CN103236516A - 一种高温电池正极的制备方法 - Google Patents

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庄俊峰
李军显
冯喜兰
秦镇钢
许惠丽
杨晓聪
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Abstract

本发明涉及一种高温电池正极的制备方法，尤其涉及锂亚硫酰氯电池正极的制备方法。一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：1）混料；2）抛丸；3）挤碳包；4）烘干起纤；5）粉碎浸润；6）上网；7）辊压；8）起纤；9）成型；根据不同型号的电池将碳片精压至合适的工艺尺寸。本发明提供的正极的制备方法能显著的提高锂亚硫酰氯电池的高温性能。

Description

一种高温电池正极的制备方法
技术领域
    本发明涉及一种高温电池正极的制备方法，尤其涉及锂亚硫酰氯电池正极的制备方法。
背景技术
近年来，石油勘探开采快速发展，电子技术大量运用于石油仪器设备中，在对石油等地下资源的勘探及开采过程中，必须借助相关的仪器设备，而井下工作环境中，会经常出现150℃甚至接近200℃的极端工作环境，由于普通的电力电源无法到达井下，所以探测设备必须采用能够承受高温的电池作为主要电源，因此对特种电池技术要求越来越高，需求越来越大。但是，由于金属锂的熔点（186℃）相对较低，同时因锂电池电解液中含有无机或有机溶剂，其饱和蒸汽压相对较高、沸点相对较低，在高温环境下工作，会使电池的反应加速，产生更多的热，造成热失控，使SOCl2分解，生成SO2、Cl2、S，同时又因正极反应产物硫以及正极的碳微粒在高温时都可以产生气体，这些因素综合起来，会使电池压力增大而发生爆炸的危险。
锂亚硫酰氯电池是典型的非水无机电解质电池，是以锂阳极，碳作为阴极载体，电解液为添加了无机电解质LiAlCl4的亚硫酰氯溶液的原电池。具有高比能量和中等比功率，放电曲线平稳、工作温度范围宽、电池自放电低、储存时间长等优点，是目前锂一次电池中放电电压最高的一种电池。而现有普通的锂亚硫酰氯电池的最高工作温度只有85℃，因而不能满足在高温环境下可靠稳定安全的工作。
发明内容
本发明主要是针对锂亚硫酰氯电池现有技术的不足而提出的一种高温电池正极的制备方法，此方法制备的电池显著地提高了锂亚硫酰氯电池的高温性能。
本发明提供的技术方案是：
   一种高温电池正极的制备方法，包含以下步骤：
    1）混料：将乙炔黑、铜粉、酒精、聚四氟乳液按重量比例为1:0.08:8:0.08混合均匀，得膏状物；
    2）抛丸：将步骤1中混和均匀的膏状物用颗粒机研成颗粒，然后将颗粒过抛丸机；
    3）挤碳包：将抛出后的颗粒用碳包机挤成碳包；
    4）烘干起纤：将碳包在150℃鼓风烘箱中烘10小时，完全除去碳包里的酒精，用280℃高温隧道进行起纤；
    5）粉碎浸润：将起纤后的碳包用粉碎机粉碎成纤维化的颗粒，后用聚四氟乳液与去离子水重量比为6:100的溶液浸润10min，使去离子水能完全浸润到纤维化的颗粒中；
    6）上网：将浸润后的颗粒均匀放在玻璃纤维膜上，均匀铺开厚度为1~3mm，然后将镍孔网平放在湿料上，然后再在镍孔网上放置一层颗粒，厚度为1~3mm，后用玻璃纤维膜压上面，用滚轮机将其辊压平整成碳片；
    7）辊压：将上网后的碳片用辊压机辊压，使其厚度为根据不同型号电池的工艺尺寸制备；
    8）起纤：将辊压后的碳片用鼓风烘箱在120℃下烘干15h，完全除去里面的水分，用高温隧道起纤一遍；
    9）成型；根据不同型号的电池将碳片精压至合适的工艺尺寸。
    具体的，所述步骤1中原料的混合是在室温条件下进行。
具体的，所述步骤2中过抛丸机的次数为2~3次。
具体的，所述步骤4中高温隧道的传送带的速度为3cm/s，起纤后的碳包成絮状纤维状。
具体的，所述步骤5中颗粒平均直径为1mm。
具体的，所述步骤6中玻璃纤维膜的厚度为0.02mm，长度为20cm，宽度为15cm；镍孔网厚度为0.02mm，长度为21cm，宽度为16cm。
具体的，所述步骤6中将浸润后的颗粒均匀放在玻璃纤维膜上，均匀铺开厚度为2mm，然后将镍孔网平放在湿料上，然后再在镍孔网上放置一层颗粒，厚度为2mm。
本发明使用玻璃纤维膜的目的是防止碳片与锂片接触而短路，隔离电子，让离子通过，吸附电化学反应所必需的电解液，确保高的离子电导率，阻止了电池反应过程中有害物质在电极间的迁移，保证在电池发生异常时使电池反应停止，提高电池的安全性能；本发明步骤4中烘干起纤是为了增加碳包内部的粘性，使其不易被粉碎成粉末状；步骤8中起纤原因是乙炔黑的表面结构受加工条件的影响较大，在第一次起纤过程中因气相物质挥发留下的孔隙会因粉碎、上网、辊压过程造成孔隙破坏，使活性表面积减小，引起表观活性的下降，影响正极的导电性能，使电极的成流性受阻，不利于电极的大电流放电性能，因此将辊压后的碳片用鼓风烘箱在120℃下烘干15小时，完全除去里面的水分，用高温隧道起纤一遍，目的是使正极碳片得到合适的孔径、孔率，增大了电解液传输通道，增大反应过程中的催化表面的接触面积，减少反应过程中离子的传输阻力，提高活性离子在催化反应过程中的电荷转移，同时因为孔率的增多，提高了亚硫酰氯(SOCl2)高温分解时所需的体积，降低了电池的内压，防止了电池在高温环境使用下因内压的增大存在的安全隐患。
本发明提供的正极的制备方法能显著的提高锂亚硫酰氯电池的高温性能。而且正极柱的颗粒大小均匀，使得放电反应过程更加的均匀，最大限度的提高了放电容量，大大减少了反应生成物在正极表面聚集。
具体实施方式
    一种高温电池正极的制备方法，包含以下步骤：
    1）混料：在室温条件下，将乙炔黑：铜粉：酒精：聚四氟乳液重量比例为1:0.08:8:0.08的料混合均匀，得其膏状物；
    2）抛丸：将混和均匀的膏状物用颗粒机挤1遍，然后用抛丸机将颗粒抛1遍，如此重复2~3次；
    3）挤碳包：将抛出后的颗粒用碳包机挤成碳包；
    4）烘干起纤：将碳包在150℃鼓风烘箱中烘10小时，完全除去碳包里的酒精，用280℃高温隧道进行起纤，高温隧道的传送带的速度为3cm/s，起纤后的碳包成絮状纤维状；
    5）粉碎浸润：将起纤后的碳包用粉碎机粉碎为纤维化的颗粒，颗粒平均直径为1mm，目的为了增大其表面积，以方便后续工艺过程。用聚四氟乳液与去离子水重量比为6:100的溶液浸润10min，使去离子水能完全浸润到纤维化的颗粒中；
    6）上网：将浸润后的湿料均匀放在玻璃纤维膜上（厚度为0.02mm，长度为20cm，宽度为15cm），厚度为2mm，然后将镍孔网（厚度为0.02mm，长度为21cm，宽度为16cm）平放在湿料上，然后再在镍孔网上放置一层颗粒，厚度为2mm，用玻璃纤维膜压上面，用滚轮机将其辊压平整成碳片，玻璃纤维膜的作用是防止碳片与锂片接触而短路，隔离电子，让离子通过，吸附电化学反应所必需的电解液，确保高的离子电导率，阻止了电池反应过程中有害物质在电极间的迁移，保证在电池发生异常时使电池反应停止，提高电池的安全性能；
    7）辊压：将上网后的碳片用辊压机辊压，使其厚度为根据不同型号电池的工艺尺寸制备；
    8）起纤：将辊压后的碳片用鼓风烘箱在120℃下烘干15小时，完全除去里面的水分，用高温隧道起纤一遍，目的是使正极碳片得到合适的孔径、孔率，增大了电解液传输通道，增大反应过程中的催化表面的接触面积，减少反应过程中离子的传输阻力，提高活性离子在催化反应过程中的电荷转移，同时因为孔率的增多，提高了SOCl2高温分解时所需的体积，降低了电池的内压，防止了电池在高温环境使用下因内压的增大存在的安全隐患；
    9）成型；根据不同型号的电池将碳片精压至合适的工艺尺寸。 

Claims (7)

1.一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
1）混料：将乙炔黑、铜粉、酒精、聚四氟乳液按重量比例为1:0.08:8:0.08混合均匀，得膏状物；
2）抛丸：将步骤1中混和均匀的膏状物用颗粒机研成颗粒，然后将颗粒过抛丸机；
3）挤碳包：将抛出后的颗粒用碳包机挤成碳包；
4）烘干起纤：将碳包在150℃鼓风烘箱中烘10小时，完全除去碳包里的酒精，用280℃高温隧道进行起纤；
5）粉碎浸润：将起纤后的碳包用粉碎机粉碎成纤维化的颗粒，后用聚四氟乳液与去离子水重量比为6:100的溶液浸润10min，使去离子水能完全浸润到纤维化的颗粒中；
6）上网：将浸润后的颗粒均匀放在玻璃纤维膜上，均匀铺开厚度为1~3mm，然后将镍孔网平放在湿料上，然后再在镍孔网上放置一层颗粒，厚度为1~3mm，后用玻璃纤维膜压上面，用滚轮机将其辊压平整成碳片；
7）辊压：将上网后的碳片用辊压机辊压，使其厚度为根据不同型号电池的工艺尺寸制备；
8）起纤：将辊压后的碳片用鼓风烘箱在120℃下烘干15小时，完全除去里面的水分，用高温隧道起纤一遍；
9）成型；根据不同型号的电池将碳片精压至合适的工艺尺寸。
2.根据权利要求1所述一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，所述步骤1中原料的混合是在室温条件下进行。
3.根据权利要求1所述一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，所述步骤2中过抛丸机的次数为2~3次。
4.根据权利要求1所述一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，所述步骤4中高温隧道的传送带的速度为3cm/s，起纤后的碳包成絮状纤维状。
5.根据权利要求1所述一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，所述步骤5中颗粒平均直径为1mm。
6.根据权利要求1所述一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，所述步骤6中玻璃纤维膜的厚度为0.02mm，长度为20cm，宽度为15cm；镍孔网厚度为0.02mm，长度为21cm，宽度为16cm。
7.根据权利要求1所述一种高温电池正极的制备方法，其特征在于，所述步骤6中将浸润后的颗粒均匀放在玻璃纤维膜上，均匀铺开厚度为2mm，然后将镍孔网平放在湿料上，然后再在镍孔网上放置一层颗粒，厚度为2mm。
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PB01 Publication
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