專利名稱：具有兩種陰極載體的柱式鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于柱式電池，具體涉及一種柱式鋰電池。
背景技術(shù)：
液體陰極鋰電池包括鋰亞硫酰氯(Li/S0Cl2)、鋰二氧化硫(Li/S02)和鋰硫酰氯 (Li/S02Cl)電池等，具有比能量高、功率大、低溫性能好等優(yōu)點(diǎn)，在軍事、工業(yè)和民用領(lǐng)域均 有較廣泛的應(yīng)用。與固體陰極電池不同的是，液體陰極柱式鋰電池的正極活性物質(zhì)還同時(shí) 充當(dāng)電解液發(fā)揮作用，其還原反應(yīng)主要發(fā)生在具有一定催化活性的多孔陰極載體上，反應(yīng) 產(chǎn)物則沉積在多孔陰極載體的表面及其孔隙內(nèi)部，因而陰極的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足良好的離 子傳質(zhì)條件和電子導(dǎo)電性，以保證柱式鋰電池具有優(yōu)良的電性能。對(duì)于鋰亞硫酰氯電池，放 電反應(yīng)進(jìn)行時(shí)，放電產(chǎn)物會(huì)首先沉積在陰極載體孔隙入口處，同時(shí)，隨放電深度增加，陰極 載體孔隙中會(huì)逐步被固體產(chǎn)物所填充堵塞，陰極柱體也收縮變硬，因而不利于電解液傳質(zhì)， 電化學(xué)極化明顯增大直至電池衰竭。對(duì)于能量型鋰亞硫酰氯電池，目前陰極載體多以圓柱 形碳包結(jié)構(gòu)為主，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)常出現(xiàn)的異常是，放電衰竭后陰極柱體分為兩部分，下部分完 全變硬，而上部分則偏軟，并沒有得到充分利用。其原因是下部分由于浸泡在電解液中，供 液充分，可以完全發(fā)揮作用，但柱體上部分除自身吸取部分電解液之外，還需要依靠柱體吸 取并傳輸更多的電液，但由于下部分反應(yīng)充分，孔道被反應(yīng)產(chǎn)物堵塞，造成電液向上輸送困 難，造成電池過早衰竭，放電容量偏低。雖然可以通過加入NH4Ha^KCl等造孔劑，改善碳包 孔隙結(jié)構(gòu)，但隨放電產(chǎn)物的沉積，碳包利用率仍舊很低。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種陰極載體吸液量大，游離電解液量極少，同時(shí)電 液輸送通暢的柱式鋰電池，以提高電池放電容量，同時(shí)也能夠抑制陰極載體因吸收電解液 而導(dǎo)致自身體積過分膨脹，從而降低電池內(nèi)部異常發(fā)生的幾率。本實(shí)用新型的技術(shù)方案為具有兩種陰極載體的柱式鋰電池，它包括殼體，殼體上 連接上蓋，殼體內(nèi)設(shè)的陽極片，陰極引出柱，陰極引出柱穿出上蓋，陽極片內(nèi)層設(shè)的隔膜，電 解液，隔膜與陰極引出柱之間的空間內(nèi)設(shè)置有陰極載體，陰極載體由非連續(xù)性的含碳材料 結(jié)構(gòu)的陰極載體和連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體兩部分構(gòu)成；所述連續(xù)性含碳材料的 結(jié)構(gòu)的陰極載體是柱體，柱體的截面是圓形、圓環(huán)形、橢圓形、花瓣形及多邊形中的任一種； 所述非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體是由顆粒狀、塊狀、片狀、絲狀、帶狀、球形、針形 中的一種或幾種單元形狀的含碳物質(zhì)堆積而成，單元形狀的物質(zhì)之間具有電解液存儲(chǔ)和流 通孑L道。所述非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體和連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體 至少分上下兩層設(shè)置。所述非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體的單元形狀的含碳物質(zhì)的粒徑為 0. 1 5毫米。
3[0007]陰極載體中具有非連續(xù)性結(jié)構(gòu)的部分是由顆粒狀、塊狀、片狀、絲狀、帶狀、球形、 針形中的一種或幾種單元形狀的含碳物質(zhì)堆積而成，單元形狀的含碳物質(zhì)之間具有一定大 小的間隙，可以儲(chǔ)存電解液，特別是其宏觀及微觀孔隙均非常豐富，可以作為電解液存儲(chǔ)和 流通傳輸孔道。所述陰極載體中具有連續(xù)性結(jié)構(gòu)的部分則是先按工藝規(guī)定的各組分配比制備正 極漿料，然后經(jīng)由合適尺寸的炭包成型模具擠出成型，經(jīng)干燥、發(fā)泡制備符合尺寸要求的炭 包。相對(duì)于常規(guī)工藝中使用的炭包而言，所述炭包的直徑與其相當(dāng)，但高度則小得多，因而 較同型號(hào)電池所使用的炭包其發(fā)泡效果更好，性能更優(yōu)。與前述具有非連續(xù)性結(jié)構(gòu)的炭材 料協(xié)同配合作為柱式鋰電池的陰極載體，可以顯著提高電池放電性能，同時(shí)能有效降低電 池的開路低壓等異常，提高下機(jī)電池優(yōu)等品率。所述所述非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體和連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極 載體可以是間隔設(shè)置的三層、四層或多層設(shè)置，最上層是連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載 體，最下層是非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體。連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體是直接由炭包成型模具擠出成型所得到的，或 是采用成型模具對(duì)膜片狀正極直接沖制所得到的。本實(shí)用新型陰極載體由兩部分共同組成，一部分由具有非連續(xù)性結(jié)構(gòu)的含碳材料 構(gòu)成，另一部分則由具有連續(xù)性結(jié)構(gòu)的含碳材料構(gòu)成，二者協(xié)同配合，以提高電池放電性 能。具有非連續(xù)性結(jié)構(gòu)的含碳材料構(gòu)成的陰極載體部分，所述陰極載體主要設(shè)置在柱式電 池陰極腔底部，陰極載體上設(shè)有電解液流通孔道即以含碳材料之間的間隙作為電解液的存 儲(chǔ)和傳輸通道，不僅可以傳質(zhì)，還可以提供足夠的空間容納放電過程所產(chǎn)生的固體產(chǎn)物。它 克服了現(xiàn)有圓柱形陰極載體自身吸液性能差，輸液困難，利用率低的缺點(diǎn)；它能使陰極載體 充分發(fā)揮效能，提高載體和電液利用率。具有連續(xù)性結(jié)構(gòu)的含碳材料構(gòu)成的陰極載體部分 是直接由擠出模具擠出成型所得到的，所述陰極載體主要設(shè)置在前面所述具有非連續(xù)性結(jié) 構(gòu)的含碳材料構(gòu)成的陰極載體上面，除通過自身孔隙吸收部分電液之外，還可以通過下面 的具有非連續(xù)性結(jié)構(gòu)且孔道豐富的陰極載體向上輸送所需電液，同時(shí)也可限制下面的陰極 載體過度膨脹導(dǎo)致電池內(nèi)部短路異常，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同配合以提高電池放電性能，并且降低 下機(jī)電池開路低壓等異常，可顯著提高下機(jī)電池優(yōu)等品率。

圖1由兩部分陰極載體構(gòu)成的柱式鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖。圖2具有連續(xù)性結(jié)構(gòu)的陰極載體截面示意圖。圖3具有非連續(xù)性結(jié)構(gòu)的陰極載體截面示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，殼體1內(nèi)設(shè)的陽極片2，陽極片2為金屬鋰片，金屬鋰片壓在殼體1內(nèi) 壁上。陽極片2內(nèi)層設(shè)隔膜3，隔膜3玻璃纖維隔膜。殼體1上連接上蓋10;陰極引出柱7 穿出上蓋10 ；陰極引出柱7形成集流桿，集流桿上連接集流網(wǎng)5(采用焊接連接)。玻璃纖 維隔膜3與集流網(wǎng)5之間的空間內(nèi)設(shè)置有陰極載體4和陰極載體6。陰極載體4是非連續(xù) 性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體，非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體4由顆粒狀、塊狀、片狀、絲狀、帶狀、球形、針形中的一種或幾種單元形狀的含碳物質(zhì)9直接填裝在陰極腔體中 堆積而成，單元形狀的物質(zhì)9之間具有電解液存儲(chǔ)和流通孔道8。如圖3所示，流通孔道8 可以儲(chǔ)存電解液，也可以作為電解液流通孔道；具體的陰極載體4也可以由顆粒狀、塊狀、 片狀、絲狀、帶狀、球形、針形中的任一種或幾種形狀的單元形狀的含碳物質(zhì)也通過機(jī)械擠 壓成截面為圓形、圓環(huán)形、橢圓形、花瓣形、方形、六角形及多邊形中的任一種柱體。非連續(xù) 性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體的單元形狀的含碳物質(zhì)的粒徑為0. 1 5毫米。陰極載體6是連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體，由具有連續(xù)性結(jié)構(gòu)的含碳材料 構(gòu)成，具體的陰極載體6是直接由炭包成型模具擠出成型所得到的，柱體的截面可以是圓 形、圓環(huán)形、橢圓形、花瓣形、方形、六角形及多邊形中的任一種結(jié)構(gòu)。具體的陰極載體6也 可以由成型模具對(duì)膜片狀正極直接沖制所得到的，沖制所得到的正極片截面可以是圓形、 圓環(huán)形、橢圓形、花瓣形、方形、六角形及多邊形中的任一種結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中陰極載體的截 面是圓環(huán)形。具體在電池裝配過程中，是先將陰極載體4放置于陰極腔體底部，然后在其上 面疊加放置陰極載體6。也可以是陰極載體4和陰極載體6間隔設(shè)置的。集流網(wǎng)5的長度可以是陰極載體4和陰極載體6的累計(jì)長度，也可以是陰極載體 4的長度。陰極載體4的堆積而成可以是0. l_5mm的顆粒狀、塊狀、片狀、絲狀、帶狀、球形、針 形中的一種或幾種單元形狀的陰極單元入直徑Φ為9. 0-9. 5mm的圓筒型模具中擠壓成型， 也可以是將0. l_5mm的顆粒狀、塊狀、片狀、絲狀、帶狀、球形、針形中的一種或幾種單元形 狀的陰極單元直接放入電池殼體中。本實(shí)用新型的關(guān)鍵在于將連續(xù)性的陰極和非連續(xù)性的陰極有機(jī)地組合在一起，充 分的發(fā)揮兩個(gè)的優(yōu)勢(shì)，這是對(duì)現(xiàn)有常規(guī)鋰亞能量型電池結(jié)構(gòu)的突破。
權(quán)利要求一種具有兩種陰極載體的柱式鋰電池，它包括殼體，殼體上連接上蓋，殼體內(nèi)設(shè)的陽極片，陰極引出柱，陰極引出柱穿出上蓋，陽極片內(nèi)層設(shè)的隔膜，電解液，其特征在于隔膜與陰極引出柱之間的空間內(nèi)設(shè)置有陰極載體，陰極載體由非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體和連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體兩部分構(gòu)成；所述連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體是柱體，柱體的截面是圓形、圓環(huán)形、橢圓形、花瓣形及多邊形中的任一種；所述非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體是由顆粒狀、塊狀、片狀、絲狀、帶狀、球形、針形中的一種或幾種單元形狀的含碳物質(zhì)堆積而成，單元形狀的物質(zhì)之間具有電解液存儲(chǔ)和流通孔道。
2.如權(quán)利要求1所述具有兩種陰極載體的柱式鋰電池，其特征在于所述非連續(xù)性的含 碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體和連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體至少分上下兩層設(shè)置。
3.如權(quán)利要求1所述具有兩種陰極載體的柱式鋰電池，其特征在于所述陰極引出柱與 陰極載體之間設(shè)有集流網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求1所述具有兩種陰極載體的柱式鋰電池，其特征在于所述非連續(xù)性的含 碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體的單元形狀的含碳物質(zhì)的粒徑為0. 1 5毫米。
5.如權(quán)利要求1或2所述具有兩種陰極載體的柱式鋰電池，其特征在于所述非連續(xù)性 的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體在連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體的下面。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有兩種陰極載體的柱式鋰電池，它包括殼體，殼體上連接上蓋，殼體內(nèi)設(shè)的陽極片，陰極引出柱，陰極引出柱穿出上蓋，陽極片內(nèi)層設(shè)的隔膜，電解液，隔膜與陰極引出柱之間的空間內(nèi)設(shè)置有陰極載體，陰極載體由非連續(xù)性的含碳材料結(jié)構(gòu)的陰極載體和連續(xù)性含碳材料的結(jié)構(gòu)的陰極載體兩部分構(gòu)成。其中陰極載體由兩部分共同組成；二者上下疊加并協(xié)同配合，可以顯著提高電池放電性能，同時(shí)能有效降低電池的開路低壓等異常，提高下機(jī)電池優(yōu)等品率。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK201717312SQ20092028926
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者孫世強(qiáng), 王志剛 申請(qǐng)人:武漢力興(火炬)電源有限公司