高溫鋰亞硫醯氯電池的正極及其製備方法
2023-10-23 18:31:07
專利名稱：高溫鋰亞硫醯氯電池的正極及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種鋰亞硫醯氯電池，具體的是涉及高溫鋰亞疏醯氯電池的正^USL其製備方法。
背景技術：
隨著全球經濟的iUl，對石油、天然氣等能源的需求不斷擴大，刺激了對石油等地下資 源的勘探和開採。在對石油等地下資源的勘恭良開採#中，人們需要對地層深處的地質結 構、資源儲量進行進一步的了解和掌握，所以必須藉助相關的科學勘^^儀器及設備。由於普 通的電力電源無法到達井下，因此這些科學勘探儀器及設備必須採用能夠承受高溫的電池作為主供電源。在井下等工作環境中，經常會出現150X:甚至接近200TC的惡劣工作環境，這就對電M出了考刻要求.顯然普通電池是不能作為鑽探設備汰器仗良的電源，有可能滿足 這些技術要求的電池只有鋰亞硫醯氯電化學體系電池。
眾所周知，鋰亞硫酕氯電池具有600Wh"g—'的高比能量、3. 2V~3. 4V的高工作電壓、10 年以上的長儲存壽命、1%以下的低年自放電率等優點。但是，由於金屬鋰的熔點相對較低 (在182TC)，再加上鋰電池通常採用的電解液組成中含有有機或無機溶劑，其飽和蒸汽壓相 對較高、沸點相對較低，因而，現有普通鋰亞硫耽氯電池的最高工作溫度只有85X:，其不能 在環境溫度150TC以上可靠地工作。
目前僅美國Electrochem公司在生產和銷售高溫鋰亞硫醯氯電池，它們是以鋰的合金為 陽極、亞疏醯氯為電解液溶劑，通過在電解液中添加物質進行調整，如氯化溴、疏醯氯等' 國內也有廠家研製鋰亞硫醯氯高溫電池的報導，據介紹，只是在普通鋰亞疏醯氯電池的^ 上，減少電解液量以適應較高溫度時S0Cl2氣化所增大的體積。其工作溫度不超過120X:,且 容量非常有限。
發明內容
本發明所要解決的問M針對上述現有技術而提出 一種高溫鋰亞硫醜氯電池的正極，其顯著提高了鋰亞疏耽氯電池的高溫性能.
本發明的另外一個目的是提出了高溫鋰亞硫醯氯電池的正極的製備方法。 本發明為解決上述提出的問題所採用解決方案為高溫鋰亞硫醯氯電池的正極，其不同之處在於其碳正極組分配比由10g乙炔黑、lml聚四氟乙烯乳液、84ml異丙醇配成的碳正極混合物和外加玻璃纖維絲材料組成，所述玻璃纖維絲材料的加入量佔混合物總重量0. 5-12% ，所述璃纖維絲材料直徑為0.1 ~ lmm，長度為2 ~ 1Omm.
按上述方案，所述的乙炔黑為電池級，聚四氟乙烯乳液為60%水乳液，密度1.5g/cm3， 異丙醇為分析純。
高溫鋰亞疏敞氯電池的正極的製備方法，包括有以下步碟
1) 和粉
先按10g乙炔黑、lml聚四氟乙烯乳液、84ml異丙醇:^,將聚四氟乙烯乳液與異丙醇 混合均勻後再加入到乙炔黑中，攪拌均勻得碳正極混合物，然後稱取碳正極混合物總量 0. 5-12 %的玻璃纖維絲材料加入混合物中，混合均勻得正極骨狀物；
2) 成型
將混合均勻的正極骨狀物itA^擠出機內，擠壓出正極；
3) 烘乾
風乾0.5-lh，再60TC鼓風乾燥4h;
4) 發泡
將烘乾的正^t入240-260t:的烘箱中，發泡10-15分鐘，冷卻後即得高溫鋰亞硫醯 氯電池正極。
本發明的有益效果在於
通過用玻璃纖維絲對高溫鋰亞硫醯氯電池的正極進行造孔，得到合適的孔徑、孔率、孔 狀，並可作為亞硫醯IU^的催化表面，其不僅有效解決了M離子和離子電荷在多孔電極 中的傳輸阻力問題，而且顯著改善了活性粒子在碳表面的電荷轉移情況，同時因改變了電極 的表面積，也將影響電解液在高溫時的氣化程度。
高溫鋰亞硫醯氯電池，能夠適應150TC 200TC的高溫工作環境和滿足勘探儀器及設備的 機械性能要求，其不僅能在高溫下長期工作也能在低溫條件(-401C)下正常使用，而且可 以提供較大的脈衝電流。
圖1為高溫鋰亞硫耽氯電池結構圖2為本發明實施例1中高溫鋰亞硫醯氯電池的放電曲線圖.
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明的製備方法做進一步詳細說明. 圖1為高溫鋰亞硫醯氯電池結構圖。
其包括正極4、負極3、隔膜1和2、電解液5、電池殼6、電池蓋7. 其中正極是由碳材料(陰極活性物質亞疏跣氯在碳材料表面發生電化學反應)、粘結劑聚四氣乙烯和添加劑等組成的多孔電極，負極為合金鋰箔，隔膜為玻璃纖維氈。 實施例1
高溫鋰亞疏醯氯電池的正極製備方法 總流程和粉—成型—炔幹—發泡 1)和粉
按配方取扦，正極配方
乙炔黑(電池級)10g;
聚四氣乙烯乳液(60%水乳液，密度1.5g/cnO: lml; 異丙醇(分析純)84ml;
玻璃纖維絲材料0.45g(重量比4私)，其中玻璃纖維絲材料的直徑為O.l咖，長度
先稱取乙炔黑待用，再分別量取聚四氟乙蜂乳液和異丙醇，混合均勻後加入乙炔黑中， 攪拌均勻，稱ML璃纖維絲材料加入到混合物中，混合均勻得正極骨狀物；
2) 成型
將混合均勻的正極奮狀物iOv擠出機內，根據不同M^電池，擠壓出所需尺寸的正極；
3) 烘乾
將擠出機擠出的正^LRL幹0.5~lh，再60TCJ6tX乾燥4h;
4) 發泡
將烘乾的正;feUt入240- 260TC的烘箱中，發泡10-15分鐘，冷卻後即成高溫鋰亞硫醯 氯電池正極。
以上述介紹的方法製備碳電極為正極、鋰鋁合金(其中鋁重量百分比12.5% )為負極、
ER14505 )。
高溫ER14505實驗電池，於150士2TC溫度10mA恆流放電至2. 0V，放電容量為1. 81Ah。 下面描述高溫鋰亞硫醯氯電池的組裝方法
i )制4^亞疏耽氯的正極、負極、隔膜、電解液.正極為碳材料和聚四氟乙蜂的多孔 電極，活性物質為亞硫醯氯；負極為鋰鋁合金箔，根據工藝尺寸製備；隔膜分為邊隔膜和底 隔膜，均為玻璃纖維氈，##工藝尺寸製備；電解液為0.8mol/L的四氯招酸鋰的亞疏耽氯 溶液；
ii )負極滾壓在電池殼上後，依:iUiAJ^隔膜和邊隔膜，再導入^lJE極，蓋電池蓋，激
(0.8咖1/L)為電解液組成實驗高溫鋰亞疏醯氯電池(型號為
光焊或氫弧焊焊接電池殼與蓋；
m)從電池蓋預留孔中注入電解液，上小鋼釘擠壓密封，得到完整高溫鋰亞疏醯氯電池。
實施例2 正極配方
乙炔黑(電池級)10g;
聚四氣乙烯乳液(60%水乳液，密度1.5g/cm": lml; 異丙醇(分析純)84ml;
玻璃纖維絲材料1.16g (重量比9. 6% )，其中玻璃纖維絲材料的直徑為0.15咖， 長度為3咖。
製作ER34615實驗高溫鋰亞疏醯氯電池.
高溫ER34615實驗電池，於175 ± 2TC溫度30mA恆流放電至2. 0V，放電容量為12. 37Ah。 其它均同實施例l.
實施例3 正極配方
乙炔黑(電池級)10g;
聚四氟乙烯乳液(60%水乳液，密度1.5g/cm。 lml; 異丙醇(分析純)84ml;
玻璃纖維絲材料1.42g (重量比11.5%)，其中玻璃纖維絲材料的直徑為l咖，長 度為6咖'
製作BR251000實驗高溫鋰亞硫耽氯電池。
高溫ER251000實驗電池，於175 ± 2TC溫度50mA恆流放電至2. 0V,放電容量為8. 56Ah. 其它均同實施例1。
實施例4 正極配方
乙炔黑(電池級)10g;
聚四氣乙烯乳液(60%水乳液，密度l.Sg/cm。 lml; 異丙醇(分析純)84ml;
玻璃纖維絲材料0.17g (重量比1. 5% )，其中玻璃纖維絲材料的直徑為0. lmm，長 度為2咖.
製作ER14250實驗高溫鋰亞硫醯氯電池。
高溫ER14250實驗電池，於125 ± 2TC溫度5mA恆流放電至2. 0V，放電容量為756mAh. 其它均同實施例l。
實施例5 正極配方
乙炔黑(電池級)10g;
聚四氟乙烯乳液(60%水乳液，密度1.5g/cm3): lml; 異丙醇(分析純)84ml;
玻璃纖維絲材料0. 90g (重量比7. 6 % )。其中玻璃纖維絲材料的直徑為0. 8mm， 長度為6咖.
製作ER14505實驗高溫鋰亞疏醯氯電池。
高溫ER14505實驗電池，於200土2X:溫度10mA恆流放電至2. 0V，放電容量為1. 21Ah。 其它均同實施例1。
實施例6 正極配方
乙炔黑(電池級)10g;
聚四氟乙烯乳液(60%水乳液，密度1. 5g/cm3): lml; 異丙醇(分析純)84ml;
玻璃纖維絲材料0.97g(重量比8.2M ).其中玻璃纖維絲材料的直徑為0. 8咖，長 度為6咖.
製作ER25500實驗高溫鋰亞疏醯氯電池.
高溫BR25500實驗電池，於180 土2TC溫度20mA恆流放電至2. 0V，放電容量為5.19Ah。 其它均同實施例l.
權利要求
1、高溫鋰亞硫醯氯電池的正極，其特徵在於其碳正極組分配比由10g乙炔黑、1ml聚四氟乙烯乳液、84ml異丙醇配成的碳正極混合物和外加玻璃纖維絲材料組成，所述玻璃纖維絲材料的加入量佔混合物總量0.5-12％，所述玻璃纖維絲材料直徑為0.1～1mm，長度為2～10mm。
2、 按權利要求1所述的高溫鋰亞硫醯氯電池的正極，其特徵在於所述的乙炔黑為電池級， 聚四氟乙烯乳液為60%水乳液，密度1.5g/cm3，異丙醇為分析純.
3、 權利要求1所述的高溫鋰亞硫醯氯電池的正極的製備方法，其特徵在於包括有以下步驟1) 和粉先按10g乙炔黑、lml聚四氟乙烯乳液、84ml異丙醇和阡，將聚四氟乙烯乳液與異丙醇 混合均勻後再加入到乙炔黑中，攪拌均勻得碳正極混合物，然後稱取碳正極混合物總量 0. 5-12 %的玻璃纖維絲材料加入混合物中，混合均勻得正極骨狀物；2) 成型:將混合均勻的正極骨狀物;^v擠出機內，擠壓出正極；3) 烘乾風乾0.5-lh，再60TC鼓風乾燥4h;4) 發泡將烘乾的正^L^v 240 260"C的烘箱中，發泡10~15分鐘，冷卻後即得高溫鋰亞硫醯 氯電池正極.
全文摘要
本發明涉及一種鋰亞硫醯氯電池，具體的是涉及高溫鋰亞硫醯氯電池的正極及其製備方法，其碳正極組分配比由10g乙炔黑、1ml聚四氟乙烯乳液、84ml異丙醇配成的碳正極混合物和外加玻璃纖維絲材料組成，其製備方法，包括有以下步驟1)和粉；2)成型；3)烘乾；4)發泡。本發明的有益效果在於有效解決了反應離子和離子電荷在多孔電極中的傳輸阻力問題，顯著改善了活性粒子在碳表面的電荷轉移情況，同時因改變了電極的表面積，也將影響電解液在高溫時的氣化程度，能夠適應150℃～200℃的高溫工作環境和滿足勘探儀器及設備的機械性能要求，不僅能在高溫下長期工作也能在低溫條件(-40℃)下使用，而且可以提供較大脈衝電流。
文檔編號H01M4/04GK101101985SQ20071005276
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月17日 優先權日2007年7月17日
發明者萍 華, 吳金平, 王聖平, 皮振邦 申請人:中國地質大學(武漢)