发明内容

本发明的目的提供了一种高安全性一次锂锰电池及其制备方法，解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高安全性的一次锂锰电池，一次锂锰电池包括正极片、负极片、陶瓷隔膜、电解液以及电池壳，正极片、陶瓷隔膜、负极片、陶瓷隔膜依次重复层叠后形成为干电芯，一次锂锰电池由干电芯放入电池壳并经过注入电解液、老化、封口、老化制成，其创新点在于：负极片经过电化学预掺锂，将“满荷电态的二次锂电池负极片”或“零荷电态的锂/碳半电池正极片”转变成预锂化负极片，正极片的正反两面均设有正极片预留极耳，负极片的正反两面均设有负极片预留极耳；

干电芯包括正极全极耳和负极全极耳，若干正极片层叠时，正极片预留极耳之间相互对齐且形成为多重正极片极耳，多重正极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为正极全极耳，若干负极片层叠时，负极片预留极耳之间相互对齐且形成为多重负极片极耳，多重负极片极耳和平面金属薄片集流体焊接形成为负极全极耳；

陶瓷隔膜为高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜；

电解液由浓度为0.7～2mol的锂盐和高沸点兼低蒸气压的有机溶剂混合制成，有机溶剂为碳酸脂或羧酸脂；

电池壳的两端分别设有壳体正极集流体、壳体负极集流体，一次锂锰电池由干电芯放入电池壳，且使得正极全极耳、负极全极耳分别连接壳体正极集流体、壳体负极集流体，并经过注入电解液、老化、封口、老化制成。

进一步的，上述锂盐为:高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酰亚胺锂、三氟甲基磺酸锂、碘化锂；

高沸点兼低蒸气压的碳酸脂为: 碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯；

高沸点兼低蒸气压的羧酸脂为: 乙酸丁酯、丙酸丙酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、γ-丁内酯、δ-戊内酯。

进一步的，上述电池壳的形状为方型，电池壳的材质为钢或铝或铝塑。

本发明提供一种高安全性一次锂锰电池的制备方法，具体包括以下步骤：

S1、制备二氧化锰正极片

将质量百分比为85%～98%的正极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成正极浆料且均匀涂布于集流体铝网的正反两面，正极浆料在集流体铝网的正反两面形成正极涂层，正极涂层的四个边分别和集流体铝网的四个边缘均预留有正极空白区，正极空白区被划分为正极片预留极耳和3个正极隔膜包裹区，正极片预留极耳和其中一个正极隔膜包裹区位于正极涂层的两端，其他两个正极隔膜包裹区位于正极涂层的两侧，将涂有正极涂层的集流体铝网放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得正极涂层的面密度为50～100mg/cm²，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到二氧化锰正极片；

S2、制备预锂化负极片

A、制备备用极片：将质量百分比为85%～98%的负极材料、1%～10%的导电剂、1%～15%粘结剂制成负极浆料且均匀涂布于集流体铜网的正反两面，负极浆料在集流体铜网的正反两面形成负极涂层，负极涂层的四个边分别和集流体铜网的四个边缘均预留有负极空白区，负极空白区被划分为负极片预留极耳和3个负极隔膜包裹区，负极片预留极耳和其中一个负极隔膜包裹区位于负极涂层的两端，其他两个负极隔膜包裹区位于负极涂层的两侧，将涂有负极涂层的集流体铜网放在真空干燥箱中，经过-0.09～-0.1MPa的真空环境内以85℃烘烤后，使用压延器碾压至密实状态且使得负极涂层的面密度为25～50mg/cm²，然后整体在-0.09～-0.1MPa的真空环境内以110℃烘烤后，得到备用极片；

B、制备二次锂电池：将步骤A中得到的备用极片按照常规制备工艺制备二次锂电池，备用极片成为二次锂电池负极片；

C、制备锂/碳半电池：将步骤A中得到的备用极片按照常规制备工艺制备锂/碳半电池，备用极片成为锂/碳半电池正极片；

D、制备预锂化负极片：

①、将步骤B中的二次锂电池充满电，在惰性气体氛围环境中将二次锂电池拆卸，将二次锂电池负极片分离出来，得到预锂化负极片；

②、将步骤C中的锂/碳半电池放完电，在惰性气体氛围环境中将锂/碳半电池拆卸，将锂/碳半电池正极片分离出来，得到预锂化负极片；

S3、制备纳米微孔陶瓷隔膜

将陶瓷隔膜的正反两面涂覆纳米氧化铝涂层，并借助真空烘烤箱除去氧化铝涂层内的溶剂，得到高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜，纳米微孔陶瓷隔膜的面积大于二氧化锰正极片或者预锂化负极片的面积；

S4、制备干电芯

将二氧化锰正极片、纳米微孔陶瓷隔膜、预锂化负极片、纳米微孔陶瓷隔膜组合经层叠形成干电芯；在层叠过程中，用隔膜分别包裹3个正极隔膜包裹区，正极片预留极耳经过层叠而聚集在一起形成为多重正极极耳；用隔膜分别包裹3个负极隔膜包裹区，负极片预留极耳经过层叠而聚集在一起形成为多重负极极耳；多重正极极耳和平面金属薄片集流体焊接形成正极全极耳，多重负极极耳和平面金属薄片集流体焊接形成负极全极耳；

S5、电池组装

将干电芯在一定温度下且施加一定压力后放入电池壳，正极全极耳、负极全极耳分别连接壳体正极集流体、壳体负极集流体，并注入电解液后老化、封口、老化得到一次锂锰电池。

进一步的，上述正极材料为二氧化锰。

进一步的，上述负极材料为中间相碳微球、人造石墨、硅碳复合材料中的一种或两种以上的组合。

进一步的，上述集流体铝网为高孔隙率的铝材质网片，厚度为10～25um；所述集流体铜网为高孔隙率的铜材质网片，厚度为6～20um。

进一步的，上述导电剂为超导碳黑、导电石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯中的一种或两种以上的组合；所述粘结剂为聚偏氟氯乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上的组合。

本发明的有益效果在于：

1.通过优选预掺锂的碳基负极片替代金属锂负极片，碳材料具有结构稳定、电子电导率高、孔道孔隙多、孔内容积大、吸附能力强等特点，其作为锂离子的载体材料，为锂离子地迁移提供了更多的输出通道，使锂离子更均匀地分散在孔道内，降低了锂离子的富集，提高了锂离子的利用率，当电池内部暴露于空气中时，碳的多孔隙结构将锂离子吸附在内，抑制了锂离子的析出，减弱了锂离子与空气的接触，从而提高了电池的安全稳定性。

2.通过优选高机械强度、高孔隙率和高润湿性的纳米微孔陶瓷隔膜，隔膜表面的纳米氧化铝陶瓷涂层提高了隔膜与电解液的亲和性，为锂离子的迁移和传输提供了更多的孔隙通道，提高了隔膜的熔点，强化了隔膜表面的硬度，降低了硬强度活性物质和毛刺穿破隔膜的风险；当电池内部暴露于空气中时，陶瓷隔膜将锂离子和电解液吸附在内，大幅降低了锂离子、电解液与空气的直接接触，减缓了化学反应的发生，有效防止了电池的起火、爆燃和爆炸，从而提高了电池的安全稳定性。

3.通过优选高沸点、低熔点、低蒸气压的溶剂作为电解液的有机溶剂，该类溶剂的沸点为120～240℃、熔点为-40～-100℃，较高的沸点降低了溶剂的蒸发性、减少了电解液的挥发、避免电池内部出现干区，较低的熔点提高了电解液的低温流动性、拓宽了电池的工作温度范围，当电池内部暴露于空气中时，高沸点和低蒸气压的特性有效减缓了电解液的分解反应，从而提高了电池的安全稳定性。

4.通过优选“正/负极活性材料以涂布、辊压方式与预留极耳的集流体网片结合”作为正/负极片的制备工艺，不仅增加了活性材料与集流体的接触面积，提高了活性材料的密实度，还有利于各集流体网片所预留的极耳层叠聚集后焊接形成全极耳以降低电池的内阻，减弱了电池工作时的发热，从而提高了电池的安全稳定性。