锂海水电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂海水电池及其制备方法，该锂海水电池，包括锂保护负极，锂保护负极由锂片、隔膜、锂离子固体电解质片封入铝塑封装袋中制成，隔膜中浸润有电解液，铝塑封装袋上设有窗口，锂离子固体电解质片通过封装胶将铝塑封装袋上的窗口密封，封装胶为高密度聚乙烯极耳胶或高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶。其制备方法包括贴有封装胶的锂离子固体电解质片的制备、锂保护负极的制备及电池组装。本发明专利技术的锂海水电池具有密封性能好、放电稳定性优异、放电时间长、能量密度高等优点，在模拟海水中可稳定工作20天以上，能量密度可超过600Wh/kg，其制备方法具有封装工艺简单、流程精细可控的优点。

【技术实现步骤摘要】
锂海水电池及其制备方法
本专利技术属于电池制造领域，涉及一种锂海水电池及其制备方法。
技术介绍
锂海水电池是一种以海水为正极活性物质，金属锂为负极的电池体系。海水电池直接以海水作为正极活性物质，可减轻电源系统的自重，具有较长的存贮寿命，其理论能量密度可超过2000Wh/kg，可为水下资源勘探、自治式水下航行器、无人值守水中信息平台等对电池能量密度具有较高要求的水下设备提供高性能的水下能源。由于锂片同水有极强的反应活性，因此为充分体现锂海水电池能量密度优势需要对锂片采取密封保护。当前锂海水电池的锂保护方式多采用窗口式密封叠片设计，其中具有锂离子传导性能的固体电解质片，起构建正负极锂离子传输通道的作用；在固体电解质片周围采用聚四氟乙烯或金属材料构成窗口，对窗口进行固定密封后与金属锂片进行叠片封装，最终构成具有锂保护功能的海水电池负极结构。锂海水电池取决于负极结构的锂保护功能，而制约负极锂保护性能的关键因素之一在于固体电解质片同窗口间的密封性能。目前，二者之间的密封方式有两种：（1）物理机械式，通过机械挤压的方式，利用在固体电解质片和窗口间橡胶材料的变形达到密封效果。由于固体电解质片为易碎陶瓷材料，其抗压性能差，在挤压过程中极易造成电解质片的破碎，因此该种封装方式对电解质片的机械性能和操作过程具有极高的要求；（2）化学粘接式，该种方式主要利用聚合物粘结剂对窗口和固体电解质片的粘接作用起到密封效果。这种方式要求聚合物粘结剂对窗口材料和电解质片均要有良好的粘接性能，但由于两类材料性质差别较大，目前常用的聚合物粘结剂如环氧树脂、硅橡胶等均难以同时满足对窗口材料和电解质材料的密封粘结要求。由于上述两种密封方式的不足，现有锂海水负极容易出现渗水现象从而导致锂海水电池失效，难以体现其高能量密度的优势。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种密封性能好、放电稳定性优异、放电时间长、能量密度高的锂海水电池，还提供了一种封装工艺简单、流程精细可控的锂海水电池的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种锂海水电池，包括锂保护负极；所述锂保护负极由锂片、隔膜、锂离子固体电解质片封入铝塑封装袋中制成，所述隔膜中浸润有电解液；所述铝塑封装袋上设有窗口；所述锂离子固体电解质片通过封装胶将所述铝塑封装袋上的窗口密封；所述封装胶为高密度聚乙烯极耳胶或高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶。上述的锂海水电池中，优选的，所述铝塑封装袋中，所述锂离子固体电解质片、所述隔膜和所述锂片以叠片形式排列，所述锂离子固体电解质片与所述锂片之间以所述隔膜隔开。上述的锂海水电池中，优选的，所述铝塑封装袋由铝塑封装膜制成；所述铝塑封装膜为昭和铝塑膜CPP30、昭和铝塑膜CPP40、昭和铝塑膜CPP80；和/或，所述锂离子固体电解质片由Li1+xAlxTi2-x(PO4)3玻璃-陶瓷材料或Li1+xAlxGe2-x(PO4)3玻璃-陶瓷材料制成，其中0.1≤x≤0.6；和/或，所述隔膜为聚烯烃微孔膜；和/或，所述电解液为锂盐和有机溶剂的复合溶液；所述电解液中锂盐的浓度为0.5mol/L～1.2mol/L；和/或，所述高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶由高密度聚乙烯极耳胶和高密度聚丙烯极耳胶组成，以所述高密度聚丙烯极耳胶为中间结构支撑层，以所述高密度聚乙烯极耳胶为粘结层设于所述中间结构支撑层两侧构成三层夹心结构；所述高密度聚乙烯极耳胶的密度为0.94g/cm3～0.98g/cm3；所述高密度聚丙烯极耳胶的密度为0.90g/cm3～0.93g/cm3。上述的锂海水电池中，优选的，所述锂离子固体电解质片为Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3玻璃-陶瓷材料或Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3玻璃-陶瓷材料；所述隔膜的厚度≤40μm；所述锂盐为LiClO4、LiPF6中的一种或两种；所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一种或多种。上述的锂海水电池中，优选的，所述锂海水电池还包括海水正极；所述海水正极为泡沫镍；所述泡沫镍的厚度≤1mm；所述泡沫镍的密度为350g/m2～400g/m2。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种上述的锂海水电池的制备方法，包括以下步骤：S1、将封装胶与锂离子固体电解质片进行热贴合，得到贴有封装胶的锂离子固体电解质片；S2、将铝塑封装膜开孔形成窗口，与步骤S1中贴有封装胶的锂离子固体电解质片贴合，通过热压使锂离子固体电解质片通过封装胶将铝塑封装膜上的窗口密封，依次放入隔膜、锂片，所述锂离子固体电解质片、隔膜和锂片以叠片形式排列，加入电解液，浸润隔膜，将铝塑封装膜对折、封边，制成铝塑封装袋，真空封装，得到锂保护负极；S3、完成对锂海水电池的制备。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S1中，所述热贴合的温度为160℃～180℃；所述热贴合的时间为10min～20min。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S2中，所述热压的温度为180℃～200℃；所述热压的压强为1.3kPa～3.0kPa；所述热压的时间为5min～10min。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S2中，所述电解液的加入量为每平方厘米所述隔膜中加入所述电解液0.05g～0.2g。上述的制备方法中，优选的，所述步骤S2中还包括对隔膜和电解液的预处理：将隔膜在惰性气氛中干燥4h～12h；将电解液在惰性气氛中干燥4h～12h；所述电解液的干燥过程中还包括往所述电解液中加入4A分子筛，所述4A分子筛的体积为电解液体积的1/10～1/8；所述惰性气氛为氩气或氮气，纯度为99.99%～99.999%；所述步骤S3中包括以下步骤：将步骤S2中的锂保护负极窗口一侧与海水正极固定本专利技术的制备方法中，所述步骤S1中，所述封装胶是宽度为2.5mm～4mm的极耳胶；所述步骤S2中，所述铝塑封装膜上的窗口的尺寸大小为相对于锂离子固体电解质片的尺寸大小向内缩进2.5mm～4mm；所述隔膜的尺寸大小为相对于锂离子固体电解质片的尺寸大小向外增加3mm～5mm；所述锂片的尺寸大小与所述锂离子固体电解质片相同。本专利技术中，锂离子固体电解质片的形状不仅限于矩形，也可以是三角形、五边形等多边形或圆形，即本专利技术锂海水电池的形状也不仅限于矩形，也可以是三角形、五边形等多边形或圆形。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种锂海水电池，包括锂保护负极，其中锂保护负极由锂片、隔膜、锂离子固体电解质片封入铝塑封装袋中制成，隔膜中浸润有电解液，铝塑封装袋上设有窗口，锂离子固体电解质片通过封装胶将铝塑封装袋上的窗口密封，封装胶为高密度聚乙烯极耳胶或高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶。本专利技术中，以高密度聚乙烯极耳胶、高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶为封装胶，有效实现了锂离子固体电解质片和铝塑封装袋上的窗口之间的良好密封。上述极耳胶与铝塑封装袋内层材料（如聚乙烯、聚丙烯）结构性质一致，具有良好的相容性，可在相同加热温度下达到融化混合，从而实现两者之间的充分贴合密封，且在上述极耳胶的加热熔点下，锂离子固体电解质片可保持结构性质稳定，不受加热影响，而极耳胶则可通过熔化渗入填充锂离子固体电解质片表面孔隙达到与锂离子固体电解质片的完全贴合和密封，克服了环氧树脂、硅橡胶等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂海水电池，其特征在于，包括锂保护负极；所述锂保护负极由锂片、隔膜、锂离子固体电解质片封入铝塑封装袋中制成，所述隔膜中浸润有电解液；所述铝塑封装袋上设有窗口；所述锂离子固体电解质片通过封装胶将所述铝塑封装袋上的窗口密封；所述封装胶为高密度聚乙烯极耳胶或高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶。

【技术特征摘要】
1.一种锂海水电池，其特征在于，包括锂保护负极；所述锂保护负极由锂片、隔膜、锂离子固体电解质片封入铝塑封装袋中制成，所述隔膜中浸润有电解液；所述铝塑封装袋上设有窗口；所述锂离子固体电解质片通过封装胶将所述铝塑封装袋上的窗口密封；所述封装胶为高密度聚乙烯极耳胶或高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶。2.根据权利要求1所述的锂海水电池，其特征在于，所述铝塑封装袋中，所述锂离子固体电解质片、所述隔膜和所述锂片以叠片形式排列，所述锂离子固体电解质片与所述锂片之间以所述隔膜隔开。3.根据权利要求2所述的锂海水电池，其特征在于，所述铝塑封装袋由铝塑封装膜制成；所述铝塑封装膜为昭和铝塑膜CPP30、昭和铝塑膜CPP40、昭和铝塑膜CPP80；和/或，所述锂离子固体电解质片由Li1+xAlxTi2-x(PO4)3玻璃-陶瓷材料或Li1+xAlxGe2-x(PO4)3玻璃-陶瓷材料制成，其中0.1≤x≤0.6；和/或，所述隔膜为聚烯烃微孔膜；和/或，所述电解液为锂盐和有机溶剂的复合溶液；所述电解液中锂盐的浓度为0.5mol/L～1.2mol/L；和/或，所述高密度聚乙烯/聚丙烯复合极耳胶由高密度聚乙烯极耳胶和高密度聚丙烯极耳胶组成，以所述高密度聚丙烯极耳胶为中间结构支撑层，以所述高密度聚乙烯极耳胶为粘结层设于所述中间结构支撑层两侧构成三层夹心结构；所述高密度聚乙烯极耳胶的密度为0.94g/cm3～0.98g/cm3；所述高密度聚丙烯极耳胶的密度为0.90g/cm3～0.93g/cm3。4.根据权利要求3所述的锂海水电池，其特征在于，所述锂离子固体电解质片由Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3玻璃-陶瓷材料或Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3玻璃-陶瓷材料制成；所述隔膜的厚度≤40μm；所述锂盐为LiClO4、LiPF6中的一种或两种；所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珲，谢凯，韩喻，郑春满，朱宇豪，王丹琴，谢威，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43