[发明专利]全封闭式金属-二氧化碳电池及其制备方法

权利要求书

1.一种全封闭式金属-二氧化碳电池，主要由电池外壳、金属负极、隔膜、电解质、正极组成，其特征在于：所述电解质中的溶质、溶剂或添加剂包含至少一种可吸附CO₂的基团的物质；CO₂的吸附方法为：将CO₂气体通入电解质的同时，对电解质进行搅拌，通入CO₂气体和搅拌的时间为3-5小时；

所述可吸附CO₂的基团为亚砜基(-SO-)、砜基(-SO₂)、双三氟甲基(-(CF₃)₂)、苯环(-C₆H₆)、氰基(-CN)、亚氨基(-NH-)、羧基(-COOH)、亚硫酸胺基(-SO₃NH₄)、亚硝基(-NO)、甲基(-CH₃)、羟基(-OH)、卤基、胺基(-NH₂)中的至少一种；

所述具有亚砜基(-SO-)的物质为二甲基亚砜(DMSO)；

所述具有砜基(-SO₂)的物质为四亚甲基砜(TMS)、乙基甲基砜(EMS)、乙基乙烯基砜(EVS)中的至少一种；

所述具有双三氟甲基(-(CF₃)₂)的物质为双三氟甲烷磺酰亚胺盐；

所述具有苯环(-C₆H₆)的物质为1-丁基-2，3-二甲基咪唑对甲苯磺酸盐、Zn(bIM)₂、Co(bIM)₂中的至少一种；

所述具有氰基(-CN)的物质为克酮酸二取代亚甲基氰配体酸-草酸锂硼盐(LCNCOB)、克酮酸二取代氨基氰配体酸-草酸锂硼盐(LNCNCOB)中的至少一种；

所述具有亚氨基(-NH-)的物质为脯氨酸、N-苯甲酰基-L-精氨酸乙酯盐酸盐、组氨酸中的至少一种；

所述具有羧基(-COOH)的物质为1-羧甲基-4-甲基咪唑四氟硼酸盐、氯化1-羧甲基-3-甲基咪唑、COOH-MIL-53(lp)中的至少一种；

所述具有亚硫酸胺基(-SO₃NH₄)的物质为PPN-6-SO₃NH₄；

所述具有亚硝基(-NO)的物质为Zn(nIM)、Co(nIM)₂中的至少一种；

所述具有甲基(-CH₃)的物质为(CH₃)₂-MIL-53(lp)；

所述具有羟基(-OH)的物质为氯化1-羟乙基-3-甲基咪唑、(OH)₂-MIL-53(lp)中的至少一种；

所述具有卤基的物质为溴化1-丁基-3-甲基咪唑、ZIF－81、ZIF－69中的至少一种；

所述金属负极采用锂、钠、钾、镁、铝、锌中的至少一种材料制成；

所述全封闭式金属-二氧化碳电池采用如下方法制备而成，其步骤如下：

a.原料的处理：

选取具有可吸附CO₂的基团的物质和其他电解质组分作为原料，并对原料进行干燥，采用的干燥方法为真空干燥、冷冻干燥或通入惰性气体干燥中的至少一种方法，所述干燥后原料的含水量不超过5ppm，得到干燥的原料；当干燥方法采用真空干燥时，烘干温度不高于80℃，烘干时间不少于12小时；

b.吸附CO₂的电解质的制备：

将在所述步骤a中所得干燥的原料混合溶解，配制成电解质溶液，然后向电解质溶液中持续通入足量CO₂气体，使电解质中可吸附CO₂的基团充分吸附CO₂，将CO₂气体吸附并储存于电解质中，得到已吸附CO₂的电解质；CO₂的吸附方法为：将CO₂气体通入电解质的同时，对电解质进行搅拌，通入CO₂气体和搅拌的时间为3-5小时，使CO₂气体溶入电解质溶液，控制气压为0.02-0.1Mpa；CO₂气体通入电解质溶液的整个过程在密闭容器内完成；

c.全封闭式金属-二氧化碳电池的组装：

按照电池的组装方法，先将科琴黑和粘结剂PTFE以9：1的质量比均匀混合，然后压在网孔尺寸不大于50目的不锈钢网上，在真空条件下和不高于100℃条件下进行烘干至少12h，得到碳正极；然后按照负极壳、金属负极片、隔膜、在所述步骤b中所得的已吸附CO₂的电解质溶液、碳正极、弹片以及正极壳的顺序进行组装电池，再用压机施加压力进行密封，从而得到全封闭式金属-二氧化碳电池。

2.一种权利要求1所述全封闭式金属-二氧化碳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

a.原料的处理：

选取具有可吸附CO₂的基团的物质和其他电解质组分作为原料，并对原料进行干燥，采用的干燥方法为真空干燥、冷冻干燥或通入惰性气体干燥中的至少一种方法，所述干燥后原料的含水量不超过5ppm，得到干燥的原料；当干燥方法采用真空干燥时，烘干温度不高于80℃，烘干时间不少于12小时；

b.吸附CO₂的电解质的制备：

将在所述步骤a中所得干燥的原料混合溶解，配制成电解质溶液，然后向电解质溶液中持续通入足量CO₂气体，使电解质中可吸附CO₂的基团充分吸附CO₂，将CO₂气体吸附并储存于电解质中，得到已吸附CO₂的电解质；CO₂的吸附方法为：将CO₂气体通入电解质的同时，对电解质进行搅拌，通入CO₂气体和搅拌的时间为3-5小时，使CO₂气体溶入电解质溶液，控制所述气压为0.02-0.1Mpa；CO₂气体通入电解质溶液的整个过程在密闭容器内完成；

c.全封闭式金属-二氧化碳电池的组装：

按照电池的组装方法，先将科琴黑和粘结剂PTFE以9：1的质量比均匀混合，然后压在网孔尺寸不大于50目的不锈钢网上，在真空条件下和不高于100℃条件下进行烘干至少12h，得到碳正极；然后按照负极壳、金属负极片、隔膜、在所述步骤b中所得的已吸附CO₂的电解质溶液、碳正极、弹片以及正极壳的顺序进行组装电池，再用压机施加压力进行密封，从而得到全封闭式金属-二氧化碳电池。