一種基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電池制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱電池是一次貯備電池，具有功率高、輸出電流大、貯存時間長和環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點，是軍事裝備中應(yīng)用最廣泛、裝備量最大的貯備電池；目前，國內(nèi)熱電池電極片均采用粉末壓片工藝制備，即:將電極粉體材料均勻布灑在導(dǎo)電襯底上，再施壓成型；由于粉體自支撐性差，導(dǎo)致極片不能做的很薄、大直徑極片無法成型，這些已成熱電池小型化的瓶頸。因此，研宄熱電池微型/薄型化極片制造技術(shù)，對國防工業(yè)具有重大意義。
[0003]熱電池負極材料一般活性極高，在空氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，遇水劇烈反應(yīng)發(fā)生爆炸，因此至今未見熱電池負極漿料制備涂覆的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種采用熱電池負極漿料制備薄型熱電池負極極片的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中熱電池極片不能薄型化的問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，包括:
(O將熱電池負極粉體材料、粘結(jié)劑和有機分散劑混合，以200-1500r/min的轉(zhuǎn)速，攪拌30min-24h，得熱電池負極均一楽料；
(2)將所述熱電池負極均一漿料涂覆在導(dǎo)電襯底上，經(jīng)干燥、固化、壓制，得薄型熱電池負極極片。
[0006]在熱電池負極均一漿料中，各組分的質(zhì)量百分含量為:熱電池負極粉體材料15-80%、粘結(jié)劑0.2-10%和分散劑15-80%。
[0007]所述熱電池負極粉體材料為鋰硅合金或鋰鋁合金。
[0008]所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂、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種。
[0009]所述有機分散劑為烷酮類、烷烴類和烷醇類有機溶劑中的至少一種；所述烷酮類有機溶劑的通式為，CmHnNtOs，其中，m=4-10，n=7_12，t=l_3，s=l_5 ;所述烷烴類有機溶劑的通式為，CxHy，其中，x=5-12, y=7-20 ;所述烷醇類有機溶劑的通式為，CaHbO。，其中，a=2_5，b=4_8，c=l-30
[0010]在所述步驟(2)中，所述熱電池負極均一漿料在導(dǎo)電襯底上的涂覆厚度為20-500um，涂覆速度為0.l-50cm/min，涂覆環(huán)境為在濕度小于2%的環(huán)境或手套箱中。
[0011]在所述步驟(2)中，在真空干燥箱中進行干燥，干燥溫度為25-100°C，干燥時間為30min-24ho
[0012]在所述步驟(2)中，將干燥固化后的熱電池負極極片在2-15Mpa下壓制30s_5min，得薄型熱電池負極極片。
[0013]所述導(dǎo)電襯底為石墨紙、金屬箔、金屬片或泡沫镲。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果:
I)本發(fā)明首次提出了熱電池負極漿料及其制備方法，使得由活性極高的熱電池負極材料制備成穩(wěn)定的熱電池負極漿料成為可能，并且正是由于制備得到的熱電池負極漿料，才實現(xiàn)了薄型熱電池負極極片的制備；較現(xiàn)有的粉末壓片成型工藝，本方法制備的熱電池負極極片厚度可減薄1/3~1/2，厚度在數(shù)十至數(shù)百微米范圍內(nèi)可調(diào)，比功率、比能量等電化學(xué)性能也得到大大提高，且成本較低、工藝簡單，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，為熱電池小型/薄型化領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作，對推動國防工業(yè)的發(fā)展具有極高價值。
[0015]2)本發(fā)明的熱電池負極漿料是由于在熱電池負極粉體材料中加入特定的有機分散劑和粘結(jié)劑，采用特定的工藝制備而成，均勻性好，穩(wěn)定性高，成型性好；本發(fā)明的薄型熱電池負極極片是將熱電池負極均一漿料以特定的速度及厚度涂覆在導(dǎo)電襯底上形成，由于有導(dǎo)電襯底的支撐，該負極極片不受粉末支撐強度的限制，可制得大直徑薄型極片；并且，該薄型負極極片的活性物質(zhì)利用率高，內(nèi)阻小，有利于制備更大功率的熱電池。
[0016]3)本發(fā)明制備的薄型熱電池負極極片環(huán)境適應(yīng)性好，可在高過載、高沖擊和高自旋等極端環(huán)境下使用，為特種武器彈藥提供了電源解決方案，擴大了熱電池的使用范圍；激活速度更快，與同規(guī)格的采用粉末壓制電極片的熱電池相比，激活速度快10%以上。
【具體實施方式】
[0017]為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下具體實施例，對本申請作進一步地詳細說明。
[0018]實施例1
制備熱電池負極均一漿料:在濕度〈2%的干燥室內(nèi)，將鋰硅合金L1-Sil5%、環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑5%和C7H16有機分散劑80%按照比例進行混合，以1500r/min的轉(zhuǎn)速，機械攪拌30min，得熱電池負極均一漿料；上述比例均為質(zhì)量百分比。
[0019]再在表面處理后的石墨紙上以45cm/min速度涂覆厚50 um的熱電池負極均一楽料，并于真空干燥箱中在100°c下烘30min固化；然后將制備的樣品在5Mpa的壓力下壓制4min，得薄型熱電池負極極片；該負極極片的厚度為25um。
[0020]實施例2
制備熱電池負極均一漿料:在手套箱中，將鋰鋁合金L1-A120%、聚四氟乙烯乳液粘結(jié)劑0.2%和C2H6O有機分散劑79.8%按照比例進行混合，以300r/min的轉(zhuǎn)速，磁力攪拌24h，得熱電池負極均一漿料；上述比例均為質(zhì)量百分比。
[0021]再在表面處理后的金屬箔上以20cm/min速度涂覆厚10um的熱電池負極均一漿料，并于真空干燥箱中在25°C下烘24h固化；然后將制備的樣品在15Mpa的壓力下壓制30s，得薄型熱電池負極極片；該負極極片的厚度為80um。
[0022]實施例3
制備熱電池負極均一漿料:在濕度〈2%的干燥室內(nèi)，將鋰硅合金L1-Si 70%、聚偏氟乙烯粘結(jié)劑5%和C4H7NO有機分散劑25%按照比例進行混合，以1000r/min的轉(zhuǎn)速，磁力攪拌2h，得熱電池負極均一漿料；上述比例均為質(zhì)量百分比。
[0023]再在表面處理后的金屬片上以5cm/min速度涂覆厚400 um的熱電池負極均一漿料，并于真空干燥箱中在60°C下烘1h固化；然后將制備的樣品在2Mpa的壓力下壓制5min，得薄型熱電池負極極片；該負極極片的厚度為350um。
[0024]實施例4
制備熱電池負極均一漿料:在濕度〈2%的干燥室內(nèi)，將鋰鋁合金L1-A160%、聚乙烯醇粘結(jié)劑10%和C4HltlO有機分散劑30%按照比例進行混合，以200r/min的轉(zhuǎn)速，磁力攪拌20h，得熱電池負極均一漿料；上述比例均為質(zhì)量百分比。
[0025]再在表面處理后的泡沫镲上以0.lcm/min速度涂覆厚500 um的熱電池負極均一漿料，并于真空干燥箱中在80°C下烘2h固化；然后將制備的樣品在1Mpa的壓力下壓制lmin，得薄型熱電池負極極片；該負極極片的厚度為450um。
[0026]實施例5
制備熱電池負極均一漿料:在濕度〈2%的干燥室內(nèi)，將鋰硅合金L1-Si 40%、硅氧烷粘結(jié)劑7%和C5H9NO有機分散劑53%按照比例進行混合，以800r/min的轉(zhuǎn)速，磁力攪拌10h，得熱電池負極均一漿料；上述比例均為質(zhì)量百分比。
[0027]再在表面處理后的石墨紙上以10cm/min速度涂覆厚200um的熱電池負極均一漿料，并于真空干燥箱中在40°C下烘18h固化；然后將制備的樣品在7Mpa的壓力下壓制2min，得薄型熱電池負極極片；該負極極片的厚度為150um。
[0028]實施例6
制備熱電池負極均一漿料:在濕度〈2%的干燥室內(nèi)，將鋰鋁合金L1-A130%、聚四氟乙烯乳液粘結(jié)劑1%和C6H14有機分散劑69%按照上述比例進行混合，以500r/min的轉(zhuǎn)速，磁力攪拌7h，得熱電池負極均一漿料；上述比例均為質(zhì)量百分比。
[0029]再在表面處理后的石墨紙上以lcm/min速度涂覆厚300 um的熱電池負極均一漿料，并于真空干燥箱中在70°C下烘6h固化；然后將制備的樣品在13Mpa的壓力下壓制3min，得薄型熱電池負極極片；該負極極片的厚度為270um。
【主權(quán)項】
1.一種基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是，包括: (O將熱電池負極粉體材料、粘結(jié)劑和有機分散劑混合，以200-1500r/min的轉(zhuǎn)速，攪拌30min-24h，得熱電池負極均一楽料； (2)將所述熱電池負極均一漿料涂覆在導(dǎo)電襯底上，經(jīng)干燥、固化、壓制，得薄型熱電池負極極片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:在熱電池負極均一漿料中，各組分的質(zhì)量百分含量為:熱電池負極粉體材料15-80%、粘結(jié)劑0.2-10%和有機分散劑15-80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:所述熱電池負極粉體材料為鋰硅合金或鋰鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:所述粘結(jié)劑為環(huán)氧樹脂、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種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:所述有機分散劑為烷酮類、烷烴類和烷醇類有機溶劑中的至少一種；所述烷酮類有機溶劑的通式為，CmHnNtOs，其中，m=4-10，n=7_12，t=l_3，s=l_5 ;所述烷烴類有機溶劑的通式為，CxHy，其中，x=5-12，y=7-20 ;所述烷醇類有機溶劑的通式為，CaHb0。，其中，a=2_5，b=4_8，c=l_30
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:在所述步驟(2)中，所述熱電池負極均一漿料在導(dǎo)電襯底上的涂覆厚度為20-500um，涂覆速度為0.l-50cm/min，涂覆環(huán)境為在濕度小于2%的環(huán)境或手套箱中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:在所述步驟(2)中，在真空干燥箱中進行干燥，干燥溫度為25-100°C，干燥時間為30min-24ho
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:在所述步驟(2)中，將干燥固化后的熱電池負極極片在2-15Mpa下壓制30s_5min，得薄型熱電池負極極片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法，其特征是:所述導(dǎo)電襯底為石墨紙、金屬箔、金屬片或泡沫鎳。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電池制造領(lǐng)域，具體涉及一種基于漿料涂覆法制備薄型熱電池負極極片的方法。該方法將熱電池負極粉體材料、粘結(jié)劑和有機分散劑混合，攪拌形成均一漿料，并在導(dǎo)電襯底上涂覆成型，干燥固化后得薄型化熱電池負極極片。較現(xiàn)有的粉末壓片成型工藝，本方法制備的熱電池負極極片厚度可減薄1/3~1/2，厚度在數(shù)十至數(shù)百微米范圍內(nèi)可調(diào)，比功率、比能量等電化學(xué)性能得到大大提高，且成本較低、工藝簡單，適合于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，是在熱電池小型/薄型化領(lǐng)域的開創(chuàng)性工作，對推動國防工業(yè)的發(fā)展具有極高價值。
【IPC分類】H01M4-08
【公開號】CN104681779
【申請?zhí)枴緾N201510055015
【發(fā)明人】鄧亞鋒, 原勇強, 魏華, 李科, 蘭偉, 崔益秀
【申請人】中國工程物理研究院電子工程研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月3日