一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法與流程
2023-12-03 08:18:56 1
本發明屬於鋰一次電池技術領域，特別是涉及一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法。
背景技術：
目前，現在1.5V體系電源中，鋰二硫化鐵電池理論比能量較高，其主要特點：1、直接兼容性-能夠用於任何使用1.5V一次電池類型的場合；2、大電流性能好，使用壽命比其他類型電池長；3、良好的高低溫性能，寬廣的溫度使用範圍；4、重量更輕，與其他一次電池相比，比能量高；5、擱置性能好，可存儲10年；6、綠色電池，無添加重金屬。以AA電池常溫小電流放電為例，相對於鹼錳電池，Li/FeS2電池在重量減輕45％的情況下容量提高了25％，因此可以看出Li/FeS2電池在1.5V電池中具有很好的發展應用前景，符合未來電源的輕量化和重負荷趨勢。採用FeS2的AA型(5號)電池在較寬的溫度範圍內和大電流放電時,放電容量是鹼性電池的4倍，是1.5V鹼錳電池的理想替代品。
日本的東芝、日立等公司早在上個世紀70年代就已經開始對Li/FeS2電池進行研究，美國Ray-O-Vac、日本日立等知名企業也對Li/FeS2扣式電池進行開發工作，目前國內的神工海特對Li/FeS2扣式電池實現了批量生產，並開發了自己的核心技術。圓柱形電池方面，國外的Everaedy Battery Company在1995年開發出AA鋰電池，之後在2004年又開發出了AAA鋰電池，並使這兩種型號電池以Energizer品牌上市，銷售量逐年遞增，滿足了市場上用電器重負載工作的需要。國內圓柱形電池生產廠家主要有福建南孚，寧波中銀，惠州億緯和廣州鵬輝等公司。
隨著對Li/FeS2電池容量要求的提高和鋰離子軟包裝電池的工藝日趨成熟，人們對Li/FeS2軟包裝電池的研究越來越多，Li/FeS2軟包裝電池中，大部分廠家採用軋膜工藝，正極極板比較厚，負極鋰厚度也比較大，在放電過程中極化比較大，影響Li/FeS2電池能量的發揮。因此，目前需要對FeS2材料進行篩選，選擇合適的導電劑和電解液，對Li/FeS2軟包裝電池的正極製備工藝進行改進，降低電池在放電過程中的內阻，提高Li/FeS2電池的功率特性，同時減小其電壓滯後並提高其儲存性能。
技術實現要素：
本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法。
本發明的目的是提供一種具有工藝簡單，配方科學，操作方便，提高了軟包裝電池的功率特性，改善了Li/FeS2電池的電壓滯後，同時提高了放電容量等特點的高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法。
本發明高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法所採取的技術方案是：
一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其特點是：製備高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池，包括Li/FeS2軟包裝電池正極和負極的製備過程，正極採用活性物質FeS2、導電劑含有Ti4O7，採用塗布方式製備正極，提高Li/FeS2電池的功率特性。
本發明高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法還可以採用如下技術方案：
所述的高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其特點是：導電劑為Ti4O7，或者Ti4O7與導電炭黑、導電石墨、氣相生長炭纖維、科琴黑、炭納米管、石墨烯中的一種或者幾種混合組成。
所述的高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其特點是：塗布方式製備正極時，塗覆量不大於30mg/cm2，漿液重量百分比組成，活性物質85-92％，導電劑5-9％，粘結劑3-6％。
所述的高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其特點是：活性物質FeS2純度大於98％，平均粒徑小於20μm，比表面積SBET為0.4-8.0m2/g，pH值大於4.5。
所述的高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其特點是：電池外殼為鋁塑膜，厚度為110-160μm；負極結構為鋰或者鋰合金，鋰箔的厚度為45-100μm。
所述的高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其特點是：隔膜為PP、PE、陶瓷隔膜、PVDF隔膜和Celgard複合膜。
所述的高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其特點是：電解液由鋰鹽、溶劑和添加劑組成，鋰鹽為碘化鋰或者碘化鋰與其他鋰鹽的組合，其他鋰鹽為高氯酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、雙草酸硼酸鋰、雙(三氟甲基磺醯)亞胺鋰、雙(氟磺醯)亞胺鋰中的一種或幾種；溶劑為醚類和碳酸酯類組合，醚類為1，3-二氧五環、1，3-二氧六環、1，4-二氧六環、四氫呋喃、乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、乙二醇甲乙醚中的一種或幾種，碳酸酯類溶劑為碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、1，4-丁內酯中的一種或幾種；添加劑為阻燃劑。
本發明具有的優點和積極效果是：
高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法由於採用了本發明全新的技術方案，與現有技術相比，本發明具有工藝簡單，配方科學，操作方便，提高了軟包裝電池的功率特性，改善了Li/FeS2電池的電壓滯後，同時提高了放電容量等優點。
附圖說明
圖1是FeS2樣品的SEM圖；
圖2是本發明的負極成型圖；
圖3、圖4是實施例1軟包裝電池在不同放電倍率下的放電曲線圖。
具體實施方式
為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下：
參閱附圖1、圖2、圖3和圖4。
實施例1
一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其製備高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池，包括Li/FeS2軟包裝電池正極和負極的製備過程，正極採用活性物質FeS2、導電劑含有Ti4O7，採用塗布方式製備正極，提高Li/FeS2電池的功率特性。導電劑為Ti4O7，或者Ti4O7與導電炭黑、導電石墨、氣相生長炭纖維、科琴黑、炭納米管、石墨烯中的一種或者幾種混合組成。塗布方式製備正極時，塗覆量不大於30mg/cm2。
本實施例的具體實施過程：
步驟1軟包裝正極極板的製作過程
稱取90wt％FeS2做為正極活性物質，稱取3wt％Ti4O7和3wt％SP做為導電劑，稱取4wt％聚偏氟乙烯(PVDF)液體作為粘結劑，向正極混合物中加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，使正極漿料中的固體含量為55％；使用15μm的鋁箔做為基體，使用塗布機將正極漿料均勻塗覆在鋁箔兩面，塗覆量為25mg/cm2；將塗覆好的正極極片用碾壓機碾壓為95μm厚的極片，裁切成帶正極極耳的正極極板；將裁切好的正極極板置於110℃真空乾燥箱中烘乾48h以上；正極極板在相對溼度≤1％的環境中包上隔膜，隔膜材質為陶瓷隔膜，完成軟包裝電池正極極板的製作；
步驟2軟包裝負極的製作
將作為負極片的85μm厚的鋰箔裁切成與正極極板尺寸相同的方形片子，將10μm厚的銅箔裁成15mm寬，30mm長的長方形做為負極的極耳，並依照附圖2將其與負極鋰箔附著在一起，用油壓機將銅極耳和鋰箔壓製成一體，完成軟包裝電池負極極板的製作；
步驟3高功率軟包裝電池的裝配
將12片步驟1製備的正極極板和13片步驟2製備的負極極板間隔整齊疊放，正極極耳和負極極耳相對放置，將全部正極極耳與正極鋁導耳焊接成一體，將全部負極極耳與負極銅鍍鎳導耳焊接成一體；用Celgard複合膜作為包膜將正極板和負極板捆緊做成軟包裝極板組；用熱封機把極板組的導耳膠與鋁塑膜封在一起，後用真空封口機將電池密封，製成幹態單體電池；擱置2h後將0.75mol/l的LiI/PC/DME/DOL電解液注入到幹態單體電池中，充分浸潤後用真空封口機密封，完成軟包裝單體電池的製作。
實施例2
一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其製備高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池，包括Li/FeS2軟包裝電池正極和負極的製備過程，正極採用活性物質FeS2、導電劑含有Ti4O7，採用塗布方式製備正極，提高Li/FeS2電池的功率特性。導電劑為Ti4O7，或者Ti4O7與導電炭黑、導電石墨、氣相生長炭纖維、科琴黑、炭納米管、石墨烯中的一種或者幾種混合組成。塗布方式製備正極時，塗覆量不大於30mg/cm2。
本實施例的具體實施步驟：
步驟1軟包裝正極極板的製作過程
稱取85wt％FeS2做為正極活性物質，稱取4wt％Ti4O7和5wt％SP做為導電劑，稱取6wt％聚偏氟乙烯(PVDF)液體作為粘結劑，向正極混合物中加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，使正極漿料中的固體含量為52％；使用20μm的鋁箔做為基體，使用塗布機將正極漿料均勻塗覆在鋁箔兩面，塗覆量為30mg/cm2；將塗覆好的正極極片用碾壓機碾壓為100μm厚的極片，裁切成帶正極極耳的正極極板；將裁切好的正極極板置於110℃真空乾燥箱中烘乾48h以上；正極極板在相對溼度≤1％的環境中包上隔膜，隔膜材質為單層陶瓷隔膜，完成軟包裝電池正極極板的製作；
步驟2軟包裝負極的製作
將作為負極片的100μm厚的鋰箔裁切成與正極極板尺寸相同的方形片子，將15μm厚的銅箔裁成15mm寬，30mm長的長方形做為負極的極耳，並依照附圖2將其與負極鋰箔附著在一起，用油壓機將銅極耳和鋰箔壓製成一體，完成軟包裝電池負極極板的製作；
步驟3高功率軟包裝電池的裝配
將20片步驟1製備的正極極板和21片步驟2製備的負極極板間隔整齊疊放，正極極耳和負極極耳相對放置，將全部正極極耳與正極鋁導耳焊接成一體，將全部負極極耳與負極銅鍍鎳導耳焊接成一體；用Celgard複合膜作為包膜將正極板和負極板捆緊做成軟包裝極板組；用熱封機把極板組的導耳膠與鋁塑膜封在一起，後用真空封口機將電池密封，製成幹態單體電池；擱置2h後將1mol/l的LiTFSI/PC/EC/DME/DOL/THF電解液注入到幹態單體電池中，充分浸潤後用真空封口機密封，完成軟包裝單體電池的製作。
實施例3
一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其製備高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池，包括Li/FeS2軟包裝電池正極和負極的製備過程，正極採用活性物質FeS2、導電劑含有Ti4O7，採用塗布方式製備正極，提高Li/FeS2電池的功率特性。導電劑為Ti4O7，或者Ti4O7與導電炭黑、導電石墨、氣相生長炭纖維、科琴黑、炭納米管、石墨烯中的一種或者幾種混合組成。塗布方式製備正極時，塗覆量不大於30mg/cm2。
本實施例的具體實施步驟：
步驟1軟包裝正極極板的製作過程
稱取91wt％FeS2做為正極活性物質，稱取6wt％Ti4O7做為導電劑，稱取3wt％聚偏氟乙烯(PVDF)液體作為粘結劑，向正極混合物中加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，使正極漿料中的固體含量為52％；使用20μm的鋁箔做為基體，使用塗布機將正極漿料均勻塗覆在鋁箔兩面，塗覆量為25mg/cm2；將塗覆好的正極極片用碾壓機碾壓為100μm厚的極片，裁切成帶正極極耳的正極極板；將裁切好的正極極板置於110℃真空乾燥箱中烘乾48h以上；正極極板在相對溼度≤1％的環境中包上隔膜，隔膜材質為PP隔膜，完成軟包裝電池正極極板的製作；
步驟2軟包裝負極的製作
將作為負極片的90μm厚的鋰箔裁切成與正極極板尺寸相同的方形片子，將15μm厚的銅箔裁成15mm寬，30mm長的長方形做為負極的極耳，並依照附圖2將其與負極鋰箔附著在一起，用油壓機將銅極耳和鋰箔壓製成一體，完成軟包裝電池負極極板的製作；
步驟3高功率軟包裝電池的裝配
將9片步驟1製備的正極極板和10片步驟2製備的負極極板間隔整齊疊放，正極極耳和負極極耳相對放置，將全部正極極耳與正極鋁導耳焊接成一體，將全部負極極耳與負極銅鍍鎳導耳焊接成一體；用Celgard複合膜作為包膜將正極板和負極板捆緊做成軟包裝極板組；用熱封機把極板組的導耳膠與鋁塑膜封在一起，後用真空封口機將電池密封，製成幹態單體電池；擱置2h後將1mol/l的LiClO4/PC/DME/DOL電解液注入到幹態單體電池中，充分浸潤後用真空封口機密封，完成軟包裝單體電池的製作。
實施例4
一種高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池的製備方法，其製備高功率軟包裝鋰二硫化鐵電池，包括Li/FeS2軟包裝電池正極和負極的製備過程，正極採用活性物質FeS2、導電劑含有Ti4O7，採用塗布方式製備正極，提高Li/FeS2電池的功率特性。導電劑為Ti4O7，或者Ti4O7與導電炭黑、導電石墨、氣相生長炭纖維、科琴黑、炭納米管、石墨烯中的一種或者幾種混合組成。塗布方式製備正極時，塗覆量不大於30mg/cm2。
本實施例的具體實施步驟：
步驟1軟包裝正極極板的製作過程
稱取88wt％FeS2做為正極活性物質，稱取3wt％Ti4O7、3wt％VGCF和3wt％CNTs做為導電劑，稱取3wt％聚偏氟乙烯(PVDF)液體作為粘結劑，向正極混合物中加入N-甲基吡咯烷酮(NMP)，使正極漿料中的固體含量為50％；使用15μm的鋁箔做為基體，使用塗布機將正極漿料均勻塗覆在鋁箔兩面，塗覆量為25mg/cm2；將塗覆好的正極極片用碾壓機碾壓為95μm厚的極片，裁切成帶正極極耳的正極極板；將裁切好的正極極板置於130℃真空乾燥箱中烘乾48h以上；正極極板在相對溼度≤1％的環境中包上隔膜，隔膜材質為PVDF隔膜，完成軟包裝電池正極極板的製作；
步驟2軟包裝負極的製作
將作為負極片的90μm厚的鋰箔裁切成與正極極板尺寸相同的方形片子，將15μm厚的銅箔裁成15mm寬，30mm長的長方形做為負極的極耳，並依照附圖2將其與負極鋰箔附著在一起，用油壓機將銅極耳和鋰箔壓製成一體，完成軟包裝電池負極極板的製作；
步驟3高功率軟包裝電池的裝配
將13片步驟1製備的正極極板和14片步驟2製備的負極極板間隔整齊疊放，正極極耳和負極極耳相對放置，將全部正極極耳與正極鋁導耳焊接成一體，將全部負極極耳與負極銅鍍鎳導耳焊接成一體；用Celgard複合膜作為包膜將正極板和負極板捆緊做成軟包裝極板組；用熱封機把極板組的導耳膠與鋁塑膜封在一起，後用真空封口機將電池密封，製成幹態單體電池；擱置2h後將1mol/l的LiClO4/PC/DME/DOL電解液注入到幹態單體電池中，充分浸潤後用真空封口機密封，完成軟包裝單體電池的製作。
從以上的結果可知：由於本發明使用一種新型導電劑，提高了二硫化鐵電極的電導率，製備得到的軟包裝鋰二硫化鐵電池倍率性能有了明顯的提升，大大改善了電壓滯後的現象，而且提高了放電容量。因此本發明使用的導電劑和正極極製備方法具有新穎性，而且可操作性強，對鋰二硫化鐵的生產製備具有推進作用。
本實施例具有所述的工藝簡單，配方科學，操作方便，提高了軟包裝電池的功率特性，改善了Li/FeS2電池的電壓滯後，同時提高了放電容量等積極效果。