CN114464828A - 一种热电池大直径电极片及其制备方法 - Google Patents

一种热电池大直径电极片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了热电池技术领域的一种热电池大直径电极片及其制备方法，包括中孔包边环、负极层、隔膜粉层和正极粉层，所述隔膜粉层覆盖在负极层上，所述正极层覆盖在隔膜粉层上，所述中孔包边环包裹在所述负极层上。本方案电极片由中孔包边环、负极层、隔膜粉层、正极粉层，按一定顺序铺覆，经两次机械施压后成一个整体。所述正极粉中添加了镍网和粘结剂，可提高电极片强度，添加了润滑剂可减小电极片脱模阻力，提高成形率，电极片底部设置了中孔包边环可保护负极高温流淌，提高大直径电极片装配热电池的安全性，适宜于长时间工作。

Description

一种热电池大直径电极片及其制备方法
技术领域
本发明涉及热电池技术领域，具体涉及一种热电池大直径电极片及其制备方法。
背景技术
热电池是一种热激活贮备电池，在常温下贮存时电解质为不导电的固体，使用时用电发火头或撞针机构引燃其内部的加热药剂，使电解质熔融成为离子导体而被激活的一种储备电池，贮存时间理论上是无限的，实际可测值达17年以上。由于输出比功率大、内阻小、使用温度范围宽、贮存时间长、激活迅速可靠、不需要维护，故而已发展成为现代化设备的理想电源。
但随着设备的更新换代，长时间工作热电池越来越成为发展趋势之一，但根据热电池的工作特性可知，热电池电能输出需要其内部的热量维持，而小型热电池长时间工作后，电池内部的热量会逐渐散失，在长时间工作后无法满足其电能输出的需求。为了使热电池热量不易散失，需扩大电极片片径，然而电极片扩大后，电极片成形性变差，且中部热量集中，负极易发生流淌，进而产生新的安全性问题，因此一直未能实现。
发明内容
本发明意在提供一种热电池大直径电极片及其制备方法，以解决上述问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种热电池大直径电极片，包括中孔包边环、负极层、隔膜粉层和正极粉层，所述隔膜粉层覆盖在负极层上，所述正极层覆盖在隔膜粉层上，所述负极层和隔膜粉层置于中孔包边环内。
一种热电池大直径电极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，正极粉制备：在热电池正极粉中按质量比掺入粘合剂，搅拌均匀后，置于陶瓷坩埚中，在惰性气体或氮气下经150℃～450℃的温度下烧结后自然冷却，冷却后在干燥环境中粉碎，过筛获得正极粉一。然后在正极粉一中按质量比掺入润滑剂，置于机械混料机中搅拌均匀，获得正极粉二；
步骤二，隔膜粉制备：在热电池隔膜粉中按质量比掺入陶瓷纤维，搅拌均匀后，获得隔膜粉；
步骤三，大直径电极片制备：
a.采用热电池机械压制工艺，首先将中孔包边环置于模具凹槽底部，中孔包边环边部与凹槽圆周贴合；
b.将负极层置于中孔包边环内，负极层圆周与中孔包边环贴合；
c.在负极层上添加一定厚度的隔膜粉，添加后隔膜粉高度与中孔包边环高度重合，将冲模置于模具凹槽中，给冲模施加压力为1000KN～3500KN的压力，施压后取出冲模；
d.在大直径电极片制备步骤c中的压模凹槽中再放入圆形镍网，放置完成后在镍网上放置正极粉二，刮平后，再放入冲模，对冲模施加压力为1000KN～3500KN压力后，脱模获得大直径电极片。
进一步，所述中孔包边环为绝缘材料云母毡、石棉纸和陶瓷纤维中的一种或两种制成。
进一步，所述负极层为LiB合金片或LiSi合金粉层制成。
进一步，隔膜粉层为LiCl、LiBr、KCl、KBr、CsBr、LiI和KI中的一种或多种与MgO或Al2O3的混合物。
进一步，所述正极粉层为Cu2V3O5、V2O5、FeS2、CoS2、FeF3、CuF2和NiCl中的一种或多种混合物。
进一步，所述步骤一中的粘合剂为Al2O3、SiO2、Li2O、LiCl、LiOH中的一种或多种，所述正极粉与粘合剂的质量比为5～50:1。
进一步，所述惰性气体为氩气。
进一步，所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、二硫化钼、导电石墨中的一种或多种，正极粉一与润滑剂的质量比为10～100:1。
进一步，所述大直径电极片的直径为92mm～150mm。
本发明的有益效果：本方案电极片由中孔包边环、负极层、隔膜粉层、正极粉层，按一定顺序铺覆，经两次机械施压后成一个整体。所述正极粉中添加了镍网和粘结剂，可提高电极片强度，添加了润滑剂可减小电极片脱模阻力，提高成形率，电极片底部设置了中孔包边环可保护负极和隔膜高温流淌，提高大直径电极片装配热电池的安全性，适宜于长时间工作。
附图说明
图1为本发明一种热电池大直径电极片中包边环的结构示意图；
图2为本发明一种热电池大直径电极片的分解图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：中孔1、包边2、底边3、中孔包边环4、负极层5、隔膜粉层6、镍网7、正极粉层8。
实施例基本如附图1和附图2所示
实施例1
一种热电池大直径电极片，包括中孔包边环4、负极层5、隔膜粉层6和正极粉层8，隔膜粉层6覆盖在负极层5上，正极层覆盖在隔膜粉层6上，中孔包边环4包裹在负极层5上，中孔包边环4为绝缘材料云母毡制成，中孔包边环4包括圆形的包边2和呈环形竖直围设在包边2圆周上的底边3，包边2的中心处设有中孔1，底边3的厚度为1mm，包边2的厚度为0.2mm，包边2的内径与外径的间距为2mm，负极层5为LiB合金片制成，隔膜粉层6为LiCl与MgO的混合物制成，正极粉层8为Cu2V3O5。
一种热电池大直径电极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，正极粉制备：在热电池正极粉中按质量比掺入粘合剂，粘合剂为Al2O3，正极粉与粘合剂的质量比为5:1，搅拌均匀后，置于陶瓷坩埚中，在氩气下经150℃的温度下烧结后自然冷却，冷却后在干燥环境中粉碎，过筛获得正极粉一。然后在正极粉一中按质量比掺入润滑剂，润滑剂为硬脂酸锌，正极粉一与润滑剂的质量比为10:1，置于机械混料机中搅拌均匀，获得正极粉二；
步骤二，隔膜粉制备：在热电池隔膜粉中按质量比掺入陶瓷纤维，搅拌均匀后，获得隔膜粉；
步骤三，大直径电极片制备：
a.采用热电池机械压制工艺，首先将中孔包边环置于模具凹槽底部，中孔包边环边部与凹槽圆周贴合；
b.将负极层置于中孔包边环内，负极层圆周与中孔包边环贴合；
c.在负极层上添加一定厚度的隔膜粉，添加后隔膜粉高度与中孔包边环高度重合，将冲模置于模具凹槽中，给冲模施加压力为1000KN的压力，施压后取出冲模；
d.在大直径电极片制备步骤c中的压模凹槽中再放入圆形镍网，圆形镍网直径小于等于大直径电极片直径和2倍中孔包边环厚度的差值，圆形镍网放置位置为大直径电极片中部，放置完成后在镍网上放置正极粉二，刮平后，再放入冲模，对冲模施加压力为1000KN压力后，脱模获得大直径电极片，大直径电极片的直径为92mm。
实施例2
一种热电池大直径电极片，包括中孔包边环4、负极层5、隔膜粉层6和正极粉层8，隔膜粉层6覆盖在负极层5上，正极层覆盖在隔膜粉层6上，中孔包边环4包裹在负极层5上，中孔包边环4为绝缘材料石棉纸制成，中孔包边环4包括圆形的包边2和呈环形竖直围设在包边2圆周上的底边3，包边2的中心处设有中孔1，底边3的厚度为5mm，包边2的厚度为1mm，包边2的内径与外径的间距为5mm，负极层5为LiSi合金粉层制成，隔膜粉层6为LiBr、KCl、KBr和KI与Al2O3的混合物，正极粉层8为Cu2V3O5、V2O5、FeS2、CoS2的混合物。
一种热电池大直径电极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，正极粉制备：在热电池正极粉中按质量比掺入粘合剂，粘合剂为SiO2、Li2O和LiCl的混合物，正极粉与粘合剂的质量比为30:1，搅拌均匀后，置于陶瓷坩埚中，在氮气下经300℃的温度下烧结后自然冷却，冷却后在干燥环境中粉碎，过筛获得正极粉一。然后在正极粉一中按质量比掺入润滑剂，润滑剂为硬脂酸钙、二硫化钼和导电石墨的混合物，正极粉一与润滑剂的质量比为50:1，置于机械混料机中搅拌均匀，获得正极粉二；
步骤二，隔膜粉制备：在热电池隔膜粉中按质量比掺入陶瓷纤维，搅拌均匀后，获得隔膜粉；
步骤三，大直径电极片制备：
a.采用热电池机械压制工艺，首先将中孔包边环置于模具凹槽底部，中孔包边环边部与凹槽圆周贴合；
b.将负极层置于中孔包边环内，负极层圆周与中孔包边环贴合；
c.在负极层上添加一定厚度的隔膜粉，添加后隔膜粉高度与中孔包边环高度重合，将冲模置于模具凹槽中，给冲模施加压力为3500KN的压力，施压后取出冲模；
d.在大直径电极片制备步骤c中的压模凹槽中再放入圆形镍网，圆形镍网直径小于等于大直径电极片直径和2倍中孔包边环厚度的差值，圆形镍网放置位置为大直径电极片中部，放置完成后在镍网上放置正极粉二，刮平后，再放入冲模，对冲模施加压力为3500KN压力后，脱模获得大直径电极片，大直径电极片的直径为150mm。
实施例3
一种热电池大直径电极片，包括中孔包边环4、负极层5、隔膜粉层6和正极粉层8，隔膜粉层6覆盖在负极层5上，正极层覆盖在隔膜粉层6上，中孔包边环4包裹在负极层5上，中孔包边环4为绝缘材料云母毡和陶瓷纤维制成，中孔包边环4包括圆形的包边2和呈环形竖直围设在包边2圆周上的底边3，包边2的中心处设有中孔1，底边3的厚度为3mm，包边2的厚度为0.5mm，包边2的内径与外径的间距为3mm，负极层5为LiB合金片制成，隔膜粉层6为KCl、KBr、CsBr和KI与MgO的混合物，正极粉层8为V2O5、FeS2、CoS2、FeF3、和NiCl中的混合物。
一种热电池大直径电极片的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，正极粉制备：在热电池正极粉中按质量比掺入粘合剂，粘合剂为Li2O，正极粉与粘合剂的质量比为50:1，搅拌均匀后，置于陶瓷坩埚中，在氮气下经450℃的温度下烧结后自然冷却，冷却后在干燥环境中粉碎，过筛获得正极粉一。然后在正极粉一中按质量比掺入润滑剂，润滑剂为二硫化钼，正极粉一与润滑剂的质量比为100:1，置于机械混料机中搅拌均匀，获得正极粉二；
步骤二，隔膜粉制备：在热电池隔膜粉中按质量比掺入陶瓷纤维，搅拌均匀后，获得隔膜粉；
步骤三，大直径电极片制备：
a.采用热电池机械压制工艺，首先将中孔包边环置于模具凹槽底部，中孔包边环边部与凹槽圆周贴合；
b.将负极层置于中孔包边环内，负极层圆周与中孔包边环贴合；
c.在负极层上添加一定厚度的隔膜粉，添加后隔膜粉高度与中孔包边环高度重合，将冲模置于模具凹槽中，给冲模施加压力为2000KN的压力，施压后取出冲模；
d.在大直径电极片制备步骤c中的压模凹槽中再放入圆形镍网，圆形镍网直径小于等于大直径电极片直径和2倍中孔包边环厚度的差值，圆形镍网放置位置为大直径电极片中部，放置完成后在镍网上放置正极粉二，刮平后，再放入冲模，对冲模施加压力为2000KN压力后，脱模获得大直径电极片，大直径电极片的直径为110mm。

Claims (10)

1.一种热电池大直径电极片，其特征在于：包括中孔包边环、负极层、隔膜粉层和正极粉层，所述隔膜粉层覆盖在负极层上，所述正极层覆盖在隔膜粉层上，所述负极层和隔膜粉层置于中孔包边环内。
2.根据权利要求1所述的一种热电池大直径电极片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，正极粉制备：在热电池正极粉中按质量比掺入粘合剂，搅拌均匀后，置于陶瓷坩埚中，在惰性气体或氮气下经150℃～450℃的温度下烧结后自然冷却，冷却后在干燥环境中粉碎，过筛获得正极粉一。然后在正极粉一中按质量比掺入润滑剂，置于机械混料机中搅拌均匀，获得正极粉二；
步骤二，隔膜粉制备：在热电池隔膜粉中按质量比掺入陶瓷纤维，搅拌均匀后，获得隔膜粉；
步骤三，大直径电极片制备：
a.采用热电池机械压制工艺，首先将中孔包边环置于模具凹槽底部，中孔包边环边部与凹槽圆周贴合；
b.将负极层置于中孔包边环内，负极层圆周与中孔包边环贴合；
c.在负极层上添加一定厚度的隔膜粉，添加后隔膜粉高度与中孔包边环高度重合，将冲模置于模具凹槽中，给冲模施加压力为1000KN～3500KN的压力，施压后取出冲模；
d.在大直径电极片制备步骤c中的压模凹槽中再放入圆形镍网，放置完成后在镍网上放置正极粉二，刮平后，再放入冲模，对冲模施加压力为1000KN～3500KN压力后，脱模获得大直径电极片。
3.根据权利要求1所述的一种热电池大直径电极片，其特征在于：所述中孔包边环为绝缘材料云母毡、石棉纸和陶瓷纤维中的一种或两种制成。
4.根据权利要求3所述的一种热电池大直径电极片，其特征在于：所述负极层为LiB合金片或LiSi合金粉层制成。
5.根据权利要求4所述的一种热电池大直径电极片，其特征在于：隔膜粉层为LiCl、LiBr、KCl、KBr、CsBr、LiI和KI中的一种或多种与MgO或Al2O3的混合物。
6.根据权利要求5所述的一种热电池大直径电极片，其特征在于：所述正极粉层为Cu2V3O5、V2O5、FeS2、CoS2、FeF3、CuF2和NiCl中的一种或多种混合物。
7.根据权利要求2所述的一种热电池大直径电极片的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的粘合剂为Al2O3、SiO2、Li2O、LiCl、LiOH中的一种或多种，所述正极粉与粘合剂的质量比为5～50:1。
8.根据权利要求7所述的一种热电池大直径电极片的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。
9.根据权利要求8所述的一种热电池大直径电极片的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸锌、硬脂酸钙、二硫化钼、导电石墨中的一种或多种，正极粉一与润滑剂的质量比为10～100:1。
10.根据权利要求9所述的一种热电池大直径电极片的制备方法，其特征在于：所述大直径电极片的直径为92mm～150mm。
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