[發明專利]一種全固態鋰氟化碳二次電池及其制備方法

在審

• 申請號: 202010097260.0
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111276695A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 王麗平;蔣澄;鄒劍;牛曉濱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/04;H01M10/052;H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 李蕊

本發明公開了一種全固態鋰氟化碳二次電池及其制備方法，屬于電池技術領域，具體方法為在氟化碳上原位生長一層固態電解質膜，再與金屬鋰匹配組裝成電池。本發明解決了鋰氟化碳電池在液態體系下放電產物氟化鋰成核不均且顆粒過大而導致的電池無法循環充放的問題。本發明制備的全固態體系下的鋰氟化碳電池，放電時氟化鋰成核均勻且顆粒小，碳維持無定形，使充電時氟化鋰更易分解，電池能夠實現二次可充放。

技術領域

本發明屬于電池技術領域，具體涉及一種全固態鋰氟化碳二次電池及其制備方法。

背景技術

近年來，智能手機、手表、眼鏡等智能設備和可穿戴設備的興起為電池的發展帶來了新的機遇，同時對于電池的能量密度、循環穩定性、快速充放、安全性提出了更高的要求。

鋰離子電池是一種二次電池(充電電池)，它主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li⁺在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li⁺從正極脫出，經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰狀態；放電時則相反。鋰離子電池具有高比能量、高充放電效率和長壽命等優點，是目前最具有應用前景的化學電源之一。

但傳統的鋰離子電池正極材料鈷酸鋰因其造價高、能量密度低、低溫性能差等因素已滿足不了市場需求，尋求一款具備高能量密度、良好的低溫性能的電極材料迫在眉睫。

氟化碳材料理論能量密度達2180Wh kg^-1，在低溫下仍能正常工作，是非常好的解決方案。但其最大的問題在于鋰氟化碳電池在常規電解液體系下放電后，生成的氟化鋰顆粒大且難以分解，使其很難作為二次電池，極大限制了鋰氟化碳電池的應用。

發明內容

本發明的目的在于：為解決鋰氟化碳電池在液態體系下放電產物氟化鋰成核不均且顆粒過大而導致的電池無法循環充放的問題，提供一種全固態鋰氟化碳二次電池及其制備方法。

本發明采用的技術方案如下：

一種全固態鋰氟化碳二次電池的制備方法，包括以下步驟：

S1.將氟化碳材料、導電劑、粘結劑均勻混合，涂覆于鋁箔上制成氟化碳極片；

S2.采用靜電紡絲法在15-20kV的高電壓下以0.5-1mL/h速率紡織1-5h，從而在S1制得的氟化碳極片表面紡織支撐膜，其中紡絲針尖與極片距離為10-15cm；

S3.將聚合物與鋰鹽溶于有機溶劑，形成凝膠固態電解質，然后將其滴于S2制得的支撐膜上，加熱使得原位形成固態電解質，得到電極片；

S4.裁切S3制得的電極片，并與金屬鋰匹配裝成電池。

本發明所制得的電池通過在氟化碳上原位生長一層固態電解質膜，從而避免了液態電解液體系下氟化鋰的成核生長問題；而在全固態體系下的鋰氟化碳電池，放電時氟化鋰成核均勻且顆粒小，碳維持無定形，使充電時氟化鋰更易分解，電池能夠實現二次可充放。

進一步地，S1中氟化碳材料、導電劑和粘結劑的質量比為90-96:0.5-5:2-5。

進一步地，S1中氟化碳材料為氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳納米管、氟化碳微球、氟化軟碳和氟化碳纖維中的至少一種；導電劑為乙炔黑、Super P、導電炭黑和碳納米管中的至少一種；粘結劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸以及聚酰亞胺和羧甲基纖維素中的至少一種。

進一步地，S2中支撐膜的材料為聚偏氟乙烯、聚乙二醇、聚己內酯和聚丙烯腈中的至少一種。

進一步地，S2中支撐膜的厚度為5-50μm。

進一步地，S3中聚合物與鋰鹽的質量比為0.2-5:1。