CN106450366A - 热电池用超薄型单体电池及其制备方法 - Google Patents

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越云博
罗重霄
赵小玲
韩婷婷
胡华荣
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Abstract

本发明公开了热电池用超薄型单体电池及其制备方法，本发明公开了热电池用超薄型单体电池包括依次叠加的加热片、正极片、隔离片以及负极片，所述单体电池的厚度为0.6~1mm。本发明的方案有利于提高热电池大功率放电，同时也增加热电池的激活速度。

Description

热电池用超薄型单体电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及化学电源领域，特别涉及热电池用超薄型单体电池及其制备方法。
背景技术
作为一次性贮备电池，热电池在贮存状态下电解质为不导电的固体，可长期贮存而无性能衰减；激活时，电解质迅速熔融形成高电导的离子导体，电池可在极短时间内对外高功率输电。这些优势使得热电池在武器系统中得以广泛应用。典型的热电池中除了加热系统和保温系统外，其电化学体系包括负极、正极以及电解质隔离层。
负极材料可以是锂铝合金、锂硅合金、锂硼合金或者是LAN（金属锂固定在铁粉或其它金属粉中）。正极材料主要有二硫化铁和二硫化钴。电解质为低温共熔盐，如氯化锂-氯化钾体系、氯化锂-溴化锂-氟化锂体系、氯化锂-溴化锂-溴化钾体系等。在热电池工作状态下，为了防止熔融的电解质流动，需要加入流动抑制剂制成隔离粉后使用，流动抑制剂应不与金属锂反应，常用的流动抑制剂为氧化镁。热电池的加热材料使用较多的是活性铁粉和高氯酸钾体系。
热电池的正负极材料、隔离层材料以及加热材料多为粉末状态，因此在制备热电池单体电池时，主要采用粉末压制的方法成型。如将一定质量的加热材料放入圆形模具中，刮平后用液压机加压保持一段时间后，即可制得加热圆片。同样的办法可以制得正极圆片、隔离层圆片以及负极圆片。将这些圆片按照加热片、正极片、隔离片以及负极片的顺序堆叠在一起，并施加一定的压力即构成热电池的单体电池。
虽然热电池具备激活时间快，大功率放电能力强等优点，但应用需求要求进一步缩短热电池的激活时间，并增加大功率放电能力。
发明内容
为解决所述问题，本发明提供热电池用超薄型单体电池，包括依次叠加的加热片、正极片、隔离片以及负极片，所述单体电池的厚度为0.6~1mm。
进一步，所述隔离片由低温共融盐和氧化镁混合压制而成，所述隔离片的厚度为0.25~0.35mm。
进一步，所述负极片的材料为LiB，所述的负极片的厚度为0.07~0.10mm。
进一步，所述正极片的材料包括二硫化铁、二流化钴中的一种或两种，还包括氧化镁，氧化镁的质量百分比为0~15%。
本发明还提供所述的热电池用超薄型单体电池的制造方法，本发明所提供的方法将加热片、正极片，隔离片与负极片一次压制成型。
进一步，包括：步骤一、在模具中依次加入加热粉、正极粉、隔离粉、负极片；步骤二、一次压制成型。
进一步，加热粉、正极粉、隔离粉粉碎至200目以下。
进一步，将加热粉刮平后，通过筛网将正极粉抖落在加热粉表面；将正极粉刮平后，通过筛网将隔离粉抖落在正极粉表面；将隔离粉刮平后，将负极片放在隔离粉表面。
进一步，先在压辊上涂厚度在0.05~0.3微米的油层，再进行压制。
本发明的优点包括：
针对快激活高功率放电热电池的性能需求，首次公开了一种厚度在0.6~1.0mm的超薄型单体电池及其制备方法。单体电池中隔离层的厚度保证不少于0.25mm，负极采用LiB合金片，厚度小于0.1mm，正极中添加少量氧化镁以增加成型性能并提高机械强度。单体电池的制备采用四层片一次压制成型工艺。
本发明提供的热电池超薄型单体电池，结构强度高，绝缘性能好，电池安全性能得以保证；激活过程传热迅速，可以缩短激活时间；激活后单体电池内阻低，适合高功率放电。
具体实施方式
由背景技术可知电池具备激活时间快，大功率放电能力强等优点，但应用需求要求进一步缩短热电池的激活时间，并增加大功率放电能力。发明人针对上述问题进行研究，认为原因在于现有单体电池的阻值过大，不利于热电池大功率放电，同时电堆高度的增加也减缓了热电池的激活速度。目前在制备热电池时，为了保证不被压碎，单层片的厚度一般控制在不少于0.4mm，单体电池的厚度一般在2mm左右，最薄的也在1.5mm以上。这种工艺虽然保证了热电池的可靠性，但也导致了热电池的内阻增加。
发明人经过进一步研究，在本发明中提供热电池用超薄型单体电池及其制备方法。
本发明提供热电池用超薄型单体电池，包括依次叠加的加热片、正极片、隔离片以及负极片，所述单体电池的厚度为0.6~1mm。所述隔离片由低温共融盐和氧化镁混合压制而成，所述隔离片的厚度为0.25~0.35mm。所述负极片的材料为LiB，所述的负极片的厚度为0.07~0.10mm。为了保证热电池的可靠性，隔离层的厚度与现有热电池的隔离层相比，变化不大。所述正极片的材料包括二硫化铁、二流化钴中的一种或两种，还包括氧化镁，氧化镁的质量百分比为0~15%。
本发明的实施例中，单体电池中正极、负极的厚度都在0.2mm以下，易造成极片不完整缺陷。为了获得完整的极片，所有粉料必须粉碎至200目以下；负极片采用锂硼合金片。为了确保上层粉料的加入不会扰动下层已刮平的粉料，在加入上层粉料时，通过筛网缓慢将粉料落入下层已摊平的粉料上。刮平的标准可以由本领域技术人员根据实际工况确定。要将锂硼合金片压制到0.1mm左右存在困难，因为锂硼合金片会与压辊之间产生结合力，导致薄型锂硼合金片无法顺利从压辊上取下。采取措施是在压辊上预先涂一层薄薄的油层，防止锂硼合金片与压辊之间粘连。但是，油层不能过多，否则锂硼合金片表面带有较多油层，会影响电性能以及电池安全性。在本发明的实施例中，薄型锂硼合金片上油层的厚度在0.05~0.3微米左右。
实施例1
正极粉活性成分为二硫化铁，氧化镁含量占正极粉质量的10%。依次将加热粉、正极粉、隔离粉放入直径30mm的模具中摊平，然后放入锂硼负极片，一次压制而成。压制成型后形成的单体电池厚0.76mm，其中，加热片厚0.25mm，正极片厚0.16mm，隔离片厚0.28mm，负极片厚0.07mm。将32个单体电池采用16个串联，两组并联的形式组成热电池，常温下放电峰压为33.1V，电压升至26.4V所需时间为0.125s。
实施例2
正极粉活性成分为二硫化钴，不添加氧化镁。依次将加热粉、正极粉、隔离粉放入直径27mm的模具中摊平，然后放入锂硼负极片，一次压制而成。压制成型后形成的单体电池厚0.82mm，其中，加热片厚0.27mm，正极片厚0.16mm，隔离片厚0.30mm，负极片厚0.09mm。将48个单体电池采用16个串联，三组并联的形式组成热电池，-40oC下贮存4小时后，进行放电，峰压为32.2V，电压升至25.6V所需时间为0.098s。
实施例3、正极粉活性成分为二硫化铁和二硫化钴，二者质量比为1:1，氧化镁含量占正极粉质量的7.5%。依次将加热粉、正极粉、隔离粉放入直径22mm的模具中摊平，然后放入锂硼负极片，一次压制而成。压制成型后形成的单体电池厚0.90mm，其中，加热片厚0.32mm，正极片厚0.16mm，隔离片厚0.32mm，负极片厚0.10mm。将18个单体电池串联组成热电池，60oC下贮存4小时后，进行放电，峰压为37.1V，电压升至29.7V所需时间为0.089s。
本发明公布的热电池超薄型单体电池，结构强度高，绝缘性能好，电池安全性能得以保证；激活过程传热迅速，可以缩短激活时间；激活后单体电池内阻低，适合高功率放电。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.热电池用超薄型单体电池，包括依次叠加的加热片、正极片、隔离片以及负极片，其特征在于，所述单体电池的厚度为0.6~1mm。
2.依据权利要求1所述的热电池用超薄型单体电池，其特征在于，所述隔离片由低温共融盐和氧化镁混合压制而成，所述隔离片的厚度为0.25~0.35mm。
3.依据权利要求1所述的热电池用超薄型单体电池，其特征在于，所述负极片的材料为LiB，所述的负极片的厚度为0.07~0.10mm。
4.依据权利要求1所述的热电池用超薄型单体电池，其特征在于，所述正极片的材料包括二硫化铁、二流化钴中的一种或两种，还包括氧化镁，氧化镁的质量百分比为0~15%。
5.权利要求1至4中任意一项所提供的热电池用超薄型单体电池的制造方法，其特征在于，将加热片、正极片，隔离片与负极片一次压制成型。
6.依据权利要求5所述的热电池用超薄型单体电池的制造方法，其特征在于，包括：步骤一、在模具中依次加入加热粉、正极粉、隔离粉、负极片；步骤二、一次压制成型。
7.依据权利要求6所述的热电池用超薄型单体电池的制造方法，其特征在于，加热粉、正极粉、隔离粉粉碎至200目以下。
8.依据权利要求6所述的热电池用超薄型单体电池的制造方法，其特征在于，将加热粉刮平后，通过筛网将正极粉抖落在加热粉表面；将正极粉刮平后，通过筛网将隔离粉抖落在正极粉表面；将隔离粉刮平后，将负极片放在隔离粉表面。
9.依据权利要求6所述的热电池用超薄型单体电池的制造方法，其特征在于，制备LiB负极片时，先在压辊上涂厚度0.05~0.3微米的油层，再进行压制。
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