一种高容量锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种高容量锂二次电池，属于锂二次电池领域，其负极为金属锂，其正极为氟化碳材料，其特征在于，其正极侧电解液为锂盐溶于1

【技术实现步骤摘要】
一种高容量锂二次电池


[0001]本专利技术涉及锂二次电池领域，具体涉及一种以氟化碳材料为正极、金属锂为负极的高容量锂二次电池。

技术介绍

[0002]目前，锂/氟化碳一次电池已经广泛应用于电子产品、医疗器械、国防军工等重要领域，技术日趋成熟，但是基于环境保护与能源有效利用，人们迫切希望地把锂/氟化碳一次电池发展成二次可充放电电池。目前商品化的锂二次电池普遍产用LiCoO2正极、LiMn2O4正极或LiFePO4正极与石墨化碳负极材料体系，该体系电池的能量密度较商品化锂/氟化碳一次电池的820Wh/kg有很大差距。开发锂/氟化碳二次电池这种新的电极材料体系以提高电池的能量密度十分必要，其关键在于打破放电产物LiF中Li
‑
F键的键合。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术中所存在的上述问题提供了一种高容量锂二次电池，利用氟化碳材料作为正极，在基于高供体数的电解液以及固态电解质中，实现锂/氟化碳电池的二次化。
[0004]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种高容量锂二次电池，其负极为金属锂，其正极为氟化碳材料，其特征在于，其正极侧电解液为锂盐溶于1
‑
甲基咪唑(简称Me
‑
Im)形成的溶液，正极侧电解液与负极之间通过固体电解质隔开。
[0005]其中，正极材料包括集流体及其上的活性物质层，该活性物质层中包含氟化碳CF
x
、导电剂和粘结剂。集流体为铝箔材料，用于支撑正极活性物质并向其中传输锂离子且传导电流，固态电解质可将两种不同的电解液隔离，同时允许锂离子通过。
[0006]本专利技术中，在放电过程中，负极的金属锂失去电子变成锂离子，Li
‑
e
‑
→
Li
+
，锂离子通过电解质的传导作用穿过固态电解质并传递到正极，电子通过外电路传递到正极，在正极处，氟化碳、电子以及锂离子发生反应生成碳和氟化锂。得益于高供体数的1
‑
甲基咪唑的强溶剂化作用，部分LiF发生溶解，在充电过程中，在正极侧反应是氟离子与碳反应，生成氟化碳，然后锂离子通过液态电解质和固态电解质回到负极，在负极得到电子生成金属锂，随后的放电和充电过程，重复上述过程，实现锂
‑
氟化碳电池的二次化。
[0007]进一步的，氟化碳材料采用氟化石墨、氟化乙炔黑、氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化碳微球、氟化碳纤维中的至少一种。
[0008]更进一步的，氟化碳中氟与碳的原子比为0.4
‑
1.1。
[0009]进一步的，所述正极侧电解液为锂盐溶于高供体数的1
‑
甲基咪唑形成的溶液。
[0010]更进一步的，所述1
‑
甲基咪唑的供体数大于30kcal/mol，优选供体数约为47kcal/mol(196.6kJ/mol)的1
‑
甲基咪唑。
[0011]进一步的，所述高容量锂二次电池还包括成分不同于正极侧电解液的负极侧电解液，负极电解液采用常规的锂电池电解液，正极侧电解液与负极侧电解液之间通过固体电
解质隔开。即正极活性物质与负极分别浸泡在不同的液态电解质中。
[0012]更进一步的，正极侧溶于1
‑
甲基咪唑的锂盐包括LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiTFSI、LiBOB、LiDFOB中的一种或几种。
[0013]更进一步的，负极侧电解液为锂盐与醚类、酯类、碳酸酯类或离子液体组成的溶液。
[0014]进一步的，所述固体电解质采用Li
1+x
Al
x
Ti2‑
x
(PO4)3(x＝0.3
‑
0.7)(LATP)、Li
1+x
Al
x
Ge2‑
x
(PO4)3(x＝0.3
‑
0.7)(LAGP)、Li7La3Zr2O
12
(LLZO)中的一种。
[0015]本专利技术的有益效果是：本专利技术的电池以金属锂作为负极，以氟化碳材料为正极，且正极侧电解液采用锂盐溶于1
‑
甲基咪唑形成的溶液，正极侧电解液与负极之间通过固态电解质隔开，利用高供体数的1
‑
甲基咪唑的强溶剂化作用，部分LiF发生溶解，在充电过程中，在正极侧反应是氟离子与碳反应，生成氟化碳，然后锂离子通过液态电解质和固态电解质回到负极，在负极得到电子生成金属锂，实现锂
‑
氟化碳电池的二次化,并且第二周以后的放电比容量(约400
‑
800mAh/g)远远高于传统锂层状过渡金属氧化物正极材料的比容量(约200mAh/g)。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例1锂二次电池的结构示意图；
[0017]图2是本专利技术实施例1锂二次电池的充放电曲线；
[0018]图3是本专利技术实施例1锂二次电池的电极在充放电前后的红外谱图；
[0019]图4是本专利技术实施例5锂二次电池的充放电曲线；
[0020]图5是本专利技术实施例5锂二次电池的电极在充放电前后的红外谱图。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]实施例1
[0023]本实施提供了一种1
‑
甲基咪唑基高氯酸锂的锂/氟化碳二次电池，其结构如图1所示，与现有技术中的锂离子电池类似，但本实施例中所用的负极并非石墨碳，而是金属锂负极，本实施例提供的电池的编记为A1，其结构包括：
[0024]负极，由金属锂构成；
[0025]正极电极，包括由铝箔构成的集流体及其上的活性物质层，该活性物质层中包含氟化石墨CF
x
、乙炔黑(AB)和聚偏氟乙烯(PVDF)，三者的质量比为80:10:10。
[0026]电解质，位于正极活性物质层与负极之间，用于使正极活性物质与负极之间电隔离，同时还能够使锂离子在负极与正极活性物质之间传导，电解质
‑
包括正极侧电解液、负极侧电解液和隔开两种电解液的固态电解质层，其中正极侧电解液为1M LiClO4的1
‑
甲基咪唑溶液，用于传导锂离子，削弱锂氟键键能，促进氟化锂的分解，负极侧电解液为LiPF6溶于DMC和EC的溶液中，固态电解质层为LATP。
[0027]其中本实施例中的正极侧电解液可通过如下方法制成：
[0028]称取0.05mol的高氯酸锂放入烧杯中，加入50ml的1
‑
甲基咪唑中，并且加转子搅拌6小时，得到1mol/L的1
‑
甲基咪唑基高氯酸锂溶液。
[0029]本实施例中的正极电极通过如下方法制成：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高容量锂二次电池，其负极为金属锂，其正极为氟化碳材料，其特征在于，其正极侧电解液为锂盐溶于1
‑
甲基咪唑形成的溶液，正极侧电解液与负极之间通过固体电解质隔开。2.根据权利要求1所述的高容量锂二次电池，其特征在于，氟化碳材料采用氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化碳微球、氟化碳纤维中的至少一种。3.根据权利要求1所述的高容量锂二次电池，其特征在于，氟化碳材料中氟与碳的原子比为0.4
‑
1.1。4.根据权利要求1所述的高容量锂二次电池，其特征在于，所述正极侧电解液为锂盐溶于高供体数的1
‑
甲基咪唑形成的溶液。5.根据权利要求4所述的高容量锂二次电池，其特征在于所述1
‑
甲基咪唑的供体数大于30kcal/mol。6.根据权利要求1所述的高容量锂二次电池，其特征在于，正极侧溶于1
‑
甲基咪唑的锂盐为LiPF6、LiClO...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕迎春，苏蔚，李沅航，郭炳焜，卢世刚，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：