專利名稱：鋰-二硫化鐵電池的正極材料及電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明鋰-二硫化鐵電池的正極材料及電池屬于電池領(lǐng)域，特別是涉及一種 鋰-二硫化鐵電池的正極材料。
背景技術(shù)：
鋰-二硫化鐵電池，其正極活性物質(zhì)為二硫化鐵(FeS2)，負極的活性成分為金 屬鋰，電解質(zhì)為有機電解液，額定電壓是1.5V，與一般的用電器相匹配，可直接代替標(biāo) 準(zhǔn)的水溶液電池。采用AA型的鋰-二硫化鐵電池在較寬的溫度范圍內(nèi)和大電流放電時放 電容量是堿性電池的4倍；數(shù)碼相機用堿性電池僅可以連續(xù)拍攝70次，用鋰-二硫化鐵 電池可以連續(xù)拍攝788次，為堿性鋅錳電池的11倍，如果間隙使用倍數(shù)更大，重量僅為 其二分之一。研發(fā)鋰-二硫化鐵電池可滿足重負載電器市場需求，而重負載電器目前和 將來市場的需求量越來越大。玩具汽車、遙控玩具、數(shù)碼相機、剃須刀、醫(yī)療器械(血 壓機、心臟起搏器)、軍隊通訊等有數(shù)顯的小型電器均需這種電池。目前，用于鋰-二硫 化鐵電池的正極材料通常是天然黃鐵礦，用這種材料組裝的電池其開路電壓高、放電平 臺低、大電流放電性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提出一種其開路電壓低高， 放電平臺高，大電流放電性能好，適合于重負載電器需求的鋰-二硫化鐵電池的正極。本發(fā)明的目的是通過以下措施來達到的，本發(fā)明的鋰_ 二硫化鐵電池的正極材 料包括由二硫化鐵粉末、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、第一主族元素化合物組成，重量百分比為二硫化鐵粉末50 99.5% ；粘結(jié)劑0.25 25%;導(dǎo)電劑0.25 25%;第一主族元素化合物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì)量的0.4 10%。導(dǎo)電劑是碳黑、乙炔黑、導(dǎo)電石墨、金屬粉末的一種或兩種以上的混合物。金屬粉末如銅粉、鋅粉、鋁粉等。粘結(jié)劑是羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙 烯、聚偏氟乙烯的一種或兩種以上的混合物。第一主族元素化合物包括其碳酸鹽、碳酸氫鹽、硅酸鹽、鍺酸鹽、醋酸鹽、磷 酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽以及氨基鹽的一種或兩種以上的混合。第一主族元素化合物是碳 酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、 鍺酸鋰、鍺酸鈉、鍺酸鉀、醋酸鋰、醋酸鈉、醋酸鉀、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸鉀、鋁酸 鋰、鋁酸鈉、偏鋁酸鈉、鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、氨基鋰、氨基鈉、氨基鉀的一種或 兩種以上的混合物。二硫化鐵粉末的PH值介于1.0 7.0之間，二硫化鐵粉末粒徑介于0.5 50微米之間，二硫化鐵粉末需經(jīng)高溫焙燒處理除去水分和一些雜質(zhì)，焙燒溫度為100 600°C。本發(fā)明的鋰_ 二硫化鐵電池的正極是按照上述本發(fā)明的鋰_ 二硫化鐵電池的正 極材料的組成，相互混合均勻，加入分散溶劑攪拌均勻成漿料，把分散好的正極活性物 質(zhì)漿料均勻涂覆在一種金屬帶狀材料基體上，干燥去除溶劑后，經(jīng)輥壓、裁片制備得到 鋰-二硫化鐵電池正極片。正極片厚度介于0.02 0.5毫米之間。金屬帶狀材料基體是 銅箔、銅網(wǎng)、鋁箔、鋁網(wǎng)、鍍鎳鋼網(wǎng)、鍍鎳鋼帶的一種。本發(fā)明的鋰-二硫化鐵電池，包括正極片、負極的金屬鋰帶、隔膜組成，將金 屬鋰帶、隔膜、正極片卷繞成圓柱狀的電芯，卷繞后的電芯放入鋼殼內(nèi)，注入電解液封 口后制得鋰-二硫化鐵電池，正極材料包括二硫化鐵粉末、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、第一主族 元素化合物組成，重量百分比為二硫化鐵粉末50 99.5%;粘結(jié)劑0.25 25%;導(dǎo)電 劑0.25 25%;第一主族元素化合物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì)量的0.4 10%，導(dǎo)電劑是 碳黑、乙炔黑、導(dǎo)電石墨、金屬粉末的一種或兩種以上的混合物。粘結(jié)劑是羧甲基纖維 素鈉(CMC)、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一種或兩種以 上的混合物。第一主族元素化合物是碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、 碳酸氫鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、鍺酸鋰、鍺酸鈉、鍺酸鉀、醋酸鋰、醋酸鈉、醋 酸鉀、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸鉀、鋁酸鋰、鋁酸鈉、偏鋁酸鈉、鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸 鉀、氨基鋰、氨基鈉、氨基鉀的一種或兩種以上的混合物。本發(fā)明的鋰-二硫化鐵電池的制作方法，正極材料包括二硫化鐵粉末、粘結(jié) 劑、導(dǎo)電劑、第一主族元素化合物組成，重量百分比為二硫化鐵粉末50 99.5% ；粘 結(jié)劑0.25 25% ；導(dǎo)電劑0.25 25% ；第一主族元素化合物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì) 量的0.4 10%，導(dǎo)電劑是碳黑、乙炔黑、導(dǎo)電石墨、金屬粉末的一種或兩種以上的混 合物。粘結(jié)劑是羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、 聚偏氟乙烯的一種或兩種以上的混合物。第一主族元素化合物是碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸 鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、鍺酸鋰、鍺酸鈉、鍺 酸鉀、醋酸鋰、醋酸鈉、醋酸鉀、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸鉀、鋁酸鋰、鋁酸鈉、偏鋁酸 鈉、鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、氨基鋰、氨基鈉、氨基鉀的一種或兩種以上的混合物。 相互混合均勻，加入分散溶劑攪拌均勻成漿料，把分散好的正極活性物質(zhì)漿料均勻涂覆 在一種金屬帶狀材料基體上，干燥去除溶劑后，經(jīng)輥壓、裁片制備得到鋰-二硫化鐵電 池正極片。金屬帶狀材料基體是銅箔、銅網(wǎng)、鋁箔、鋁網(wǎng)、鍍鎳鋼網(wǎng)、鍍鎳鋼帶的一 種，然后在干燥的環(huán)境下，將金屬鋰帶、隔膜、正極片卷繞成圓柱狀的電芯，卷繞后的 電芯放入鋼殼內(nèi)，注入電解液封口后制得鋰_ 二硫化鐵電池。二硫化鐵粉末的PH值介于1.0 7.0之間。二硫化鐵粉末粒徑介于0.5 50微米 之間。二硫化鐵粉末需經(jīng)高溫焙燒處理除去水分和一些雜質(zhì)，焙燒溫度為100 600°C。本發(fā)明添加的第一主族元素化合物可以大幅度提高電池的放電平臺和放電性 能，第一主族元素化合物加入鋰/ 二硫化鐵電池后，將發(fā)生酸根離子與鋰的反應(yīng)，在負 極金屬鋰帶表面形成一層具有離子導(dǎo)電性的薄膜，這層薄膜性質(zhì)穩(wěn)定，具有離子導(dǎo)電 性，能夠抑制電解液對金屬鋰帶表面的鈍化，有效地保護了負極。本發(fā)明的電池放電平臺高、放電時間長、放電容量大，大電流放電性能優(yōu)異， 存儲壽命更長久。


附圖1為實施例制備的LFBAA型電池2A放電曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例1二硫化鐵粉末過325目985g，焙燒后與第一主族元素化合物碳酸鋰21.7g、粘 結(jié)劑聚偏氟乙烯(PVDF) 27.8g、導(dǎo)電劑碳黑和乙炔黑的混合物47克，加入N_吡咯甲基 烷酮攪拌均勻，把分散好的正極活性物質(zhì)漿料涂覆在金屬帶狀材料基體上，干燥去除溶 劑后，輥壓并裁剪成合適尺寸的正極片。并將此正極片在相對濕度低于5%的環(huán)境下與 負極金屬鋰帶、隔膜經(jīng)卷繞形成電池極片組，裝入電池外殼內(nèi)，注入電解液，封口形成 鋰-二硫化鐵電池。實施例2二硫化鐵粉末過325目985g，焙燒后與第一主族元素化合物碳酸鉀21.7g、粘 結(jié)劑聚偏氟乙烯(PVDF) 27.8g、導(dǎo)電劑碳黑和乙炔黑的混合物47克，加入N_吡咯甲基 烷酮攪拌均勻，把分散好的正極活性物質(zhì)漿料涂覆在金屬帶狀材料基體上，干燥去除溶 劑后，輥壓并裁剪成合適尺寸的正極片。并將此正極片在相對濕度低于5%的環(huán)境下與 負極金屬鋰帶、隔膜經(jīng)卷繞形成電池極片組，裝入電池外殼內(nèi)，注入電解液，封口形成 鋰-二硫化鐵電池。實施例3其它步驟和實施例1 一致，而所加入的第一主族元素化合物是硅酸鈉19.8g。實施例4其它步驟和實施例1 一致，而所加入的第一主族元素化合物是氨基鋰13g。實施例5其它步驟和實施例1 一致，而所加入的第一主族元素化合物是鈦酸鋰32.8g。對比例1其它步驟和實施例1 一致，所不同之處在于不加第一主族元素化合物添加劑。如附圖1所示，實施例1 5和對比例1裝配的鋰-二硫化鐵電池2A放電至0.8V 電壓隨時間變化的曲線見附圖1。在沒有第一主族元素化合物添加劑存在的對比例1中， 電池的放電平臺約為1.0V，當(dāng)電壓降至終止電壓0.8V時，電池放電容量約為130mAh。 而在分別加有第一主族元素化合物添加劑碳酸鋰、碳酸鉀、硅酸鈉、氨基鋰、鈦酸鋰的 實施例1 5中，電池的放電平臺分別為1.249V、1.240V、1.235V、1.220V、1.2V ； 當(dāng)電壓降至終止電壓0.8V時，電池放電容量分別2946mAh、2913mAh、2886mAh、 2835mAh、2731mAh。結(jié)果表明，鋰-二硫化鐵電池正極加入第一主族元素化合物添加 劑，可以有效地提高電池的放電平臺和放電容量。
權(quán)利要求
1.一種鋰-二硫化鐵電池的正極材料，包括二硫化鐵粉末、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑組成，其 特征是重量百分比為二硫化鐵粉末50 99.5% ；粘結(jié)劑0.25 25% ；導(dǎo)電劑0.25 ~ 25% ；第一主族元素化合物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì)量的0.4 10%，第一主族元素化合物 包括其碳酸鹽、碳酸氫鹽、硅酸鹽、鍺酸鹽、醋酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽以及氨 基鹽的一種或兩種以上的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰-二硫化鐵電池的正極材料，其特征是導(dǎo)電劑是碳黑、 乙炔黑、導(dǎo)電石墨、金屬粉末的一種或兩種以上的混合物，粘結(jié)劑是羧甲基纖維素鈉、 聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一種或兩種以上的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰-二硫化鐵電池的正極材料，其特征是第一主族元素化 合物是碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、 硅酸鉀、鍺酸鋰、鍺酸鈉、鍺酸鉀、醋酸鋰、醋酸鈉、醋酸鉀、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸 鉀、鋁酸鋰、鋁酸鈉、偏鋁酸鈉、鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、氨基鋰、氨基鈉、氨基鉀 的一種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰-二硫化鐵電池的正極材料，其特征是二硫化鐵粉末的 PH值介于1.0 7.0之間，二硫化鐵粉末粒徑介于0.5 50微米之間，二硫化鐵粉末經(jīng)高 溫焙燒處理除去水分和一些雜質(zhì)，焙燒溫度為100 600°C。
5.—種鋰-二硫化鐵電池的正極制作方法，其特征是鋰-二硫化鐵電池的正極材 料包括二硫化鐵粉末、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、第一主族元素化合物組成，重量百分比為二 硫化鐵粉末50 99.5% ；粘結(jié)劑0.25 25% ；導(dǎo)電劑0.25 25% ；第一主族元素化合 物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì)量的0.4 10%，相互混合均勻，加入分散溶劑攪拌均勻成 漿料，把分散好的正極活性物質(zhì)漿料均勻涂覆在一種金屬帶狀材料基體上，干燥去除溶 劑后，經(jīng)輥壓、裁片制備得到鋰-二硫化鐵電池正極片，金屬帶狀材料基體是銅箔、銅 網(wǎng)、鋁箔、鋁網(wǎng)、鍍鎳鋼網(wǎng)、鍍鎳鋼帶的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰-二硫化鐵電池的正極制作方法，其特征是第一主族元 素化合物是碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、硅酸鋰、硅酸 鈉、硅酸鉀、鍺酸鋰、鍺酸鈉、鍺酸鉀、醋酸鋰、醋酸鈉、醋酸鉀、磷酸鋰、磷酸鈉、 磷酸鉀、鋁酸鋰、鋁酸鈉、偏鋁酸鈉、鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、氨基鋰、氨基鈉、氨 基鉀的一種或兩種以上的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰-二硫化鐵電池的正極制作方法，其特征是導(dǎo)電劑是碳 黑、乙炔黑、導(dǎo)電石墨、金屬粉末的一種或兩種以上的混合物，粘結(jié)劑是羧甲基纖維素 鈉、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一種或兩種以上的混合 物。
8.—種鋰-二硫化鐵電池的制作方法，正極材料包括二硫化鐵粉末、粘結(jié)劑、導(dǎo) 電劑、第一主族元素化合物組成，重量百分比為二硫化鐵粉末50 99.5% ；粘結(jié) 劑0.25 25%;導(dǎo)電劑0.25 25%;第一主族元素化合物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì) 量的0.4 10%，導(dǎo)電劑是碳黑、乙炔黑、導(dǎo)電石墨、金屬粉末的一種或兩種以上的混合物，粘結(jié)劑是羧甲基纖維素鈉、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟 乙烯的一種或兩種以上的混合物，第一主族元素化合物是碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳 酸氫鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、鍺酸鋰、鍺酸鈉、鍺酸鉀、 醋酸鋰、醋酸鈉、醋酸鉀、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸鉀、鋁酸鋰、鋁酸鈉、偏鋁酸鈉、鈦 酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸鉀、氨基鋰、氨基鈉、氨基鉀的一種或兩種以上的混合物，相互混 合均勻，加入分散溶劑攪拌均勻成漿料，把分散好的正極活性物質(zhì)漿料均勻涂覆在一種 金屬帶狀材料基體上，干燥去除溶劑后，經(jīng)輥壓、裁片制備得到鋰-二硫化鐵電池正極 片，金屬帶狀材料基體是銅箔、銅網(wǎng)、鋁箔、鋁網(wǎng)、鍍鎳鋼網(wǎng)、鍍鎳鋼帶的一種，然后 在干燥的環(huán)境下，將金屬鋰帶、隔膜、正極片卷繞成圓柱狀的電芯，卷繞后的電芯放入 鋼殼內(nèi)，注入電解液封口后制得鋰-二硫化鐵電池。
9. 一種鋰-二硫化鐵電池，包括正極片、負極的金屬鋰帶、隔膜組成，將金屬鋰帶、 隔膜、正極片卷繞成圓柱狀的電芯，卷繞后的電芯放入鋼殼內(nèi)，注入電解液封口后制得 鋰-二硫化鐵電池，其特征是正極材料包括二硫化鐵粉末、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、第一主 族元素化合物組成，重量百分比為二硫化鐵粉末50 99.5% ；粘結(jié)劑0.25 25% ； 導(dǎo)電劑0.25 25% ；第一主族元素化合物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì)量的0.4 10%，導(dǎo) 電劑是碳黑、乙炔黑、導(dǎo)電石墨、金屬粉末的一種或兩種以上的混合物，粘結(jié)劑是羧甲 基纖維素鈉、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一種或兩種以 上的混合物，第一主族元素化合物是碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸氫鋰、碳酸氫鈉、 碳酸氫鉀、硅酸鋰、硅酸鈉、硅酸鉀、鍺酸鋰、鍺酸鈉、鍺酸鉀、醋酸鋰、醋酸鈉、醋 酸鉀、磷酸鋰、磷酸鈉、磷酸鉀、鋁酸鋰、鋁酸鈉、偏鋁酸鈉、鈦酸鋰、鈦酸鈉、鈦酸 鉀、氨基鋰、氨基鈉、氨基鉀的一種或兩種以上的混合物。
全文摘要
本發(fā)明鋰-二硫化鐵電池的正極材料及電池屬于電池領(lǐng)域，本發(fā)明的鋰-二硫化鐵電池的正極材料包括二硫化鐵粉末、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、第一主族元素化合物組成，重量百分比為二硫化鐵粉末50～99.5％；粘結(jié)劑0.25～25％；導(dǎo)電劑0.25～25％；第一主族元素化合物加入量為二硫化鐵粉末質(zhì)量的0.4～10％，第一主族元素化合物包括其碳酸鹽、碳酸氫鹽、硅酸鹽、鍺酸鹽、醋酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽、鈦酸鹽以及氨基鹽的一種或兩種以上的混合物。本發(fā)明添加的第一主族元素化合物可以大幅度提高電池的放電平臺和放電性能，本發(fā)明的電池放電平臺高、放電時間長、放電容量大，大電流放電性能優(yōu)異，存儲壽命更長久。
文檔編號H01M4/139GK102024953SQ20101054271
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月6日
發(fā)明者劉念, 晏志強 申請人:廣州市鵬輝電池有限公司