CN107785592A - 一种耐低温扣式锂锰电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐低温扣式锂锰电池，包括盘状正极盖、盘状负极盖、锂片、正极块、隔膜和正极块安装杯，所述正极块置于正极块安装杯内，所述隔膜设于该正极块的上端面与所述锂片的下端面之间；所述正极块安装杯的底壁和环状侧壁设置多个通孔，所述盘状负极盖与盘状正极盖的装配结合部位设有密封圈，所述正极块安装杯的环状侧壁外侧与所述密封圈之间留有空隙；电解液置于所述正极块安装杯与密封圈之间的间隙内，以使所述电解液经环状侧壁的通孔与所述正极块相接触，实现电解放电；正极块置于正极块安装杯内，可以有效避免正极块变形膨胀占据电解液腔，以适应低温环境的使用要求。

Description

一种耐低温扣式锂锰电池

技术领域

本发明涉及锂锰电池技术领域，特别是一种耐低温扣式锂锰电池。

背景技术

锂锰电池作为电池中的一种，因其体积小、电容量大而应用在很多领域。尤其是扣式锂锰电池具有体积小、内阻低、放电电压稳定、使用寿命长的优点。目前市场上的锂锰扣式电池，由负极盖、锂片、隔膜、正极片、电解液、绝缘密封圈及正极盖组成，正极盖与负极盖通过压配方式形成一体。刚生产出来的新电池，其正极片周边与绝缘密封圈之间具有间隙腔以保存电解液，但随着电池的放电使用，作为电池负极的锂会逐渐消耗，厚度变薄，而正极片却逐渐膨胀占据电解液腔。到了放电中后期，膨胀后的正极片几乎占据了全部的电解液腔，这种情况将致使正负极之间距离拉开，发生严重的隔开现象，使电池内部几乎形成开路状态，电池电压因此会急剧下降，造成电池报废；尤其是在低温环境下，上述情况愈发明显；同时为了改善Li/MnO₂电池的放电特性和温度特性，合理选择有机电解质溶液是十分重要的。目前国内外普遍采用的方法是以高氯酸锂（LiClO₄）作电解质，以碳酸丙稀酯（PC）和乙二醇二甲醚（DME）的二元混合体系作溶剂。此外，也有用乙氧基甲氧苯乙烷（EME）取代DME以及用三氟甲基磺酸锂（LiCF₃SO₃）取代LiClO₄的。用上述方法制造的Li/MnO₂电池，其特点在于它具有较高的比能量（达250瓦时/公斤和500瓦时/升），较高的电性能稳定性和使用安全性。但是，它只适合在-20℃～+70℃温度范围内，以0.25mA/cm²电流密度长时间放电的场合使用，在冬天及靠近两极地区低温环境下的放电性能将大大降低。如何获得一种可以在低温环境下放电性能仍然优异的锂锰电池，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可适应低温环境的扣式锂锰电池。

为解决上述技术问题，本发明提供的耐低温扣式锂锰电池，包括盘状正极盖、盘状负极盖、锂片、正极块、隔膜和正极块安装杯，所述正极块置于正极块安装杯内，所述隔膜设于该正极块的上端面与所述锂片的下端面之间；所述正极块安装杯的底壁和环状侧壁设置多个通孔，所述盘状负极盖与盘状正极盖的装配结合部位设有密封圈，所述正极块安装杯的环状侧壁外侧与所述密封圈之间留有空隙；电解液置于所述正极块安装杯与密封圈之间的间隙内，以使所述电解液经环状侧壁的通孔与所述正极块相接触，实现电解放电；正极块置于正极块安装杯内，可以有效避免正极块变形膨胀占据电解液腔，以适应低温环境的使用要求。

进一步，所述正极块由热处理过的二氧化锰、压缩的乙炔黑、石墨粉和粘结剂按一定比例混合均匀，各组分的质量比为二氧化锰：石墨粉：乙炔黑：粘结剂=（85~88）：（1~3）：（5~7）：（5~6）；乙炔黑比面积大，吸附性强，具有更好的导电性。

进一步，所述电解液为LiClO₄的混合溶剂溶液；混合溶剂溶液由LiClO_4、碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)组成，其质量配比为LiClO₄:PC:DME:DOL=（10~12）：（55~60）：（10~15）：（20~25）；DOL、DME、PC具有较高的介电常数和低冰点、高沸点等特性，三者的结合使得电解液在低温环境下仍保持良好的导电性，同时可以加速LiClO₄在三元混合有机溶剂体系中的溶解，又可以确保有机电解质在一个宽的温度范围内保持液态，且整个有机电解质的粘度相对较低，渗透力较强。

进一步，所述正极块安装杯为不锈钢安装杯，所述通孔的直径为0.5mm，相邻通孔之间的间距为1mm，以获得更为优异的导电性能。

发明的技术效果：（1）本发明的耐低温扣式锂锰电池，相对于现有技术，在温度为-40℃时，仍有很好的稳定性，而已有Li/MnO₂电池仅能在-20℃的温度以上工作；（2）带有通孔的正极块安装杯不仅可以对正极块进行限位，以适应低温环境，可以替代现有锂锰电池中的集流体；（3）正极安装杯的环状侧壁和底壁均布多个直径0.5mm的通孔，有效增加了正极块、电解液、正极安装杯之间的接触面积，可以获得更好的集流效果。

附图说明

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明耐低温扣式锂锰电池的剖面结构示意图；

图2是本发明的正极块安装杯的剖面结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是本发明的温度特性曲线图。

图中：盘状正极盖1，盘状负极盖2，正极块3，锂片4，隔膜5，密封圈6，正极块安装杯7，通孔8，环状侧壁9，底壁10。

具体实施方式

实施例1

如图1至图3所示，本实施例的耐低温扣式锂锰电池，型号为CR2032，即该耐低温扣式锂锰电池的直径为20mm，厚度为3.2mm；包括：盘状正极盖1、盘状负极盖2、锂片4、正极块3、隔膜5和正极块安装杯7，正极块3为由二氧化锰、乙炔黑、石墨粉和粘结剂按照质量比85：3：6：6混合后配制成电池正极浆料，经过造粒、过筛，再在碾压机上制成规定厚度的圆柱形正极块3，该圆柱形正极块3置于正极块安装杯7内，正极块安装杯7由环状侧壁9和圆形底壁10构成，环状侧壁9和底壁10均布多个直径为0.5mm的通孔8，各通孔8之间间隔1mm，可选用不锈钢板冲压后获得环状侧壁9和底壁10，再将环状侧壁9和底壁10进行焊接以获得正极块安装杯7；正极块3的底壁与正极块安装杯7的底壁相接触，正极块3的侧壁与环状侧壁9的内侧相接触，正极块3的上端面设置隔膜5，该隔膜5的顶端设置锂片4，锂片4的顶端覆盖盘装负极盖2，盘状负极盖2与盘状正极盖1的装配结合部位设有密封圈6，正极块安装杯7的环状侧壁9外侧与密封圈6之间留有空隙，电解液置于正极块安装杯7与密封圈6之间的间隙内，电解液为LiClO₄的混合溶剂溶液，混合溶剂溶液由LiClO_4、碳酸丙烯脂、乙二醇二甲醚与二茂戊烷组成，其质量配比为LiClO₄:PC:DME:DOL=10：60：10：20，电解液经环状侧壁的通孔与正极块相接触，实现电解放电；改进后的电池大大提高了在低温条件下的放电性能，CR2032两种类型电池在-40℃条件下以恒阻15kΩ放电至2.0V放电曲线如图4所示，低温电池在-40℃条件下的放电性能是常规电池的数十倍。

带有通孔的正极块安装杯不仅可以对正极块进行限位，以适应低温环境，正极安装杯的环状侧壁和底壁均布多个直径0.5mm的通孔，有效增加了正极块、电解液、正极安装杯之间的接触面积，可以获得更好的集流效果，以适应低温环境的需要。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种耐低温扣式锂锰电池，包括：盘状正极盖（1）、盘状负极盖（2）、锂片（4）、正极块（3）、隔膜（5）和正极块安装杯（7），所述正极块（3）置于正极块安装杯（7）内，所述隔膜（5）设于该正极块（3）的上端面与所述锂片（4）的下端面之间；所述正极块安装杯（7）的底壁（10）和环状侧壁（9）设置多个通孔（8），所述盘状负极盖（2）与盘状正极盖（1）的装配结合部位设有密封圈（6），所述正极块安装杯（7）的环状侧壁（9）外侧与所述密封圈（6）之间留有空隙；电解液置于所述正极块安装杯（7）与密封圈（6）之间的间隙内，以使所述电解液经环状侧壁（9）的通孔（8）与所述正极块（3）相接触。

2.根据权利要求1所述的耐低温扣式锂锰电池，其特征在于，所述正极块（3）由热处理过的二氧化锰、压缩的乙炔黑、石墨粉和粘结剂按一定比例混合均匀，各组分的质量比为二氧化锰：石墨粉：乙炔黑：粘结剂=（85~88）：（1~3）：（5~7）：（5~6）。

3.根据权利要求2所述的耐低温扣式锂锰电池，其特征在于，所述电解液为LiClO₄的混合溶剂溶液；混合溶剂溶液由LiClO_4、碳酸丙烯脂、乙二醇二甲醚与二茂戊烷组成，其质量配比为LiClO₄:PC:DME:DOL=（10~12）：（55~60）：（10~15）：（20~25）。

4.根据权利要求3所述的耐低温扣式锂锰电池，其特征在于，所述正极块安装杯（7）为不锈钢安装杯，所述通孔（8）的直径为0.5mm，相邻通孔（8）之间的间距为1mm。