特种锂亚硫酰氯电池的正极片制作方法及其正极片和电池的制作方法
【专利摘要】本发明属于电池领域。一种电池正极片的制作方法，包括如下步骤：调浆、压炼、压片、烘干、裁片；在调浆过程中，于浆料中加入一定比例的短切碳纤维，并使之分散均匀。一种由上述方法制成的特种锂亚硫酰氯电池正极片，由乙炔黑材料和短切碳纤维组成，其中短切碳纤维重量为乙炔黑重量的0.1-10%。该工艺在电池正极材料中加入的短切碳纤维在极片中形成的网状骨架提高了极片的机械强度；并且其视密度减低，孔隙率提高，确保了必要的电性能。通过此法制成的正极片，明显改善了物性，同时提高了电池的抗冲击振动性能和电化学性能。
【专利说明】特种锂亚硫酰氯电池的正极片制作方法及其正极片和电池【技术领域】
[0001]本发明属于电池领域；特别是锂亚硫酰氯电池极片领域。
【背景技术】
[0002]为矿产(石油、煤层气、页岩气等)勘探开发钻井的随钻测量仪器供电需要特种锂亚硫酰氯电池。在钻井过程中电池跟随钻头深入地下I一5千米，承受约20G高冲击振动和80--150°C高温。为此要求电池的极片不仅具有良好的电化学性能，而且具有较强的机械强度，否则，可能在使用中出现极片损坏造成电池内部短路，引发电池爆炸等严重的事故。现有锂亚硫酰氯电池正极片制作工艺在提高极片机械强度时，极片的质量体积比增加，孔隙率下降，导致电性能下降；而保证电性能的情况下，机械强度又欠佳。急需一种能够兼具更好的机械性能和电性能的电池极片。
[0003]质量体积比是考察电池正极板的一个重要参数，表达式为:质量体积比=质量g /实体体积cm3。质量体积比与孔隙率数值成反变，前者越大表明其机械强度越大，但是作为电极板所需要的电性能越差。
【发明内容】
[0004]本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种特种锂亚硫酰氯电池的正极片的制作方法及其正极片。
[0005]一种电池正极 片的制作方法，包括如下步骤:调浆、压炼、压片、烘干、裁片；其特征在于:在调浆过程中，于浆料中加入一定比例的短切碳纤维，并使之分散均匀。
[0006]一种由上述方法制成的特种锂亚硫酰氯电池正极片，其特征在于:由乙炔黑材料和短切碳纤维组成，其中短切碳纤维重量为乙炔黑重量的0.1--10%。
[0007]一种特种锂亚硫酰氯电池，由正极、负极和正负极之间的隔膜和电解液密封于壳体内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为四氯铝酸锂的亚硫酰氯溶液(溶液浓度为0.5-2.0mole ;所述的隔膜由玻璃纤维毡制成；其特征在于，所述的正极片采用本发明提供的上述特种锂亚硫酰氯电池正极片。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:该工艺在电池正极材料中加入的短切碳纤维在极片中形成的网状骨架提高了极片的机械强度；并且其视密度减低，孔隙率提高，确保了必要的电性能。通过此法制成的正极片，明显改善了物性，同时提高了电池的抗冲击振动性能和电化学性能。采用该正极片制成的电池，兼顾了良好的抗冲击振动性能和电化学性能，满足了工业上的需要。
【具体实施方式】
[0009]下面对本发明作进一步描述:
一种电池正极片的制作方法，包括如下步骤:调浆、压炼、压片、烘干、裁片；其特征在于:在调浆过程中，于浆料中加入一定比例的短切碳纤维，并使之分散均匀。[0010]所述的调浆是将乙炔黑和短切碳纤维加入重量比1:6~10的异丙醇调成浆料；其中，短切碳纤维的重量为乙炔黑的0.1--10%。
[0011]上述调浆过程中，优选短切碳纤维的重量为乙炔黑的5-10%。
[0012]上述调浆过程中，加入乙炔黑和短切碳纤维后在搅拌机中充分搅拌至均匀分散。
[0013]上述调浆过程中，在乙炔黑和短切碳纤维均匀分散后再加入乙炔黑重量的8 —10%的聚四氟乙烯作为粘合剂，搅拌均匀后出料。
[0014]所述的短切碳纤维的长度为3-5_。
[0015]所述的压炼是将调制好的正极材料分成800g左右的小团在炼胶机上反复碾压10—20 次。
[0016]所述的压片是将上述压炼过的正极材料压成厚度I一5mm的正极大片。
[0017]所述的烘干是将上述压片所得的正极大片于90— 100°C通风干燥箱内烘干4小时。
[0018]所述的裁片是将正极大片烘干后，裁成规定尺寸的正极片。
[0019]一种由上述方法制成的特种锂亚硫酰氯电池正极片，其特征在于:正极片含有乙炔黑和重量为乙炔黑的0.1—10%的短切碳纤维。
[0020]一种特种锂亚硫酰氯电池，由正极、负极、正负极之间的隔膜和电解液密封于不锈钢外壳内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为四氯铝酸锂溶质的亚硫酰氯溶液；所述的隔膜为玻璃纤维毡；其特征在于，所述的正极片采用上述正极片。
`[0021]原理和效果
锂亚硫酰氯电池的正极材料乙炔黑视密度低，十分蓬松。在制作极片时，需反复碾压才能成型。碾压次数一般在20-30次，质量体积比达到0.40— 0.45g/cm2。不仅工效低，而且容易碾压过度造成孔隙率降低而影响电性能。在乙炔黑中加入短切碳纤维后，由于短切碳纤维在材料中形成网状骨架的作用，使极片容易成型，在实际制作极片时碾压次数仅为原来的二分之一，也就是10次~15次，质量体积比仅为0.3-0.35g/cm2,说明孔隙率相对较闻。
[0022]由于电池放电反应过程中需要正极片具有足够的空间和通道嵌入放电反应物质，极片的孔隙率直接影响放电性能；同时，由于碳纤维良好的导电性，加入后，可以改善正极片的导电性能。经实际测试，本发明电池在同等条件下放电容量增加5-10%。
[0023]由于碳纤维在电池正极片中形成网状骨架，增加了极片的机械强度。尤其在电池放电的中后期，放电反应物质嵌入后正极片变硬，在冲击振动条件下容易破裂脱落，碳纤维网状骨架可以起到良好的加固作用，是防止出现因极片损坏造成电池内部短路，引发电池爆炸等严重事故的有效措施。
[0024]实施例1:
调衆:将1000g乙炔黑，100g纤维长度5mm的短切碳纤维加入88g的异丙醇调成衆料；搅拌使得乙炔黑和短切碳纤维均匀分散后再加入80g的聚四氟乙烯粘合剂，之后在搅拌机充分搅拌至均匀分散。
[0025]压炼:是将调制好的正极材料分成550g左右的小团在炼胶机上反复碾压10次。
[0026]压片:将上述压炼过的正极材料压成1.5mm厚度的正极大片。
[0027]烘干:将上述压片所得的正极大片于90°C通风干燥箱内烘干4小时。[0028]裁片:将正极大片烘干后，裁成规定尺寸的正极片。
[0029]制成的正极片中含有乙炔黑和重量为乙炔黑的10%的短切碳纤维。
[0030]制成特种锂亚硫酰氯电池:由正极、负极、正负极之间的隔膜和电解液密封于不锈钢外壳内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为四氯铝酸锂溶质
1.6mole的亚硫酰氯溶液；所述的隔膜为0.2mm的玻璃纤维租；所述的正极片采用本实施例制得的正极片。
[0031]实施例2:
制作电池正极片，包括如下步骤:调浆、压炼、压片、烘干、裁片；在调浆过程中，于浆料中加入一定比例的短切碳纤维，分散均匀。
[0032]调浆:将IOOOg乙炔黑、50g纤维长度3mm的短切碳纤维加入84g的异丙醇调成浆料；乙炔黑和短切碳纤维均匀分散后再加入80g的聚四氟乙烯粘合剂，之后在搅拌机充分搅拌至均匀分散。
[0033]压炼:是将调制好的正极材料分成525g左右的小团在炼胶机上反复碾压8次。
[0034]压片:将上述压炼过的正极材料压成1.5mm厚度的正极大片。
[0035]所述的烘干是将上述压片所得的正极大片于90°C通风干燥箱内烘干4小时。
[0036]所述的裁片是将正极大片烘干后，裁成规定尺寸的正极片。
[0037]制成特种锂亚硫酰氯电池正极片:正极片中含有乙炔黑和重量为乙炔黑的5%的短切碳纤维。
[0038]制成特种锂亚硫酰氯电池:由正极、负极、正负极之间的隔膜和电解液密封于不锈钢外壳内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为1.6mole的四氯铝酸锂溶质的亚硫酰氯溶液；所述的隔膜为0.2mm玻璃纤维毡；所述的正极片采用采用本例制得的正极片。
[0039]实施例3:
制作电池正极片，包括如下步骤:调浆、压炼、压片、烘干、裁片；在调浆过程中，于浆料中加入一定比例的短切碳纤维，分散均匀。
[0040]调浆:将IOOOg乙炔黑、IOg纤维长度5mm的短切碳纤维加入80.0g的异丙醇调成浆料；乙炔黑和短切碳纤维均匀分散后再加入80g的聚四氟乙烯粘合剂，之后在搅拌机中充分搅拌至均匀分散。
[0041]压炼:是将调制好的正极材料分成505g左右的小团在炼胶机上反复碾压15次。
[0042]压片:将上述压炼过的正极材料压成1.5mm厚度的正极大片。
[0043]所述的烘干是将上述压片所得的正极大片于90°C通风干燥箱内烘干4小时。
[0044]所述的裁片是将正极大片烘干后，裁成规定尺寸的正极片。
[0045]制成特种锂亚硫酰氯电池正极片:正极片中含有乙炔黑和重量为乙炔黑的1%的短切碳纤维。
[0046]制成特种锂亚硫酰氯电池:由正极、负极、正负极之间的隔膜和电解液密封于不锈钢外壳内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为1.6mole的四氯铝酸锂溶质的亚硫酰氯溶液；所述的隔膜为0.2mm的玻璃纤维毡；所述的正极片采用采用本例制得的正极片。
[0047]实施例4: 制作电池正极片，包括如下步骤:调浆、压炼、压片、烘干、裁片；在调浆过程中，于浆料中加入一定比例的短切碳纤维，分散均匀。
[0048]调浆:将IOOOg乙炔黑、5g纤维长度3mm的短切碳纤维加入80.0g)的异丙醇调成浆料；乙炔黑和短切碳纤维均匀分散后再加入IOOg的聚四氟乙烯粘合剂，之后在搅拌机中充分搅拌至均匀分散。
[0049]压炼:是将调制好的正极材料分成800g左右的小团在炼胶机上反复碾压20次。
[0050]压片:将上述压炼过的正极材料压成1.5mm厚度的正极大片。
[0051]所述的烘干是将上述压片所得的正极大片于90°C通风干燥箱内烘干4小时。
[0052]所述的裁片是将正极大片烘干后，裁成规定尺寸的正极片。
[0053]制成特种锂亚硫酰氯电池正极片:正极片中含有重量为乙炔黑的0.5%的短切碳纤维。
[0054]制成特种锂亚硫酰氯电池:由正极、负极、正负极之间的隔膜和电解液密封于不锈钢外壳内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为1.6mole的四氯铝酸锂溶质的亚硫酰氯溶液；所述的隔膜为0.2mm的玻璃纤维毡；所述的正极片采用本例制得的正极片。
[0055]实施例5 (对照组):制作电池正极片，包括如下步骤:
调浆:将IOOOg乙炔黑加入重量比80g的异丙醇调成浆料；乙炔黑均匀分散后再加入IOOg的聚四氟乙烯作为粘合剂，之后在搅拌机中充分搅拌至均匀分散。
[0056]压炼:是将调制好的正极材料分成800g左右的小团在炼胶机上反复碾压30次。
[0057]压片:将上述压炼过的正极材料压成1.5mm厚度的正极大片。
[0058]烘干:将上述压片所得的正极大片于90°C通风干燥箱内烘干4小时。
[0059]裁片:将正极大片烘干后，裁成规定尺寸的正极片。
[0060]制成特种锂亚硫酰氯电池正极片:正极片中仅含有乙炔黑。
[0061]制成特种锂亚硫酰氯电池:由正极、负极、正负极之间的隔膜和电解液密封于不锈钢外壳内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为1.6mole的四氯铝酸锂溶质的亚硫酰氯溶液；所述的隔膜为0.2mm的玻璃纤维毡；所述的正极片采用上述正极片。
[0062]对上述制成的电池分别进行检测，材料:
对照组:采用实施例5制成的未加短切碳纤维的极片10片；用该极片组装的C型电池10只。
[0063]实验组:按照本发明实施例f 4所述方法制取的极片，4个实施例各取10片；用该极片组装的C型电池各10只。
[0064]实验一:测极片的质量体积比(质量体积比=质量g/实体体积cm3)。分别试验，取均值。
[0065]实验二:测极片的机械强度:用对折法检测机械强度。对照组和实验组取相同厚度和长宽(厚度1.5mm,长度80mm,宽度40mm。)分别试验,取均值。
[0066]实验三:测电池的放电容量:150°C环境，IOOmA恒电流放电，2V终止分别试验，取均值。
[0067]试验结果:优选短切碳纤维加入量为5 —10%为宜。
[0068]
【权利要求】
1.一种电池正极片的制作方法，包括如下步骤:调浆、压炼、压片、烘干、裁片；其特征在于:在调浆过程中，于浆料中加入一定比例的短切碳纤维，并使之分散均匀。
2.根据权利要求1所述的电池正极片的制作方法，其特征在于:所述的调浆是将乙炔黑和短切碳纤维加入重量比1:6?10的异丙醇调成浆料；其中，短切碳纤维的重量为乙炔黑的 0.1—10%O
3.根据权利要求2所述的电池正极片的制作方法，其特征在于:上述调浆过程中，优选短切碳纤维的重量为乙炔黑的5-10%。
4.根据权利要求2所述的电池正极片的制作方法，其特征在于:上述调浆过程中，在乙炔黑和短切碳纤维均匀分散后再加入乙炔黑重量的8 —10%的聚四氟乙烯作为粘合剂，搅拌均匀后出料。
5.根据权利要求2所述的电池正极片的制作方法，其特征在于:所述的短切碳纤维的长度为3_5mm。
6.根据权利要求1所述的电池正极片的制作方法，其特征在于:所述的压炼是将调制好的正极材料分成505g?800g的小团在炼胶机上反复碾压10—20次；所述的压片是将上述压炼过的正极材料压成厚度I一5mm的正极大片；所述的烘干是将上述压片所得的正极大片于90— 100°C通风干燥箱内烘干4小时；所述的裁片是将正极大片烘干后，裁成规定尺寸的正极片。
7.一种由上述方法制成的特种锂亚硫酰氯电池正极片，其特征在于:由乙炔黑材料和短切碳纤维组成，其中短切碳纤维重量为乙炔黑重量的0.1-10%。
8.根据权利要求7所述的特种锂亚硫酰氯电池正极片，其特征在于:所述的正极片中短切碳纤维重量为乙炔黑重量的5—10%。
9.一种特种锂亚硫酰氯电池，由正极、负极和正负极之间的隔膜和电解液密封于壳体内组成；所述的负极为电池级金属锂制成；所述的电解液为四氯铝酸锂的亚硫酰氯溶液所述的隔膜由玻璃纤维毡制成；其特征在于，所述的正极片采用本发明提供的上述特种锂亚硫酰氯电池正极片。
10.根据权利要求9所述的特种锂亚硫酰氯电池，其特征在于，所述的电解液溶液浓度为 0.5-2.0mole。
【文档编号】H01M6/14GK103618062SQ201310462060
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年10月7日 优先权日:2013年10月7日
【发明者】杨海南, 张作民 申请人:天津德克尼斯电子科技有限公司