专利名称：锂-二硫化亚铁电池及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种锂-ニ硫化亚铁电池及其制备方法。
背景技术：
锂-ニ硫化亚铁(Li/FeS2)电池属于低电压锂电池，其工作电压平台为I. 5V，其于相同尺寸的碱锰(Ζη/Μη02)电池具有互換性。而锂-ニ硫化亚铁电池比能量比相同尺寸碱性电池大得多，所以，具有很好的市场前景。在授权公告号为CN101485016 B的中国发明专利中提到以三氟甲基磺酸锂(LiTFS)或ニ(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)或两者的混合物为溶质制成电解液，以石墨和碳黑作为正极导电材料制成锂-ニ硫化亚铁电池，并解决电池电压滞后问题，同时在授权公告号为CN100566004 C的中国发明专利中提出在碘化锂(LiI)为溶质的电解液中用1，
2-ニ甲氧基丙烷(DMP)完全或部分替代1，2- ニ氧甲基こ烷(DME)，以石墨、炭黑和こ炔黑作为正极导电材料，使电池在-20°C的低温下放电容量比达到常温的80%。但是上述专利并未提到怎样解决电池在宽温环境下(_40°C 60°C甚至80°C)的放电性能。
发明内容
基于此，有必要提供ー种在更宽的高、低温环境下的放电性能好的锂-ニ硫化亚铁电池。ー种锂-ニ硫化亚铁电池，其包括壳体和设置在壳体内的正极、负极、隔离正极和负极的隔膜以及电解液。所述正极含809Γ95%质量比的ニ硫化亚铁，所述负极为纯金属锂或锂合金，所述电解液的溶剂包括1，3-ニ氧戊烷和こニ醇ニ甲醚。所述电解液的电解质包括碘化锂。所述正极还包括质量比为1°/Γ5%的碳纳米管、质量比为1%_5%的气相生长碳纤维、质量比为2%飞％的导电石墨、质量比为09Γ5%的超级导电碳和质量比为2 8%的聚偏氟こ烯。其中碳纳米管、气相生长碳纤维、导电石墨和超级导电碳作为导电剂。所述电解液的溶剂还包括N，N-ニ甲基三氟こ酰胺。1，3-ニ氧戊烷、こニ醇ニ甲醚及N，N-ニ甲基三氟こ酰胺的质量百分比分别为1，3-ニ氧戊烷40 75%，こニ醇ニ甲醚20 40%，N，N-ニ甲基三氟こ酰胺O. 5 20%。在优选的实施例中，所述电解液的电解质还包括ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂中的一种或两种。碘化锂和ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂在非水溶剂中的体积摩尔浓度分别为碘化锂O. 5 2mol/L，ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂O. Γ mol/L。本发明还提供了上述锂-ニ硫化亚铁电池的制备方法，该方法包括步骤
步骤一，正极浆料的制作先将聚偏氟こ烯添加到占溶剂N-甲基吡咯烷酮总重的75^95%的N-甲基吡咯烷酮中搅拌5 12小时使其充分溶解，再添加导电剂并搅拌2飞小吋，之后再添加ニ硫化亚铁和剰余的溶剂N-甲基吡咯烷酮，并搅拌3飞小时；
步骤ニ，正极片的制作先将步骤一所制作的正极浆料均匀地涂敷在导电基材上，再将涂布好的电极经过烘干、辊压、分切，然后在切好的正极片上点焊极耳；、步骤三，负极片的制作先将金属锂或锂合金、负极极耳裁切成合适的尺寸，再将金属锂或锂合金和负极极耳压制在一起，然后贴上高温胶带；
步骤四，先将正极片、负极片卷绕制成电芯，再将电芯装入金属壳中，然后注入由1，3- ニ氧戊烷、こニ醇ニ甲醚、N，N- ニ甲基三氟こ酰胺、碘化锂和ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂组成的电解液，最后封ロ获得锂-ニ硫化亚铁电池。在优选的实施例中，所述溶剂N-甲基吡咯烷酮占正极浆料总重的40-60%。本发明通过创造性地在正极中添加适量的碳纳米管、气相生长碳纤维作为导电齐U，同时添加导电石墨和/或超级导电碳以提高电池在高、低环境下的放电性能。在电解液中加入N，N- ニ甲基三氟こ酰胺以提高电池的低温放电性能，有效综合地解决锂-ニ硫化亚铁电池在_40°C 60°C的宽温环境中放电性能差的问题。
具体实施例方式下面以I. 5V 一次型圆柱锂-ニ硫化亚铁电池为例对本发明锂-ニ硫化亚铁电池及其制备方法作进ー步详细描述。以下是锂-ニ硫化亚铁电池正极片及电解液的三种实施方式
方式一:
正极片采用ニ硫化亚铁为正极活性物质，石墨、气相生长碳纤维、碳纳米管和超级导电碳为导电材料，聚偏氟こ烯为粘结剂。其中二硫化亚铁、导电剂与粘结剂的质量比按照90 5 :5。此方案中碳纳米管、气相生长碳纤维的加入量为0%。电解液以碘化锂和ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂为电解质，其中锂盐碘化锂在非水溶剂中的体积摩尔浓度为I mol/L，ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂在非水溶剂中的体积摩尔浓度为O. I mol/L。非水溶剂1，3-ニ氧戊烷的质量百分数为70%、こニ醇ニ甲醚的质量百分数为30%、添加剂N，N- ニ甲基三氟こ酰胺的质量百分数为0% ；
用此方式组装15支锂-ニ硫化亚铁柱式电池，分别在高温60°C、常温20°C、低温_20°C、-30°C、_40°C条件下通过电池测试系统用250mA进行放电到O. 8V，每个温度分别测3支电池，所测电池平均放电容量如表一所示。表一
测试温度]60°C 120°C h20°C [-30°C ]-40°C
平均容量/mAh ]2615 13112 [1669 1329 [O
方式ニ
正极片采用ニ硫化亚铁为正极活性物质，石墨、碳纳米管和超级导电碳为导电材料，聚偏氟こ烯为粘结剂。其中二硫化亚铁、导电剂与粘结剂的质量比按照90:5:5。此方案中碳纳米管、气相生长碳纤维的加入量分别为1%。电解液以碘化锂和ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂为电解质，其中锂盐碘化锂在非水溶剂中的体积摩尔浓度为I mol/L，ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂在非水溶剂中的体积摩尔浓度为O. I mol/L。非水溶剂1，3- ニ氧戊烷的质量百分数为70%、こニ醇ニ甲醚的质量百分数为30%、添加剂N，N- ニ甲基三氟こ酰胺的质量百分数为0%。用此电解液另组装15支锂-ニ硫化亚铁柱式电池，分别在高温60°C、常温20°C、低温_20°C、-30°C、_40°C条件下通过电池测试系统用250mA进行放电到O. 8V，每个温度分别测3支电池，所测电池平均放电容量如表ニ所示。、
表ニ
权利要求
1.一种锂-ニ硫化亚铁电池，包括壳体和设置在壳体内的正极、负极、隔离正极和负极的隔膜以及电解液，所述正极含80%-95%质量比的ニ硫化亚铁，所述负极为纯金属锂或锂合金，所述电解液的溶剂包括1，3-ニ氧戊烷和こニ醇ニ甲醚，所述电解液的电解质包括碘化锂，其特征在干 所述正极还包括质量比为1%_5%的碳纳米管、质量比为1%_5%的气相生长碳纤维、质量比为2%-6%的导电石墨、质量比为0%-5%的超级导电碳和质量比为2-8%的聚偏氟こ烯，其中碳纳米管、气相生长碳纤维、导电石墨和超级导电碳作为导电剂； 所述电解液的溶剂还包括N，N-ニ甲基三氟こ酰胺；1，3-ニ氧戊烷、こニ醇ニ甲醚及N，N-ニ甲基三氟こ酰胺的质量百分比分别为1，3-ニ氧戊烷40-75%，こニ醇ニ甲醚20-40%, N, N- ニ甲基三氟こ酰胺O. 5-20%。
2.根据权利要求I所述的锂-ニ硫化亚铁电池，其特征在于，所述电解液电解质还包括ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂中的ー种或两种，碘化锂和ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂在非水溶剂中的体积摩尔浓度分别为碘化锂0.5-2 mol/L，ニ (三氟甲基磺酰)亚胺锂O. 1-1 mol/L。
3.一种如权利要求I所述的锂-ニ硫化亚铁电池的制备方法，其特征在于，包括步骤 步骤一，正极浆料的制作先将聚偏氟こ烯添加到占溶剂N-甲基吡咯烷酮总重的75-95%的N-甲基吡咯烷酮中搅拌5-12小时使其充分溶解，再添加导电剂并搅拌2_5小吋，之后再添加ニ硫化亚铁和剰余的溶剂N-甲基吡咯烷酮，并搅拌3-6小时； 步骤ニ，正极片的制作先将步骤一所制作的正极浆料均匀地涂敷在导电基材上，再将涂布好的电极经过烘干、辊压、分切，然后在切好的正极片上点焊极耳； 步骤三，负极片的制作先将金属锂或锂合金、负极极耳裁切成合适的尺寸，再将金属锂或锂合金和负极极耳压制在一起，然后贴上高温绝缘胶帯； 步骤四，先将正极片、负极片卷绕制成电芯，再将电芯装入金属壳中，然后注入由1，3-ニ氧戊烷、こニ醇ニ甲醚、N，N-ニ甲基三氟こ酰胺、碘化锂和ニ(三氟甲基磺酰)亚胺锂组成的电解液，最后封ロ获得锂-ニ硫化亚铁电池。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂N-甲基吡咯烷酮占正极浆料总重的40-60%。
全文摘要
本发明涉及一种锂-二硫化亚铁电池，其包括壳体和设置在壳体内的正极、负极、隔离正极和负极的隔膜以及电解液。所述正极含80%～95%质量比的二硫化亚铁(FeS2)，所述负极为锂片，所述电解液的溶剂包括1,3-二氧戊烷和乙二醇二甲醚，所述电解液的电解质包括碘化锂。本发明通过在正极中添加适量的碳纳米管、气相生长碳纤维、导电石墨和/或超级导电碳，电解液中添加适量的N,N-二甲基三氟乙酰胺等添加剂，用此方案制成的锂-二硫化亚铁电池在更宽的高、低温环境下都具有良好的放电性能。
文档编号H01M10/058GK102751499SQ20121026151
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年6月30日
发明者余思恩, 刘玲, 袁中直 申请人:惠州亿纬锂能股份有限公司