[发明专利]锂/氟化碳电池及其电解液与使用方法

说明书

本申请公开了一种锂/氟化碳电池及其电解液与使用方法，属于锂/氟化碳一次电池领域。锂/氟化碳电池用电解液包括锂盐和有机溶剂，还包括环状磷酸酯添加剂，且所述有机溶剂中包含有氟代溶剂。电解液中产生的自由基和可以有效的降低电池高温搁置时电解液分解产生的氢自由基的含量，降低电极/电解液反应速度，从而可大幅改善Li/CF_x电池高温搁置性能。本申请提供的Li/CF_x电池在预充电后，在60℃下搁置一周容量保持率可达99.8％，在60℃下搁置一月容量保持率可达84.7％。

技术领域

本申请涉及锂/氟化碳一次电池领域，具体涉及一种锂/氟化碳电池及其电解液与使用方法。

背景技术

随着移动通信、航空航天、交通运输及军事装备等领域的技术进步，各种高比能动力电池的开发也已成为国民经济发展的迫切需求。由于金属锂具有质量轻、电极电位负的特点，以锂为负极的锂原电池的开发受到了极大的关注。锂原电池主要包括锂/二氧化锰(Li/MnO₂)、锂/二氧化硫(Li/SO₂)、锂/亚硫酰氯(Li/SOCl₂)和锂/氟化碳(Li/CF_x)等电池体系。同其它原电池相比，Li/CF_x电池的理论比能量值最高(2180W·h/kg)，同时Li/CF_x电池还具有安全性高、放电电压平稳、对环境友好等优点，特别适合作为无人或封闭环境中使用的仪表装备的动力电源。如心脏起搏器、导弹点火系统、无线电发报机、水下电子探测仪等，尤其是作为军事远程侦查及士兵随身携带的通讯电源，应用潜力巨大。

作为理论比能量最高的一次化学电源，Li/CF_x电池在实际使用过程中不可避免地需要储存和搁置，特别是在航空和军事等应用领域中。在储存过程中，特别是高温条件下，Li/CF_x电池的容量会发生不同程度的衰减，而且会随着外界温度的升高而进一步加剧，因此，提高Li/CF_x电池的高温储存性能至关重要。

发明内容

根据本申请的第一方面，提供了一种锂/氟化碳电池用电解液，包括锂盐和有机溶剂，还包括环状磷酸酯添加剂，且所述有机溶剂中包含有氟代溶剂。含有该电解液的锂/氟化碳电池在搁置或存储前进行预充电。通过在锂/氟化碳电池用电解液中添加环状磷酸酯添加剂，并采用含有氟代溶剂的有机溶剂，当对Li/CF_x电池进行预充电时，电解液中的环状磷酸酯添加剂在高电压下开环聚合在氟化碳表面生成一层致密的CEI(cathodeelectrolyte interphase，阴极电解质界面)膜，抑制CF_x/电解液反应，降低自放电；电解液中的氟代溶剂在负极锂金属表面活性较高，可自发形成SEI(solid electrolyteinterface，固体电解质界面)膜对锂进行包覆，降低锂的交换电流密度；电解液中产生的自由基(·P)和(·F)可以有效的降低电池高温搁置时电解液分解产生的氢自由基(·H)的含量，降低电极/电解液反应速度，从而可大幅改善Li/CF_x电池高温搁置性能。

可选地，所述环状磷酸酯添加剂选自具有式I所示结构式的化合物、具有式II所示结构式的化合物、具有式III所示结构式的化合物中的至少一种：

其中，R1、R4、R5、R6独立地选自C1～C10的烃基或卤代烃基；R2、R3独立地选自C1～C10的亚基或卤代亚基。

可选地，所述环状磷酸酯添加剂选自以下化合物中的至少一种：乙烯基甲基磷酸酯、乙烯基乙基亚磷酸酯、丁烯基乙基磷酸酯、1,2-丁烯基乙基磷酸酯、乙炔基乙基磷酸酯、乙烯基三氟代甲基磷酸酯、乙烯基1-三氟代乙基磷酸酯、氟代乙烯基乙基磷酸酯、1-三氟代丙烯基乙基磷酸酯、苯基乙基磷酸酯、苯乙烯基乙基磷酸酯、二苯基乙基磷酸酯、丙烯基乙基磷酸酯、甲基乙基二磷酸酯。

本申请中，C1～C10等均指基团中所包含的碳原子数。