CN114122439A - 一种含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液 - Google Patents

一种含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液 Download PDF

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张毛毛
喻嘉
施思齐
王达
王国鑫
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Abstract

本发明公开了一种含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，属于锂/氟化碳一次电池领域，其特点是：在常规锂/氟化碳电池电解液中配制有0.01‑0.1 mol/L的添加剂，所述添加剂为路易斯酸。本发明通过在常规锂/氟化碳电池电解液中加入路易斯酸作为添加剂，不仅能大幅度提高锂/氟化碳电池在高倍率放电性能，而且由于该类路易斯酸为常用试剂，成本较低，同时添加剂添加时操作十分简单，极大提高生产，易于实现大规模生产。

Description

一种含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液
技术领域
本发明属于锂/氟化碳一次电池领域，具体涉及一种含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液。
背景技术
锂/氟化碳一次电池是目前能量密度最高的一类贮备型锂一次电池。相比于其他锂一次电池，锂/氟化碳一次电池具有质量能量密度高、贮存寿命长(自放电率低)和安全性好等优点。因此，锂/氟化碳一次电池在医用器件（如心脏起搏器、胶囊内窥镜等）和军用武器装备（如无人机、导弹点火装置、潜艇等）显现出广泛的应用场景。随着社会及科技的发展，对电池性能的需求也逐渐提高，氟化碳因自身导电性差而存在倍率放电性能差导致其在大电流下放电情况下有效输出容量低的问题日益凸显。
当前为了改善锂/氟化碳一次电池在大电流下放电情况下有效输出容量低的问题，人们做了很多努力，例如采用不同的碳材料(如形貌、结晶度、粒子尺寸等)以及氟化方法(如高温气相氟化、低温氟化法、电解合成法)来获得较好电化学性能的氟化碳材料(包括氟化石墨、氟化石墨烯、氟化碳纳米管等)。然而，因原料或制造成本高，目前仅高温氟化法合成氟化石墨实现产业化并得到应用，但缺点是导电性比较低。
发明内容
本发明为解决当前锂/氟化碳一次电池在大电流下放电情况下有效输出容量低的问题而提供一类资源丰富、成本低廉、制备工艺简单，易于实现大规模生产的含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液。
本发明所采取的技术方案是：
一种含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，其特征在于：在锂/氟化碳电池电解液中配制有0.01-0.1 mol/L的添加剂，所述添加剂为路易斯酸。其中添加剂的添加量优选0.05mol/L。
本发明还可以采取如下技术措施：
所述路易斯酸为AlF3、FeF3、AlCl3、TiCl4。
所述锂/氟化碳电池电解液中的电解质为阴离子电解质锂盐的一种；所述锂/氟化碳电池电解液中的溶剂为酯类的混合物。
所述阴离子电解质锂盐包括LiBF4、LiPF6、LiBOB、LiTFSI、LiFSI和LiClO4。
所述锂/氟化碳电池电解液中的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸钾乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、丙酸甲酯、亚硫酸丙烯酯、二甲亚砜、环丁砜、甲基苯基砜。
本发明的增益效果：
本发明通过在常规锂/氟化碳电池电解液中加入路易斯酸作为添加剂，不仅能大幅度提高锂/氟化碳电池在高倍率放电性能，而且由于该类路易斯酸成本较低、来源广泛，同时添加剂添加时操作十分简单，极大提高了生产效率，易于实现大规模生产。
附图说明
图1是对比例1所得锂/氟化碳电池在不同倍率条件下的放电曲线；
图2是本发明实施例1所得锂/氟化碳电池在不同倍率条件下的放电曲线；
图3是本发明实施例2所得锂/氟化碳电池在不同倍率条件下的放电曲线；
图4是本发明实施例3所得锂/氟化碳电池在不同倍率条件下的放电曲线；
图5是本发明实施例4所得锂/氟化碳电池在不同倍率条件下的放电曲线；
图6是本发明实施例5所得锂/氟化碳电池在不同倍率条件下的放电曲线；
图7是本发明实施例6所得锂/氟化碳电池在不同倍率条件下的放电曲线；
图8是对比例1与实施例1-6所得锂/氟化碳电池在倍率为4 C的大电流条件下放电比容量对比图。
具体实施方式
本发明通过实施例及对比例，配合附图对本发明内容作进一步详细说明：
实施例1
（1）电解液的制备
在1 mol/L LiBF4/EC:EMC:DMC=3:4:3(v:v:v)体系的锂/氟化碳电池电解液分别加入0.05 mol/L的添加剂FeF3，并作为本实施例的锂/氟化碳电池电解液；
（2）正极片的制备
将氟化石墨（CFx）、SP导电剂、PVDF粘结剂按质量比8:1:1的比例混合均匀后，涂覆在纯铝箔上，在70 ℃温度下烘干后裁片，得到锂/氟化碳一次电池的正极极片；
（3）锂/氟化碳一次电池的制备
在充满高纯氩气的手套箱里，按照负极壳、金属锂片、氧化铝隔膜、本发明的锂/氟化碳电池电解液、氟化石墨（CFx）正极片、不锈钢片、弹簧片，正极壳的顺序组装成LIR2032型扣式电池。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的添加剂采用的是AlF3，其余步骤与实施例1完全相同。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的添加剂采用的是AlCl3，其余步骤与实施例1完全相同。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的添加剂采用的是TiCl4，其余步骤与实施例1完全相同。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的添加剂的用量为0.01 mol/L，其余步骤与实施例1完全相同。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的添加剂的用量为0.1 mol/L，其余步骤与实施例1完全相同。
对比例1
采用不含任何添加剂1 mol/L LiBF4/EC:EMC:DMC=3:4:3(v:v:v)体系的锂/氟化碳电池电解液，其余步骤完全与实施例相同，组装成的LIR2032型扣式电池。
对上述各实施例及对比例所有组装成的LIR2032型扣式电池进行电化学测试，在不同的倍率条件下进行恒流放电，电池的放电截至电压设置为1.5 V(vs. Li/Li+)，得到如图1-图7所示的锂/氟化碳电池放电曲线；图8所示为本发明含添加剂常规电解液制作的锂/氟化碳电池与不含添加剂常规电解液制作的锂/氟化碳电池在倍率为4 C的大电流条件下放电比容量柱状对比图。
从图中可以明显看出在4 C这种高倍率放电条件下，电解液含路易斯酸添加剂制作的锂/氟化碳一次电池的放电比容量远远高于电解液不含任何添加剂制作的锂/氟化碳一次电池。这说明此类路易斯酸作为锂/氟化碳一次电池电解液的添加剂，能显著改善锂/氟化碳一次电池在倍率放电性能差导致其在大电流下放电情况下有效输出容量低的问题。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，其特征在于，在锂/氟化碳电池电解液中配制有0.01-0.1 mol/L的添加剂，所述添加剂为路易斯酸。
2.根据权利要求1所述的含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，其特征在于，所述添加剂的添加量为0.05 mol/L。
3.根据权利要求1所述的含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，其特征在于，所述路易斯酸为AlF3、FeF3、AlCl3、TiCl4。
4.根据权利要求1所述的含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，其特征在于，所述锂/氟化碳电池电解液中的电解质为阴离子电解质锂盐的一种；所述锂/氟化碳电池电解液中的溶剂为酯类的混合物。
5.根据权利要求4所述的含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，其特征在于，所述阴离子电解质锂盐包括LiBF4、LiPF6、LiBOB、LiTFSI、LiFSI、LiClO4。
6.根据权利要求4所述的含路易斯酸添加剂的锂/氟化碳电池电解液，其特征在于，所述锂/氟化碳电池电解液中的溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸钾乙酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚、碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、丙酸甲酯、亚硫酸丙烯酯、二甲亚砜、环丁砜、甲基苯基砜。
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