[发明专利]一种新型高比能量海水电池

说明书

本发明公开了一种新型高比能量海水电池体系，通过将氟化碳基材料应用于制备海水电池，所得新型海水电池可有效提高电池能量密度；无电解液，具有超长贮存时间，可为长续航海水电池的制备提供一条新思路。

技术领域

本发明属于电源技术领域，具体涉及一种新型高比能量海水电池体系。

背景技术

海水电池是一种无电解液的储备电池，具有电压范围广、能量密度大、未激活态贮存时间长、安全性能良好等优点，被广泛应用于海底声音测试装置、潜水艇、鱼雷、警告浮标和紧急救生设备等领域。

常用海水电池包括Mg/AgCl、Mg/CuCl、Al/AgO等体系。在众多海水电池中，Mg/AgCl电池具有优良的电化学性能，其放电机理如下：放电过程中，金属镁被氧化为镁离子，然后进入海水中形成氯化镁；AgCl被还原为Ag和氯离子，氯离子进入海水中形成氯化钠。

然而，随着海上设备及武器的不断发展，对其动力核心海水电池提出了更高能量密度要求。众所周知，电池的能量密度由正负极材料决定，负极镁电化学当量为220Ah/kg，仅次于锂和铝。然而锂化学性质太活泼，无法应用于水系电池；铝的反应产物为氢氧化铝，为絮状沉淀，易造成腐蚀产物堆积，而影响电极反应，因此，负极一般为镁，故而正极材料的能量密度决定了整体电池的能量密度。

当前海水电池中，Mg/AgCl体系的比能量通常为100-150Wh/kg，将无法满足其对能量密度的要求。尤其针对无电解液的海水电池，工作过程中海水的低电解质浓度进一步限制其性能的提升。因此，进一步开发新型高比能量海水电池以满足海上设备及武器等对长续航海水电池的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有海水电池体系能量密度偏低等，提供一种新型高比能量海水电池体系，以氟化碳基材料作为正极材料，具有能量密度高的优点，可支持设备长续航，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种新型高比能量海水电池，包括正极、负极和隔膜体系，其中正极以正极活性材料、导电剂和粘结剂为主要原料制备而成，正极活性材料为氟化碳基活性材料。

上述方案中，所述氟化碳基活性材料为氟化碳、掺杂改性氟化碳、包覆改性氟化碳或与第二相复合的氟化碳复合材料。

上述方案中，所述氟化碳为石墨、碳纳米管、碳纤维等碳材料经氟化后得到的氟化碳材料，或由其他方法制备氟化碳材料；氟化碳材料的分子式为CFx，其中x＝0.1～1.2。

上述方案中，所述掺杂改性氟化碳采用的掺杂元素包括但不限于N、S、P、Cl等元素中的一种或几种；掺杂比例为1～10wt％。

优选的，所述掺杂改性氟化碳为氮掺杂氟化碳。

上述方案中，所述包覆改性氟化碳采用的包覆材料包括但不限于碳、金属材料、氧化物、导电聚合物等中的一种或几种；

优选的，所述包覆改性氟化碳为导电聚合物包覆。

更优选的，所述导电聚合物可选用聚噻吩、聚吡咯、聚(3、4二氧乙基噻吩)掺杂聚对苯乙烯磺酸等

上述方案中，所述与氟化碳复合的第二相材料包括但不限于氯化银、聚苯胺等海水电池正极材料中的一种或几种；优选为聚苯胺。

上述方案中，所述与氟化碳复合的聚苯胺材料主要通过将氟化碳与聚苯胺按1:(0～1)的质量比进行球磨，将聚苯胺包覆在氟化碳表面而成。

上述方案中，所述导电剂包括但不限于导电金属颗粒、乙炔黑、SuperP、碳纳米管等中的一种或几种。

上述方案中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、羧甲基纤维素钠、微晶纤维等中的一种。