[发明专利]一种高温锂亚硫酰氯电池的正极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂亚硫酰氯电池，具体涉及一种高温锂亚硫酰氯电池的正极及其制备方法。

背景技术

早在1971年，美国GTE公司开始研制无机非水电解质锂/亚硫酰氯电池并获得。锂/亚硫酰氯电池具有高的比能量、工作电压平稳、使用寿命长达10年以上、使用范围宽(-40℃～85℃)等特点，是世界上目前实际应用比能量最高的电池，备受军工领域的关注，许多国家的武器研制中均将其作为配套电源。近年来，中国、美国、法国、以色列等国家均进一步加强了对此电池体系的技术研究，并希望将其应用拓展至更广泛的民用领域。

锂亚硫酰氯电池被广泛应用于智能水表、电表、燃气表、石油勘探等特殊行业和其他低功耗工业设备中。但这种电池在高温贮存一段时间后失效，电压滞后严重，安全性能不够理想，影响了电池的可靠性。

为了解决高温贮存后电压滞后，电压平台低的问题，许多企业和科学家做了大量的工作，包括在电解液中添加聚氯乙烯等化合物减慢电解液的流动缓解LiCl膜的生成；加入替代LiAlCl4的电解质盐，如利用多面体的氢化硼阴离子B10H102-和B12H122-的卤化作用形成的卤硼酸盐；在锂阳极涂聚合物电解质涂料减少LiCl膜的生成以及在碳阴极的附着。这些方法在一定程度上能缓解电压滞后问题，但目前没有成熟的理论证明这些添加剂对电池后续的使用是否无影响，且增加了生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种高温锂亚硫酰氯电池的正极及其制备方法，以改善电池电压滞后性能，同时提高电池的放电平台与安全性。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

高温锂亚硫酰氯电池的正极，所述正极由乙炔黑、铜粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘结剂和溶剂组成，所述乙炔黑、铜粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘结剂、溶剂质量比为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质量分数为60％的水乳液。

按上述方案，所述含氯高分子粘结剂与聚四氟乙烯乳液的重量比优选为(0.5-1)：1。

按上述方案，所述含氯高分子粘结剂为质量分数为50％的聚氯丁二烯水乳液。聚氯丁二烯，即通用氯丁橡胶，其分子量10万左右，反式-1，4-结构占85％以上。

所述含氯高分子粘结剂选用聚氯丁二烯乳液，其化学性质稳定，不与电解液发生反应，分解温度介于150℃～200℃，具有一定的导电性。

按上述方案，溶剂由无水乙醇和水组成，根据环境温湿度，无水乙醇与去离子水的重量比优选为1:(1.5-2.5)。

高温锂亚硫酰氯电池正极的制备方法，包含以下步骤：

1)和粉：将乙炔黑、铜粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘结剂和溶剂按重量配比混合均匀成膏状物，所述乙炔黑、铜粉、聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘结剂、溶剂质量比为10:0.8：(0.2-0.5)：(0.3-0.7):45.5；

2)抛丸：将步骤1)中的膏状物切成颗粒，然后将颗粒抛丸成型；

3)干燥：将抛丸成型的颗粒干燥；

4)纤维化：将烘干后的颗粒放入干燥箱中在180℃～220℃，纤维化6～8h使之充分纤维化，冷却后得到高温锂亚硫酰氯电池正极。

按上述方案，所述步骤1)中和粉时将乙炔黑、铜粉先干和，再倒入聚四氟乙烯乳液、含氯高分子粘结剂、无水乙醇、水的混合液进行湿和。和粉程序先干和再湿和，更有利于原料混合均匀。

按上述方案，所述步骤3)干燥的温度为40～60℃，时间为10～12h。

按上述方案，所述步骤4)中纤维化过程次数为2～3次。多次加热至180℃～220℃更有利于聚四氟乙烯纤维化完全，含氯高分子粘结剂挥发更彻底。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一，本发明制备的高温锂亚硫酰氯电池正极颗粒在电解液中能保持球状并聚集在一起，有效减少了反应离子和电荷在多孔电极中的传输阻力，减少了反应过程中的浓差极化，提高了放电平台、缓解电压滞后问题；

第二，本发明所述正极中加入一定量导电性的含氯高分子粘结剂(即聚氯丁二烯水乳液)，减少了绝缘高分子聚四氟乙烯的用量，降低了正极颗粒的欧姆电阻，提高了正极颗粒的导电性；而聚四氟乙烯本身基本没有粘度，加入含氯高分子粘结剂后，提高了正极的粘度，同时也减少了和粉过程中溶剂(水和无水乙醇)的使用量；