一种高倍率锂氟化碳电池正极及其制备方法

本发明涉及一次电池，尤其涉及一种高倍率锂氟化碳电池正极及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会经济的不断发展，人们的生活水平逐渐提升，对便携式移动电源的性能要求越来越高，便携式电源向高比能量、大功率、长贮存寿命、高安全性的方向发展。其次，在军用领域具备高比能，高功率，长寿命，高安全的一次电池也被亟需。锂氟化碳一次电池由于其较高的能量密度、长贮存寿命和高安全性被广泛应用在传感器、照相机等多种民用和军用设备上。然而，尽管锂氟化碳电池在一次电池中具备最高的能量密度，稳定的电压平台和低自放电率。但受限于氟化碳材料较差的导电性导致其倍率性能较差尤其在低温下，严重的电压滞后现象，限制了其发展。

2、当前为了解决氟化碳材料导电性低的问题，采用金属氧化物或者非金属掺杂的方式对氟化碳材料进行改性；为了改善氟化碳电池的倍率性能，通常调控氟化碳材料的氟碳比，并采用材料改性和碳包覆的策略。为了改善氟化碳电池的低温性能，通常的策略都是选用低沸点添加剂或低沸点溶剂对电解液进行改优化。然而，附加的改性工艺不仅增加了额外的制作成本，其对电池的整体性能影响仍有待考量。

3、因此，如何找到一种更加合适的方法，在现有氟化碳电池正极技术的基础上，解决氟化碳电池存在的上述技术问题，已成为领域内诸多具有研究人员广泛关注的焦点之一。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种高倍率锂氟化碳电池正极及其制备方法。其目的是使该种锂氟化碳电池的内阻减小，正极保液量增加，大电流放电性能更加突出，尤其在低温下。使用常用的dme基氟化碳电池电解液，该正极在-50℃下，具备1c的放电能力，常温下更是具备10c的放电能力。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供一种高倍率锂氟化碳电池用正极，所述正极包括集流体和复合在所述集流体上的正极片；

4、所述正极片包括活性材料氟化碳，导电剂和粘结剂；

5、所述正极的面密度为50～300g/cm2；

6、所述导电剂在所述正极中的质量含量为5％～40％。进一步，所述的正极片中正极材料的干料组成及质量百分比为：氟化碳材料50％～93％；导电剂5％～40％；粘结剂2％～10％。

7、进一步，所述氟化碳材料的氟的质量百分含量为50％以上，粒径小于20μm，比表面积大于100m2/g。

8、进一步，所述的氟化碳材料包括氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管。

9、进一步，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯类聚合物、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠和海藻酸钠中的一种或多种；

10、进一步，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、科琴黑、乙炔黑和石墨烯中的一种或多种；

11、进一步，所述集流体为涂炭铝箔、不锈钢箔、镍网和不锈钢网中的一种或多种。

12、本发明还提供一种高倍率锂氟化碳电池用正极的制备方法，包括：

13、步骤1：将活性材料氟化碳和导电剂混合后在转速球磨10～60min制备混合正极材料；

14、步骤2：将粘结剂和溶剂按比例混合成粘结剂溶液，其中粘结剂的质量百分数控制在2％-10％之间；

15、步骤3：将步骤1的混合正极材料和步骤2的粘结剂溶液混合并球磨10～60min，制备正极浆料；

16、步骤4：将正极浆料涂覆在集流体上，干燥后制成正极极片。

17、进一步，正极浆料的固含量控制在25％～50％之间。

18、进一步，所述溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、乙醇、异丙醇、dmso和水中的一种或多种。

19、进一步，正极浆料涂覆、干燥后并辊压后的厚度为50～400μm，正极的面密度为50～300g/m2，振实比为1～4之间。

20、本发明的有益效果

21、本发明提供一种高倍率锂氟化碳电池正极及其制备方法，所述正极包括集流体和复合在所述集流体上的正极片；所述正极片包括活性材料氟化碳，导电剂和粘结剂；所述正极的面密度为50～300g/cm2；所述导电剂在所述正极中的质量含量为5％～40％。本发明采用两步球磨法，将导电剂、粘结剂、氟化碳材料充分混合，并采用涂炭铝箔作为集流体，将-50℃下氟化碳的放电倍率提升至1c，常温下甚至提高到10c，实现超低温下的高倍率放电。与现有技术相比，本发明针对氟化碳材料导电性差，吸液量低特点，采用高比表面积的氟化碳材料并与导电剂两次球磨后充分接触，显著提升正极材料的导电性，对电解液的吸液和保液能力，降低材料和界面阻抗，减缓超低温下大倍率的电压滞后现象。本发明通过控制氟化碳正极和导电剂的占比与面密度的关系，通过增大导电剂量构筑多级导电网络使得氟化碳材料分散更加均匀，降低正极的阻抗。本发明用涂碳铝箔或者与其他集流体混用，使得正极浆料在低固含量下涂布更加均匀，与集流体接触更加牢固，降低界面电阻。本发明通过多重手段协同并用的策略，消除超低温下高倍率氟化碳电池电压滞后的现象，实现-50℃下1c放电，对超低温下提升氟化碳电池的倍率性能具有十足的参考价值和重要意义。

技术特征：

1.一种高倍率锂氟化碳电池用正极，其特征在于，所述正极包括集流体和复合在所述集流体上的正极片；

2.根据权利要求1所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极，其特征在于，所述的正极片中正极材料的干料组成及质量百分比为：氟化碳材料50％～93％；导电剂5％～40％；粘结剂2％～10％。

3.根据权利要求1所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极，其特征在于，所述氟化碳材料的氟的质量百分含量为50％以上，粒径小于20μm，比表面积大于100m2/g。

4.根据权利要求1所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极，其特征在于，所述的氟化碳材料包括氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管。

5.根据权利要求1所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极，其特征在于，所述粘结剂包括聚偏氟乙烯类聚合物、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠、聚四氟乙烯、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠和海藻酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极，其特征在于，所述导电剂包括导电炭黑、导电石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、科琴黑、乙炔黑和石墨烯中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极，其特征在于，所述集流体为涂炭铝箔、不锈钢箔、镍网和不锈钢网中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极的制备方法，其特征在于，正极浆料的固含量控制在25％～50％之间。

10.根据权利要求8所述的一种高倍率锂氟化碳电池用正极的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、乙醇、异丙醇、dmso和水中的一种或多种。

技术总结
本发明提供一种高倍率锂氟化碳电池正极及其制备方法，涉及一次电池技术领域。所述正极包括集流体和复合在所述集流体上的正极片；所述正极片包括活性材料氟化碳，导电剂和粘结剂；所述正极的面密度为50～300g/cm2；所述导电剂在所述正极中的质量含量为5％～40％。本发明通过调控导电剂在正极中的比例，控制氟化碳材料的比表面积、粒径，控制涂布工艺的正极面密度、压实比，调控各组分的比例和适配性，实现高倍率锂氟化碳电池正极的制备及应用。

技术研发人员：张新波,刘建伟,曹任飞
受保护的技术使用者：中国科学院长春应用化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12