一种低温高功率锂锰电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温高功率锂锰电池及其制备方法，应用于‑40℃的温度环境，放电电流大于3C，锂锰电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳，正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜依次重复层叠后形成为干电芯，锂锰电池由干电芯放入电池壳并经过注入电解液、老化、封口、老化制成，正极片和负极片分别为石墨烯基二氧化锰正极片、锂碳复合负极片，正极片的正反两面均设有正极片预留极耳，负极片的正反两面均设有负极片预留极耳本发明专利技术通过对优选材料和优选工艺技术的应用，充分说明了其有益效果，有效提高了电池在超低温环境中大功率放电性能，适合功耗型电子数码、特种勘探、启动电源和军事设备电源等领域的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种低温高功率锂锰电池及其制备方法
：本专利技术涉及一种功率型一次锂电池
，尤其是一种低温高功率锂锰电池及其制备方法。
技术介绍
：锂锰电池因其电压平台高、能量密度大、自放电率小和贮存时间长等优点，使其在市场上的应用范围越来越广泛，而将其用于-40℃超低温环境中的功耗型电子数码、特种勘探、启动电源和军事设备电源等特殊领域则很难满足大电流放电的需求，尤其难以满足3C以上的倍率放电性能。实现一次锂锰电池在低温环境中的大倍率放电关键在于提高一次锂锰电池的放电性能，一次锂锰电池放电性能的影响因素主要在于以下几个方面：1、传统的正极材料：电解二氧化锰难以满足低温环境中的大倍率放电要求，其次，现有技术在制备正极片时，大多选择将膏状的电解二氧化锰挤在集流体上形成正极涂层，正极涂层在集流体上相对蓬松，密实度较低，而且二氧化锰颗粒和集流体的接触面小，内阻增加，影响一次锂锰电池的放电特性，2、传统的金属锂带作为锂锰电池的负极材料，一方面，金属锂带的材料属性偏软，金属锂带在作为负极片加工时，容易受到外界的作用力出现褶皱或者断裂的现象；另一方面，金属锂带的化学性质较为活泼，金属锂带在作为负极片加工时，容易和制备环境中的水分产生化学反应，导致负极片的电化学性能降低；3、现有技术中的电解液，在低温环境下，电解液和一次锂锰电池的匹配性低，导致电解液在电池内部的流动性差，降低了电解液中LI+迁移的灵活性，影响电池在低温环境下的离子导电率和点子传输速率，4、现有技术中，正极片和负极片在和外部的集流体进行连接时，大多采用外部极耳焊接的方式，电池的内阻相对较高。此外，一次锂锰电池的品质和其电池制备环境息息相关，而一次锂锰电池在低温环境中大倍率的放电要求对电池的品质要求相对较高，在传统锂锰电池的制备工艺中，以制备锂锰电池的负极片为例，由于金属锂带的化学性质较为活泼，金属锂带在作为负极片加工时，从员工在车间的操作环境到设备内部负极材料的加工环境均有比较严格的控制要求，以此来满足锂锰电池品质的要求，然而这种方式极大的增加了电池制备环境的控制成本。
技术实现思路
：本专利技术的目的提供了一种低温高功率锂锰电池及其制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低温高功率的锂锰电池，应用于-40℃的温度环境，放电电流大于3C，锂锰电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳，正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜依次重复层叠后形成为干电芯，锂锰电池由干电芯放入电池壳并经过注入电解液、老化、封口、老化制成，其创新点在于：正极片和负极片分别为石墨烯基二氧化锰正极片、锂碳复合负极片，正极片的正反两面均设有正极片预留极耳，负极片的正反两面均设有负极片预留极耳。干电芯包括正极全极耳和负极全极耳，若干正极片层叠时，正极片预留极耳之间相互对齐且形成为多重正极片极耳，多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为正极全极耳，若干负极片层叠时，负极片预留极耳之间相互对齐且形成为多重负极片极耳，多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为负极全极耳。陶瓷隔膜为低温环境中具有高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜。电解液由浓度为0.7～2mol的锂盐和低粘度兼低熔点的有机溶剂组合混合制成，有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂。进一步的，电池壳的两端分别设有壳体正极集流体、壳体负极集流体，锂锰电池由干电芯放入电池壳，且使得正极全极耳、负极全极耳分别连接所述壳体正极集流体、壳体负极集流体，并经过注入电解液、老化、封口、老化制成。进一步的，上述锂盐为:高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、碘化锂。低粘度兼低熔点的碳酸脂为:碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯。低粘度兼低熔点的羧酸脂为:甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯。进一步的，上述电池壳的形状为方型，电池壳的材质为钢或铝或铝塑。一种所述的低温高功率锂锰电池的制备方法，具体包括以下步骤：S1、制备石墨烯基二氧化锰正极片将质量百分比为85%～98%的石墨烯基二氧化锰、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成正极浆料且通过涂布机均匀涂布于集流体铝网的正反两面，正极浆料在所述集流体铝网的正反两面形成正极涂层，正极涂层的四个边分别和集流体铝网的四个边缘均预留有正极空白区，正极空白区被划分为正极片预留极耳、正极高分子胶区以及两个正极绝缘胶带区，正极片预留极耳和正极高分子胶区位于正极涂层的两端，两个正极绝缘胶带区位于正极涂层的两侧，将涂有正极涂层的集流体铝网经过真空干燥箱85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得正极涂层的面密度为50～100mg/cm2，将正极绝缘胶带区浅浸在高分子胶中使其为高分子胶所包裹，然后整体放入真空干燥箱并经过110℃烘烤后，得到含水量小于30ppb的石墨烯基二氧化锰正极片。S2、制备锂碳复合负极将质量百分比为85%～98%的锂碳复合材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成负极浆料且通过涂布机均匀涂布于集流体铜网的正反两面，负极浆料在集流体铜网的正反两面形成负极涂层，负极涂层的四个边分别和集流体铜网的四个边缘均预留有负极空白区，负极空白区被划分为负极片预留极耳、负极高分子胶区以及两个负极绝缘胶带区，负极片预留极耳和负极高分子胶区位于负极涂层的两端，两个负极绝缘胶带区位于负极涂层的两侧，将涂有负极涂层的集流体铜网经过真空干燥箱85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得负极涂层的面密度为25～50mg/cm2，将负极绝缘胶带区浅浸在高分子胶中使其为高分子胶所包裹，然后整体放入真空干燥箱并经过110℃烘烤后，得到含水量小于30ppb的锂碳复合负极片。S3、制备纳米微孔陶瓷隔膜将陶瓷隔膜的正反两面涂覆纳米氧化铝涂层，并借助真空烘烤箱除去氧化铝涂层内的溶剂，得到低温环境中具有高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜，纳米微孔陶瓷隔膜的厚度为6～40um，纳米微孔陶瓷隔膜的面积大于石墨烯基二氧化锰正极片或者锂碳复合负极片的面积。S4、制备干电芯将石墨烯基二氧化锰正极、纳米微孔陶瓷隔膜、锂碳复合负极、纳米微孔陶瓷隔膜组合经层叠形成干电芯；在层叠过程中，用高温绝缘胶带U型包裹正极绝缘胶带区，正极片预留极耳经过层叠而聚集在一起形成为多重正极极耳；用高温绝缘胶带U型包裹负极绝缘胶带区，负极片预留极耳经过层叠而聚集在一起形成为多重负极极耳；多重正极极耳和平面金属薄片集流体焊接形成正极全极耳，多重负极极耳和平面金属薄片集流体焊接形成负极全极耳。S5、电池组装将干电芯在一定温度下且施加一定压力后放入电池壳，正极全极耳、负极全极耳分别连接壳体正极集流体、壳体负极集流体，并注入注入电解液后老化、封口、老化，得到所述锂锰电池。进一步的，二氧化锰颗粒表面通过石墨烯纳米粒子的包覆形成为石墨烯基二氧化锰，石墨烯基二氧化锰使用前在真空干燥箱内以375～40本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低温高功率的锂锰电池，应用于-40℃的温度环境，放电电流大于3C，所述锂锰电池包括正极片（1）、负极片（2）、陶瓷隔膜（3）、电解液以及电池壳（4），正极片（1）、陶瓷隔膜（3）、负极片（2）、陶瓷隔膜（3）依次重复层叠后形成为干电芯，所述锂锰电池由所述干电芯放入所述电池壳（4）并经过注入电解液、老化、封口、老化制成，其特征在于：所述正极片（1）和所述负极片（2）分别为石墨烯基二氧化锰正极片、锂碳复合负极片，所述正极片（1）的正反两面均设有正极片预留极耳（11），所述负极片（2）的正反两面均设有负极片预留极耳（21）；/n所述干电芯包括正极全极耳和负极全极耳，若干所述正极片（1）层叠时，所述正极片预留极耳（11）之间相互对齐且形成为所述多重正极片极耳，所述多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为所述正极全极耳，若干所述负极片（2）层叠时，所述负极片预留极耳（21）之间相互对齐且形成为所述多重负极片极耳，所述多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为所述负极全极耳；/n所述陶瓷隔膜（3）为低温环境中具有高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜；/n所述电解液由浓度为0.7～2mol的锂盐和低粘度兼低熔点的有机溶剂组合混合制成，所述有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；/n所述电池壳（4）的两端分别设有壳体正极集流体（41）、壳体负极集流体（42），所述锂锰电池由所述干电芯放入所述电池壳（4），且使得所述正极全极耳、所述负极全极耳分别连接所述壳体正极集流体（41）、所述壳体负极集流体（42），并经过注入所述电解液、老化、封口、老化制成。/n...

【技术特征摘要】
1.一种低温高功率的锂锰电池，应用于-40℃的温度环境，放电电流大于3C，所述锂锰电池包括正极片（1）、负极片（2）、陶瓷隔膜（3）、电解液以及电池壳（4），正极片（1）、陶瓷隔膜（3）、负极片（2）、陶瓷隔膜（3）依次重复层叠后形成为干电芯，所述锂锰电池由所述干电芯放入所述电池壳（4）并经过注入电解液、老化、封口、老化制成，其特征在于：所述正极片（1）和所述负极片（2）分别为石墨烯基二氧化锰正极片、锂碳复合负极片，所述正极片（1）的正反两面均设有正极片预留极耳（11），所述负极片（2）的正反两面均设有负极片预留极耳（21）；
所述干电芯包括正极全极耳和负极全极耳，若干所述正极片（1）层叠时，所述正极片预留极耳（11）之间相互对齐且形成为所述多重正极片极耳，所述多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为所述正极全极耳，若干所述负极片（2）层叠时，所述负极片预留极耳（21）之间相互对齐且形成为所述多重负极片极耳，所述多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为所述负极全极耳；
所述陶瓷隔膜（3）为低温环境中具有高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜；
所述电解液由浓度为0.7～2mol的锂盐和低粘度兼低熔点的有机溶剂组合混合制成，所述有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；
所述电池壳（4）的两端分别设有壳体正极集流体（41）、壳体负极集流体（42），所述锂锰电池由所述干电芯放入所述电池壳（4），且使得所述正极全极耳、所述负极全极耳分别连接所述壳体正极集流体（41）、所述壳体负极集流体（42），并经过注入所述电解液、老化、封口、老化制成。


2.根据权利要求1所述的一种低温高功率的锂锰电池，其特征在于：所述锂盐为:高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、碘化锂；
低粘度兼低熔点的碳酸脂为:碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯；
低粘度兼低熔点的羧酸脂为:甲酸甲酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯。


3.根据权利要求1所述的一种低温高功率的锂锰电池，其特征在于：所述电池壳（4）的形状为方型，所述电池壳（4）的材质为钢或铝或铝塑。


4.权利要求1-4中任意一种所述的低温高功率锂锰电池的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1、制备石墨烯基二氧化锰正极片
将质量百分比为85%～98%的石墨烯基二氧化锰、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成正极浆料且通过涂布机均匀涂布于集流体铝网（101）的正反两面，所述正极浆料在所述集流体铝网（101）的正反两面形成正极涂层（14），所述正极涂层（14）的四个边分别和所述集流体铝网（101）的四个边缘均预留有正极空白区，所述正极空白区被划分为所述正极片预留极耳（11）、正极高分子胶区（13）以及两个正极绝缘胶带区（12），所述正极片预留极耳（11）和所述正极高分子胶区（13）位于所述正极涂层（14）的两端，两个所述正极绝缘胶带区（12）位于所述正极涂层（14）的两侧，将涂有正极涂层（14）的集流体铝网（101）经过真空干燥箱85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得所述正极涂层（14）的面密度为50～100mg/cm2，将所述正极绝缘胶带区（12）浅浸在高分子胶中使其为高分子胶所包裹，然后整体放入真空干燥箱并经过110℃烘烤后，得到含水量小于30ppb的石墨烯基二氧化锰正极片；
S2、制备锂碳复合负极
将质量百分比为85%～98%的锂碳复合材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成负极浆料且通过涂布机均匀涂布于集流体铜网（102）的正反两面，所述负极浆料在所述集流体铜网（102）的正反两面形成负极涂层（24），所述负极涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄碧英，黄耀泽，唐天文，
申请(专利权)人：隆能科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32