[发明专利]一种纳米半导体修饰的锂-氟化碳电池正极材料、圆柱型电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米半导体修饰的锂‑氟化碳电池正极材料、圆柱型锂‑氟化碳电池及其制备方法。本发明通过采用纳米半导体修饰手段提升氟化石墨基正极材料的导电性，从而改善锂‑氟化碳电池存在的电池功率性和低温放电性能不佳等问题；通过优化纤维化过程并结合碾压工艺得到较佳密度状态的正极极片，进一步提高氟化石墨的导电性和电池容量；电芯外圈采用隔热封装提高焊接的可靠性。本发明还提供了一种圆柱型锂‑氟化碳电池的制备方法，利于单体电池的大规模成组和模块散热，适合推广应用。

技术领域

本发明涉及锂原电池领域，具体涉及一种纳米半导体修饰的锂-氟化碳电池正极、圆柱型电池及其制备方法。

背景技术

锂原电池作为便携式能源系统，是军事领域应用最为广泛的电源之一。随着现代军事装备的高技术化，对一次电池的能量密度、功率输出、工作温度范围和安全可靠性提出了越来越高的技术要求。因此，发展高性能、轻量化的锂原电池是满足高精确、现代化武器发展需求的基础和关键。

目前市场商品化较高的锂原电池主要包括锂-二氧化硫、锂-亚硫酰氯电池、锂-二氧化锰电池、锂-氟化碳电池。锂-氟化碳电池，采用固体正极材料，在锂系列电池中具有最高的理论质量比能量，实际应用中也具有最高的质量比能量，约为550Wh/㎏(锂/亚硫酰氯电池比能量约为400Wh/㎏、锂/二氧化硫电池约为280Wh/kg)。锂-氟化碳电池采用化学性质温和的有机电解液，且氟化碳在有机电解液中很稳定，温度高达400℃时也不易分解，保证了它的高可靠性、高安全性。此外，该体系电池还具有工作电压平稳、自放电低、低滞后、环境友好等特点是未来3～5年内最有潜力的军用电源之一。但氟化碳本身的低导电性影响了使该体系电池的大电流和低温放电性能，且焊接过程中隔膜受热闭合易导致电池短路。同时，目前国内商品化的锂-氟化碳电池主要为软包电池，其正极成型工艺均采用涂布工艺，涂布工艺对于正极膜的密度调节性较差，且软包电池形体具有可变形性，不利于电池大规模成组。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种纳米半导体修饰的锂-氟化碳正极材料、圆柱型电池及其制备方法，采用纳米半导体修饰手段改善氧化石墨基正极材料存在的导电性差、功率性和低温放电性能不佳等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种纳米半导体修饰的锂-氟化碳电池正极材料，它由乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、溶剂和纳米半导体修饰的氟化石墨组成，所述乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、溶剂和纳米半导体修饰的氟化石墨的质量比为(0.04～0.07):(0.06～0.08):(1.8～2.5):(0.85～0.90)。

优选的，所述所述乙炔黑、聚四氟乙烯乳液、溶剂和纳米半导体修饰的氟化石墨的质量比为(0.04～0.07):0.07:(1.8～2.5):0.87。

按上述方案，所述纳米半导体修饰的氟化石墨由纳米半导体和氟化石墨以(4～8):100的质量比依次经纳米砂磨机研磨混合、过筛(200目网筛)、高温热处理制备而成。

按上述方案，所述研磨过程的研磨速度优选为350～450r/min，研磨时间优选为10～30min。

按上述方案，所述高温热处理工艺为加热至250～300℃，保温20～25min，然后迅速冷却至室温。

按上述方案，所述纳米半导体为纳米锐钛型TiO₂、ZnO、SnO₂中的一种或几种，晶型为球型，粒径为700～800nm。

按上述方案，所述聚四氟乙烯乳液为市售质量分数为60％的聚四氟乙烯水乳液。

按上述方案，所述溶剂由无水乙醇和水混合而成，根据环境温湿度，无水乙醇与水的质量比优选为1:(1.5～2.5)。

上述一种纳米半导体修饰的锂-氟化碳电池正极材料的制备方法，包括如下步骤：