一种锂/氟化碳电池用高浓电解液及其制备方法和应用

本发明涉及锂原电池，尤其涉及一种锂/氟化碳电池用高浓电解液及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂/氟化碳一次电池(li/cfx)作为一种高理论比容量(860mah/g)和能量密度(2180wh/kg)的一次电池，具有高安全性能、低自放电率、平稳的放电电压和环境友好等优点，广泛应用于医疗、军事、电子、科技和航空航天等领域。

2、其中电解液作为锂/氟化碳一次电池必不可缺的一部分，在正负极之间起到传递离子的作用，具有重要的研究意义。

3、目前，锂/氟化碳一次电池常用的电解液为1m libf4 in pc:dme(v:v 1:1)，对于锂/氟化碳一次电池电解液方面的研究方向主要是考虑电解液的理化性质、界面浸润与相容、锂离子溶剂化结构、c-f键活化和lif形成与溶解等因素对锂/氟化碳一次电池放电性能的影响。该锂/氟化碳一次电池电解液虽然能够提升电池的能量密度，但是在实际工作过程达不到理论比容量，从而导致锂/氟化碳一次电池的电化学性能不佳。

4、然而，高浓度电解液体系因为其特殊的锂离子溶剂化结构、优异的电化学稳定性及其能在负极表面形成高离子导通率和稳定的sei膜在二次电池中取得广泛研究。该高浓度电解液能够提升电池的能量密度和比容量，从而使二次电池具有较佳的电化学性能，但是一次电池中对于高浓度电解液研究较少，因此提供一种应用于一次电池的高浓度电解液，使其在实际工作过程达到理论比容量，从而提升电池的能量密度。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂/氟化碳电池用的高浓电解液及其制备方法和应用。本发明考虑到高浓电解液具备的独特溶剂化结构导致阴离子电解质锂盐中的阴离子和锂离子配位更强，而且能提供优于低浓度电解液的较高的离子电导率，保证离子传输，从而能够在长的服务时间内提供高且稳定的能量输出。故本发明通过设计一种大于常规商用浓度1mol/l以及低浓(<1mol/l)具有独特溶剂化结构的锂/氟化碳电池用的高浓电解液，使得锂/氟化碳电池在放电过程中容量增加，从而提高电池的能量密度。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个目的是提供一种锂/氟化碳电池用高浓电解液，所述高浓电解液由锂盐、酯类溶剂和高供体数酰胺类溶剂混合而成；其中锂盐在酯类溶剂和高供体数酰胺类溶剂所组成的混合溶剂中的浓度为1mol/l～2mol/l，混合溶剂中酯类溶剂与高供体数酰胺类溶剂的体积比为1:1～1:9。

4、优选地，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、硝酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂和六氟磷酸锂中的一种或多种的组合。

5、优选地，所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯中的一种或多种的组合。

6、优选地，所述高供体数酰胺类溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙酰胺一种或多种的组合。

7、本发明的第二个目的是提供一种锂/氟化碳电池用高浓电解液的制备方法，包括如下步骤：

8、按照摩尔浓度准确称取相应质量的锂盐备用；

9、将上述称取的锂盐置于酯类溶剂和高供体数酰胺类混合溶剂中，经搅拌至锂盐完全溶解后静置，即获得所述高浓电解液，其中酯类溶剂与酰胺类溶剂的体积比例为1:1～1:9。

10、优选地，将称取好的锂盐于氩气氛围下置于酯类溶剂和高供体数酰胺类混合溶剂中。

11、优选地，，所述搅拌和静置的温度均为室温，所述搅拌速率为500～600r/min。

12、本发明的第三个目的是提供一种锂/氟化碳电池用高浓电解液在锂/氟化碳一次电池中的应用。

13、本发明的第四个目的是提供一种锂/氟化碳一次电池，包括：正极壳、正极片、隔膜、锂片、垫片、弹片、负极壳以及电解液，所述负极壳内放置弹片，弹片上方放入垫片，垫片上方放置锂片，锂片上方滴加电解液，电解液上方放置隔膜，隔膜上方滴加电解液，电解液上方放置正极片，然后盖上正极壳组装形成扣式电池，所述电解液为权利要求1～4所述的高浓电解液，其中所述电池的锂片为直径14mm～16mm，厚度0.8mm～1mm的锂片；该电池的正极壳和负极壳均采用cr2025电池壳。

14、本发明的第五个目的是提供一种锂/氟化碳一次电池，其中所述电池的正极片的制备方法，包括如下步骤：

15、将氟化碳、粘结剂、导电剂和n-甲基吡咯烷酮球磨，混合后制成浆料，其中氟化碳、粘结剂、导电剂的质量比为7～9：2～0.5：1～0.5，n-甲基吡咯烷酮的加入体积为1.5ml～3ml；

16、然后将上述制得的浆料涂布于涂炭铝箔，经干燥、压片、打片后制得正极片；其中氟化碳的氟碳比为0.88～1，球磨转速为400～500r/h，球磨时长为4～5h。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果：

18、(1)本发明所给出的高浓电解液为大于常规商用浓度1mol/l以及低浓(<1mol/l)的高浓电解液，该高浓电解液具有较高的离子电导率，使得放电反应平台的反应电位高于低浓电解液，在放电过程中容量增加，从而提高电池的能量密度。

19、(2)本发明所给出的高浓电解液具有独特溶剂化结构，可在正极氟化碳表面形成高离子传导界面，加快界面反应动力学。

20、(3)本发明所给出的高浓电解液配方简单，具有良好的工业化实施前景。

21、(4)本发明考虑到高浓电解液具备的独特溶剂化结构导致阴离子电解质锂盐中的阴离子和锂离子配位更强，而且能提供优于低浓度电解液的较高的离子电导率，保证离子传输，从而能够在长的服务时间内提供高且稳定的能量输出。故本发明通过设计一种大于常规商用浓度1mol/l以及低浓(<1mol/l)具有独特溶剂化结构的锂/氟化碳电池用的高浓电解液，使得锂/氟化碳电池在放电过程中容量增加，从而提高电池的能量密度。

技术特征：

1.一种锂/氟化碳电池用高浓电解液，其特征在于，所述高浓电解液由锂盐、酯类溶剂和高供体数酰胺类溶剂混合而成；其中锂盐在酯类溶剂和高供体数酰胺类溶剂所组成的混合溶剂中的浓度为1mol/l～2mol/l，混合溶剂中酯类溶剂与高供体数酰胺类溶剂的体积比为1:1～1:9。

2.如权利要求1所述的一种锂/氟化碳电池用高浓电解液，其特征在于，所述锂盐为双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、四氟硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、硝酸锂、二草酸硼酸锂、二氟磷酸锂和六氟磷酸锂中的一种或多种的组合。

3.如权利要求1所述的一种锂/氟化碳电池用高浓电解液，其特征在于，所述酯类溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲酸甲酯、丙酸甲酯、丁酸甲酯中的一种或多种的组合。

4.如权利要求1所述的一种锂/氟化碳电池用高浓电解液，其特征在于，所述高供体数酰胺类溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基丙酰胺一种或多种的组合。

5.如权利要求1-4任意一项所述的一种锂/氟化碳电池用高浓电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的一种锂/氟化碳电池用高浓电解液的制备方法，其特征在于，将称取好的锂盐于氩气氛围下置于酯类溶剂和高供体数酰胺类混合溶剂中。

7.如权利要求5所述的一种锂/氟化碳电池用高浓电解液的制备方法，其特征在于，所述搅拌和静置的温度均为室温，所述搅拌速率为500～600r/min。

8.如权利要求1～4任意一项所述的一种锂/氟化碳电池用高浓电解液在锂/氟化碳一次电池中的应用。

9.一种锂/氟化碳一次电池，其特征在于，包括：正极壳、正极片、隔膜、锂片、垫片、弹片、负极壳以及电解液，所述负极壳内放置弹片，弹片上方放入垫片，垫片上方放置锂片，锂片上方滴加电解液，电解液上方放置隔膜，隔膜上方滴加电解液，电解液上方放置正极片，然后盖上正极壳组装形成扣式电池，所述电解液为权利要求1～4所述的高浓电解液，其中所述电池的锂片为直径14mm～16mm，厚度0.8mm～1mm的锂片；

10.一种权利要求9所述的一种锂/氟化碳一次电池，其特征在于，所述电池的正极片的制备方法，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供一种锂/氟化碳一次电池用的高浓电解液及其制备方法和应用。发明考虑到高浓电解液具备的独特溶剂化结构导致阴离子电解质锂盐中的阴离子和锂离子配位更强，而且能提供优于低浓度电解液的较高的离子电导率，保证离子传输，从而能够在长的服务时间内提供高且稳定的能量输出。故本发明通过设计一种大于常规商用浓度1mol/L以及低浓(<1mol/L)具有独特溶剂化结构的锂/氟化碳电池用的高浓电解液，使得锂/氟化碳电池在放电过程中容量增加，从而提高电池的能量密度。

技术研发人员：庄全超,周羔宇,周飞,杨东,何鑫,鞠治成,蒋江民
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/24