電池、集流體及包括該集流體的鋰錳電池的製作方法

2023-05-30 01:11:11

專利名稱：電池、集流體及包括該集流體的鋰錳電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種蓄電設備，尤其涉及一種電池、集流體及應用該集流體的鋰猛電池。
背景技術：
目前鋰錳電池在各種電子產品總得到了廣泛的應用，尤其積極較小的紐扣電池。常用的電池通常包括陰極、陽極以及電解質。通常常用的電池在使用過程中，陽極的離子會通過電解質嵌入到陰極，從而導致陰極向側面橫向膨脹，陽極的厚度會變的越來越薄，然而陰極的厚度並不會增加，使得陰極與陽極之間的空隙越來越大，導致電池的電容量不高。

實用新型內容綜上內容所述，本實用新型有必要提供一種可提高電池容量的集流體。此外，還有必要提供一種具有上述集流體的電池。此外，還有必要提供一種具有上述集流體的鋰錳電池。一種集流體，該集流體應用於電池中，所述電池包括陰極及陽極，所述集流體包括側壁與底壁，所述側壁與底壁圍成容置腔，所述容置腔用於容置陰極和/或陽極。其中，所述集流體上的底壁上開設有凹槽以及貫通底壁的孔。其中，所述集流體由不鏽鐵、不鏽鋼或者納米材料中的任一種製成。一種鋰錳電池，包括陰極、陽極、殼體以及設置於陰極與陽極之間的電解質層，所述陰極、電解質層以及陽極均設置於所述殼體內，所述陰極包括上述集流體以及活性材料層，所述集流體包括側壁與底壁，所述側壁與底壁圍成容置腔，所述集流體使得活性材料層在容置腔內膨脹。其中，所述容置空間的大小形狀與所述活性材料層相同。其中，所述陽極包括陽極活性材料層，所述陽極活性材料層主要由鋰片製成，所述陰極活性材料層主要由二氧化錳組成。一種鋰錳電池，包括陰極、陽極、殼體以及設置於陰極與陽極之間的電解質層，所述陰極與陽極及電解質層設置於所述殼體內，所述陰極包括集流體與活性材料層，所述集流體包括側壁與底壁，所述側壁固定陰極的活性材料層側表面，所述底壁與陰極之間形成容置空間，在電池放電時，鋰離子嵌入陰極，所述陰極的活性材料層在所述容置空間內膨脹。其中，所述容置空間的大小形狀與所述活性材料層相同。其中，所述鋰錳電池在放電狀態下，陽極厚度變薄，陰極向著陽極的方向增厚，直至該鋰錳電池的放電電壓低於終止電壓，所述陽極厚度變薄的速度與陰極增厚的速度相同。其中，所述殼體包括陰極殼體、陽極殼體以及密封體，所述陰極殼體與陽極殼體配合形成空腔，所述空腔用於容置所述陰極、電解質層與陽極，所述密封體設置在陰極殼體與陽極殼體相結合處。其中，所述陰極殼體與陽極殼體的相接合的處形成有縫隙，所述縫隙通過密封體對縫隙進行填充，使空腔形成密封的空腔。—種電池,包括第一電極、第二電極、殼體以及設置於第一電極與第二電極之間的電解質層，所述第一電極、第二電極及電解質層設置於所述殼體內，該電池進一步包括集流極，所述集流極包括側壁與底壁，所述側壁固定於第一電極側表面，所述底壁與側壁之間形成容置空間，在第一電極與第二電極發生氧化還原時，所述第二電極的氧化產物或第一電極的還原產物形成於所述容置空間內。本實用新型的電池與鋰錳電池的集流體將陰極活性材料層限制在集流體的容置空間內，從而能有效的提高該電池與鋰錳電池的電容量。在電池工作過程中集流體能使得陰極的活性材料層向垂直集流體底壁的方向膨脹，從而有效的提高電池的使用壽命。

圖1為本實用新型較佳實施例中電池的總體結構示意圖；圖2為本實用新型較佳實施例中集流體的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合一些具體實施方式
對本實用新型的集流體以及用該集流體製備的電池的結構以及工作過程作進一步的描述。具體實施例為進一步詳細說明本實用新型，非限定本實用新型的保護範圍。本實用新型提供一種電池，包括兩個電極、殼體以及電解質層。所述兩個電極為第一電極、第二電極，所述電解質層設置於第一電極與第二電極之間。所述第一電極、第二電極及電解質層設置於所述殼體內，該電池進一步包括集流極，所述集流極包括側壁與底壁，所述側壁固定於第一電極側表面，所述底壁與側壁之間形成容置空間，在第一電極與第二電極發生氧化還原時，所述第二電極的氧化產物或第一電極的還原產物形成於所述容置空間內。所述容置空間的形狀大小與所述第一電極相同。實施例1請結合圖1，本實用新型較佳實施例的電池100，包括第一電極10、電解質層20、第二電極30以及殼體40,所述電解質層20設置於第一電極10與第二電極30之間。該電池的直徑為20-30mm，厚度為1.5-8.0mm。所述第一電極10為陰極10，所述第二電極30為陽極30。所述陰極10、電解質層20與陽極30三者相互層疊設置，所述殼體40用於包覆陰極
10、電解質層20與陽極30。本較佳實施例中所述電池100大致呈圓餅形狀，本較佳實施例中所述電池的型號為CR2032，該電池100的直徑為20mm，厚度為3.2mm。所述陰極10包括活性材料層11以及集流體12，所述活性材料層11呈圓餅狀，陰極活性材料的主要由二氧化錳組成。所述集流體12包覆在活性材料層11的外表面，並且是的活性材料層11露出一個表面。該集流體12可以將陰極活材料產生的電流匯集起來形成較大的電流對外輸出，還可以防止活性材料層11向側面橫向膨脹，使得所述電池100在放電狀態下，陽極20變薄的速度與陰極10膨脹的速度相等。該集流體12形狀大小與所活性材料層11相似。[0026]請結合圖2，本實用新型較佳實施例中所述集流體12由可導電的材料製成，如不鏽鋼鐵、不鏽鋼或者包含烙、鎳的合金材料，本較佳實施例中所述集流體由不鏽鋼製成，優選地，所述不鏽鋼為430不鏽鋼製作，國標牌號為lCrl7。該集流體12包括側壁121與底壁122，側壁121的高度與活性材料層11的厚度相同，底壁122的半徑與所述活性材料層11的半徑相同。所述容置空123間的大小形狀與所述活性材料層11相同。所述側壁121與底壁122形成容置腔123，該容置腔123用於容置所述活性材料層11。該集流體12使得所述陰極10的活性材料層11在放電過程中，所述活性材料層11沿著垂直底壁122的方向在容置腔123內膨脹，且該膨脹的速度與陽極30變薄的速度相等。所以放電過程中該集流體12能有效的保證陰極與陽極之間的距離始終保持在可放電的範圍內，直至電池100放電致終止電壓。所述底壁122上開設有若干凹槽(圖未示)與若干細孔1221，所述凹槽形成在底壁122的外表面。所述細孔1221穿過所述底壁122的內外表面。所述凹槽與細孔1221有利於陰極活性材料11與集流體12緊密的連接，細孔1221還有吸電解液的作用。所述電解質層20設置在陰極10的活性材料層11與陽極30之間。優選地，本實用新型較佳實施例中所述電解質層20的一表面覆蓋在陰極10的活性材料層11裸出集流體12的表面上。電解質層20的另一表面被陽極30覆蓋。所述電解質層20用於防止陰極10與陽極30接觸產生電流短路，並且允許鋰離子通過。該電解質層20主要由聚乙烯或者聚丙烯製成，且在電解質層中浸潰有電解液，所述電解液可由LiClO4 (高氯酸鋰)、DME (乙二醇二甲醚)、PC (碳酸丙烯酯)、1，3-D0L (二氧戊環)中的任一種組成，本較佳實施例中所述電解液由LiClO4 (高氯酸鋰)、DME (乙二醇二甲醚)、PC (碳酸丙烯酯)、1，3-D0L (二氧戊環)組成。所述陽極30包括陽極活性材料層31，所述陽極活性材料層31與電解質層20層疊設置。所述活性材料層31主要由鋰組成，大致呈圓餅狀。所述殼體40包括陰極殼體41、陽極殼體42以及密封體43。所述陰極殼體41與陽極殼體42配合形成一空腔44，所述空腔44用於容置所述陰極10、電解質層20與陽極30等物質。所述陽極殼體42與陽極30的集流體32相接觸，陰極殼體41與陰極10的集流體12相互貼合。所述陰極殼體41與陽極殼體42的相接合的處形成有縫隙45，所述縫隙45通過密封體43對縫隙45進行填充，使空腔44形成密封的空腔44。密封的空腔44可有效的防止電解質以及其他反應物用空腔44內洩漏出來。本實用新型的電池100主要是通過集流體12代替傳統的集流體，該集流體12不僅能將陰極10活材料層11產生的電流匯集起來形成較大的電流對外輸出，並且在電池工作過程中能有效的防止陰極10的活性材料層11沿著平行集流體12底壁122的方向膨脹，而是沿著垂直集流體12底壁122的方向膨脹，從而保證陰極10與陽極30之間的距離保持在可放電的範圍內。對比例I一種電池100的型號為CR2032，與實施例1的電池的區別為陰極的集流體為未包覆陰極活性材料的集流體，該集流體與陰極活性材料的一個表面相接觸。該電池的其他均與本實用新型實施例1中的電池100 —致。實施例2[0035]本較佳實施例的鋰錳電池的型號為CR2325，其他均與本實用新型實施例1中的電池100 —致。對比例2一種鋰錳電池100的型號為CR2325，與實施例3的電池的區別為陰極的集流體為未包覆陰極活性材料的集流體，該集流體與陰極活性材料的一個表面相接觸。該電池的其他均與本實用新型實施例1中的電池100 —致。實施例3本較佳實施例的鋰錳電池的型號為CR2430，其他均與本實用新型實施例1中的電池100 —致。對比例3一種鋰錳電池100的型號為CR2430，與實施例4的電池的區別為陰極的集流體為普通無側壁的集流體，該集流體與陰極活性材料的一個表面相接觸。該電池的其他均與本實用新型實施例1中的電池100 —致。實施例4本較佳實施例的鋰錳電池的型號為CR3032，其他均與本實用新型實施例1中的電池100 —致。對比例4一種鋰錳電池100的型號為CR3032，與實施例5的電池的區別為陰極的集流體為未包覆陰極活性材料的集流體 ，該集流體與陰極活性材料的一個表面相接觸。該電池的其他均與本實用新型實施例1中的電池100 —致。本實用新型的電池100在工作的時候，如鋰離子從所述陽極活性材料層31脫出，通過電解質層20嵌入到陰極10的活性材料層11中，從而就使得陰極10的活性材料層11膨脹。由於陰極10的活性材料層11通過集流體12進行包覆，所以電池100在放電過程中所述活性材料層11在集流體12的容置腔123內膨脹，所以該活性材料層11的厚度沿著垂直底壁的方向增厚。所以本實用新型的電池100在工作過程中，即使陽極活性材料層31隨著鋰離子的脫出會出現厚度變薄，但是陰極10的活性材料層11會沿著陰極10指向陽極30的方向膨脹，從而保證陰極10與陽極30的距離會保持不變，從而可以有效提高電池100的電池容量，以及電池100的使用壽命。請結合表I的實驗數據，對本實用新型的電池100的放電量進行詳細說明。所述放電量的測試方法為常溫放電容量測試法。測試樣品的初始電壓為3.0V-3.5V，將測試樣品放置在溫度為20°C ±2°C，相對溼度RH60±15%的環境下，串聯IKΩ電阻使得實驗樣品放電，持續放電至終止電壓2.0V，終止放電。測試儀器是DMV/DMV2000自動放電檢測裝置，BS1000乾電池性能檢測系統進行測試。表I
I電池型號I放電量(mAh)—
實施例1而2032 230—
對比例I而2032 190—
實施例 2 CR2325 200—
對比例 2|cR2325 1180—
權利要求1.一種集流體，該集流體應用於電池中，所述電池包括陰極及陽極，其特徵在於:所述集流體包括側壁與底壁，所述側壁與底壁圍成容置腔，所述容置腔用於容置陰極和/或陽極。
2.根據權利要求1所述的集流體，其特徵在於:所述集流體上的底壁上設置有凹槽以及貫通底壁的孔。
3.—種鋰錳電池，包括陰極、陽極、殼體以及設置於陰極與陽極之間的電解質層，所述陰極、電解質層以及陽極均設置於所述殼體內，其特徵在於:所述陰極包括如權利要求1或2所述集流體以及活性材料層，所述集流體包括側壁與底壁，所述側壁與底壁圍成容置腔，所述集流體用於使活性材料層在容置腔內膨脹。
4.一種鋰錳電池，包括陰極、陽極、殼體以及設置於陰極與陽極之間的電解質層，所述陰極與陽極及電解質層設置於所述殼體內，其特徵在於:所述陰極包括集流體與活性材料層，所述集流體包括側壁與底壁，所述側壁固定陰極的活性材料層側表面，所述底壁與陰極之間形成容置空間，在電池放電時，鋰離子嵌入陰極，所述陰極的活性材料層在所述容置空間內膨脹。
5.根據權利要求4所述的鋰錳電池，其特徵在於:所述鋰錳電池在放電狀態下，陽極厚度變薄，陰極指向陽極的方向增厚，至該鋰錳電池的放電電壓低於終止電壓，所述陽極厚度變薄的速度與陰極增厚的速度相同。
6.根據權利要5所述的鋰錳電池，其特徵在於:所述殼體包括陰極殼體、陽極殼體以及密封體，所述陰極殼體與陽極殼體配合形成空腔，所述空腔用於容置所述陰極、電解質層與陽極，所述密封體設置在陰極殼體與陽極殼體相結合處。
7.根據權利要求6所述的鋰錳電池，其特徵在於:所述陰極殼體與陽極殼體的相接合的處形成有縫隙，所述密封體嵌入在所述縫隙內，使空腔形成密封的空腔。
8.根據權利要求4-7任一項所述的鋰錳電池，其特徵在於:所述容置空間的大小形狀與所述活性材料層相同。
9.一種電池,包括第一電極、第二電極、殼體以及設置於第一電極與第二電極之間的電解質層，所述第一電極、第二電極及電解質層設置於所述殼體內，其特徵在於:該電池進一步包括集流極，所述集流極包括側壁與底壁，所述側壁固定於第一電極側表面，所述底壁與側壁之間形成容置空間，在第一電極與第二電極發生氧化還原時，所述第二電極的氧化產物或第一電極的還原產物形成於所述容置空間內。
專利摘要本實用新型提供一種電池、集流體及包括該集流體的鋰錳電池，該電池包括陰極、陽極、殼體以及設置於陰極與陽極之間的電解質層，所述陰極、電解質層以及陽極均設置於所述殼體內，所述陰極包括活性材料層與集流體，所述集流體包括側壁與底壁，所述側壁與底壁配合形成容置腔，所述容置腔用於容置所述活性材料層。本實用新型的電池的集流體在電池工作過程中使得陰極的活性材料層限制於集流體的容置腔內，從而有效的提高電池容量以及增加使用壽命。
文檔編號H01M6/14GK202949001SQ20122040381
公開日2013年5月22日 申請日期2012年8月15日 優先權日2012年8月15日
發明者黃天候 申請人:東莞市天球實業有限公司