CN113725527B - 扣式电池及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种扣式电池及制备方法和应用，涉及电池技术领域，所述扣式电池包括顶壳和底壳，顶壳设置于所述底壳的内部，且所述顶壳和所述底壳围合成容置腔，其中，所述底壳包括底壳主体和底壳侧壁，所述底壳侧壁围设于所述底壳主体的周向，所述顶壳包括顶壳主体和顶壳侧壁，所述顶壳侧壁围设于所述顶壳主体的周向，且所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置。本发明通过将顶壳侧壁和底壳侧壁同向设置，并与顶壳主体和底壳主体共同围合成容置腔，从而实现了通过调整顶壳侧壁或底壳侧壁的高度即可实现扣式电池高度的调节，有效简化了扣式电池内部结构以及组装工艺，提高了加工效率，并且能够保持电池优异的电性能。

Description

扣式电池及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其是涉及一种扣式电池及制备方法和应用。
背景技术
扣式电池是指外形尺寸象一颗小纽扣的电池，因其体积小，故在各种微型电子产品中得到了广泛的应用，如电脑主板、电子表、电子词典、电子秤、遥控器、电动玩具、心脏起搏器、电子助听器、计算器以及照相机等。
现有的扣式电池一般直径较大，厚度为几毫米至十几毫米，但是组成扣式电池的极片、隔膜以及壳体的厚度加和仅为几十到几百微米，因此需要在扣式电池内部设置弹片或垫片来保证扣式电池的厚度，导致扣式电池内部结构复杂，组装繁琐，并且容易导致极片错位以及损伤极片，甚至还会导致内阻增大，导致电池电性能下降。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种新型扣式电池，以改善现有扣式电池内部设置有弹片或垫片来保证扣式电池的厚度，导致扣式电池内部结构复杂，组装繁琐，影响加工效率的技术问题。
本发明提供的扣式电池包括顶壳和底壳，所述顶壳设置于所述底壳的内部，所述顶壳和所述底壳围合成容置腔，其中，所述底壳包括底壳主体和底壳侧壁，所述底壳侧壁为设于所述底壳主体的周向，所述顶壳包括顶壳主体和顶壳侧壁，所述顶壳侧壁围设于所述顶壳脂替的周向，且所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置。
进一步的，所述容置腔的内部设置有正极片和负极片，所述正极片和所述负极片相对设置，其中，所述正极片固定于所述顶壳，所述负极片固定于多数底壳，且所述正极片和所述负极片之间设置有隔膜。
进一步的，所述正极片设置有正极耳，所述正极耳与所述顶壳固定连接，所述负极片设置有负极耳，所述负极耳与所述底壳固定连接。
进一步的，所述容置腔的内部还设置有电解液。
进一步的，所述扣式电池还包括密封胶圈，所述密封胶圈套设于所述顶壳侧壁上，用于密封所述顶壳侧壁与所述底壳侧壁之间的空隙。
本发明的目的之二在于提供一种扣式电池的制备方法，包括以下步骤：将顶壳、正极片，隔膜、电解液、负极片和底壳组装成扣式电池，其中，所述顶壳和所述底壳围合成容置腔，所述正极片、隔膜、电解液和负极片均设置于容置腔的内部，所述顶壳包括顶壳主体和围设于顶壳主体周向的顶壳侧壁，所述底壳包括底壳主体和围设于底壳主体周向的底壳侧壁，且所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置。
进一步的，将正极片固定于顶壳，将负极片固定于底壳，再将固定有正极片的顶壳、隔膜和固定有负极片的底壳依次叠放，并使得所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置，滴加电解液，封口，组装成扣式电池。
进一步的，还包括将组装成的扣式电池依次进行静置、化成和容量标定的步骤。
进一步的，所述静置的温度为40-50℃，静置时间为10-15小时。
本发明的目的之三在于提供上述扣式电池在电子产品中的应用。
本发明独创性的将顶壳侧壁和底壳侧壁同向设置，并与顶壳主体和底壳主体共同围合成容置腔，从而实现了通过调整顶壳侧壁或底壳侧壁的高度即可实现扣式电池高度的调节，从而无需在容置腔中设置弹片或垫片，有效简化了扣式电池内部结构以及组装工艺，提高了加工效率，并且能够保持电池优异的电性能，具有广阔的应用前景。
本发明提供的扣式电池的制备方法工艺简单，操作方便，能够有效提高制备效率，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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获得其他的附图。
图1为本发明实施例1提供的扣式电池内部结构分解图；
图2为本发明实施例1提供的套设有密封胶圈且固定有正极片的顶壳的仰视图；
图3为本发明实施例1提供的固定有负极片的底壳的俯视图；
图4为本发明实施例1提供的扣式电池首次充放电测试图；
图5为本发明实施例1提供的扣式电池的恒流放电倍率图；
图6为本发明实施例1提供的扣式电池的常温循环寿命图；
图7为本发明实施例1提供的扣式电池在45℃循环寿命图。
图标：101-顶壳侧壁；102-顶壳主体；103-底壳侧壁；104-底壳主体；105-正极片；106-正极耳；107-负极片；108-负极耳；109-隔膜；110-密封胶圈。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做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。
传统扣式电池由于要保持几毫米至十几毫米的厚度，需要在顶壳和底壳之间设置有弹片或垫片，导致电池内部结构复杂，组装繁琐，容易损伤极片，导致正负极片错位，且由于弹片或垫片地接触电阻较大，导致电池制作效率低，内阻大，无法长期循环以及无法在高倍率下充放电。
有鉴于此，本发明提供了一种扣式电池，包括顶壳和底壳，所述顶壳设置于所述底壳的内部，且所述顶壳和所述底壳围合成容置腔，其中，所述底壳包括底壳主体和底壳侧壁，所述底壳侧壁围设于所述底壳主体的周向，所述顶壳包括顶壳主体和顶壳侧壁，所述顶壳侧壁围设于所述顶壳主体的周向，且所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置。
本发明独创性的将顶壳侧壁和底壳侧壁同向设置，并与顶壳主体和底壳主体共同围合成容置腔，从而实现了通过调整顶壳侧壁或底壳侧壁的高度即可实现扣式电池高度的调节，从而无需在容置腔中设置弹片或垫片，有效简化了扣式电池内部结构以及组装工艺，提高了加工效率，并且不会增加电池内阻，使得电池保持优异的电性能，能够长期循环和在高倍率下放电，具有广阔的应用前景。
优选地，所述顶壳侧壁垂直于所述顶壳主体所在的平面，且与所述顶壳主体固定连接。
优选地，所述底壳侧壁垂直于底壳侧壁所在的平面，且与所述底壳主体固定连接。
优选地，所述顶壳主体和所述底壳主体为圆形，且所述顶壳主体的外径稍小于底壳主体的外径，以利于将顶壳设置于所述底壳的内部。
在本发明的一种优选方案中，容置腔的内部设置有正极片和负极片，正极片和负极片相对设置，其中，正极片固定于顶壳，负极片固定于底壳，且正极片和负极片之间设置有隔膜。
本发明提供的扣式电池容置腔内无需设置弹片或垫片，底壳、负极片、隔膜、正极片和顶壳依次层叠接触设置即可，尽管，上述几种物质厚度加和仅为几十至几百微米，但是通过调节顶壳侧壁或顶壳侧壁的厚度即可满足扣式电池厚度的要求，同时还能够保证扣式电池优异的电性能。
在本发明的一种优选方案中，正极片设置有正极耳，通过将正极耳与顶壳主体固定连接从而实现正极片固定于顶壳上；同理，负极片设置有负极耳，通过负极耳与底壳主体固定连接从而实现负极片固定于底壳上。
优选地，正极耳通过焊接的方式固定于顶壳主体上，负极耳也通过焊接的方式固定于底壳主体上。
[正极片]
在本发明的一种优选方案中，正极片按照如下步骤制备而成：将正极材料(磷酸铁锂材料，镍钴锰酸锂材料，镍钴铝酸锂材料，锰酸锂材料)、PVDF(聚偏氟乙烯)粘接剂和Super-P导电剂按照96:2:2的质量比溶解于NMP(N-甲基吡咯烷酮)中混合搅拌得到正极浆料，将正极浆料按照设计重量涂覆到铝箔上并烘干得到正极片。将正极片辊压到设计的厚度，然后裁切成所需形状和尺寸的扣式电池用正极片。
[负极片]
在本发明的一种优选方案中，负极片按照如下步骤制备而成：
将负极材料(石墨类材料、软硬碳类材料、硅负类极材料)、SBR(丁苯橡胶)粘接剂，CMC(羧甲基纤维素钠)增稠剂和Super-P导电剂按照96.0:2.0:1.5:0.5的质量比溶解于超纯水中混合搅拌得到负极浆料，将负极浆料按照设计重量涂覆到铜箔上并烘干得到负极片。将负极片辊压到设计的厚度，然后裁切成所需形状和尺寸的扣式电池用负极片。
在本发明的一种优选方案中，容置腔的内部设置有电解液，电解液的设置方式同传统扣式电池，在此不再赘述。
在本发明的一种优选方案中，扣式电池还包括密封胶圈，所述密封胶圈套设于所述顶壳侧壁上，一方面能够密封顶壳侧壁和底壳侧壁之间的空隙，保证容置腔的密封性，另外一方面还能够有效避免短路。
在本发明的一种典型方案中，底壳主体的外径为20mm，底壳侧壁的厚度为0.24mm，负极片的直径为13mm，负极片与底壳主体共圆心设置，负极耳的长度为2mm，宽度为1mm，两个负极耳对称设置于负极片的两侧，两负极耳通过点焊的方式焊接于底壳主体上，从而将负极片固定于底壳主体。
在本发明的一种典型方案中，顶壳主体的外径为18.6mm，顶壳侧壁的厚度为0.24mm，正极片的直径为12mm，正极片与顶壳主体共圆心设置，正极耳的长度为2mm，宽度为1mm，两个正极耳对称设置于正极片的两侧，两正极耳通过点焊的方式焊接于顶壳主体上，从而将正极片固定于顶壳主体。根据本发明的第二个方面，本发明提供了上述扣式电池的制备方法，包括如下步骤：
将顶壳、正极片，隔膜、电解液、负极片和底壳组装成扣式电池，且所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置。
本发明提供的扣式电池在制备过程中无需设置弹片或垫片，从而有效简化了组装工艺，操作更方便，能够有效提高制备效率，降低成本。
优选地，将正极片固定于顶壳，负极片固定于底壳，再将固定有正极片的顶壳、隔膜和固定有负极片的底壳依次叠放，并使得所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置，滴加电解液，封口，组装成扣式电池。
优选地，采用扣式电池封装及进行封口。
进一步优选地，将正极片通过正极耳焊接于顶壳主体后放入真空烘箱中烘烤备用，负极片也通过负极耳焊接于底壳主体后放入真空烘箱中烘烤备用。
优选地，负极片和正极片在真空烘箱中烘烤温度均为100-130℃，烘烤时间均为12-24h，以利于将负极片和正极片完全干燥。
典型但非限制性地，真空烘箱中地烘烤温度如为100、105、110、115、120、125或130℃，烘烤时间如为12、15、18、20、22或24h。
在本发明一种典型但非限制性地实施方式中，隔膜为20微米地并聚丙烯隔膜，电解液地电解质为1mol/L的六氟磷酸锂，溶剂为EC:DEM:EMC＝3:4:3。
在本发明地一种优选方案中，扣式电池在组装完成后还需要进行依次进行静置、化成和容量标定的步骤才能使用。
优选地，扣式电池静置完成后，采用夹具将扣式电池的正负极拧紧，通过正负极极柱与充电设备连接，依次进行化成和容量标定工序。
优选地，静置的温度为40-50℃，静置时间为10-15h，以利于电解液充分浸入到极片中。
典型但非限制性的，静置的温度如为40℃、42℃、45℃、48℃或50℃，静置时间如为10h、11h、12h、13h、14h或15h。
根据本发明的第三个方面，本发明提供上了扣式电池在电子产品中的应用。
为了便于本领域技术人员理解，下面结合实施例和对比例对本发明提供的技术方案做进一步的描述。
实施例1
图1为本发明实施例1提供的扣式电池内部结构分解图；图2为本发明实施例1提供的套设有密封胶圈且固定有正极片的顶壳的仰视图；图3为本发明实施例1提供的固定有负极片的底壳的俯视图；如图1所示，本发明提供的扣式电池包括顶壳和底壳，顶壳设置于底壳的内部，顶壳和底壳围合成容置腔，其中，底壳包括底壳主体104和底壳侧壁103，底壳侧壁103围设于底壳主体104的周向，顶壳包括顶壳主题和顶壳侧壁101，顶壳侧壁101围设于顶壳主题的周向，且顶壳侧壁101和底壳侧壁103同向设置。
本发明通过将顶壳侧壁101和底壳侧壁103同向设置，并与顶壳主体102和底壳主体104共同围合成容置腔，从而实现了通过调整顶壳侧壁101或底壳侧壁103的高度即可实现扣式电池高度的调节，从而无需在容置腔中设置弹片或垫片，有效简化了扣式电池内部结构以及组装工艺，提高了加工效率，并且不会增加电池内阻，使得电池保持优异的电性能，能够长期循环和在高倍率下放电，具有广阔的应用前景。
如图1所示，在本发明中，顶壳侧壁101垂直于顶壳主体102所在的平面，且与顶壳主体102固定连接，底壳侧壁103垂直于底壳主体104所在的平面，且与底壳主体104固定连接，从而更有利于底壳和顶壳组装成扣式电池。
为了便于将顶壳设置于底壳的内部，顶壳主体102的外径稍小于底壳主体104的外径，同时也有利于顶壳侧壁101与底壳侧壁103同向设置，并围合成封闭的容置腔。
如图1所示，在本发明中，容置腔的内部设置有正极片105和负极片107，正极片105和负极片107相对设置，其中，正极片105固定于顶壳，负极片107固定于底壳，且正极片105和负极片107相对设置，其中正极片105固定于顶壳主体102，负极片107固定于底壳主体104，且正极片105和负极片107之间设置有隔膜109。
本发明提供的扣式电池容置腔内底壳、负极片107、隔膜109、正极片105和顶壳依次层叠设置，即使各层的厚度加和仅为几十至几百微米，但是通过调节顶壳侧壁101或顶壳侧壁101的厚度即可满足扣式电池厚度的要求，同时还能够保证扣式电池优异的电性能。
如图2和图3所示，正极片105设置有正极耳106，通过将正极耳106焊接于顶壳主体102，以使得正极片105固定于顶壳；负极片107设置有负极耳108，通过将负极耳108焊接于底壳主体104上，以使得负极片107固定于底壳。
在本发明的一种优选方案中，容置腔的内部设置有电解液，电解液的设置方式同传统扣式电池，在此不再赘述。
如图1所示，本发明提供的扣式电池还包括密封胶圈110，密封胶套设于顶壳侧壁101上，一方面能够密封顶壳侧壁101和底壳侧壁103之间的空隙，保证容置腔的密封性，另外一方面还能够有效避免短路。
实施例2
实施例2提供了实施例1提供的扣式电池的制备方法，按照如下步骤进行：
(1)制备正极片
将正极材料(磷酸铁锂材料，镍钴锰酸锂材料，镍钴铝酸锂材料，锰酸锂材料)、PVDF(聚偏氟乙烯)粘接剂和Super-P导电剂按照96:2:2的质量比溶解于NMP(N-甲基吡咯烷酮)中混合搅拌得到正极浆料，将正极浆料按照设计重量涂覆到铝箔上并烘干得到正极片。将正极片辊压到设计的厚度，然后裁切成所需形状和尺寸的正极片，且该正极片上设置有铝极耳。
(2)制备固定有正极片的顶壳
提供顶壳侧壁垂直于顶壳主体且与顶壳主体固定的顶壳，将正极耳焊接于顶壳主体上，从而制备得到固定有正极片的顶壳，将其放入真空烘箱中120℃，烘烤15h，备用。
(3)制备负极片
将负极材料(石墨)、SBR(丁苯橡胶)粘接剂，CMC(羧甲基纤维素钠)增稠剂和Super-P导电剂按照96.0:2.0:1.5:0.5的质量比溶解于超纯水中混合搅拌得到负极浆料，将负极浆料按照设计重量涂覆到铜箔上并烘干得到负极片。将负极片辊压到设计的厚度，然后裁切成所需形状和尺寸的负极片，且该负极片上设置有铜极耳。
(4)制备固定有负极片的底壳
提供底壳侧壁垂直于底壳主体且与底壳主体固定的底壳，将负极耳焊接于底壳主体上，从而制备得到固定有负极片的底壳，将其放入真空烘箱中120℃，烘烤15h，备用。
(5)组装扣式全电池
将固定有正极片的顶壳、隔膜和固定有负极片的底壳依次叠放，并使得所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置，滴加电解液，封口，组装成扣式电池，将组装后的电池在45℃，静置15h后，采用夹具将静置后电池的正负极拧紧，通过正负极极柱与充电设备连接，依次进行化成和容量标定工序，完成扣式全电池的制备。
试验例1
为了验证本发明实施例2制备得到的扣式电池的电性能，将实施例2制备得到的扣式电池依次进行首次充放电、恒流放电倍率、常温循环寿命以及45℃循环寿命，结果如图4-7所示。
图4为本发明实施例1提供的扣式电池首次充放电测试图；图5为本发明实施例1提供的扣式电池的恒流放电倍率图；图6为本发明实施例1提供的扣式电池的常温循环寿命图；图7为本发明实施例1提供的扣式电池在45℃循环寿命图；通过图4-7可以看出，本发明提供的扣式电池具有优异的电性能。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种扣式电池，其特征在于，包括顶壳和底壳，所述顶壳设置于所述底壳的内部，且所述顶壳和所述底壳围合成容置腔，其中，所述底壳包括底壳主体和底壳侧壁，所述底壳侧壁围设于所述底壳主体的周向，所述顶壳包括顶壳主体和顶壳侧壁，所述顶壳侧壁围设于所述顶壳主体的周向，且所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置；
所述容置腔的内部设有正极片和负极片，所述正极片和所述负极片相对设置，其中，所述正极片固定于所述顶壳，所述负极片固定于所述底壳，且所述正极片和所述负极片之间设置有隔膜；
顶壳的外径小于底壳主体的外径；
所述扣式电池还包括密封胶圈，所述密封胶圈套设于所述顶壳侧壁上，用于密封所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁之间的空隙。
2.根据权利要求1所述的扣式电池，其特征在于，所述正极片设置有正极耳，所述正极耳与所述顶壳固定连接，所述负极片设置有负极耳，所述负极耳与所述底壳固定连接。
3.根据权利要求1所述的扣式电池，其特征在于，所述容置腔的内部还设置有电解液。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的扣式电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将顶壳、正极片，隔膜、电解液、负极片和底壳组装成扣式电池，其中，所述顶壳和所述底壳围合成容置腔，所述正极片、隔膜、电解液和负极片均设置于容置腔的内部，所述顶壳包括顶壳主体和围设于顶壳主体周向的顶壳侧壁，所述底壳包括底壳主体和围设于底壳主体周向的底壳侧壁，且所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置；
将正极片固定于顶壳，将负极片固定于底壳，再将固定有正极片的顶壳、隔膜和固定有负极片的底壳依次叠放，并使得所述顶壳侧壁和所述底壳侧壁同向设置，滴加电解液，封口，组装成扣式电池。
5.根据权利要求4所述的扣式电池的制备方法，其特征在于，还包括将组装成的扣式电池依次进行静置、化成和容量标定的步骤。
6.根据权利要求5所述的扣式电池的制备方法，其特征在于，所述静置的温度为40-50℃，静置时间为10-15小时。
7.根据权利要求1-3任一项所述的扣式电池或权利要求4-6任一项所述制备方法制备得到的扣式电池在电子产品中的应用。
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