CN101728511B - 一种锂-二硫化铁电池正极的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂-二硫化铁电池正极的制造工艺，包括：a)将金属带整体冲孔制成金属网；b)将金属网进行清洗及干燥；c)配制半干浆料，将半干浆料涂布在金属网上，所述半干浆料由二硫化铁、导电剂和粘结剂混合后加入溶剂制成；d)将涂布后的金属网烘干；e)将烘干后的金属网进行裁片、辊轧和极耳焊接。本发明提供的一种锂-二硫化铁电池的正极制造工艺，使用金属网作为正极基体，再将制备的半干浆料涂布在金属网上制成正极片，解决了涂布过程中容易出现的断带问题，正极片上涂层的黏附性能好，正极片在制作过程和卷绕过程中不易掉粉；拌制浆料所使用的溶剂较少，活性物质的填充量高，电池的容量较大。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池的制备技术领域，具体涉及一种锂-二硫化铁电池正极的制造工艺。
背景技术
当今电子技术和数码科技发展速度很快，其技术进步和发展直接影响到相应的供电电源的发展，化学电源即电池得到了广泛的采用。电子和数码技术的发展趋势逐步走向小型化、多功能化以及便携化，因此也要求其电源电池具备高比能量、高比功率、使用寿命长及使用方便。
一次电池也称干电池是电池中的一种，一次电池中的常用的普通锌锰电池和碱性锌锰电池在贮存和重负载工作下存在一定的不足，因此近年又发展了锂-二硫化铁电池。
锂-二硫化铁电池是一种一次锂原电池，以二硫化铁为正极活性物质，以锂金属为负极活性物质。锂-二硫化铁电池的标称电压为1.5V，比能量大、容量高、储存时间长，与目前市场上广泛应用的碱性锌锰、碳锌一次电池具有互换性，可以广泛应用于诸如照相机、MP3、助听器、随身听、摄像机，工业PC机、计算机RAM、CMOS电路记忆支撑电源，无线电通讯、各种军事通讯电台、医疗器材、手提通讯器材，计时器、计数器等仪器仪表中。在重负载场合中使用时，锂-二硫化铁电池的功率性能是碱性锌锰电池的4倍～10倍。
作为一次电池，锂-二硫化铁电池具有很多优点，兼具一次锂电池和锂离子可充电池的许多特性，应用范围广，但在制造过程中，正极片上涂布活性物质涂层时易出现断带现象，涂层的黏附性能较低。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种锂-二硫化铁电池正极的制造工艺，制作的正极极片上涂层黏附性能好，无断带现象产生。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种锂-二硫化铁电池正极的制造工艺，包括：
a)将金属带整体冲孔制成金属网；
b)将金属网进行清洗及干燥；
c)配制半干浆料，将半干浆料涂布在金属网上，所述半干浆料由二硫化铁、导电剂和粘结剂混合后加入溶剂制成；
d)将涂布后的金属网烘干；
e)将烘干后的金属网进行裁片、辊轧和极耳焊接。
作为优选，制作金属网的金属可以选用不锈钢、铝、镍、铜、不锈钢镀镍中的一种，所述不锈钢网的厚度为0.02mm～0.20mm。
作为优选，所述不锈钢网的单位面积上网孔所占面积比为20％～80％，所述网孔的形状为规则排列的菱形、圆形、长方形或十字形，网孔的宽度或直径为0.5mm～2.0mm。
作为优选，所述步骤c)中，所述二硫化铁、导电剂和粘结剂的混合物中各成分的质量百分比含量分别为：二硫化铁为91％～94％，导电剂为3％～5％，粘结剂为3％～5％，溶剂的质量为粘结剂的8倍～10倍。
作为优选，所述导电剂为石墨、乙炔黑和炭黑中的一种或几种。
作为优选，所述粘结剂为PTFE、PVDF、CMC中的一种。
作为优选，所述溶剂为NMP、水中的一种。
作为优选，所述步骤d)中烘干时，烘干后厚度控制在0.2mm～0.45mm。
本发明提供的一种锂-二硫化铁电池的正极制造工艺，使用金属网作为正极基体，再将制备的半干浆料涂布在金属网上制成正极片，解决了涂布过程中容易出现的断带问题，正极片上涂层的黏附性能好，正极片在制作过程和卷绕过程中不易掉粉；拌制浆料所使用的溶剂较少，活性物质的填充量高，电池的容量较大。
附图说明
图1为本发明提供的一种菱形网孔的金属网的示意图；
图2为本发明提供的一种圆形网孔的金属网的示意图；
图3为本发明提供的一种长方形网孔的金属网的示意图；
图4为本发明提供的一种十字形网孔的金属网的示意图；
图5为实施例1中的正极片的结构示意图；
图6为图5中正极片的A-A侧视图；
图7为实施例1的正极片和对比例的正极片制成的两种电池的1000mA连放对比曲线。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明提供的锂-二硫化铁电池正极的制造工艺，包括：
a)将金属带整体冲孔制成金属网，表面进行粗糙处理，制作金属网的金属可以选用不锈钢、铝、镍、铜、不锈钢镀镍中的一种，金属网的厚度优选为0.02mm～0.20mm，单位面积上网孔所占面积比优选为20％～80％，网孔的形状为规则排列的菱形、圆形、长方形或十字形，网孔的宽度或直径为0.5mm～2.0mm。请参考图1、图2、图3和图4，图1为本发明提供的一种菱形网孔的金属网的示意图，图2为本发明提供的一种圆形网孔的金属网的示意图，图3为本发明提供的一种长方形网孔的金属网的示意图，图4为本发明提供的一种十字形网孔的金属网的示意图。
b)将制好的金属网用去离子水进行清洗及使用循环风干燥。
c)将二硫化铁、导电剂和粘结剂混合后加入溶剂配制成半干浆料。二硫化铁、导电剂和粘结剂的混合物中各成分的质量百分比为：二硫化铁为91％～94％，导电剂为3％～5％，粘结剂为3％～5％。溶剂的质量优选为粘结剂的8倍～10倍。
导电剂可以提高正极片的导电性，补偿正极活性物质的电子导电性，提高正极片的电解液的吸液量，增加反应界面，减少极化，可以使用石墨、乙炔黑和炭黑中的一种或几种。
粘接剂粘结剂一般都是高分子化合物，常用的有PTFE(聚四氟乙烯)、CMC(羧甲基纤维素钠)、PVDF(聚偏氟乙烯)等，以保证活性物质制浆时的均匀性和安全性，对活性物质颗粒间起粘接作用，将二硫化铁、导电剂和金属网粘合在一起。
溶剂使用NMP(N-甲基吡咯烷酮)或水，NMP具有无毒性、高沸点、腐蚀性小、溶解度大、粘度低、挥发度低、稳定性好、易回收等优点。
d)将涂布了半干浆料的金属网烘干，烘干后厚度优选控制在0.2mm～0.45mm。
e)将涂布并烘干的金属网进行裁片、辊轧和极耳焊接制成正极片。
实施例1：
使用0.05mm厚的不锈钢带进行冲孔制作不锈钢网，表面进行粗糙处理，网孔做成菱形，对角线长度为1mm和2mm，呈交错规则排列，各菱形网孔相邻边的垂直距离为0.5mm，网孔的面积约占不锈钢带面积的52％。
将不锈钢网用去离子水进行清洗并通过循环风干燥。
配制半干浆料：将质量百分比为93％的二硫化铁、2.5％的石墨、1％的乙炔黑和3.5％的PTFE混合，再加入质量是PTFE的8倍的NMP，制成粘稠的半干浆料。
将涂布后的不锈钢网烘干，烘干后涂层的厚度控制在0.40mm。然后将不锈钢网裁成330mm×42mm的长方形，再进行辊轧和极耳焊接制成AA型电池正极片。
请参考图5和图6，图5为实施例1中的正极片的结构示意图，图6为图5中正极片的A-A侧视图。1为不锈钢网，2为网孔，3为极耳，4为涂层。
实施例2：
使用0.08mm厚的铝带进行冲孔制作铝网，表面进行粗糙处理，网孔做成圆形，直径1mm，呈交错规则排列，横排或纵排中各相邻圆形网孔的圆心距离为2mm，网孔面积约占不锈钢带面积的50％。
将铝网用去离子水进行清洗并通过循环风干燥。
配制半干浆料：将质量百分比为92％的二硫化铁、2％的石墨、1％的乙炔黑、1％的炭黑和4％的CMC混合，再加入质量是CMC的9.5倍的去离子水，制成粘稠的半干浆料。
将涂布后的铝网烘干，烘干后涂层的厚度控制在0.35mm。然后将铝网裁成330mm×42mm的长方形，再进行辊轧和极耳焊接制成AA型电池正极片。
实施例3：
使用0.10mm厚的镍带进行冲孔制作铝网，表面进行粗糙处理，网孔做成长方形，长×宽为2mm×1mm，呈交错规则排列，纵排中相邻长方形网孔长边的垂直距离为0.5mm，相邻两个纵排之间的距离为0.5mm，网孔面积约占不锈钢带面积的60％。
将镍网用去离子水进行清洗并通过循环风干燥。
配制半干浆料：将质量百分比为94％的二硫化铁、1.5％的石墨、2％的乙炔黑和4.5％的PVDF混合，再加入质量是PVDF的9倍的NMP，制成粘稠的半干浆料。
将涂布后的镍网烘干，烘干后涂层的厚度控制在0.3mm。然后将镍网裁成330mm×42mm的长方形，再进行辊轧和极耳焊接制成AA型电池正极片。
对比例：
传统的铝箔涂布极片。
使用0.035mm厚的铝箔带作为正极基体材料，不进行冲孔处理。
配制半干浆料：将质量百分比为93％的二硫化铁、2.5％的石墨、1％的乙炔黑和3.5％的PTFE混合，再加入质量是PTFE的8倍的NMP，制成粘稠的半干浆料。
将涂布后的铝箔烘干，烘干后涂层的厚度控制在0.40mm。然后将不锈钢网裁成330mm×42mm的长方形，再进行辊轧和极耳焊接制成AA型电池正极片。
在手工卷绕机上设置直径为5mm的卷针，将以上各实施例中制备的正极片和对比例中的铝箔正极片分别与隔膜纸一起进行模拟电芯卷绕，完成后再拆开，每个正极片重复做两次，观察正极片的表面涂层的状态，每种正极片抽取100个样品进行测试，测试均在23℃±2，相对湿度60％RH的条件下进行，每种正极片的表面涂层的变化情况如表1所示：
表1正极片卷绕测试结果对比
本发明提供的正极制造工艺制造的正极片在涂布过程中无断带现象产生，且由测试结果可知，经过1次、2次、3次卷绕测试后，实施例1至3每种正极片抽取的100个样品中表面涂层都没有任何起皮和断裂的现象。而对比例中传统工艺制造的铝箔正极片在经过3次卷绕测试后，抽取的100个样品中，有11个样品的表面涂层发生起皮现象，有4个样品的表面涂层发生断裂现象。
且其中不锈钢网的抗拉强度较大，为铝箔抗拉强度的5～7倍。
将实施例1和对比例中制备的正极片分别与高分子聚合物隔膜、负极锂带及电解液组成AA型锂-二硫化铁电池，然后分别进行电池性能测试，在23℃±2，相对湿度60％RH的条件下，1000mA连放测试，请参考图7，图7为实施例1的正极片和对比例的正极片制成的两种电池的1000mA连放对比曲线。由对比曲线可以看出实施例1的正极片制备的电池相对于对比例的正极片制备的电池，容量提高了3.6％。
本发明提供的正极片的制造工艺制备，在涂布过程中不易出现断带问题，正极片上涂层的黏附性能好，正极片在制作过程和卷绕过程中不易掉粉；拌制浆料所使用的溶剂较少，活性物质的填充量高，电池的容量较大。
以上对本发明所提供的锂-二硫化铁电池正极的制造工艺进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (1)
1.一种锂-二硫化铁电池正极的制造工艺，其特征在于：
使用0.05mm厚的不锈钢带进行冲孔制作不锈钢网，表面进行粗糙处理，网孔做成菱形，对角线长度为1mm和2mm，呈交错规则排列，各菱形网孔相邻边的垂直距离为0.5mm，网孔的面积占不锈钢带面积的52％；
将不锈钢网用去离子水进行清洗并通过循环风干燥；
配制半干浆料：将质量百分比为93％的二硫化铁、2.5％的石墨、1％的乙炔黑和3.5％的PTFE混合，再加入质量是PTFE的8倍的NMP，制成粘稠的半干浆料；
将涂布后的不锈钢网烘干，烘干后涂层的厚度控制在0.40mm。然后将不锈钢网裁成330mm×42mm的长方形，再进行辊轧和极耳焊接，制成AA型电池正极片。
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