一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池及制备方法与流程

1.本发明属于火工品热电池技术领域，特别涉及一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池及制备方法。


背景技术：

2.单体电池作为热电池的核心部件，其性能的好坏，对热电池的各项电性能起到了决定性影响。激活时间对热电池来说是一项重要的性能指标，而单体电池可以通过选用低熔点的电解质和降低单体电池厚度两种方式来缩短热电池的激活时间。
3.现有快激活热电池多选用氯化锂-溴化锂-溴化钾低熔点电解质低共熔点为310℃，用该电解质制备的单体电池工作温度下限低，可以更快到达单体电池的放电条件。但对于现有体系来说，在未使用比其共熔点更低且在该温度时电导率适合的电解质前，很难通过电解质大幅度提升热电池的激活时间。
4.目前单体电池常见结构为“三合一片型结构”示意图见图1和“四合一片型结构”示意图见图2，其成型主要采用层叠压制成型。“三合一片型结构”多以电解质粉为基础层叠压制而成，因结构和制备方法限制，需要2～3个阻流环辅助压制成型，并需要用过量粉料填补空间位置，防止压制过程中因空间空隙而使单体电池分层，因此“三合一片型结构”的单体电池厚度一般偏厚。“四合一片型结构”以加热剂粉为基础层叠压制而成，可以不用阻流环辅助成型，但采用低熔点电解质压制的四合一单体电池，在高热量冲击下也因缺少阻流环而可能造成电解质溢流的现象，影响热电池的电性能。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种可加快热电池激活时间的薄型单体电池及制备方法，有效减少过量粉料的使用，降低单体电池的厚度，且提高单体电池耐受高热量冲击的能力，使其在高热量条件下更快的达到反应温度。
6.本发明的技术方案是：一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池，包括负极片101-a、电解质粉101-b、正极粉101-c、阻流环101-d和石墨片101-e；
7.所述负极片101-a、电解质粉101-b和正极粉101-c为依次上下铺设，且负极片101-a、电解质粉101-b和正极粉101-c均位于阻流环101-d内；
8.所述石墨片101-e覆盖在压制后的正极粉101-c上方，且石墨片101-e外径与阻流环101-d的外径相同。
9.本发明进一步的技术方案是：所述阻流环预压后的厚度等于电解质粉预压后的厚度加负极片的厚度。
10.本发明进一步的技术方案是：所述电解质中流动抑制剂的质量占比最少在50％。
11.本发明进一步的技术方案是：所述负极片101-a为固体锂硼金属片。
12.本发明进一步的技术方案是：所述电解质重量g的用量为单体电池面积cm2的0.05倍-0.08倍。
13.本发明进一步的技术方案是：所述正极粉101-c用量为负极的1.5倍-2倍。
14.本发明进一步的技术方案是：可缩短热电池激活时间的薄型单体电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
15.步骤1：先将阻流环放入模具中，在阻流环内摊平电解质粉，模具研平后在压机中进行第一次预压；
16.步骤2：取出上压模，放入负极片，进行第二次预压，此次预压后负极片与阻流环齐平；
17.步骤3：翻转模具摊平正极粉并放入石墨纸压制成型，摊平正极粉时需通过模具将正极粉的摊平范围限制在阻流环内。
18.本发明进一步的技术方案是：所述步骤1中，预压压力为20kn/cm2～25kn/cm2。
19.本发明进一步的技术方案是：所述步骤3中，压制时石墨纸与阻流环存在接触，成型压制后石墨纸与阻流环受压结合为一体对正极粉形成包覆。
20.本发明进一步的技术方案是：所述步骤3中，石墨纸预压成型压力为70kn/cm2～80kn/cm2。
21.发明效果
22.本发明的技术效果在于：与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
23.一、降低了单体电池厚度，提高了单体电池导热速度，节省了热电池高度空间。
24.二、减少了过量粉料的使用，减少了单体电池中的吸热物质，节省了制造成本。
25.三、提高了单体电池耐受高热量冲击的能力，可以通过增加热电池中放热物质的量，更快的使热电池内部达到反应温度。
26.四、使用该单体电池制造的热电池激活时间更短。
27.五、采用该制备方法得到的薄型单体电池，厚度仅为0.4mm，可将热电池的激活时间缩短10ms～20ms。
附图说明
28.图1是三合一片型结构；
29.图2是四合一片型结构；
30.图3是本发明薄型单体结构；
31.附图标记说明：101-a负极片；101-b电解质粉；101-c正极粉；101-d阻流环；101-e石墨片
具体实施方式
32.参见图1-图3，本发明要解决的第一个技术问题是，提供一种新型的可加快热电池激活时间的单体电池，减少过量粉料的使用，且不影响单体电池成型性，有效降低单体电池的厚度。
33.本发明要解决的第二个技术问题是，提高单体电池耐受高热量冲击的能力，且不影响单体电池电性能，使其在高热量条件下更快的达到反应温度。
34.为解决上述技术问题，本发明由阻流环、负极片、待成型粉料和石墨片组成。
35.根据本发明，所述薄型单体电池。其结构由负极片、电解质粉、正极粉、阻流环和石
墨片组成。电解质粉预压后的厚度小于阻流环受压前的厚度预压压力为20kn/cm2～25kn/cm2，阻流环预压后的厚度等于电解质粉预压后的厚度加负极片的厚度。铺正极粉时需借助模具将正极粉的摊平范围限制在阻流环内，后覆盖石墨片采用成型压力成型压力为70kn/cm2～80kn/cm2压制成型。
36.负极片和正极粉的使用量在满足电性能的条件下尽可能的少，使其可以更快的将热量传导至电解质层。提高电解质中流动抑制剂的比例，使电解质中流动抑制剂的质量占比最少在50％，使单体电池在承受高热量冲击时电解质进入熔融状态后不会溢流。
37.下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。
38.正如图3所示，本发明的一种薄型单体结构由负极片101-a、电解质粉101-b、正极粉101-c、阻流环101-d、石墨片101-e组成。先将阻流环放入模具中，在阻流环内摊平电解质粉，模具研平后在压机中进行第一次预压，取出上压模，放入负极片，进行第二次预压，此次预压后负极片与阻流环齐平，再翻转模具摊平正极粉并放入石墨纸压制成型，摊平正极粉时需通过模具将正极粉的摊平范围限制在阻流环内，使正极粉受压后部分渗透进电解质层中，加快单体电池导热，且保证成型压制时石墨纸与阻流环存在接触，成型压制后石墨纸与阻流环受压结合为一体对正极粉形成包覆。


技术特征：
1.一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池，其特征在于，包括负极片(101-a)、电解质粉(101-b)、正极粉(101-c)、阻流环(101-d)和石墨片(101-e)；所述负极片(101-a)、电解质粉(101-b)和正极粉(101-c)为依次上下铺设，且负极片(101-a)、电解质粉(101-b)和正极粉(101-c)均位于阻流环(101-d)内；所述石墨片(101-e)覆盖在压制后的正极粉(101-c)上方，且石墨片(101-e)外径与阻流环(101-d)的外径相同。2.如权利要求1所述的一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池，其特征在于，所述阻流环预压后的厚度等于电解质粉预压后的厚度加负极片的厚度。3.如权利要求1所述的一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池，其特征在于，所述电解质中流动抑制剂的质量占比最少在50％。4.如权利要求1所述的一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池，其特征在于，所述负极片(101-a)为固体锂硼金属片。5.如权利要求1所述的一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池，其特征在于，所述电解质(重量g)的用量为单体电池面积(cm2)的0.05倍-0.08倍。6.如权利要求1所述的一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池，其特征在于，所述正极粉(101-c)用量为负极的1.5倍-2倍。7.一种如权利要求1所述可缩短热电池激活时间的薄型单体电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：先将阻流环放入模具中，在阻流环内摊平电解质粉，模具研平后在压机中进行第一次预压；步骤2：取出上压模，放入负极片，进行第二次预压，此次预压后负极片与阻流环齐平；步骤3：翻转模具摊平正极粉并放入石墨纸压制成型，摊平正极粉时需通过模具将正极粉的摊平范围限制在阻流环内。8.如权利要求7所述可缩短热电池激活时间的薄型单体电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1中，预压压力为20kn/cm2～25kn/cm2。9.如权利要求7所述可缩短热电池激活时间的薄型单体电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，压制时石墨纸与阻流环存在接触，成型压制后石墨纸与阻流环受压结合为一体对正极粉形成包覆。10.如权利要求4所述可缩短热电池激活时间的薄型单体电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，石墨纸预压成型压力为70kn/cm2～80kn/cm2。

技术总结
本发明涉及一种可缩短热电池激活时间的薄型单体电池及制备方法，包括负极片、电解质粉、正极粉、阻流环和石墨片；负极片、电解质粉和正极粉为依次上下铺设，且负极片、电解质粉和正极粉均位于阻流环内；石墨片覆盖在压制后的正极粉上方，且石墨片外径与阻流环的外径相同。本发明有效减少过量粉料的使用，降低单体电池的厚度，且提高单体电池耐受高热量冲击的能力，使其在高热量条件下更快的达到反应温度。度。度。


技术研发人员：白杰 王宝娟 王军平 张毅 孙现忠 占先知 杨军 白旭 余福山 聂坤
受保护的技术使用者：西安北方庆华机电有限公司
技术研发日：2021.11.07
技术公布日：2022/2/24