殼的最大厚度特別起到參考變量的作用。特別優(yōu)選地，所述至少一個凹進(jìn)部的深度達(dá)到該區(qū)域中的外殼厚度的5% - 25%。如上文中已經(jīng)提到地，本發(fā)明還涉及一種方法，采用所述方法可制造出如本發(fā)明所述的鈕扣電池。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，提供外殼半部，特別是外殼蓋，所述外殼半部的內(nèi)側(cè)具有設(shè)有至少一個底切部的至少一個凹進(jìn)部。在上文中已經(jīng)描述了這樣的外殼半部；請參考相應(yīng)的解釋說明。特別是，本發(fā)明的方法的區(qū)別特征在于電極材料，特別是陽極材料被引入這樣的外殼半部中，從而使得在所得到的電極與所述外殼蓋之間形成互鎖連接。這優(yōu)選是通過在壓力作用下引入特別是壓制電極材料成形為外殼半部，特別是電池蓋而得以實施的。這里，對于電極材料而言，壓力必須足夠高，從而將所述至少一個凹進(jìn)部填充達(dá)到所述底切部后面，從而使得所述材料接合在所述底切部后面且由此形成了所需的互鎖連接。為此所需要的壓力取決于相應(yīng)電極材料的多種特性，特別是硬度和可變形性。 因此，使用相對較軟的鋰銦合金即便在非常低的壓力下也可以實現(xiàn)互鎖連接。另一種可選方式是，所述電極材料可例如通過從電解液中沉積而被引入到所述外殼半部中。在電極已被引入之后，所述外殼半部可與相應(yīng)的第二半部相結(jié)合，并且這些部件可被組裝在一起從而形成鈕扣電池。如在引言中所述，例如通過對所述兩個外殼部分進(jìn)行卷邊鎖縫可使所述鈕扣電池封閉，且如果合適的話，在封閉鈕扣電池之前，當(dāng)然還要引入鈕扣電池的其它部件例如分隔件或適當(dāng)?shù)碾娊赓|(zhì)。優(yōu)選在根據(jù)本發(fā)明的方法中所構(gòu)造的外殼半部尤其采用壓印工藝進(jìn)行制造。這樣一種壓印工藝可以是根據(jù)本發(fā)明的用于制造鈕扣電池的方法的子步驟，但是其獨(dú)立地也是本發(fā)明的主題。為了制造出適當(dāng)?shù)耐鈿ぐ氩?，特別優(yōu)選地使用第一壓印沖模將至少一個第一凹進(jìn)部壓入未經(jīng)機(jī)加工的外殼半部。所述至少一個第一凹進(jìn)部根據(jù)所使用的壓印沖模例如可具有呈矩形或者呈五邊形的橫截面。在另一步驟中，使用第二壓印沖模制造出所述至少一個底切部。為此，優(yōu)選使用第二壓印沖模精確地按照如下方式將至少一個另外的底切部壓入外殼半部，從而使得在壓印過程中，所述至少一個第一凹進(jìn)部的橫截面，特別是所述凹進(jìn)部的頂邊緣區(qū)域，收縮。換言之，所述至少一個另外的凹進(jìn)部被壓印到如此接近所述至少一個第一凹進(jìn)部的位置處，以使得所述第一凹進(jìn)部的一個邊緣或多個邊緣向內(nèi)受壓。雖然原則上所述至少一個另外的凹進(jìn)部的橫截面的幾何形狀是不相關(guān)的，但是所述至少一個另外的凹進(jìn)部根據(jù)所使用的壓印沖模例如可具有呈楔形的橫截面。所述至少一個另外的凹進(jìn)部僅僅用于為所述至少一個第一凹進(jìn)部提供至少一個底切部。
通過閱讀下文中對附圖的詳細(xì)描述說明和所附的權(quán)利要求書，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會更好地理解前文中所提及的工序和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的其它有益效果。這里，本發(fā)明的單獨(dú)的特征可單獨(dú)地實踐，也可以彼此結(jié)合在一起使用。本申請中所述的實施例僅用于解釋說明和更好地理解本發(fā)明的目的，不應(yīng)被理解為對本發(fā)明起限制性作用。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的鈕扣電池的一個優(yōu)選實施例的電池蓋的橫截面；和
圖2示出了第一和第二壓印沖模(impressing punch)的橫截面，使用所述壓印沖模就有可能制造出如圖1中所示的電池蓋。
具體實施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的鈕扣電池的一個優(yōu)選實施例的電池蓋1的橫截面，其中 (A)為其整體視圖，(B)和(C)為放大剖面視圖。其中，剖面C對應(yīng)于剖面B中由圓圈所包圍的部分剖面，并且剖面B進(jìn)而對應(yīng)于整體視圖A中由圓圈所包圍的部分剖面。整體視圖A示出了電池蓋1的整個剖面，其具有帶有向外翻的切割邊緣6的周向邊緣5以及大體上呈圓形和平的底部區(qū)域。后者(平的底部區(qū)域)內(nèi)側(cè)具有規(guī)則的凹進(jìn)部2 和4的序列。在第一模擬實例中，凹進(jìn)部2具有大體上呈矩形的橫截面，而凹進(jìn)部4具有大體上呈楔形的橫截面。楔形凹進(jìn)部4被布置在兩個相應(yīng)的相鄰凹進(jìn)部2之間。在視圖B和C中以更大比例示出了帶有至少一個底切部3的凹進(jìn)部2。在該放大視圖中可以更加清楚地看到凹進(jìn)部2的底部不具有完全的平面形狀，而是具有略微朝向凹進(jìn)部2的中心傾斜的斜面。在第一模擬實例中大體上呈矩形的凹進(jìn)部2的橫截面因此也可以被描述為呈五邊形形狀的。底切部3還是易于被看到的并且由因為楔形凹進(jìn)部4被略微向內(nèi)壓制的凹進(jìn)部2的邊緣形成。凹進(jìn)部2的邊緣形成使位于其頂邊緣處的凹進(jìn)部2的橫截面收縮的突起。如果例如金屬電極在壓力作用下被壓靠在電池蓋底部的內(nèi)側(cè)上，那么電極材料可穿透進(jìn)入凹進(jìn)部2，結(jié)果是電極接合在底切部3后面并且以互鎖方式直接連接到電池蓋1上面。根據(jù)上文中所提到的優(yōu)選實施例，凹進(jìn)部2在電池蓋內(nèi)側(cè)上形成規(guī)則圖案，即它們以彼此間集合(concentrically)布置的圓的方式進(jìn)行布置，且楔形凹進(jìn)部4具有呈楔形的橫截面，被布置在帶有底切部的兩個相應(yīng)的凹進(jìn)部2之間。因此，凹進(jìn)部2和4為呈溝槽形狀的細(xì)長凹進(jìn)部。圖2示出了第一和第二壓印沖模7和8的橫截面，使用所述第一和第二壓印沖模7 和8使得有可能制造出如圖1所示的鈕扣電池蓋。所述兩個沖模中的每一個都具有主體； 對于第二壓印沖模8而言，第二壓印沖模8具有楔形立面(elevations) 9，所述楔形立面9 的橫截面大體上對應(yīng)于凹進(jìn)部4的橫截面，而第一壓印沖模7具有大體上呈五邊形的立面 10。立面9和10分別如放大視圖中所示。在平面視圖中(未示出)。在第一步驟中，第一壓印沖模7可被用以將帶有大體上呈五邊形或者呈矩形的橫截面的凹進(jìn)部壓入電池蓋。然后，第二壓印沖模8可被用于將帶有楔形橫截面的凹進(jìn)部4 引入電池蓋，第二壓印沖模8上楔形立面9的尺寸和半徑適應(yīng)于在第一步驟中壓印的凹進(jìn)部的尺寸和半徑(或者第一壓印沖模7上的立面10的尺寸和半徑)，從而使得帶有楔形橫截面的凹進(jìn)部被壓印在帶有呈五邊形或呈矩形形狀的橫截面的兩個相應(yīng)的凹進(jìn)部之間。在使用第二壓印沖模8的壓印工藝中，在第一步驟中壓印出的帶有五邊形橫截面的凹進(jìn)部的邊緣被略微向內(nèi)壓制，其中形成底切部3并且因此凹進(jìn)部2的橫截面被最終確定。
權(quán)利要求
1.一種具有用于保持電極和分隔件的由多個部分組成的外殼的鈕扣電池，其中在所述外殼與所述電極中的至少一個特別是陽極之間存在互鎖連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈕扣電池，其特征在于，所述陽極是金屬陽極，特別是包含金屬鋰或金屬鋅的陽極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述由多個部分組成的外殼包括電池凹座和電池蓋(1 )，優(yōu)選地所述陽極以互鎖方式與所述電池蓋(1)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鈕扣電池，其特征在于，所述電池蓋(1)的內(nèi)側(cè)具有設(shè)有至少一個底切部(3)的至少一個凹進(jìn)部(2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3-4中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述至少一個凹進(jìn)部 (2)是位于所述電池蓋(1)的內(nèi)側(cè)上面的三維壓痕的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述電池蓋(1)在蓋底部區(qū)域中具有至少一個凹進(jìn)部(2)，特別是帶有所述至少一個凹進(jìn)部(2)的壓痕。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述至少一個凹進(jìn)部 (2)是至少一個細(xì)長的凹進(jìn)部，特別是至少一個溝槽或切口。
8.根據(jù)權(quán)利要求3-7中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述至少一個凹進(jìn)部 (2)形成規(guī)則的圖案。
9.根據(jù)權(quán)利要求3-8中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述至少一個凹進(jìn)部 (2)為集合布置的圓形溝槽。
10.根據(jù)權(quán)利要求3-9中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述至少一個凹進(jìn)部 (2)具有大體上呈矩形或者呈五邊形的橫截面。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述外殼包含金屬板材，特別是鍍鎳深拉拔的金屬板材。
12.根據(jù)權(quán)利要求3-11中任一項所述的鈕扣電池，其特征在于，所述至少一個凹進(jìn)部 (2)的深度達(dá)到所述外殼的厚度的5% - 50% (特別是相對于所述凹座底部區(qū)域中的外殼的最大厚度而言)。
13.一種用于制造鈕扣電池，特別是根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的鈕扣電池，的方法，其中提供外殼半部(1)，所述外殼半部(1)的內(nèi)側(cè)具有設(shè)有至少一個底切部(3)的至少一個凹進(jìn)部(2)，并且其中電極材料被引入所述外殼半部(1)中，以便在所得到的電極與所述外殼半部(1)之間形成互鎖連接。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述電極材料被壓入所述蓋。
15.一種方法，特別是根據(jù)要求13-14中任一項所述的方法，其特征在于，提供外殼半部(1)，使用第一壓印沖模(7)將至少一個第一凹進(jìn)部壓入未經(jīng)機(jī)加工的外殼半部中，并且在另一步驟中，制造出的所述至少一個第一凹進(jìn)部設(shè)有至少一個底切部(3)；使用第二壓印沖模按照如下方式將至少一個第二凹進(jìn)部(4)壓入外殼半部中，從而使得所述至少一個第一凹進(jìn)部的橫截面，特別是所述第一凹進(jìn)部的頂邊緣區(qū)域，收縮。
全文摘要
本申請披露了具有用于保持電極和分隔件的由多個部分組成的外殼的鈕扣電池，其中在所述外殼與所述電極中的至少一個特別是陽極之間存在互鎖連接。此外，本申請還披露了適于制造這樣的鈕扣電池的方法，其中電極材料被引入外殼半部(1)中，其內(nèi)端面包括設(shè)有底切部(3)的至少一個凹進(jìn)部(2)，以便在所得到的電極與所述外殼半部(1)之間形成互鎖連接。
文檔編號H01M2/04GK102428591SQ201080020384
公開日2012年4月25日 申請日期2010年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月9日
發(fā)明者格洛克瓦格納 C., 瓦格納 H., 希梅勒 R. 申請人:瓦爾達(dá)微電池有限責(zé)任公司