CN105140538B - 一种锂‑二硫化亚铁电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种锂‑二硫化亚铁电池及其制备方法，锂‑二硫化亚铁电池包括：壳体、盖帽、电解液及电芯，壳体与盖帽连接形成一封闭腔体，电解液及电芯收容于腔体内；电芯包括：正极环、隔膜、垫片、负极锂片、集流网及钢带，负极锂片套于正极环内，负极锂片与正极环通过隔膜间隔，集流网一端与负极锂片连接，集流网另一端通过钢带与盖帽连接，正极环与盖帽之间设有垫片。制备方法主要包括制作正极环，将制作好的正极环装入壳体，依次加入隔膜、垫片、负极锂片和集流网，将钢带与集流网焊接，向其中注入电解液，将钢带和盖帽焊接后，封口。通过本发明的结构设计，锂‑二硫化亚铁电池的容量可增加至4Ah，容量提升约33.3％以上。

Description

一种锂-二硫化亚铁电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种锂-二硫化亚铁电池及其制备方法。
背景技术
锂-二硫化亚铁电池是一种新型的绿色环保一次锂电池，其标称电压为1.5V，可与碱锰电池、镍氢电池、镍镉电池互换使用，其具有放电电压平台平稳、储存寿命长、安全性能优良的优点。
传统技术制备的卷绕式AA型锂-二硫化亚铁电池10的结构如图1所示，此种锂-二硫化亚铁电池的制作工艺流程如图2所示。
1、正极极片采用二硫化亚铁为正极活性物质，加入导电石墨、石墨和粘结剂聚偏氟乙烯，在溶剂N,N-二甲基吡咯烷酮中搅拌后，均匀涂覆在集流体铝箔上，经过干燥、压片和裁片制得二硫化亚铁正极极片；负极极片采用金属锂及锂的合金，包括纯金属锂带、锂铝合金带、锂镁合金带、锂硼合金带作为锂二硫化亚铁电池的负极极片。
2、浆料涂至集流体上，烘干后裁小片、点焊极耳后制成正极极片，使用卷绕机将带有极耳的正极极片、负极极片和隔膜卷绕成卷绕式AA型锂-二硫化亚铁电池10的卷芯12。
3、将卷芯12放入钢壳14后，通过点底焊、辊槽，向钢壳内注入碘化锂为电解质盐的有机电解液，之后经过点盖，封口就制作成如图2所示的卷绕式AA型锂-二硫化亚铁电池10。
由上述制备方法而形成的卷绕式AA型锂-二硫化亚铁电池10，由于电池内隔膜和集流体占据钢壳内部腔体约15％的体积，其容量仅为3Ah，具有容量小的缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种容量高的锂-二硫化亚铁电池及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种锂-二硫化亚铁电池，包括：壳体、盖帽、电解液及电芯，所述壳体与所述盖帽连接形成一封闭腔体，所述电解液及所述电芯收容于所述腔体内；
所述电芯包括：正极环、隔膜、垫片、负极锂片、集流网及钢带，所述负极锂片套于所述正极环内，所述负极锂片与所述正极环通过所述隔膜间隔，所述集流网一端与所述负极锂片连接，所述集流网另一端通过所述钢带与所述盖帽连接，所述正极环与所述盖帽之间设有垫片。
优选的，所述垫片的外径大于正极环的外径并小于壳体的内径。
优选的，所述壳体为圆筒形结构，所述正极环为圆环形结构。
优选的，所述负极锂片为圆柱状，所述垫片为环形片状。
优选的，所述壳体为不锈钢或碳钢镀镍材质；
所述正极环为二硫化亚铁、石墨、乙炔黑、导电炭黑中的一种或多种；
所述隔膜为PP单层、PE单层或PP、PE、PP结合三层；
所述垫片为PP或PE材质；
所述负极锂片为纯金属锂或锂合金；
所述电解液为锂盐溶解在PC、1,3-二氧戊烷溶剂中的溶液；
所述集流网为钢、镍或铝。
一种锂-二硫化亚铁电池的制备方法，包括：
步骤S10，烘烤正极材料中的活性物质二硫化亚铁和石墨；
步骤S20，将预设比例的活性物质二硫化亚铁和石墨加入到球磨罐中，在预设条件下搅匀；
步骤S30，在搅匀的二硫化亚铁和石墨中加入粘合剂，并将物料搅拌均匀；
步骤S40，用模具将搅拌好的物料制成规格尺寸一致的正极环，然后将正极环在预设温度下烘干；
步骤S50，将正极环放入壳体，
步骤S60，将隔膜放入正极环内；
步骤S70，将负极锂片插入至正极环内；
步骤S80，在负极锂片中插入集流网；
步骤S90，在正极环中套入垫片；
步骤S100，将钢带和集流网焊接；
步骤S110，向壳体内注入电解液；
步骤S120，将钢带焊接在盖帽上；
步骤S130，将盖帽压合于壳体上并密封。
优选的，在步骤S10中，活性物质二硫化亚铁和石墨需要在80℃～300℃的氮气或氩气环境下烘烤4h～8h，并待温度降至30℃～40℃时，进入步骤S20。
优选的，在步骤S20中，将质量比为85％～96％的活性物质二硫化亚铁和质量比为5％～8％的石墨加入到低温球磨罐中，在氮气保护条件下球磨2h。
优选的，在步骤S30中，粘合剂为溶剂乙醇、N,N-二甲基吡咯烷酮、聚四氟乙烯乳液的一种或多种。
优选的，在步骤S40中，制备好的正极环需在80℃～300℃的氮气或氩气环境下烘烤4h～8h。
采用上述的锂-二硫化亚铁电池，可以增加活性物质二硫化亚铁和负极锂片的使用量，减少隔膜和集流体的用量。通过此结构设计，可以明显提升单体电池的容量，相比于碱性电池，其容量优势将更加明显。通过本发明的结构设计，锂-二硫化亚铁电池的容量可增加至4Ah，容量提升约33.3％以上。
附图说明
图1为传统的卷绕式锂-二硫化亚铁电池的结构示意图；
图2为图1所示的卷绕式锂-二硫化亚铁电池的制作流程图；
图3为本发明一实施例的锂-二硫化亚铁电池的结构示意图；
图4为本发明一实施例的锂-二硫化亚铁电池的制作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图3所示，其为本发明一实施例的锂-二硫化亚铁电池20的结构示意图。
一种锂-二硫化亚铁电池20包括：壳体100、盖帽200、电解液(图未示)及电芯300，壳体100与盖帽200连接形成一封闭腔体，电解液及电芯300收容于腔体内。
电芯300包括：正极环310、隔膜320、垫片330、负极锂片340、集流网350及钢带360。负极锂片340套于正极环310内，负极锂片340与正极环310通过隔膜320间隔，集流网350一端与负极锂片340连接，集流网350另一端通过钢带360与盖帽200连接，正极环310与盖帽200之间设有垫片330。
进一步的，垫片330的外径大于正极环310的外径并小于壳体100的内径，此种尺寸的垫片，可以避免正极环310与盖帽200接触，防止短路。
在本实施例中，壳体100为圆筒形结构，正极环310为圆环形结构，负极锂片340为圆柱状，垫片330为环形片状。在其它实施例中，壳体100还可以为方形结构，还可以为多边形的柱状体结构，并不限于此。
要说明的是，壳体100为不锈钢或碳钢镀镍材质；正极环310为二硫化亚铁、石墨、乙炔黑、导电炭黑中的一种或多种；隔膜320为PP单层、PE单层或PP、PE、PP结合三层；垫片330为PP或PE材质；负极锂片340为纯金属锂或锂合金；电解液为锂盐溶解在PC、1,3-二氧戊烷溶剂中的溶液；集流网350为钢、镍或铝。
如图4所示，其为本发明一实施例的锂-二硫化亚铁电池的制作流程图。
与上述的锂-二硫化亚铁电池20对应，还提供一种锂-二硫化亚铁电池的制备方法，主要包括如下步骤：
步骤S10，烘烤正极材料中的活性物质二硫化亚铁和石墨；
步骤S20，将预设比例的活性物质二硫化亚铁和石墨加入到球磨罐中，在预设条件下搅匀；
步骤S30，在搅匀的二硫化亚铁和石墨中加入粘合剂，并将物料搅拌均匀；
步骤S40，用模具将搅拌好的物料制成规格尺寸一致的正极环，然后将正极环在预设温度下烘干；
步骤S50，将正极环放入壳体，
步骤S60，将隔膜放入正极环内；
步骤S70，将负极锂片插入至正极环内；
步骤S80，在负极锂片中插入集流网；
步骤S90，在正极环中套入垫片；
步骤S100，将钢带和集流网焊接；
步骤S110，向壳体内注入电解液；
步骤S120，将钢带焊接在盖帽上；
步骤S130，将盖帽压合于壳体上并密封。
其中，在步骤S10中，活性物质二硫化亚铁和石墨需要在80℃～300℃的氮气或氩气环境下烘烤4h～8h，并待温度降至30℃～40℃时，进入步骤S20。在其它实施例中，步骤S10还可以为烘烤正极材料中的活性物质二硫化亚铁、石墨、导电石墨、乙炔黑中的一种或多种。
其中，在步骤S20中，将质量比为85％～96％的活性物质二硫化亚铁和质量比为5％～8％的石墨加入到低温球磨罐中，在氮气保护条件下球磨2h。
其中，在步骤S30中，粘合剂为溶剂乙醇、N,N-二甲基吡咯烷酮、聚四氟乙烯乳液的一种或多种。
其中，在步骤S40中，制备好的正极环需在80℃～300℃的氮气或氩气环境下烘烤4h～8h。
要特别说明的是，在步骤S40中，正极环是用模具将搅拌均匀的正极物料成型而得到，使用模具制作出来的正极环的外径略小于壳体的内径，可以容易的将正极环装入壳体内，而在后续的老化过程中，电芯会发生膨胀，此时正极环便会与壳体发生接触，形成过盈配合，壳体便成为电池的正极。此种工艺，不但方便电池的生产，而且可以提高电池的品质。
特别要注意的是，将正极环放入壳体后，在正极环内放入隔膜，此时隔膜不应出现褶皱，保证处于正极环接触的部分呈单层状态；在负极锂片中插入集流网时，集流网不应刮破隔膜。
采用上述的锂-二硫化亚铁电池20，可以增加活性物质二硫化亚铁和负极锂片的使用量，减少隔膜和集流体的用量。通过此结构设计，可以明显提升单体电池的容量，相比于碱性电池，其容量优势将更加明显。通过本发明的结构设计，锂-二硫化亚铁电池20的容量可增加至4Ah，容量提升约33.3％以上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，包括：壳体、盖帽、电解液及电芯，所述壳体与所述盖帽连接形成一封闭腔体，所述电解液及所述电芯收容于所述腔体内；
所述电芯包括：正极环、隔膜、垫片、负极锂片、集流网及钢带，所述负极锂片套于所述正极环内，所述负极锂片与所述正极环通过所述隔膜间隔，所述集流网一端与所述负极锂片连接，所述集流网另一端通过所述钢带与所述盖帽连接，所述正极环与所述盖帽之间设有垫片；
所述垫片的外径大于正极环的外径并小于壳体的内径；
所述壳体为不锈钢或碳钢镀镍材质；
所述正极环为二硫化亚铁、石墨、乙炔黑、导电炭黑中的一种或多种；
所述隔膜为PP单层、PE单层或PP、PE、PP结合三层；
所述垫片为PP或PE材质；
所述负极锂片为纯金属锂或锂合金；
所述电解液为锂盐溶解在PC、1,3-二氧戊烷溶剂中的溶液；
所述集流网为钢、镍或铝；
所述正极环与所述壳体形成过盈配合。
2.根据权利要求1所述的锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，所述壳体为圆筒形结构，所述正极环为圆环形结构。
3.根据权利要求1所述的锂-二硫化亚铁电池，其特征在于，所述负极锂片为圆柱状，所述垫片为环形片状。
4.一种锂-二硫化亚铁电池的制备方法，其特征在于，包括：
步骤S10，烘烤正极材料中的活性物质二硫化亚铁和石墨，活性物质二硫化亚铁和石墨需要在80℃～300℃的氮气或氩气环境下烘烤4h～8h，并待温度降至30℃～40℃时，进入步骤S20；
步骤S20，将预设比例的活性物质二硫化亚铁和石墨加入到球磨罐中，在预设条件下搅匀，将质量比为85％～96％的活性物质二硫化亚铁和质量比为5％～8％的石墨加入到低温球磨罐中，在氮气保护条件下球磨2h；
步骤S30，在搅匀的二硫化亚铁和石墨中加入粘合剂，并将物料搅拌均匀，粘合剂为溶剂乙醇、N,N-二甲基吡咯烷酮、聚四氟乙烯乳液的一种或多种；
步骤S40，用模具将搅拌好的物料制成规格尺寸一致的正极环，然后将正极环在预设温度下烘干，制备好的正极环需在80℃～300℃的氮气或氩气环境下烘烤4h～8h；使用模具制作出来的正极环的外径略小于壳体的内径，将正极环装入壳体内，在老化过程中，电芯发生膨胀，正极环与壳体发生接触，形成过盈配合；
步骤S50，将正极环放入壳体，
步骤S60，将隔膜放入正极环内；
步骤S70，将负极锂片插入至正极环内；
步骤S80，在负极锂片中插入集流网；
步骤S90，在正极环中套入垫片；
步骤S100，将钢带和集流网焊接；
步骤S110，向壳体内注入电解液；
步骤S120，将钢带焊接在盖帽上；
步骤S130，将盖帽压合于壳体上并密封。
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