一种高功率锂锰扣式电池的制作方法

本实用新型属于扣式电池技术领域，特别涉及一种高功率锂锰扣式电池，该电池结合了扣式电池与软包电池的优点。

背景技术：

近年来，电子产品的发展非常迅速，其产品的多样化，应用领域越来越广，许多电子产品为了方便顾客使用，对所用电池的容量、体积和输出功率都提出了很高的要求，正朝着便携式的趋势发展，为满足市场需求，开发新的超高功率电池势在必行。而目前市场上的扣式电池其连续放电电流小、输出功率低；而软包电池又因为体积过大、机械强度差和安全性不高等因素，均无法满足市场需求。因此，需要开发一种超高功率锂锰扣式电池来代替传统的扣式电池和软包电池，从而解决上述几个难题。本实用新型开发了一种新型超高功率锂锰扣式电池，在不影响扣式电池整体尺寸的情况下，通过将正极片、负极片和隔膜改为折叠式并增加部分结构和采用特殊的折叠方式，使得电池在小的空间内仍然具有较多的活性物质，而且电池的内部的反应也能够正常进行，从而在保证电池的容量的同时还提升了输出功率。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高功率锂锰扣式电池，该电池通过将正极片、负极片和隔膜改为折叠式并增加部分结构和采用特殊的折叠方式，使其能结合纽扣电池与软包电池的优点；不但控制电池的整体尺寸解决了现在普通软包电池体积过大的问题，还解决了传统扣式电池放电电流小、输出功率不足的问题。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种高功率锂锰扣式电池，该电池包括正极盖1、负极盖2和设于正极盖1与负极盖2之间形成的密封腔体内的正极片6、隔膜7、负极片8与电解液4；所述负极片8的反面部分或者全部敷设有集流网9，所述正极片6、隔膜7与反面敷设有集流网9的负极片8依次叠放构成长条形电池芯后折叠构成与密封腔体配合的矩形电池芯3；所述矩形电池芯3设于密封腔体内，其靠近正极盖1的一侧为正极片6，其另一侧为敷设有集流网9的负极片8；所述正极片6为湿法生产的锰电极且折叠处设有折痕10，所述正极盖1内侧设有与矩形电池芯3一侧配合的集流片5。

其中，本实用新型实施例中的扣式电池为圆形，所述矩形电池芯3为正方形且其四个角顶靠在密封腔体的内壁上或位于密封腔体的内壁的相邻内侧。

具体地，本实用新型实施例中的正极片6为矩形，其厚度为0.20mm-0.40mm，其被预定宽度的折痕10分隔为2ⁿ⁺¹+1片正方形的子正极片11。

进一步地，本实用新型实施例中的正极片6以二氧化锰、石墨和聚四氟乙烯乳液为原料，以乙醇为溶剂，通过碾压机滚压成型得到，并由激光打印机打印折痕10。

具体地，本实用新型实施例中的隔膜7为矩形，其材质为纤维，其厚度为0.06mm-0.15mm。

具体地，本实用新型实施例中的负极片8为矩形，其材质为锂，其厚度为0.08mm-0.15mm。

具体地，本实用新型实施例中的集流网9的材质为铜，所述集流片5的材质与正极盖1相同并焊接在正极盖1的内侧上，所述矩形电池芯3靠近正极盖1的一侧为一片子正极片11，所述集流片5与子正极片11配合接触。

具体地，本实用新型实施例中的长条形电池芯按2ⁿ+1: 2ⁿ片子正极片11以折痕10正向折叠将集流网9覆盖，重叠部分的电池芯以折痕10进行n次正向折叠至一侧为单片子正极片11构成电池芯的正极并将非重叠部分以折痕10反向折叠构成电池芯的负极。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型实施例提供了一种高功率锂锰扣式电池，通过设计一种易于折叠的正极片、负极片和隔膜，一方面让电池在现有体积内能够容纳更多的活性物质，装配时，先使折叠正极、负极、隔膜形成一个整体，然后和负极盖成为一体，最后注入电解液，盖上正极盖，完成整个装配过程。另一方面与传统软包电池相比，该工艺制作出的扣式电池机械强度较高，安全性能好，设计尺寸更灵活，能满足众多客户的需求；与普通扣式电池相比，正极、负极、隔膜经过折叠后生产的新型超高功率扣式电池不仅提升了电池的电性能，提高了其输出功率，其应用范围也得到了拓展。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的高功率锂锰扣式电池的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的高功率锂锰扣式电池的局部放大图；

图3是本实用新型实施例提供的矩形电池芯与密封腔体组合的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的正极片的结构示意图；

图5是实施例2中的矩形电池芯第一次折叠的结构示意图；

图6是实施例2中的矩形电池芯第二次折叠的结构示意图；

图7是实施例2中的矩形电池芯第三次折叠的结构示意图；

图8是实施例3中的矩形电池芯第一次折叠的结构示意图；

图9是实施例3中的矩形电池芯第二次折叠的结构示意图；

图10是实施例3中的矩形电池芯第三次折叠的结构示意图；

图11是实施例3中的矩形电池芯第四次折叠的结构示意图；

图12是现有的纽扣电池的脉冲放电曲线图；

图13是本实用新型实施例提供的纽扣电池的脉冲放电曲线图。

图中：1正极盖、2负极盖、3矩形电池芯、4电解液、5集流片、6正极片、7隔膜、8负极片、9集流网、10折痕、11子正极片。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参见图1-11，本实用新型实施例提供了一种高功率锂锰扣式电池，该电池包括正极盖1、负极盖2和设于正极盖1与负极盖2之间形成的密封腔体内的正极片6、隔膜7、负极片8与电解液4等。前述结构与现有的纽扣电池基本相同，不同之处在于：本实施例中的负极片8的反面部分或者全部敷设有集流网9，优选为部分，集流网9不但能提高负极片8的导电性保证反应进行，还可以使负极片8具有柔韧性以便于折叠。其中，正极片6、隔膜7与反面敷设有集流网9的负极片8依次叠放构成长条形电池芯后折叠（要求每次折叠后相接触面极性相同，完全折叠后两侧的极性相反，每次折叠对齐使矩形电池芯3为长方体形结构）构成与密封腔体配合的矩形电池芯3，隔膜7设于负极片8的正面，正极片6、隔膜7与负极片8的长度与宽度相互配合。矩形电池芯3设于密封腔体内（最大限度地填充密封腔体以增加活性物质），其靠近正极盖1的一侧（如图1所示的上表面，为电池芯的正极）为正极片6，其另一侧（如图1所示的下表面，为电池芯的负极）为敷设有集流网9的负极片8，集流网9与负极盖2接触。正极片6为湿法生产的锰电极且折叠处设有折痕10，湿法生产的猛电极配合集流网使其具有柔韧性便于折叠，折痕进一步使正极片6可折叠（隔膜7、负极片8和集流网9均具有一定的延展性则不需要设置折痕）。正极盖1内侧设有与矩形电池芯3一侧配合的集流片5用于提高导电性能，其具体是与矩形电池芯3的正极侧配合的矩形片。矩形电池芯3与密封腔体之间填充有电解液4。

其中，参见图1-3，本实用新型实施例中的扣式电池为圆形，即正极盖1和负极盖2均与圆形，其材质可以为SUS430。矩形电池芯3为正方形（当然其也可以为长宽不等的矩形，相应地子正极片11为长宽不等的矩形片）且其四个角顶靠在密封腔体的内壁上或位于密封腔体的内壁的相邻内侧以最大填充密封腔体。

具体地，参见图4，本实用新型实施例中的正极片6为矩形，其厚度较薄使其便于折叠，其厚度具体为0.20mm-0.40mm，其被预定宽度（根据折叠次数、折叠方向等确定）的折痕10（数量为2ⁿ）分隔为2ⁿ⁺¹+1片正方形且大小相同的子正极片11，矩形电池芯3每层含一片子正极片11，其长度略大于2ⁿ+1片子正极片11的总长度。其中，n为大于等于零的整数。

进一步地，本实用新型实施例中的正极片6以二氧化锰、石墨和聚四氟乙烯乳液等为原料，以乙醇为溶剂（使粉料具有一定粘度），通过碾压机滚压成型得到，并由激光打印机打印折痕10，折痕10垂直于正极片6的长度方向。

具体地，本实用新型实施例中的隔膜7为矩形，其材质为纤维，要求其具有机械强度高、吸液性高和电阻率低等特点。同时要求其厚度较薄使其便于折叠，其厚度具体为0.06mm-0.15mm，其宽度大于正极片6的宽度，其长度大于正极片6的长度，折叠时使隔膜7向矩形电池芯3四周伸出防止正极片与负极片短路，组装时对伸出电池芯的隔膜7进行修剪。

具体地，本实用新型实施例中的负极片8为矩形，其材质为锂，其厚度较薄使其便于折叠，其厚度具体为0.08mm-0.15mm，其宽度略等于正极片6的宽度，其长度略等于正极片6的长度。

具体地，本实用新型实施例中的集流网9的材质为铜或其合金等，其厚度非常薄使其便于敷设在负极片8上，其厚度为0.01-0.04mm，其具体可以为网孔或者栅格等结构，其宽度略小于正极片6的宽度，其长度为1/2-2/3正极片6的长度，优选其长度为能覆盖2ⁿ+1片子正极片11。集流片5的材质与正极盖1相同或近似并焊接(点焊)在正极盖1的内侧上，其厚度较薄，其具体为0.1-0.2mm。矩形电池芯3靠近正极盖1的一侧为一片子正极片11，集流片5的大小具体可以与子正极片11相同，使集流片5与该片子正极片11配合接触。

具体地，本实用新型实施例中的长条形电池芯按2ⁿ+1: 2ⁿ片子正极片11以相应的折痕10正向（本实施例指定将集流网9覆盖的折叠方向为正向，反之则为反向折叠）折叠一次将集流网9（部分）覆盖，具体覆盖2ⁿ片子正极片11，有一片子正极片11不能覆盖；重叠部分（即覆盖的部分，具体为2ⁿ片子正极片11）的电池芯以相应的折痕10进行n次正向折叠至一侧为单片子正极片11构成电池芯的正极（与正极盖1的集流片5接触）并将非重叠部分（一片子正极片11）以相应的折痕10反向折叠构成电池芯的负极（为负极片8且其上的集流网9与负极盖2接触）。

本实施例提供了一种高功率锂锰扣式电池，该电池通过一种特殊的“方形且折叠的电池芯片”来代替现有的“圆形电池芯”，一方面对具有一定长度的电池芯片进行多次折叠，然后再装配，这样使得电池内部能够有充足的活性物质，从而保证了电池的容量。另一方面，该电池与传统软包电池相比，该电池使用温度范围宽广，机械强度高；与普通扣式电池相比，其连续放电电流有大幅提升，从而提升了电池的输出功率，极大拓宽了其应用范围。

实施例2

实施例2在实施例1的基础上公开了一种CR3032规格的扣式电池，其电池芯的组成如表1所示：

表1

正极片由五片子正极片构成，单片大小为18mm*18mm，五片之间的折痕分别为0.03mm、0.09mm、0.18mm和0.03mm。其折叠过程参见图5-7，图中向上折为正向折叠，向下折叠为反向折叠，一共折叠三次，共五层，每层一片子正极片。

其中，本实施例中的扣式电池的尺寸与常规的CR3032的尺寸相同；具体地，其外径为29.98mm，其厚度为2.52mm。

下面对本实施例中的扣式电池的性能参数进行验证

1、输出电压对比测试：

表2

表2为300Ω、150Ω负载的情景下本实施例提供的扣式电池与相同大小的现有的扣式电池的电压对比，从表2中可以看出本实施例提供的CR3032电池具有明显的优势，150Ω负载电压也能稳定在3.0V以上，功率性能更好。

2、梯度恒流放电容量测试对比：

快速恒流阶梯放电条件：即在温度20±2℃和相对湿度35%-75%下，恒流连续放电：负载45mA连续放电，至2.0V，休息3h；负载22mA连续放电，至2.0V，休息3h；负载11mA连续放电，至2.0V，休息3h；负载5mA连续放电，至2.0V，休息3h；负载1mA连续放电，至2.0V；其结果如表3和表4所示：

表3

表4

从表3和4可知，现有的电池在45mA和22mA的大电流放电下，容易极化，根本放不出太多容量，间接反映了功率性差。而本实施例提供的CR3032电池，在45mA的大电流放电下，电池的容量还能够放出总容量的50%，功率性能更好。从总功率上看本实施例提供的电池相对于现有的电池也有提高。

3、最大脉冲电流测试对比：

测试条件：100mA放3s停27s循环至电压2.0V，现有的CR3032电池的结果如图12所示，本实施例提供的CR3032电池的结果如图13所示。图中，上部的曲线表示电压曲线，下部的曲线表示电流曲线。从循环次数来看，100mA脉冲下，本实施例提供的CR3032电池的循环次数明显高于现有的CR3032电池，其最大脉冲电流可以达到110mA，而现有的电池的最大脉冲电流只有25mA，充分说明本实施例提供的CR3032电池的功率性更好。

本实施例具体提供了CR3032规格的扣式电池的制作过程及性能测试，从测试结果可以看出，本实施例提供的扣式电池具有更高和更稳定的输出电压、具有更大的输出功率、更长的使用寿命和更大的脉冲电流等优点。

实施例3

实施例3在实施例1的基础上公开了一种CR2450规格的扣式电池，其电池芯的组成如表5所示：

表5

正极片由九片子正极片构成，单片大小为14mm*14mm。其折叠过程参见图8-11，图中向上折为正向折叠，向下折叠为反向折叠，一共折叠4次，共九层；电池外形尺寸为：直径为24.47-24.50mm，高度为5.0-5.2mm。

实施例4

实施例4提供了实施例1-3公开的电池的制备方法，参见图1-11，该方法制备包括：

在负极片8的反面部分或者全部敷设集流网9（优选为部分），将正极片6、隔膜7与反面敷设有集流网9的负极片8依次叠放构成长条形电池芯后折叠构成矩形电池芯3，隔膜7叠放在负极片8正面，将矩形电池芯3安装于负极盖2与正极盖1构成的密封腔体内使其正极片6一侧（电池芯的正极）与设有集流片5的正极盖1接触和使其敷设有集流网9的负极片8的一侧（电池芯的负极）与负极盖2接触（敷设有集流网9的一侧与负极盖2接触），同时在密封腔体内填充电解液4。

具体地，该方法制备包括：

(1)以湿法制备正极片6，并在正极片6上相应位置打印出预定宽度的折痕10（数量为2ⁿ）将正极片6分隔为大小相同且为正方形的2ⁿ⁺¹+1片子正极片11。其中，湿法与常规的干法对应，湿法以常规的二氧化锰、石墨和聚四氟乙烯乳液等为原料，主要是在传统正极制作工艺方面，加入了酒精，使粉料具有一定粘度，整个材料可以成为整体，便于成型，此工艺使用碾压机滚出正极片，这样正极片才能加网后具有柔韧性，便于折叠。这就让“和粉造粒”环节就变成了“和粉滚片”，所以称为湿法工艺。

(2)制备与正极片6长度和宽度匹配的负极片8、隔膜7和集流网9，负极片8、隔膜7和集流网9均为矩形，负极片8的长宽与正极片6基本相等，隔膜7的长宽比正极片6大，集流网9的长宽较正极片6小（具体长度略大于2ⁿ+1片子正极片11的总长）。

(3)在正极片6反面一侧连续2ⁿ+1片子正极片11上敷设集流网9，另一侧预备折叠将集流网9大部分覆盖。

(4)将正极片6、隔膜7和反面敷设有集流网9的负极片8对齐依次叠放构成长条形电池芯，为了保证隔膜7的绝缘效果，隔膜7从长条形电池芯四周伸出。

(5)将长条形电池芯按2ⁿ+1: 2ⁿ片子正极片11以相应的折痕10正向折叠将集流网9部分覆盖，露出一片带有集流网9的子正极片11。

(6)将重叠部分（被覆盖的2ⁿ片子正极片11）的电池芯以相应的折痕10进行n次正向折叠至一侧为单片子正极片11构成电池芯的正极并将非重叠部分（露出的一片带有集流网9的子正极片11）以相应的折痕10反向折叠构成电池芯的负极，露出一片带有集流网9的子正极片11。

(7)将步骤(6)得到的折叠后的电池芯上伸出的隔膜7修剪后安装于负极盖2与正极盖1构成的密封腔体内并填充电解液4。折叠后的电池芯的一侧（正极）为单片子正极片11且与焊接有集流片5的正极盖1接触，其另一侧（负极）为敷设有集流网9的负极片8且其上的集流网9与负极盖2接触。

本实施例提供了高功率锂锰扣式电池的制备方法，该方法结合了扣式电池与软包电池，通过正极片采用特殊的制备工艺和处理，并敷设集流网，同时对负极片、隔膜等进行适应性调整，采用特殊的折叠方式使重叠后的电池芯易于折叠，且相对于现有的电池芯其性能更加优异。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。