CN101299459A - 正极集流体为多孔金属的1.5v圆柱锂二硫化铁电池 - Google Patents

Abstract

一种正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池，包括壳体，壳体的上端是组合盖帽，壳体内设置有正极和负极，壳体内填充有电解液，正极和负极之间带有隔膜，正极由集流体和正极材料组成。负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金。电解液为锂盐溶解在碳酸乙烯酯等溶剂中的溶液。其特征是：正极集流体为多孔金属，选自发泡镍、纤维镍、发泡铜、发泡铝、编织铝网、编织铜网、编织不锈钢网、编织镍网的一种。本发明可以使活性物质充分和集流体接触，提高了活性物质利用率，并能够抑制电池放电过程中正极膨胀，减少活性物质脱落，增强了电池大电流放电能力，提高了电池的放电容量，而且简化了电池的生产工艺，适合大规模的工业化生产。

Description

正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池

技术领域

本发明涉及一种1.5V圆柱锂二硫化铁电池，尤其涉及一种正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池。

背景技术

近年来，随着电子技术的发展和世界各国对环境保护的日益重视，对化学电源提出了更高的要求。传统的碱性锌锰电池，大电流高负载放电能力弱，越来越不能满足应用的需要。圆柱锂二硫化铁电池是一种新型的1.5V电池，正极活性物质为二硫化铁，负极采用金属锂或者锂合金，工作电压为1.5V，放电容量比同样型号的碱锰电池高，对环境无污染，具有大电流高负载放电能力强的特点，主要是部分替代碱锰电池在高档电器、重负载场合下的应用。

现有的锂二硫化铁圆柱电池正极使用铝箔作集流体，活性物质涂覆或者制成薄膜粘接在铝箔上，它的不足之处是：在放电过程中存在活性物质膨胀、脱落的问题，造成活性物质不能充分利用，降低了电池的容量，影响了电池的容量的一致性。

发明内容

本发明的目的是提供一种正极活性物质不膨胀、不脱落，正极活性物质利用充分，放电容量高，正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池，包括圆柱形的壳体，壳体内设置有正极和负极，壳体内填充有电解液，正极和负极之间带有隔膜，正极由集流体和正极材料组成，其特征是：所述的正极集流体为多孔金属，多孔金属选自发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛、烧结不锈钢、烧结铜、冲孔钢带、编织铝网、编织铜网、编织不锈钢网、编织铁网、编织镍网、铝拉网和铜拉网之中的一种。

根据所述的正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池，其特征是：

所述的正极材料由二硫化铁和选自石墨、炭黑、铁粉、铜粉、银粉和镍粉的一种或多种的导电剂，及选自聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的一种或多种的粘接剂组成；

所述的负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金：

所述的隔膜为具有微孔的聚丙烯(PP)薄膜，或具有微孔的聚乙烯(PE)薄膜，或者两者结合而成的复合薄膜，或为聚丙烯毡，或为纤维的纸质薄膜，或为玻璃纤维；

所述的电解液为LiPF₆、LiClO₄、LiBC₄O₈、LiBF₄、LiI或LiCl溶解在碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、乙二醇二甲醚、乙腈、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的一种溶液或者是混合溶液。

本发明的有益效果是：锂二硫化铁圆柱电池的正极由于使用多孔金属作为集流体，该集流体具有大量空隙和骨架，骨架中填充二硫化铁、导电剂、粘接剂组成的正极材料，构成正极，可以使活性物质充分和集流体接触，有利于电子导电提高活性物质利用率，并能够抑制电池放电过程中出现的膨胀，减少活性物质脱落，从而增强了电池大电流放电能力，提高了电池的放电容量。而且有利于简化电池的生产工艺，适合大规模的工业化生产。

本发明解决了电池放电过程中活性物质脱落问题，提高了活性物质利用率，电池容量相应的提高了。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

本发明是通过以下技术方案加以实现的，一种正极集流体为多孔金属骨架的1.5V圆柱锂二硫化铁电池，该电池包括圆柱的不锈钢或者镀镍普通钢的壳体，壳体的上端是组合盖帽，壳体内设置有正极和负极，壳体内填充有电解液，正极和负极之间带有隔膜。所述的隔膜为具有微孔的聚丙烯(PP)薄膜，或具有微孔的聚乙烯(PE)薄膜，或者两者结合而成的复合薄膜，或为聚丙烯毡，或为纤维的纸质薄膜，或为玻璃纤维。所述的正极由集流体和填充在其中的正极材料组成，正极材料由二硫化铁和选自石墨、炭黑、铁粉、铜粉、银粉和镍粉的一种或多种的导电剂，及选自聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的一种或多种的粘接剂组成。所述的负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金。所述的电解液为LiPF₆、LiClO₄、LiBC₄O₈、LiBF₄、LiI或LiCl溶解在碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、碳酸甲乙酯(EMC)和γ-丁内酯(GBL)的一种溶液或者是混合溶液，其特征在于，正极集流体为多孔金属，所述的多孔金属选自发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛、烧结不锈钢、烧结铜、冲孔钢带、编织铝网、编织铜网、编织不锈钢网、编织铁网、编织镍网、铝拉网和铜拉网之中的一种。

本发明的正极集流体多孔金属优选发泡镍、纤维镍、发泡铜、发泡铝、编织铝网、编织铜网、编织不锈钢网和编织镍网之中的一种。本发明编织网可以承载更多的活性物质，而一般铝网是拉网，承载量很小。

实施例1

将二硫化铁粉末5g、石墨粉5g、聚氧化乙烯0.2g均匀混合，将该混合物均匀地填入体积为300mm×1.0mm×105mm，孔隙率为83％的发泡镍的间隙中，之后用对辊机将该发泡镍压至0.18mm厚的薄板，然后裁成280mm×35×0.18mm的极片，在极片相应的位置焊上镍极耳，再将带极耳极片放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，将带极耳极片转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。将压好镍极耳的尺寸为290mm×30mm×0.5mm锂带负极、尺寸为330mm×40mm×0.025mm玻璃纤维隔膜和正极依次放好，经卷绕成圆柱体，将圆柱体置入圆柱的不锈钢壳内，将锂带负极上的极耳和不锈钢壳体用电阻焊，焊接在一起；将正极上的极耳用电阻焊机焊接到壳体的上盖上，向壳体内再加入0.5g的1MLiClO₄电解液(溶剂比例：PC 25％wt；DME 75％wt)，盖好壳体的上盖，封口，得到正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池。

实施例2

将二硫化铁粉末5g、石墨粉1g、质量浓度为15％丙烯酸酯水溶液10g均匀混合，将该混合物均匀地填入体积为300mm×1.0mm×105mm，孔隙率为95％的发泡铜的间隙中，之后用对辊机将该发泡铜压至0.18mm厚的薄板，然后裁成280mm×35×0.18mm的极片，在极片相应的位置焊上镍极耳，再将带极耳极片放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，将带极耳极片转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。将压好镍极耳的尺寸为290mm×30mm×0.5mm锂铝合金负极(Li：98％wt，Al：2％wt)、尺寸为330mm×40mm×0.025mm聚丙烯隔膜和正极依次放好，经卷绕成圆柱体，将圆柱体置入圆柱的不锈钢壳内，将锂带负极上的极耳和不锈钢壳体用电阻焊，焊接在一起；将正极上的极耳用电阻焊机焊接到壳体的上盖上，向壳体内再加入0.5g的1M LiBF₄电解液(溶剂比例为：PC 25％wt；DME30％wt；DEC 35％wt)，盖好壳体的上盖，封口，得到正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池。

实施例3

将二硫化铁粉末7g、石墨粉3g、质量浓度为5％聚四氟乙烯乳液10g均匀混合，将该混合物均匀地填入体积为300mm×1.0mm×105mm，孔隙率为90％的铝编织网的孔隙中，之后用对辊机将该铝编织网压至0.18mm厚的薄板，然后裁成280mm×35×0.18mm的极片，在极片相应的位置焊上镍极耳，再将带极耳极片放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，将带极耳极片转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。将压好镍极耳的尺寸为290mm×30mm×0.5mm锂带负极、尺寸为330mm×40mm×0.025mm玻璃纤维隔膜和正极依次放好，经卷绕成圆柱体，将圆柱体置入圆柱的不锈钢壳内，将锂带负极上的极耳和不锈钢壳体用电阻焊，焊接在一起；将正极上的极耳用电阻焊机焊接到壳体的上盖上，向壳体内再加入0.5g的1M LiI电解液(溶剂比例PC 25％wt；DME 75％wt)，盖好壳体的上盖，封口，得到正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池。

实施例4

将二硫化铁粉末4g、石墨粉1g、聚乙烯0.5g均匀混合，将该混合物均匀地填入体积为300mm×1.0mm×105mm，孔隙率为90％的编织镍网的孔隙中，之后用对辊机将该编织镍网压至0.18mm厚的薄板，然后裁成280mm×35×0.18mm的极片，在极片相应的位置焊上镍极耳，再将带极耳极片放入温度为150℃，压力为1kPa的真空烘箱中，烘干12h，将带极耳极片转移到相对湿度≤1％的干燥环境中，作为正极待用。将压好镍极耳的尺寸为290mm×30mm×0.5mm锂带负极、尺寸为330mm×40mm×0.025mm玻璃纤维隔膜和正极依次放好，经卷绕成圆柱体，将圆柱体置入圆柱的不锈钢壳内，将锂带负极上的极耳和不锈钢壳体用电阻焊，焊接在一起；将正极上的极耳用电阻焊机焊接到壳体的上盖上，向壳体内再加入0.5g的1M LiI电解液(溶剂比例：PC 25％wt；DME 75％wt)，盖好壳体的上盖，封口，得到正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池。

实施例5

实施条件同实施例1，不同之处在于所使用的多孔金属是纤维镍。

实施例6

实施条件同实施例2，不同之处在于所使用的多孔金属是发泡铝。

实施例7

实施条件同实施例3，不同之处在于所使用的多孔金属是编织不锈钢网。

实施例8

实施条件同实施例4，不同之处在于所使用的多孔金属是编织铜网。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1、一种正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池，包括圆柱形的壳体，壳体内设置有正极和负极，壳体内填充有电解液，正极和负极之间带有隔膜，正极由集流体和正极材料组成，其特征是：所述的正极集流体为多孔金属，多孔金属选自发泡镍、纤维镍、发泡铁、发泡铜、发泡铝、发泡钛、烧结不锈钢、烧结铜、冲孔钢带、编织铝网、编织铜网、编织不锈钢网、编织铁网、编织镍网、铝拉网和铜拉网之中的一种。

2、根据权利要求1所述的正极集流体为多孔金属的1.5V圆柱锂二硫化铁电池，其特征是：

所述的正极材料由二硫化铁和选自石墨、炭黑、铁粉、铜粉、银粉和镍粉的一种或多种的导电剂，及选自聚乙烯、聚四氟乙烯、聚氧化乙烯、丙烯酸酯和羧甲基纤维素的一种或多种的粘接剂组成；

所述的负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金；

所述的隔膜为具有微孔的聚丙烯(PP)薄膜，或具有微孔的聚乙烯(PE)薄膜，或者两者结合而成的复合薄膜，或为聚丙烯毡，或为纤维的纸质薄膜，或为玻璃纤维；

所述的电解液为LiPF₆、LiClO₄、LiBC₄O₈、LiBF₄、LiI或LiCl溶解在碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、乙二醇二甲醚、乙腈、碳酸甲乙酯和γ-丁内酯的一种溶液或者是混合溶液。