CN104681777A - 一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电池制造领域，具体涉及一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法。该方法分别制备热电池正极均一浆料、电解质均一浆料、负极均一浆料和加热粉均一浆料；再将热电池正极均一浆料和负极均一浆料制备成热电池正极极片和热电池负极极片，再由热电池正极极片和电解质浆料制得热电池正极-电解质组合极片；由加热粉均一浆料和热电池负极极片制得热电池负极-加热粉组合极片；将热电池正极-电解质组合极片和热电池负极-加热粉组合极片压合在一起，形成四合一薄型组合极片；该组合极片不受粉末支撑强度的限制，可制得大直径薄型组合极片；并且活性物质利用率高，内阻小，有利于制备更大功率的热电池。

Description

一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法
技术领域
本发明属于电池制造领域，具体涉及一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法。
背景技术
热电池是一次贮备电池，具有功率高、输出电流大、贮存时间长和环境适应性好等优点，是军事装备中应用最广泛、装备量最大的贮备电池；目前，国内热电池电极片均采用粉末压片工艺制备，即：将电极粉体材料均匀布洒在导电衬底上，再施压成型；由于粉体自支撑性差，导致热电池很难做成组合极片，大直径的组合极片无法成型；即使能够做成，组合极片也不能做的很薄，这些问题都成为热电池小型化的瓶颈。因此，微型/薄型化热电池组合极片的制造，已成为国防工业亟需解决的一大难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，使热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的制备并且薄型化成为可能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，包括：
（1）制备热电池正极均一浆料，然后将所述热电池正极均一浆料涂覆于导电衬底上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池正极极片；
（2）制备热电池熔盐电解质均一浆料，然后将所述热电池熔盐电解质均一浆料叠层涂覆于所述薄型热电池正极极片上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池正极-电解质组合极片；
（3）制备热电池负极均一浆料，然后将所述热电池负极均一浆料涂覆于导电衬底上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池负极极片；
（4）制备热电池加热粉均一浆料，然后将所述热电池加热粉均一浆料叠层涂覆于所述薄型热电池负极极片上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；
（5）将所述薄型热电池正极-电解质组合极片和薄型热电池负极-加热粉组合极片，由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序进行叠放，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片。
所述热电池正极均一浆料的制备方法为：将热电池正极粉体材料、第一粘结剂和第一分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池正极均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为：热电池正极粉体材料15-80%、第一粘结剂0.2-10%和第一分散剂15-80%。
所述热电池正极粉体材料为FeS2或CoS2。
所述第一粘结剂为环氧树脂、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和硅酸钠中的至少一种。
所述第一分散剂为去离子水。
在所述步骤（1）中，所述热电池正极均一浆料在导电衬底上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为自然环境或在湿度小于2%的环境或手套箱中。
所述热电池熔盐电解质均一浆料的制备方法为：将熔盐电解质、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池电解质浆料；其中，各组分的质量百分含量为：熔盐电解质15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂15-80%。
所述熔盐电解质为KCl和LiCl的混合物或LiCl、LiBr和KBr的混合物；其中，在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为30-60%，LiCl的质量百分比为40-70%；在LiCl、LiBr和KBr的混合物中，LiCl的质量百分比为5-15%，LiBr的质量百分比为30-45%，KBr的质量百分比为40-60%。
在所述步骤（2）中，所述热电池熔盐电解质均一浆料在所述薄型热电池正极极片上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为在湿度小于2%的环境或手套箱中。
所述热电池负极均一浆料的制备方法为：将热电池负极粉体材料、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池负极均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为：负极材料15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂15-80%。
所述热电池负极粉体材料为锂硅合金或锂铝合金。
在所述步骤（3）中，所述热电池负极均一浆料在导电衬底上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为在湿度小于2%的环境或手套箱中。
所述热电池加热粉均一浆料的制备方法为：将热电池加热粉材料、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池加热粉均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为：热电池加热粉材料15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂15-80%。
所述热电池加热粉材料为Fe粉与KClO4的混合物；其中，Fe粉的质量百分比为5-20%，KClO4的质量百分比为80-95%。
在所述步骤（4）中，所述热电池加热粉均一浆料涂覆在所述薄型热电池负极极片的背面，并且涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为在湿度小于2%的环境或手套箱中。
所述第二粘结剂为环氧树脂、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和硅氧烷中的至少一种。
所述第二分散剂为烷酮类、烷烃类和烷醇类有机溶剂中的至少一种；所述烷酮类有机溶剂的通式为，CmHnNtOs，其中，m=4-10，n=7-12，t=1-3，s=1-5；所述烷烃类有机溶剂的通式为，CxHy，其中，x=5-12，y=7-20；所述烷醇类有机溶剂的通式为，CaHbOc，其中，a=2-5，b=4-8，c=1-3。
所述导电衬底为石墨纸或金属箔或金属片或泡沫镍。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
1）本发明首次提出了薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的制备方法，使得由活性极高的热电池负极材料制备成稳定的热电池负极均一浆料、极易吸潮溶解的加热粉材料和熔盐电解质材料制备成稳定的热电池加热粉均一浆料和熔盐电解质均一浆料成为可能，并且克服了叠层涂覆的难题，将熔盐电解质浆料叠层涂覆于热电池正极极片上，以及将热电池加热粉均一浆料叠层涂覆于热电池负极极片上，得到热电池正极-电解质组合极片和热电池负极-加热粉组合极片，再将上述两种组合极片压合在一起，实现了薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉四合一组合极片的制备；较现有的粉末压片成型工艺，本方法制备的四合一薄型极片厚度可减薄1/3~1/2，厚度在数十至数百微米范围内可调，比功率、比能量等电化学性能也得到大大提高，且成本较低、工艺简单，适合于大规模工业生产，为热电池小型/薄型化领域的开创性工作，对推动国防工业的发展具有极高价值。
2）本发明的热电池正极均一浆料、电解质均一浆料、负极均一浆料和加热粉均一浆料均是分别在热电池正极粉体材料、熔盐电解质、热电池负极粉体材料和热电池加热粉材料中加入分散剂和粘结剂，采用特定的工艺制备而成，均匀性好，稳定性高，成型性好；本发明的热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片是分别将上述热电池正极均一浆料和热电池负极均一浆料以特定的速度及厚度涂覆在导电衬底上，形成热电池正极极片和热电池负极极片，然后再在热电池正极极片上以特定的速度和厚度叠层涂覆熔盐电解质均一浆料，形成热电池正极-电解质组合极片，再在热电池负极极片上以特定的速度和厚度叠层涂覆加热粉浆料，形成热电池负极-加热粉组合极片，将热电池正极-电解质组合极片和热电池负极-加热粉组合极片压合在一起，形成热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片，由于有导电衬底、正极极片和负极极片的支撑，该组合极片不受粉末支撑强度的限制，可制得大直径薄型组合极片；并且，该薄型组合极片的活性物质利用率高，内阻小，有利于制备更大功率的热电池。
3）本发明制备的薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片环境适应性好，可在高过载、高冲击和高自旋等极端环境下使用，为特种武器弹药提供了电源解决方案，扩大了热电池的使用范围；激活速度快更快，与同规格的采用粉末压制电极片的热电池相比，激活速度快10%以上。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
实施例1
薄型热电池正极极片制备：热电池正极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：FeS2 15%、环氧树脂粘结剂5%和去离子水80%；在自然环境中，将FeS2 、环氧树脂粘结剂和去离子水按照上述比例进行混合，以1500r/min的转速，机械搅拌30min，制得热电池正极均一浆料；在表面处理后的石墨纸上以10cm/min速度涂覆100um厚的热电池正极均一浆料，并在真空干燥箱中在100℃烘30min固化，再将制备的样品在2Mpa的压力下压制5min，得薄型热电池正极极片。
薄型热电池正极-电解质组合极片制备：热电池熔盐电解质均一浆料由以下质量百分含量的组分组成： KCl和LiCl的混合物45%、环氧树脂粘结剂10%和C7H16分散剂45%；在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为40%，LiCl的质量百分比为60%；在手套箱中，将KCl和LiCl的混合物、环氧树脂粘结剂和C7H16分散剂按照上述比例进行混合，以1500r/min的转速，机械搅拌30min，制得热电池熔盐电解质均一浆料；在上述薄型热电池正极极片上以2cm/min速度涂覆100um厚的热电池熔盐电解质均一浆料，并在真空干燥箱中在30℃烘20h固化，然后将制备的样品在5Mpa的压力下压制4min，得薄型热电池正极-电解质组合极片；该组合极片的厚度为80um。
薄型热电池负极极片制备：热电池负极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：锂硅合金Li-Si 50%、环氧树脂粘结剂5%和C7H16分散剂45%；在湿度<2%的干燥室内，将锂硅合金Li-Si、环氧树脂粘结剂和C7H16分散剂按照上述比例进行混合，以1500r/min的转速，机械搅拌30min，得热电池负极均一浆料；再在表面处理后的石墨纸上以45cm/min速度涂覆厚50um的热电池负极均一浆料，并在真空干燥箱中在100℃下烘30min固化，然后将制备的样品在5Mpa的压力下压制4min，得薄型热电池负极极片；该负极极片的厚度为50um。
薄型热电池负极-加热粉组合极片制备：热电池加热粉均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：Fe粉与KClO4的混合物15%、环氧树脂粘结剂5%和C7H16分散剂80%；其中，在Fe粉与KClO4的混合物中，Fe粉的质量百分比为12%，KClO4的质量百分比为88%；在湿度<2%的干燥室内，将Fe粉与KClO4的混合物、环氧树脂粘结剂和C7H16分散剂按照上述比例进行混合，以1500r/min的转速，机械搅拌30min，得热电池加热粉均一浆料；再在薄型热电池负极极片的背面，以0.5cm/min的速度涂覆100um厚的热电池加热粉均一浆料，并于真空干燥箱中在100℃下烘30min固化，然后将制备的样品在5Mpa的压力下压制4min，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；该组合极片的厚度为150um。
将以上制备好的薄型热电池正极-电解质组合极片、薄型热电池负极-加热粉组合极片分别冲制成直径为32mm的圆片，在40℃下真空干燥18h，并由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序叠放，在15Mpa的压力下压制30s，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片；该四合一薄型组合极片的厚度为90um。
实施例2
薄型热电池正极极片制备：热电池正极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：CoS2 40%、硅酸钠粘结剂10%和去离子水50%；在湿度<2%的干燥室内，将CoS2、硅酸钠粘结剂和去离子水按照上述比例进行混合，以300r/min的转速，磁力搅拌24h，制得热电池正极均一浆料；在表面处理后的金属箔上以0.1cm/min速度涂覆20um厚的热电池正极均一浆料，并在真空干燥箱中在25℃烘24h固化，再将制备的样品在15Mpa的压力下压制30s，得薄型热电池正极极片。
薄型热电池正极-电解质组合极片制备：热电池熔盐电解质均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：LiCl、LiBr和KBr的混合物15%、聚四氟乙烯乳液粘结剂5%和C4H10O分散剂80%；在LiCl、LiBr和KBr的混合物中，LiCl的质量百分比为5%，LiBr的质量百分比为35%，KBr的质量百分比为60%；将LiCl、LiBr和KBr的混合物、聚四氟乙烯乳液粘结剂和C4H10O分散剂按照上述比例进行混合，以300r/min的转速，磁力搅拌24h，制得热电池熔盐电解质均一浆料；在上述薄型热电池正极极片上以50cm/min速度涂覆500um厚的热电池熔盐电解质均一浆料，并在真空干燥箱中在100℃烘30min固化，然后将制备的样品在2Mpa的压力下压制5min，得薄型热电池正极-电解质组合极片；该组合极片的厚度为370um。
薄型热电池负极极片制备：热电池负极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：锂铝合金 Li-Al 20%、聚四氟乙烯乳液粘结剂0.2%和C2H6O分散剂79.8%；在手套箱中，将锂铝合金Li-Al、聚四氟乙烯乳液粘结剂和C2H6O分散剂按照上述比例进行混合，以300r/min的转速，磁力搅拌24h，得热电池负极均一浆料；再在表面处理后的金属箔上以20cm/min速度涂覆厚100um的热电池负极均一浆料，并于真空干燥箱中在25℃下烘24h固化；然后将制备的样品在15Mpa的压力下压制30s，得薄型热电池负极极片；该负极极片的厚度为80um。
薄型热电池负极-加热粉组合极片制备：热电池加热粉均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：Fe粉与KClO4的混合物20%、聚四氟乙烯乳液粘结剂0.2%和C2H6O分散剂79.8%；其中，在Fe粉与KClO4的混合物中，Fe粉的质量百分比为15%，KClO4的质量百分比为85%；在手套箱中，将Fe粉与KClO4的混合物、聚四氟乙烯乳液粘结剂和C2H6O分散剂按照上述比例进行混合，以300r/min的转速，磁力搅拌24h，得热电池加热粉均一浆料；再在薄型热电池负极极片的背面，以0.1cm/min的速度涂覆20um厚的热电池加热粉均一浆料，并于真空干燥箱中在25℃下烘24h固化，然后将制备的样品在2Mpa的压力下压制5min，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；该组合极片的厚度为80um。
将以上制备好的薄型热电池正极-电解质组合极片、薄型热电池负极-加热粉组合极片分别冲制成直径为65mm的圆片，在80℃下真空干燥2h，并由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序叠放，在13Mpa的压力下压制1min，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片；该四合一薄型组合极片的厚度为300um。
实施例3
薄型热电池正极极片制备：热电池正极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：CoS2 80%、聚四氟乙烯乳液粘结剂0.2%和去离子水19.8%；在湿度小于2%的环境中，将CoS2、聚四氟乙烯乳液粘结剂和去离子水按照上述比例进行混合，以1000r/min的转速，机械搅拌2h，制得热电池正极均一浆料；在表面处理后的金属片上以50cm/min速度涂覆500um厚的热电池正极均一浆料，并在真空干燥箱中在60℃烘10h固化，再将制备的样品在5Mpa的压力下压制30min，得薄型热电池正极极片。
薄型热电池正极-电解质组合极片制备：热电池熔盐电解质均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：KCl和LiCl的混合物80%、聚偏氟乙烯粘结剂0.2%和C5H9NO分散剂19.8% ；在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为50%，LiCl的质量百分比为50%；将KCl和LiCl的混合物、聚偏氟乙烯粘结剂和C5H9NO分散剂按照上述比例进行混合，以1000r/min的转速，机械搅拌2h，制得热电池熔盐电解质均一浆料；在上述薄型热电池正极极片上以0.1cm/min速度涂覆20um厚的热电池熔盐电解质均一浆料，并在真空干燥箱中在25℃烘24h固化，然后将制备的样品在15Mpa的压力下压制30s，得薄型热电池正极-电解质组合极片；该组合极片的厚度为270um。
薄型热电池负极极片制备：热电池负极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：锂硅合金 Li-Si 70%、聚偏氟乙烯粘结剂5%和C4H7NO分散剂25%；在湿度<2%的干燥室内，将锂硅合金Li-Si、聚偏氟乙烯粘结剂和C4H7NO分散剂按照上述比例进行混合，以1000r/min的转速，磁力搅拌2h，得热电池负极均一浆料；再在表面处理后的金属片上以5cm/min速度涂覆厚400 um的热电池负极均一浆料，并于真空干燥箱中在60℃下烘10h固化；然后将制备的样品在2Mpa的压力下压制5min，得薄型热电池负极极片；该负极极片的厚度为350um。
薄型热电池负极-加热粉组合极片制备：热电池加热粉均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：Fe粉与KClO4的混合物80%、聚偏氟乙烯粘结剂5%和C4H7NO分散剂15%；其中，在Fe粉与KClO4的混合物中，Fe粉的质量百分比为20%，KClO4的质量百分比为80%；在湿度<2%的干燥室内，将Fe粉与KClO4的混合物、聚偏氟乙烯粘结剂和C4H7NO分散剂按照上述比例进行混合，以1000r/min的转速，机械搅拌2h，得热电池加热粉均一浆料；再在薄型热电池负极极片的背面，以2cm/min的速度涂覆200um厚的热电池加热粉均一浆料，并于真空干燥箱中在50℃下烘15h固化，然后将制备的样品在8Mpa的压力下压制3min，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；该组合极片的厚度为200um。
将以上制备好的薄型热电池正极-电解质组合极片、薄型热电池负极-加热粉组合极片分别冲制成直径为50mm的圆片，在60℃下真空干燥10h，并由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序叠放，在10Mpa的压力下压制2min，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片；该四合一薄型组合极片的厚度为700um。
实施例4
薄型热电池正极极片制备：热电池正极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：FeS2 60%、聚乙烯醇粘结剂1%和去离子水39%；在手套箱中，将FeS2、聚乙烯醇粘结剂和去离子水按照上述比例进行混合，以200r/min的转速，磁力搅拌20h，制得热电池正极均一浆料；在表面处理后的泡沫镍上以1cm/min速度涂覆50um厚的热电池正极均一浆料，并在真空干燥箱中在40℃烘16h固化，再将制备的样品在10Mpa的压力下压制1min，得薄型热电池正极极片。
薄型热电池正极-电解质组合极片制备：热电池熔盐电解质均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：LiCl、LiBr和KBr的混合物60%、聚乙烯醇粘结剂1%和C4H7NO分散剂39%；在LiCl、LiBr和KBr的混合物中，LiCl的质量百分比为15%，LiBr的质量百分比为30%，KBr的质量百分比为55%；将LiCl、LiBr和KBr的混合物、聚乙烯醇粘结剂和C4H7NO分散剂按照上述比例进行混合，以200r/min的转速，磁力搅拌20h，制得热电池熔盐电解质均一浆料；在上述薄型热电池正极极片上以10cm/min速度涂覆300um厚的热电池熔盐电解质均一浆料，并在真空干燥箱中在60℃烘10h固化，然后将制备的样品在8Mpa的压力下压制8min，得热电池正极和电解质组合极片；该组合极片的厚度为180um。
薄型热电池负极极片制备：热电池负极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：锂铝合金 Li-Al 60%、聚乙烯醇粘结剂10%和C4H10O分散剂30%；在湿度<2%的干燥室内，将锂铝合金 Li-Al、聚乙烯醇粘结剂和C4H10O分散剂按照上述比例进行混合，以200r/min的转速，磁力搅拌20h，得热电池负极均一浆料；再在表面处理后的泡沫镍上以0.1cm/min速度涂覆厚500 um的热电池负极均一浆料，并于真空干燥箱中在80℃下烘2h固化；然后将制备的样品在10Mpa的压力下压制1min，得薄型热电池负极极片；该负极极片的厚度为450um。
薄型热电池负极-加热粉组合极片制备：热电池加热粉均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：Fe粉与KClO4的混合物60%、聚乙烯醇粘结剂10%和C4H10O分散剂30%；其中，在Fe粉与KClO4的混合物中，Fe粉的质量百分比为5%，KClO4的质量百分比为95%。
在湿度<2%的干燥室内，将Fe粉与KClO4的混合物、聚乙烯醇粘结剂和C4H10O分散剂按照上述比例进行混合，以200r/min的转速，机械搅拌20h，得热电池加热粉均一浆料；再在薄型热电池负极极片的背面，以10cm/min的速度涂覆300um厚的热电池加热粉均一浆料，并于真空干燥箱中在60℃下烘10h固化，然后将制备的样品在10Mpa的压力下压制2min，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；该组合极片的厚度为500um。
将以上制备好的薄型热电池正极-电解质组合极片、薄型热电池负极-加热粉组合极片分别冲制成直径为15mm的圆片，在50℃下真空干燥15h，并由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序叠放，在8Mpa的压力下压制3min，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片；该四合一薄型组合极片的厚度为600um。
实施例5
薄型热电池正极极片制备：热电池正极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：CoS2 50%、聚偏氟乙烯粘结剂6%和去离子水44%；在湿度小于2%的环境中，将CoS2、聚偏氟乙烯粘结剂和去离子水按照上述比例进行混合，以800r/min的转速，机械搅拌7h，制得热电池正极均一浆料；在表面处理后的泡沫镍上以30cm/min速度涂覆300um厚的热电池正极均一浆料，并在真空干燥箱中在80℃烘2h固化，再将制备的样品在8Mpa的压力下压制2min，得薄型热电池正极极片。
薄型热电池正极-电解质组合极片制备：热电池熔盐电解质均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：KCl和LiCl的混合物30%、硅氧烷粘结剂3%和C5H12分散剂67%；在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为30%，LiCl的质量百分比为70%；将KCl和LiCl的混合物、硅氧烷粘结剂和C5H12分散剂按照上述比例进行混合，以700r/min的转速，机械搅拌8h，制得热电池熔盐电解质均一浆料；在上述薄型热电池正极极片上以30cm/min速度涂覆400um厚的热电池熔盐电解质均一浆料，并在真空干燥箱中在80℃烘3h固化，然后将制备的样品在10Mpa的压力下压制2min，得薄型热电池正极和电解质组合极片；该组合极片的厚度为300um。
薄型热电池负极极片制备：热电池负极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：锂硅合金 Li-Si 40%、硅氧烷粘结剂7%和C5H9NO分散剂53%；在湿度<2%的干燥室内，将锂硅合金 Li-Si、硅氧烷粘结剂和C5H9NO分散剂按照上述比例进行混合，以800r/min的转速，磁力搅拌10h，得热电池负极均一浆料；再在表面处理后的石墨纸上以10cm/min速度涂覆厚200um的热电池负极均一浆料，并于真空干燥箱中在40℃下烘18h固化；然后将制备的样品在7Mpa的压力下压制2min，得薄型热电池负极极片；该负极极片的厚度为150um。
薄型热电池负极-加热粉组合极片制备：热电池加热粉均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：Fe粉与KClO4的混合物40%、硅氧烷粘结剂7%和C5H9NO分散剂53%；其中，在Fe粉与KClO4的混合物中，Fe粉的质量百分比为10%，KClO4的质量百分比为90%；在手套箱中，将Fe粉与KClO4的混合物、硅氧烷粘结剂和C5H9NO分散剂按照上述比例进行混合，以800r/min的转速，机械搅拌10h，得热电池加热粉均一浆料；再在薄型热电池负极极片的背面，以20cm/min的速度涂覆400um厚的热电池加热粉均一浆料，并于真空干燥箱中在80℃下烘2h固化，然后将制备的样品在13Mpa的压力下压制1min，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；该组合极片的厚度为550um。
将以上制备好的薄型热电池正极-电解质组合极片、薄型热电池负极-加热粉组合极片分别冲制成直径为10mm的圆片，在25℃下真空干燥24h，并由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序叠放，在2Mpa的压力下压制5min，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片；该四合一薄型组合极片的厚度为800um。
实施例6
薄型热电池正极极片制备：热电池正极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：FeS2 30%、环氧树脂粘结剂8%和去离子水62%；在湿度小于2%的环境中，将FeS2、环氧树脂粘结剂和去离子水按照上述比例进行混合，以1300r/min的转速，磁力搅拌10h，制得热电池正极均一浆料；在表面处理后的泡沫镍上以5cm/min速度涂覆180um厚的热电池正极均一浆料，并在真空干燥箱中在50℃烘8h固化，再将制备的样品在13Mpa的压力下压制1.5min，得薄型热电池正极极片。
薄型热电池正极-电解质组合极片制备：热电池熔盐电解质均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：KCl和LiCl的混合物70%、硅氧烷粘结剂8%和C6H14分散剂22%；在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为60%，LiCl的质量百分比为40%；将KCl和LiCl的混合物、硅氧烷粘结剂和C6H14分散剂按照上述比例进行混合，以1300r/min的转速，磁力搅拌10h，制得热电池熔盐电解质均一浆料；在上述薄型热电池正极极片上以7cm/min速度涂覆60um厚的热电池熔盐电解质均一浆料，并在真空干燥箱中在70℃烘15h固化，然后将制备的样品在13Mpa的压力下压制1min，得薄型热电池正极和电解质组合极片；该组合极片的厚度为200um。
薄型热电池负极极片制备：热电池负极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：锂铝合金Li-Al 30%、聚四氟乙烯乳液粘结剂1%和C6H14分散剂69%；在湿度<2%的干燥室内，将锂铝合金Li-Al、聚四氟乙烯乳液粘结剂和C6H14分散剂按照上述比例进行混合，以500r/min的转速，磁力搅拌7h，得热电池负极均一浆料；再在表面处理后的石墨纸上以1cm/min速度涂覆厚300 um的热电池负极均一浆料，并于真空干燥箱中在70℃下烘6h固化；然后将制备的样品在13Mpa的压力下压制3min，得薄型热电池负极极片；该负极极片的厚度为270um。
薄型热电池负极-加热粉组合极片制备：热电池加热粉均一浆料由以下质量百分含量的组分组成：Fe粉与KClO4的混合物30%、聚四氟乙烯乳液粘结剂1%和C5H12分散剂69%；其中，在Fe粉与KClO4的混合物中，Fe粉的质量百分比为8%，KClO4的质量百分比为92%；在湿度<2%的干燥室内，将Fe粉与KClO4的混合物、聚四氟乙烯乳液粘结剂和C5H12分散剂按照上述比例进行混合，以500r/min的转速，机械搅拌7h，得热电池加热粉均一浆料；再在薄型热电池负极极片的背面，以50cm/min的速度涂覆500um厚的热电池加热粉均一浆料，并于真空干燥箱中在40℃下烘19h固化，然后将制备的样品在15Mpa的压力下压制30s，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；该组合极片的厚度为400um。
将以上制备好的薄型热电池正极-电解质组合极片、薄型热电池负极-加热粉组合极片分别冲制成直径为5mm的圆片，在100℃下真空干燥30min，并由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序叠放，在5Mpa的压力下压制4min，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片；该四合一薄型组合极片的厚度为560um。

Claims (18)

1.一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，包括：
（1）制备热电池正极均一浆料，然后将所述热电池正极均一浆料涂覆于导电衬底上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池正极极片；
（2）制备热电池熔盐电解质均一浆料，然后将所述热电池熔盐电解质均一浆料叠层涂覆于所述薄型热电池正极极片上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池正极-电解质组合极片；
（3）制备热电池负极均一浆料，然后将所述热电池负极均一浆料涂覆于导电衬底上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池负极极片；
（4）制备热电池加热粉均一浆料，然后将所述热电池加热粉均一浆料叠层涂覆于所述薄型热电池负极极片上，在25-100℃下，干燥30min-24h固化，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池负极-加热粉组合极片；
（5）将所述薄型热电池正极-电解质组合极片和薄型热电池负极-加热粉组合极片，由上到下按照正极-电解质-负极-加热粉的顺序进行叠放，再在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片。
2.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，所述热电池正极均一浆料的制备方法为：
将热电池正极粉体材料、第一粘结剂和第一分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池正极均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为：热电池正极粉体材料15-80%、第一粘结剂0.2-10%和第一分散剂15-80%。
3.根据权利要求2所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述热电池正极粉体材料为FeS2或CoS2。
4.根据权利要求2所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述第一粘结剂为环氧树脂、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和硅酸钠中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述第一分散剂为去离子水。
6.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，在所述步骤（1）中，所述热电池正极均一浆料在导电衬底上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为自然环境或在湿度小于2%的环境或手套箱中。
7.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，所述热电池熔盐电解质均一浆料的制备方法为：
将熔盐电解质、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池熔盐电解质均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为：熔盐电解质15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂15-80%。
8.根据权利要求7所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述熔盐电解质为KCl和LiCl的混合物或LiCl、LiBr和KBr的混合物；其中，在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为30-60%，LiCl的质量百分比为40-70%；在LiCl、LiBr和KBr的混合物中，LiCl的质量百分比为5-15%，LiBr的质量百分比为30-45%，KBr的质量百分比为40-60%。
9.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，在所述步骤（2）中，所述热电池熔盐电解质均一浆料在所述薄型热电池正极极片上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为在湿度小于2%的环境或手套箱中。
10.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，所述热电池负极均一浆料的制备方法为：
将热电池负极粉体材料、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池负极均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为：热电池负极粉体材料15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂15-80%。
11.根据权利要求10所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述热电池负极粉体材料为锂硅合金或锂铝合金。
12.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，在所述步骤（3）中，所述热电池负极均一浆料在导电衬底上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为在湿度小于2%的环境或手套箱中。
13.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，所述热电池加热粉均一浆料的制备方法为：
将热电池加热粉材料、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池加热粉均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为：热电池加热粉材料15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂15-80%。
14.根据权利要求13所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述热电池加热粉材料为Fe粉与KClO4的混合物；其中，Fe粉的质量百分比为5-20%，KClO4的质量百分比为80-95%。
15.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是，在所述步骤（4）中，所述热电池加热粉均一浆料涂覆在所述薄型热电池负极极片的背面，并且涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.1-50cm/min，涂覆环境为在湿度小于2%的环境或手套箱中。
16.根据权利要求7或10或13所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述第二粘结剂为环氧树脂、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和硅氧烷中的至少一种。
17.根据权利要求7或10或13所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述第二分散剂为烷酮类、烷烃类和烷醇类有机溶剂中的至少一种；所述烷酮类有机溶剂的通式为，CmHnNtOs，其中，m=4-10，n=7-12，t=1-3，s=1-5；所述烷烃类有机溶剂的通式为，CxHy，其中，x=5-12，y=7-20；所述烷醇类有机溶剂的通式为，CaHbOc，其中，a=2-5，b=4-8，c=1-3。
18.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极-加热粉组合极片的方法，其特征是：所述导电衬底为石墨纸或金属箔或金属片或泡沫镍。
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Granted publication date: 20170222

Termination date: 20190203

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