[发明专利]一种全固态锂氟化碳二次电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全固态锂氟化碳二次电池及其制备方法，属于电池技术领域，具体方法为在氟化碳上原位生长一层固态电解质膜，再与金属锂匹配组装成电池。本发明解决了锂氟化碳电池在液态体系下放电产物氟化锂成核不均且颗粒过大而导致的电池无法循环充放的问题。本发明制备的全固态体系下的锂氟化碳电池，放电时氟化锂成核均匀且颗粒小，碳维持无定形，使充电时氟化锂更易分解，电池能够实现二次可充放。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种全固态锂氟化碳二次电池及其制备方法。

背景技术

近年来，智能手机、手表、眼镜等智能设备和可穿戴设备的兴起为电池的发展带来了新的机遇，同时对于电池的能量密度、循环稳定性、快速充放、安全性提出了更高的要求。

锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li⁺在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li⁺从正极脱出，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池具有高比能量、高充放电效率和长寿命等优点，是目前最具有应用前景的化学电源之一。

但传统的锂离子电池正极材料钴酸锂因其造价高、能量密度低、低温性能差等因素已满足不了市场需求，寻求一款具备高能量密度、良好的低温性能的电极材料迫在眉睫。

氟化碳材料理论能量密度达2180Wh kg^-1，在低温下仍能正常工作，是非常好的解决方案。但其最大的问题在于锂氟化碳电池在常规电解液体系下放电后，生成的氟化锂颗粒大且难以分解，使其很难作为二次电池，极大限制了锂氟化碳电池的应用。

发明内容

本发明的目的在于：为解决锂氟化碳电池在液态体系下放电产物氟化锂成核不均且颗粒过大而导致的电池无法循环充放的问题，提供一种全固态锂氟化碳二次电池及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种全固态锂氟化碳二次电池的制备方法，包括以下步骤：

S1.将氟化碳材料、导电剂、粘结剂均匀混合，涂覆于铝箔上制成氟化碳极片；

S2.采用静电纺丝法在15-20kV的高电压下以0.5-1mL/h速率纺织1-5h，从而在S1制得的氟化碳极片表面纺织支撑膜，其中纺丝针尖与极片距离为10-15cm；

S3.将聚合物与锂盐溶于有机溶剂，形成凝胶固态电解质，然后将其滴于S2制得的支撑膜上，加热使得原位形成固态电解质，得到电极片；

S4.裁切S3制得的电极片，并与金属锂匹配装成电池。

本发明所制得的电池通过在氟化碳上原位生长一层固态电解质膜，从而避免了液态电解液体系下氟化锂的成核生长问题；而在全固态体系下的锂氟化碳电池，放电时氟化锂成核均匀且颗粒小，碳维持无定形，使充电时氟化锂更易分解，电池能够实现二次可充放。

进一步地，S1中氟化碳材料、导电剂和粘结剂的质量比为90-96:0.5-5:2-5。

进一步地，S1中氟化碳材料为氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化碳微球、氟化软碳和氟化碳纤维中的至少一种；导电剂为乙炔黑、Super P、导电炭黑和碳纳米管中的至少一种；粘结剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸以及聚酰亚胺和羧甲基纤维素中的至少一种。

进一步地，S2中支撑膜的材料为聚偏氟乙烯、聚乙二醇、聚己内酯和聚丙烯腈中的至少一种。

进一步地，S2中支撑膜的厚度为5-50μm。

进一步地，S3中聚合物与锂盐的质量比为0.2-5:1。