專利名稱：一種鋰電池復合極柱的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋰電池制備技術領域，特別是鋰電池極柱用復合材 料的制備方法。
背景技術：
一次鋰電池是目前世界上實際應用電池中能量最高的一種電 池，廣泛應用于軍事、航天、航空領域及各種武器裝備中，同時 也在各類民用設備廣泛的使用。目前， 一次鋰電池中心極柱材料
多數為4J28可伐合金材料，這種材料電阻率較高，易造成電池電 壓響應速率的延緩，額外功耗過大增大，特別在大容量電池中， 容易出現電壓滯后和電壓不穩(wěn)定的現象，影響電氣設備的響應速 率，對設備的正常運行使用造成影響。為了解決這一問題，電池 領域的工程師們提出一次鋰電池的中心極柱采用銅或鋁等低電阻 率的金屬，但是在一次鋰電池用絕緣子的封接過程中，這些材料 的中心極柱與玻璃的封接強度，氣密性等都較差，不能滿足一次 鋰電池對玻璃封絕緣子的需要。因此，研究一種低阻率、高導熱 性、高機械強度、易與玻璃封接且封接強度高的極柱材料成為首 選的解決途徑。

發(fā)明內容
針對現有技術中鋰電池的璃絕緣子極柱材料電阻率偏高，造
成電壓響應速率的延緩，額外功耗增大，對設備的正常運行使用
造成影響的技術問題，本發(fā)明提出如下技術方案
一種鋰電池復合極柱的制備方法，其特征在于，包括如下步驟 1 )根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材
6料的復合比；
2) 將4J50管料浸入濃度3-5%的金屬清洗劑溶液中除油，浸泡
10-20分鐘后，用清水沖洗干凈；按照體積比15: 4: 20將體積濃
度為30%的雙氧水& 02、 密度為l. 19的鹽酸Hcl與水，在常溫下配 成拋光液，將4J50管料浸入40-60秒后去除表皮氧化物；
3) 刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具， 將內壁刮削一遍，刮削厚度0.05-0. lmm，直至內壁新基體裸漏為 止；
4) 將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使 4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為O—O. 03mm，制成料棒；
5) 將緊配合的料棒在900-—95(TC溫度條件下，通過內孔棒用 500T擠壓機進行擠壓。每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的 15-20%，；
6) 將擠壓后的料棒在750-90(TC條件下退火處理，保溫3小時， 消除內應力；
7) 多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管 料直徑的15-20%，擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸 而定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8mm;
8) 多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在
750-90(TC條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；
9)冷拔處理，每次直徑收縮量為10-15%，重復多次，直至得到 截面比S^。
S"為5: l時外徑為O2.0復合極柱。
本發(fā)明所制備的截面比S^。
S&為5: l的外徑O2.0的
4J50/Cu復合極柱與常規(guī)一次鋰電池極柱相比有明顯的性能優(yōu)勢，
并通過實驗證實可以有效的緩解一次鋰電電壓滯后現象，具有穩(wěn)
定電壓、提高鋰電電壓響應速率的優(yōu)點。


圖1 本發(fā)明一次鋰電池復合極柱示意圖不銹鋼蓋板1 4J50/Cu復合極柱2 玻璃絕緣子3 蓋板4 TU2純銅棒5 圖2本發(fā)明的工具鋼特制刮削模
圖3 電阻率對比情況表
圖4線膨脹系數圖(S4y5。 Sc =5: 1)
圖5本發(fā)明4J50/Cu復合極柱封接前的結合層狀況 圖6本發(fā)明4J50/Cu復合極柱封接后的結合層狀況 圖7 本發(fā)明4J50/Cu復合極柱延伸率 圖8本發(fā)明4J50/Cu復合極柱線膨脹系數測試結果(單位: X10-6/°C)
圖9 本發(fā)明4J50/Cu復合極柱截面比S4,5。
S&為5: 1的屈 服強度
圖10本發(fā)明復合極柱鋰電與常規(guī)鋰電性能對比
具體實施例方式
實施例1
1) 根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材 料的復合比；
2) 選用外徑①26內孔O12的4J50管料，浸入濃度3-5%的金屬清 洗劑溶液中除油，浸泡10分鐘后，用清水沖洗干凈；按照體積比 15: 4: 20將體積濃度為30%的雙氧水仏02、密度為l. 19的鹽酸Hcl 與水，在常溫下配成拋光液，將4J50管料浸入60秒后去除表皮氧 化物；
3) 刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具， 見圖2，將內壁刮削一遍，刮削厚度0.07mm，直至內壁新基體裸 漏為止；
4) 將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使 4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為0.03mm，制成料棒；
5) 將緊配合的料棒在95(TC溫度條件下，通過內孔棒用500T 擠壓機進行擠壓。每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的
815-20%,;
6) 將擠壓后的料棒在900。C條件下退火處理，保溫3小時，消 除內應力；
7) 多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管 料直徑的20%，擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸而 定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8mm;
8) 多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在750
'C條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；
9)冷拔處理，每次直徑收縮量為13%，重復多次，直至得到截 面比S^。
Sc 為5: l時外徑為O2.0復合極柱，見圖l。
實施例2
1) 根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材 料的復合比；
2) 選用外徑O24內孔0n0的4J50管料，浸入濃度3-5%的金屬清 洗劑溶液中除油，浸泡20分鐘后，用清水沖洗干凈；按照體積比 15: 4: 20將體積濃度為30%的雙氧水仏02、密度為l. 19的鹽酸Hcl 與水，在常溫下配成拋光液，將4J50管料浸入40秒后去除表皮氧 化物；
3) 刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具， 將內壁刮削一遍，刮削厚度0.05mm，直至內壁新基體裸漏為止；
4) 將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使 4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為0廳，制成料棒；
5) 將緊配合的料棒在90(TC溫度條件下，通過內孔棒用500T 擠壓機進行擠壓。每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的 15-20%，；
6) 將擠壓后的料棒在82(TC條件下退火處理，保溫3小時，消 除內應力；
7) 多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管料直徑的15%,擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸而
定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8mm;
8)多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在900
。C條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；
9)冷拔處理，每次直徑收縮量為15%，重復多次，直至得到截 面比S^。
Seu為5: l時外徑為O2.0復合極柱。
實施例3
1) 根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材 料的復合比；
2) 選用外徑0 22內孔0 8的4了50管料，浸入濃度3-5%的金屬清 洗劑溶液中除油，浸泡15分鐘后，用清水沖洗干凈；按照體積比 15: 4: 20將體積濃度為30%的雙氧水&02、密度為l. 19的鹽酸Hcl 與水，在常溫下配成拋光液，將4J50管料浸入50秒后去除表皮氧 化物；
3) 刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具， 將內壁刮削一遍，刮削厚度O. lmm，直至內壁新基體裸漏為止；
4) 將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使 4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為0.02mm，制成料棒；
5) 將緊配合的料棒在93(TC溫度條件下，通過內孔棒用500T 擠壓機進行擠壓。每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的 15-20%,;
6) 將擠壓后的料棒在75(TC條件下退火處理，保溫3小時，消 除內應力；
7) 多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管 料直徑的18%，擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸而 定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8隨；
8) 多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在820 'C條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；9)冷拔處理，每次直徑收縮量為10%，重復多次，直至得到截 面比S^。
Sc 為5: l時外徑為①2.0復合極柱。
對比試驗情況截面比S^。 S&為5: 1的4J50/Cu復合極柱
的性能檢測
①.電阻率對比情況，見圖3:
采用渦流導電儀，測量截面積比S^。
S"為5: l外徑O2.0的 4J50/C復合極柱的導電率。經檢測該復合極柱的電阻率為O. 094 Q mm 7m，僅為450的20%。
②線膨脹系數，見圖4、圖8:測試結果(單位X10—7°C) 按照截面比S^。
S"為5: l所制得的復合極柱，其膨脹系數
為9. 836X 10—6/。C (20-500°C)與4J50接近。
③ 屈服強度截面比S^。 Sc"為5: 1的4J50/Cu復合極柱屈
服強度，見圖9,復合極柱屈服強度平均值644.5MPa。 4J50/Cu的延
伸率的試驗情況見附圖7的具體數據。
④ 結合面狀態(tài)(氣密性檢測和SEM)
經ZQJ-240氦質譜檢漏儀檢漏，復合絲在封接前后漏氣率均小 于1.0X10—9Pam7s，復合芯材結合面結合緊密。(見附圖5、附圖6) 說明該復合比的4J50/Cu復合極柱能夠承受100(TC左右的高溫封 接環(huán)境。
⑤ 截面比S^。 S"為5: 1、外徑0>2.0、 4J50/Cu復合極柱組 裝電池性能與常規(guī)鋰電性能對比，見附圖10。可以看出，放電電 壓響應速度快，緩解了電壓滯后現象，且負載電壓變化范圍小， 電壓較穩(wěn)定。
本發(fā)明將4J50與Cu進行復合，利用金屬原子擴散原理和熱 擠壓拉拔技術，復合出高密封性4J50/Cu復合極柱，此極柱兼有 4J50和Cu的優(yōu)點，即兼顧了低阻率的要求，又具備一定的機械強 度和適宜的線膨脹系數，易于找到與之匹配的玻璃封接焊料，另 外該復合極柱具備較低的電阻率，比單純封接用膨脹合金電阻率 降低了 5倍左右，能夠較大幅度的降低大功率放電器件額外功耗， 提高一次鋰電的放電性能。
權利要求
1.一種鋰電池復合極柱的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材料的復合比；2)將4J50管料浸入濃度3-5％的金屬清洗劑溶液中除油，浸泡10-20分鐘后，用清水沖洗干凈；按照體積比15∶4∶20將體積濃度為30％的雙氧水H2O2、密度為1.19的鹽酸Hcl與水，在常溫下配成拋光液，將4J50管料浸入40-60秒后去除表皮氧化物；3)刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具，將內壁刮削一遍，刮削厚度0.05-0.1mm，直至內壁新基體裸漏為止；4)將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為0--0.03mm，制成料棒；5)將緊配合的料棒在900---950℃溫度條件下，通過內孔棒用500T擠壓機進行擠壓，每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的15-20％；6)將擠壓后的料棒在750-900℃條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；7)多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管料直徑的15-20％，擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸而定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8mm；8)多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在750-900℃條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；9)冷拔處理，每次直徑收縮量為10-15％，重復多次，直至得到截面比S4J50∶SCu為5∶1時外徑為Φ2.0復合極柱。
2. 根據權利要求1所述的鋰電池復合極柱的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1) 根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材 料的復合比；2) 將4J50管料浸入濃度3-5。/。的金屬清洗劑溶液中除油，浸泡IO分鐘后，用清水沖洗干凈；按照體積比15: 4: 20將體積濃度為30%的雙氧水112 02、 密度為l. 19的鹽酸Hcl與水，在常溫下配成 拋光液，將4J50管料浸入60秒后去除表皮氧化物；3) 刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具， 將內壁刮削一遍，刮削厚度0.07mm，直至內壁新基體裸漏為止；4) 將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使 4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為0. 03mm，制成料棒；5) 將緊配合的料棒在95(TC溫度條件下，通過內孔棒用500T 擠壓機進行擠壓，每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的 15-20% ;6) 將擠壓后的料棒在卯(TC條件下退火處理，保溫3小時，消 除內應力；7) 多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管 料直徑的20%，擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸而 定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8mm;8) 多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在750"C條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；9)冷拔處理，每次直徑收縮量為13%，重復多次，直至得到截 面比S^。
SCa為5: l時外徑為O2.0復合極柱。
3.根據權利要求l所述的鋰電池復合極柱的制備方法，其特征在于, 包括如下步驟1) 根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材 料的復合比；2) 將4J50管料浸入濃度3-596的金屬清洗劑溶液中除油，浸泡 20分鐘后，用清水沖洗干凈；按照體積比15: 4: 20將體積濃度為30%的雙氧水1^202、 密度為l. 19的鹽酸Hcl與水，在常溫下配成 拋光液，將4J50管料浸入40秒后去除表皮氧化物；3) 刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具， 將內壁刮削一遍，刮削厚度0.05mm，直至內壁新基體裸漏為止；4) 將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使 4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為Omni，制成料棒；5) 將緊配合的料棒在卯(TC溫度條件下，通過內孔棒用500T 擠壓機進行擠壓，每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的 15-20% ;6) 將擠壓后的料棒在82(TC條件下退火處理，保溫3小時，消 除內應力；7) 多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管 料直徑的15%，擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸而 定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8ram;8) 多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在卯O'C條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；9)冷拔處理，每次直徑收縮量為15%，重復多次，直至得到截 面比S^。 為5: l時外徑為^2.0復合極柱。
4.根據權利要求1所述的鋰電池復合極柱的制備方法，其特征在于, 包括如下步驟1) 根據內芯純銅棒截面積與外部4J50截面積的比值確定兩種材 料的復合比；2) 將4J50管料浸入濃度3-5%的金屬清洗劑溶液中除油，浸泡 15分鐘后，用清水沖洗千凈；按照體積比15: 4: 20將體積濃度為 30%的雙氧水11202、密度為1.19的鹽酸Hcl與水，在常溫下配成拋 光液，將4J50管料浸入50秒后去除表皮氧化物；3) 刮削工序，根據4J50管料的內徑選擇使用工具鋼刮削模具， 將內壁刮削一遍，刮削厚度0.1mm，直至內壁新基體裸漏為止；4) 將車削好的TU2純銅棒通過冷壓工藝鑲入4J50管料內，使4J50管料和TU2純銅棒緊配合，過盈量為0.02mm，制成料棒；5) 將緊配合的料棒在93(TC溫度條件下，通過內孔棒用500T 擠壓機進行擠壓，每次的擠壓變形量為外形管料直徑尺寸的 15-20% ;6) 將擠壓后的料棒在75(TC條件下退火處理，保溫3小時，消 除內應力；7) 多次重復步驟5)的擠壓過程，每次擠壓的擠壓量為外形管 料直徑的18%，擠壓次數由管料初始外徑與冷拔初始外徑尺寸而 定，直至達到冷拔工序需要的尺寸8mm;8) 多次重復步驟6)的退火處理過程，將擠壓后的料棒在840。C條件下退火處理，保溫3小時，消除內應力；9)冷拔處理，每次直徑收縮量為10%，重復多次，直至得到截 面比S^。
S"為5: l時外徑為O2.0復合極柱。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰電池制備技術領域，一種鋰電池復合極柱的制備方法，其特征在于，包括如下步驟1)確定兩種材料的復合比；2)將4J50管料浸入清洗劑溶液除油，在常溫下去除表皮氧化物；3)刮削工序，直至內壁新基體裸漏為止；4)將純銅棒鑲入4J50管料內，緊配合制成料棒；5)將緊配合的料棒在900-950℃溫度條件下，進行擠壓；6)將擠壓后的料棒退火處理；7)重復步驟5)的擠壓過程，直至達到冷拔工序需要的尺寸；8)重復步驟6)的退火過程；9)多次冷拔處理，得到截面比為5∶1時外徑為Φ2.0復合極柱。本發(fā)明可以緩解一次鋰電電壓滯后現象，具有穩(wěn)定電壓、提高鋰電電壓響應速率的優(yōu)點。
文檔編號H01M2/30GK101540387SQ20091002213
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月22日 優(yōu)先權日2009年4月22日
發(fā)明者任利娜, 慶 馮, 生 馮, 楊文波, 趙紅剛, 郭穩(wěn)尚 申請人:西安華泰有色金屬實業(yè)有限責任公司