CN201233934Y - 防胀型扣式锂二硫化铁电池 - Google Patents
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Abstract
一种防胀型扣式锂二硫化铁电池，包括：正极壳和负极盖，壳体内有正极和负极，正极和负极之间有隔膜，壳体内填充有电解液，在壳体内正极和与其相对的正极壳之间设置有弹性金属片。隔膜为具有微孔的聚丙烯、或具有微孔的聚乙烯薄膜。正极材料由二硫化铁、导电剂、粘接剂组成；负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金。电解液为锂盐溶解在碳酸乙烯酯等溶剂中的溶液。弹性金属片为发泡镍、纤维镍、发泡铜、发泡铝、不锈钢弹簧片、铝弹簧片和镍弹簧片之中的一种。本实用新型能够防止电池放电过程中发生正极膨胀现象，增强了电池的放电电压的稳定性，提高了电池的放电容量，提升了电池的总体品质，而且制备工艺简单，适合大规模的工业化生产。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种扣式锂二硫化铁电池，尤其涉及一种防胀型扣式锂二硫化铁电池。
背景技术
近些年来，随着电子技术的发展和世界各国对环境保护的日益重视，对化学电源提出了更高的要求。目前充斥市场主流的扣式电池分为两个系列：一个系列是锌锰扣式电池，这种电池的优点是价格便宜，缺点是容量低、自放电大、易于漏液、在高温和低温下性能差；另一个系列是银锌扣式电池，这种电池的容量虽然比锌锰电池高出30％以上，但由于其正极材料为氧化银，价格昂贵。而且银锌扣式电池与锌锰扣式电池通常都含有金属汞，它们广泛地应用于手表、计算器、仪表等各种电器中，当这些电子产品被抛弃变成固体垃圾时，随之对环境也造成污染。
现有的锂二硫化铁扣式电池正极活性物质为二硫化铁，负极为金属锂或锂合金，工作电压为1.5V，放电容量比同样型号的银锌电池高，对环境无污染。但是，以前的锂二硫化铁扣式电池在放电过程中存在正极膨胀问题，进而引起电池的膨胀，影响了电池的使用性能。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种在放电过程中正极不膨胀、电池放电性能稳定的防胀型扣式锂二硫化铁电池。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种防胀型扣式锂二硫化铁电池，包括：正极壳和负极盖，壳体内有正极和负极，正极和负极之间有隔膜，壳体内填充有电解液；其特征是：在壳体内正极和与其相对的正极壳之间设置有弹性金属片。
根据所述的防胀型扣式锂二硫化铁电池，其特征是：所述的弹性金属片为发泡金属、发泡金属合金、烧结不锈钢或者金属弹簧片。
根据所述的防胀型扣式锂二硫化铁电池，其特征是：所述的发泡金属为发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛；所述的发泡金属合金为发泡镍合金、纤维镍合金、发泡铁合金、发泡铜合金、发泡铝合金、发泡钛合金；所述的金属弹簧片为不锈钢弹簧片、铁弹簧片、铜弹簧片、铝弹簧片和镍弹簧片。
根据所述的防胀型扣式锂二硫化铁电池，其特征是：
所述的隔膜为具有微孔的聚丙烯薄膜，或具有微孔的聚乙烯薄膜，或者两者结合而成的复合薄膜，或为聚丙烯毡，或为纤维的纸质薄膜，或为玻璃纤维；
所述的正极由正极材料组成，或者由集流体和正极材料组成，其中集流体为金属骨架，金属骨架选自发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛、发泡镍合金、纤维镍合金、发泡铁合金、发泡铜合金、发泡铝合金、发泡钛合金和烧结不锈钢中一种，正极材料由二硫化铁和选自石墨、炭黑、铁粉、铜粉、银粉、镍粉中一种或多种的导电剂，以及选自聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、丙烯酸酯、羧甲基纤维素中一种或多种的粘接剂组成；
所述的负极(4)为金属锂、锂铝合金或锂硅合金；
所述的电解液为LiPF6、LiClO4、双乙二酸硼酸锂、LiBF4、LiI或LiCl溶解在碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、乙二醇二甲醚、乙腈、碳酸甲乙酯或γ-丁内酯的一种溶液或者多种混合溶液。
本实用新型的有益效果是：电池的正极侧设置具有弹性的金属，使用发泡金属、发泡金属合金、烧结不锈钢或者金属弹簧片，它们都具有可压缩性或弹性，能够抑制电池放电过程中正极发生的膨胀现象，从而增强了电池的放电电压的稳定性，提高了电池的放电容量，提升了电池的总体品质，而且具有对环境无污染的特点，有利于扩大锂铁扣式电池的应用范围。增强了锂铁扣式电池在高端电子仪器、仪表上应用的竞争力，而且有利于简化电池的生产工艺，适合大规模的工业化生产。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为本实用新型的另一种结构示意图。
附图中：1、正极壳；2、胶圈；3、负极盖；4、负极；5、隔膜；6、正极；7、弹性金属片；8、内环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
本实用新型防胀型扣式锂二硫化铁电池如图1、图2所示，包括：正极壳1和负极盖3，正极壳1和负极盖3通过胶圈2密封。壳体内有正极6和负极4，正极6和负极4之间有隔膜5，壳体内填充有电解液。壳体内在正极和与其相对的正极壳1之间设置有弹性金属片7。
图1所示的实施例中壳体内带有内环8，弹性金属片7为金属弹簧片。
图2所示的实施例中壳体内没有内环8，弹性金属片7为发泡金属、发泡金属合金、烧结不锈钢。
本实用新型是通过以下技术方案加以实现的，一种防胀型扣式锂二硫化铁电池，该电池包括不锈钢或镀镍钢的壳体，壳体内设置隔膜和填充电解液，隔膜的两侧分别设置正极和负极，所述的隔膜为具有微孔的聚丙烯(PP)薄膜，或具有微孔的聚乙烯(PE)薄膜，或者两者结合而成的复合薄膜，或为聚丙烯毡，或为纤维的纸质薄膜，或为玻璃纤维，所述的正极由正极材料组成或者由集流体和正极材料组成，其中集流体为金属骨架，金属骨架选自发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛、发泡镍合金、纤维镍合金、发泡铁合金、发泡铜合金、发泡铝合金、发泡钛合金和烧结不锈钢中一种，正极材料由二硫化铁和选自石墨、炭黑、铁粉、铜粉、银粉、镍粉中一种或多种的导电剂，以及选自聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、丙烯酸酯、羧甲基纤维素中一种或多种的粘接剂组成，所述的负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金，所述的电解液为锂盐溶解在碳酸乙烯酯等溶剂中的溶液，如：LiPF6、LiClO4、双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、LiBF4、LiI或LiCl溶解在碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、碳酸甲乙酯(EMC)或γ-丁内酯(GBL)的一种溶液或者多种混合溶液；其特征是：壳体内在正极和与其相对的壳体之间设置弹性金属片，该弹性金属片选自发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛、发泡镍合金、纤维镍合金、发泡铁合金、发泡铜合金、发泡铝合金、发泡钛合金、烧结不锈钢、不锈钢弹簧片、铁弹簧片、铜弹簧片、铝弹簧片和镍弹簧片之中的一种。
上述的弹性金属片优选为发泡镍、纤维镍、发泡铜、发泡铝、不锈钢弹簧片、铝弹簧片和镍弹簧片之中的一种。
实施例1
将二硫化铁粉末50g和石墨粉50g均匀混合，然后加入质量浓度为5％聚四氟乙烯乳液100g，用玻璃棒搅拌成为膏状，用压片机压至厚度为1mm的片体，将片体放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，取出片体，切成直径φ2.2mm的圆饼，再将圆饼放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，圆饼转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。把直径φ2.2mm厚度为0.5mm锂饼的负极材料放入半个不锈钢的壳体内，其上面放好玻璃纤维隔膜，再把正极放在隔膜上面，在正极上再放上1mm厚的直径φ2.2mm的发泡镍片，再加入0.1g的1M LiClO4电解液(溶剂为碳酸丙烯酯：30％wt；乙二醇二甲醚：70％wt)，盖好另一半不锈钢的壳体，然后在油压机上封口，得到防胀型扣式锂二硫化铁电池。
实施例2
将人工二硫化铁粉末80g和石墨粉20g均匀混合，然后加入质量浓度为15％丙烯酸酯水溶液10g，用玻璃棒搅拌成为膏状，用压片机压至厚度为1mm的片体，将片体放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，取出片体，切成直径φ6.2mm的圆饼，再将圆饼放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，圆饼转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。把直径φ6.2mm厚度为1.8mm锂铝合金饼的负极材料(Li：98％wt，Al：2％wt)放入半个不锈钢的壳体内，其上面放好聚丙烯(PP)薄膜，再把正极放在隔膜上面，在正极上再放上1.1mm厚的直径φ6.2mm的铝弹簧片，加入0.5g的1M LiI电解液(溶剂为碳酸丙稀酯10％wt；乙二醇二甲醚30％wt；DOL60％wt)，盖好另一半不锈钢的壳体，然后在油压机上封口，得到防胀型扣式锂二硫化铁电池。
实施例3
将天然二硫化铁粉末70g和铜粉30g均匀混合，然后加入质量浓度为2％羧甲基纤维素100g，用玻璃棒搅拌成为浆状，把浆体涂抹在20cm×10cm×2mm的发泡钛上，用牛角勺反复的涂抹，使浆体充分的填充到孔率为95％的发泡钛的间隙中，然后把发泡钛放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，取出发泡钛，用压片机将发泡钛压至厚度为2mm的片体，将片体切成直径φ8.2mm的圆饼，再将圆饼放入温度为150℃真空烘箱中，烘干12h，圆饼转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。把直径φ8.0mm厚度为1mm锂铝合金饼的负极材料(Li：98％wt，Al：2％wt)放入半个镀镍钢的壳体内，其上面放好聚乙烯(PE)薄膜，再把正极放在隔膜上面，在正极上再放上1mm厚的直径φ8.0mm铜弹簧片，加入0.2g的0.8M LiBC4O8电解液(溶剂PC 20％wt；EC20％wt；DEC30％wt；GBL30％wt)，盖好另一半镀镍铁的壳体，然后在油压机上封口，制成防胀型扣式锂二硫化铁电池。
实施例4
将人工合成二硫化铁粉末90g、镍粉5g、5g聚四氟乙烯干粉均匀混合，用刷子把上述干粉反复刷入20cm×20cm×2mm的孔率为95％发泡镍上，使粉体充分的填充到发泡镍的间隙中，然后把发泡镍放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，取出发泡镍，用压片机将发泡镍压至厚度为1mm的片体，将片体切成直径φ2.2mm的圆饼，圆饼再放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，圆饼转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。把直径φ2.2mm厚度0.7mm锂饼的负极材料，放入半个镀镍铁的壳体内，其上面放好直径φ2.8mm厚度为0.05mm聚丙烯毡隔膜，再把正极放在隔膜上面，在正极上再放上1mm厚的直径φ2.2mm的发泡铝片，加入0.4g的1.2M LiPF6电解液(溶剂为PC 20％wt；EC20％wt；DEC30％wt；GBL30％wt)，盖好另半个镀镍铁的壳体，然后在油压机上封口，制成防胀型扣式锂二硫化铁电池。
实施例5
实施条件同实施例2，不同之处在于所使用的弹簧片是纤维镍片。
实施例6
实施条件同实施例3，不同之处在于所使用的弹簧片是发泡铜片。
实施例7
实施条件同实施例1，不同之处在于所使用的弹簧片是不锈钢弹簧片。
实施例8
实施条件同实施例4，不同之处在于所使用的弹簧片是镍弹簧片。
上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和保护范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1、一种防胀型扣式锂二硫化铁电池，包括：正极壳(1)和负极盖(3)，壳体内有正极(6)和负极(4)，正极(6)和负极(4)之间有隔膜(5)，壳体内填充有电解液；其特征是：在壳体内正极和与其相对的正极壳(1)之间设置有弹性金属片(7)。
2、根据权利要求1所述的防胀型扣式锂二硫化铁电池，其特征是：所述的弹性金属片(7)为发泡金属、发泡金属合金、烧结不锈钢或者金属弹簧片。
3、根据权利要求2所述的防胀型扣式锂二硫化铁电池，其特征是：所述的发泡金属为发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛之中的一种；所述的发泡金属合金为发泡镍合金、纤维镍合金、发泡铁合金、发泡铜合金、发泡铝合金、发泡钛合金之中的一种；所述的金属弹簧片为不锈钢弹簧片、铁弹簧片、铜弹簧片、铝弹簧片和镍弹簧片之中的一种。
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