CN201717312U - 具有两种阴极载体的柱式锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有两种阴极载体的柱式锂电池，它包括壳体，壳体上连接上盖，壳体内设的阳极片，阴极引出柱，阴极引出柱穿出上盖，阳极片内层设的隔膜，电解液，隔膜与阴极引出柱之间的空间内设置有阴极载体，阴极载体由非连续性的含碳材料结构的阴极载体和连续性含碳材料的结构的阴极载体两部分构成。其中阴极载体由两部分共同组成；二者上下叠加并协同配合，可以显著提高电池放电性能，同时能有效降低电池的开路低压等异常，提高下机电池优等品率。

Description

具有两种阴极载体的柱式锂电池 

技术领域

本实用新型属于柱式电池，具体涉及一种柱式锂电池。 

背景技术

液体阴极锂电池包括锂亚硫酰氯(Li/SOCl₂)、锂二氧化硫(Li/SO₂)和锂硫酰氯(Li/SO₂Cl)电池等，具有比能量高、功率大、低温性能好等优点，在军事、工业和民用领域均有较广泛的应用。与固体阴极电池不同的是，液体阴极柱式锂电池的正极活性物质还同时充当电解液发挥作用，其还原反应主要发生在具有一定催化活性的多孔阴极载体上，反应产物则沉积在多孔阴极载体的表面及其孔隙内部，因而阴极的结构设计应能满足良好的离子传质条件和电子导电性，以保证柱式锂电池具有优良的电性能。对于锂亚硫酰氯电池，放电反应进行时，放电产物会首先沉积在阴极载体孔隙入口处，同时，随放电深度增加，阴极载体孔隙中会逐步被固体产物所填充堵塞，阴极柱体也收缩变硬，因而不利于电解液传质，电化学极化明显增大直至电池衰竭。对于能量型锂亚硫酰氯电池，目前阴极载体多以圆柱形碳包结构为主，这种结构经常出现的异常是，放电衰竭后阴极柱体分为两部分，下部分完全变硬，而上部分则偏软，并没有得到充分利用。其原因是下部分由于浸泡在电解液中，供液充分，可以完全发挥作用，但柱体上部分除自身吸取部分电解液之外，还需要依靠柱体吸取并传输更多的电液，但由于下部分反应充分，孔道被反应产物堵塞，造成电液向上输送困难，造成电池过早衰竭，放电容量偏低。虽然可以通过加入NH₄HCO₃、KCl等造孔剂，改善碳包孔隙结构，但随放电产物的沉积，碳包利用率仍旧很低。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种阴极载体吸液量大，游离电解液量极少，同时电液输送通畅的柱式锂电池，以提高电池放电容量，同时也能够抑制阴极载体因吸收电解液而导致自身体积过 分膨胀，从而降低电池内部异常发生的几率。 

本实用新型的技术方案为：具有两种阴极载体的柱式锂电池，它包括壳体，壳体上连接上盖，壳体内设的阳极片，阴极引出柱，阴极引出柱穿出上盖，阳极片内层设的隔膜，电解液，隔膜与阴极引出柱之间的空间内设置有阴极载体，阴极载体由非连续性的含碳材料结构的阴极载体和连续性含碳材料的结构的阴极载体两部分构成；所述连续性含碳材料的结构的阴极载体是柱体，柱体的截面是圆形、圆环形、椭圆形、花瓣形及多边形中的任一种；所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体是由颗粒状、块状、片状、丝状、带状、球形、针形中的一种或几种单元形状的含碳物质堆积而成，单元形状的物质之间具有电解液存储和流通孔道。 

所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体和连续性含碳材料的结构的阴极载体至少分上下两层设置。 

所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体的单元形状的含碳物质的粒径为0.1～5毫米。 

阴极载体中具有非连续性结构的部分是由颗粒状、块状、片状、丝状、带状、球形、针形中的一种或几种单元形状的含碳物质堆积而成，单元形状的含碳物质之间具有一定大小的间隙，可以储存电解液，特别是其宏观及微观孔隙均非常丰富，可以作为电解液存储和流通传输孔道。 

所述阴极载体中具有连续性结构的部分则是先按工艺规定的各组分配比制备正极浆料，然后经由合适尺寸的炭包成型模具挤出成型，经干燥、发泡制备符合尺寸要求的炭包。相对于常规工艺中使用的炭包而言，所述炭包的直径与其相当，但高度则小得多，因而较同型号电池所使用的炭包其发泡效果更好，性能更优。与前述具有非连续性结构的炭材料协同配合作为柱式锂电池的阴极载体，可以显著提高电池放电性能，同时能有效降低电池的开路低压等异常，提高下机电池优等品率。 

所述所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体和连续性含碳材料的结构的阴极载体可以是间隔设置的三层、四层或多层设置，最上层是连续性含碳材料的结构的阴极载体，最下层是非连续性的含碳材料结构的阴极载体。 

连续性含碳材料的结构的阴极载体是直接由炭包成型模具挤出成型所得到的，或是采用成型模具对膜片状正极直接冲制所 得到的。 

本实用新型阴极载体由两部分共同组成，一部分由具有非连续性结构的含碳材料构成，另一部分则由具有连续性结构的含碳材料构成，二者协同配合，以提高电池放电性能。具有非连续性结构的含碳材料构成的阴极载体部分，所述阴极载体主要设置在柱式电池阴极腔底部，阴极载体上设有电解液流通孔道即以含碳材料之间的间隙作为电解液的存储和传输通道，不仅可以传质，还可以提供足够的空间容纳放电过程所产生的固体产物。它克服了现有圆柱形阴极载体自身吸液性能差，输液困难，利用率低的缺点；它能使阴极载体充分发挥效能，提高载体和电液利用率。具有连续性结构的含碳材料构成的阴极载体部分是直接由挤出模具挤出成型所得到的，所述阴极载体主要设置在前面所述具有非连续性结构的含碳材料构成的阴极载体上面，除通过自身孔隙吸收部分电液之外，还可以通过下面的具有非连续性结构且孔道丰富的阴极载体向上输送所需电液，同时也可限制下面的阴极载体过度膨胀导致电池内部短路异常，从而实现协同配合以提高电池放电性能，并且降低下机电池开路低压等异常，可显著提高下机电池优等品率。 

附图说明

图1由两部分阴极载体构成的柱式锂电池结构示意图。 

图2具有连续性结构的阴极载体截面示意图。 

图3具有非连续性结构的阴极载体截面示意图。 

具体实施方式

如图1所示，壳体1内设的阳极片2，阳极片2为金属锂片，金属锂片压在壳体1内壁上。阳极片2内层设隔膜3，隔膜3玻璃纤维隔膜。壳体1上连接上盖10；阴极引出柱7穿出上盖10；阴极引出柱7形成集流杆，集流杆上连接集流网5(采用焊接连接)。玻璃纤维隔膜3与集流网5之间的空间内设置有阴极载体4和阴极载体6。阴极载体4是非连续性的含碳材料结构的阴极载体，非连续性的含碳材料结构的阴极载体4由颗粒状、块状、片状、丝状、带状、球形、针形中的一种或几种单元形状的含碳物质9直接填装在阴极腔体中堆积而成，单元形状的物质9之间具有电解液存储和流通孔道8。如图3所示，流通孔道8可以储存电解液，也可以作为电解液流通孔道；具体的阴极载体4也可以 由颗粒状、块状、片状、丝状、带状、球形、针形中的任一种或几种形状的单元形状的含碳物质也通过机械挤压成截面为圆形、圆环形、椭圆形、花瓣形、方形、六角形及多边形中的任一种柱体。非连续性的含碳材料结构的阴极载体的单元形状的含碳物质的粒径为0.1～5毫米。 

阴极载体6是连续性含碳材料的结构的阴极载体，由具有连续性结构的含碳材料构成，具体的阴极载体6是直接由炭包成型模具挤出成型所得到的，柱体的截面可以是圆形、圆环形、椭圆形、花瓣形、方形、六角形及多边形中的任一种结构。具体的阴极载体6也可以由成型模具对膜片状正极直接冲制所得到的，冲制所得到的正极片截面可以是圆形、圆环形、椭圆形、花瓣形、方形、六角形及多边形中的任一种结构。本实施例中阴极载体的截面是圆环形。具体在电池装配过程中，是先将阴极载体4放置于阴极腔体底部，然后在其上面叠加放置阴极载体6。也可以是阴极载体4和阴极载体6间隔设置的。 

集流网5的长度可以是阴极载体4和阴极载体6的累计长度，也可以是阴极载体4的长度。 

阴极载体4的堆积而成可以是0.1-5mm的颗粒状、块状、片状、丝状、带状、球形、针形中的一种或几种单元形状的阴极单元入直径Φ为9.0-9.5mm的圆筒型模具中挤压成型，也可以是将0.1-5mm的颗粒状、块状、片状、丝状、带状、球形、针形中的一种或几种单元形状的阴极单元直接放入电池壳体中。 

本实用新型的关键在于将连续性的阴极和非连续性的阴极有机地组合在一起，充分的发挥两个的优势，这是对现有常规锂亚能量型电池结构的突破。 

Claims (5)

1.一种具有两种阴极载体的柱式锂电池，它包括壳体，壳体上连接上盖，壳体内设的阳极片，阴极引出柱，阴极引出柱穿出上盖，阳极片内层设的隔膜，电解液，其特征在于隔膜与阴极引出柱之间的空间内设置有阴极载体，阴极载体由非连续性的含碳材料结构的阴极载体和连续性含碳材料的结构的阴极载体两部分构成；所述连续性含碳材料的结构的阴极载体是柱体，柱体的截面是圆形、圆环形、椭圆形、花瓣形及多边形中的任一种；所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体是由颗粒状、块状、片状、丝状、带状、球形、针形中的一种或几种单元形状的含碳物质堆积而成，单元形状的物质之间具有电解液存储和流通孔道。

2.如权利要求1所述具有两种阴极载体的柱式锂电池，其特征在于所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体和连续性含碳材料的结构的阴极载体至少分上下两层设置。

3.如权利要求1所述具有两种阴极载体的柱式锂电池，其特征在于所述阴极引出柱与阴极载体之间设有集流网。

4.如权利要求1所述具有两种阴极载体的柱式锂电池，其特征在于所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体的单元形状的含碳物质的粒径为0.1～5毫米。

5.如权利要求1或2所述具有两种阴极载体的柱式锂电池，其特征在于所述非连续性的含碳材料结构的阴极载体在连续性含碳材料的结构的阴极载体的下面。 

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