一种钢壳扣式电池的电极壳及包含其的钢壳扣式电池和应用

摘要

本发明提供一种钢壳扣式电池的电极壳，所述电极壳的钢材采用304钢材组分为基体，在此基础上加入掺入元素，所述掺入元素包括铬、锌、镉、钼、锰、锡、镍、钨、锆、钛、镁或铝中的任意一种或至少两种元素；所述掺入元素占304钢材组分总质量的0.01～10wt％，解决了钢壳扣式电池电芯中电解液导致的腐蚀性问题，同时也能改善电芯的K值和良率和外观，提高了电芯高低温存储性能和充放电循环性能。

说明书

技术领域

本发明涉及耳机电池技术领域，尤其涉及一种钢壳扣式电池的电极壳及包含其的钢壳扣式电池和应用。

背景技术

目前，蓝牙耳机市场发展迅猛，蓝牙耳机种类繁多层出不穷，大热的TWS蓝牙耳机更让众多用户趋之若鹜。TWS蓝牙耳机(True Wireless Stereo)技术，译称真正无线立体声，是基于芯片技术的发展而发展的，具体指手机通过连接主音箱，再由主音箱通过蓝牙无线方式连接从音箱，实现蓝牙左右声道无线分离使用。由于TWS蓝牙耳机两耳挂无需有线连接，左右二个耳机通过蓝牙组成立体声系统，听歌、通话、佩戴体验都得到极大的提升。除了可以避免取消手机3.5mm接口后需要配转接线的问题，同时也使得一机两用操作成为可能，例如部分TWS耳机通过双击左耳耳机可以唤醒AI语音助手，通过双击右耳耳机可以切换音乐等操作。

然而，TWS耳机由于去掉了与手机的连接线和两个耳机之间的连线，两个耳机通过蓝牙组成立体声系统，使得其在技术上也面临很大的挑战，其中最为关键的问题由于TWS耳机整体尺寸较小，其所配备的电池由于小体积蓄容量小，导致耳机使用时长较短，需要频繁充电无法长时间待机。

针对如何改进TWS耳机的电池已有些许研究。

如CN110784794A公开了适于运动的磁吸式充电TWS耳机，所述TWS耳机包括：耳机本体、充电线、电池组件、连接器；耳机本体包括一对适用于左耳、右耳佩戴的左右TWS耳机；充电线为一对适配于耳机本体的柔性连接线，每一充电线一端与耳机本体连接，另一端与电池组件一端连接；电池组件另一端与连接器连接，通过连接器将左右一对电池组件连接为一体结构；电池组件包括磁吸式充电电池，以用于向使用过程中的耳机本体进行充电。

CN208987144U公开了一种TWS耳机电池盒，所述TWS耳机电池盒包括上盖、下盖及一体式铰链，铰链一端固定于上盖连接处，铰链另一端以一水平轴枢接于下盖连接处；当TWS耳机电池盒盖合后，铰链藏匿于上盖与下盖构成的壳体内部，能够延长TWS耳机电池盒的寿命，但该TWS耳机电池盒需要对电池盒的生产工艺进行改动。但该电池盒并未意识到电极壳对电池充放电循环性能和内阻的影响。

CN208590090U公开了一种TWS耳机充电盒，所述TWS耳机充电盒包括上盖、与上盖相连接的下盖、固定在下盖内的耳机收纳腔；其中，耳机收纳腔用于收容TWS耳机柄、电池支架组件和扩展组件，其中，电池支架组件被收容在两个TWS耳机柄之间的空间位置，并位于耳机收纳腔的中间位置，扩展组件被收容在耳机收纳腔的底部位置；电池支架组件包括电池支架、分别安装在电池支架的两侧电池和电路板，其中，在所述支架的中间位置设置有通槽，电池与电路板通过穿过所述通槽的软板连接。但该充电盒并未意识到电极壳对电池充放电循环性能和内阻的影响。

因此，需要开发一种新的TWS耳机电池，解决现有TWS耳机在存储和高温环境下内阻增加大且充放电循环性能下降的问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种钢壳扣式电池的电极壳，所述电极壳通过在304钢材组分中掺入其他元素，从而解决了电极壳发黑和发黄的问题，缓解了TWS耳机扣式电池电芯中电解液导致的腐蚀性问题，同时提高了电芯性能和充放电循环性能，应用前景广阔。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种钢壳扣式电池的电极壳，所述电极壳的材质为钢；所述钢的组成包括304钢材组分以及掺入元素；所述掺入元素包括铬、锌、镉、钼、锰、锡、镍、钨、锆、钛、镁或铝中的任意一种或至少两种元素；所述掺入元素中单一元素占304钢材组分总质量的0.01～10wt％。

本发明提供的钢壳扣式电池的电极壳通过在钢壳电极壳中掺入铬、锌、镉、钼、锰、锡、镍、钨、锆、、钛、镁或铝中的任意一种或至少两种元素，并将其元素掺入量控制在304钢材组分总质量的0.01～10wt％，显著改善了电极壳发黑和发黄的问题，并提高了电芯性能和充放电循环性能。

本发明耳机扣式电池的电极壳中掺入元素占304钢材组分总质量的0.01～10wt％，例如可以是0.01wt％、1.12wt％、2.23wt％、3.34wt％、4.45wt％、5.56wt％、6.67wt％、7.78wt％、8.89wt％或10wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入元素占304钢材组分总质量的0.5～8wt％，例如可以是0.5wt％、1.4wt％、2.2wt％、3wt％、3.9wt％、4.7wt％、5.5wt％、6.4wt％、7.2wt％或8wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的铬占304钢材组分总质量的0.01～8.5wt％，例如可以是0.01wt％、0.96wt％、1.9wt％、2.84wt％、3.79wt％、4.73wt％、5.67wt％、6.62wt％、7.56wt％或8.5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的锌占304钢材组分总质量的0.01～8.5wt％，例如可以是0.01wt％、0.96wt％、1.9wt％、2.84wt％、3.79wt％、4.73wt％、5.67wt％、6.62wt％、7.56wt％或8.5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的镉占304钢材组分总质量的0.01～6.5wt％，例如可以是0.01wt％、0.74wt％、1.46wt％、2.18wt％、2.9wt％、3.62wt％、4.34wt％、5.06wt％、5.78wt％或6.5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的钼占304钢材组分总质量的0.01～9.5wt％，例如可以是0.01wt％、1.07wt％、2.12wt％、3.18wt％、4.23wt％、5.29wt％、6.34wt％、7.4wt％、8.45wt％或9.5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的锰占304钢材组分总质量的0.01～7.6wt％，例如可以是0.01wt％、0.86wt％、1.7wt％、2.54wt％、3.39wt％、4.23wt％、5.07wt％、5.92wt％、6.76wt％或7.6wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的锡占304钢材组分总质量的0.5～7.8wt％，例如可以是0.5wt％、1.4wt％、2.2wt％、3wt％、3.8wt％、4.6wt％、5.4wt％、6.2wt％、7wt％或7.8wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的镍占304钢材组分总质量的0.01～9wt％，例如可以是0.01wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8.wt％或9wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的钨占304钢材组分总质量的0.02～8.5wt％，例如可以是0.02wt％、0.97wt％、1.91wt％、2.85wt％、3.79wt％、4.74wt％、5.68wt％、6.62wt％、7.56wt％或8.5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的锆占304钢材组分总质量的0.01～6.7wt％，例如可以是0.01wt％、0.76wt％、1.5wt％、2.24wt％、2.99wt％、3.73wt％、4.47wt％、5.22wt％、5.96wt％或6.7wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的钛占304钢材组分总质量的0.8～9.6wt％，例如可以是0.8wt％、1.8wt％、2.8wt％、3.8wt％、4.8wt％、5.7wt％、6.7wt％、7.7wt％、8.7wt％或9.6wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的镁占304钢材组分总质量的0.5～3.5wt％，例如可以是0.5wt％、0.9wt％、1.2wt％、1.5wt％、1.9wt％、2.2wt％、2.5wt％、2.9wt％、3.2wt％或3.5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的铝占304钢材组分总质量的0.01～6.4wt％，例如可以是0.01wt％、0.72wt％、1.43wt％、2.14wt％、2.85wt％、3.56wt％、4.27wt％、4.98wt％、5.69wt％或6.4wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入元素包括钼、锰或镍中的任意一种或至少两种的组合，优选为钼和镍的组合。

优选地，所述掺入的镍占304钢材组分总质量的0.5～7wt％，例如可以是0.5wt％、1.3wt％、2wt％、2.7wt％、3.4wt％、4.2wt％、4.9wt％、5.6wt％、6.3wt％或7wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

优选地，所述掺入的镍与304钢材组分中镍的质量比为0.05～0.7:1，例如可以是0.05:1、0.1:1、0.15:1、0.2:1、0.25:1、0.3:1、0.35:1、0.4:1、0.45:1、0.5:1、0.55:1、0.60:1、0.65:1或0.70:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明通过控制掺入的镍与原本304钢材组分中镍的质量比，能够更有效防止TWS耳机扣式电池在高温循环和高温高湿存储过程中的电极壳由于电位高导致的腐蚀。

优选地，所述掺入的钼占304钢材组分总质量的0.5～5wt％，例如可以是0.5wt％、1wt％、1.5wt％、2wt％、2.5wt％、3wt％、3.5wt％、4wt％、4.5wt％或5wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1～4wt％。

优选地，所述掺入的镍与掺入的钼的质量比为1.0～2.5:1，例如可以是1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2.0:1、2.2:1或2.5:1等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明通过进一步控制掺入的镍与钼的质量比，更好地促进二者在钢材中的防腐蚀作用，从而应用在TWS耳机扣式电池时，能够更有效的防止电极壳的发黑和发黄，且能够更进一步提高高温循环过程和高温高湿存储过程中的电芯性能。

优选地，所述掺入的镍与掺入的钼之和占304钢材组分总质量的1～10wt％，例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％或10wt％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明优选掺入的镍与掺入的钼之和占304钢材组分总质量的1～10wt％，二者相互协同能够更进一步提高电池的循环性能并降低高温下内阻增加值。

本发明中304钢材的组成按质量百分含量为：C≤0.08％，Mn≤2.0％，P≤0.045％，S≤0.030％，Si≤1％，Cr:18.0～20.0％，Ni:8.0～10.5％，其余杂质含量≤0.05％，其余为铁。

本发明304钢材中C≤0.08％，例如可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％或0.08％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

Mn≤2.0％，例如可以是1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％或2％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

P≤0.045％，例如可以是0.020％、0.023％、0.026％、0.029％、0.032％、0.034％、0.037％、0.04％、0.043％或0.045％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

S≤0.030％，例如可以是0.015％、0.017％、0.019％、0.02％、0.022％、0.024％、0.025％、0.027％、0.029％或0.03％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

Si≤1％，例如可以是0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

Cr:18.0～20.0％，例如可以是18.0％、18.3％、18.5％、18.7％、18.9％、19.2％、19.4％、19.6％、19.8％或20.0％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

Ni:8.0～10.5％，例如可以是8.0％、8.3％、8.6％、8.9％、9.2％、9.4％、9.7％、10％、10.3％或10.5％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

其余杂质含量≤0.05％，例如可以是0.01％、0.02％、0.03％、0.04％或0.05％等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的数值同样适用。

第二方面，本发明提供一种扣式电池，所述钢壳扣式电池采用第一方面所述的钢壳扣式电池的电极壳作为正极壳和/或负极壳。

本发明提供的扣式电池由于采用第一方面的电极壳，显著提高了电池的循环性能和电芯性能。

本发明的扣式电池，采用第一方面所述的防腐蚀电极壳作为正极壳和/或负极壳，其既可以同时用作正极壳和负极壳，也可仅用作其中一项，优选正极壳和负极壳均采用第一方面所述的防腐蚀电极壳

优选地，所述扣式电池为锂离子二次电池。

优选地，所述扣式电池包括正极和负极，以及设置与正极与负极之间的隔膜。

所述正极包括正极壳以及填充于正极壳与隔膜之间的正极活性材料；

所述负极包括负极壳以及填充于负极壳与隔膜之间的负极活性材料。

本发明对所述正极活性材料没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于正极活性材料的物质，也可根据实际情况进行调整和优化，例如可以是三元材料、钴酸锂、锰酸锂、钛酸锂或二氧化锰等。

本发明对所述负极活性材料没有限制，可采用本领域技术人员熟知的任何可用于负极活性材料的物质，也可根据实际情况进行调整和优化，例如可以是负极石墨材料包括天然石墨和人造石墨、硅负极材料包括硅氧负极和硅碳负极或者锂带。

第三方面，本发明提供所述钢壳扣式电池在蓝牙耳机中的应用，优选在TWS耳机中的应用。

本发明中蓝牙耳机的电池存在体积小的特点，其中扣式电池的电极壳面积小且使用过程中存在长期存放的需求，通过采用本发明第二方面所述的钢壳扣式电池，能够显著提高蓝牙耳机电池的使用寿命和充放电循环性能，该钢壳扣式电池应用在TWS蓝牙耳机中，有效解决了现有TWS蓝牙耳机存放过程中电池内阻增加高且循环性能下降的问题。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

(1)本发明提供的钢壳扣式电池的电极壳能改善电芯的K值、良率和外观，防止了在高温循环和高温高湿存储过程中的正极壳由于电位高导致的腐蚀；

(2)本发明提供的钢壳扣式电池的电极壳降低了扣式电池在高温下内阻的增加，并提高了扣式电池的循环性能；

(3)本发明提供的钢壳扣式电池具有更佳的高温循环和高温高湿存储性能，能够较好地满足TWS耳机对电池的需求。

附图说明

图1是本发明实施例1和对比例1中电极壳应用后扣式电池在75℃环境下测试100h的内阻变化图。

图2是本发明实施例1和对比例1中电极壳应用后扣式电池在45℃环境下循环充放电的容量保持率变化图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

以下实施例和对比例中304钢的组分按质量百分含量为：C:0.05％，Mn:1％，P:0.035％，S:0.028％，Si:1％，Cr:18％，Ni:9.8％，其余杂质含量≤0.05％，其余为铁。

一、实施例

实施例1～13和对比例1～3

实施例1～13和对比例1～3提供一种TWS耳机扣式电池的电极壳，所述电极壳的材质为钢；所述钢的组成包括304钢材组分以及掺入元素；实施例1～13和对比例1～3中的掺入元素及掺入量组如表1所示。

表1

表1中“/”表示不掺入该元素。

将上述电极壳同时应用在扣式电池的负极壳和正极壳中，隔膜采用PP和PE的复合隔膜，负极活性材料采用石墨负极材料，正极活性材料采用三元材料；采用交流法内阻电压测试仪和蓝电和新威测试柜进行内阻和循环性能测试。

以本发明实施例1和对比例1为例，实施例1和对比例1中电极壳应用后扣式电池在75℃环境下测试100h的内阻变化图如图1所示，从图1中可以看出掺杂了特定元素的特种改善钢材，明显能改善高温存储过程中的内阻增长率，主要原因是能抑制钢壳的腐蚀，减少了高温存储过程中的副反应发生。

实施例1和对比例1中电极壳应用后扣式电池在45℃环境下循环充放电的容量保持率变化图如图2所示，从图2中可以看出掺杂了特定元素的特种改善钢材，明显能改善高温循环保持率，主要原因是能抑制钢壳的腐蚀，减少了高温存储过程中的副反应发生。

上述实施例和对比例的内阻和循环性能测试结果如表2所示。

表2

从表1和表2可以看出以下几点：

(1)综合实施例1～13可知，本发明提供的钢壳扣式电池的电极壳由于在原有304不锈钢的组成上进行稍微调整，掺入部分元素，显著降低了扣式电池在高温下内阻的增加，其75℃储存100h后内阻增加量≤85mΩ，并提高了扣式电池的循环性能，45℃循环500次容量保持率≥85％，能够较好地满足TWS耳机对电池的需求；

(2)综合实施例3和对比例3可以看出，实施例3中严格将单一元素的掺入量控制在10wt％以内，相较于对比例3中镍元素的掺入量为12wt％而言，实施例3提供的钢壳扣式电池的电极壳制得的电池75℃储存100h后内阻增加量为50mΩ，45℃循环500次容量保持率为92％，而对比例3中电池75℃储存100h后内阻增加量为117mΩ，45℃循环500次容量保持率仅为76％，由此表明，本发明通过将单一元素的添加量控制在特定范围内，显著提高了钢壳扣式电池的循环和电芯性能；

(3)综合实施例4和实施例5～6可以看出，实施例4中同时掺入镍和钼，相较于实施例5～6中仅加入镍和钼中的一种元素而言，实施例4中电池75℃储存100h后内阻增加量为51mΩ，45℃循环500次容量保持率为96％，而实施例5和实施例6中电池75℃储存100h后内阻增加量均为69mΩ，45℃循环500次容量保持率分别为88％和89％，由此说明，本发明通过同时掺入镍和钼并将其比例控制在特定范围内，提高电池的性能。

综上所述，本发明提供的钢壳扣式电池的电极壳解决了钢壳扣式电池电芯中电解液导致的腐蚀性问题，其75℃储存100h后内阻增加量≤85mΩ，并提高了扣式电池的循环性能，45℃循环500次容量保持率≥85％，提高了电芯高低温存储性能和充放电循环性能。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。