一種氟化碳基鋰一次電池及其制備方法和檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氟化碳基鋰一次電池及其制備方法和檢測方法，是一種高倍率長儲存的非水電解液的氟化碳基鋰一次電池，屬于電池技術領域。
【背景技術】
[0002]鋰氟化碳電池的理論比容量高達865mAh/g，開路電壓為3.2-3.7V，溫度適用范圍廣(-40至130°C)。由于其容量密度明顯高于鋰二氧化錳、鋰亞硫酰氯等鋰一次電池，并且儲存壽命長達10年以上、對環境友好等優勢，鋰氟化碳電池在安保領域、工業領域、醫藥領域有著廣泛的應用前景。早在1970年代，鋰氟化碳電池就已經實現商業化，是世界上最早商業化應用的鋰電池，然而，至今仍然沒有世界范圍內大規模的批量生產，是因為其倍率性能比較差，而且價格較高。其中倍率性能差是限制鋰氟化碳電池在高倍率的用電設備中應用的主要因素。鋰氟化碳電池在放電時的化學反應為:CFx+xLi — C+xLiF。氟化碳在放電的過程中不斷的生成絕緣的無機物氟化鋰(LiF)和可以導電的碳。放電化學反應發生在電解液、LiF、氟化碳的三相界面上。因此，電解液與氟化碳的接觸界面、鋰離子在界面上的遷移速率、生成物的遷移速率是影響電池放電倍率的關鍵因素。改良電解液與氟化碳活性物質之間的界面，加快鋰離子和放電生成物的遷移速率是提高倍率性能的有效手段，然而，很多改善界面性能的添加劑卻帶來電池容量的下降。目前氟化碳電池廣泛應用的用電設備的放電倍率均在0.05C以下，很少有高于IC大功率放電的商業化電池。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于，提供一種氟化碳基鋰一次電池及其制備方法和檢測方法。所述電池其電解液含有功能添加劑聚乙二醇辛基苯基醚，能夠使電池中的電解液與正極電極材料浸潤時具有良好的界面性能，具有低的電池界面電阻，明顯提高電解液的浸潤性，改善鋰離子在固液界面的傳輸，從而提高氟化碳基鋰一次電池的倍率性能；正極活性物質氟化碳或者氟化碳改性材料與電解液具有良好的界面相容性，從而獲得更好的電壓平臺和放電比容量，是一種工作穩定、效率高、成本低的設備動力電池及便攜式電子設備電源。
[0004]本發明的一種氟化碳基鋰一次電池技術方案是:
一種氟化碳基鋰一次電池，包括正極片，負極片，以及隔膜和電解液；所述正極片是由作為集流體的導電金屬箔或網及附著在導電金屬箔或網上的復合漿料構成；所述復合漿料包括氟化碳，或者氟化碳的改性材料；所述負極片是由金屬鋰、或者金屬鋰的改性材料、或者含有金屬鋰的合金材料制成；所述電解液為具有功能添加劑的電解液，包括非水電解液和其中添加的至少用于改善電池倍率性能的功能添加劑；所述功能添加劑在電解液中的含量以體積百分比計為0.01%?10% ;所述功能添加劑至少有聚乙二醇辛基苯基醚(Trit1n100， (C2H40)nC14H220)o
[0005]本發明的氟化碳基鋰一次電池的進一步技術方案是:
所述的氟化碳基鋰一次電池，功能添加劑為聚乙二醇辛基苯基醚(Trit1n 100,(C2H40)nC14H220)，在電解液中的含量以體積百分比計為0.01%?1%。
[0006]所述的氟化碳基鋰一次電池，所述功能添加劑還有SEI成膜劑、抗過充添加劑、阻燃劑和穩定劑它們中的一種或多種的組合物。
[0007]所述的氟化碳基鋰一次電池，所述SEI成膜劑為碳酸亞乙烯酯(VC)、氟代乙烯酯(FEC)、氯代乙烯酯(C1EC)、丙烷磺酸內酯(PS)、丁烷磺酸內酯、四烷基-二烯基硅氧烷、對乙烯基苯磺酰、全氟烷基磺酰和亞胺鹽它們中的一種或多種的混合物。
[0008]所述的氟化碳基鋰一次電池，所述非水電解液為鋰鹽與有機溶劑混合制成。
[0009]所述的氟化碳基鋰一次電池，所述鋰鹽為六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰、雙草酸硼酸鋰、雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰和三氟甲基磺酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰、高氯酸鋰它們中的一種或多種的組合物。
[0010]所述的氟化碳基鋰一次電池，所述有機溶劑為環狀碳酸酯、鏈狀線型碳酸酯、羧酸酯、環狀內酯它們中的一種或多種的混合溶劑。
[0011]本發明一種氟化碳基鋰一次電池作為動力電池及便攜式電子設備電源的用途，包括用于武器裝備、電動工具、智能相機，以及電網調峰、分布電站、后備電源以及通訊基站。
[0012]本發明所述氟化碳基鋰一次電池的制備方法的技術方案是:
一種氟化碳基鋰一次電池的制備方法，包括下述步驟:
步驟一、制備電解液:
首先，在室溫狀態下的手套箱中配制有機溶劑，再向有機溶劑中加入鋰鹽，得到非水電解液，然后在非水電解液中加入功能添加劑，攪拌均勻，即為用于組裝氟化碳基鋰一次電池的電解液；或是配制好有機溶劑后，再按先向有機溶劑中加入功能添加劑，然后再加入鋰鹽的順序制備電解液；
步驟二、制備正、負極片:
先制備復合漿料，再將復合漿料均勻附著在作為集流體的導電金屬箔或網上，然后烘干，得到正極片；用金屬鋰、或者金屬鋰的改性材料、或者含有金屬鋰的合金材料制成負極片;
步驟三、組裝電池:
將步驟二經干燥后的正極片放入干燥環境中，再將多孔膜放在正極片和負極片之間，加入步驟一配好的電解液，使正極片和負電極片完全浸潤，組裝成氟化碳基鋰一次電池。
[0013]本發明氟化碳基鋰一次電池的制備方法的進一步技術方案是:
所述的氟化碳基鋰一次電池的制備方法，步驟如下:
步驟一:制備電解液:
首先，在室溫狀態下的手套箱中配制有機溶劑，將碳酸丙烯酯(PC，C5H706)與乙二醇二甲醚(DME，C4H1002)溶劑以體積比1:1混合后，再向有機溶劑中加入鋰鹽四氟硼酸鋰(LiBF4)，配成四氟硼酸鋰(LiBF4)濃度為I摩爾/升的非水電解液，然后在非水電解液中加入體積百分比為0.1%的聚乙二醇辛基苯基醚(Trit1n 100，(C2H40)nC14H220)功能添加劑，攪拌均勻，即為用于組裝氟化碳基鋰一次電池的電解液；
步驟二、制備正、負極片:
先將作為活性物質的氟化碳材料(CFx)與炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)的N，N- 二甲基吡咯烷酮(NMP)溶液混合，制成均勻的復合漿料，再將復合漿料均勻附著在作為集流體的厚度為15 μ m的導電金屬鋁箔或網上，然后在60°C低溫下烘干，再將所得薄膜厚度為50 μ m，在IMPaX lcm2壓力下壓緊，再繼續在高溫10(TC下烘8小時；最后將所得極片裁剪成面積為lcm2的圓片作為正極片；用金屬鋰、或者金屬鋰的改性材料、或者含有金屬鋰的合金材料制成負極片；
步驟三、組裝電池:
將步驟二經干燥后的正極片放入氬氣手套箱中，再將聚丙烯多孔膜(Celgard 2300)放在正極片和負極片之間，滴入步驟一配好的電解液，使正極片和負電極片完全浸潤，組裝成氟化碳基鋰一次電池。
[0014]本發明制備方法制得的氟化碳基鋰一次電池的檢測方法，包括下述步驟:
a、在阻抗測試設備上對氟化碳基鋰一次電池進行交流阻抗測試:電壓振幅為5mV，測試條件為頻率范圍105 -0.0lHz,電壓為開路電壓；
b、用接觸角測量儀測量電解液與正極片的接觸角；
C、在自動充放電儀上對氟化碳基鋰一次電池進行放電電流測試:按照氟化碳的理論容量密度865mAh/g，根據每個正極片中氟化碳活性物質的質量計算出2C放電時氟化碳基鋰一次電池的電流，進行恒流放電，從開路電壓開始放電，截止電壓為1.5 V，測試溫度為25。。。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的氟化碳基鋰一次電池結構原理示意圖；
圖2為本發明一個實施例的氟化碳基鋰一次電池的放電電流曲線Al與用于對比的現有技術電池的放電電流曲線A2的對比圖；
圖3為本發明一個實施例的氟化碳基鋰一次電池的交流阻抗曲線BI與用于對比的現有技術電池的交流阻抗曲線B2對比圖；
圖4