專利名稱：具有兩種陰極載體的柱式鋰電池的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于柱式電池，具體涉及一種柱式鋰電池。
背景技術：
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、低溫性能好等優點，在軍事、工業和民用領域均 有較廣泛的應用。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還同時 充當電解液發揮作用，其還原反應主要發生在具有一定催化活性的多孔陰極載體上，反應 產物則沉積在多孔陰極載體的表面及其孔隙內部，因而陰極的結構設計應能滿足良好的離 子傳質條件和電子導電性，以保證柱式鋰電池具有優良的電性能。對于鋰亞硫酰氯電池，放 電反應進行時，放電產物會首先沉積在陰極載體孔隙入口處，同時，隨放電深度增加，陰極 載體孔隙中會逐步被固體產物所填充堵塞，陰極柱體也收縮變硬，因而不利于電解液傳質， 電化學極化明顯增大直至電池衰竭。對于能量型鋰亞硫酰氯電池，目前陰極載體多以圓柱 形碳包結構為主，這種結構經常出現的異常是，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，但由于下部分反應充分，孔道被反應產物堵塞，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 孔隙結構，但隨放電產物的沉積，碳包利用率仍舊很低。
發明內容本實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，同時電 液輸送通暢的柱式鋰電池，以提高電池放電容量，同時也能夠抑制陰極載體因吸收電解液 而導致自身體積過分膨脹，從而降低電池內部異常發生的幾率。本實用新型的技術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，殼體內設的陽極片，陰極引出柱，陰極引出柱穿出上蓋，陽極片內層設的隔膜，電 解液，隔膜與陰極引出柱之間的空間內設置有陰極載體，陰極載體由非連續性的含碳材料 結構的陰極載體和連續性含碳材料的結構的陰極載體兩部分構成；所述連續性含碳材料的 結構的陰極載體是柱體，柱體的截面是圓形、圓環形、橢圓形、花瓣形及多邊形中的任一種； 所述非連續性的含碳材料結構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堆積而成，單元形狀的物質之間具有電解液存儲和流 通孑L道。所述非連續性的含碳材料結構的陰極載體和連續性含碳材料的結構的陰極載體 至少分上下兩層設置。所述非連續性的含碳材料結構的陰極載體的單元形狀的含碳物質的粒徑為 0. 1 5毫米。
3[0007]陰極載體中具有非連續性結構的部分是由顆粒狀、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堆積而成，單元形狀的含碳物質之間具有一定大 小的間隙，可以儲存電解液，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和 流通傳輸孔道。所述陰極載體中具有連續性結構的部分則是先按工藝規定的各組分配比制備正 極漿料，然后經由合適尺寸的炭包成型模具擠出成型，經干燥、發泡制備符合尺寸要求的炭 包。相對于常規工藝中使用的炭包而言，所述炭包的直徑與其相當，但高度則小得多，因而 較同型號電池所使用的炭包其發泡效果更好，性能更優。與前述具有非連續性結構的炭材 料協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，同時能有效降低電 池的開路低壓等異常，提高下機電池優等品率。所述所述非連續性的含碳材料結構的陰極載體和連續性含碳材料的結構的陰極 載體可以是間隔設置的三層、四層或多層設置，最上層是連續性含碳材料的結構的陰極載 體，最下層是非連續性的含碳材料結構的陰極載體。連續性含碳材料的結構的陰極載體是直接由炭包成型模具擠出成型所得到的，或 是采用成型模具對膜片狀正極直接沖制所得到的。本實用新型陰極載體由兩部分共同組成，一部分由具有非連續性結構的含碳材料 構成，另一部分則由具有連續性結構的含碳材料構成，二者協同配合，以提高電池放電性 能。具有非連續性結構的含碳材料構成的陰極載體部分，所述陰極載體主要設置在柱式電 池陰極腔底部，陰極載體上設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 儲和傳輸通道，不僅可以傳質，還可以提供足夠的空間容納放電過程所產生的固體產物。它 克服了現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；它能使陰極載體 充分發揮效能，提高載體和電液利用率。具有連續性結構的含碳材料構成的陰極載體部分 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置在前面所述具有非連續性結 構的含碳材料構成的陰極載體上面，除通過自身孔隙吸收部分電液之外，還可以通過下面 的具有非連續性結構且孔道豐富的陰極載體向上輸送所需電液，同時也可限制下面的陰極 載體過度膨脹導致電池內部短路異常，從而實現協同配合以提高電池放電性能，并且降低 下機電池開路低壓等異常，可顯著提高下機電池優等品率。
圖1由兩部分陰極載體構成的柱式鋰電池結構示意圖。圖2具有連續性結構的陰極載體截面示意圖。圖3具有非連續性結構的陰極載體截面示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，殼體1內設的陽極片2，陽極片2為金屬鋰片，金屬鋰片壓在殼體1內 壁上。陽極片2內層設隔膜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5(采用焊接連接)。玻璃纖 維隔膜3與集流網5之間的空間內設置有陰極載體4和陰極載體6。陰極載體4是非連續 性的含碳材料結構的陰極載體，非連續性的含碳材料結構的陰極載體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9直接填裝在陰極腔體中 堆積而成，單元形狀的物質9之間具有電解液存儲和流通孔道8。如圖3所示，流通孔道8 可以儲存電解液，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也通過機械擠 壓成截面為圓形、圓環形、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 性的含碳材料結構的陰極載體的單元形狀的含碳物質的粒徑為0. 1 5毫米。陰極載體6是連續性含碳材料的結構的陰極載體，由具有連續性結構的含碳材料 構成，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、圓環形、橢圓形、花瓣形、方形、六角形及多邊形中的任一種結構。具體的陰極載體6也 可以由成型模具對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、 圓環形、橢圓形、花瓣形、方形、六角形及多邊形中的任一種結構。本實施例中陰極載體的截 面是圓環形。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間隔設置的。集流網5的長度可以是陰極載體4和陰極載體6的累計長度，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。本實用新型的關鍵在于將連續性的陰極和非連續性的陰極有機地組合在一起，充 分的發揮兩個的優勢，這是對現有常規鋰亞能量型電池結構的突破。
權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，殼體內設的陽極片，陰極引出柱，陰極引出柱穿出上蓋，陽極片內層設的隔膜，電解液，其特征在于隔膜與陰極引出柱之間的空間內設置有陰極載體，陰極載體由非連續性的含碳材料結構的陰極載體和連續性含碳材料的結構的陰極載體兩部分構成；所述連續性含碳材料的結構的陰極載體是柱體，柱體的截面是圓形、圓環形、橢圓形、花瓣形及多邊形中的任一種；所述非連續性的含碳材料結構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堆積而成，單元形狀的物質之間具有電解液存儲和流通孔道。
2.如權利要求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性的含 碳材料結構的陰極載體和連續性含碳材料的結構的陰極載體至少分上下兩層設置。
3.如權利要求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 陰極載體之間設有集流網。
4.如權利要求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性的含 碳材料結構的陰極載體的單元形狀的含碳物質的粒徑為0. 1 5毫米。
5.如權利要求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性 的含碳材料結構的陰極載體在連續性含碳材料的結構的陰極載體的下面。
專利摘要本實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，殼體內設的陽極片，陰極引出柱，陰極引出柱穿出上蓋，陽極片內層設的隔膜，電解液，隔膜與陰極引出柱之間的空間內設置有陰極載體，陰極載體由非連續性的含碳材料結構的陰極載體和連續性含碳材料的結構的陰極載體兩部分構成。其中陰極載體由兩部分共同組成；二者上下疊加并協同配合，可以顯著提高電池放電性能，同時能有效降低電池的開路低壓等異常，提高下機電池優等品率。
文檔編號H01M10/0525GK201717312SQ20092028926
公開日2011年1月19日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者孫世強, 王志剛 申請人:武漢力興(火炬)電源有限公司