[发明专利]一种全固态氟化碳锂电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内部串联的氟化碳全固态电池，由多个电池单元重复叠片串联构成，每个电池单元均由集流体、复合正极层、固态电解质层、负极以及集流体组成，所述的复合正极层由60%～90%的氟化碳、2%～5%的导电剂、2%～5%的粘结剂以及5%～35%的硫化物固态电解质组成，所述的负极为金属锂负极或锂铟合金负极；位于两端的集流体引出正负极耳后采用铝塑膜整体封装；还公开了制备方法；本发明采用的内部串联方法可以将单体电芯中的极片采用固态电解质串联，可以使单体电芯的工作电压提升数倍乃至数十倍，以应对一些特殊场景所需要的特种电池。

技术领域

本发明属于全固态锂一次电池领域，具体涉及一种高比能量高电压氟化碳固态锂电池及其制备方法。

背景技术

在许多领域，电池是首选的动力来源。锂一次电池由于能量密度高，贮存寿命长等优点，在民用和军用领域都是首选的电池体系，如电子烟中的电池、部分水中兵器用电池，都使用的是锂一次电池。在锂一次电池体系中，锂氟化碳电池有着最高的理论比能量，氟化碳材料理论比容量可达864 mAh/g，理论比能量为2680 Wh/kg，在实际使用中，氟化碳电池的能量密度也已达到800Wh/kg左右，但氟化碳电池发热量大，成组使用时容易发生热失控，所以氟化碳电池的成组应用一般都在低倍率（≤0.1 C）下放电，当热量积累过多时，会发生胀气、起火等事故。同时由于传统的液态电解液稳定电压的限制，锂氟化碳单体电芯输出电压都在3 V以下。

全固态电池和传统的锂离子电池相比，除了安全性好之外，还可能突破现有电池体系的能量密度限制，同时具有温度适应性（尤其是高温）好等优点。部分高离子电导率的硫化物固态电解质在室温下其离子电导率已经达到甚至超过液态有机电解液的水平（10^-2Scm^-1），而在高温时，硫化物固态电解质的电导率还能大幅提升，进而超过液态电解质，同时其在较高（＜120 ℃）的温度下较稳定，不会产生如有机电解液的沸腾和分解，因此在氟化碳这类发热量较大的电池体系中有着传统电解液不可比拟的优势。

由于固态电解质不具有流动性，极片可以采用串联叠片的方式，使单体电池输出的电压突破5 V，在一些特殊的场景，需要小容量高电压输出时具有应用价值。

传统的外部串联全固态锂电池结构如图1所示，其在使用中存在电池发热量高，成组后发热量大导致安全性差等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的之一是提供一种内部串联的全固态氟化碳锂电池，以解决现有技术存在的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全固态氟化碳锂电池，由多个电池单元重复叠片串联构成；每个电池单元均由集流体、涂布在集流体一侧的复合正极层、涂布或热压在复合正极层表面的固态电解质层、覆盖在固态电解质层表面的负极以及覆盖在负极另一侧的集流体组成；所述的复合正极层由正极和用于传导离子的硫化物固态电解质构成，由60%～90%的氟化碳、2%～5%的导电剂、2%～5%的粘结剂以及5%～35%的高离子电导率的硫化物固态电解质组成；所述的负极为金属锂负极或锂铟合金负极；位于两端的集流体引出正负极耳后采用铝塑膜整体封装。

所述的一种全固态氟化碳锂电池，其集流体为厚度2um～12um的铜箔或不锈钢箔。优选集流体为4.5um厚的铜箔。

所述的一种全固态氟化碳锂电池，其氟化碳为氟化石墨、氟化碳纤维、氟化碳纳米管中的一种或几种。

所述的一种全固态氟化碳锂电池，其导电剂为炭黑、科琴黑、乙炔黑、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种。

所述的一种全固态氟化碳锂电池，其粘结剂为丁苯橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶或聚乙烯-醋酸乙烯酯。

所述的一种全固态氟化碳锂电池，其硫化物固态电解质为LGPS型硫化物固态电解质、Argyrodite型硫化物固态电解质以及玻璃陶瓷类硫化物固态电解质中的一种或几种；制备方式为粉末冷压或涂布。