CN208400944U - 高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，属于新能源技术领域。该锂亚硫酰氯电池包括圆筒状的壳体、壳体顶端固定的正极盖板、电池芯柱及位于壳体内由正极片、第一隔膜及第一负极片卷绕而成的电池芯体，在电池芯体内还设有用于填充电解液的空腔，第一隔膜设于第一负极片与正极片之间，还包括依次贴覆设置在壳体内侧壁上的第二负极片、第二隔膜及位于壳体内部底端用于起隔离作用的第一底膜和第二底膜。本实用新型的电池芯体使用了较长的正负极极片，其在同样的电流密度下电流负载能力更大，因此其最大持续工作电流和脉冲工作电流要优于传统容量型电池。

Description

高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池

技术领域

本实用新型涉及一次性锂电池，属于新能源技术领域，具体地涉及一种高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池。

背景技术

锂亚硫酰氯电池是以金属锂为负极，液态亚硫酰氯同时作为正极活性物质和电解液、以LiAlCl₄为电解质盐、多孔碳为正极导电体和反应场所的电化学体系电源。其中，SOCl₂既为反应物质又为非水无机溶剂，溶解LiAlCl₄等添加剂后的溶液为无机电解液，该体系的电池为所有电池中比能量最高的电池，其总反应机理为：

4Li+2SOCl₂→4LiCl+S+SO₂；由于生成了不溶解的固体产物LiCl和S。

现有电池以较小电流或额定电流放电，尤其是大型号的电池，其输出容量通常达不到预期效果，比如ER34615H电池，100mA放电可以达到14AH，而以10mA或3mA的电流放电时，其输出容量也只有15AH左右，因此这种高容量电池并没有体现出其高容量的特性。即使在电池的理论设计中，正极活性物、正极导电物以及负极活性物均按理论设计并给了足够的余量，但输出容量实际上并未达到理想值。其主要原因是：正负极活性物反应效率不够，利用率低造成，尤其是电池在容量输出的后期，由于电解液的相对不足，造成内部离子流动能力变差，浓差内阻增大，造成电流越小时容量的输出能力还不如大电流的输出能力；或部分区域负极锂由于电解液的减少成为“死锂”，不能继续进行反应；且反应的不充分性造成电池容量一致性差。

然而，现有技术为解决上述问题一般采用直接增加锂带厚度或长度，但为了确保电池的总体安全性，需要减少正极碳量或者电液量，这种方式一般可以解决大电流的输出容量或某种低温下的特性，对电池来说解决的是某一特性问题；但难以解决提高较小或更小电流的输出容量和容量均匀性的问题，对于一个电池来说，小电流的输出容量直接决定了设备的使用寿命，对组合电池来说容量一致性问题不仅决定产品的使用年限也决定产品使用的安全性。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型公开了一种可提高小电流输出容量和容量均匀性的高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，包括圆筒状的壳体、壳体顶端固定的正极盖板、电池芯柱及位于壳体内由正极片、第一隔膜及第一负极片卷绕而成的电池芯体，所述电池芯体内还设有用于填充电解液的空腔，所述第一隔膜设于正极片与第一负极片之间，其特征在于：还包括依次贴覆设置在壳体内侧壁上的第二负极片、第二隔膜及位于壳体内部底端的第一底膜和第二底膜。其中，第二隔膜、第一底膜和第二底膜隔绝第二负极片与电池芯体的正极片直接接触。

优选的，所述第一底膜和第二底膜均为圆形，且第二底膜的表面积大于第一底膜的表面积，所述第一底膜覆盖壳体内部底端，所述第二底膜的边沿延伸至第二负极片的底端，形成碗状。

进一步优选的，所述第二负极片为圆筒状锂片，其紧贴在壳体的内侧壁，增大了负极的使用量；优选的，所述第一负极片为锂片与镍网压合成的负极片，在所述镍网上点焊用于连接壳体的负极集流条，并且所述负极集流条优选为宽度4～5mm，厚度0.08～0.1mm的镍条。

优选的，所述第一负极片的制作过程为：裁切一定长宽的锂片、长宽均小于锂片并已点焊有负极集流条的镍网，该镍网的厚度为 0.05mm，将所述镍网通过小型辊轧机压覆在所述锂带上，即制备得到第一负极片；

优选的，所述镍网的长宽小于锂片长宽1～2mm。

再进一步优选的，所述正极片为乙炔黑、聚四氟乙烯粘结剂、铜粉导电剂与镍网辊轧成的膜片，在所述镍网上点焊用于连接电池芯柱的正极集流条，所述正极集流条也为宽度4～5mm，厚度0.08～0.1mm 的镍条，同时，为避免后期装配整个电池时，正极集流条或负极集流条的折弯而造成正负极直接接触短路，优选在正极集流条上套设第一绝缘管，所述第一绝缘管优选为聚四氟乙烯塑料管，同理，优选在负极集流条上套设第二绝缘管，所述第二绝缘管也优选为聚四氟乙烯塑料管。

优选的，所述正极片的的制作过程为：将乙炔黑、聚四氟乙烯粘结剂、铜粉导电剂、纯水和异丙醇按质量比1:(0.06～0.1):(0.04～0.08): (6.5～7.0):(0.1～0.2)混合均匀形成膏料，采用50～60℃的热辊轧方式将膏料通过辊轧方式辊轧到的镍网上形成厚度为2.0～2.2mm的正极膜，再经100～120℃的烘箱加热除去溶剂和水分、230～240℃的烘箱加热15～20分钟，继续使用辊轧方式将正极膜整形处理得到厚度为 1.8～1.9mm的正极片；

优选的，将膏料通过3～5次辊轧方式辊轧到的镍网上形成厚度为 2.0～2.2mm的正极膜。

进一步优选的，将膏料通过3次辊轧方式辊轧到的镍网上形成厚度为2.0～2.2mm的正极膜。

优选的，采用轧机对上述正极片进行整形处理，整形后分切成所需宽度的小片，再继续将其中一头进行削边清粉，削边时，将长度方向的其中一端的正反两面削去5～6mm的正极膜，削除正极露出镍网的部分区域，点焊正极集流条；

再进一步优选的，所述正极盖板上设有注液孔，所述正极盖板的底部固定设有第一绝缘片和第二绝缘片，电池芯柱依次穿过正极盖板、第一绝缘片、第二绝缘片并朝空腔延伸，所述电池芯柱与正极盖板的接触面之间设有绝缘子。

更进一步优选的，所述第一隔膜、第二隔膜、第一底膜和第二底膜均为玻璃纤维膜。

更进一步优选的，所述第一绝缘片为四氟片，第二绝缘片为云母片。

更进一步优选的，所述绝缘子为玻璃烧结绝缘子。

本实用新型的有益效果体现在如下方面：

1、本实用新型设计了一种由正极、第一负极以卷绕方式形成的中空结构电池，在电池内部有足够的储存电解液的空腔，确保后期反应电解液的充足，减少电化学反应的浓差极化；同时，双负极材料的设计及充分的电解液可以确保正负极反应更充分，反应效率更高，因此，提高了较小电流密度的放电容量；

2、本实用新型设计的电池采用各隔膜将正负极完全隔离，故安全性更高；

3、本实用新型电池的正极采用将乙炔黑、粘结剂、导电剂与镍网压合成膜片的方式，不同于传统型容量型电池使用颗粒料正极，故装配工艺更方便、高效，此外，正负极极片以卷绕形式放置，其在同样的电流密度下电流负载能力更大，因此其最大持续工作电流和脉冲工作电流要优于传统容量型电池。

4、本实用新型的电池内部电液充足，电池内部正负极充分反应，使得各个电池容量均匀性较好。

附图说明

图1为本实用新型电池的轴向剖视图；

图2为图1中集流体的结构示意图；

图3为图1中集流体的结构示意图；

图4为图1中第一隔膜、第一负极片和壳体的径向剖视图；

图5为图1中正极盖板和电池芯柱的轴向剖视图；

其中，图1～图5中各部件标号如下：

壳体1、正极盖板2(其中：注液孔2.1)、电池芯柱3、电池芯体4(其中：正极片4.1、正极集流条4.11、第一绝缘管4.12、第一隔膜4.2、第一负极片4.3、负极集流条4.31、第二绝缘管4.32)、空腔5、第二负极片6、第二隔膜7、第一绝缘片8、第二绝缘片9、第一底膜10、第二底膜11、绝缘子12。

具体实施方式

为了更好地解释本实用新型，以下结合具体实施例进一步阐明本实用新型的主要内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于以下实施例。

如图1和图4所示，本实用新型公开了一种高活性物利用率锂亚硫酰氯电池，包括圆筒状的壳体1、壳体1顶端固定的正极盖板2、电池芯柱3及位于壳体1内由正极片4.1、第一隔膜4.2及第一负极片4.3卷绕而成的电池芯体4，所述电池芯体4内还设有用于填充足够多电解液的空腔5，所述第一隔膜4.2设于正极片4.1与第一负极片4.3之间，并且为了电池的安全稳定性，保证在电池芯体4的最外侧和最内侧均为第一隔膜4.2；优选的，第一隔膜4.2比正极片4.1宽 4mm，正极片4.1比第一负极片4.3宽2mm；同时，所述锂亚硫酰氯电池还包括依次贴覆设置在壳体1内侧壁上的第二负极片6、第二隔膜7及位于壳体1内部底端的第一底膜10和第二底膜11。并且优选的，所述第一隔膜4.2、第二隔膜7、第一底膜10和第二底膜11均为玻璃纤维膜，其均用于阻隔正负极直接接触，结合图1可知，优选所述第一底膜和第二底膜均为圆形，且第二底膜的表面积大于第一底膜的表面积，所述第一底膜覆盖壳体内部底端，所述第二底膜的边沿向上延伸至第二负极片的底端，形成碗状。

所述第二负极片6为圆筒状锂片，如图2所示，所述第一负极片 4.3为锂片与镍网压合成的负极片，且所述第一负极片4.3压合的镍网上焊有负极集流条4.31，所述负极集流条4.31连接壳体1，优选负极集流条4.31为宽度4～5mm，厚度0.08～0.1mm的镍条，本实施例优选负极集流条4.31为宽度4mm，厚度0.08mm的镍条。

如图3所示，所述正极片4.1为乙炔黑、聚四氟乙烯粘结剂、铜粉导电剂与镍网辊轧成的正极片，所述正极片4.1的镍网一端上焊有正极集流条4.11，所述正极集流条4.11连接电池芯柱3，优选所述正极集流条4.11为宽度4～5mm，厚度0.08～0.1mm的镍条，本实施例优选正极集流条4.11为宽度4mm，厚度0.08mm的镍条。且为避免后期装配整个电池时，正极集流条4.11或负极集流条4.31的折弯而造成正负极直接接触短路，优选在正极集流条4.11上套设第一绝缘管 4.12，所述第一绝缘管4.12优选为聚四氟乙烯塑料管，同理，优选在负极集流条4.31上套设第二绝缘管4.32，所述第二绝缘管4.32也优选为聚四氟乙烯塑料管。

结合图5和图1可知，所述正极盖板2上设有注液孔2.1，本实施例优选注液孔2.1的个数为1个，其分布在正极盖板2上，所述正极盖板2的底部固定设有第一绝缘片8和第二绝缘片9，电池芯柱3 依次穿过正极盖板2、第一绝缘片8和第二绝缘片9并朝空腔5延伸，所述电池芯柱3与正极盖板2的接触面之间设有绝缘子12，优选的，所述第一绝缘片8为四氟片，所述第二绝缘片9为云母片，并且优选的，所述第二绝缘片9上分布1个圆孔，所述绝缘子12为玻璃烧结绝缘子。

本实用新型电池的具体装配过程为：

将第二负极片6通过圆棒或其它设备整形成圆筒状，再放入壳体 1内使第二负极片6与壳体1内壁粘成一体，在壳体1内部底端放置圆形第一底膜10和圆形第二底膜11，所述第一底膜10覆盖壳体1 内部底端，所述第二底膜11的表面积大于第一底膜10，且第二底膜11的边沿向上延伸至第二负极片6的底端，并形成碗状，再将第二隔膜卷成圆筒状放入钢壳内，并通过圆棒将第二隔膜7紧紧粘贴到第二负极片6内壁上压紧；将步骤3)制备的电池芯体4放入壳体1内，在正极集流条4.11和负极集流条4.31上分别套入1个聚四氟乙烯材质绝缘管，然后将正极集流条4.11点焊在电池芯柱3上，负极集流条4.31点焊在壳体1内壁上，继续将步骤4)装配好的正极盖组件压合设置在壳体1口部，确保盖组边缘与钢壳口平齐，再通过氩弧焊接或激光焊接工艺将盖组四周与钢壳壳口结合部位进行焊接，沿正极盖板2上的注液孔2.1向空腔5中注入质量比为(10～11):(1.8～2):1 的SOCl₂、LiAlCl₄及SO₂的电解液。最后用不锈钢钢钉密封注液孔。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。除上述实施例外，本实用新型还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，包括圆筒状的壳体(1)、壳体(1)顶端固定的正极盖板(2)、电池芯柱(3)及位于壳体(1)内由正极片(4.1)、第一隔膜(4.2)及第一负极片(4.3)卷绕而成的电池芯体(4)，所述电池芯体(4)内还设有用于填充电解液的空腔(5)，所述第一隔膜(4.2)设于第一负极片(4.3)与正极片(4.1)之间，其特征在于：还包括依次贴覆设置在壳体(1)内侧壁上的第二负极片(6)、第二隔膜(7)及位于壳体(1)内部底端的第一底膜(10)和第二底膜(11)。

2.根据权利要求1所述高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，其特征在于：所述第一底膜(10)和第二底膜(11)均为圆形，且第二底膜(11)的表面积大于第一底膜(10)的表面积，所述第一底膜(10)覆盖壳体(1)内部底端，所述第二底膜(11)的边沿向上延伸至第二负极片(6)的底端，形成碗状。

3.根据权利要求1所述高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，其特征在于：所述第二负极片(6)为圆筒状锂片。

4.根据权利要求1或2或3所述高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，其特征在于：所述第一负极片(4.3)上焊接用于连接壳体(1)的负极集流条(4.31)，所述负极集流条(4.31)上还套设有第二绝缘管(4.32)。

5.根据权利要求1或2或3所述高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，其特征在于：所述正极片(4.1)上焊接用于连接电池芯柱(3)的正极集流条(4.11)，所述正极集流条(4.11)上还套设有第一绝缘管(4.12)。

6.根据权利要求1所述高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，其特征在于：所述正极盖板(2)上设有注液孔(2.1)，所述正极盖板(2)的底部固定设有第一绝缘片(8)和第二绝缘片(9)，电池芯柱(3)依次穿过正极盖板(2)、第一绝缘片(8)、第二绝缘片(9)并朝空腔(5)延伸，所述电池芯柱(3)与正极盖板(2)的接触面之间设有绝缘子(12)。

7.根据权利要求6所述高活性物利用率的锂亚硫酰氯电池，其特征在于：所述第一绝缘片(8)为四氟片，所述第二绝缘片(9)为云母片，所述绝缘子(12)为玻璃烧结绝缘子。