一种电池正极片、软包装锂氟化碳一次电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电池正极片，包括正极集流体，所述正极集流体的外表面涂覆有正极活性物质涂层；正极活性物质涂层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；正极活性物质采用氟化碳或者采用以氟化碳为主要活性物质的混合物；氟化碳的孔隙率范围为5～50％；氟化碳孔隙的尺寸包括大孔、中孔和微孔中的一种或多种。本发明专利技术还提供了软包装锂氟化碳一次电池及其制备方法，本发明专利技术优选具有丰富孔隙结构、高比表面的氟化碳材料作为正极活性物质，氟化碳的特殊结构和形貌预留了可容纳反应产物的空间、限制了反应产物的存在形态，大大降低了正极片的放电膨胀。结合合理的正负电极面容量设计、电极压实密度设计，实现放电过程中正负极片厚度互平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种电池正极片、软包装锂氟化碳一次电池及其制备方法
本专利技术涉及锂电池
，特别是涉及一种电池正极片、软包装锂氟化碳一次电池及其制备方法。
技术介绍
锂/氟化碳(Li/CFx)电池，是首先成为商品的一种固体正极锂一次电池，由于其理论质量比能量为2180Wh/kg，是正极系列中最高的，具有良好的高温性能和安全性能，放电平台高且平稳、自放电率低，一直受到极大的关注。而软包装锂氟化碳电池由于采用轻质外壳，相比金属壳电池，其比能量具有明显优势，且尺寸灵活多变、安全性能优异，是最有应有前景，也是当前研究关注最多的一种电池。锂氟化碳电池在放电过程中，作为正极活性物质的氟化碳与锂离子发生锂合反应而产生氟化锂和碳，且产物氟化锂和碳覆盖在氟化碳表面，使氟化碳颗粒逐渐变大，以上反应特征，会导致氟化碳正极片随着电池放电过程的进行而大幅度增厚，通常厚度变化率达到100％～200％。由于电池的电极在反应过程中不可避免的存在不均匀性，在放电过程中，正极片不同位置的厚度变化也是不均一的，这就形成了沟壑和死区，导致部分氟化碳未能充分参与反应，电池容量发挥率低。在实际上，放电过程中负极中锂不断消耗，其厚度是不断降低的，但是正极片的膨胀及形成的沟壑、褶皱等，将导致正负极片与隔膜的接触变差，间距增大，最终导致电池厚度发生明显膨胀，这又导致了电池容量的发挥率降低。对于软包装结构电池，由于外壳强度较低，电极反应界面接触比金属外壳电池稍差，且对极片的膨胀无法有效束缚，在放电过程中的正极片厚度不均一性以及电池容量发挥率，都比金属外壳电池更差。为了避免软包装锂氟化碳一次电池在放电过程中的变形及厚度膨胀带来的不利影响，提高电池的容量发挥率，通常是采用夹具对软包装电池进行夹持放电，这种方法大大增加了电池组合的难度，也大大限制了锂氟化碳电池的应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种电池正极片、软包装锂氟化碳一次电池及其制备方法。为此，本专利技术提供了一种电池正极片，包括正极集流体，所述正极集流体的外表面涂覆有正极活性物质涂层；所述正极活性物质涂层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；正极活性物质、导电剂和粘结剂三者之间的质量比为：(80～95):(10～2):(10～3)；其中，正极活性物质采用氟化碳，或者采用以氟化碳为主要活性物质的混合物；氟化碳的孔隙率范围为5～50％；氟化碳孔隙的尺寸包括大孔、中孔和微孔中的一种或多种；其中，大孔的孔径＞50nm，中孔的孔径孔径为2nm～50nm，微孔的孔径＜2nm；氟化碳孔隙的孔道结构包括通孔、半通孔和三维贯穿孔中的一种或多种；氟化碳的比表面积范围为300m2/g～3000m2/g。正极集流体为铝箔。其中，氟化碳的种类包括氟化硬碳、氟化软碳、氟化无定形碳、氟化人造石墨、氟化天然石墨、氟化石墨烯、氟化碳纤维、氟化碳纳米管、氟化碳微球、氟化活性炭和氟化碳炭黑中的至少一种；所述导电剂包括石墨、炭黑、活性炭、碳微球、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、银Ag和氧化钛TiO2中的一种或多种；所述粘结剂包括丁苯胶乳、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸酯、改性聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯中的一种或多种。其中，氟化碳中的F/C原子比为0.3～1.5。其中，对于正极活性物质，在所述以氟化碳为主要活性物质的混合物中，除氟化碳之外，还具有的活性物质可以包括二氧化锰MnO2、氧化镍NiO、氧化铜CuO、五氧化二钒V2O5、氧化硅SiO2和Ag2V4O11等可与锂反应的物质中的一种或多种；在所述以氟化碳为主要活性物质的混合物中，氟化碳的质量比重为大于等于20％，并且小于100％。此外，本专利技术还提供了一种软包装锂氟化碳一次电池，包括软包装外壳；软包装外壳内放置有电池极组；软包装外壳内注入有非水电解液电池极组包括前面所述的正极片，以及负极片和隔膜；正极片，采用放电膨胀率为20％～50％的正极片；所述正极片放电过程中的厚度膨胀值与负极片放电过程中的厚度缩小值相等；其中，隔隔位于正极片和负极片之间的位置；电池极组为由正极片、负极片和隔膜通过卷绕、叠片或者卷绕式叠片形式所制备获得的极组。其中，隔膜的基体表面，包含有机粘结剂功能涂层；隔膜的基体材质，包括聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚对苯二甲酸乙二醇脂PET、聚酰亚胺PI和聚芳纶中的任意一种；隔膜的结构形式，包括在隔膜的基体单面混涂陶瓷层和有机粘结剂、在隔膜的基体双面分别混涂陶瓷层和有机粘结剂，以及在隔膜的基体表面依次涂覆陶瓷层和有机粘结剂层；其中，有机粘结剂，包括聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物和聚甲基丙烯酸甲酯中的任意一种；隔膜的总厚度范围为8μm～50μm。其中，负极片包括负极集流体；负极集流体的外表面复合有负极活性物质；负极活性物质包括金属锂或者含锂合金；其中，在含锂合金中，合金元素包括镍Ni、钴Co、锰Mn、铝Al、镁Mg和锆Zr中的一种或多种；软包装外壳的材质为铝塑膜或者不锈钢复合膜；软包装外壳的厚度范围为60μm～300μm。另外，本专利技术还提供了一种软包装锂氟化碳一次电池的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，正极片制作：将正极活性物质、导电剂和粘结剂按照预设的质量比混合均匀，然后分散在溶剂NMP中，从而制备获得正极浆料，然后将正极浆料均匀涂敷在作为正极集流体的铝箔表面，然后依次经过烘干、碾压、剪切工序，获得正极极片；在步骤S1中，正极活性物质、导电剂和粘结剂三者之间的质量比为：(80～95):(10～2):(10～3)；步骤S2，负极片制作：将作为负极活性物质的金属锂或锂合金，与铜、镍等集流体进行复合，并裁切成预设的规格；步骤S3，电池极组制备：将按预设规格裁切好的正极片、隔膜和负极片，按设计要求以卷绕、叠片或者卷绕式叠片的形式，制备成电池极组；步骤S4，外壳封装：将电池极组放入预成型的软包装外壳中，采用热熔密封工艺对外壳进行双边或三边密封，并预留一边用于注液；步骤S5，注液、密封：在干燥环境下，将电解液注入电池内，对电池注液口进行抽真空封口；步骤S6，热压聚合：对注液并密封好的电池施加压力和温度，并持续预设的时间；然后转入常温或预设低温环境下继续施加压力，并持续一定时间；步骤S7，老化：在预设高温和室温环境下分别搁置预设时长，实现电解液对极组的充分浸润；步骤S8，除气封口：将电池进行抽真空密封，实现最终封口，最终获得成品电池。其中，在步骤S6中，持续预设的时间长度为3～15分钟；在步骤S7中，搁置的预设时长为5～15天；预设低温环境是温度范围为-10℃～25℃的环境；预设高温环境是温度范围为35℃～70℃的环境。由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池正极片，其特征在于，包括正极集流体，所述正极集流体的外表面涂覆有正极活性物质涂层；/n所述正极活性物质涂层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；/n正极活性物质、导电剂和粘结剂三者之间的质量比为：(80～95):(10～2):(10～3)；/n其中，正极活性物质采用氟化碳，或者采用以氟化碳为主要活性物质的混合物；/n氟化碳的孔隙率范围为5～50％；/n氟化碳孔隙的尺寸包括大孔、中孔和微孔中的一种或多种；/n其中，大孔的孔径＞50nm，中孔的孔径孔径为2nm～50nm，微孔的孔径＜2nm；/n氟化碳孔隙的孔道结构包括通孔、半通孔和三维贯穿孔中的一种或多种；/n氟化碳的比表面积范围为300m

【技术特征摘要】
1.一种电池正极片，其特征在于，包括正极集流体，所述正极集流体的外表面涂覆有正极活性物质涂层；
所述正极活性物质涂层包括正极活性物质、导电剂和粘结剂；
正极活性物质、导电剂和粘结剂三者之间的质量比为：(80～95):(10～2):(10～3)；
其中，正极活性物质采用氟化碳，或者采用以氟化碳为主要活性物质的混合物；
氟化碳的孔隙率范围为5～50％；
氟化碳孔隙的尺寸包括大孔、中孔和微孔中的一种或多种；
其中，大孔的孔径＞50nm，中孔的孔径孔径为2nm～50nm，微孔的孔径＜2nm；
氟化碳孔隙的孔道结构包括通孔、半通孔和三维贯穿孔中的一种或多种；
氟化碳的比表面积范围为300m2/g～3000m2/g。


2.如权利要求1所述的电池正极片，其特征在于，氟化碳的孔隙率为5～30％；
正极集流体为铝箔。


3.如权利要求1所述的电池正极片，其特征在于，氟化碳的种类包括氟化硬碳、氟化软碳、氟化无定形碳、氟化人造石墨、氟化天然石墨、氟化石墨烯、氟化碳纤维、氟化碳纳米管、氟化碳微球、氟化活性炭和氟化碳炭黑中的至少一种；
所述导电剂包括石墨、炭黑、活性炭、碳微球、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯、银Ag和氧化钛TiO2中的一种或多种；
所述粘结剂包括丁苯胶乳、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸酯、改性聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、改性聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的电池正极片，其特征在于，氟化碳中的F/C原子比为0.3～1.5。


5.如权利要求1所述的电池正极片，其特征在于，对于正极活性物质，在所述以氟化碳为主要活性物质的混合物中，除氟化碳之外，还具有的活性物质可以包括二氧化锰MnO2、氧化镍NiO、氧化铜CuO、五氧化二钒V2O5、氧化硅SiO2和Ag2V4O11等可与锂反应的物质中的一种或多种；
在所述以氟化碳为主要活性物质的混合物中，氟化碳的质量比重为大于等于20％，并且小于100％。


6.一种软包装锂氟化碳一次电池，其特征在于，包括软包装外壳；
软包装外壳内放置有电池极组；
软包装外壳内注入有非水电解液
电池极组包括如权利要求1至5中任一项所述的正极片，以及负极片和隔膜；
正极片，采用放电膨胀率为20％～50％的正极片；
所述正极片放电过程中的厚度膨胀值与负极片放电过程中的厚度缩小值相等；
其中，隔隔位于正极片和负极片之间的位置；
电池极组为由正极片、负极片和隔膜通过卷绕、叠片或者卷绕式叠片形式所制备获得的极组。


7.如权利要求6所述的软包装锂氟化碳一次电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳晓霞，白宝生，冯辉，段征，
申请(专利权)人：天津力神电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12