本发明属于锂电池
技术领域：
，具体属于一种新体系锂电池及其制备方法。
背景技术：
：锂原电池(锂一次电池)是以锂金属作为负极，固体电解质或溶于有机溶剂的盐类为电解质，气体、液体等可溶性正极或固体正极为正极活性材料。锂原电池体系包括锂-二氧化硫、锂-亚硫酰氯、锂-二氧化锰、锂-二硫化铁、锂-硫化铜、锂-氟化碳、锂-氧化铜、锂-五氧化二钒、锂-银钒氧化物、锂-碘电池。锂原电池的应用范围极为广泛，在家用领域、医疗领域、军事领域、航空航天领域都有广泛的应用，比如电子计算器、电子手表、电动玩具、手电筒、智能水表、车用ect电源、心脏起搏器、定位发射器、通讯电台、夜视仪、水中兵器等等。随着电子产品的高功能化、医疗手段的进步、深海及航空航天探索的范围越来越广，对高性能锂原电池的需求也会越来越大。然而，现有体系的锂原电池受限于体系本身的限制，能量密度、功率密度等性能很难再进行提高，比如商业化的锂-二氧化锰电池在1c倍率下能量密度最高为290wh/kg左右，无法实现进一步的提升，因此为进一步实现锂原电池的高功能化，需要开发新的材料体系来实现。技术实现要素：针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种新体系锂电池及其制备方法。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种新体系锂电池，所述锂电池包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及有机电解液；所述正极是将含有正极活性材料cr3o8的正极活性物质层涂布在集流体上制得的；所述负极的制备材料为金属锂或者锂合金。进一步的，所述正极活性材料是纯cr3o8或者cr3o8的质量百分含量大于86％的铬系氧化物混合物。进一步的，所述正极活性物质层中除正极活性材料外，还包括导电剂和粘接剂，正极活性物质层中正极活性材料、导电剂和粘接剂的质量百分比为86～96：2～7：2～7。进一步的，所述导电剂为碳黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种的混合物。进一步的，所述粘接剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯砒咯烷酮、聚氨酯和聚酰胺中的至少一种。进一步的，所述隔膜包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯和聚丙烯复合膜、聚酰亚胺膜以及上述体系的陶瓷隔膜中的任意一种。进一步的，所述有机电解液为锂盐有机电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或者四氟硼酸锂；电解液溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂和氟化溶剂。更进一步的，本发明还公开了上述新体系锂电池的制备方法，包括如下步骤：s1、在干燥间环境下，首先将含有cr3o8的正极活性材料、导电剂、粘结剂按照比例混合均匀，加入适量溶剂连续搅拌至均匀，得到正极浆料；s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成正极极片；s3、将正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜包好，然后按照设计的电池容量与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；s4、为电芯焊接极耳；焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。本发明具有的优点和积极效果：根据本发明得到的锂原电池，性能高，1c倍率下比能量可达520wh/kg(目前商业化的锂-二氧化锰电池在相同倍率下比能量为290wh/kg)；贮存性能良好，可以在-40℃至55℃的温度范围能正常使用，符合锂原电池的特性。该体系电池制备具有工艺简单，操作方便，性能优异，适用范围广等优点，具有很大的应用前景。具体实施方式为能进一步了解本发明的
发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明如下：本发明公开了一种新体系锂电池，所述锂电池包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及有机电解液；所述正极是将含有正极活性材料cr3o8的正极活性物质层涂布在集流体上制得的；优选的，所述正极活性材料是纯cr3o8或者cr3o8质量百分含量大于86％的铬系氧化物混合物；所述正极活性物质层中除正极活性材料外，还包括导电剂和粘接剂，正极活性物质层中正极活性材料、导电剂和粘接剂的质量百分比为86～96:2～7:2～7。所述导电剂为碳黑(乙炔黑、superp、supers等)、导电石墨(ks-6、ks-15、sfg-6、sfg-15等)、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等中的一种或几种的混合物。所述粘接剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯砒咯烷酮、聚氨酯和聚酰胺中的至少一种。所述负极的制备材料为金属锂或者锂合金。所述隔膜包括聚乙烯膜(pe膜)、聚丙烯膜(pp膜)、聚乙烯和聚丙烯复合膜、聚酰亚胺膜以及上述体系的陶瓷隔膜中的任意一种。所述有机电解液为锂盐有机电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂；所述锂盐为六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂(liclo4)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)或者四氟硼酸锂(libf6)等；电解液溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂和氟化溶剂等。以下通过几个实施例对本发明的新体系锂电池的制备方法进行详细介绍：实施例1：本实施例的新体系锂电池的制备方法，主要包括如下步骤：s1、在干燥间环境下，首先将cr3o8、导电剂(乙炔黑)、粘结剂(聚偏氟乙烯)按照质量百分比90:5:5的比例混合均匀，加入溶剂n，n-二甲基吡咯烷酮(nmp)连续搅拌至均匀，得到正极浆料；s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成正极极片；s3、将正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜(pe单层膜)包好，然后按照设计的电池容量(10ah)与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；s4、然后电芯焊接极耳；焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液(1mol/l的lipf6，ec:dec:dmc的体积比为1:1:1)，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。实施例2：本实施例的新体系锂电池的制备方法，主要包括如下步骤：s1、在干燥间环境下，首先将cr3o8、导电剂(superp)、粘结剂(聚偏氟乙烯)按照质量百分比96:2:2的比例混合均匀，加入溶剂n，n-二甲基吡咯烷酮(nmp)连续搅拌至均匀，得到正极浆料；s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成设计的正极极片；s3、将正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜(pp单层膜)包好，然后按照设计的电池容量(10ah)与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；s4、然后电芯焊接极耳，焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液(1.05mol/l的lipf6，ec:dec:dmc的体积比为1:1:1)，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。实施例3：本实施例的新体系锂电池的制备方法，主要包括如下步骤：s1、在干燥间环境下，首先将含有95wt％cr3o8的铬系氧化物混合物、导电剂(碳黑和ks-15质量比1:1的混合导电剂)、粘结剂(聚偏氟乙烯)按照质量百分比90:5:5的比例混合均匀，加入溶剂n，n-二甲基吡咯烷酮(nmp)连续搅拌至均匀，得到正极浆料；s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成设计的正极极片；s3、将正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜(pe陶瓷隔膜)包好，然后按照设计的电池容量(10ah)与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；s4、然后电芯焊接极耳，焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液(1mol/l的liclo4，ec:emc的体积比为1:1)，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。实施例4：本实施例的新体系锂电池的制备方法，主要包括如下步骤：s1、在干燥间环境下，首先将cr3o8、导电剂(碳黑、ks-15和碳纳米管质量比1:1:1的混合导电剂)、粘结剂(聚四氟乙烯)按照质量百分比88:6:6的比例混合均匀，加入溶剂n，n-二甲基吡咯烷酮(nmp)连续搅拌至均匀，得到正极浆料；s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成设计的正极极片；s3、将正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜(pp单层膜)包好，然后按照设计的电池容量(10ah)与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；s4、然后电芯焊接极耳；焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液(1mol/l的lipf6，ec:dec:dmc的体积比为1:1:1)，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。实施例5：本实施例的新体系锂电池的制备方法，主要包括如下步骤：s1、在干燥间环境下，首先将cr3o8、导电剂(碳黑和碳纳米管质量比1:1的混合导电剂)、粘结剂(聚偏氟乙烯)按照质量百分比86:7:7的比例混合均匀，加入溶剂n，n-二甲基吡咯烷酮(nmp)连续搅拌至均匀，得到正极浆料；s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成设计的正极极片；s3、正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜(pp陶瓷膜)包好，然后按照设计的电池容量(10ah)与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；s4、然后电芯焊接极耳；焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液(1mol/l的liclo4，ec:emc的体积比为1:1)，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。对比例1：本实施例的锂电池其正极材料采用目前商业常用的锂-二氧化锰体系，制备方法主要包括如下步骤：s1、在干燥间环境下，首先将mno2、导电剂(乙炔黑)、粘结剂(聚偏氟乙烯)按照质量百分比90:5:5的比例混合均匀，加入溶剂n，n-二甲基吡咯烷酮(nmp)连续搅拌至均匀，得到正极浆料；s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成设计的正极极片；s3、正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜(pe单层膜)包好，然后按照设计的电池容量(10ah)与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；s4、然后电芯焊接极耳；焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液(1mol/l的lipf6，ec:dec:dmc的体积比为1:1:1)，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。实施例1-5和对比例1中的电池样品在45℃环境下静置24h。然后在常温环境下，称量电池重量(m)，以1c的倍率放电至1.5v，记录电池的放电能量(w)，然后按照w/m计算电池的比能量，性能数据见下表。项目电池比能量(wh/kg)实施例1520.0实施例2527.6实施例3530.1实施例4521.1实施例5523.3对比例1288.8通过上表可见，依据本发明得到的锂原电池，1c倍率下比能量可达520wh/kg以上，远远大于目前商业化的锂-二氧化锰电池在相同倍率下的比能量(290wh/kg)，该体系锂电池可以在-40℃至55℃的温度范围能正常使用，具有性能高、贮存性能好等特点。该体系电池制备具有工艺简单，操作方便，性能优异，适用范围广等优点，具有很大的应用前景。本文所述实施例只是本发明的部分实施例，并非全部。根据上述说明书的解释和指导，本领域的技术人员基于本发明及实施例，能够对实施方式进行变更、改进、替换等，但在没有做出创新性研究前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范畴。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种新体系锂电池，所述锂电池包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及有机电解液；其特征在于：所述正极是将含有正极活性材料cr3o8的正极活性物质层涂布在集流体上制得的；所述负极的制备材料为金属锂或者锂合金。
2.如权利要求1所述的新体系锂电池，其特征在于：所述正极活性材料是纯cr3o8或者cr3o8的质量百分含量大于86％的铬系氧化物混合物。
3.如权利要求2所述的新体系锂电池，其特征在于：所述正极活性物质层中除正极活性材料外，还包括导电剂和粘接剂，正极活性物质层中正极活性材料、导电剂和粘接剂的质量百分比为86～96:2～7:2～7。
4.如权利要求3所述的新体系锂电池，其特征在于：所述导电剂为碳黑、导电石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或几种的混合物。
5.如权利要求3所述的新体系锂电池，其特征在于：所述粘接剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯砒咯烷酮、聚氨酯和聚酰胺中的至少一种。
6.如权利要求1所述的新体系锂电池，其特征在于：所述隔膜包括聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯和聚丙烯复合膜、聚酰亚胺膜以及上述体系的陶瓷隔膜中的任意一种。
7.如权利要求1所述的新体系锂电池，其特征在于：所述有机电解液为锂盐有机电解液，包括锂盐、溶剂和添加剂，所述锂盐为六氟磷酸锂、高氯酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或者四氟硼酸锂；电解液溶剂为碳酸酯类溶剂、醚类溶剂和氟化溶剂。
8.如权利要求1至7任一项所述的新体系锂电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1、在干燥间环境下，首先将含有cr3o8的正极活性材料、导电剂、粘结剂按照比例混合均匀，加入适量溶剂连续搅拌至均匀，得到正极浆料；
s2、将正极浆料均匀涂布在集流体铝箔上，碾压分切后制备成正极极片；
s3、将正极极片在真空干燥箱中彻底烘干，在干燥间中用隔膜包好，然后按照设计的电池容量与裁切好的金属锂负极进行叠片，负极数量比正极数量多一片，成电芯；
s4、为电芯焊接极耳；焊接后放入冲压好的大小合适的铝塑膜软包装中，注入适量有机电解液，真空封口机封口完毕成软包装方形电池。
技术总结本发明属于锂电池技术领域，具体属于一种新体系锂电池及其制备方法。所述锂电池包括正极、负极、介于正极和负极之间的隔膜以及有机电解液；正极是将含有正极活性材料Cr3O8的正极活性物质层涂布在集流体上制得的；负极的制备材料为金属锂或者锂合金。正极活性材料是纯Cr3O8或者Cr3O8的质量百分含量大于86％的铬系氧化物混合物。根据本发明得到的锂原电池，性能高，1C倍率下比能量可达520Wh/kg(目前商业化的锂‑二氧化锰电池在相同倍率下比能量为290Wh/kg)；贮存性能良好，可以在‑40℃至55℃的温度范围能正常使用，符合锂原电池的特性。
技术研发人员：彭庆文
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十八研究所
技术研发日：2020.11.23
技术公布日：2021.03.12
