JP7828453B2 - ボタン電池 - Google Patents

Description

本出願は、２０２３年２月６日に中国特許庁に提出された出願番号２０２３２０１２２３２４．７の中国特許出願の優先権を主張しており、当該出願の全ての内容が引用によって本出願に組み込まれている。
本出願は電池の技術分野に関するものであり、例えばボタン電池に関するものである。

リチウム二酸化マンガン電池の主な構成要素は、負極ケース、負極、セパレータ、正極（正極リングを含む）、正極ケース、電解液の６つである。電池セルの内部空間が限られているため、正極と負極の占有空間が制限され、さらにセルの容量、すなわち寿命が制限されてしまう。

現段階では、リチウムマンガンボタン式電池セルの多くは、正極リングが正極粉体層を包む構造を採用している。この構造により、正極リングの占有空間が比較的に大きくて、さらに正極と負極の配置空間が制限されて、電池セルの容量が比較的に小さくて、使用寿命が比較的に短くなってしまう。

そのため、これらの問題を解決するボタン電池を求めている。

本願は電池セルの容量が大きく、寿命が長いボタン型電池を提供する。

第１の態様では、本出願の実施例はボタン電池を提供する。前記ボタン電池は、ケースと正極粉体層と集電体とを含み、前記ケースが、互いに接続された正極ケースと負極ケースを含み、前記正極ケース及び前記負極ケースがキャビティを形成するように包囲し、前記正極粉体層が前記キャビティ内に配置され、前記集電体が前記キャビティ内に配置され、前記集電体と前記正極粉体層とが積層されて配置され、前記集電体の少なくとも一部が前記正極粉体層内に埋め込まれ、前記集電体の前記正極粉体層から離れる面が前記正極ケースの底面に当接するように配置される。

一実施例では、前記集電体は網状構造である。

一実施例では、前記集電体の前記正極粉体層内に埋め込まれる面は、フロスト面またはバリがある面である。

一実施例では、前記集電体が前記正極粉体層に埋め込まれる高さは、前記集電体の全高の５０％～９５％である。

一実施例では、前記集電体が、交差して配置された複数の集電バーを含み、前記複数の集電バーが網状構造に形成され、前記複数の集電バーの交差部の厚さが前記集電バーの厚さよりも大きい。

一実施例では、前記集電体の材質がニッケル又はアルミニウム又はステンレス鋼である。

一実施例では、前記正極粉体層の締固め密度が２．０～３．０ｇ／ｍｍ^３である。

一実施例では、前記集電体及び前記正極粉体層の断面が円形であり、前記集電体と前記正極粉体層の断面の直径の比が１：１～１：１．５である。

一実施例では、前記集電体のメッシュが菱形であり、前記菱形の短対角線の長さａと長対角線の長さｂとの比が１：１～１：３である。

一実施例では、前記正極粉体層の前記集電体に当接する面と前記集電体の縦断面とがいずれも波状であり、又は、前記正極粉体層の前記集電体に当接する面と前記集電体の縦断面とがいずれもジグザグ状である。

本発明に係るボタン電池は、正極ケースと負極ケースとの組み立てにより、正極粉体層と集電体とを収容するキャビティが形成される。集電体の少なくとも一部を正極粉体層の中に埋め込むことによって、集電体のケース内の占有空間を減少させることで、正極粉体層の体積を適切に増加させることができ、さらに電池セル容量を増加させ、電池の寿命を延長することができる。

本発明の実施例一に係るボタン電池の断面図である。 本発明の実施例一に係るロール状集電体の構造の模式図である。 本発明の実施例一に係る集電体の構造の模式図である。 本発明の実施例一に係る集電体及び正極粉体層の分解模式図である。 本発明の実施例三に係る集電体と正極粉体層との組立構造模式図である。

本願の説明において、「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「内側」、「外側」等の用語が示す方位又は位置関係は、単に本願の説明を容易にし、説明を簡略化するためのものであって、特定の方位を有し、特定の方位で構成され、動作しなければならないことを示し又は暗示するものではなく、図面に示される方位又は位置関係に基づくものであり、したがって本願を限定するものと理解することはできないことを説明する必要がある。さらに、用語「第一」、「第二」は、単に説明の目的のためだけに用いられ、相対的重要性を示す又は暗示するものとは理解されない。用語「第１の位置」および「第２の位置」は２つの異なる位置であり、第１の特徴が第２の特徴の「上」、「上」および「上」にあることは、第２の特徴の直上および斜め上に第１の特徴があること、または単に第１の特徴の水平の高さが第２の特徴の水平の高さよりも高いことを意味することを含む。第１の特徴が第２の特徴の「下」、「下」及び「下」にあることは、第１の特徴が第２の特徴の直下及び斜め下にあることを含むか、又は単に第１の特徴の水平高さが第２の特徴の水平高さよりも小さいことを示す。

本願の説明においては、別段の明確な規定及び限定がない限り、用語「取り付け」、「接続」、「接続」は一般的に理解されるべきであることを明記する必要がある。例えば、固定接続、取り外し可能接続、又は一体的接続であることができる。机械的にも、電気的にも、接続することができる。直接接続することができて、中間媒体を介して間接的に接続することができて、２つの部品の内部の連通することができる。当業者にとっては、状況に応じて上記用語の本出願における意味を理解することができる。

以下では、添付の図面に示されている本明細書の実施形態を説明し、ここで、最初から最後まで同じまたは類似の符号は、同じまたは類似の要素、または同じまたは類似の機能を有する要素を表す。図面を参照して以下に説明する実施形態は、本出願を説明するためにのみ使用される例示的なものであり、本出願を限定するものと理解できない。

［実施例一］
図１および図２を参照すると、本実施例に提供されるボタン電池は、ケース１０と、正極粉体層４００と、集電体３００とを備える。ケース１０は、互いに連結された正極ケース１００と負極ケース２００とを含む。正極ケース１００及び負極ケース２００がキャビティ１０１を形成するように包囲する。正極粉体層４００は、キャビティ１０１内に配置される。キャビティ１０１内に集電体３００が配置され、集電体３００と正極粉体層４００とが積層配置され、集電体３００の少なくとも一部が正極粉体層４００内に埋め込まれ、集電体３００の正極粉体層４００から離れる面と正極ケース１００の底面とが当接するように配置される。

前記ボタン電池は、正極ケース１００と負極ケース２００との組み立てにより、正極粉体層４００と集電体３００とを収容するキャビティ１０１が形成される。集電体３００の少なくとも一部を正極粉体層４００の中に埋め込むことによって、正極リングの設置に比べると集電体３００のケース１０内での占有空間が比較的に少ないことで、正極粉体層の体積を適切に増加させることができ、さらに電池セル容量を増加させ、電池の寿命を延長することができる。

図１を続けて参考すると、正極ケース１００と負極ケース２００とが上下に係止接続され、ケース１０の内部には、上から順に、集電体３００、正極粉体層４００、セパレータ５００、負極シート６００が積層配置される。

図２および図３を参照すると、選択的に、集電体３００は、網状構造である。選択的に、集電体３００は、一体成形された網状構造である。集電体３００は網状構造を採用することで、集電体３００を正極粉体層４００の中に埋め込むことが容易になると同時に、集電体３００と正極粉体層４００の圧着にも役立ち、両者の間の接続はより強固になる。選択的に、本実施例では、集電体３００の原料はロール状であり、ボタン電池の組み立ての前に、ロール状の集電体７００を平面に展開し、自動打抜き網装置を用いて円形シート状集電体３００に打抜く必要がある。

正極粉体層４００の特性に応じて、集電体３００の正極粉体層４００内に埋め込まれる面は、フロスト面またはバリがある面であることで、集電体３００と正極粉体層４００との間の結合力を高め、両者の離脱を防止できる。

正極粉体層４００に埋め込まれた集電体３００の高さは、集電体３００の高さ全体の５０～９５％であり、例えば、５０％、６０％、８０％、または９５％などであってもよい。なお、集電体３００の正極粉体層４００に埋め込まれた高さは、正極粉体層４００の厚さ、キャビティ１０１の大きさ等のパラメータに応じて設定してもよい、ここでは限定しない。集電体３００の一部を正極粉体層４００に埋め込むことにより、キャビティ１０１内における集電体３００の占有スペースを減少させることができ、正極粉体層４００の体積を適切に増加させることができ、さらに電池セル容量を向上させ、電池寿命を延長することができる。

集電体３００は、交差して配置された複数の集電バー３１０を含み、複数の集電バー３１０は網状構造に形成され、複数の集電バーの交差部３２０の厚さは、集電バー３１０の厚さよりも大きい。本実施例では、集電バーの交差部３２０の厚さは、集電バー３１０の厚さの１．２～１．５倍、例えば、１．２倍、１．３倍、１．４倍、１．５倍等にしてもよい。集電バーの交差部３２０の厚さを増加させることにより、集電体３００の構造的強度を増加させることができ、組立時や使用時に集電体３００が損傷してしまうことを防止できる。

集電体３００のメッシュは菱形であり、菱形の長い対角線の長さａと短い対角線の長さｂとの比は１：１～１：３であり、例示的には、１：１、１：２、１：３、または他の比であってもよく、その比は電池モデルに応じて選択されてもよい。メッシュを設けることにより、集電体３００を正極粉体層４００に圧入しやすくし、加工の難易度を下げることができる。

集電体３００の材質はニッケル又はアルミニウム又はステンレス鋼であり、集電体３００の材質の選択が電池セルのパルス能力に影響を与える。集電体３００はニッケル又はアルミニウムを採用することで、大電流パルスの面で表現能力が比較的に強いである。

正極粉体層４００は、多くはマンガン粉体からなり、集電体３００をよりよく結合するために、正極粉体層４００の締固め密度は、２．０～３．０ｇ／ｍｍ^３であり、例えば、２．０ｇ／ｍｍ^３、２．５ｇ／ｍｍ^３、３．０ｇ／ｍｍ^３、または他の数値であってもよい。

集電体３００及び正極粉体層４００の断面はいずれも円形であり、集電体３００と正極粉体層４００の断面直径の比は１：１～１：１．５であり、例えば、１：１、１：１．２、１：１．５、又は他の比であってもよい。集電体３００と正極粉体層４００とは同心状に配置してもよい、集電体３００の断面積は正極粉体層４００の断面積よりも小さく、それにより、集電体３００を正極粉体層４００に埋め込むことができることが保証される。

本実施例におけるボタン電池の組立工程は以下である。

図４を参照して、プレス機により、集電体３００を正極粉体層４００に圧着して埋め込んで正極を作る。負極ケース２００内に負極シート６００を装填し、裁断されたセパレータ５００を負極シート６００上に被せ、セパレータ５００の上に電解液を滴下し、滴下完了後、セパレータ５００の上に正極粉体層４００を載置し、正極ケース１００を負極ケース２００に係合して、密閉性がある電池をパッケージングする。

［実施例二］
本実施例で提供されるボタン電池の構造は、実施例一と同じであり、両方の異なる点が電池の組立工程である。以下、本実施例のボタン電池の組立工程についてのみ説明する。

負極ケース２００に負極シート６００を装填し、裁断されたセパレータ５００を負極シート６００の上に被せ、セパレータ５００の上に電解液を滴下し、滴下完了後、セパレータ５００の上に正極粉体層４００を載置し、正極粉体層４００の上に集電体３００を載置し、正極ケース１００と負極ケース２００を密封して係合し、正極ケース１００と負極ケース２００を係合した後に発生する圧力により集電体３００を正極粉体層４００に埋め込む。

［実施例三］
本実施例で提供されるボタン電池は、本実施例一と同じであるが、両方の異なる点が電池の組立工程である。以下、本実施例のボタン電池の組立工程についてのみ説明する。

図５を参照して、プレス機により、集電体３００を正極粉体層４００に圧着して埋め込んで正極を作る。プレス機で集電体３００と正極粉体層４００を圧着する金型は波状またはジグザグ状であり、それによって正極粉体層４００の集電体３００に当接する面と、集電体３００の縦断面はいずれも波状になり、または、正極粉体層４００の集電体３００に当接する面と、集電体３００の縦断面はいずれもジグザグ状になる。波状またはジグザグ状の金型を採用することで、集電体３００と正極粉体層４００の結合力を増加させて、両者の離脱を防止することができる。負極ケース２００に負極シート６００を装填し、裁断されたセパレータ５００を負極シート６００の上に被せ、セパレータ５００の上に電解液を滴下し、滴下完了後、セパレータ５００の上に正極粉体層４００を載置し、負極ケース２００に正極ケース１００を係合して密閉性がある電池をパッケージングする。

１０：ケース
１０１：キャビティ
１００：正極ケース
２００：負極ケース
３００：集電体
３１０：集電バー
３２０：集電バーの交差部
４００：正極粉体層
５００：セパレータ
６００：負極シート
７００：ロール状集電体

Claims (9)

1. ボタン電池であって、
   ケース（１０）と正極粉体層（４００）と集電体（３００）とを含み、
   前記ケース（１０）が、互いに接続された正極ケース（１００）と負極ケース（２００）を含み、前記正極ケース（１００）及び前記負極ケース（２００）がキャビティ（１０１）を形成するように包囲し、
   前記正極粉体層（４００）が前記キャビティ（１０１）内に配置され、
   前記集電体（３００）が前記キャビティ（１０１）内に配置され、前記集電体（３００）と前記正極粉体層（４００）とが積層されて配置され、前記集電体（３００）の少なくとも一部が前記正極粉体層（４００）内に埋め込まれ、前記集電体（３００）の前記正極粉体層（４００）から離れる面が前記正極ケース（１００）の底面に当接するように配置され、
   前記集電体（３００）が、交差して配置された複数の集電バー（３１０）を含み、前記複数の集電バー（３１０）が網状構造に形成され、前記複数の集電バーの交差部（３２０）の厚さが前記集電バー（３１０）の厚さよりも大きく、前記集電バーの交差部（３２０）の厚さは、前記集電バー（３１０）の厚さの１．２～１．５倍である、
   ことを特徴とするボタン電池。
2. 前記集電体（３００）は網状構造である、
   請求項１に記載のボタン電池。
3. 前記集電体（３００）の前記正極粉体層（４００）内に埋め込まれる面は、フロスト面またはバリがある面である、
   請求項１に記載のボタン電池。
4. 前記集電体（３００）が前記正極粉体層（４００）に埋め込まれる高さは、前記集電体（３００）の全高の５０％～９５％である、
   請求項１に記載のボタン電池。
5. 前記集電体（３００）の材質がニッケル又はアルミニウム又はステンレス鋼である、
   請求項１に記載のボタン電池。
6. 前記正極粉体層（４００）の締固め密度が２．０～３．０ｇ／ｃｍ ^３ である、
   請求項１に記載のボタン電池。
7. 前記集電体（３００）及び前記正極粉体層（４００）の断面が円形であり、前記集電体（３００）と前記正極粉体層（４００）の断面の直径の比が１：１～１：１．５である、
   請求項１に記載のボタン電池。
8. 前記集電体（３００）のメッシュが菱形であり、前記菱形の短対角線の長さａと長対角線の長さｂとの比が１：１～１：３である、
   請求項２に記載のボタン電池。
9. 前記正極粉体層（４００）の前記集電体（３００）に当接する面と、前記集電体（３００）の縦断面とがいずれも波状であり、又は、前記正極粉体層（４００）の前記集電体（３００）に当接する面と前記集電体（３００）の縦断面とがいずれもジグザグ状である、
   請求項１ないし８のうちのいずれか一項に記載のボタン電池。