CN100341182C - 针形锂－二氧化锰电池及其制造方法 - Google Patents

针形锂－二氧化锰电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针形锂-二氧化锰电池，由正极片、负极片、隔膜、壳体、胶塞、电解液、钢针等组成。正极片为压有铝网的正极膜，正极膜由热处理过的电解二氧化锰、压缩乙炔黑、石墨、粘合剂等和成膏状后在对辊机上压制而成；负极为金属锂带；隔膜层为聚丙烯与聚乙烯复合膜；电解液为LiClO4的混合溶剂溶液，混合溶剂由碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)组成。本发明用价格更为低廉且来源广泛的电解二氧化锰代替了价格较为昂贵的固体氟化炭来制造针形电池，使产品成本大大降低，而新型电池的标称电压，比能量等数据也都与原来的电池十分相近。

Description

针形锂-二氧化锰电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种针形电池，尤其是一种以电解二氧化锰为正极活性物质的锂电池及其制造方法。
背景技术
目前市场上的针形锂一次性电池大都采用固体氟化炭(CFx)n为电池正极的活性物质，此种电池的比能量较高，且放电电压平稳，在储存过程中也无气体析出，自放电极微，安全性能也很好。但是这种电池也存在着一定的问题，那就是固体氟化炭(CFx)n材料由于来源较少，价格比较昂贵，因而使电池的制造成本加大。而现在市场上比较常见的锂一次性电池，基本为锂-二氧化锰电池，也就是用电解二氧化锰作为正极活性物。这种电池的使用效果也很好，且二氧化锰资源丰富，价格便宜，热处理工艺简单，适合于大量生产。但目前锂-二氧化锰电池基本为币式，柱式，方形或者这三种型号相同单体的组合电池，还没有一种成熟的工艺将它应用在针形电池上。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种正极活性物质材料来源广泛，成本低廉、电性能优良的针形锂-二氧化锰电池及其制造方法。
本发明的技术解决方案是：一种针形锂-二氧化锰电池，由正极片、负极片、隔膜、壳体、胶塞、电解液、钢针等组成。正极片为压有铝网的正极膜，正极膜由热处理过的电解二氧化锰、压缩乙炔黑、石墨、粘合剂等和成膏状后在对辊机上压制而成；负极为金属锂带；隔膜层为聚丙烯与聚乙烯复合膜；电解液为LiClO4的混合溶剂溶液，混合溶剂由碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)组成。
本发明还提供了上述针形锂-二氧化锰电池的制造方法，该方法包括下列步骤：
1将热处理过的二氧化锰、压缩的乙炔黑、石墨按一定比例混合均匀，然后与去离子水、工业酒精和粘合剂相混合成膏，通过烘烤，碾压等程序制备正极片；
2用碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)与LiClO4，按照比例配制电解液；
3在手套箱中或干燥室中，将铝壳、胶塞、钢针、隔膜、电解液、负极锂带，以及制备好的正极片组装起来，构成针形锂-二氧化锰电池。
本发明的有益效果是，用价格更为低廉且来源广泛的电解二氧化锰代替了价格较为昂贵的固体氟化炭，使产品成本大大降低，而新型电池的标称电压，比能量等数据也都与原来的电池十分相近。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以CR435针形锂-二氧化锰电池为实施例对本发明进行详细说明：
本发明的针形锂-二氧化锰电池，由正极片5、负极片3、隔膜4、壳体6、胶塞2、电解液、钢针1等组成，其中正极片5为单面压有铝网的正极膜，正极膜由热处理过的电解二氧化锰、压缩乙炔黑、石墨、粘合剂等和成膏状后在对辊机上压制而成；负极为金属锂带；隔膜层为聚丙烯与聚乙烯复合膜；电解液为LiClO4的混合溶剂溶液，混合溶剂由碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)组成。
CR435针形锂-二氧化锰电池正极活性物质为200～300目的无汞碱锰电池专用EMD(电解二氧化锰)，在370～390℃的高温烘箱中烘烤18～20小时，然后在室温下自然冷却至相同温度。乙炔黑原料与浓度37％的工业酒精按1∶1的比例混合后，在对辊机上压制成片，然后过60目的机械振动筛，使密度达到4～5ml/g。将上述处理过的EMD、乙炔黑和石墨按91％∶7％∶2％的重量百分比称重后倒入球磨机中混合均匀，然后倒入带恒温水浴的搅拌机内，水域温度设定为80～90℃，依次加入温度为80℃的去离子水和浓度为37％的工业酒精，搅拌30～40分钟后加入浓度为60％的聚四氟乙烯乳液，快速搅拌成粘稠的膏状物。其中正极混合粉、去离子水、工业酒精、聚四氟乙烯的重量百分比为45％∶45％∶5％∶5％。将上述膏状物在150℃烘箱中烘烤10小时，然后碾碎，并用无水乙醇揉成膏。在带加热的对辊机上将膏状物压成均匀致密的膜状，并斜拉铝网滚压在一起，厚度控制在0.68～0.72mm，用裁刀将正极膜裁成长21mm宽9mmd的极片，然后在细圆柱形模具上卷成单层圆筒状。将卷好的极片放在150℃烘箱中烘烤20小时，然后转入温度为170～180℃，气压低于0.1MPa的真空箱中干燥20～24小时，备装配使用。
负极片3采用金属锂带，厚度0.165mm，正，负极之间的隔膜4为聚丙烯与聚乙烯复合膜，膜厚为0.025mm。电解质采用LiClO4，浓度为1.0mol/L，电解液采用碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)的混合液。质量配比为PC∶DME∶DOL＝5∶3∶2。负极集流体的不锈钢针由304型号的不锈钢制成，外径1.0mm，长33mm。针体表面一部分经过机械滚花处理，两端光滑圆整。电池壳体6采用金属铝，直径4.0mm，壁厚0.3mm。口部采用胶塞2密封，材质为耐酸碱橡胶。
电池的装配过程如下：组装电池在露点温度为-35℃的手套箱中进行，壳体6、胶塞2、钢针1、隔膜4等配件在60℃高温烘箱中干燥18小时以上。将锂带裁成长23mm宽10mm高0.165mm，隔膜4裁成长28mm宽15mm厚0.025mm。将胶塞2套在钢针1未经滚花处理的一端，锂带卷绕在钢针另一端，隔膜4缠绕在负极片3的外围，并将端部用电烙铁熔接封死，然后包上正极片5，再用冲压机将电芯压至直径在0.35mm左右。将做好的电芯塞在壳体6内，注入电解液，放入真空度为-0.06MPa的容器内保持5～8秒。取出后压入胶塞2、滚槽、束口，清洗后完成。

Claims (15)

1.一种针形锂-二氧化锰电池，由正极片、负极片、隔膜、壳体、胶塞、电解液、钢针组成，其特征在于：正极片为压有铝网的正极膜，正极膜由热处理过的电解二氧化锰、压缩乙炔黑、石墨、粘合剂和成膏状后在对辊机上压制而成；负极为金属锂带；隔膜层为聚丙烯与聚乙烯复合膜；电解液为LiClO4的混合溶剂溶液，混合溶剂由碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)组成。
2.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于采用反极式结构，钢针为负极端子，直接与负极锂带相连接，金属铝壳为正极端子，与正极集流体铝网相连。
3.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于乙炔黑经压缩处理，与工业酒精按1∶1的比例混合均匀，然后在滚压机上压制成片，过60目的机械振动筛，视密度达到4～6ml/g。
4.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于由热处理过的电解二氧化锰、压缩乙炔黑、石墨按(88～91)％∶(6～9)％∶(1～4)％的重量百分比混合成正极粉。
5.根据权利要求4所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于混合正极粉与去离子水、工业酒精、聚四氟乙烯乳液在水浴温度为40～90℃的搅拌机中交联成膏，其重量百分比为(40～50)％∶(40～50)％∶(4～6)％∶(4～6)％。
6.根据权利要求5所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于正极粉料成膏后放入90～180℃高温烘箱中烘烤4～12小时。
7.根据权利要求6所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于将烘烤后的正极粉料所成的膏碾碎，用无水乙醇重新和成膏状。
8.根据权利要求7所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于重新和成的正极粉料所成的膏在带加热装置的滚压机上反复碾压成均匀致密的膜，厚度在0.50～0.80mm之间。
9.根据权利要求8所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于正极粉料制成膜后与金属铝网在滚压机上碾压在一起，铝网单面压膜。
10.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于正负极之间的隔膜层厚度为0.024～0.026mm。
11.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于电解液为LiClO4的混合溶剂溶液，LiClO4的浓度为0.8～1.2mol/L；混合溶剂由碳酸丙烯脂(PC)、乙二醇二甲醚(DME)与二茂戊烷(DOL)组成，其质量配比为PC∶DME∶DOL＝(4.5～5.5)∶(2.5～3.5)∶(1.8～2.2)。
12.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于作为正极集流体的金属铝网厚度为0.30～0.45mm，网孔为菱形，孔径尺寸为(1.8～2.2)mm×(2.～2.5)mm。
13.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于作为负极集流体的不锈钢针采用304不锈钢制成，直径1.0±0.05mm，针体经过滚花处理，两端光滑圆整。
14.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于铝壳壁厚为0.20～0.35mm。
15.根据权利要求1所述的一种针形锂-二氧化锰电池，其特征在于胶塞采用耐酸碱橡胶，橡胶塞套在钢针上，并与铝壳同心轴，采用滚槽密封。
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