专利名称：锂－二硫化亚铁一次性扣式电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种利用化学能转变电能的钮扣式电池及其制备方法，具体说是一种以锂(Li)为负极，二硫化亚铁(FeS2)粉为正极的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池及其制备方法背景技术目前市场上常见的1.5V一次Zn-AgO2扣式电池和碱性Zn-MnO2扣式电池。Zn-AgO2扣式电池比能量低，而且高成本，SR927容量在40mAh左右。碱性Zn-MnO2扣式电池含有汞对环境有污染，很难在国际市场上长期生存。
申请号为200410025777.X、发明名称为“便携式电子设备的锂离子电池”的专利申请，公开了一种便携式电子设备的锂离子电池，包括壳体、壳体内的正极活性材料、负极活性材料以及这些材料构成的电极、电极间的隔膜和电解质等，其特征在于正极活性材料是采用锂钴氧化物(LiCoO2)与锂锰氧化物(LiMn2O4)混合而成的复合材料。用作移动电话、数码相机、MP3等随身携带电子设备的电源，具有电池成本低、性能优，克服了锂离子电池容易膨胀问题，提高了电池的过充电性能。
其主权项为“1、一种便携式电子设备的锂离子电池，包括壳体、壳体内的正极活性材料、负极活性材料以及这些材料构成的电极、电极间的隔膜和电解质等，其特征在于正极活性材料是采用锂钴氧化物(LiCoO2)与锂锰氧化物(LiMn2O4)混合而成的复合材料。”申请号为01144621.8、发明名称为“一种聚合物锂离子可充电纽扣电池及制备方法”的专利，涉及一种聚合物锂离子可充纽扣电池，该电池由正极壳1、正极涂层9、正极集流体3、正极集流体涂层10、正极5、电解质隔膜7、负极6、负极集流体涂层11、负极集流体4、负极涂层12、负电极壳2、密封圈8组成。本发明还提供一种聚合物锂离子可充电纽扣电池的制备方法，其特征在于导电涂层的制备方法，该方法是对电池组件的正电极壳1、负电极壳2的内侧表面及正极集流体3、负极集流体4的表面进行喷涂处理。本发明与现有纽扣电池相比，具有安全轻便，比能量高，高负载能力、寿命长等特点。
其主权项为“1、一种聚合物锂离子可充电纽扣电池，该电池由正极壳(1)、正极涂层(9)、正极集流体(3)、正极集流体涂层(10)、正极(5)、电解质隔膜(7)、负极(6)、负极集流体涂层(11)、负极集流体(4)、负极涂层(12)、负电极壳(2)、密封圈(8)组成，其特征在于a)该电池的正极(5)、负极(6)及电解质隔膜(7)等元件中至少含有一种聚合物组件，该聚合物组件不溶于碳酸酯类、六氟磷酸锂等有机溶剂，可以是聚偏二氟乙烯、六氟聚丙烯的聚合物或相互的共聚物；b)该电池的正电极壳(1)、负电极壳(2)的内侧表面及正极集流体(3)、负极集流体(4)的表面都涂覆有一层导电涂层。”发明内容由于1.5V一次Zn-AgO2扣式电池比能量低，1.5V一次碱性Zn-MnO2扣式电池危害人类赖以生存的环境，都不能适应现代化的微小用电器具的需要，因此本发明的目的是提供一种低成本、高比能量环保的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池及其制备方法。
为克服已有技术不足之处，实现上述目的，本发明的技术方案是一种锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，包括扣式正极壳和扣式负极盖，壳体内有正极和负极，正极和负极之间带有隔膜，其特征在于正极活性物质为二硫化亚铁；负极活性物质为锂。
根据所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于在正极靠扣式正极壳的一侧表面上固定有正极集流体；扣式负极盖的内侧固定有负极集流体。
根据所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于扣式正极壳和扣式负极盖的内侧表面分别涂覆有一层导电涂层。
根据所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于正极的成分重量百分比包括二硫化亚铁粉86～95％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨2～8％；聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠3～6％。
根据所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于正极的成分重量百分比为二硫化亚铁粉93％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨4％；聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠3％。
一种锂-二硫化亚铁一次性扣式电池的制备方法，其特征在于(1)正极活性物质采用二硫化亚铁粉，导电剂为乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯乳液或羧甲基纤维素钠水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极，然后真空烘烤干燥；(2)扣式正极壳、扣式负极盖做清洗处理；(3)正极集流体压制到正极混合共聚物靠正极壳一侧的表面上，负极集流体点焊到负极盖的内侧；或者正极壳和负极盖内侧表面都涂覆有一层导电涂层；(4)负极活性物质为锂；(5)把负极锂片放入到扣式负极盖内，然后叠上隔膜，再叠上已浸泡过电解质的正极饼，最后合上扣式正极壳即可。
根据所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池的制备方法，其特征在于正极活性物质二硫化亚铁的用量为86～95％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的2～8％；高分子聚四氟乙烯乳液或羧甲基纤维素钠水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的3～6％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的5～20％，有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后蒸发；所述的真空烘烤干燥温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。
根据所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池的制备方法，其特征在于浸泡正极饼的电解质的制备方法为将通过蒸馏除去杂质和水份的有机溶剂碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、二茂戊烷按照1∶1∶1重量比例配制成混合溶剂，加入1M高氯酸锂电解质和1％重量百分比的氯化锂电解质充分溶解制得电解液；正极饼浸泡电解质的的时间为10分钟，温度为常温。
本发明的优点效果在于采用价格低廉的正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)和金属密度最小的负极活性物质锂(Li)制作的1.5V Li-FeS2一次扣式电池，具有轻便、高容量、高放电平台，成本低和环保的优势。由于在壳盖内侧涂覆有一层导电涂层或联接网状集流体，使电池内阻大幅度降低，从而提高电池的电性能，具有高比能量，提高了电池的工作效率。例如制作1.5VFR927一次扣式电池，电池内阻500Ω，容量达到70mAh以上，比1.5V一次Zn-AgO2扣式电池高出1倍左右。
图为本发明的结构示意图。
附图中1、扣式正极壳；2、正极；3、隔膜；4、负极；5、扣式负极盖。
具体实施例方式
本发明特别适用于1.5VLi-FeS2一次性扣式电池。也可以用于其它电压的Li-FeS2一次性扣式电池。本发明实施例为高比能量环保1.5V Li-FeS2一次性扣式电池。
本发明一种锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，如图所示，包括扣式正极壳1和扣式负极盖5，壳体内有正极2和负极4，正极2和负极4之间带有隔膜3，其特征在于正极活性物质为二硫化亚铁；负极活性物质为锂。
本发明在正极2靠扣式正极壳1的一侧表面上固定有正极集流体；扣式负极盖5的内侧固定有负极集流体；集流体为网状。或者本发明在扣式正极壳和扣式负极盖的内侧表面分别涂覆有一层导电涂层。
本发明中正极2的成分重量百分比包括二硫化亚铁粉86～95％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨2～8％；聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠3～6％。
本发明的优点是1、正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)资源丰源、价格低廉，负极活性物料Li的密度是所有金属中最小的，因此利用二硫化亚铁(FeS2)和锂(Li)作为正负极活性物质的1.5V一次扣式电池比能量高、成本低、绿色环保。
2、该电池的正极壳和负极盖内侧表面都涂覆有一层导电涂层，或联接一张网状集流体，可以大大降低导电内阻，提高工作效率。
本发明锂-二硫化亚铁一次性扣式电池的制备方法1)正极活性物质是纯度较高的二硫化亚铁(FeS2)，导电剂可以是乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极。然后真空烘烤干燥，烘烤温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)，的用量为86～95％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的2～8％；高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的3～6％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的5～20％，有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后全部蒸发。
2)有机溶剂可以是乙醇或丙酮等。
3)扣式正极壳、扣式负极盖、集流体做清洗处理。
4)正极集流体压制到正极混合共聚物靠正极壳一侧的表面上。负极集流体点焊到负极盖的内侧。
5)或者扣式正极壳和扣式负极盖内侧表面都涂覆有一层导电涂层。
6)负极是已制成薄片冲切成规定形状。
7)把负极锂(Li)片放入到负极盖内，然后叠上隔膜，再叠上已浸泡过电解质的正极饼，最后合上正极壳即可。电解质可选用常规电解质，也可以采用其他电解质，如将通过蒸馏除去杂质和水份的有机溶剂碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DME)、二茂戊烷(DOL)按照1∶1∶1重量比例配制成混合溶剂，加入纯度很高的1M高氯酸锂(LiClO4)电解质和1％重量百分比的氯化锂(LiCl)电解质充分溶解制得电解液。正极饼浸泡电解质的时间为10分钟，温度为常温。
实施例1正极活性物质是纯度较高的二硫化亚铁(FeS2)，导电剂可以是乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极。然后真空烘烤干燥，烘烤温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)，的用量为93％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的4％；高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的3％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的10％，有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后全部蒸发。
实施例2正极活性物质是纯度较高的二硫化亚铁(FeS2)，导电剂可以是乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极。然后真空烘烤干燥，烘烤温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)，的用量为89％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的7％；高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的4％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的5％，有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后全部蒸发。
实施例3正极活性物质是纯度较高的二硫化亚铁(FeS2)，导电剂可以是乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极。然后真空烘烤干燥，烘烤温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)，的用量为91％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的3％；高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的6％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的15％。有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后全部蒸发。
实施例4正极活性物质是纯度较高的二硫化亚铁(FeS2)，导电剂可以是乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极。然后真空烘烤干燥，烘烤温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)，的用量为92％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的4％；高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的4％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的10％。有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后全部蒸发。
实施例5正极活性物质是纯度较高的二硫化亚铁(FeS2)，导电剂可以是乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极。然后真空烘烤干燥，烘烤温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。正极活性物质二硫化亚铁(FeS2)，的用量为92％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的5％；高分子聚四氟乙烯(PTFE)乳液或羧甲基纤维素钠(CMC)水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的3％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的5％。有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后全部蒸发。
本发明中化学式名称说明如下1)Li锂2)FeS2二硫化亚铁3)Zn锌4)AgO2氧化银5)MnO2二氧化锰6)PTFE聚四氟乙烯7)CMC羧甲基纤维素钠
权利要求
1.一种锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，包括扣式正极壳(1)和扣式负极盖(5)，壳体内有正极(2)和负极(4)，正极(2)和负极(4)之间带有隔膜(3)，其特征在于正极活性物质为二硫化亚铁；负极活性物质为锂。
2.根据权利要求1所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于在正极(2)靠扣式正极壳(1)的一侧表面上固定有正极集流体；扣式负极盖(5)的内侧固定有负极集流体。
3.根据权利要求1所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于扣式正极壳和扣式负极盖的内侧表面分别涂覆有一层导电涂层。
4.根据权利要求1所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于正极(2)的成分重量百分比包括二硫化亚铁粉86～95％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨2～8％；聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠3～6％。
5.根据权利要求4所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池，其特征在于正极(2)的成分重量百分比为二硫化亚铁粉93％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨4％；聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠3％。
6.一种锂-二硫化亚铁一次性扣式电池的制备方法，其特征在于(1)正极活性物质采用二硫化亚铁粉，导电剂为乙炔黑或超细导电石墨，然后加入高分子聚四氟乙烯乳液或羧甲基纤维素钠水溶液和有机溶剂乙醇或丙酮形成混合共聚物，冲压制成规定尺寸的圆饼状正极，然后真空烘烤干燥；(2)扣式正极壳、扣式负极盖做清洗处理；(3)正极集流体压制到正极混合共聚物靠正极壳一侧的表面上，负极集流体点焊到负极盖的内侧；或者正极壳和负极盖内侧表面都涂覆有一层导电涂层；(4)负极活性物质为锂；(5)把负极锂片放入到扣式负极盖内，然后叠上隔膜，再叠上已浸泡过电解质的正极饼，最后合上扣式正极壳即可。
7.根据权利要求6所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池的制备方法，其特征在于正极活性物质二硫化亚铁的用量为86～95％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨的用量为干燥后的混合共聚物重量的2～8％；高分子聚四氟乙烯乳液或羧甲基纤维素钠水溶液的固含量为干燥后的混合共聚物重量的3～6％；有机溶剂乙醇或丙酮的用量为湿的混合共聚物重量的5～20％，有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干燥后蒸发；所述的真空烘烤干燥温度80～120℃，烘烤时间4～12小时。
8.根据权利要求6所述的锂-二硫化亚铁一次性扣式电池的制备方法，其特征在于浸泡正极饼的电解质的制备方法为将通过蒸馏除去杂质和水份的有机溶剂碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、二茂戊烷按照1∶1∶1重量比例配制成混合溶剂，加入1M高氯酸锂电解质和1％重量百分比的氯化锂电解质充分溶解制得电解液；正极饼浸泡电解质的的时间为10分钟，温度为常温。
全文摘要
一种锂－二硫化亚铁一次性扣式电池及其制备方法，包括扣式正极壳和扣式负极盖，壳体内有正极和负极，正、负极之间有隔膜，正极活性物质为二硫化亚铁；负极活性物质为锂。在正极靠扣式正极壳的一侧表面上固定有正极集流体；扣式负极盖的内侧固定有负极集流体；集流体为网状。或者本发明在扣式正极壳和扣式负极盖的内侧表面分别涂覆有一层导电涂层。本发明中正极的成分重量百分比为二硫化亚铁粉86～95％；导电剂乙炔黑或超细导电石墨2～8％；聚四氟乙烯或羧甲基纤维素钠3～6％。本发明采用价格低廉的正极活性物质二硫化亚铁和金属密度最小的负极活性物质锂制作电池，具有轻便、高容量、高放电平台，高比能量，成本低和环保的优势。
文档编号H01M4/38GK1790781SQ20051004555
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月14日 优先权日2005年12月14日
发明者李青海 申请人:山东海特电池科技有限公司