一种基于PSA/SiO制造技术

本发明专利技术涉及电池领域，尤其是一种基于PSA/SiO

A Lithium/Thionyl Chloride Battery Based on PSA/SiO 2/PI Separator

The invention relates to the battery field, in particular to a lithium / thionyl chloride battery based on the PSA/SiO2/PI diaphragm, which is composed of a lithium ribbon, a PI diaphragm, a PSA/SiO2/PI diaphragm, a carbon film, a nickel net and a shell. The preparation method is that the lithium band is pressed on the nickel net as the negative electrode, the carbon film is pressed on the foam nickel as the positive electrode, and the PI diaphragm and the PSA/SiO2/PI diaphragm are made into composite diaphragms. After extreme drying, the lithium/thionyl chloride battery was assembled into a laminated square lithium/thionyl chloride battery. The PSA/SiO 2/PI diaphragm is made by using PSA to attach nano-SiO 2 to the surface of PI diaphragm, which has the advantages of high thermal stability, low porosity and electrochemical performance comparable to PTFE diaphragm. Therefore, the lithium/thionyl chloride battery prepared by the invention has high safety and good electrical performance, and can be better applied in civil and aerospace fields.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池
本专利技术涉及电池领域，尤其是一种基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池。
技术介绍
锂/亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池是一种以锂为阳极、碳作为阴极载体、无水四氯铝酸锂的亚硫酰氯溶液作为电解质的锂电池，是实际应用电池系列中工作电压和比能量最高的一种电池，工作电压可达3.6V，比能量可达590W·h/Kg；在航空航天、导航设备、地质勘探、仪器仪等领域均有广泛的应用。锂/亚硫酰氯电池虽然具有比能量高、比功率高粗、贮存寿命长等优点，但在实际应用中仍存在电压滞后与安全问题。隔膜是锂/亚硫酰氯电池重要组成部分，具有以下特性：分离正、负极，防止电池内部短路；为电解液中的离子传输提供通道，以保证电池的正常运行；其性能也会直接决定了电池的内阻，直接影响电池的能量密度。因此，隔膜的特性对电池的电性能和安全性有着重要影响。聚酰亚胺(PI)隔膜由于具有优异的热稳定性、耐化学腐蚀性和良好的机械性能，已在锂一次和锂二次电池领域逐步得到应用。大量研究表明，电池采用厚度在90μm以上的PI隔膜，会使电池的内阻增加，导致电池的能量密度降低；但如果采用厚度小(40μm左右)的PI隔膜，则因其孔隙率较大，会出现电池微短路的现象。本专利技术研究者通过实验发现，采用双层40μm厚度的PI隔膜的Li/SOCl2电池在搁置72h后，电池的开路电压由3.65V降为3.63V，证明电池发生了内部的微短路，从而表明40μm厚度的PI隔膜还存在结构上的缺陷。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术研究者对PI隔膜进行改性，提出了一种基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池，能满足锂/亚硫酰氯电池安全性和电性能的双重需要；具体是通过以下技术方案实现的：一种基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池，由锂带、PI隔膜、PSA/SiO2/PI隔膜、碳膜、镍网、壳体组成。优选地，所述的碳膜采用科琴黑粉料制成；所述的壳体采用方型不锈钢制成，其内部集群采用叠片式。优选地，所述的PSA/SiO2/PI隔膜的制备是采用PSA将纳米级SiO2附着于PI隔膜表面。优选地，所述的PSA/SiO2/PI隔膜的制备，具体包括以下过程：将二甲基乙酰胺溶剂置于烧杯中，加入纳米级SiO2后超声搅拌5min左右，再加入PSA超声搅拌30min左右；然后将得到的溶液均匀涂布在PI隔膜表面，放入鼓风干燥箱中干燥，得到PSA/SiO2/PI隔膜。优选地，所述的干燥温度为90-100℃。优选地，所述的基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池的制备方法，包括以下过程：将锂带压制在镍网上作为负极，碳膜压制在泡沫镍上作为正极；将PI隔膜和PSA/SiO2/PI隔膜制成复合隔膜；将复合隔膜和正极干燥后，和负极一起装入壳体，装配成叠片式方型锂/亚硫酰氯电池。优选地，所述的复合隔膜为双层复合隔膜，是将PSA/SiO2/PI隔膜包裹在锂/亚硫酰氯电池的正极，PI隔膜包覆在PSA/SiO2/PI隔膜表面制成。优选地，所述的复合隔膜和正极的干燥是在真空度为0.3KPa的环境下经过100-130℃的温度加热48-72h。本专利技术的有益效果在于：PSA/SiO2/PI隔膜具有比PTFE隔膜更高的热稳定性，以及比PI隔膜更高的孔隙率，可以有效防止电池发生微短路；而且，采用了PI、PSA/SiO2/PI复合隔膜的电池与采用了PI/PTFE复合隔膜的电池相比，具有相近的电压和容量，因此，PSA/SiO2/PI隔膜具有堪比PTFE隔膜的电化学性能。PSA/SiO2/PI隔膜具有高热稳定性和低孔隙率双重优点，能有效解决40μm厚度的PI隔膜因孔隙率高导致的电池微短路问题，同时也使锂/亚硫酰氯电池具有较低的内阻，保持良好的电性能。故本专利技术制备的锂/亚硫酰氯电池，安全性高、电性能好，可以更好地应用于民用及航天领域。附图说明图1为PTFE、PI、PSA/PI、PSA/PI/SiO2四种隔膜的扫描电镜图，(a)是PTFE、(b)是PI、(c)是PSA/PI、(d)是PSA/SiO2/PI。图2为PTFE、PI、PSA/PI、PSA/PI/SiO2四种隔膜对氮气的吸脱附曲线图，(a)是PTFE、(b)是PI、(c)是PSA/PI、(d)是PSA/SiO2/PI。图3为PTFE、PI、PSA/PI、PSA/SiO2/PI四种隔膜在不同温度下处理后的外观图。图4为PSA/SiO2/PI和PTFE隔膜的电性能曲线图，1是PSA/SiO2/PI隔膜与PI隔膜复合使用后的电池放电曲线，2是PTFE隔膜与PI隔膜复合使用后的电池放电曲线。具体实施方式下面结合具体的实施方式来对本专利技术的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。实施例1PSA/SiO2/PI隔膜制备方法：将96g二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂置于烧杯中，加入0.6g纳米SiO2后置于超声搅拌5min左右，再加入3.4g聚芳砜酰胺(PSA)超声搅拌30min左右。之后将得到的溶液部分均匀涂布在PI隔膜表面，在鼓风干燥箱中以90-100℃的温度加热6h，得到PSA/SiO2/PI隔膜。实施例2锂/亚硫酰氯电池组成：锂带、PI隔膜、PSA/SiO2/PI隔膜、碳膜、镍网、壳体；所述的碳膜采用科琴黑粉料制成；所述的壳体采用方型不锈钢制成，其内部集群采用叠片式。制备方法：将锂带压制在镍网上作为负极，碳膜压制在泡沫镍上作为正极；将PSA/SiO2/PI隔膜包裹在电池的正极，PI隔膜包覆在PSA/SiO2/PI隔膜表面形成复合膜；将复合膜与正极在真空度为0.3KPa的环境下经过100-130℃的温度加热48-72h后，与负极一起装入壳体，装配成额定容量为10Ah的叠片式方型锂/亚硫酰氯电池。额定容量10Ah的锂/亚硫酰氯电池，在常温(25±5℃)下以5mA/cm2电流密度(电流值为1.56A)放电，电压截止至3V。实验研究实验例1不同隔膜的结构研究实验方法：取PTFE隔膜、PI隔膜、PSA/PI隔膜和本专利技术制备的PSA/SiO2/PI隔膜分别进行电镜扫描，观察隔膜的紧密程度和孔隙，扫描结果如图1所示：结果分析：从图1可知，TFE隔膜表面致密，孔径极小；静电纺制备的的PI隔膜内部有大量的纤维交错分布，在其表面和内部形成大小不一的孔洞；PSA/PI隔膜的表层均匀覆盖了PSA膜，具有比PI膜更好的致密性，能提供更有效的物理绝缘；PSA/SiO2/PI隔膜中有较多的SiO2纳米颗粒嵌入PI膜的孔洞中，PSA与SiO2一同封闭了PI隔膜的孔隙，降低了PI隔膜的孔隙率的同时，还提升了隔膜的机械强度。实验例2不同隔膜的孔结构研究实验方法：取PTFE隔膜、PI隔膜、PSA/PI隔膜和本专利技术制备的PSA/SiO2/PI隔膜，分别测量其对氮气的吸脱附曲线，测量结果如图2所示。结果分析：从图2可知，PTFE、PI、PSA/PI、PSA/PI/SiO2四种隔膜的吸脱附曲线的低压端(0.0P/P0-0.1P/P0)均偏向于X轴，表明隔膜材料与氮气较弱的作用力。中压端(0.3P/P0-0.8P/P0)为氮气在隔膜孔道内的积聚，PTFE隔膜和PI隔膜的中压端的氮气吸脱附量都比较大，表明二者具有大孔结构。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池，其特征在于，由锂带、PI隔膜、PSA/SiO2/PI隔膜、碳膜、镍网、壳体组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池，其特征在于，由锂带、PI隔膜、PSA/SiO2/PI隔膜、碳膜、镍网、壳体组成。2.如权利要求1所述的基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池，其特征在于，所述的碳膜采用科琴黑粉料制成；所述的壳体采用方型不锈钢制成，其内部集群采用叠片式。3.如权利要求1所述的基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池，其特征在于，所述的PSA/SiO2/PI隔膜的制备是采用PSA将纳米级SiO2附着于PI隔膜表面。4.如权利要求3所述的基于PSA/SiO2/PI隔膜的锂/亚硫酰氯电池，其特征在于，所述的PSA/SiO2/PI隔膜的制备，具体包括以下过程：将二甲基乙酰胺溶剂置于烧杯中，加入纳米级SiO2后超声搅拌5min左右，再加入PSA超声搅拌30min左右；然后将得到的溶液均匀涂布在PI隔膜表面，放入鼓风干燥箱中干燥，得到PSA/SiO2/PI隔膜。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭思平，魏俊华，石斌，陈铤，黄晔，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：贵州,52