CN105244514A - 一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池，包括负极盖、正极盖、阴极、阳极、隔膜，阴极和/或阳极上设有电解液池，且电解液池底部端面为曲面结构。本发明在电极固液界面上设置底部端面为曲面结构的电解液池，使阴极和/或阳极与隔膜的接触面形成了储存电解液的空间，一方面避免隔膜中的电解液在电池封口时因承受压力随排出的气体被大量挤出去；另一方面电解液池内可储存电解液，最大化的增加了电解液的有效贮存量，提高了离子迁移速率，减小了电池在放电时浓差极化的影响；电解液池底部端面为曲面结构，增加了电极的反应面积，减小了电流密度，减少了电化学极化，增大了反应速率，使电池放电容量及放电功率得到显著的提高。

Description

一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池

技术领域

本发明涉及锂扣式电池技术领域，具体涉及一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池。

背景技术

锂扣式电池在放电过程中，阳极极发生反应：Li–e^-→Li⁺，生成的锂离子通过电解液最终进入阴极内部，而锂离子在液相中的迁移速率远远高于在固相内的迁移速率，因此引起浓差极化现象，使电池极化严重，从而使电池大电流放电性能降低，即放电功率降低。同时，锂扣式电池在放电过程中，阴极会逐渐膨胀，并不断吸收电解液，如果电池内有效电解液量贮存量不足，就会阻断锂离子迁移通道，从而使电池放电容量降低。

现有技术中，一方面因上述浓差极化现象的存在，电池放电功率普遍较低，另一方面扣式电池的电极与隔膜的接触面大都为平面，而在电池封口排气时，电池的轴向压力会挤压隔膜，使隔膜中的电解液随排出的气体被大量挤出去，导致电池的电解液保有量不足，从而使电池放电容量大幅度降低。

发明内容

本发明提出了一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池，一方面能减小浓差极化的影响，从而提高电池放电功率；另一方面能提高电池电解液的有效贮存量，从而提高电池放电容量。

为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池，包括负极盖、正极盖，及设于负极盖、正极盖之间形成的密封空间内的阴极和阳极，设于阴极和阳极之间的隔膜，所述阴极和/或阳极上相对隔膜一侧的端面上设有电解液池，所述阴极、阳极和隔膜与密封空间之间形成有空隙，所述电解液池和所述空隙内均填充有电解液；其中，所述电解液池底部端面为曲面结构。

优选的，所述电解液池底部端面为波浪纹面或同心圆。

优选的，所述电解液池的深度小于或等于隔膜的厚度。

优选的，所述电解液池的深度为隔膜厚度的15%-100%。

优选的，所述电解液池的内径小于所述阴极的外径。

优选的，所述电解液池的内径为阴极的外径的50%~80%。

本发明与现有技术相比，通过在电极固液界面上设置一底部端面为曲面结构的电解液池，使阴极和/或阳极与隔膜的接触面形成了一个有效的储存电解液的空间，一方面避免隔膜中的电解液在电池封口时因承受压力，排气时随排出的气体被大量挤出去；另一方面电解液池内可更多储存电解液，从而最大化的增加了电解液的有效贮存量，提高了离子迁移速率，减小了电池在放电时浓差极化的影响；同时电解液池底部端面为曲面结构，从而增加了电极的反应面积，减小了电流密度，减少了电化学极化，增大了反应速率，从而使电池放电容量及放电功率得到显著的提高。

附图说明

图1是本发明的扣式电池第一种实施方式的结构示意图；

图2是本发明的扣式电池第二种实施方式的结构示意图；

图3是本发明的扣式电池第三种实施方式的结构示意图；

图4是本发明的扣式电池第一种实施方式与普通扣式电池的恒阻放电容量对比曲线图；

图5是本发明的扣式电池第一种实施方式与普通扣式电池的恒阻放电容量对比曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1~3所示，本发明的实施例提供一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池，包括负极盖1、正极盖2，及设于负极盖1、正极盖2之间形成的密封空间内的阴极5和阳极3，设于阴极5和阳极3之间的隔膜4，所述阴极5和/或阳极3上相对隔膜4一侧的端面上设有电解液池7，所述阴极5、阳极3和隔膜4与密封空间之间形成有空隙，所述电解液池7和所述空隙内均填充有电解液6；其中，所述电解液池7底部端面为曲面结构。

本实施例通过在电极固液界面上设置一底部端面为曲面结构的电解液池7，使阴极5和/或阳极3与隔膜4的接触面形成了一个有效的储存电解液6的空间，一方面避免隔膜4中的电解液6在电池封口时因承受压力，排气时随排出的气体被大量挤出去；另一方面电解液池7内可更多储存电解液6，从而最大化的增加了电解液6的有效贮存量，提高了离子迁移速率，减小了电池在放电时浓差极化的影响；同时电解液池7底部端面为曲面结构，从而增加了电极的反应面积，减小了电流密度，减少了电化学极化，增大了反应速率，从而使电池放电容量及放电功率得到显著的提高。其中，为了提高阴极5的集流效果，本实施例的阴极5包括阴极粉片52和集流体51，其采用常规方式设置，即将集流体51设置于阴极粉片52与正极盖2之间。

本实施例可根据需要选择在阴极5和/或阳极3上设置电解液池7，具体为三种实施方式，分别为：如图1所示，第一种为仅在阴极5上设置电解液池7；如图2所示，第二种为仅仅在阳极3上设置电解液池7；如图3所示，第三种为在阴极5和阳极3上均设置电解液池7。

在具体设置时，本实施例的电解液池7底部端面优选为波浪纹面或同心圆，以便于增加阴极5和/或阳极3的反应面积。

本实施例的电解液池7在设置时，一般电解液池7的深度小于或等于隔膜4的厚度，本实施例中电解液池7的深度指的是电解液池7在扣式电池轴向上的高度，电解液池7的深度不宜过大，以避免具有电解液池7的阴极5和/或阳极3相对隔膜4一侧环状承压面因承受压力过大而导致烂片，本实施例的电解液池7的深度一般为隔膜4厚度的15%-100%。

而且，电解液池7的深度和内径需配合设置，即当深度相对较大时，其内径则相对较小，而深度相对较小时，其内径则相对较大，以保障上述环状承压面具有一定的承压能力，避免因环状承压面的承压力不够而提高了烂片率。故本实施例的电解液池7的内径小于所述阴极5的外径，且一般电解液池7的内径设置为阴极5的外径的50%~80%。

更优的，可将电解液池7的深度设置为隔膜4厚度的100%，而将其内径设置为阴极5外径的50%，或电解液池7的深度设置为隔膜4厚度的15%，而将其内径设置为阴极5外径的80%。也可选择上述数值之间的中间值进行合理配合。

本发明为了更好的说明上述电解液池7的实际效果，实施例通过型号为CR2450的扣式电池进行试验，如图1、图4、图5所示，本实施例具体采用第一种实施方式的扣式电池，即采用在阴极5上设置电解液池7与普通的未设置电解液池的扣式电池进行对比。

具体的，本实施例选用型号为CR2450扣式电池，其负极盖1和正极盖2均为钢材质，钢型号为SUS430，阳极3为锂金属，阴极5为带集流体51的二氧化锰，集流体51材质为型号SUS430的钢材质，隔膜4是厚度为0.35mm的玻璃纤维。其中，设计有电解液池7的扣式电池的电解液池7内径为15.7mm，电解液池7深度为0.35mm，电解液池7底部端面设计为波浪形的曲面结构。

本实施例设计的CR2450电池在阴极质量一致的情况下，相对未设计电解液池7的电池对比放电发现：如图4所示，电池的标准电阻放电容量提高约20%，即恒阻放电容量提高了约20%；如图5所示，电池大功率放电容量提高约56%，即恒流放电容量提高了约56%。

其中，上述标准电阻放电条件：参考GB/T8897.1-2008，即在温度20±2℃和相对湿度45%~75%下，负载7.5KΩ连续放电至2.0V终止。

大功率放电条件：在温度20±2℃和相对湿度45%~75%下，恒流5mA连续放电，放电至2.0V终止。

以上施例中，电解液池7是设置在阴极粉片52上。该电解液池7也可单独设于固态阳极3上，也可同时设于阴极粉片52和固态阳极3上。在此不再赘述。

以上所述本发明的具体实施方式和举例例证，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种在电极固液界面上设置电解液池的扣式电池，包括负极盖、正极盖，及设于负极盖、正极盖之间形成的密封空间内的阴极和阳极，设于阴极和阳极之间的隔膜，其特征在于，所述阴极和/或阳极上相对隔膜一侧的端面上设有电解液池，所述阴极、阳极和隔膜与密封空间之间形成有空隙，所述电解液池和所述空隙内均填充有电解液；其中，所述电解液池底部端面为曲面结构。

2.根据权利要求1所述的扣式电池，其特征在于，所述电解液池底部端面为波浪纹面或同心圆。

3.根据权利要求1~2任一所述的扣式电池，其特征在于，所述电解液池的深度小于或等于隔膜的厚度。

4.根据权利要求3所述的扣式电池，其特征在于，所述电解液池的深度为隔膜厚度的15%-100%。

5.根据权利要求1~2所述的扣式电池，其特征在于，所述电解液池的内径小于所述阴极的外径。

6.根据权利要求5所述的扣式电池，其特征在于，所述电解液池的内径为阴极的外径的50%~80%。