[12]发明专利申请公布说明书
[21]申请号200910022135.7
[51]Int.CI.
H01M 2/30 (2006.01)
[43]公开日2009年9月23日[22]申请日2009.04.22[21]申请号200910022135.7
[71]申请人西安华泰有色金属实业有限责任公
司
地址710016陕西省西安市未央路96号[72]发明人赵红刚 冯生 冯庆 杨文波 任利娜 郭
稳尚
[11]公开号CN 101540387A
[74]专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司
代理人徐文权
权利要求书 4 页 说明书 6 页 附图 4 页
[54]发明名称
一种锂电池复合极柱的制备方法
[57]摘要
本发明涉及锂电池制备技术领域，一种锂电池复合极柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)确定两种材料的复合比；2)将4J50管料浸入清洗剂溶液除油，在常温下去除表皮氧化物；3)刮削工序，直至内壁新基体裸漏为止；4)将纯铜棒镶入4J50管料内，紧配合制成料棒；5)将紧配合的料棒在900－950℃温度条件下，进行挤压；6)将挤压后的料棒退火处理；7)重复步骤5)的挤压过程，直至达到冷拔工序需要的尺寸；8)重复步骤6)的退火过程；9)多次冷拔处理，得到截面比为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。本发明可以缓解一次锂电电压滞后现象，具有稳定电压、提高锂电电压响应速率的优点。
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权 利 要 求 书
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1.一种锂电池复合极柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材料的复合比；
2)将4J50管料浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡10-20分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为30％的双氧水H2O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入40-60秒后去除表皮氧化物； 3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.05-0.1mm，直至内壁新基体裸漏为止；
4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0--0.03mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在900---950℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压，每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的15-20％；
6)将挤压后的料棒在750-900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管料直径的15-20％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在750-900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力； 9)冷拔处理，每次直径收缩量为10-15％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。
2.根据权利要求1所述的锂电池复合极柱的制备方法，其特征在于，
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包括如下步骤：
1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材料的复合比；
2)将4J50管料浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡10分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为30％的双氧水H2O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入60秒后去除表皮氧化物；
3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.07mm，直至内壁新基体裸漏为止； 4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0.03mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在950℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压，每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的15-20％；
6)将挤压后的料棒在900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管料直径的20％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在750℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
9)冷拔处理，每次直径收缩量为13％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。
3.根据权利要求1所述的锂电池复合极柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材料的复合比；
2)将4J50管料浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡20分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为
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30％的双氧水H2 O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入40秒后去除表皮氧化物；
3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.05mm，直至内壁新基体裸漏为止； 4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在900℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压，每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的15-20％；
6)将挤压后的料棒在820℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管料直径的15％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
9)冷拔处理，每次直径收缩量为15％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。
4.根据权利要求1所述的锂电池复合极柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材料的复合比；
2)将4J50管料浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡15分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为30％的双氧水H2 O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入50秒后去除表皮氧化物；
3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.1mm，直至内壁新基体裸漏为止； 4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使
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4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0.02mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在930℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压，每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的15-20％；
6)将挤压后的料棒在750℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管料直径的18％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在840℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
9)冷拔处理，每次直径收缩量为10％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。
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说 明 书
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一种锂电池复合极柱的制备方法
技术领域
本发明涉及锂电池制备技术领域，特别是锂电池极柱用复合材料的制备方法。背景技术
一次锂电池是目前世界上实际应用电池中能量最高的一种电池，广泛应用于军事、航天、航空领域及各种武器装备中，同时也在各类民用设备广泛的使用。目前，一次锂电池中心极柱材料多数为4J28可伐合金材料，这种材料电阻率较高，易造成电池电压响应速率的延缓，额外功耗过大增大，特别在大容量电池中，容易出现电压滞后和电压不稳定的现象，影响电气设备的响应速率，对设备的正常运行使用造成影响。为了解决这一问题，电池领域的工程师们提出一次锂电池的中心极柱采用铜或铝等低电阻率的金属，但是在一次锂电池用绝缘子的封接过程中，这些材料的中心极柱与玻璃的封接强度，气密性等都较差，不能满足一次锂电池对玻璃封绝缘子的需要。因此，研究一种低阻率、高导热性、高机械强度、易与玻璃封接且封接强度高的极柱材料成为首选的解决途径。发明内容
针对现有技术中锂电池的璃绝缘子极柱材料电阻率偏高，造成电压响应速率的延缓，额外功耗增大，对设备的正常运行使用造成影响的技术问题，本发明提出如下技术方案：
一种锂电池复合极柱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材
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料的复合比；
2)将4J50管料浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡10-20分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为30％的双氧水H2O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入40-60秒后去除表皮氧化物； 3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.05-0.1mm，直至内壁新基体裸漏为止；
4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0--0.03mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在900---950℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压。每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的15-20％，；
6)将挤压后的料棒在750-900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管料直径的15-20％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在750-900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力； 9)冷拔处理，每次直径收缩量为10-15％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。
本发明所制备的截面比S4J50∶SCu为5∶1的外径Φ2.0的4J50/Cu复合极柱与常规一次锂电池极柱相比有明显的性能优势，并通过实验证实可以有效的缓解一次锂电电压滞后现象，具有稳定电压、提高锂电电压响应速率的优点。附图说明
图1本发明一次锂电池复合极柱示意图
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不锈钢盖板1 4J50/Cu复合极柱2 玻璃绝缘子3 盖板4 TU2纯铜棒5
图2本发明的工具钢特制刮削模 图3电阻率对比情况表
图4线膨胀系数图(S4J50∶SCu＝5∶1)
图5本发明4J50/Cu复合极柱封接前的结合层状况 图6本发明4J50/Cu复合极柱封接后的结合层状况 图7本发明4J50/Cu复合极柱延伸率：
图8本发明4J50/Cu复合极柱线膨胀系数测试结果：(单位：×10-6/℃)
图9本发明4J50/Cu复合极柱截面比S4J50∶SCu为5∶1的屈服强度：
图10本发明复合极柱锂电与常规锂电性能对比 具体实施方式 实施例1
1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材料的复合比；
2)选用外径Φ26内孔Φ12的4J50管料，浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡10分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为30％的双氧水H2O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入60秒后去除表皮氧化物；
3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，见图2，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.07mm，直至内壁新基体裸漏为止；
4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0.03mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在950℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压。每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的
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15-20％，；
6)将挤压后的料棒在900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管料直径的20％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在750℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
9)冷拔处理，每次直径收缩量为13％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱，见图1。 实施例2
1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材料的复合比；
2)选用外径Φ24内孔Φ10的4J50管料，浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡20分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为30％的双氧水H2O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入40秒后去除表皮氧化物；
3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.05mm，直至内壁新基体裸漏为止； 4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在900℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压。每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的15-20％，；
6)将挤压后的料棒在820℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管
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料直径的15％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在900℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
9)冷拔处理，每次直径收缩量为15％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。 实施例3
1)根据内芯纯铜棒截面积与外部4J50截面积的比值确定两种材料的复合比；
2)选用外径Φ22内孔Φ8的4J50管料，浸入浓度3-5％的金属清洗剂溶液中除油，浸泡15分钟后，用清水冲洗干净；按照体积比15∶4∶20将体积浓度为30％的双氧水H2O2、密度为1.19的盐酸Hcl与水，在常温下配成抛光液，将4J50管料浸入50秒后去除表皮氧化物；
3)刮削工序，根据4J50管料的内径选择使用工具钢刮削模具，将内壁刮削一遍，刮削厚度0.1mm，直至内壁新基体裸漏为止； 4)将车削好的TU2纯铜棒通过冷压工艺镶入4J50管料内，使4J50管料和TU2纯铜棒紧配合，过盈量为0.02mm，制成料棒； 5)将紧配合的料棒在930℃温度条件下，通过内孔棒用500T挤压机进行挤压。每次的挤压变形量为外形管料直径尺寸的15-20％，；
6)将挤压后的料棒在750℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
7)多次重复步骤5)的挤压过程，每次挤压的挤压量为外形管料直径的18％，挤压次数由管料初始外径与冷拔初始外径尺寸而定，直至达到冷拔工序需要的尺寸8mm；
8)多次重复步骤6)的退火处理过程，将挤压后的料棒在820℃条件下退火处理，保温3小时，消除内应力；
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9)冷拔处理，每次直径收缩量为10％，重复多次，直至得到截面比S4J50∶SCu为5∶1时外径为Φ2.0复合极柱。
对比试验情况截面比S4J50∶SCu为5∶1的4J50/Cu复合极柱的性能检测
①.电阻率对比情况，见图3：
采用涡流导电仪，测量截面积比S4J50∶SCu为5∶1外径Φ2.0的4J50/C复合极柱的导电率。经检测该复合极柱的电阻率为0.094
2
Ω·mm/m，仅为4J50的20％。
-6
②线膨胀系数，见图4、图8：测试结果：(单位：×10/℃) 按照截面比S4J50∶SCu为5∶1所制得的复合极柱，其膨胀系数
-6
为9.836×10/℃(20-500℃)与4J50接近。
③屈服强度：截面比S4J50∶SCu为5∶1的4J50/Cu复合极柱屈服强度，见图9，复合极柱屈服强度平均值644.5MPa。4J50/Cu的延伸率的试验情况见附图7的具体数据。 ④结合面状态：(气密性检测和SEM)
经ZQJ-240氦质谱检漏仪检漏，复合丝在封接前后漏气率均小
-93
于1.0×10Pam/s，复合芯材结合面结合紧密。(见附图5、附图6)说明该复合比的4J50/Cu复合极柱能够承受1000℃左右的高温封接环境。
⑤截面比S4J50∶SCu为5∶1、外径Φ2.0、4J50/Cu复合极柱组装电池性能与常规锂电性能对比，见附图10。可以看出，放电电压响应速度快，缓解了电压滞后现象，且负载电压变化范围小，电压较稳定。
本发明将4J50与Cu进行复合，利用金属原子扩散原理和热挤压拉拔技术，复合出高密封性4J50/Cu复合极柱，此极柱兼有4J50和Cu的优点，即兼顾了低阻率的要求，又具备一定的机械强度和适宜的线膨胀系数，易于找到与之匹配的玻璃封接焊料，另外该复合极柱具备较低的电阻率，比单纯封接用膨胀合金电阻率降低了5倍左右，能够较大幅度的降低大功率放电器件额外功耗，提高一次锂电的放电性能。
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图2
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图5
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