一种复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极及其制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池的正极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂/亚硫酰氯电池是实际应用电池系列中工作电压最高(3.6V)和实际输出比能量最高的一种电池(比能量590W‘h/Kg)，并广泛应用在民用以及军事航天领域中。随着电池技术的发展，在一些高比功率的场合，如水下航行器、浮标、声纳等平台，需要兼备容量性能和功率性能的锂/亚硫酰氯电池。目前，锂/亚硫酰氯电池的锂负电极多采用高纯度锂制备成的锂带(99.9%纯锂)，难以从方面负极对电池的能量和功率进行改进，因此限制锂亚硫酰氯电池能量和功率性能的主要因素为乙炔黑材料所组成的正极。此外锂/亚硫酰氯电池大电流工作时其发热量也随之增大，保证其高倍率下的安全性也是电池研究的重要方向。
[0003]因此研究高性能导电材料对碳正极的掺杂改性，从而制备出具备高功率特性的锂/亚硫酰氯电池，是目前研究的重点。而碳基导电剂相比于金属导电剂，质量更轻，同时在电解液中的稳定性更好，是碳正极掺杂材料的首选。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:对现有锂/亚硫酰氯电池的正极材料及制备方法进行改进优化，确定科琴黑和石墨烯导电剂的比例，从而设计制备出更高功率的锂/亚硫酰氯电池，确保电极的强度要求，并且具有最少的步骤和最低的生产成本损耗。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明选用科琴黑和石墨烯导电剂作为掺杂材料。
[0006]—种复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极，包含科琴黑和石墨烯，且科琴黑与石墨烯的质量比为20?30:2?12。
[0007]所述电池正极还包含聚四氟乙烯乳液，且聚四氟乙烯乳液，科琴黑和石墨烯三者的质量比为5:20?30:2?12。
[0008]所述电池正极还包含乙炔黑，且乙炔黑，科琴黑，石墨烯和聚四氟乙烯乳液的质量比为:<63:20?30:2?12:5。乙炔黑可以根据产品的经济性加以选择，可以不添加，但添加的最尚限量不超过63。
[0009]作为选择之一，锂/亚硫酰氯电池正极中科琴黑和石墨烯的质量比为30:2。
[0010]进一步，上述正极还包含聚四氟乙烯乳液，且聚四氟乙烯乳液，科琴黑和石墨烯三者的质量比为5:30:2。
[0011]再进一步，上述正极还包含乙炔黑，且乙炔黑，科琴黑，石墨烯和聚四氟乙烯乳液的质量比为= 63:30:2:5。
[0012]针对上述正极材料，本发明设计了以下制备复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极的方法，包括如下步骤:
I)和膏:将科琴黑和石墨烯混合后球磨，之后将球磨后的混合物与聚四氟乙烯乳液混合均匀成膏状物； 2)烘膏:将步骤I)得到的膏状物烘干，烘干温度为60°C?70°C，时间248小时；
3)破乳:将步骤2)烘干后得到的干粉中加入酒精和纯水，搅拌均匀；
4)滚膜:用热炼机将步骤3)的混合物热辊压到设计厚度，即得含复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池的碳膜。
[0013]作为另一种选择，所述步骤I)中，将科琴黑和石墨烯混合后球磨所得混合物与乙炔黑和聚四氟乙烯乳液混合均匀成膏状物。
[0014]上述制备过程中，科琴黑和石墨稀混合后球磨的时间为20min?60min。
[0015]本发明与现有技术相比，锂/亚硫酰氯电池的正极材料中加入了科琴黑和石墨烯导电剂作为掺杂材料，由于科琴黑和石墨烯均有良好的导电性，石墨烯对提升电池电压有着明显的优势，科琴黑对提升电池容量有着明显的优势，以上两种导电剂的复合同时提升了电池的工作电压和容量。
[0016]另外，科琴黑是支链状结构，采用科琴黑的电极会在浸泡电解液后发生膨胀，导致电池外壳形变，科琴黑在电极中的比例越多膨胀就越明显，而石墨烯为微片状结构，将科琴黑和乙炔黑混合后，在加入由乙炔黑组成的基底材料中，先后通过机械搅拌和热辊压的方式组成复合电极后，微片状石墨烯可以有效地阻止科琴黑的膨胀效应，使得电池碳电极的强度增大。
[0017]此外，采用本发明的制备方法，能够显著降低锂/亚硫酰氯电池的生产成本损耗，简化生产流程。
【附图说明】
[0018]图1为本发明复合导电剂后的电极和普通乙炔黑电极的放电曲线对比。
【具体实施方式】
[0019]将30g科琴黑和2g石墨烯混合后球磨lh，之后将球磨后的混合物加入720ml纯水中，并再加入5g聚四氟乙稀(PTFE)乳液，在搅拌机中搅拌1min，之后将乙炔黑63g加入搅拌液中，在搅拌机中搅拌lh。之后将混合后的浆料在65°C的环境下加热48h后取出。加入600ml酒精和150ml纯水进行破乳，并用热炼机进行辊压制备出电池所需厚度的碳膜并压制在泡沫镍网上，采用玻璃纤维和PTFE复合隔膜以增加电池安全性，与锂负极一起装配成极板组。装入方型不锈钢电池壳体，注入1.8M LiAlCl4/SOCl2电解液，对注液孔进行焊接密封。
[0020]下面结合附图对本发明的效果做进一步详细说明:
如图1所示，由于科琴黑和石墨烯均有良好的导电性，而石墨烯对提升电池电压有着明显的优势，科琴黑对提升电池容量有着明显的优势，所以以上两种导电剂的复合同时提升了电池的工作电压和容量。
【主权项】
1.一种复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极，其特征在于:包含科琴黑和石墨烯，且科琴黑与石墨烯的质量比为20?30:2?12。2.根据权利要求1所述的一种复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极，其特征在于:所述电池正极还包含聚四氟乙烯乳液，且聚四氟乙烯乳液，科琴黑和石墨烯三者的质量比为5:20 ?30:2 ?12。3.根据权利要求1所述的一种复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极，其特征在于:所述电池正极还包含乙炔黑，且乙炔黑，科琴黑，石墨烯和聚四氟乙烯乳液的质量比为:<63:20?30:2?12:5ο4.一种制备权利要求2所述复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极的方法，其特征在于包括如下步骤: 和膏:将科琴黑和石墨烯混合后球磨，之后将球磨后的混合物与聚四氟乙烯乳液混合均匀成膏状物； 烘膏:将步骤I)得到的膏状物烘干，烘干温度为60 V?70 0C，时间2 48小时； 破乳:将步骤2)烘干后得到的干粉中加入酒精和纯水，搅拌均匀； 滚膜:用热炼机将步骤3)的混合物热辊压到设计厚度，即得含复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池的碳膜。5.根据权利要求4所述的制备复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极的方法，其特征在于:所述步骤I)中，将科琴黑和石墨烯混合后球磨球的混合物与乙炔黑和聚四氟乙烯乳液混合均匀成膏状物。6.根据权利要求4或5所述的制备复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池正极的方法，其特征在于:科琴黑和石墨稀混合后球磨的时间为20min?60min。
【专利摘要】本发明公开了一种复合导电剂的锂/亚硫酰氯电池的正极及其制备方法。本发明通过在正极材料中加入一定比例的科琴黑和石墨烯，从而提高电池的工作电压和容量。作为较佳的实施方式，正极由乙炔黑、科琴黑、石墨烯和聚四氟乙烯乳液组成，且乙炔黑、科琴黑、石墨烯和聚四氟乙烯乳液的质量比为：63：30：2：5，经过和膏，烘膏，破乳和滚膜等流程制备出符合要求的锂/亚硫酰氯电池正极。
【IPC分类】H01M4/62, H01M4/08, H01M6/14, H01M4/06
【公开号】CN105576188
【申请号】CN201510949206
【发明人】魏俊华, 谭思平, 钱顺友, 陈铤, 王庆杰, 赵洪楷, 万伟华
【申请人】贵州梅岭电源有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月18日