外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池及其制备方法

摘要

外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池的制备方法，它依次包括如下步骤：第①步正极炭环的配料，第②步正极炭环的制作，第③步零件的准备，第④步电池的装配，第⑤步成品加工等。本发明还同时公布了通过这种方法制备的外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池的结构。本发明有效的解决了现有外置式胎压传感器采用的电池为圆柱形或扣式电池占用较高的高度的缺点，有效减小了离心力，延长了汽车零件的寿命，增加了汽车行驶的安全性。本发明专用环形锂锰电池的各项性能均优于国家标准，使用安全、可靠。

权利要求

1.外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池的制备方法，它依次包括如下步骤：

第①步正极炭环的配料：将含量为60%的聚四氟乙烯树脂的水溶液、去离子水和无水乙醇按照体积比为25%：35%：40%的比例混合均匀待用；将电解二氧化锰、石墨和炭黑按重量比为92%：3%：5%的比例搅拌成混合均匀的粉料，将待用的混合液加入到粉料中，加完后继续搅拌约1小时，再将和好的正极料倒进盛料桶；

第②步正极炭环的制作:将配好的正极料制成直径不超过2mm的小颗粒，将成型的正极颗粒于250℃下烘制2至3小时，将正极颗粒制造成炭环，将成型的炭环在放置在干燥室内的真空烘箱内于200℃下烘烤20小时；

第③步零件的准备：用冲床和模具将聚四氟乙烯树脂材质的绝缘片冲切成带两个小孔的环形，使绝缘片上的一个小孔穿过盖组背面的负极柱，另外一个小孔对准盖组的注液孔，让绝缘片固定在盖组背面，将环形电池壳、穿好绝缘片的盖组和密封钢珠置于70℃的烘箱中烘烤4小时；

第④步电池的装配：将干燥好的电池壳、盖组、密封钢珠、正极炭环和锂带、隔膜转入相对湿度不高于3%RH的操作箱内待用，将正极炭环平放入电池壳；将放好正极炭环的电池壳放到隔膜和锂带的定位模块内，将隔膜和锂带冲切成环形并一起打进电池壳内；取下已经放入正极、隔膜和锂带的电池壳，将干燥的穿好绝缘片的盖组以绝缘片朝壳内的方式合在电池壳上并压紧；用焊接机对电池与盖组的结合处进行焊接；用注液机通过盖组上的注液孔往焊接好的电池体内注入电解液；将密封钢珠完全压进注液孔以完成电池密封；对密封好的电池进行清洗，再将电池放进仓库进行储存老化;第⑤步成品加工：取出储存到期的电池进行电压、外观检查；将每个合格电池套上塑料绝缘件，并让负极极柱穿过绝缘件上的小孔；将负极金属环通过环上的小孔套在负极柱上，并使其与塑料绝缘环配合好，然后依着负极环上的凹痕折弯负极极柱，使极柱刚好嵌进凹痕；用储能点焊机将折弯的负极极柱与负极环点焊在一起，成品加工完成。

说明书

外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池，本发明还涉及这种环形锂锰电池的制备方法。

背景技术

[0002] 为避免汽车在行驶时由于轮胎气压异常引起的安全问题，人们设计制造了汽车胎压监测系统对汽车轮胎内压进行监控，目前这一系统分为内置式和外置式两种。从对所使用的原件性能要求和应用便利性来说，外置式胎压监测系统更具有优势。现有的外置式胎压监测传感器安装在汽车轮胎的气门嘴上，汽车轮胎在高速旋转时，安装在气门嘴上的传感器会产生离心力，而且传感器的高度越高，体积越大，其所产生的离心力就越大，这个离心力会影响汽车在行驶时的平衡性，如果不进行调节，其不但会加速汽车零件的磨损，严重时还可能影响汽车的安全性。为减小这个离心力，须尽可能的减小胎压监测传感器的高度。由于现有外置式胎压传感器采用的电池为圆柱形或扣式电池，电池的高度很大程度上决定了传感器的整体高度，如果电池能够不占用高度而安装在传感器内部，将能够有效减小离心力。

[0003] 现有的锂锰电池制作工艺只能将电池做成外形为圆柱体或者长方体的实心形状，无法满足外置式胎压监测系统的这种技术要求，因此发明一种外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池的制备方法，并依照该方法发明一种胎压监测系统专用环形锂锰电池成为了一项迫切和重要的工作。

发明内容

[0004] 本发明的第一目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池的制备方法。

[0005] 本发明的另一目的在于提供一种依照该方法制备的一种外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池。

[0006] 本发明的目的是通过如下措施来达到的：胎压监测系统专用环形锂锰电池的制备方法，它依次包括如下步骤：

[0007] 第①步正极炭环的配料：将固含量为60％的聚四氟乙烯树脂水溶液、去离子水和无水乙醇按照体积比为25％∶35％∶40％的比例混合均匀待用；将电解二氧化锰、石墨和炭黑按重量比为92％∶3％∶5％的比例搅拌成混合均匀的粉料，将待用的混合液加入到粉料中，加完后继续搅拌约1小时，再将和好的正极料倒进盛料桶；

[0008] 第②步正极炭环的制作：将配好的正极料制成直径不超过2mm的小颗粒，将成型的正极颗粒于250℃下烘制2至3小时，将正极颗粒制造成炭环，将成型的炭环在放置在干燥室内的真空烘箱内于200℃下烘烤20小时；

[0009] 第③步零件的准备：用冲床和模具将聚四氟乙烯树脂材质的绝缘片冲切成带两个小孔的环形，使绝缘片上的一个小孔穿过盖组背面的负极柱，另外一个小孔对准盖组的注液孔，让绝缘片固定在盖组背面，将环形电池壳、穿好绝缘片的盖组和密封钢珠置于70℃的烘箱中烘烤4小时；

[0010] 第④步电池的装配：将干燥好的电池壳、盖组、密封钢珠、正极炭环和锂带、隔膜转入相对湿度不高于3％RH的操作箱内待用，将正极炭环平放入电池壳；将放好正极炭环的电池壳放到隔膜和锂带的定位模块内，将隔膜和锂带冲切成环形并一起打进电池壳内；取下已经放入正极、隔膜和锂带的电池壳，将干燥的穿好绝缘片的盖组以绝缘片朝壳内的方式合在电池壳上并压紧；用焊接机对电池与盖组的结合处进行焊接；用注液机通过盖组上的注液孔往焊接好的电池体内注入电解液；将密封钢珠完全压进注液孔以完成电池密封；对密封好的电池进行清洗，再将电池放进仓库进行储存老化；

[0011] 第⑤步成品加工：取出储存到期的电池进行电压、外观检查；将每个合格电池套上塑料绝缘件，并让负极极柱穿过绝缘件上的小孔；将负极金属环通过环上的小孔套在负极柱上，并使其与塑料绝缘环配合好，然后依着负极环上的凹痕折弯负极极柱，使极柱刚好嵌进凹痕；用储能点焊机将折弯的负极极柱与负极环点焊在一起，成品加工完成。

[0012] 本发明胎压监测系统专用环形锂锰电池，其特征在于它包括一个带通孔和环形电池外壳，在环形电池外壳内的底部有一个环形正极炭环，在环形正极炭环的上方有负极锂片，有隔膜位于负极锂片和环形正极炭环之间，在负极锂片的上方有绝缘片，有盖组位于绝缘片的上方并密封环形电池外壳，在盖组的上方有塑料绝缘环；有负极柱的下端位于负极锂片内，并依次穿过绝缘片、塑料绝缘环和负极金属环。

[0013] 在上述技术方案中，其特征在于所述的负极金属环上有负极金属凹痕，负极柱呈折型位于负极金属凹痕内，负极金属凹痕内有负极金属环小孔，负极金属环位于塑料绝缘环内。

[0014] 在上述技术方案中，所述的塑料绝缘环上有塑料绝缘环凹痕，塑料绝缘环凹痕内有塑料绝缘环小孔，所述的负极金属凹痕位于塑料绝缘环凹痕内，所述的负极金属环小孔与塑料绝缘环小孔对应布置。

[0015] 在上述技术方案中，所述的绝缘片上有负极柱小孔和绝缘片注液小孔，所述的盖组上有盖组注液孔对应布置并通过密封钢珠封闭开孔。

[0016] 本发明具有如下优点：①设计出了一种制备胎压监测系统专用环形锂锰电池的工艺方法，并按此方法制造出胎压监测系统专用环形锂锰电池。②、有效的解决了现有外置式胎压传感器采用的电池为圆柱形或扣式电池占用较高的高度的缺点，有效减小了离心力。③延长了汽车零件的寿命，增加了汽车行驶的安全性。④本发明专用环形锂锰电池的各项性能均优于国家标准，使用安全、可靠。

附图说明

[0017] 图1为本发明中正极炭环的外形结构图。

[0018] 图2为本发明中的绝缘片的外形结构图。

[0019] 图3为本发明中的电池盖组的外形结构图。

[0020] 图4为本发明中的电池壳的外形结构图。

[0021] 图5为本发明中的锂带和隔膜的外形结构图。

[0022] 图6为本发明中的半成品电池外形结构图。

[0023] 图7为本发明中的塑料绝缘件外形结构图。

[0024] 图8为本发明中的负极金属环外形结构图。

[0025] 图9为本发明中的成品电池外形结构图。

[0026] 图10为本发明中的成品电池剖面结构图。

[0027] 图11为本发明的锂锰环形电池恒流放电的曲线图。

[0028] 图12为本发明的锂锰环形电池脉冲放电的曲线图。

[0029] 图13为本发明的锂锰环形电池短路测试时电池温度的走势图。

[0030] 图中1.环形正极炭环，2.绝缘片，21.负极柱小孔，22.绝缘片注液小孔，3.盖组，31.负极柱，32.盖组注液孔，4.环形电池外壳，5.冲切好的锂带和隔膜，51.隔膜，52.负极锂片，6.负极金属环，61.负极金属凹痕，62.负极金属环小孔，7.塑料绝缘环，71塑料绝缘环凹痕，72.塑料绝缘环小孔，8.密封钢珠，9.通孔。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

[0032] 本发明外置式胎压监测系统专用环形锂锰电池制备方法，它依次包括如下步骤：

[0033] 第1步、正极配料：

[0034] ①将固含量为60％的PTFE(聚四氟乙烯树脂)水剂溶液、去离子水和无水乙醇按照体积比为25％∶35％∶40％的比例混合均匀待用；

[0035] ②将电解二氧化锰、石墨和炭黑按重量比为92％∶3％∶5％的比例称量好倒入搅拌机搅拌成混合均匀的粉料，分次将第①步中准备好的混合液加入到粉料中，加完后继续搅拌约1小时，然后将和好的正极料倒进盛料桶。

[0036] 第2步、正极炭环制作：

[0037] ①将配好的正极料利用颗粒成型机制成直径不超过2mm的小颗粒；

[0038] ②将成型的正极颗粒于250℃下烘制2至3小时；

[0039] ③将正极颗粒制造成炭环(见附图1)；

[0040] ④将成型的炭环在放置在干燥室内的真空烘箱内于200℃下烘烤约20h。

[0041] 第3步、零件准备：

[0042] ①用冲床和专用模具将PTFE材质的绝缘片冲切成工艺要求尺寸的带两个小孔的环形(见附图2)；

[0043] ②使绝缘片的一个小孔穿过盖组(见附图3)背面的负极柱，另外一个孔对准盖组的注液孔，让绝缘片固定在盖组背面；

[0044] ③将环形电池壳(见附图4)、穿好绝缘片的盖组和密封钢珠置于70℃的烘箱中烘烤4h；

[0045] 第4步、电池装配：

[0046] ①将干燥好的电池壳、盖组、密封钢珠、正极炭环和锂带、隔膜等物料转入湿度不高于3％RH的手套操作箱内待用，操作人员在操作时须戴好医用橡胶手套；

[0047] ②用镊子将正极炭环平放入电池壳；

[0048] ③调试安装好隔膜和锂带的冲切入壳设备；

[0049] ④将放好正极炭环的电池壳摆放到隔膜和锂带冲切入壳机的定位模块内，启动机器将隔膜和锂带冲切成工艺要求尺寸的环形(见附图5)并一起打进电池壳内；

[0050] ⑤取下已经放入正极、隔膜和锂带的电池壳，将干燥的穿好绝缘片的盖组以绝缘片朝壳内的方式合在电池壳上，并用压壳机压紧；

[0051] ⑥用激光焊接机对电池与盖组的结合处进行焊接；

[0052] ⑦用定量注液机通过盖组上的注液孔往焊接好的电池体内注入定量的电解液；

[0053] ⑧注完电解液的电池进行密封：将电池固定在气动压合机的定位块内，用镊子取密封钢珠放入注液孔，启动压合机将钢珠完全压进注液孔以完成电池密封；

[0054] ⑨用自来水对密封好的电池进行清洗，然后用气枪和抹布将电池表面的水除掉，再将电池整齐摆放在托盘中放进仓库进行储存老化(半成品电池见附图6)。

[0055] 第5步、成品加工：

[0056] ①从仓库取出储存到期的电池进行电压、外观等项目全检，全检合格的电池进行后续加工；

[0057] ②将每个合格电池套上塑料绝缘件(见附图7)，并让负极极柱穿过绝缘件上的小孔；

[0058] ③将负极金属环(见附图8)通过环上的小孔套在负极柱上，并使其与塑料绝缘环配合好，然后依着负极环上的凹痕折弯负极极柱，使极柱刚好嵌进凹痕；

[0059] ④用储能点焊机将折弯的负极极柱与负极环点焊在一起，成品加工完成(成品电池外形图和剖面结构图分别见附图9和附图10)。

[0060] 本发明胎压监测系统专用环形锂锰电池，它包括一个带通孔9和环形电池外壳4，在环形电池外壳4内的底部有一个环形正极炭环1，在环形正极炭环1的上方有负极锂片52，有隔膜51位于负极锂片52和环形正极炭环1之间，在负极锂片52的上方有绝缘片2，有盖组3位于绝缘片2的上方并密封环形电池外壳4，在盖组3的上方有塑料绝缘环7；有负极柱31的下端位于负极锂片52内，并依次穿过绝缘片2、塑料绝缘环7和负极金属环6(如图9、图10所示)。

[0061] 负极金属环6上有负极金属凹痕61，负极柱31呈折型位于负极金属凹痕61内，负极金属凹痕61内有负极金属环小孔62，负极金属环6位于塑料绝缘环7内(如图7、图8所示)。

[0062] 塑料绝缘环7上有塑料绝缘环凹痕71，塑料绝缘环凹痕71内有塑料绝缘环小孔72，所述的负极金属凹痕61位于塑料绝缘环凹痕71内，所述的负极金属环小孔62与塑料绝缘环小孔72对应布置(如图7、图8所示)。

[0063] 绝缘片2上有负极柱小孔21和绝缘片注液小孔22，所述的盖组3上有盖组注液孔32对应布置并通过密封钢珠8封闭开孔(如图6所示)。

[0064] 电池测试

[0065] 1、电性能测试

[0066] ①恒流放电能力：将电池分别以1mA和100μA的电流恒流放电到2.0V，放电容量分别达到121mAh和109mAh(放电曲线见附图11)；

[0067] ②脉冲放电能力：将电池以10mA电流按照放电1s，静置1min的方式进行脉冲放电，以2.0V为放电截止电压时，电池脉冲放电容量约为83mAh(放电曲线见附图12)；

[0068] 一般外置胎压监测系统的静态工作电流小于5μA，瞬间脉冲工作电流不到10mA，从放电测试结果来看，电池的恒流和脉冲放电能力均能够达到系统的要求。

[0069] 2、安全性能测试

[0070] ①高温性能：将10只电池编号称重并记录数据，再于60℃烘箱中放置24h，取出电池观察有无异常，然后称重，计算重量损失率，相关数据如下表：

[0071]编号 烘烤前重量 烘烤后重量 重量损失率 是否有异常
1 4.3618 4.3613 0.011％ 无
无
2 4.4563 4.4567 -0.009％
无
3 4.2756 4.2751 0.012％
无
4 4.3423 4.3420 0.007％
无
5 4.3278 4.3265 0.030％
无
6 4.2536 4.2537 -0.002％
无
7 4.3545 4.3540 0.011％
无
8 4.3756 4.3751 0.011％
无
9 4.4234 4.4227 0.016％
无
10 4.2967 4.2965 0.005％

[0072] GB8897.4-2008/IEC60086-4：2007规定的锂电池质量损失最大值如下：

[0073]电池的质量m 质量损失限(δm/m)/％
m≤1g 0.5
1g＜m≤5g 0.2
m＞5g 0.1

[0074] 从测试结果来看，电池经受24h的60℃高温存放后电池失重率远远低于GB8897.4-2008/IEC60086-4：2007所规定的0.2％的标准值。那么该电池在正常气温下使用更不存在问题。

[0075] ②短路安全性：将电池正、负极用阻值小于10mΩ的导线直接连接起来，将点温仪的探头固定在电池表面，定时读取电池表面温度数据，直至电池表面温度降到气温(短路电池温度走势图见附图13)，相关数据如下表：

[0076]

[0077] GB8897.4-2008/IEC60086-4：2007规定锂电池在短路时须不过热(电池表面温度＞170℃)、不破裂、不爆炸、不着火。

[0078] 从短路电池的温度走势来看，电池短路大约半小时的时候温度达到峰值41℃，随后便较为平稳的下降到室温，电池未出现爆炸、着火等问题，电池表面最高温度也远远低于170℃，没有出现过热现象，表明电池在意外短路情况下也是安全的。

[0079] ③撞击测试：将电池放在测试平台上，将一重约9.1kg的重锤从61±2.5cm的高处落到被测电池上，电池未发生爆炸也未见起火，电池表面最高温度为52℃。

[0080] GB8897.4-2008/IEC60086-4：2007规定锂电池撞击测试时不过热(电池表面温度＞170℃)、不爆炸、不着火。

[0081] 测试③表明电池在遭受意外撞击时亦不会发生危险。

[0082] 从①、②和③的测试结果来看，本发明所涉及的电池完全能够保障其在使用过程中的安全性。