CN104201381A - 锂系热电池的单元电池及正极材料和正极片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热电池技术领域，公开了一种锂系热电池的单元电池及正极材料和正极片的制备方法。该正极材料包含以下组分：FeS2、导电石墨粉、镍粉及石棉。其正极片的制备方法是将石棉加水浸泡，搅打为纸浆，再将FeS2、导电石墨粉及镍粉依次倒入纸浆中，搅拌、抽滤、烘干，最后冲制为正极片。其单元电池的制备方法是：将正极片放入模具中，再倒入电解质粉，用上模铺粉研匀，然后进行第一次压制；再倒入负极粉，铺粉研匀，再进行第二次压制；退模即得。本发明可简化锂系热电池单元电池制备过程，提高生产效率，且能保证与传统工艺相当的电池性能。

Description

锂系热电池的单元电池及正极材料和正极片的制备方法
技术领域
本发明属于热电池技术领域，特别涉及一种锂系热电池的单元电池及正极材料和正极片的制备方法。
背景技术
锂系热电池具有大功率放电、高比能量、高比功率、使用环境温度宽、储存时间长、激活迅速可靠、结构紧凑等优点，在军用、民用电源中等方面都占有十分重要的地位。
锂系热电池生产过程中，单元电池压制一直是生产的关键工序，同时也是制约热电池产能的一大瓶颈。
单元电池压制质量主要受压片厚度和压制环境影响。压片的厚度直接影响着电池性能。压片厚度太厚时，容易使电池内活性物质量减少，单位体积的活性物质量的减少和极化电位的增大，从而造成电池的容量降低。压片厚度太薄时，容易造成电池内的活性物质量增加，极片表面有效面积减小，从而造成活性材料的浪费和大电流的困难，甚至发生短路或出现断裂掉渣。压制工艺对环境要求较高，须在干燥空气中连续作业完成。
对于一般锂系热电池的单元电池制备来说，常采用正极粉、电解质粉及负极粉三次称量、三次铺粉、三次压制的生产工艺，每一次的压制质量都制约着单元电池性能。另外，合格的单元电池必须当天压制、当天组装，这就使得每天单元电池压制数量直接决定了成品电池组装数量。
由此，可以看出，传统单元电池压制主要存在单元电池质量稳定性差、生产工艺复杂繁琐及生产效率低下的缺点。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供了一种锂系热电池的单元电池正极材料、正极片的制备方法和单元电池的制备方法。该方法既能提高电池生产质量及效率，又不影响热电池电性能指标。
为了实现上述任务，本发明采用如下的技术方案：
(1)一种锂系热电池的单元电池正极材料，其特征在于，该正极材料包含以下组分：FeS2、导电石墨粉、镍粉及石棉。
优选地，所述正极材料的组分FeS2、导电石墨粉、镍粉及石棉对应的质量比为100∶(3～5)∶(1～2)∶(4～5)。
(2)上述锂系热电池的单元电池正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，按照质量比称取正极材料的组分FeS2、导电石墨粉、镍粉及石棉；
然后，将石棉加水浸泡，搅打为纸浆，再将FeS2、导电石墨粉及镍粉依次倒入纸浆中，搅拌、抽滤、烘干，最后冲制为正极片。
(3)上述锂系热电池的单元电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将正极片放入模具中，再倒入电解质粉，用上模铺粉研匀，然后进行第一次压制；再倒入负极粉，铺粉研匀，再进行第二次压制；退模即得。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明的锂系热电池的单元电池正极中加入了导电性添加剂：导电石墨粉及镍粉。其中导电石墨粉粉性粘腻，若直接作为添加剂加在粉状正极材料中，会到处黏附在模具表面，并在电解质、负极粉的铺粉过程中混粘到内部或表面，即使微小的一点粉末，都会使压制的单元电池绝缘电阻过小而不合格。但是，本发明采用造纸工艺制备正极片，在其制备过程中，经水和石棉纤维的双重作用，使得导电石墨粉被牢牢锁定在纸中，在单元电池压制时，冲制成的正极片性能稳定，丝毫不会影响单元电池的绝缘电阻。
(2)本发明的锂系热电池的单元电池正极中加入的石棉，经水浸泡变成石棉纤维具有良好的成型性。冲制的正极片经压制单元电池后，单元固定成型性较好，可增加单元电池的合格率。而且可以加工比常规单元电池薄0.1～0.2mm的单元电池。
(3)本发明的锂系热电池的单元电池正极的材料中，导电石墨粉含量经试验以3～5份最为适宜，在增强导电性同时不影响主成分含量；同时由于导电石墨粉粉性粘腻，加量过多时，极易到处粘附，从而最终影响单元电池绝缘性。镍粉含量范围应在1～2份，由于镍粉为金属粉，不易在石棉纸中包覆成型，所以量不适宜加过多。石棉含量以4～5份为宜，石棉纤维虽在造纸过程中起固定成型的重要作用，但由于石棉自身有较大内阻，含量较高时，会影响单元导电性，因此，不宜加量过多。
(4)本发明的锂系热电池的单元电池正极的制备方法，利用了正极材料FeS2可在有水条件下加工处理的特点，采用本发明的方法制备单元电池正极，制备过程简便易操作，环境要求不苛刻，成品性能稳定，制成的正极片可在空气中放置储存，使用时烘干即可。
(5)利用本发明制备的正极片，使得锂系热电池的单元电池制备方法得到简化，只需两次称量、两次铺粉、两次压制即可完成，而常规的单元电池需要三次称量、三次铺粉、三次压制，甚至有的还要在正、负极铺镍网并要放白环，才能完成。常规制造中称量、铺粉等均为手工操作，而采用本发明制备的正极片，使得制造单元电池的劳动强度降低、手工操作的耐力更为持久、生产效率及产品质量显著提升。
(6)利用本发明制备的正极片制造锂系热电池，其单元电池性能稳定，生产效率高，合格率高。
具体实施方式
以下给出具体的实施例及对照例以对本发明作进一步的详细描述，但本发明不限于这些实施例。
实施例1：
以制备锂系热电池单元电池为例进行说明。
(1)正极片制备
称取正极材料各组分：FeS240g，导电石墨粉2g，镍粉0.8g，0.1mm厚石棉纸2g。
制备方法：将石棉纸放入1000ml烧杯中，加入300ml蒸馏水，浸泡1小时后全部倒入小型搅拌机中，搅打5min,形成糊状纸浆液；再将FeS2、导电石墨粉及镍粉依次倒入纸浆液中，再次进行搅拌，形成糊状混合液。
将细绸布平整的铺在分布有细眼的造纸机面板上(造纸机原理相当于化学试验中抽滤所用的抽滤瓶)，放下造纸机侧钢圈，并用螺丝固定好。这样造纸机侧钢圈和铺有细绸布的面板组合为一个无上盖的相对密封的容器。边搅拌边将糊状混合液倒入造纸机容器内，将容器内的糊状混合液搅拌均匀后进行抽滤，抽滤结束后，将造纸机容器内未滤过的物质放入75℃烘箱中，烘制4h。烘制结束后形成正极纸，取出并冲制为正极片，放置备用。
(2)单元电池制备
将正极片放入模具中，再倒入电解质粉，用上模铺粉研匀，然后进行第一次压制；再倒入负极粉，铺粉研匀，再进行第二次压制。退模后，取出单元电池片，测量绝缘电阻及单元厚度，合格后放入专用盒。
实施例2：
以制备锂系热电池单元电池为例进行说明。
(1)正极片制备
称取正极材料各组分：FeS240g，导电石墨粉1.2g，镍粉0.4g，0.1mm厚石棉纸1.6g。
制备方法：将石棉纸放入1000ml烧杯中，加入300ml蒸馏水，浸泡1小时后全部倒入小型搅拌机中，搅打5min,形成糊状纸浆液；再将FeS2、导电石墨粉及镍粉依次倒入纸浆液中，再次进行搅拌，形成糊状混合液。
将细绸布平整的铺在分布有很多细眼的造纸机面板上(造纸机原理相当于化学试验中抽滤所用的抽滤瓶)，放下造纸机侧钢圈，并用螺丝固定好。这样造纸机侧钢圈和铺有细绸布的面板组合为一个无上盖的相对密封的容器。边搅拌边将糊状混合液倒入造纸机容器内，将容器内的糊状混合液搅拌均匀后进行抽滤，抽滤结束后，将造纸机容器内未滤过的物质放入75℃烘箱中，烘制4h。烘制结束后形成正极纸，取出并冲制为正极片，放置备用。
(2)单元电池制备
将正极片放入模具中，再倒入电解质粉，用上模铺粉研匀，然后进行第一次压制；再倒入负极粉，铺粉研匀，再进行第二次压制。退模后，取出单元电池片，测量绝缘电阻及单元厚度，合格后放入专用盒。
实施例3：
以制备锂系热电池单元电池为例进行说明。
(1)正极片制备
称取正极材料各组分：FeS240g，导电石墨粉1.6g，镍粉0.6g，0.1mm厚石棉纸1.8g。
制备方法：将石棉纸放入1000ml烧杯中，加入300ml蒸馏水，浸泡1小时后全部倒入小型搅拌机中，搅打5min,形成糊状纸浆液；再将FeS2、导电石墨粉及镍粉依次倒入纸浆液中，再次进行搅拌，形成糊状混合液。
将细绸布平整的铺在分布有很多细眼的造纸机面板上(造纸机原理相当于化学试验中抽滤所用的抽滤瓶)，放下造纸机侧钢圈，并用螺丝固定好。这样造纸机侧钢圈和铺有细绸布的面板组合为一个无上盖的相对密封的容器。边搅拌边将糊状混合液倒入造纸机容器内，将容器内的糊状混合液搅拌均匀后进行抽滤，抽滤结束后，将造纸机容器内未滤过的物质放入75℃烘箱中，烘制4h。烘制结束后形成正极纸，取出并冲制为正极片，放置备用。
(2)单元电池制备：
将正极片放入模具中，再倒入电解质粉，用上模铺粉研匀，然后进行第一次压制；再倒入负极粉，铺粉研匀，再进行第二次压制。退模后，取出单元电池片，测量绝缘电阻及单元厚度，合格后放入专用盒。
对照例1：
在模具中，倒入正极粉，铺粉研匀，然后进行第一次压制；再倒入电解质粉，用上模铺粉研匀，然后进行第二次压制；再倒入负极粉，铺粉研匀，再进行第三次压制。退模后，取出单元电池片，测量绝缘电阻及单元厚度，合格后放入专用盒。
以上实施例和对照例的单元电池制备过程、生产效率及成品合格率比较见表1。
表1 单元电池制备过程、生产效率及成品合格率
从表1可以看出，相比传统工艺压制的单元电池，采用本发明制备锂系热电池的单元电池在称量次数、铺粉次数及压制次数上均少一道工序，每小时的生产数量多35-45片，生产效率提高了70～113％，并且合格率提高了12.5％-18.8％。
将以上实施例及对照例的单元电池各制备若干，并按同种工艺及技术配方组装成成品锂系热电池，对这三种锂系热电池放电，电性能数据对比见表2。
表2 成品锂系热电池电性能数据
从表2数据可以看出，采用本发明装配的热电池和原有工艺组装的热电池的放电性能相当。因此，本发明的锂系热电池的单元电池正极片的制备方法完全可以作为一种新工艺替代原有工艺，且本发明的锂系热电池的单元电池完全可以替代传统工艺所制备出的锂系热电池单元电池。
本发明可简化锂系热电池单元电池制备过程，提高生产效率，且能保证与传统工艺相当的电池性能。
本发明以上描述只是部分实施案例，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式。上述的具体实施方式是示意性的，并不是限制性的。凡是采用本发明的电池正极材料、正极片和单元电池制备工艺，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，所有具体拓展均属本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种锂系热电池的单元电池正极材料，其特征在于，该正极材料包含以下组分：FeS2、导电石墨粉、镍粉及石棉。
2.根据权利要求1所述的锂系热电池的单元电池正极材料，其特征在于，所述正极材料的组分FeS2、导电石墨粉、镍粉及石棉对应的质量比为100∶(3～5)∶(1～2)∶(4～5)。
3.一种锂系热电池的单元电池正极片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，按照权利要求2所述质量比称取正极材料的组分FeS2、导电石墨粉、镍粉及石棉；
然后，将石棉加水浸泡，搅打为纸浆，再将FeS2、导电石墨粉及镍粉依次倒入纸浆中，搅拌、抽滤、烘干，最后冲制为正极片。
4.一种锂系热电池的单元电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将权利要求3制备的正极片放入模具中，再倒入电解质粉，用上模铺粉研匀，然后进行第一次压制；再倒入负极粉，铺粉研匀，再进行第二次压制；退模即得。
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