[发明专利]一种将保护电路内置到电池帽盖内部的锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有保护电路的锂离子电池，特别是一种将保护电路内置到电池帽盖内部的锂电池。

背景技术

现有的充电式圆柱型锂离子电芯，都是没有加装锂电专用保护板的单体电芯，通常都是应用在工业领域，如笔记本电脑、移动DVD等数码产品，根据具体应用要求，将电池进行串并联组合，并加上相应的保护电路后作成电池包，使用到特定的用电器中，与用电器通常是一一对应关系，产品的通用性不强。

由于便携式电子产品的发展，对使用高容量、可重复使用锂电池的要求越来越广泛，由于常见的圆柱型锂电池最为普及，许多没有加保护措施就直接加以使用，由于滥用导致的电池许多的安全问题。所以目前对于锂电池的应用，都是采用了加装保护板的设计。

对应单只圆柱电池加装保护板的设计，常见的有两种形式

第一种形式，在电池的头尾或者是侧面加装保护板：同类的在头部、尾部或侧面加有保护板的电池，存在一些问题：

1、电池组外观需要发生较大的变化：由于保护板具有一定的形状，这些保护板一定具有一定的体积，当保护板加装到电池的任意位置后，电池组一定会发生形状的改变。

2、存在绝缘隐患：由于保护板必须引入B+和B-两个信号，通常信号都是通过镍带同电池壳身相连的，当正极信号通过电池壳身侧面和保护板相连时，电池的侧面壳身实际上就是电池的负极，两者之间必然存在电位差，一旦此处出现短路，实际上是电池内部在出现了短路，此时保护板已经失去保护作用，会导致电池出现安全隐患。另外一种可能是出现了电池组的电压通过P-引出，如果是出现了P-镍带和电池的负极壳身短路现象，此时会出现电池没有输出的现象。

第二种方式：将保护电路放置到电池的内部的方式；现有技术中，也有将保护板系统设计到电池壳体内部的电路，即将保护板放置到电池钢壳空腔下方，构成保护板内置到钢壳内部的电池组。下面对将保护板放置到钢壳内部的方式进行一下分析：

目前圆柱型锂电池，通常都是使用电池的头部帽盖作为电池的正极，使用钢壳的尾部作为电池的负极。储存电能的电芯，放置在圆柱钢壳的空腔内部。电芯的靠近上部帽盖部分，是电池的正极引出铝带，并将铝带焊接到电池帽盖下部的铝饼上，作为引出电池的正极，并且作为隔离电池内外的分界，铝饼的另外一面和圆环型的热保护元件PPTC的一面电极相连，PPTC的另外一面电极和带有凸起的帽盖的外部相连，最终帽盖作为电池的正极和用电器相连；空腔内的卷绕电芯的下部，引出的镍带作为电池的负极，这个镍带焊接到电池的钢壳内部壳底部分，通过导电的钢壳，作为电池的负极。

传统的保护电路原理图如图1所示，电路构成由专用集成电路U1，和充当开关作用的双MOS构成，这个典型电路是目前应用最为普遍的一种方式，前面提到的内置到电池壳体内部的电池组，就是使用的这种形式的保护电路。这种电路的典型特征是起到开关作用的MOS是放置在电池负极B-和整个电池组负极P-之间，而电池的正极B+和整个电池组的正极P+是公用的。如果将这个保护板放置到电池的壳体的内部，通常的做法是将保护系统放置到电芯下方的位置，保护板的控制MOS放置到电池的下方镍带和钢壳之间。无疑这会占用放置电芯的钢壳空腔部分的体积，同时整个保护板也处于钢壳内部电池的电解液的包围之中，会给保护板上的各种金属带来腐蚀作用，还要考虑保护板需要引入一个正极信号，这个信号的引入必然会带来绝缘问题。所以，这种结构生产起来的难度非常大，成品率也很低。但如果想要将保护板放置到电池头部帽盖的部分，由于正极相连的铝饼是导电的，这样保护板必须连接的B-，P-的绝缘是无法克服的矛盾，生产中几乎无法做到。

进一步分析，这种方式的电池组上述问题还会导致下面的问题：

1、导致电池容量降低：圆柱电池的尺寸已经是通用标准，将保护板放置到电池壳体的空腔下部后，保护板占用了钢壳内部空腔的体积，必然会导致空腔内部的有效容积减少，导致可以放置的电池的活性材料的容积减少，直接导致电池的容量下降，电池为配套设备的供电时间缩短。

2、保护板被腐蚀的可能：为了使的保护板上的一些其它金属免于受到电解液的腐蚀，保护板必须使用特殊材料进行密封隔离，增加成本的同时也会留下密封不良的隐患；而且，当电解液腐蚀到其它金属杂质后，会给电池带来了不可预估的其它安全隐患。