二次電池的陰極及其制備法制造技術

本發明專利技術涉及一種用于可充電電池的陰極及其制法，該薄膜陰極由鋁箔、腐蝕鋁箔、鎳箔、泡沫鎳箔、銅箔、腐蝕銅箔、不銹鋼箔其中的一種金屬箔作為基板及印制其上的陰極膜所構成。其制備工藝是在上述其中的一種基板上用絲網印刷法印制陰極膜或用刮漿法制成陰極膜，進行壓制，再進行熱處理。其優點是可制成各種復雜形狀的不同厚度的薄膜陰極，在制膜過程中不需要保護氣氛，大大減少了設備，簡化了工藝，提高了陰極膜單位面積的電容量及膜層的附著力。（*該技術在2013年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于可充電電池的薄膜陰極及其制造方法。現有的各種電池如鋅錳干電池、鎘鎳可充電電池和一次鋰電池都是由電極片(陰極和陽極)、隔膜及電解質所構成.電極片采用燒結法或軋制法制成，陰極片的厚度均在0.5毫米左右。這種陰極片的厚度很難滿足總厚度在1毫米以下的薄膜電池的要求，或者達到大電流充放電的要求。近來，在專利文獻中已有關于薄膜電池制造工藝方法的報導，中國專利文獻CN1067334A導報了Li/LiV2O4薄膜電池的制造工藝，以鋰金屬片為陽極，以一層薄膜為陰極。這種薄膜是用插層化合物如LiV2O4加乙炔黑，加有機聚合物混合均勻，再加入能溶解這些材料的溶劑，在充氬氣的手套箱里攪拌均勻后注入模具中攤薄而成，也就是說陰極采用模注法制成。采用這種工藝方法的缺點是整個配料、混料及其制膜過程都需要在氬氣氣氛中進行，操作不便，氬氣用量大，使產品成本增高;而且陰極膜的形狀靠模具形狀控制，故很難制成形狀復雜的陰極;陰極膜靠漿料澆注攤平成膜，很難制成厚度小于100微米的薄膜，陰極膜體積比能量也較低。美國專利文獻US5，035，965(特開平2-291671)報導了采用絲網印刷法制備了Li-Al合金/V6013固態薄膜電池及陰極膜的制造工藝方法，以Li-Al合金箔為電池的陽極，陰極材料為V6O13(陰極活性物質)、乙炔黑和高分子材料聚環氧乙烷與鋰鹽的絡合物。將上述物質混合成漿料，在Li-Al合金箔上印刷成陰極膜。由于采用的基板為含鋰的合金箔，漿料中又含有鋰鹽，在整個制作過程中均需在氬氣氣氛的保護下進行。其工藝流程為首先在有機溶劑例如煤油的存在下，用超聲波清洗作為陽極的鋰鋁合金箔，清洗后，在該鋰鋁合金箔上用絲網印刷法印制電解質薄膜，干燥，電解質是由聚環氧乙烷與鋰鹽的絡合物所組成，再于電解質膜上用絲網印刷法印制陰極膜，再進行干燥，陰極膜是以V6O13為陰極活性材料，以乙炔黑為導電劑，用上述成分的電解質為粘結劑。最后，用絲網印刷法印制成導電板，干燥，封裝在電路板上，而成為小型薄膜電池，該工藝的優點是由于采用了絲網印刷法印制陰極膜，可以制成形狀復雜的薄膜陰極。但是，由于該工藝方法采用的陽極為Li-Al合金，其合金表面光滑，只能印制出很薄的陰極薄膜，而不能制出電容量大的薄膜電池。同樣，整個配料、混料及其制膜過程也都需要在氬氣的保護氣氛中進行，操作不便，氬氣用量增大，使產品成本增高。本專利技術的目的就在于研制出用于可充電電池的一種新型薄膜陰極，這種新型的薄膜陰極可以制成各種復雜的形狀。用本專利技術的新型的薄膜陰極不但可以制成電容量小的薄膜電池，也可以制成電容量大的電池，如卷繞式電池。本專利技術的另一個目的是研究出制造上述用于可充電電池的一種新型薄膜陰極的工藝方法。這種工藝方法可以制成各種復雜形狀的薄膜陰極，不但可制出薄的薄膜陰極，又可以制出較厚的薄膜陰極，由于采用新的絲網印刷法制備陰極膜的工藝流程，使得在制備陰極膜的過程中不需氬氣保護氣氛，大大地減少了設備及工藝流程的復雜性，操作方便，使產品成本大大降低。本專利技術是一種用于可充電電池的薄膜陰極，由用鋁箔、腐蝕鋁箔、鎳箔、泡沫鎳箔、銅箔、腐蝕銅箔、不銹鋼箔其中的一種金屬箔作為基板和在上述的其中的一種基板上，以絲網印制法印制成的陰極膜所構成。本專利技術的一種用于可充電電池的薄膜陰極的制備工藝方法，以鋁箔、腐蝕鋁箔、鎳箔、泡沫鎳箔、銅箔、腐蝕銅箔、不銹鋼箔其中的一種金屬箔為基板，在上述其中一種的基板上用絲網印刷法印制上陰極膜或用刮漿法在上述其中的一種基板上的一側或兩側制成陰極膜后，進行壓制，再進行熱處理，使陰極膜干燥固化，而制成薄膜陰極，當制作形狀較簡單的薄膜陰極時，可在泡沫鎳箔、腐蝕銅箔、腐蝕鋁箔及其它上述的金屬箔的基板上直接用刮漿法制備雙面或單面陰極膜。用于制造可充電電池的一種薄膜陰極的基板可以是鋁箔、腐蝕鋁箔、鎳箔、泡沫鎳箔、銅箔、腐蝕銅箔、不銹鋼箔其中的一種金屬箔，但以腐蝕鋁箔、泡沫鎳箔為基板材料為好。基板的厚度控制在0.01-0.15毫米之間，又以0.05-0.15毫米為宜。在上述其中的一種基板上，用絲網印刷法印制成陰極膜印制陰極膜的陰極漿料成份為(1)陰極活性材料為Li1+xV308(x為0-1)、LiCoO2、LiNiO2、LiMn204、鋰錳復合氧化物(簡稱CDMO、Li∶Mn的原子比為30∶70)、λ-Mn2O4、改性二氧化錳其中的一種材料，陰極活性材料占陰極漿料總量的70-94%(重量百分數，下同)，又以占陰極漿料總量的70-90%為宜。所用上述陰極活性材料的粒度控制在-200目～-600目。(2)導電劑為乙炔黑、石墨、金屬粉(例如鎳粉、鋁粉、銅粉其中的一種)其中的一種，導電劑占陰極漿料總量的5-25%;(3)粘結劑為乙基纖維素溶液(市售)、聚乙二醇、聚四氟乙烯乳液(市售)、碳酸丙烯酯、聚環氧乙烷乙腈溶液(其濃度為每升乙腈中含有聚環氧乙烷1～10克)、羧甲基纖維素溶液其中的一種。粘結劑占陰極漿料總量的1-5%，在基板上所形成的陰極膜的厚度可控制在0.015～0.2毫米，又以控制在0.03～0.2毫米為佳。在用于可充電電池的一種薄膜陰極的制備工藝方法中，以鋁箔、腐蝕鋁箔、鎳箔、泡沫鎳箔、銅箔、腐蝕銅箔、不銹鋼箔其中的一種金屬箔作為基板。在上述其中的一種基板上用絲網印刷法印制陰極膜，所用的絲網為尼龍網、銅網、不銹鋼網其中的一種網，所用絲網的篩目為60～400目。根據電池的要求有效絲網可制成十分復雜的圖案，從而使印刷所得陰極膜具有不同復雜的形狀。印制陰極膜的陰極漿料的成分如上所述，使形成的陰極膜的厚度控制在0.015～0.2毫米之間，又以在0.03～0.2毫米之間為佳。在基板上印制形成陰極膜后，對陰極膜進行壓制，壓制時所用的壓力為20～500公斤/平方厘米，壓制的時間1分鐘～10分鐘，壓制后進行熱處理，熱處理的溫度控制在150°-300℃為好，熱處理的時間控制在5-60分鐘之間，又以控制在10-40分鐘為佳，使陰極膜干燥固化成膜，形成用于可充電電池的一種薄膜陰極。為了制成可充電電池，在上述所形成的固體陰極膜上，再用固體電解質形成固體電解質膜作為隔離膜。其工藝方法是在上述所形成的陰極膜上噴涂或浸漬形成一層固體電解質膜作為隔離膜。固體電解質溶液的組成為聚環氧乙烷(PEO)溶于乙腈溶液中并與LiC104絡合而成的，聚環氧乙烷的濃度為在1升乙腈中含1-10克聚環氧乙烷，高氯酸鋰與聚環氧乙烷單元(-CH2-CH2-O-)數的比為1∶9～1∶36，固體隔離膜的厚度為0.02～0.1毫米。亦可以在所形成的固體陰極膜上浸漬液體電解質和用10-20微米厚的聚丙烯材料含浸液體電解質形成一層液體電解質膜作為隔離膜，所用的液體電解質的成分有下列三種(1)碳酸丙烯酯(pc)與乙二醇二甲醚(DME)以體積比1∶1相混形成混合溶劑，在一升該混合溶劑中加入1個克分子的高氯酸鋰所形成的溶液。(2)在上述(1)的混合溶劑中用碳酸乙烯酯(Ec)取代其中1/3的碳酸丙烯酯(pc)所形成的混合溶劑中加入1克分子高氯酸鋰所形成的溶液。(3)3-8M氫氧化鉀水溶液。形成隔離膜后，在固體電解質形成的隔離膜上或在液體電解質膜形成的隔離膜上貼鋰箔、鋁-鋰合金箔、鋅箔其中的一種金屬箔、其箔的厚度為0.02-0.1毫米，尤本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于可充電電池的薄膜陰極，由用鎳箔為基板和在基板上以絲網印刷法制成的陰極膜所構成，其特征是，也可以用鋁箔、腐蝕鋁箔、泡沫鎳箔、銅箔、腐蝕銅箔、不銹鋼箔其中的一種金屬箔為基板。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉人敏，羅江山，宋偉明，吳國良，王洪基，
申請(專利權)人：北京有色金屬研究總院，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]