CN113140704A - 扣式电池 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种扣式电池，所述扣式电池包括：电极壳、电极片、电解液以及隔膜，电极壳包括正极壳和负极壳，电极片包括正极片和负极片。其中，负极片包括集流体和集流体上的负极活性物质层，负极活性物质层的孔隙率大于50％，且对负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层孔隙率之间的比值小于或等于72％。本申请中，基于负极活性物质层的上述特征，可以防止大量的锂离子从负极片中脱嵌，进而避免因脱嵌后的大量锂离子在负极片表面形成锂枝晶导致的电池短路。

Description

扣式电池
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种扣式电池。
背景技术
扣式电池因其轻便、小巧的特点在各种微型产品，例如电脑主板、手表、计算器、蓝牙耳机、对讲机中广泛应用。现有的扣式电池的负极片为锂片，可能存在这样一种情况，电池在充放电过程中，锂离子从负极片中脱嵌，大量的锂离子呈枝状结晶状态，形成锂枝晶堆积在负极片表面，锂枝晶刺穿隔膜，导致电池短路。
发明内容
本发明实施例的主要目的在于提供一种扣式电池，旨在解决负极片表面容易形成锂枝晶，进而造成电池短路的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种扣式电池，所述扣式电池包括电极壳、电极片、电解液以及隔膜，所述电极壳包括正极壳和负极壳，所述电极片包括正极片和负极片；
所述正极壳和所述负极壳形成密封的容置腔，所述正极片、所述负极片、所述隔膜和所述电解液设置于所述容置腔内；
所述正极片和所述负极片之间设置有隔膜，所述正极片位于所述隔膜靠近所述正极壳的一侧，所述负极片位于所述隔膜靠近所述负极壳的一侧；
其中，所述负极片包括集流体和集流体上面设置的负极活性物质层，所述负极活性物质层的孔隙率大于50％，对于所述负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的所述负极活性物质层的孔隙率与辊压前的所述负极活性物质层孔隙率之间的比值小于或等于72％。
可选地，对负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的所述负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的所述负极活性物质层的孔容值之间的比值大于或等于145％。
可选地，所述负极活性物质层包含石墨。
可选地，所述扣式电池还包括滤纸，所述滤纸设置在所述正极片和所述隔膜之间。
可选地，所述滤纸和所述隔膜的面积相同，且所述滤纸的面积大于所述电极片的面积。
可选地，所述扣式电池还包括缓冲件和弹性件，所述缓冲件设置在所述负极片和所述负极壳之间，所述弹性件设置在于所述缓冲件和所述负极壳之间。
可选地，所述缓冲件和所述弹性件的面积相同，且所述缓冲件的面积大于所述电极片的面积。
可选地，所述缓冲件为由不锈钢构成的垫片，所述弹性件为弹片。
可选地，所述弹片呈碗状，且所述弹片朝向所述垫片的一侧呈碗口状。
可选地，所述正极片的面积小于所述负极片的面积。
本申请提供了一种扣式电池，该扣式电池包括电极壳、电极片、电解液以及隔膜，正极壳和负极壳形成密封的容置腔，正极片、负极片、隔膜和电解液设置于容置腔内；正极片和负极片之间设置有隔膜，正极片位于隔膜靠近正极壳的一侧，负极片位于隔膜靠近负极壳的一侧；其中，负极片包括集流体和集流体上面设置的负极活性物质层，负极活性物质层的孔隙率大于50％，对于负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层孔隙率之间的比值小于或等于72％。本申请中，基于负极活性物质层的上述特征，可以防止大量的锂离子从负极片中脱嵌，进而避免因脱嵌后的大量锂离子在负极片表面形成锂枝晶导致的电池短路。同时，将负极片组装进扣式电池，能够避免负极活性物质层孔隙率大而导致负极片掉粉的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的扣式电池的结构示意图；
图2为本发明提供的未经辊压的石墨对应的孔径分布图；
图3为本发明提供的辊压后石墨对应的孔径分布图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
附图标记说明：
11、正极壳；12、负极壳；21、正极片；22、负极片；30、隔膜；40、滤纸；50、缓冲件；60、弹性件。
具体实施方式
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。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
请参阅图1，图1为本发明提供的扣式电池的结构示意图。本申请提供的扣式电池包括：电极壳、电极片、电解液以及隔膜30，所述电极壳包括正极壳11和负极壳12，所述电极片包括正极片21和负极片22，所述正极壳11和所述负极壳12形成密封的容置腔，所述正极片21、所述负极片22、所述隔膜30和所述电解液设置于所述容置腔内；所述正极片21和所述负极片22之间设置有隔膜30，所述正极片21位于所述隔膜30靠近所述正极壳11一侧，所述负极片22位于所述隔膜30靠近所述负极壳12一侧。
其中，负极片22包括集流体和集流体上面设置的负极活性物质层，所述负极活性物质层的孔隙率大于50％，对于所述负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的所述负极活性物质层的孔隙率与辊压前的所述负极活性物质层孔隙率之间的比值小于或等于72％。
本实施例中，将正极壳11和负极壳12形成密封的容置腔，在腔体内设置隔膜30，其中，隔膜30涂覆有电解液，优选地，在隔膜30上涂覆50μL的电解液，电解液中包括锂离子。在隔膜30两侧设置有正极片21和负极片22，其中，正极片21设置在隔膜30靠近正极壳11的一侧，负极片22设置在隔膜30靠近负极壳12的一侧。
可选地，所述负极活性物质层包括石墨。
本实施例中，上述负极活性物质层可以是石墨。
根据上述负极活性物质层，结合表1，设置实施例1-2和对比例1-2。
Figure BDA0003018271290000041
Figure BDA0003018271290000051
表1
实施例1：
结合表1可知，实施例1中的负极活性物质层的孔隙率为52.73％；配置实施例1的负极活性物质层的负极片厚度为0.223mm；实施例1中的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值为0.000033cm3/g；实施例1中的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值为0.000270cm3/g。
对实施例1涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，可以得到辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层的孔隙率之间的比值为69.3％。
对实施例1涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为145.45％。
对实施例1涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为76.3％。
实施例2：
结合表1可知，实施例2中的负极活性物质层的孔隙率为54.89％；配置实施例2的负极活性物质层的负极片厚度为0.203mm；实施例2中的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值为0.000029cm3/g；实施例2中的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值为0.000237cm3/g。
对实施例2涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，可以得到辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层的孔隙率之间的比值为70.61％。
对实施例2涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为151.72％。
对实施例2涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为91.98％。
对比例1：
结合表1可知，对比例1中的负极活性物质层的孔隙率为27.34％；配置对比例1的负极活性物质层的负极片厚度为0.128mm；对比例1中的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值为0.000061cm3/g；对比例1中的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值为0.000122cm3/g。
对对比例1涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，可以得到辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层的孔隙率之间的比值为80.33％。
对对比例1涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为111.48％。
对对比例1涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为87.7％。
对比例2：
结合表1可知，对比例2中的负极活性物质层的孔隙率为26.58％；配置对比例2的负极活性物质层的负极片厚度为0.116mm；对比例2中的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值为0.000058cm3/g；对比例2中的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值为0.000119cm3/g。
对对比例2涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，可以得到辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层的孔隙率之间的比值为87.77％。
对对比例2涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为118.97％。
对对比例2涉及的负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为15.4nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值为82.35％。
由上述内容可以得到，实施例1和实施例2中负极活性物质层的孔隙率大于50％；对比例1和对比例2中负极活性物质层的孔隙率小于30％。
对实施例1和实施例2中负极活性物质层进行60bar辊压测试，可以得到辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层的孔隙率之间的比值小于或等于72％。
对对比例1和对比例2中负极活性物质层进行60bar辊压测试，可以得到辊压后的负极活性物质层的孔隙率与辊压前的负极活性物质层的孔隙率之间的比值大于80％。
应理解，孔隙率用于反映材料的密实程度，孔隙率高，则表示密实程度小。换言之，实施例1和实施例2涉及的负极活性物质层的密实程度大于对比例1和对比例2涉及的负极活性物质层的密实程度。
对实施例1和实施例2中负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值大于或等于145％。
对对比例1和对比例2中负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的负极活性物质层的孔容值之间的比值小于120％。
应理解，孔容可以理解为是吸附剂的有效体积，孔容越大，则石墨上吸附剂的有效体积越多。
Figure BDA0003018271290000071
Figure BDA0003018271290000081
表2
结合表2，可以得到对由不同负极活性物质层构成的负极片进行全电测试的结果。
实施例1：
在测试温度为25度的情况下，对实施例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为186.75mAh/g。在测试温度为25度的情况下，对实施例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为177.5mAh/g。测试温度为45度的情况下，对实施例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为195.53mAh/g。测试温度为45度的情况下，对实施例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为190.3mAh/g。
实施例2：
在测试温度为25度的情况下，对实施例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为185.77mAh/g。在测试温度为25度的情况下，对实施例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为178.1mAh/g。测试温度为45度的情况下，对实施例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为182.03mAh/g。测试温度为45度的情况下，对实施例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为185.85mAh/g。
对比例1：
在测试温度为25度的情况下，对对比例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为182.23mAh/g。在测试温度为25度的情况下，对对比例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为173.38mAh/g。测试温度为45度的情况下，对对比例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为189.15mAh/g。测试温度为45度的情况下，对对比例1构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为185.55mAh/g。
对比例2：
在测试温度为25度的情况下，对对比例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为187.45mAh/g。在测试温度为25度的情况下，对对比例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为180.05mAh/g。测试温度为45度的情况下，对对比例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.1C活化圈对应的放电比容量为189.28mAh/g。测试温度为45度的情况下，对对比例2构成的负极片进行全电测试，得到在0.5C活化圈对应的放电比容量为179.75mAh/g。
通过上述全电测试的测试结果可以得到，使用实施例1和实施例2涉及的负极活性物质层，可以提高电池的充放电容量及电流密度。
优选地，负极活性物质层可以是未经辊压的石墨。
请参阅图2和图3，图2为本发明提供的未经辊压的石墨对应的孔径分布图，图3为本发明提供的辊压后石墨对应的孔径分布图。其中，图2和图3中的横坐标轴用于指示石墨的孔径宽度，纵坐标轴用于指示石墨的孔容面积。
从图2和图3中可以得到，未经辊压石墨的孔容大于辊压后石墨的孔容。
在未经辊压石墨的孔隙率和孔容均大于辊压后石墨的孔隙率和孔容的情况下，未经辊压石墨能为电解液中的锂离子提供更多的嵌入面积，从而降低锂离子的脱嵌速度。防止锂离子从负极片22中脱嵌，避免电池短路，降低电池在充放电过程中产生损坏的风险，提高电池的稳定性。
可选地，所述扣式电池还包括滤纸40，所述滤纸40设置在所述正极片21和所述隔膜30之间。
扣式电池还包括设置在正极片21和隔膜30之间的滤纸40，优选地，该滤纸40为棉质纤维纸，该滤纸40可以吸收隔膜30涂覆的电解液，进而保证电解液充分分布在正极片21和负极片22之间，优选地，在滤纸40上吸附50μL的电解液。
可选地，所述滤纸40和所述隔膜30的面积相同，且所述滤纸40的面积大于所述电极片的面积。
为了保证滤纸40能完全与隔膜30贴合，一种优选的方式为，设置滤纸40的面积和隔膜30的面积相同，且滤纸40的面积大于电极片的面积，隔膜30的面积也大于电极片的面积，上述电极片包括正极片21和负极片22。
可以将隔膜30的直径设置为19毫米，隔膜30可以是聚丙烯膜，应理解，聚丙烯膜是一种纳米孔隙绝缘膜，隔膜30吸附的电解液可以通过孔隙在隔膜30两侧双向流动。
可选地，所述扣式电池还包括缓冲件50和弹性件60，所述缓冲件50设置在所述负极片22和所述负极壳12之间，所述弹性件60设置在于所述缓冲件50和所述负极壳12之间。缓冲件50和弹性件60的设置，能够充分应用电池内的空间，同时更好的避免负极片22掉粉。
扣式电池还包括设置在负极片22和负极壳12之间的缓冲件50，以及设置在缓冲件50和负极壳12之间的弹性件60，设置缓冲件50使正极片21和负极片22紧密接触，促进正极片21和负极片22发生电化学反应；弹性件60用于在电池的封装过程中，起到缓冲的作用，避免电池在封装过程中损坏。
可选地，所述缓冲件50和所述弹性件60的面积相同，且所述缓冲件50的面积大于所述电极片的面积。
为了保证缓冲件50能完全与弹性件60贴合，一种优选的方式为，设置缓冲件50的面积和弹性件60的面积相同，且缓冲件50的面积大于电极片的面积，弹性件60的面积也大于电极片的面积，上述电极片包括正极片21和负极片22。
可选地，所述缓冲件50为由不锈钢构成的垫片，所述弹性件60为弹片。
本实施例中，可以将垫片作为缓冲件50，其中，该垫片可以由不锈钢材质构成，优选地，在垫片上涂覆50μL电解液。弹性件60为弹片，或者，该弹性件60也可以是弹簧片等具备弹性功能的部件。
可选地，所述弹片呈碗状，且所述弹片朝向所述垫片的一侧呈碗口状。
本实施例中，一种优选的方式为，将上述弹片设置为碗状，且弹片朝向垫片的一侧呈碗口状，以此保证正极片21和负极片22能够紧密接触，促进正极片21和负极片22发生电化学反应。
可选地，负极片22由负极活性物质层还包括羧甲基纤维素钠、丁笨胶和导电炭黑。
可选地，所述正极片21的面积小于所述负极片22的面积。
本实施例中，正极片21的正极活性物质层由97.8％的钴酸锂，0.5％的导电炭黑，0.5％的碳纳米管，1.2％的聚乙烯吡咯烷酮，与聚乙烯吡咯烷酮含量为1.8％的溶液制成，其中，正极片21涂料的固含量为74％。优选地，正极片21的压实密度为3.8g/cm3，面密度203g/m2，正极片21的直径为14mm。
负极片22的负极活性物质层由96.4％的石墨，1.3％的羧甲基纤维素钠，1.5％的丁笨胶，0.5％的导电炭黑，与羧甲基纤维素钠含量为1.7％的溶液制成，其中，负极片22涂料的固含量为56％。优选地，负极片22的面密度为112g/m2，负极片22的直径为16mm。
以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种扣式电池，其特征在于，包括电极壳、电极片、电解液以及隔膜，所述电极壳包括正极壳和负极壳，所述电极片包括正极片和负极片；
所述正极壳和所述负极壳形成密封的容置腔，所述正极片、所述负极片、所述隔膜和所述电解液设置于所述容置腔内；
所述正极片和所述负极片之间设置有隔膜，所述正极片位于所述隔膜靠近所述正极壳的一侧，所述负极片位于所述隔膜靠近所述负极壳的一侧；
其中，所述负极片包括集流体和集流体上面设置的负极活性物质层，所述负极活性物质层的孔隙率大于50％，对于所述负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的所述负极活性物质层的孔隙率与辊压前的所述负极活性物质层孔隙率之间的比值小于或等于72％。
2.根据权利要求1所述的扣式电池，其特征在于，对负极活性物质层进行60bar辊压测试，辊压后的孔径为1.7nm的所述负极活性物质层的孔容值与辊压前的孔径为1.7nm的所述负极活性物质层的孔容值之间的比值大于或等于145％。
3.根据权利要求1或2所述的扣式电池，其特征在于，所述负极活性物质层包含石墨。
4.根据权利要求1所述的扣式电池，其特征在于，所述扣式电池还包括滤纸，所述滤纸设置在所述正极片和所述隔膜之间。
5.根据权利要求4所述的扣式电池，其特征在于，所述滤纸和所述隔膜的面积相同，且所述滤纸的面积大于所述电极片的面积。
6.根据权利要求1所述的扣式电池，其特征在于，所述扣式电池还包括缓冲件和弹性件，所述缓冲件设置在所述负极片和所述负极壳之间，所述弹性件设置在所述缓冲件和所述负极壳之间。
7.根据权利要求6所述的扣式电池，其特征在于，所述缓冲件和所述弹性件的面积相同，且所述缓冲件的面积大于所述电极片的面积。
8.根据权利要求6所述的扣式电池，其特征在于，所述缓冲件为由不锈钢构成的垫片，所述弹性件为弹片。
9.根据权利要求8所述的扣式电池，其特征在于，所述弹片呈碗状，且所述弹片朝向所述垫片的一侧呈碗口状。
10.根据权利要求1所述的扣式电池，其特征在于，所述正极片的面积小于所述负极片的面积。
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