[发明专利]一种氟化碳基金属锂电池及其制造方法

说明书

本发明公开了一种宽温高能氟化碳基金属锂电池制造方法及应用。该电池包括正极、负极、隔膜、电解液、极耳和壳体组件。本发明综合采用经过能量与效能极限化处理的氟化碳基多元态复合活性物质、具有三维导电网络的多元复合导电剂、具有高导电率支撑结构的金属锂负极，以及具有降解电化学反应生成物LiF的高导电率低温电解液等措施，系统性的最大限度的解决锂氟化碳电池比容量与倍率性能相互制约等固有缺陷，实现了同电化学体系同规格电池综合性能的极大化，特别是高能量密度的情况下具有持续高倍率放电性能；通过设计改进商品化电池生产设备关键重要零部件，可大批量稳定生产宽温高能氟化碳基金属锂电池。

技术领域

本发明属于一次电池技术领域，特别涉及一种基于锂氟化碳电化学体系的宽温高能金属锂电池制造方法及应用。

背景技术

锂氟化碳电池是当今质量比能量最高的电化学体系电池(理论上为2180Wh/kg)，不仅实现电池小型化和轻质化，同时兼具安全性高、储存寿命长(＞10年)等优势，能够满足高端民用和军用电源的需求，具有极高的应用价值。

锂氟化碳电化学体系一次电池存在电压滞后、放电电势低、放电极化严重、比能量与倍率性能相互制约(“低法拉第电量”现象)等固有缺陷，严重阻碍了该电池的发展和应用，始终局限在以中、低放电率为主的仪表电子设备或医用植入电源。

突破锂氟化碳电池的大电流放电性能，实现在高能量大功率用电领域的应用，始终是国内外一直关注的研究重点。

国内研究人员为改善锂氟化碳电化学体系电池放电性能，通过各种方法对诸如制备采用新型氟化材料(氟化石墨烯、氟化炭黑等)，或对氟化碳材料进行改良，或添加高电压材料(脱锂态二次电池三元材料)，或制备专用电解液，或者采取聚吡咯涂层、单质硫、金属及氧化物包覆、碳热处理和石墨烯/SVO球磨，甚至通过电池串并以大体积大容量弥补电性能不足，不仅只是针对电池的单一方面、单一能力、单一物质，而且提升电池倍率放电能力特别是综合电性能十分有限。

公开号为CN109546105B的中国发明专利申请公开了一种功率型锂氟化碳电池及其制造方法，将富锂锰基、高镍三元或镍锰酸锂在H₂SO₄中加热得到的脱锂态材料，然后通过球磨和高温烧结，制备成高电压材料改性氟化碳材料。通过改良正极活性物质，虽能够提升电池的功率性能，单体电池也仅为0.7C以下，且仅依托高电压材料改性，在一定程度上会增大电池的自放电，进而影响电池的使用性能。

公开号为CN109786842A的中国发明专利申请公开了一种高安全高比能量锂/氟化碳电池制备方法，利用锂盐溶于有机溶剂或与固体聚合物复合制备得到高锂盐浓度电解液或高锂盐浓度固体聚合物电解质，组装锂/氟化碳电池。通过改良电解质，电池安全性得到一定提升，而其电池放电容量可以超出氟化碳材料的比容量极限，是在0.005C(1C＝锂氟化碳电化当量)下实现。

公开号为CN104600335A的中国发明专利申请公开了一种氟化碳基锂一次电池及其制备方法和检测方法，在非水电解液和其中添加的至少用于改善电池倍率性能的功能添加剂，从而使极片具有良好的界面性能，还具有低的电池界面电阻，提高了电解液的浸润性，改善了锂离子在界面的传输，提高氟化碳基锂一次电池的倍率性能。也是通过改良电解液，获得更好的电压平台和放电比容量，按其所述达到2C(1C＝锂氟化碳电化当量)，而其商品化电池仅为0.7C(1C＝电池标称容量)。

公开号为CN103000915A的中国发明专利申请公开了氟化碳锂一次电池及其制备方法，采用高氟含量的氟化碳材料，应用多种导电添加剂提高电极电导性，采用粘度低、流动性好、有效固液界面多电解液。仅实现了5h率(0.2C)放电，电池的重量比能量达到400Wh/kg左右、体积比能量达到700Wh/L左右。