1.本发明属于锂电池技术领域，涉及一种金属锂电池及其制备方法。
背景技术：
2.随着科学技术地不断进步，电脑、手机、智能表计、通讯设备和军用设备等无需电源维护的设备对电源能量密度的要求越来越高，特别是无人机、水下航行器等特殊领域设备要求锂电池具有高的能量密度。锂氟化碳电池以氟化碳cf
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作为正极活性材料，金属锂作为负极，是目前理论比能量(2180wh/kg)最高的一次电池。除此之外，由于使用cf
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作为活性物质，锂氟化碳电池具有工作电压平稳、安全性极高和环保的优点。
3.氟化碳是锂一次电池正极材料中理论比能量最高的，锂氟化碳电池实用比能量可高达250～800wh/kg。此外，锂氟化碳电池具有工作电压稳定、自放电小、安全性高等优点，可满足低到中等放电率用电设备的应用需求。但是由于氟化碳电子导电性受氟化度影响，影响电池在大电流工作条件下的容量性能，使其在高能电池技术领域的发展受限。
4.cn107959026a公开了一种改性氟化碳电池及其正极极片和正极材料的制备方法；该改性氟化碳正极材料的制备方法包含以下步骤：首先将氟化碳材料分散在溶剂中，形成分散液；然后将分散液加热，并保持加热反应一段时间，此过程中一直搅拌；加热反应结束后，超声，干燥，将溶剂蒸发后即制备出改性氟化碳正极材料。
5.cn112234202a公开了一种高性能锂氟化碳电池及其制备方法，所述高性能锂氟化碳电池包括：正极活性物质为氟化碳；所述总粉量为正极中所有固体粉状物质，包括活性物质、导电剂和粘结剂；导电剂为sp、vgcf、碳纳米管、石墨烯和乙炔黑的一种或几种；粘合剂为瓜尔豆胶、羧甲基壳聚糖和琼脂糖的一种或者几种；电解液为电解液采用锂盐liclo4、litfsi、libf4中的至少一种，溶剂采用pc、ec、dec、dmc和emc中的至少一种。
6.目前，为进一步提升锂氟化碳电池比能量，在正极方面主要方法有：正极改性或配方优化，采用包覆或者掺杂导电性高的物质；提高cf
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的氟化度；但是以上方法工艺都较为复杂；
技术实现要素：
7.本发明的目的在于提供一种金属锂电池及其制备方法，本发明所述金属锂电池的电解液注液量低，能量密度高且安全性高。
8.在本发明的描述中，需要说明的是，“第一方面”、“第二方面”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，对于本领域的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
9.在本发明的描述中，需要说明的是，“包括”仅用于描述目的，而不能理解为限制于所列的包含内容，对于本领域的技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，可理解为“包含但不限于”。
10.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供了一种金属锂电池，所述金属锂电池包括氟化碳正极极片、金属锂负极极片和设置于所述氟化碳正极极片和金属锂负极极片之间的隔膜，所述金属锂电池的注液系数为0.7～1.2g/ah，例如：0.7g/ah、0.8g/ah、0.9g/ah、1g/ah、1.1g/ah或1.2g/ah等。
12.本发明所述金属锂电池使用高载量、低比表面积的氟化碳材料作为正极活性材料，金属锂作为负极，配合较低的电解液用量，大大提高了金属锂电池的能量密度，同时，由于电解液的注液量较低，金属锂电池的安全性能得到进一步提高。
13.优选地，所述氟化碳正极极片包括涂碳铝箔和设置在所述涂碳铝箔表面的氟化碳活性物质层。
14.优选地，所述涂碳铝箔的厚度为10～20μm，例如：10μm、12μm、15μm、18μm或20μm等。
15.优选地，所述氟化碳活性物质层的厚度为130～500μm，例如：130μm、200μm、300μm、400μm或500μm等。
16.优选地，所述氟化碳正极极片中氟化碳活性材料的比表面积＜350m2/g。
17.优选地，所述氟化碳正极极片的压实密度为1.1～2.1g/cm3，例如：1.1g/cm3、1.3g/cm3、1.5g/cm3、1.8g/cm3、2g/cm3或2.1g/cm3等。
18.优选地，所述氟化碳正极极片的孔隙率＜40％。
19.优选地，所述金属锂负极极片包括金属锂带。
20.优选地，所述金属锂负极极片的厚度为80～180μm，例如：80μm、100μm、120μm、150μm或180μm等。
21.第二方面，本发明提供了一种如第一方面所述金属锂电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
22.(1)将氟化碳活性材料、导电剂和粘结剂溶液混合得到高粘度浆料，将所述高粘度浆料涂覆在集流体表面，干燥后得到氟化碳正极极片；
23.(2)将氟化碳正极极片、金属锂负极极片与隔膜通过卷绕或叠片方式装配电芯，注液后封口得到所述金属锂电池。
24.优选地，步骤(1)所述氟化碳活性材料、导电剂和粘结剂溶液中粘结剂的质量比为(85～96):(0.5～8):(1～10)，例如：85:8:7、88:6:6、90:5:5、94:2:4或96:1:3等。
25.优选地，所述高粘度浆料的粘度为8000～50000cp，例如：8000cp、10000cp、20000cp、30000cp或50000cp等。
26.优选地，所述干燥的温度为90～130℃，例如：90℃、100℃、110℃、120℃或130℃等。
27.优选地，所述氟化碳正极极片的载量为200～600g/m2，例如：200g/m2、300g/m2、400g/m2、500g/m2或600g/m2等。
28.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
29.(1)本发明通过低比表面积的氟化碳材料制备高载量的氟化碳正极、超薄金属锂带、与及低电解液用量，大大提高电池的能量密度，由于其较低的注液量，氟化碳电池的安全性能进一步提高。
30.(2)本发明所述金属锂电池的能量密度可达790wh/kg以上，体积能量密度可达1050wh/l以上。
具体实施方式
31.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
32.实施例1
33.本实施例提供了一种金属锂电池，所述金属锂电池的制备方法如下：
34.(1)将比表面积为300m2/g的氟化碳活性材料、导电剂与粘结剂溶液按照氟化碳活性材料、导电剂和粘结剂溶液中粘结剂的质量比为94:2:4混合制成高粘度浆料，浆料的粘度为30000cp，涂布于涂碳铝箔，进行a面一次涂覆，然后再进行b面一次涂覆，涂覆厚度为200μm，极片的载量为260g/m2，100℃干燥后，辊压，压实密度为1.8g/cm3，孔隙率为30％，裁切或者模切成对应尺寸，得到正极极片；
35.(2)将超薄锂带裁切/模切成对应的尺寸，得到厚度为100μm的负极极片，将所述正极极片、负极极片与隔膜通过卷绕或叠片方式装配电芯，电解液(所述电解液的电解质为lipf6，溶剂为1:1的碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，所述lipf6摩尔浓度为1mol/l)的注液系数为1.0g/ah，注液后封口得到所述金属锂电池。
36.实施例2
37.本实施例提供了一种金属锂电池，所述金属锂电池的制备方法如下：
38.(1)将比表面积为280m2/g的氟化碳活性材料、导电剂与粘结剂溶液按照氟化碳活性材料、导电剂和粘结剂溶液中粘结剂的质量比为96:1:3混合制成高粘度浆料，浆料的粘度为20000cp，涂布于涂碳铝箔，进行a面一次涂覆，然后再进行b面一次涂覆，涂覆厚度为250μm，极片的载量为330g/m2，100℃干燥后，辊压，压实密度为1.6g/cm3，孔隙率为35％，裁切或者模切成对应尺寸，得到正极极片；
39.(2)将超薄锂带裁切/模切成对应的尺寸，得到厚度为120μm的负极极片，将所述正极极片、负极极片与隔膜通过卷绕或叠片方式装配电芯，电解液(所述电解液的电解质为lipf6，溶剂为1:1的碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，所述lipf6摩尔浓度为1mol/l)的注液系数为1.1g/ah，注液后封口得到所述金属锂电池。
40.实施例3
41.本实施例提供了一种金属锂电池，所述金属锂电池的制备方法如下：
42.(1)将比表面积为500m2/g的氟化碳活性材料、导电剂与粘结剂溶液按照氟化碳活性材料、导电剂和粘结剂溶液中粘结剂的质量比为94:2:4混合制成高粘度浆料，浆料的粘度为30000cp，涂布于涂碳铝箔，进行a面一次涂覆，然后再进行b面一次涂覆，涂覆厚度为130μm，极片的载量为200g/m2，100℃干燥后，辊压，压实密度为1.8g/cm3，孔隙率为30％，裁切或者模切成对应尺寸，得到正极极片；
43.(2)将超薄锂带裁切/模切成对应的尺寸，得到厚度为100μm的负极极片，将所述正极极片、负极极片与隔膜通过卷绕或叠片方式装配电芯，电解液(所述电解液的电解质为lipf6，溶剂为1:1的碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，所述lipf6摩尔浓度为1mol/l)的注液系数为1.0g/ah，注液后封口得到所述金属锂电池。
44.实施例4
45.本实施例提供了一种金属锂电池，所述金属锂电池的制备方法如下：
46.(1)将比表面积为300m2/g的氟化碳活性材料、导电剂与粘结剂溶液按照氟化碳活
性材料、导电剂和粘结剂溶液中粘结剂的质量比为94:2:4混合制成高粘度浆料，浆料的粘度为30000cp，涂布于涂碳铝箔，进行a面一次涂覆，然后再进行b面一次涂覆，涂覆厚度为200μm，极片的载量为260g/m2，100℃干燥后，辊压，压实密度为1.8g/cm3，孔隙率为30％，裁切或者模切成对应尺寸，得到正极极片；
47.(2)将超薄锂带裁切/模切成对应的尺寸，得到厚度为70μm的负极极片，将所述正极极片、负极极片与隔膜通过卷绕或叠片方式装配电芯，电解液(所述电解液的电解质为lipf6，溶剂为1:1的碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，所述lipf6摩尔浓度为1mol/l)的注液系数为1.0g/ah，注液后封口得到所述金属锂电池。
48.实施例5
49.本实施例提供了一种金属锂电池，所述金属锂电池的制备方法如下：
50.(1)将比表面积为300m2/g的氟化碳活性材料、导电剂与粘结剂溶液按照氟化碳活性材料、导电剂和粘结剂溶液中粘结剂的质量比为94:2:4混合制成高粘度浆料，浆料的粘度为30000cp，涂布于涂碳铝箔，进行a面一次涂覆，然后再进行b面一次涂覆，涂覆厚度为200μm，极片的载量为260g/m2，100℃干燥后，辊压，压实密度为1.8g/cm3，孔隙率为30％，裁切或者模切成对应尺寸，得到正极极片；
51.(2)将超薄锂带裁切/模切成对应的尺寸，得到厚度为200μm的负极极片，将所述正极极片、负极极片与隔膜通过卷绕或叠片方式装配电芯，电解液(所述电解液的电解质为lipf6，溶剂为1:1的碳酸丙烯酯和乙二醇二甲醚，所述lipf6摩尔浓度为1mol/l)的注液系数为1.0g/ah，注液后封口得到所述金属锂电池。
52.对比例1
53.本对比例与实施例1区别仅在于，电解液的注液系数为0.5g/ah，其他条件与参数与实施例1完全相同。
54.对比例2
55.本对比例与实施例1区别仅在于，电解液的注液系数为1.5g/ah，其他条件与参数与实施例1完全相同。
56.性能测试：
57.将上述金属锂电池通过测试其电压、内阻、重量和尺寸，然后进行0.01c的放电测试，测试结果如表1所示：
58.表1
[0059] 能量密度(wh/kg)体积能量密度(wh/l)实施例18001100实施例27901050实施例3720880实施例4650780实施例5710860对比例1400620对比例2510780
[0060]
由表1可以看出，由实施例1-2可得，本发明所述金属锂电池的能量密度可达790wh/kg以上，体积能量密度可达1050wh/l以上。
[0061]
由实施例1和实施例3对比可得，本发明使用氟化碳正极材料的比表面积会影响制得金属锂电池的性能，由于氟化碳的疏水性强，材料比表面积大，滞后等影响了厚电极的工艺难度，导致氟化碳电池的能量密度较低，本发明采用低比表面积的氟化碳正极材料，制备高载量的氟化碳正极可以明显提高金属锂电池的能量密度。
[0062]
由实施例1和实施例4-5对比可得，本发明所述金属锂电池中，金属锂负极的厚度会影响金属锂电池的性能，将金属锂负极的厚度控制在80～180μm，制得金属锂电池的性能较好，若金属锂负极厚度过薄，n/p比过低，正极材料活性物质无法完全发挥，若金属锂负极的厚度过厚，明显增加电池重量和体积，从而影响电池重量能量密度和体积能量密度。
[0063]
由实施例1和对比例1-2对比可得，本发明所述金属锂电池的注液系数会影响金属锂电池的性能，将注液系数控制在0.7-1.2g/ah，制得金属锂电池性能较好，若注液系数过高，电池中非活性组件重量增加，电池重量相应增加，影响其重量能量密度，同时增加安全隐患，若注液系数过低，电解液不能完全浸润氟化碳正极，出现电极干区，电池容量低，影响电池能量密度。
[0064]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。