一种高安全性一次锂锰电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高安全性一次锂锰电池及其制备方法，一次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，一次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：负极片经过电化学预掺锂，将“满荷电态的二次锂电池负极片”或“零荷电态的锂/碳半电池正极片”转变成预锂化负极片，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，本发明专利技术的一次锂锰电池在经过撞击、挤压、针刺测试后，无起火、爆燃、爆炸的现象，安全性能高于传统的一次锂锰电池。安全性能高于传统的一次锂锰电池。安全性能高于传统的一次锂锰电池。

【技术实现步骤摘要】
一种高安全性一次锂锰电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，特别是涉及一种高安全性一次锂锰电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]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。但传统锂锰电池在使用过程还存在一定的安全隐患，主要为：锂锰电池受到重物撞击、挤压、针刺等情况时，极易引发起火、爆燃、爆炸等安全事故。
[0003]影响锂锰电池安全性能的主要因素为：
①
传统的锂锰电池都是采用金属锂带作为负极片，因金属锂非常活泼，当电池受到外力作用而导致其内部的金属锂和电解液暴露于空气中时，金属锂极易与空气中的氧气、氮气、水份发生反应，尤其与水反应产生氢气，电解液中的有机溶剂也同时发生一系列分解反应，极易引发电池的起火、爆燃和爆炸；
②
传统的锂锰电池都是采用熔点不高的聚丙烯普通隔膜，当金属锂、电解液与空气中的氧气、氮气、水份发生反应而产生大量热能时，或者电池工作过程其内部温升过高时，普通隔膜极易收缩、破孔致使正极片和负极片直接接触而引起短路，快速引发电池的起火、爆燃和爆炸；
③
传统的锂锰电池制造企业所使用的电解液大多为外购，缺少电解液在安全性能方面的自主研发与设计，使得外购电解液制成的电池存在工作温升高、电解液易挥发和分解、易燃易爆等安全隐患；
④
电池制造工艺不合理致使电池内阻偏高，增大了电池工作时的发热，降低了电池的安全稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的提供了一种高安全性一次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。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高安全性的一次锂锰电池，一次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，一次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：负极片经过电化学预掺锂，将“满荷电态的二次锂电池负极片”或“零荷电态的锂/碳半电池正极片”转变成预锂化负极片，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；陶瓷隔膜为高机械强度、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的锂盐和高沸点兼低蒸气压的有机溶剂混合制成，有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；
电池壳的两端分别设有壳体正极集流体、壳体负极集流体，一次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。
[0006]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；高沸点兼低蒸气压的碳酸脂为: 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯；高沸点兼低蒸气压的羧酸脂为: 乙酸丁酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯。
[0007]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。
[0008]本专利技术提供一种高安全性一次锂锰电池的制备方法，具体包括以下步骤：S1、制备二氧化锰正极片将质量百分比为85%～98%的正极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成正极浆料且均匀涂布于集流体铝网的正反两面，正极浆料在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和3个正极隔膜包裹区，正极片预留极耳和其中一个正极隔膜包裹区位于正极涂层的两端，其他两个正极隔膜包裹区位于正极涂层的两侧，将涂有正极涂层的集流体铝网放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以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，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到二氧化锰正极片；S2、制备预锂化负极片A、制备备用极片：将质量百分比为85%～98%的负极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成负极浆料且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和3个负极隔膜包裹区，负极片预留极耳和其中一个负极隔膜包裹区位于负极涂层的两端，其他两个负极隔膜包裹区位于负极涂层的两侧，将涂有负极涂层的集流体铜网放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以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，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到备用极片；B、制备二次锂电池：将步骤A中得到的备用极片按照常规制备工艺制备二次锂电池，备用极片成为二次锂电池负极片；C、制备锂/碳半电池：将步骤A中得到的备用极片按照常规制备工艺制备锂/碳半电池，备用极片成为锂/碳半电池正极片；D、制备预锂化负极片：
①
、将步骤B中的二次锂电池充满电，在惰性气体氛围环境中将二次锂电池拆卸，将二次锂电池负极片分离出来，得到预锂化负极片；
②
、将步骤C中的锂/碳半电池放完电，在惰性气体氛围环境中将锂/碳半电池拆卸，将锂/碳半电池正极片分离出来，得到预锂化负极片；S3、制备纳米微孔陶瓷隔膜
作为正/负极片的制备工艺，不仅增加了活性材料与集流体的接触面积，提高了活性材料的密实度，还有利于各集流体网片所预留的极耳层叠聚集后焊接形成全极耳以降低电池的内阻，减弱了电池工作时的发热，从而提高了电池的安全稳定性。
附图说明
[0017]图1为本专利技术集流体铝网的表面剖面图。
[0018]图2为本专利技术集流体铜网的表面剖面图。
[0019]图3为本专利技术干电芯的层叠的侧面结构剖面图。
[0020]图4为本专利技术一次锂锰电池的侧面结构示意图。
[0021]如图5所示为本专利技术一次锂锰电池质量能量密度曲线图。
具体实施方式
[0022]如图1到图4所示，一种高安全性的一次锂锰电池，一次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，一次锂锰电池由干电芯放入电池壳4并经过注入电解液、老化、封口、老化制成，负极片经过电化学预掺锂，将“满荷电态的二次锂电池负极片”或“零荷电态的锂/碳半电池正极片”转变成预锂化负极片2，正极片1的正反两面均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高安全性的一次锂锰电池，所述一次锂锰电池包括正极片（1）、负极片、陶瓷隔膜（3）、电解液以及电池壳（4），正极片（1）、陶瓷隔膜（3）、预锂化负极片、陶瓷隔膜（3）依次重复层叠后形成为干电芯，所述一次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：所述负极片经过电化学预掺锂，将“满荷电态的二次锂电池负极片”或“零荷电态的锂/碳半电池正极片”转变成预锂化负极片（2），所述正极片（1）的正反两面均设有正极片预留极耳（11），所述预锂化负极片（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，若干所述预锂化负极片（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）为高机械强度、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的锂盐和高沸点兼低蒸气压的有机溶剂混合制成，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），所述一次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所述的一种高安全性的一次锂锰电池，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；高沸点兼低蒸气压的碳酸脂为: 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯；高沸点兼低蒸气压的羧酸脂为: 乙酸丁酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯。3.根据权利要求1所述的一种高安全性的一次锂锰电池，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1-3中任意一种高安全性一次锂锰电池的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、制备正极片将质量百分比为85%～98%的正极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成正极浆料且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）和3个正极隔膜包裹区（12），所述正极片预留极耳（11）和其中一个所述正极隔膜包裹区（12）位于所述正极涂层（14）的两端，其他两个所述正极隔膜包裹区（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）放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以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，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到正极片；S2、制备预锂化负极片（2）A、制备备用极片：将质量百分比为85%～98%的负极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成负极浆料且均匀涂布于...

【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：