[发明专利]锂海水电池及其制备方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于电池制造领域，涉及一种锂海水电池及其制备方法。

背景技术

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2000 Wh/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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：

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Li_1+xAl_xTi_2-x(PO₄)₃玻璃-陶瓷材料或Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃玻璃-陶瓷材料制成，其中0.1≤x≤0.6；