一种锂一次电池及其制备方法与流程

本发明涉及电池，具体涉及一种锂一次电池及其制备方法。

背景技术：

1、化石能源的不断消耗和不可再生造成的能源危机和环境问题日趋严重，高效且稳定的能量转换与存储设备备受关注。锂电池具有能量密度高等优势，已经成为最为广泛的电化学储能器件，并大规模应用于各个领域。锂一次电池具有存储性较好，放电性能稳定，能量密度高等显著优点，在军品、户外装备等领域应用广泛。

2、传统的锂一次电池通常采用有机液体作为电解液，但有机电解液存在的易燃、易腐蚀等问题，大大限制了锂一次电池的实际应用。同时，在锂一次电池的生产制造过程中由于电池尺寸较小，造成注液等工序操作困难，容易出现电解液的注液量过多或过少的情况，使最终导致制得的锂一次电池的一致性和生产良率较低并影响锂一次电池的寿命和自放电。

技术实现思路

1、为了解决传统的锂一次电池采用有机电解液在注液过程中存在的注液困难的问题，本发明提供一种锂一次电池及其制备方法。

2、根据本发明的第一个方面，提供一种锂一次电池，该锂一次电池包括正极片和负极片，正极片包括正极集流体和依次设置在正极集流体的至少一个表面上的正极活性涂层、电解质层，正极活性涂层包括正极活性材料、聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和锂盐，电解质层包括聚合物固态电解质和锂盐；聚合物固态电解质包括聚环氧乙烷(peo)、聚碳酸酯(ppc)、聚丙烯腈(pan)、聚硅氧烷(pdms)、聚甲基丙烯酸酯(pmma)中的至少一种；氧化物固态电解质包括li1.5al0.5ge1.5(po4)3(lagp)、li1.4al0.4ti1.6(po4)3(latp)、钙钛矿型陶瓷li0.33la0.557tio3(llto)、锂镧锆氧li7la3zr2o12(llzo)中的至少一种。

3、本发明通过在正极片的正极活性涂层中引入聚合物固态电解质和氧化物固态电解质，并在正极活性涂层的表面上复合含聚合物固态电解质的电解质层，将上述正极片应用于锂一次电池中，一方面，该锂一次电池为固态电池，省去了注液工艺，在提高锂一次电池的安全性能和能量密度的同时也很好地解决了传统的锂一次电池在制备过程中出现的注液困难的问题，提高了生产效率，另一方面，正极活性涂层中同时含有聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和锂盐，设置在正极活性涂层的表面上的电解质层含有聚合物固态电解质，通过在正极片的正极活性涂层以及复合在正极活性涂层的表面的电解质层中同时引入聚合物固态电解质，能够有效改善电解质层与电极的界面相容性，使得电解质层与电极紧密接触，延长了锂一次电池的寿命和降低了锂一次电池的自放电。

4、优选地，正极活性涂层的厚度为50～150μm。

5、优选地，电解质层的厚度为6～30μm。

6、优选地，聚合物固态电解质为peo，氧化物固态电解质为latp。

7、优选地，正极活性材料包括二氧化锰、cfx(0.5＜x≤1)中的至少一种。

8、优选地，正极集流体为涂碳铝箔。

9、采用涂碳铝箔作为正极集流体，其导电性更好，同时还能够改善铝箔与正极活性涂层之间的接触界面，提高正极活性涂层与铝箔的附着力，进而提高锂一次电池的能量密度和延长锂一次电池的寿命。

10、优选地，正极活性涂层还包括导电剂和粘结剂；导电剂包括石墨、碳纳米管、乙炔黑、导电炭黑中的至少一种；粘结剂包括聚偏氟乙烯(pvdf)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的至少一种。

11、优选地，在正极活性涂层中，按照质量比计算，正极活性材料：聚合物固态电解质：氧化物固态电解质：锂盐＝75～85：5～10：1～5：1～3。

12、优选地，导电剂由碳纳米管和石墨按照质量比1～3：1～2混合而成。

13、优选地，负极片为锂金属箔材，锂金属箔材的厚度为30～80μm。

14、优选地，上述电解质层还包括增塑剂，增塑剂包括琥珀腈、乙腈、聚乙二醇二甲基醚中的至少一种；在电解质层中，按照质量比计算，聚合物固态电解质：增塑剂：锂盐＝40～80：5～10：20～60。

15、通过在电解质层中引入增塑剂，能够进一步提高电解质层的离子电导率。

16、根本本发明的第二个方面，提供一种锂一次电池的制备方法，包括以下步骤：

17、s1.利用聚合物固态电解质、氧化物固态电解质与溶剂配制得到混合液；

18、s2.利用正极活性材料与导电剂、粘结剂、溶剂配制得到正极浆料；

19、s3.将上述混合液、上述正极浆料与锂盐混合均匀并涂覆于正极集流体的至少一个表面上以形成正极活性涂层；

20、s4.利用聚合物固态电解质、锂盐与增塑剂、溶剂配制得到电解质溶液；

21、s5.将电解质溶液涂覆于正极活性涂层的表面以形成电解质层，制得正极片；

22、s6.将正极片与负极片进行组装，制得锂一次电池；

23、聚合物电解质包括聚环氧乙烷、聚碳酸酯、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸酯中的至少一种；

24、氧化物固态电解质包括li1.5al0.5ge1.5(po4)3、li1.4al0.4ti1.6(po4)3、li0.33la0.557tio3、li7la3zr2o12中的至少一种。

25、本方案所涉及的锂一次电池的制备方法将含有聚合物固态电解质和氧化物固态电解质的正极浆料涂覆于正极集流体的表面上以形成正极活性涂层，接着将含有聚合物固态电解质的电解质溶液涂覆于正极活性涂层的表面上以形成电解质层，将制得的正极片与负极片进行组装，其中，电解质层与正极片中的正极活性涂层、负极片紧密结合，使得锂一次电池的寿命有所延长，降低了锂一次电池的自放电，并且，在上述锂一次电池的制备过程中省去了注液工艺，有效解决了传统的锂一次电池在制备过程中出现的注液困难的问题，提高了生产效率。

26、优选地，在s1中，混合液的固含量为10～30％。

27、优选地，溶剂包括n-甲基吡咯烷酮(nmp)、二甲基亚砜(dmso)、二甲基甲酰胺(dmf)、苯甲醚、对二甲苯中的至少一种。

28、优选地，锂盐包括六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、高氯酸锂(liclo4)、六氟砷酸锂(asf6li)、双二氟磺酰亚胺锂(lifsi)、双三氟甲基磺酰亚胺锂(litfsi)、双草酸硼酸锂(c4bli3o11)、二氟草酸硼酸锂(liodfb)、双乙二酸硼酸锂(libob)中的至少一种。

29、优选地，在正极活性涂层中，按照质量比计算，正极活性材料：导电剂：粘结剂：聚合物固态电解质：氧化物固态电解质：锂盐＝75～85：3～4：2～3：5～10：1～5：1～3。

技术特征：

1.一种锂一次电池，其特征在于：包括正极片和负极片，所述正极片包括正极集流体和依次设置在所述正极集流体的至少一个表面上的正极活性涂层、电解质层，所述正极活性涂层包括正极活性材料、聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和锂盐，所述电解质层包括聚合物固态电解质和锂盐；

2.如权利要求1所述锂一次电池，其特征在于：所述正极活性涂层的厚度为50～150μm，

3.如权利要求1所述锂一次电池，其特征在于：所述聚合物固态电解质为聚环氧乙烷，所述氧化物固态电解质为li1.4al0.4ti1.6(po4)3。

4.如权利要求1所述锂一次电池，其特征在于：所述正极活性材料包括二氧化锰、cfx(0.5＜x≤1)中的至少一种。

5.如权利要求1所述锂一次电池，其特征在于：所述正极集流体为涂碳铝箔。

6.如权利要求1所述锂一次电池，其特征在于：在所述正极活性涂层中，按照质量比计算，所述正极活性材料：所述聚合物固态电解质：所述氧化物固态电解质：所述锂盐＝75～85：5～10：1～5：1～3。

7.如权利要求1所述锂一次电池，其特征在于：所述负极片为锂金属片。

8.如权利要求1所述锂一次电池，其特征在于：所述电解质层还包括增塑剂，所述增塑剂包括琥珀腈、乙腈、聚乙二醇二甲基醚中的至少一种；

9.一种锂一次电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.如权利要求9所述锂一次电池的制备方法，其特征在于：在所述s1中，所述混合液的固含量为10～30％。

技术总结本发明提供一种锂一次电池及其制备方法。该锂一次电池包括正极片和负极片，正极片包括正极集流体和依次设置在正极集流体的至少一个表面上的正极活性涂层、电解质层，正极活性涂层包括正极活性材料、聚合物固态电解质、氧化物固态电解质和锂盐，电解质层包括聚合物固态电解质和锂盐。本发明提供的锂一次电池具有良好的安全性能和能量密度，很好地解决了传统的锂一次电池在制备过程中出现的注液困难的问题，提高了生产效率，且有效改善电解质层与电极的界面相容性，使得电解质层与电极紧密接触，延长了锂一次电池的寿命和降低了锂一次电池的自放电。技术研发人员：陈琳洁,陈规伟,冀亚娟,赵瑞瑞受保护的技术使用者：惠州亿纬锂能股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9