大容量Li-FeS2硬包裝異形單體電池的製作方法
2023-05-29 15:42:01
大容量Li-FeS2硬包裝異形單體電池的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種大容量Li-FeS2硬包裝異形單體電池，包括單體電池殼、單體電池蓋，其特點是：所述單體電池殼為異形金屬殼體，所述異形金屬殼體為底面一端或兩端為缺少直角形的殼體，異形金屬殼體內有間隔擺放且正、負極板導耳相對應的FeS2大功率異形包膜正極板和鋰箔異形包膜負極板；全部正極板導耳固裝於一正極引出片、全部負極板導耳固裝於一負極引出片；單體電池蓋上置有安全排氣閥。本實用新型採用異形單體電池殼體，能夠根據用電設備整體裝置剩餘的空間設計電池殼體的形狀，減小了用電設備整體裝置的體積，安全排氣閥能防止因電池放電膨脹帶來的安全隱患，不僅電池的安全性能好，電池體積比能量和重量比能量均可提高10%～30%。
【專利說明】大容量L 1-FeS2硬包裝異形單體電池
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於鋰系列一次電池【技術領域】，特別是涉及一種大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池。
[0002]目前，L1-FeS2 (鋰-二硫化鐵電池)是低壓鋰一次電池中綜合性能最好的電池之一，具有如下優點:⑴放電電壓高且較平穩；⑵放電容量大,如AA型電池以200mA放電至1.0V的平均放電容量為2900mAh ;(3)比功率高，可以大電流放電，如AA型電池最大可以
2.0A放電電流連續放電；⑷在同型號電池產品中，重量最輕,如AA型鋰-二硫化鐵電池的重量約為14.5g ;(5)工作溫度範圍廣，可在-40°C?60°C下工作，其中低溫性能尤其突出；(6)高溫貯存性能良好，可在60°C溫度下貯存；(7)有良好的防漏液性能；(8)貯存壽命長，在常溫下可貯存10年；(9)電池無汞、無鎘、無鉛，符合環保要求。但是，由於鋰不適於電導率高的水溶劑電解夜(鋰與水相遇會有激烈反應)，既為常溫型用非水系電解液的鋰電池，不僅放電性能低，正常使用在0.1C以下，而且單體電池容量小，目前為IOAh以下，不能作為大容量電池滿足動力型產品的需求。
【發明內容】
[0003]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題，提供一種能夠用於用電設備整體裝置剩餘的空間形狀不規則，並且體積比能量和重量比能量高，容量可達lOOOAh，並且密封性好、安全性高的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池。
[0004]本實用新型所採取的技術方案是:
[0005]大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，包括單體電池殼、單體電池蓋，其其特點是:所述單體電池殼為異形金屬殼體，所述異形金屬殼體為底面一端或兩端為缺少直角形的殼體，異形金屬殼體內置有複數片FeS2正極活性物質大功率異形包膜正極板和比異形包膜正極板多一片的夾層式鋰箔異形包膜負極板；每片異形包膜正極板上引出一條正極板導耳、每片異形包膜負極板上引出一條負極板導耳；全部正極板導耳固裝於一正極引出片一端、全部負極板導耳固裝於一負極引出片一端；所述單體電池蓋的一面四周制有與單體電池殼開口部分方孔密封固裝用凸臺，單體電池蓋的面上制有固裝安全排氣閥用安全排氣閥孔、絕緣引出正極用正極引出孔和絕緣引出負極用負極引出孔。
[0006]本實用新型還可以採用如下技術措施:
[0007]所述異形包膜正極板中的正極集流體基體為輥壓或塗布有大功率正極材料的三
維金屬。
[0008]所述大功率正極材料包括FeS2活性物質，SP、VGCF,乙炔黑、石墨中的一種或複數種導電劑，PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一種或複數種粘合劑。
[0009]所述安全排氣閥的閥體為內螺紋孔的金屬環形柱，所述內螺紋孔的孔徑大於電池蓋上安全排氣閥孔的孔徑；安全排氣閥閥體內的電池蓋上置有金屬薄膜，所述內螺紋孔中配合密封連接有外螺紋空心柱。
[0010]所述正極引出片另一端固裝有引出於單體電池蓋外部的鉚釘，所述負極引出片另一端固裝有引出於單體電池蓋外部的鉚釘；連接正極引出片的鉚釘位於單體電池蓋外的一端固裝一正極接線片，所述正極接線片與單體電池蓋之間相互絕緣、連接負極引出片的鉚釘位於單體電池蓋外的一端固裝一負極接線片，所述負極接線片與單體電池蓋之間相互絕緣。
[0011]所述單體電池蓋上正極引出孔和負極引出孔上均套有密封圈。
[0012]所述單體電池殼和單體電池蓋之間的封口為雷射密封焊接。
[0013]所述異形金屬殼體厚度為0.5-lmm的鋁殼體或不鏽鋼殼體。
[0014]本實用新型具有的優點和積極效果是:
[0015]1、本實用新型採用具有高機械強度和散熱能力異形金屬材料作為大容量L1-FeS2單體電池殼體，能夠根據用電設備整體裝置剩餘的空間設計電池殼體的形狀，減小了用電設備整體裝置的體積，電池殼體內間隔整齊疊放大容量L1-FeS2異形包膜正極板和異形包膜負極板，能夠有效防止因電池放電膨脹帶來的安全隱患，不僅電池的安全性能好，電池體積比能量和重量比能量均可提高10%?30%。
[0016]2、本實用新型異形包膜正極板中的正極集流體基體採用三維金屬，將FeS2活性物質，SP、VGCF、乙炔黑、石墨(KS或膠體試劑型)中的一種或複數種導電劑，PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一種或複數種粘合劑，輥壓或塗布在三維金屬中，大幅提高了電池的容量，可達lOOOAh，低放電倍率可達0.03C以上、高放電倍率可達0.1C以上，能夠廣泛應用於各種動力型產品。
[0017]3、本實用新型採用金屬薄膜作為排氣的可更換防爆膜的排氣閥，不僅簡化了注液工藝，還可隨時排出電池內多餘氣體，有效解決電池鼓脹問題，確保大容量L1-FeS2單體電池的安全性。
[0018]4、本實用新型採用雷射焊接封口，提高了電池的密封性能，有效防止了電池漏液。【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池主視剖視示意圖；
[0020]圖2是圖1的左視內部結構示意圖；
[0021]圖3是圖1的俯視示意圖。
[0022]其中，1-安全排氣閥，2-單體電池蓋，3-絕緣墊，4-正極接線片，5-密封圈，6-鉚釘，7-正極引出片，8-負極引出片，9-單體電池殼，10-異形包膜負極板，11-異形包膜正極板，12-正極板導耳，13-負極板導耳，14-負極接線片。
【具體實施方式】
[0023]為能進一步了解本實用新型的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖1-3詳細說明如下:
[0024]大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，包括單體電池殼、單體電池蓋，其特點是:所述單體電池殼為異形金屬殼體，所述異形金屬殼體為底面一端或兩端為缺少直角形的殼體，異形金屬殼體內置有複數片FeS2正極活性物質大功率異形包膜正極板和比異形包膜正極板多一片的夾層式鋰箔異形包膜負極板；每片異形包膜正極板上引出一條正極板導耳、每片異形包膜負極板上引出一條負極板導耳；全部正極板導耳固裝於一正極引出片一端、全部負極板導耳固裝於一負極引出片一端；所述單體電池蓋的一面四周制有與單體電池殼開口部分方孔密封固裝用凸臺，單體電池蓋的面上制有固裝安全排氣閥用安全排氣閥孔、絕緣引出正極用正極引出孔和絕緣引出負極用負極引出孔。
[0025]所述異形包膜正極板中的正極集流體基體為輥壓或塗布有大功率正極材料的三維金屬；所述大功率正極材料包括FeS2活性物質，SP,VGCF,乙炔黑、石墨中的一種或複數種導電劑，PVDF、PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一種或複數種粘合劑。
[0026]所述安全排氣閥的閥體為內螺紋孔的金屬環形柱，所述內螺紋孔的孔徑大於電池蓋上安全排氣閥孔的孔徑；安全排氣閥閥體內的電池蓋上置有金屬薄膜，所述內螺紋孔中配合密封連接有外螺紋空心柱。
[0027]所述正極引出片另一端固裝有引出於單體電池蓋外部的鉚釘，所述負極引出片另一端固裝有引出於單體電池蓋外部的鉚釘；連接正極引出片的鉚釘位於單體電池蓋外的一端固裝一正極接線片，所述正極接線片與單體電池蓋之間相互絕緣、連接負極引出片的鉚釘位於單體電池蓋外的一端固裝一負極接線片，所述負極接線片與單體電池蓋之間相互絕緣。
[0028]所述位於單體電池殼內一面的單體電池蓋上固裝有絕緣墊。
[0029]所述單體電池蓋上正極弓I出孔和負極弓I出孔上均套有密封圈。
[0030]所述單體電池殼和單體電池蓋之間的封口為雷射密封焊接。
[0031]所述異形金屬殼體厚度為0.5-lmm的鋁殼體或不鏽鋼殼體。
[0032]大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池的製作過程:
[0033]實施例1:如圖1-圖3所示:
[0034]製作低倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池
[0035]⑴製作低倍率放電用異形包膜正極板
[0036]稱取88.6被％的FeS2作為正極活性物質，稱取聚四氟乙烯(PTFE)含量為60wt%的PTFE液體作為粘合劑，稱取5.8wt%的乙炔黑和1.5wt%的石墨作為導電劑，將稱取的正極活性物質、粘合劑和導電劑混合作為正極混合物，其中正極幹態混合物中粘合劑的重量含量為4.1% ;向正極混合物中加入水並用攪拌機製備出正極糊狀物，水在正極糊狀物中的重量百分比含量為45%;將正極糊狀物置於100°C條件下的鼓風乾燥箱中12h以上烘乾，自然冷卻後取出形成正極粉末；然後用無水乙醇將正極粉末調和形成正極漿料，正極粉末與無水乙醇的重量比為100:55，將正極漿料在雙輥壓機上反覆輥壓形成0.65mm厚的正極片，將正極片裁製成與異形殼體內部相配合的尺寸，兩正極片之間夾有一片與正極片尺寸相同作為正極集流的三維鋁網體，三維鋁網體上焊接有作為正極板導耳12的鋁箔，正極集流置於兩正極片之間，用雙棍壓機將兩正極片和正極集流體壓製成一體，製成0.9mm厚的正極板；將正極板置於鼓風乾燥箱中，100°C條件下烘乾12h後，再置入真空乾燥箱，10(TC條件下烘乾48h以上；正極板在相對溼度< I %的環境中自然冷卻至25°C室溫，並包上一層聚丙烯無紡布作為隔膜，露出正極板導耳，完成低倍率放電用異形包膜正極板11的製作過程;
[0037]⑵製作異形包膜負極板
[0038]將作為負極片0.35mm厚的鋰箔和作為負極集流體0.1mm厚的衝孔鎳箔分別裁製成與正極板尺寸相同的片，衝孔鎳箔上焊接有作為負極板導耳13的鎳箔條，負極集流體置於兩負極片之間，用油壓機將兩片負極片和負極集流體壓製成一體，製成0.75mm厚的負極板；在負極板外包一層噴塗有氧化鋁的PP/PE/PP複合膜作為隔膜，露出負極板導耳，完成異形包膜負極板10的製作過程；
[0039]⑶裝配低倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池
[0040]選用壁厚為0.6mm、底面一端或兩端為缺少直角形的異形鋁殼體作為單體電池殼9 ;選用鋁板製作單體電池蓋2，單體電池蓋的外周尺寸與單體電池殼開口部分的外周尺寸相同，單體電池蓋一面四周為與單體電池殼開口部分方孔相配合的凸臺，單體電池蓋的面上有三個孔，中間孔為安全排氣閥孔，兩邊的孔分別為正極引出孔和負極引出孔，正極引出孔和負極引出孔分別套上塑料密封圈5後，將有與單體電池蓋上三個孔對應孔的塑料絕緣墊3貼在單體電池蓋下面，從單體電池蓋正極引出孔和負極引出孔自上至下穿過圓柱端部帶有開口的鉚釘6，正極引出孔的鉚釘開口處套在作為正極引出片7的鋁板條一端後，用銷將鉚釘和正極引出片固定成一體；負極引出孔的鉚釘開口處套在作為負極引出片8的鎳板條一端後，用銷將鉚釘和負極引出片固定成一體；將帶有內螺紋孔的金屬環形柱作為安全排氣閥I的閥體焊接在單體電池蓋的安全排氣閥孔上，螺紋孔的孔徑大於安全排氣閥孔的孔徑。
[0041]將30片異形包膜正極板和31片異形包膜負極板間隔整齊疊放，正極板導耳和負極板導耳相對放置，用膠帶將異形包膜正極板和異形包膜負極板捆緊構成極板組，膠帶外包一層聚醯亞胺膜後裝入異形單體電池殼中；全部正極板導耳與正極引出片焊接成一體，全部負極板導耳與負極引出片焊接成一體；將單體電池蓋蓋在異形單體電池殼上，採用雷射焊將單體電池蓋與單體電池殼密封焊接成一體；然後在正極引出孔塑料密封圈上面的鉚釘鉚頭下面插入一片作為正極接線片4的銅條、在負極引出孔塑料密封圈上面的鉚釘頭下面插入一片作為負極接線片14的銅條，將正極接線片和負極接線片分別固定在單體電池蓋上面的兩個塑料密封圈與鉚釘頭之間。
[0042]採用真空注液方式將ImoVlLiCF3SO3的PC+DME+D0L (體積比1:1:1)電解液通過安全排氣閥孔注入到裝有極板組的單體電池殼中，經陳化後，在閥體螺紋孔內的安全排氣閥孔上放置鋁薄膜後，用帶有外螺紋的空心柱密封擰緊在閥體螺紋孔中；當電池內部壓力過大時，頂破鋁薄膜排放氣，保證了電池的安全性；在正、負極之間並聯一隻二極體(圖中未標註)，在正接線片、負接線片和鉚釘上均勻塗覆耐鹼的環氧樹脂膠，完成如圖1-圖3所示低倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池的製作過程。
[0043]電池測試:
[0044]電池以30A進行33h放電，放電截止電壓IV進行低倍率放電試驗，放電容量達90 %，重量比能量達400Wh/kg ；製成的低倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池的理論容量可達lOOOAh、低放電倍率可達0.03C。電池測試結果表明，低倍率放電電壓平穩，反應充分，倍率越低，放電容量越接近理論容量，並具有空間利用率高、體積比能量和重量比能量高、密封性好、安全性高的特點。
[0045]實施例2:如圖1-圖3所示:
[0046]製作高倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池
[0047]⑴製作高倍率放電用異形包膜正極板
[0048]稱取90wt%的FeS2作為正極活性物質，稱取聚丙烯腈聚合物含量為15wt%的聚丙烯腈聚合物水溶液作為粘合劑，稱取3wt%的乙炔黑和3.5wt%的石墨作為導電劑，將稱取的正極活性物質、粘合劑和導電劑混合作為正極混合物，其中幹態正極混合物中粘合劑的重量含量為3.5% ;向正極混合物中加入水並用攪拌機製備出正極漿料，水在正極漿料中的重量百分比含量為30%;三維鋁網作為正極集流體，鋁箔作為正極板導耳12焊接在三維鋁網上，用耐高溫膠帶包住正極板導耳，用刮漿機將正極漿料灌入三維鋁網的裡外並刮平表面後，置入鼓風乾燥箱100°C條件下的烘乾半小時，取出後揭掉正極板導耳上的耐高溫膠帶，用雙棍壓機將壓製成0.7mm厚作為正極片,將正極片裁製成與異形殼體內部相配合的尺寸作為正極板；將正極板置於真空乾燥箱中100°C條件下烘乾48h以上，取出後正極板在相對溼度< 1%的環境中自然冷卻至25°C室溫，並包上一層聚丙烯無紡布作為隔膜，露出正極板導耳，完成高倍率放電用異形包膜正極板11的製作過程；
[0049]⑵製作異形包膜負極板
[0050]將作為負極片0.25mm厚的鋰箔和作為負極集流體0.1mm厚的鎳箔分別裁製成與正極板尺寸相同的片，鎳箔上焊接有作為負極板導耳13的鎳箔條，負極集流體置於兩負極片之間，用油壓機將兩片負極片和負極集流體壓製成一體，製成0.55mm厚的負極板；在負極板外包一層聚丙烯無紡布作為隔膜，露出負極板導耳，完成異形包膜負極板10的製作過程;
[0051 ] ⑶裝配高倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池
[0052]選用壁厚為0.5_、底面一端或兩端為缺少直角形的異形不鏽鋼殼體作為單體電池殼9 ;選用不鏽鋼板製作單體電池蓋2，單體電池蓋的外周尺寸與單體電池殼開口部分的外周尺寸相同，單體電池蓋一面四周為與單體電池殼開口部分方孔相配合的凸臺，單體電池蓋的面上有三個孔，中間孔為安全排氣閥孔，兩邊的孔分別為正極引出孔和負極引出孔，正極引出孔和負極引出孔分別套上塑料密封圈5後，將有與單體電池蓋上三個孔對應孔的塑料絕緣墊3貼在單體電池蓋下面，從單體電池蓋正極引出孔和負極引出孔自上至下穿過圓柱端部帶有開口的鉚釘6，正極引出孔的鉚釘開口處套在作為正極引出片7的鋁板條一端後，用銷將鉚釘和正極引出片固定成一體；負極引出孔的鉚釘開口處套在作為負極引出片8的鎳板條一端後，用銷將鉚釘和負極引出片固定成一體；將帶有內螺紋孔的金屬環形柱作為安全排氣閥I的閥體焊接在單體電池蓋的安全排氣閥孔上，螺紋孔的孔徑大於安全排氣閥孔的孔徑。
[0053]將60片異形包膜正極板和61片異形包膜負極板間隔整齊疊放，正極板導耳和負極板導耳相對放置，用膠帶將異形包膜正極板和異形包膜負極板捆緊構成異形極板組，膠帶外包一層聚醯亞胺膜後裝入異形單體電池殼中；全部正極板導耳與正極引出片焊接成一體，全部負極板導耳與負極引出片焊接成一體；將單體電池蓋蓋在異形單體電池殼上，採用雷射焊將單體電池蓋與單體電池殼密封焊接成一體；然後在正極引出孔塑料密封圈上面的鉚釘鉚頭下面插入一片作為正極接線片4的銅條、在負極引出孔塑料密封圈上面的鉚釘頭下面插入一片作為負極接線片14的銅條，將正極接線片和負極接線片分別固定在單體電池蓋上面的兩個塑料密封圈與鉚釘頭之間。
[0054]採用真空注液方式將ImoVlLiCF3SO3的PC+DME+D0L (體積比1:1:1)電解液通過安全排氣閥孔注入到裝有極板組的單體電池殼中，經陳化後，在閥體螺紋孔內的安全排氣閥孔上放置銅薄膜後，用帶有外螺紋的空心柱密封擰緊在閥體螺紋孔中；當電池內部壓力過大時，頂破銅薄膜排放氣，保證了電池的安全性；在正、負極之間並聯一隻二極體(圖中未標註)，在正接線片、負接線片和鉚釘上均勻塗覆耐鹼的環氧樹脂膠，完成如圖1-圖3所示高倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池的製作過程。
[0055]電池測試:
[0056]電池以100A進行IOh放電，放電截止電壓0.8V進行高倍率放電試驗，放電容量達90 %，重量比能量達350Wh/kg ;製成的高倍率放電用大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池的理論容量可達lOOOAh、高放電倍率可達0.1C。
[0057]儘管上面結合附圖對本實用新型的優選實施例進行了描述，但是本實用新型並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式。這些均屬於本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，包括單體電池殼、單體電池蓋，其特徵在於:所述單體電池殼為異形金屬殼體，所述異形金屬殼體為底面一端或兩端為切角形或弧形的殼體，異形金屬殼體內置有複數片FeS2正極活性物質大功率異形包膜正極板和比異形包膜正極板多一片的夾層式鋰箔異形包膜負極板；每片異形包膜正極板上引出一條正極板導耳、每片異形包膜負極板上引出一條負極板導耳；全部正極板導耳固裝於一正極引出片一端、全部負極板導耳固裝於一負極引出片一端；所述單體電池蓋的一面四周制有與單體電池殼開口部分方孔密封固裝用凸臺，單體電池蓋的面上制有固裝安全排氣閥用安全排氣閥孔、絕緣引出正極用正極引出孔和絕緣引出負極用負極引出孔。
2.根據權利要求1所述的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，其特徵在於:所述異形包膜正極板中的正極集流體基體為輥壓或塗布有大功率正極材料的三維金屬。
3.根據權利要求2所述的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，其特徵在於:所述大功率正極材料包括FeS2活性物質，SP、VGCF、乙炔黑、石墨中的一種或複數種導電劑，PVDF,PTFE、CMC、丙烯腈聚合物中的一種或複數種粘合劑。
4.根據權利要求1所述的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，其特徵在於:所述安全排氣閥的閥體為內螺紋孔的金屬環形柱，所述內螺紋孔的孔徑大於電池蓋上安全排氣閥孔的孔徑；安全排氣閥閥體內的電池蓋上置有金屬薄膜，所述內螺紋孔中配合密封連接有外螺紋空心柱。
5.根據權利要求1所述的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，其特徵在於:所述正極引出片另一端固裝有引出於單體電池蓋外部的鉚釘，所述負極引出片另一端固裝有引出於單體電池蓋外部的鉚釘；連接正極引出片的鉚釘位於單體電池蓋外的一端固裝一正極接線片，所述正極接線片與單體電池蓋之間相互絕緣、連接負極引出片的鉚釘位於單體電池蓋外的一端固裝一負極接線片，所述負極接線片與單體電池蓋之間相互絕緣。
6.根據權利要求1所述的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，其特徵在於:所述單體電池蓋上正極引出孔和負極引出孔上均套有密封圈。
7.根據權利要求1所述的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，其特徵在於:所述單體電池殼和單體電池蓋之間的封口為雷射密封焊接。
8.根據權利要求1所述的大容量L1-FeS2硬包裝異形單體電池，其特徵在於:所述異形金屬殼體厚度為0.5-lmm的鋁殼體或不鏽鋼殼體。
【文檔編號】H01M4/70GK203760523SQ201320733362
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】陳雪梅, 王興賀, 馮建君, 陳笛 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所