一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极组合极片的方法
【专利说明】
组合极片的方法
技术领域
[0001]本发明属于电池制造领域，具体涉及一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极组合极片的方法。
【背景技术】
[0002]热电池是一次贮备电池，具有功率高、输出电流大、贮存时间长和环境适应性好等优点，是军事装备中应用最广泛、装备量最大的贮备电池；目前，国内热电池电极片均采用粉末压片工艺制备，即:将电极粉体材料均匀布洒在导电衬底上，再施压成型；由于粉体自支撑性差，导致热电池很难做成组合极片，大直径的组合极片无法成型；即使能够做成，组合极片也不能做的很薄，这些问题都成为热电池小型化的瓶颈。因此，微型/薄型化热电池组合极片的制造，已成为国防工业亟需解决的一大难题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极组合极片的方法，使热电池正极-电解质-负极组合极片的制备并且薄型化成为可能。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种基于浆料涂覆法制备薄型热电池正极-电解质-负极组合极片的方法，包括:
(1)制备热电池正极均一浆料，然后将所述热电池正极均一浆料涂覆于导电衬底上，在25-100°C下，干燥30min-24h固化，再在2_15Mpa下压制30s_5min，得薄型热电池正极极片;
(2)制备热电池熔盐电解质均一浆料，然后将所述热电池熔盐电解质均一浆料叠层涂覆于所述薄型热电池正极极片上，在25-100°C下,干燥30min-24h固化,再在2_15Mpa下压制30s-5min,得薄型热电池正极-电解质组合极片；
(3)制备热电池负极均一浆料，然后将所述热电池负极均一浆料涂覆于导电衬底上，在25-100°C下，干燥30min-24h固化，再在2_15Mpa下压制30s_5min，得薄型热电池负极极片;
(4)将所述薄型热电池正极-电解质组合极片和薄型热电池负极极片，由上到下按照正极-电解质-负极的顺序叠加起来，再在2-15Mpa下压制30s-5min,得薄型热电池正极-电解质-负极组合极片。
[0005]所述热电池正极均一浆料的制备方法为:将热电池正极粉体材料、第一粘结剂和第一分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min_24h，得热电池正极均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为:热电池正极粉体材料15-80%、第一粘结剂0.2-10%和第一分散剂 15-80%。
[0006]所述热电池正极粉体材料为FeS2* CoS 2。
[0007]所述第一粘结剂为环氧树脂、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和硅酸钠中的至少一种。
[0008]所述第一分散剂为去离子水。
[0009]在所述步骤(I)中，所述热电池正极均一浆料在导电衬底上的涂覆厚度为20-500um,涂覆速度为0.l-50cm/min,涂覆环境为自然环境或在湿度小于2%的环境或手套箱中。
[0010]所述热电池熔盐电解质均一浆料的制备方法为:将熔盐电解质、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min_24h，得热电池熔盐电解质均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为:熔盐电解质15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂I5-80%ο
[0011]所述熔盐电解质为KCl和LiCl的混合物或LiCl、LiBr和KBr的混合物；其中，在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为30-60%，LiCl的质量百分比为40-70% ;在LiCl、Lifc和KBr的混合物中，LiCl的质量百分比为5-15%，Lifc的质量百分比为30_45%，KBr的质量百分比为40-60%。
[0012]在所述步骤(2 )中，所述热电池熔盐电解质均一浆料在所述薄型热电池正极极片上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.l-50cm/min,涂覆环境在湿度小于2%的环境或手套箱中。
[0013]所述热电池负极均一浆料的制备方法为:将热电池负极粉体材料、第二粘结剂和第二分散剂混合，以200-1500r/min的转速，搅拌30min_24h，得热电池负极均一浆料；其中，各组分的质量百分含量为:负极材料15-80%、第二粘结剂0.2-10%和第二分散剂I5-80%ο
[0014]所述热电池负极粉体材料为锂硅合金或锂铝合金。
[0015]在所述步骤(3)中，所述热电池负极均一浆料在导电衬底上的涂覆厚度为20-500um，涂覆速度为0.l-50cm/min，涂覆环境为在湿度小于2%的环境或手套箱中。
[0016]所述第二粘结剂为环氧树脂、聚四氟乙烯乳液、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇和硅氧烷中的至少一种。
[0017]所述第二分散剂为烷酮类、烷烃类和烷醇类有机溶剂中的至少一种；所述烷酮类有机溶剂的通式为，CmHnNtOs，其中，m=4-10, n=7_12，t=l_3，s=l_5 ;所述烷烃类有机溶剂的通式为，CxHy，其中，x=5-12, y=7-20 ;所述烷醇类有机溶剂的通式为，CaHb0。，其中，a=2_5，b=4_8，c=l-3o
[0018]所述导电衬底为石墨纸或金属箔或金属片或泡沫镍。
[0019]本发明的技术方案具有以下有益效果:
I)本发明首次提出了薄型热电池正极-电解质-负极组合极片的制备方法，使得由二硫化物为原料制备热电池正极均一浆料、极易吸潮溶解的电解质为原料制备热电池电解质浆料和由活性极高的负极材料制备热电池负极均一浆料成为可能，并且克服了叠层涂覆的难题，将熔盐电解质浆料叠层涂覆于热电池正极极片上，以及将热电池负极均一浆料叠层涂覆于导电衬底上，得到薄型热电池正极-电解质组合极片和热电池负极极片，再将上述两种极片按顺利叠加起来，实现了薄型热电池正极-电解质-负极三合一组合极片的制备；较现有的粉末压片成型工艺，本方法制备的三合一薄型极片厚度可减薄1/3~1/2，厚度在数十至数百微米范围内可调，比功率、比能量等电化学性能也得到大大提高，且成本较低、工艺简单，适合于大规模工业生产，为热电池小型/薄型化领域的开创性工作，对推动国防工业的发展具有极高价值。
[0020]2)本发明的热电池正极均一浆料、电解质浆料和负极浆料均是分别在热电池正极粉体材料、熔盐电解质和热电池负极粉体材料中加入分散剂和粘结剂，采用特定的工艺制备而成，稳定性高，成型性好；本发明的热电池正极-电解质-负极组合极片是分别将上述热电池正极均一浆料和热电池负极均一浆料以特定的速度及厚度涂覆在导电衬底上，形成热电池正极极片和热电池负极极片，然后再在热电池正极极片上以特定的速度和厚度叠层涂覆熔盐电解质浆料，形成热电池正极-电解质组合极片，再将热电池正极-电解质组合极片和热电池负极极片按照顺序叠加起来，形成薄型热电池正极-电解质-负极三合一组合极片，由于有导电衬底、正极极片和负极极片的支撑，该组合极片不受粉末支撑强度的限制，可制得大直径薄型组合极片；并且，该薄型组合极片的活性物质利用率高，内阻小，有利于制备更大功率的热电池。
[0021]3)本发明制备的薄型热电池正极-电解质-负极组合极片环境适应性好，可在高过载、高冲击和高自旋等极端环境下使用，为特种武器弹药提供了电源解决方案，扩大了热电池的使用范围；激活速度快更快，与同规格的采用粉末压制电极片的热电池相比，激活速度快10%以上。
【具体实施方式】
[0022]为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。
[0023]实施例1
薄型热电池正极极片制备:热电池正极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成:FeS2 15%、环氧树脂粘结剂5%和去离子水80%;在自然环境中，将FeS2、环氧树脂粘结剂和去离子水按照上述比例进行混合，以1500r/min的转速,机械搅拌30min,制得热电池正极均一衆料；在表面处理后的石墨纸上以10cm/min速度涂覆10um厚的热电池正极均一衆料，并在真空干燥箱中在100°C烘30min固化，再将制备的样品在2Mpa的压力下压制5min，得薄型热电池正极极片。
[0024]薄型热电池正极-电解质组合极片制备:热电池熔盐电解质均一浆料由以下质量百分含量的组分组成:KCl和LiCl的混合物45%、环氧树脂粘结剂10%和C7H16分散剂45% ;在KCl和LiCl的混合物中，KCl的质量百分比为40%，LiCl的质量百分比为60% ;在手套箱中，将KCl和LiCl的混合物、环氧树脂粘结剂和C7H16分散剂按照上述比例进行混合，以1500r/min的转速,机械搅拌30min,制得热电池熔盐电解质均一衆料；在上述薄型热电池正极极片上以2cm/min速度涂覆10um厚的热电池熔盐电解质均一衆料,并在真空干燥箱中在30°C烘20h固化，然后将制备的样品在5Mpa的压力下压制4min，得薄型热电池正极-电解质组合极片；该组合极片的厚度为200um。
[0025]薄型热电池负极极片制备:热电池负极均一浆料由以下质量百分含量的组分组成:锂硅合金L1-Si 50%、环氧树脂粘结剂5%和C7H16分散剂45% ;在湿度〈2%的干燥室内，将锂硅合金L1-S1、环氧树脂粘结剂和C7H16分散剂按照上述比例进行混合，以1500r/min的转速，机械搅拌30min,得热电池负极均一衆料；再在表面处理后的石墨纸上以45cm/min速度涂覆厚50um的热电池负极均一浆料，并在真空干燥箱中在100°C下烘30min固化，然后将制备的样品在5Mpa的压力下压制4min,得薄型热电池负极极片；该负极极