一种高能量密度的锂/氟化物一次电池的制作方法

本发明涉及电池，尤其涉及一种高能量密度的锂/氟化物一次电池。

背景技术：

1、高能量密度锂一次电池理论在20世纪70年代末已经成熟，产品最早主要应用于军事领域。20世纪90年代以后，随着电池容量与安全性匹配问题的有效解决，高比能锂一次电池开始逐渐进入民用市场，获得迅猛发展。目前高比能锂一次电池在高性能仪器仪表领域已有成熟的应用，而其高比能量、适应温度范围宽、自放电率低的特点使其在许多新的领域也逐渐获得亲睐。随着电池技术和性能的不断改进，其应用领域还将不断拓展。目前金属锂一次电池发展较为成熟的体系主要有锂-碘(li-i2)电池、锂锰(li-mno2)电池、锂亚硫酰氯(li-socl2)电池、锂二氧化硫(li-so2)电池、锂-氟化物(li-cfx)电池等。

2、正极、负极和电解质是锂一次电池的主要组成部分，其中电解质主要功能是提供离子通道，现有的锂一次电池满足离子通道畅通的条件下提升电池的能量密度较低，因此在高能量密度锂一次电池设计制备中，在满足离子通道畅通的条件下尽可能降低电解质的用量，这样有利于提升电池的能量密度，因此，我们提出一种高能量密度的锂/氟化物一次电池。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有的锂一次电池满足离子通道畅通的条件下提升电池的能量密度较低的问题，提出一种高能量密度的锂/氟化物一次电池。

2、本发明的技术方案：一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，包括氟化物正极、金属锂/锂合金负极、电解质和电芯；

3、所述电芯包括依次叠置的外隔膜层、负极片层、隔膜层、正极片层、隔膜层、负极片层；

4、所述氟化物正极配方按照重量百分比计算如下：氟化物材料含量为85-96％，复配导电剂总含量为1-5％，粘接剂含量为1-5％，聚合物含量1-10％。

5、可选的，所述氟化物材料为氟化石墨、氟化石墨烯、氟化物纤维、氟化物纳米管中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成；

6、可选的，所述聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡啶、锂化聚苯磺酸中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成。

7、可选的，所述氟化物正极片层厚度为0.1mm-3mm。

8、可选的，所述的锂/氟化物电池的负极片层是金属锂片、锂合金片、锂铜复合带其中的一种，厚度为0.1-0.9mm，所述的负极片层的制备是将铜极耳通过油压机压制在两片相同厚度的锂片中间。

9、可选的，所述电解质包含锂盐、有机溶剂和聚合物。

10、可选的，所述电解质的锂盐是高氯酸锂(liclo4)、六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂(libeti)、硝酸锂(lino3)等中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成，锂盐总浓度为0.2-4mol/l。

11、可选的，所述机溶剂为酯类溶剂、醚类溶剂、醚类溶剂、氟代酯类溶剂、含硫类溶剂、离子液体中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成；

12、所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、丁内酯、乙烯碳酸酯、二甲基碳酸酯、碳酸甲乙酯、甲基丙酸酯中的任一种；

13、所述醚类溶剂为乙二醇二甲醚、二甲醚、四氢呋喃中的任一种；

14、所述氟代酯类溶剂为氟代乙烯碳酸酯、甲基三氟乙基碳酸酯、碳酸二(三氟甲醇)酯中的任一种；

15、所述含硫类溶剂为亚硫酸乙烯酯、二甲基亚砜、环丁砜、乙基甲基砜中的任一种；

16、所述离子液体为1-丁基-1-甲基吡咯烷鎓阳离子、1-乙基-3-甲基咪唑阳离子、1,2-二甲基-3-丙基咪唑阳离子、四丁基铵阳离子、1-丁基-1-甲基哌啶阳离子中的任一种。

17、可选的，所述隔膜层为聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯(pe/pp/pe)三层复合隔膜、pe隔膜、陶瓷涂层复合隔膜、pvdf隔膜、纤维素隔膜中的任一种。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益的技术效果：

19、本发明通过在正极极片制备过程中引入具有弹性的聚合物材料，在正极电极内部构件了锂离子通道，保证了即使氟化物正极放电后体积增加也保证锂离子传输通道的连续性，降低了锂/氟化物电池中电解质的用量，提升了电池的能量密度。

20、本发明通过厚电极制备技术，降低了正极极片中集流体的重量，提升了电池的能量密度。

技术特征：

1.一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于：所述锂/氟化物一次电池包括氟化物正极、金属锂/锂合金负极、电解质和电芯；

2.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述氟化物材料为氟化石墨、氟化石墨烯、氟化物纤维、氟化物纳米管中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成。

3.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述聚合物为聚氧乙烯、聚乙二醇、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡啶、锂化聚苯磺酸中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成。

4.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述氟化物正极片层厚度为0.1mm-3mm。

5.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述的锂/氟化物电池的负极片层是金属锂片、锂合金片、锂铜复合带其中的一种，厚度为0.1-0.9mm，所述的负极片层的制备是将铜极耳通过油压机压制在两片相同厚度的锂片中间。

6.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述电解质包含锂盐、有机溶剂和聚合物。

7.根据权利要求6所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述电解质的锂盐是高氯酸锂(liclo4)、六氟磷酸锂(lipf6)、四氟硼酸锂(libf4)、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi)双氟磺酰亚胺锂盐(lifsi)、双(五氟乙基磺酰基)亚氨基锂(libeti)、硝酸锂(lino3)等中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成，锂盐总浓度为0.2-4mol/l。

8.根据权利要求7所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述机溶剂为酯类溶剂、醚类溶剂、醚类溶剂、氟代酯类溶剂、含硫类溶剂、离子液体中的一种或者两种及以上通过复配比例优化调试组成；

9.根据权利要求1所述的一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其特征在于，所述隔膜层为聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯(pe/pp/pe)三层复合隔膜、pe隔膜、陶瓷涂层复合隔膜、pvdf隔膜、纤维素隔膜中的任一种。

技术总结
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种高能量密度的锂/氟化物一次电池，其技术方案包括：氟化物正极、金属锂/锂合金负极、电解质和电芯；所述电芯包括依次叠置的外隔膜层、负极片层、隔膜层、正极片层、隔膜层、负极片层；所述氟化物正极配方按照重量百分比计算如下：氟化物材料含量为85‑96％，复配导电剂总含量为1‑5％，粘接剂含量为1‑5％，聚合物含量1‑10％。本发明保证锂离子传输通道的连续性，降低了锂/氟化物电池中电解质的用量，提升了电池的能量密度，同时降低了正极极片中集流体的重量，提升了电池的能量密度。

技术研发人员：王松蕊,王栋,冯金晖,刁玉琦,张海昌,赵彦民
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15