CN104681779A - 一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池负极极片的方法 - 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负极极片的方法。该方法将热电池负极粉体材料、粘结剂和有机分散剂混合，搅拌形成均一浆料，并在导电衬底上涂覆成型，干燥固化后得薄型化热电池负极极片。较现有的粉末压片成型工艺，本方法制备的热电池负极极片厚度可减薄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，是在热电池小型/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。

Description

一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池负极极片的方法
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负极极片的方法。
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，导致极片不能做的很薄、大直径极片无法成型，这些已成热电池小型化的瓶颈。因此，研究热电池微型/薄型化极片制造技术，对国防工业具有重大意义。
热电池负极材料一般活性极高，在空气中发生化学反应，遇水剧烈反应发生爆炸，因此至今未见热电池负极浆料制备涂覆的相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用热电池负极浆料制备薄型热电池负极极片的方法，解决了现有技术中热电池极片不能薄型化的问题。
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负极极片的方法，包括：
（1）将热电池负极粉体材料、粘结剂和有机分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池负极均一浆料；
（2）将所述热电池负极均一浆料涂覆在导电衬底上，经干燥、固化、压制，得薄型热电池负极极片。
在热电池负极均一浆料中，各组分的质量百分含量为：热电池负极粉体材料15-80%、粘结剂0.2-10%和分散剂15-80%。
所述热电池负极粉体材料为锂硅合金或锂铝合金。
所述粘结剂为环氧树脂、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。
所述有机分散剂为烷酮类、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。
在所述步骤（2）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。
在所述步骤（2）中，在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为25-100℃，干燥时间为30min-24h。
在所述步骤（2）中，将干燥固化后的热电池负极极片在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池负极极片。
所述导电衬底为石墨纸、金属箔、金属片或泡沫镍。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
1）本发明首次提出了热电池负极浆料及其制备方法，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浆料成为可能，并且正是由于制备得到的热电池负极浆料，才实现了薄型热电池负极极片的制备；较现有的粉末压片成型工艺，本方法制备的热电池负极极片厚度可减薄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）本发明的热电池负极浆料是由于在热电池负极粉体材料中加入特定的有机分散剂和粘结剂，采用特定的工艺制备而成，均匀性好，稳定性高，成型性好；本发明的薄型热电池负极极片是将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，由于有导电衬底的支撑，该负极极片不受粉末支撑强度的限制，可制得大直径薄型极片；并且，该薄型负极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负极极片环境适应性好，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，以下具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
实施例1
制备热电池负极均一浆料： 在湿度<2%的干燥室内，将锂硅合金Li-Si15%、环氧树脂粘结剂5%和C7H16有机分散剂80%按照比例进行混合，以1500r/min的转速，机械搅拌30min，得热电池负极均一浆料；上述比例均为质量百分比。
再在表面处理后的石墨纸上以45cm/min速度涂覆厚50 um的热电池负极均一浆料，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，得薄型热电池负极极片；该负极极片的厚度为25um。
实施例2
制备热电池负极均一浆料：在手套箱中，将锂铝合金Li-Al20%、聚四氟乙烯乳液粘结剂0.2%和C2H6O有机分散剂79.8%按照比例进行混合，以300r/min的转速，磁力搅拌24h，得热电池负极均一浆料；上述比例均为质量百分比。
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。
实施例3
制备热电池负极均一浆料：在湿度<2%的干燥室内，将锂硅合金Li-Si 70%、聚偏氟乙烯粘结剂5%和C4H7NO有机分散剂25%按照比例进行混合，以1000r/min的转速，磁力搅拌2h，得热电池负极均一浆料；上述比例均为质量百分比。
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。
实施例4
制备热电池负极均一浆料：在湿度<2%的干燥室内，将锂铝合金 Li-Al60%、聚乙烯醇粘结剂10%和C4H10O有机分散剂30%按照比例进行混合，以200r/min的转速，磁力搅拌20h，得热电池负极均一浆料；上述比例均为质量百分比。
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。
实施例5
制备热电池负极均一浆料：在湿度<2%的干燥室内，将锂硅合金 Li-Si 40%、硅氧烷粘结剂7%和C5H9NO有机分散剂53%按照比例进行混合，以800r/min的转速，磁力搅拌10h，得热电池负极均一浆料；上述比例均为质量百分比。
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。
实施例6
制备热电池负极均一浆料： 在湿度<2%的干燥室内，将锂铝合金Li-Al30%、聚四氟乙烯乳液粘结剂1%和C6H14有机分散剂69%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；上述比例均为质量百分比。
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。

Claims (9)

1.一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池负极极片的方法，其特征是，包括：
（1）将热电池负极粉体材料、粘结剂和有机分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min-24h，得热电池负极均一浆料；
（2）将所述热电池负极均一浆料涂覆在导电衬底上，经干燥、固化、压制，得薄型热电池负极极片。
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负极极片的方法，其特征是：在热电池负极均一浆料中，各组分的质量百分含量为：热电池负极粉体材料15-80%、粘结剂0.2-10%和有机分散剂15-80%。
3.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池负极极片的方法，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。
4.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池负极极片的方法，其特征是：所述粘结剂为环氧树脂、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。
5.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池负极极片的方法，其特征是：所述有机分散剂为烷酮类、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。
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负极极片的方法，其特征是：在所述步骤（2）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。
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负极极片的方法，其特征是：在所述步骤（2）中，在真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为25-100℃，干燥时间为30min-24h。
8.根据权利要求1所述的基于浆料涂覆法制备薄型热电池负极极片的方法，其特征是：在所述步骤（2）中，将干燥固化后的热电池负极极片在2-15Mpa下压制30s-5min，得薄型热电池负极极片。
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负极极片的方法，其特征是：所述导电衬底为石墨纸、金属箔、金属片或泡沫镍。
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