CN218867191U - 用于钮扣电池的组件、保持件以及钮扣电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于钮扣电池的组件，其包括保持件(1’)和压入保持件中的电池电极片(4)。本实用新型还涉及一种保持件(1’)，该保持件适于将纽扣电池(11’)的片状电极(4)压入保持件中。该保持件包括具有圆周的底部(3)。该保持件还包括从所述底部向外突出的至少三个支承部(20)，所述支承部沿着所述保持件的圆周布置，使得保持件可由支承部支承在平坦表面上。该保持件还可以包括从底部(3)的圆周向上竖起的壁部(2)，支承部(20)从底部沿与壁部相反的方向突出。本实用新型还涉及一种纽扣电池(11’)。

Description

用于钮扣电池的组件、保持件以及钮扣电池

技术领域

本实用新型涉及纽扣形电池，特别是用于这种电池的阴极的支承装置。

背景技术

纽扣形电池——也简称为“纽扣电池”或“扣式电池”——是众所周知的。使用了各种类型的纽扣电池，其区别在于不同的尺寸以及用于电极和电解质的材料。用于诸如手表等低压电器的常用类型通常称为“CR”型电池，C是指电极的化学性质，R指电池的圆形。CR电池包括锂基阳极和包含二氧化锰作为活性材料的阴极。电解质可以是固态或液态有机材料。其它材料组合以诸如BR、SR等各种其它字母代码被知悉。

CR电池的阴极通常为通过压实包含用于降低内部电阻的活性材料、粘合剂、碳和/或石墨的粉末混合物以及其它添加剂而生产的板片(tablet)形式。根据一种众所周知的技术，将混合物压制成底部有网板的板片形状。添加网板以提高板片的强度，并提供板片与位于板片下方并形成电池的正极端子的金属罐体之间更好的电接触。

在放电期间，板片由于从阳极迁移的锂离子进入而膨胀。随着板片中锂离子含量的增加，板片在所有方向上膨胀。这种膨胀带来的问题包括：

-失去与网板的接触：网板在没有任何粘合剂的情况下压在板片上。当板片膨胀时，通过粉末对网板的夹持变得更松，最终两者分离。

-当板片在放电期间膨胀时，由金属锂制成的阳极被消耗掉。在理想情形中，阴极板片在高度方向上的膨胀速率大于锂阳极消退的速率，从而保持两个电极之间的导电路径。然而，由于在板片的膨胀方向上没有限制，板片不仅在高度方向上生长，而且在径向方向上生长。这导致朝向锂阳极的膨胀速率减慢，最终导致失去电极之间的导电路径。

这些问题的一种已知解决方案是采用金属环形保持件代替网板，将板片压在环形保持件内。保持件在板片的至少一部分周围形成壁部，该壁部仅将板片在高度方向上的膨胀引向阳极，从而维持阳极与阴极之间的导电路径。然而，该环形保持件具有敞开的底部，因此仅沿板片的圆周/周边大致支承板片。因此，在放电期间，板片现在更可能在远离阳极的方向上朝向正极罐体膨胀。这种膨胀将保持件推靠在罐体上，并将保持件从罐体上提升，从而导致阴极与罐体之间失去电接触。

已经提出了其它保持件设计来缓解这些特定问题，包括保持件没有敞开的底部但在保持件底部设置有格栅，如例如专利公开文件CN103606684和CN203553277中所公开的。在后面的这些示例中，格栅呈现出由平行板条组成的交错图案，所述平行板条相对于保持件的底部平面重复向内和向外弯曲。在压片期间，板条的向内弯曲部分本身可能会嵌入粉末中，从而提高板片的强度。板条的向外弯曲部分与电池的罐体直接接触，并呈现出一定程度的弹性，从而能够维持板片与罐体之间的良好接触。而且，当使用液体电解质时，向外弯曲的部分提供在罐体与板片底部之间的空间，在这里可以收集电解质作为储备。

然而，当板片在制造过程中被压入这种类型的保持件时，将粉末压在一起所需的力直接施加在向内和向外弯曲的部分上。除非保持件由具有极高强度的金属制成，否则这些部分可能会被压平，从而减少或消除交错图案的预期有益效果。特别地，当向外弯曲的部分在压片期间被压平时，所述用于收集液体电解质储备的空间被消除。

实用新型内容

本实用新型旨在提供上述问题的解决方案。该目的通过根据本实用新型的电极保持件、保持件/板片组件和钮扣电池来实现。

根据本实用新型，提供了一种导电的保持件，其适于保持纽扣电池的被压入保持件中的片状电极。该保持件包括具有圆周的底部。该保持件还包括从底部向外突出的至少三个支承部，支承部沿着保持件的圆周布置，使得保持件可由支承部支承在平坦表面上。该保持件还可包括从底部的圆周向上竖立的壁部，其中支承部沿与该壁部相反的方向从底部突出。本实用新型还涉及一种包括保持件和压入该保持件中的电池电极片的组件以及一种包括所述组件的纽扣电池。本实用新型还涉及一种用于通过压缩步骤制造保持件/板片组件的方法，该压缩步骤使用设置有凹部的压模，该凹部构造成在压缩步骤中使保持件的底部发生变形。

这种保持件能确保纽扣电池的阴极片的底部与电池的罐体的底部之间有可用的空间。该空间允许阴极的一定程度的膨胀，同时也代表用于电池电解质的储备区域。即使当保持件包括在压缩步骤中被压平的向外弯曲部分时，支承部也确保了该空间。

附图说明

图1示出了现有技术中已知的用于CR电池的阴极的环形保持件。

图2a和图2b示出了阴极片被压缩在其中的图1中的保持件。

图3a至图3g示出了本领域中目前已知的用于制造保持件和阴极片的组件的压缩方法的步骤。

图4a和图4b示出了其中安装了图2a和图2b的保持件/阴极片组件的CR电池的两幅截面图。

图5a和图5b示出了根据本实用新型的一个实施例的保持件/阴极片组件。

图6a和图6b示出了其中安装了图5a和图5b的保持件/阴极片组件的CR电池的两幅截面图。

图7示出了适于使用图3a至图3g所示的压缩方法生产根据本实用新型的保持件/板片组件的压模。

图8示出了根据本实用新型的另一实施例的保持件/阴极片组件。

图9示出了根据本实用新型的保持件/阴极片组件的另一替代实施例。

具体实施方式

图1示出了本领域已知并且上面在背景技术中提到的用于CR电池的圆形阴极片的环形保持件1，即具有敞开底部的环。该环具有呈扁平的环形板条形式的底部3和从环形板条的圆周向上竖起的圆柱形/圆环形的壁部2。壁部2优选垂直于底部3。保持件1由导电材料形成，优选地由在电池内部环境下具有机械、化学和电化学稳定性的金属制成，例如不锈钢(SS)，比方说SS304、SS316、铝和大多数贵金属。

图2a和图2b分别示出了从上方和下方看去的同一保持件1，其中阴极片/片状阴极4被压入所述保持件。在后一视图中，可以看到环形板条的底部与阴极片4齐平。这是生产图2a和图2b所示的保持件/阴极片组件的方法的结果。图3a至图3g示意性地示出了这种方法的示例。如图3a所示，用于生产保持件/阴极片组件的装置包括型腔5和压模6，它们具有相互对应的横截面，使得压模6可以以小间隙插入型腔5中。型腔5包括平坦的底部5a和圆柱形直立侧壁5b。压模6构造成能通过受控力推入型腔5中。型腔5的横截面与环形阴极保持件1的横截面相对应。如图3b所示，将阴极粉末混合物7引入型腔5，然后进行用于轻微预压阴极粉末混合物7的第一压缩步骤(图3c)。然后，将压模6从型腔5中抬起(图3d)，并将环形保持件1引入型腔5中，底部侧朝上(图3e)。然后，再次向下推动压模6，现在用更大的力(图3f)，从而将阴极片4完全压缩，并将阴极材料压入环形保持件1中。最后，抬起压模6(图3g)，允许从型腔5中取出阴极片4和环形保持件1的组件。

用于生产该组件的压模6具有平坦的前表面8，因此使该组件的具有平坦的底面，如图2b所示。

图4a和4b示出了配备有上述紧凑型阴极/保持件组件的CR电池11。图片表示在其电池使用时间开始时、即在电极发生任何显著的体积变化之前的电池11。环形保持件1位于形成电池11的正极端子的罐体12内，环形板条与罐体12的底部接触。如上所述，压实的阴极材料4与环形板条的底面齐平，因此与罐体12底部物理接触。

在阴极片4上方设有分隔件13，该分隔件13将阴极片4与位于分隔件13顶部上的电池阳极14分隔开。电池阳极14由形成电池11的负极端子的金属盖15覆盖。电绝缘垫圈16插入罐体12的外沿与金属盖15之间，从而有效地将正极端子和负极端子分隔开，并将电池11的内部与外部大气隔绝。

分隔件13可以是层压到阴极片4上的固体电解质片，在这种情况下，阴极片4还包括与活性材料混合在一起的固体电解质。作为替代，电池11可以包括液体电解质。在这种情况下，阴极片4浸泡在该液体电解质中，并且分隔件13可以是多孔聚合物膜，其本身是电绝缘的，但可以吸收液体电解质，以便将离子从阳极14传导到阴极4。

这种环形保持件1的缺点已经在背景技术部分中陈述，并且可以在这里再次概括。当阴极片4膨胀时，它很可能会将自己推离罐体12。而且，当使用液体电解质时，阴极片4与罐体12的底部之间没有可用的空间，因此在该区域中无法形成电解质储备。

图5a和5b示出了根据本实用新型一个实施例的保持件/阴极片组件，其包括环形保持件1’和压实的阴极片4。保持件1’同样包括壁部2和环形板条形式的底部。从上方观察(图5a)，该组件看起来与图2a所示的现有技术中的组件相同。图5b中的仰视图显示，环形板条仍与压实的阴极片4的底部平面齐平。然而，现在保持件1’设置有多个支承部20，这些支承部20从环形板条2沿与壁部2相反的方向向外突出，以便在所述组件被放置在平坦表面——例如根据本实用新型的CR电池11’的罐体12的底面——上时形成用于组件的支腿，如图6a和6b所示。

在所示实施例中，环形保持件1’包括沿着环形保持件1’的圆周以90°的角度间隔放置的4个支承部20。支承部20的数量可以是3以上的任何实数，其沿着圆周分布，使得当保持件/阴极片组件安装在罐体中时，支承部实现罐体12的底部与阴极片4之间的间隙21(见图6a)。根据优选实施例，所有支承部20的高度基本相同，因此间隙21沿着阴极片4的表面基本恒定，即，阴极片4的底部基本平行于罐体12的底部。间隙21允许阴极片4在罐体12的方向上有一定程度的膨胀，而不会破坏保持件1’与罐体12之间的电接触。而且，当使用液体电解质时，间隙21可以容纳电解质储备。

支承部20的形状不限于图5b所示的半圆形，但可以是任何其它合适的形状。

用于实现支承部20的一种优选方法是在图3a至3g所示的阴极片压缩步骤中通过使用适合的压缩压模来形成这些支承部20。适于生产图5a和5b所示的保持件/阴极片组件的压模6’在图7中示出。压模6’沿着压模前表面8的圆周设置有4个半圆形的凹部22。当使用该压模6’进行图3a-3g所示的压缩步骤时，压缩力实现环形板条相对于4个凹部的塑性变形，从而形成与保持件1’的底部3成一体的支承部20。

支承部20的高度和平面尺寸不限于任何特定值。例如，对于直径为约17mm的环形保持件，可以提供直径为约0.5mm、高度介于0.02mm与0.06mm之间的半圆形支承部20。通过塑性变形来形成保持件所需的力取决于保持件所用材料的硬度。通常用于这些保持件的材料是SS316，其维氏硬度值为140。通过凹部使这种材料变形需要约1.8kN的力。在图3a至3g所示的方法中，为了压缩阴极片4而施加的力大于60kN，因此显而易见的是，当使用设置有凹部22的压模6’时，压缩过程能够产生支承部20。

除图中所示类型的保持件1’之外，本实用新型还适用于用于CR电池的电极片的任何其它类型的保持件。本实用新型适用的保持件的一般特征是其包括具有圆周的底部3。在前图的环形保持件1’中，底部是环形板条，即除了该环形板条外，保持件1’的底部是敞开的。在其它类型的保持件中，情况并非如此，例如在前文引用的专利公开文献CN103606684和CN203553277中描述的类型的保持件中，其中保持件的底部包括交错图案，由相对于保持件的底部平面，即底部3的底部平面向内和向外重复弯曲的平行板条组成。当使用这种类型的保持件和扁平压模6时进行图3a至3g所示的压缩过程时，板条的向外弯曲部分在压模6与型腔5的底部5a之间被压平，从而在保持件/阴极片组件被放置在电池罐体中时没有留出用于电解质储备的空间。当使用图7的压模时，向外弯曲的部分仍被压平，但同时在保持件的底部上形成了支承部20，从而确保在将保持件/阴极片组件安装在罐体中时有空的空间。

根据一个实施例，图中所示的保持件1’可以在环形板条的内表面内侧设置有网状结构，以进一步提高保持经压缩的阴极片的能力。

图8示出了根据本实用新型的包括设置有支承部20的另一类型的保持件1’的保持件/阴极片组件。支承部20的数量在所示实施例中为三个，但也可以是四个或更多个。这种类型的保持件(没有支承部)已成为较早的专利申请No.20214346.7的主题，并且包括直立壁2和设置有孔口25的底部3，孔口25的尺寸优选相等，并且规则地分布在底面的平面上。对于这种类型的保持件，支承部20具有与上述相同的优点，即允许有用于阴极片4朝向罐体12扩展的空间而不会失去电连接，并提供了具有电解质储备的可能性。

图9示出了根据另一实施例的保持件/阴极片组件。保持件1’现在仅包括底部3，该底部3具有平面环的形状，该平面环具有围绕中心轴线29布置的内壁30和外壁31，并且其中阴极片4已被部分压入由底部3的内壁30限定的空间中。底部3的厚度优选地高于先前所示实施例中的厚度，使得能够将足够的阴极材料压入内壁30内以便将阴极片4保持在适当位置。通过在型腔5内在优选预先压缩的阴极粉末的顶部上放置具有足够厚度的环，并使用如图7所示的压模6’压缩粉末，可通过图3a-图3g所示的方法生产支承部20。

根据又一实施例，保持件可以包括图9所示的环形的底部3，但还包括布置在环的内壁30内的网状结构。该网状结构将进一步有助于将经压缩阴极片4保持在适当位置。代替网状结构，可以采用任何其它合适的保持结构，例如形成弯曲板条的交错图案的格栅，如从CN103606684和CN203553277获知的那样。同样，支承部20可通过图3a-3g所示的方法生产。

所有上述类型的保持件都可与图7所示的压模6’结合用于图3a至3g所示的压缩步骤中，以制造根据本实用新型的保持件/阴极片组件。然而，本实用新型不限于使用压缩方法产生支承部20。例如，在图3a至3g所示的标准压缩方法之后，可将保持件的材料板条附接到保持件的底面上，所述材料板条形成支承部20。支承部20也可在压缩步骤之前形成在保持件上，前提是保持件的材料和尺寸被设计成使得压缩步骤不会使保持件的底部3相对于支承部显著变形。

虽然已在附图和前面的描述中详细示出和描述了本实用新型，但此类图示和描述应被视为说明性或示例性的，而非限制性的。通过对附图、公开内容和所附权利要求的研究，本领域技术人员在实施要求保护的发明时可以理解和实现所公开实施例的其它变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中列举了某些措施的这一事实本身并不意味着这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制范围。

Claims (9)

1.一种用于纽扣电池的保持件(1’)，其特征在于，所述保持件是导电的并包括具有至少一个孔口的底部(3)和从该底部沿着所述底部的周缘延伸以限定出壳腔的环形壁部(2)，所述壳腔用于接纳片状电极，其中所述保持件(1’)包括至少三个支承部(20)，所述支承部从所述底部(3)沿与所述环形壁部(2)相反的方向向外突出，并且每个所述支承部都包括端面，所述支承部(20)能通过该端面将所述保持件支承在平坦表面上，所述支承部(20)沿着所述保持件的圆周布置，使得当所述片状电极布置在所述保持件中时，所述片状电极的底面和所述保持件的所述端面在不同的水平面内延伸。

2.根据权利要求1所述的保持件(1’)，其特征在于，所述支承部(20)与所述底部(3)成一体。

3.根据权利要求1或2所述的保持件(1’)，其特征在于,所述底部(3)为环形板条。

4.根据权利要求1或2所述的保持件(1’)，其特征在于，所述底部(3)是具有多个孔口(25)的连续板。

5.根据权利要求1或2所述的保持件(1’)，其特征在于，所述保持件包括环形的底部(3)和布置在所述底部(3)的内壁(30)内侧的保持结构。

6.根据权利要求5所述的保持件(1’)，其特征在于，所述保持结构为网状结构。

7.一种用于纽扣电池的组件，其特征在于，该组件包括片状电极和导电的保持件(1’)，所述片状电极具有顶面和底面，所述保持件包括具有至少一个孔口的底部(3)和从该底部沿着所述底部的周缘延伸以限定出壳腔的环形壁部(2)，该片状电极容纳在所述壳腔中，所述片状电极的底面搁置在所述底部上，其中所述保持件(1’)包括至少三个支承部(20)，所述支承部从所述底部(3)沿与所述环形壁部(2)相反的方向向外突出，并且每个所述支承部都包括端面，所述支承部(20)能通过该端面将所述保持件支承在平坦表面上，所述支承部(20)沿着所述保持件的圆周布置，使得当所述片状电极布置在所述保持件中时，所述片状电极的底面和所述保持件的所述端面在不同的水平面内延伸。

8.一种纽扣电池(11’)，其特征在于，包括根据权利要求1至6中任一项所述的保持件(1’)，所述保持件包括压入所述保持件(1’)中的片状阴极(4)，所述纽扣电池包括罐体(12)、盖(15)、分隔件(13)和阳极(14)，其中所述保持件(1’)放置成其支承部(20)与所述罐体(12)的底部物理接触，而所述分隔件(13)和所述阳极(14)放置在所述片状阴极(4)的顶部。

9.根据权利要求8所述的纽扣电池(11’)，其特征在于，所述纽扣电池为CR电池。

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