[发明专利]一种锂电池

说明书

本发明公开了一种锂电池，包括：负极，所述负极为包覆锂碳磷氧氮固体电解质的锂片；液体二茂铁正极；以及集流体，所述集流体为铝箔或者不锈钢网上涂覆一层炭黑、碳纳米管或石墨烯导电剂形成。该电池首次放电比容量达135mAh/g，放电平台为3.2～3.6V vs.Li⁺/Li，比能量可达500Wh/kg。该电池的电化学稳定性好、比容量高、循环性能好、制备方法简单。

技术领域

本发明属先进能源技术领域，具体涉及一类新型的锂电池。

背景技术

由于化石燃料等传统能源的大量使用造成了全球性的环境问题和气候变化另一方面化石燃料等不可再生能源的储量也是有限的。所以开发新的可再生能源就显得尤其重要，风能、太阳能、潮汐能等由于受天气和地理位置的影响较大，对它们的有效利用就需要将它们和储能装置相结合。将其发出的电能储存于储能装置，然后并入智能电网，再经过电网输送给用户。抽水蓄能和压缩空气储能也会受地理位置限制，而电化学储能则不受地理位置限制。对于电网级的大规模储能需要大量的化学电源，现在已经比较成熟的商品化的电池如铅酸蓄电池由于使用重金属铅会造成很大的环境污染，对于锂离子电池，由于受其嵌入脱出机理的限制，电池能量密度不高。所以直接使用锂负极和液态正极的电池能量密度会有很大提高，所以开发出直接使用锂的可充锂电池具有很大优势。

发明内容

本发明的目的在于提出一种锂电池，以解决现有技术锂电池电池能量密度不高的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出一种锂电池，包括：

负极，所述负极为包覆锂碳磷氧氮固体电解质的锂片；

液体二茂铁正极；以及

集流体，所述集流体为铝箔或者不锈钢网上涂覆一层炭黑、碳纳米管或石墨烯导电剂形成。

其中，所述液体二茂铁正极为二茂铁溶解在LiPF₆与有机溶剂组成的电解液中形成的溶液。

其中，所述液体二茂铁正极的浓度为0.5-1.5mol/L。

其中，所述液体二茂铁正极的浓度为1mol/L。

其中，所述有机溶剂选自EC-PC、EC-DEC、EC-DMC、DME或DMF的其中至少一者。

其中，所述锂碳磷氧氮固体电解质的化学式为Li_xC_yPO_4-zN_z，其中，x>3,0<y<1,0<z<1。

其中，所述锂碳磷氧氮固体电解质为无定形结构。

其中，所述锂碳磷氧氮固体电解质的锂离子导电率大于2×10^-6S/cm。

其中，所述锂碳磷氧氮固体电解质的电化学窗口大于4.5V。

其中，所述锂碳磷氧氮固体电解质的厚度为0.2～4微米。

本发明提出的锂电池的组成是电池正极活性物质是二茂铁，负极是锂碳磷氧氮固体电解质包覆的锂。目前为止没有锂碳磷氧氮固体电解质包覆锂与二茂铁液体电极构置成锂电池的报道。本发明的锂电池首次放电比容量达135mAh/g，放电平台为3.2～3.6V vs.Li⁺/Li，比能量可达500Wh/kg。该锂电池具有良好的电化学性能，电化学稳定性好、比容量高、循环性能好、制备方法简单，可作为高性能大规模储能领域的锂离子电池。

附图说明

图1为锂碳磷氧氮固体电解质包覆金属锂负极、液体二茂铁正极锂电池的充放电曲线。

图2为本发明锂碳磷氧氮材料X-射线光电子能谱图；