[發(fā)明專利]一種高溫鋰亞硫酰氯電池的正極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410205554.5
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號(hào): CN103972466A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮姍;徐楊明;劉芬;李琴
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢瀚興日月電源有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/06
• 分類號(hào): H01M4/06;H01M4/62;H01M4/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 鐘鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰亞硫酰氯電池，具體涉及一種高溫鋰亞硫酰氯電池的正極及其制備方法。

背景技術(shù)

早在1971年，美國GTE公司開始研制無機(jī)非水電解質(zhì)鋰/亞硫酰氯電池并獲得。鋰/亞硫酰氯電池具有高的比能量、工作電壓平穩(wěn)、使用壽命長達(dá)10年以上、使用范圍寬(-40℃～85℃)等特點(diǎn)，是世界上目前實(shí)際應(yīng)用比能量最高的電池，備受軍工領(lǐng)域的關(guān)注，許多國家的武器研制中均將其作為配套電源。近年來，中國、美國、法國、以色列等國家均進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)此電池體系的技術(shù)研究，并希望將其應(yīng)用拓展至更廣泛的民用領(lǐng)域。

鋰亞硫酰氯電池被廣泛應(yīng)用于智能水表、電表、燃?xì)獗怼⑹涂碧降忍厥庑袠I(yè)和其他低功耗工業(yè)設(shè)備中。但這種電池在高溫貯存一段時(shí)間后失效，電壓滯后嚴(yán)重，安全性能不夠理想，影響了電池的可靠性。

為了解決高溫貯存后電壓滯后，電壓平臺(tái)低的問題，許多企業(yè)和科學(xué)家做了大量的工作，包括在電解液中添加聚氯乙烯等化合物減慢電解液的流動(dòng)緩解LiCl膜的生成；加入替代LiAlCl4的電解質(zhì)鹽，如利用多面體的氫化硼陰離子B10H102-和B12H122-的鹵化作用形成的鹵硼酸鹽；在鋰陽極涂聚合物電解質(zhì)涂料減少LiCl膜的生成以及在碳陰極的附著。這些方法在一定程度上能緩解電壓滯后問題，但目前沒有成熟的理論證明這些添加劑對(duì)電池后續(xù)的使用是否無影響，且增加了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種高溫鋰亞硫酰氯電池的正極及其制備方法，以改善電池電壓滯后性能，同時(shí)提高電池的放電平臺(tái)與安全性。

本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為：

高溫鋰亞硫酰氯電池的正極，所述正極由乙炔黑、銅粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘結(jié)劑和溶劑組成，所述乙炔黑、銅粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘結(jié)劑、溶劑質(zhì)量比為10:0.8：(0.2-0.5)：(0.3-0.7):45.5。

按上述方案，所述聚四氟乙烯乳液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的水乳液。

按上述方案，所述含氯高分子粘結(jié)劑與聚四氟乙烯乳液的重量比優(yōu)選為(0.5-1)：1。

按上述方案，所述含氯高分子粘結(jié)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％的聚氯丁二烯水乳液。聚氯丁二烯，即通用氯丁橡膠，其分子量10萬左右，反式-1，4-結(jié)構(gòu)占85％以上。

所述含氯高分子粘結(jié)劑選用聚氯丁二烯乳液，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不與電解液發(fā)生反應(yīng)，分解溫度介于150℃～200℃，具有一定的導(dǎo)電性。

按上述方案，溶劑由無水乙醇和水組成，根據(jù)環(huán)境溫濕度，無水乙醇與去離子水的重量比優(yōu)選為1:(1.5-2.5)。

高溫鋰亞硫酰氯電池正極的制備方法，包含以下步驟：

1)和粉：將乙炔黑、銅粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘結(jié)劑和溶劑按重量配比混合均勻成膏狀物，所述乙炔黑、銅粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘結(jié)劑、溶劑質(zhì)量比為10:0.8：(0.2-0.5)：(0.3-0.7):45.5；

2)拋丸：將步驟1)中的膏狀物切成顆粒，然后將顆粒拋丸成型；

3)干燥：將拋丸成型的顆粒干燥；

4)纖維化：將烘干后的顆粒放入干燥箱中在180℃～220℃，纖維化6～8h使之充分纖維化，冷卻后得到高溫鋰亞硫酰氯電池正極。

按上述方案，所述步驟1)中和粉時(shí)將乙炔黑、銅粉先干和，再倒入聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘結(jié)劑、無水乙醇、水的混合液進(jìn)行濕和。和粉程序先干和再濕和，更有利于原料混合均勻。

按上述方案，所述步驟3)干燥的溫度為40～60℃，時(shí)間為10～12h。

按上述方案，所述步驟4)中纖維化過程次數(shù)為2～3次。多次加熱至180℃～220℃更有利于聚四氟乙烯纖維化完全，含氯高分子粘結(jié)劑揮發(fā)更徹底。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

第一，本發(fā)明制備的高溫鋰亞硫酰氯電池正極顆粒在電解液中能保持球狀并聚集在一起，有效減少了反應(yīng)離子和電荷在多孔電極中的傳輸阻力，減少了反應(yīng)過程中的濃差極化，提高了放電平臺(tái)、緩解電壓滯后問題；

第二，本發(fā)明所述正極中加入一定量導(dǎo)電性的含氯高分子粘結(jié)劑(即聚氯丁二烯水乳液)，減少了絕緣高分子聚四氟乙烯的用量，降低了正極顆粒的歐姆電阻，提高了正極顆粒的導(dǎo)電性；而聚四氟乙烯本身基本沒有粘度，加入含氯高分子粘結(jié)劑后，提高了正極的粘度，同時(shí)也減少了和粉過程中溶劑(水和無水乙醇)的使用量；