[发明专利]一种锂电解液及其在氟化石墨二次电池中的应用

说明书

本发明涉及电池技术领域，涉及一种锂电解液，及其在氟化石墨二次电池中的应用。本发明的锂电解液包括电解质和有机溶剂；所述电解质主要包含碘化锂，有机溶剂为N,N‑二甲基丙烯基脲。实验结果表明，使用所述锂电解液，商用氟化石墨正极的首圈输出接近其理论值的比容量，且后续可以在2~3.4 V(vs.Li/Li⁺)的电压范围内实现可逆充放电并稳定循环20圈以上，放电电压平台在3.2 V(vs.Li/Li⁺)附近，放电容量最大可达250 mAh g^‑1。此外，本发明涉及的锂电解液，对于废弃的氟化石墨正极，以及多孔碳‑氟化锂的混合物电极，均有良好的兼容性。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种锂电解液及其在氟化石墨二次电池中的应用。

背景技术

人类社会的发展与能源技术的进步密不可分，高效的能源生产、运输、存储是现代电力社会的主题。到2025年，新能源汽车新车销售量达到汽车新车销售总量的20%左右。高性能、低成本的可充电存储技术是实现绿色发展的关键。氟化石墨因其高比容量（865 mAhg^-1）、高能量密度（2180 Wh kg^-1）和低自放电率，目前被广泛应用于一次锂电池正极。

氟化石墨正极的工作原理为：xLi++ CFx → xLiF + C，该过程中伴随着固体电解质界面膜的生成、电极结构的重组等现象。考虑到Li+的溶剂化行为，电池的工作电压和动力学过程受电解质盐浓度以及溶剂种类影响。由于材料内部的C-F共价键，氟化石墨的导电性差，电极反应动力学速率较慢，而电极反应产物LiF对于氟化石墨的结构造成巨大破坏且难以分解，因此锂基电解液体系的氟化石墨电池目前尚未实现可逆充放电，大量废弃电池对资源的浪费和环境的污染不言而喻。

发明内容

本发明的目的是解决传统锂基电解液无法实现氟化石墨可逆充放电的问题。使用本发明提供的锂电解液，对于商用氟化石墨正极，在保证首圈高能量输出的同时，电池正极可在2 V~3.4 V(vs. Li/Li⁺)范围内稳定输出约200 mAh g^-1的比容量。此外，本发明提供的电解液对于废弃氟化石墨电极，以及多孔碳-氟化锂混合物电极均具有良好的兼容性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种锂电解液，并将其运用到氟化石墨电池中，实现氟化石墨正极的可逆充放电：

在上述技术方案中，所述锂电解液包括电解质和有机溶剂；

在上述技术方案中，所述有机溶剂为为N, N-二甲基丙烯基脲(下简称为DMPU)；

在上述技术方案中，所述锂盐为碘化锂，所述锂盐在所述有机溶剂中的摩尔浓度为0.5 mol L^-1~饱和浓度；

在上述技术方案中，所述氟化石墨电池的负极材料为锂金属、石墨、钛酸锂中的至少一种，隔膜材料为玻璃纤维；

在上述技术方案中，所述氟化石墨电池的电解液为本发明所述的锂电解液；

在上述技术方案中，所述氟化石墨电池的正极材料为氟化石墨，或废弃氟化石墨，或氟化碳，或多孔碳-氟化锂混合物；

在上述技术方案中，所述氟化石墨电池的正极材料中氟元素与碳元素的摩尔比例为0.01~0.99。