专利名称：无滞后锂/二硫化铁圆柱电池及其制造方法
技术领域：
本发明属于化学电源储能技术领域，尤其涉及一种锂/二硫化铁圆柱电池 及其制造方法。
背景技术：
近些年来，随着电子技术的发展和世界各国对环境保护的日益重视，对 化学电源提出了更高的要求。目前市场主流的一次圆柱电池是碱性锌锰电池， 这种电池的优点是价格便宜，缺点是容量低、高倍率放电性能差，不适用在 数码相机、电动玩具、仪器仪表等重负载条件下使用的电器中，同时废弃后 对环境也造成污染。锂/二硫化铁圆柱电池的容量比同样型号的碱锰电池高， 具有高倍率放电性能好的优点，尤其适合在重负载条件下使用，而且对环境 无污染。
和所有锂金属电池一样，锂/二硫化铁圆柱电池存在放电滞后的现象，这 严重影响了锂/二硫化铁圆柱电池的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂/二硫化铁圆柱电池及其制造方法，该电池 具有放电曲线平滑，无放电滞后现象，高倍率放电性能好等特点。本发明在 电池正极中加入一定比例的含有钛元素的化合物，比如钛酸锂、钛酸钠、 钛酸钡、钛铁矿、二氧化钛等一种或多种任意比例的混合物，可以消除放电 过程中的滞后现象，提高放电电压平台，从而使锂/二硫化铁电池的性能更适 合应用。
本发明是通过以下技术方案加以实现的
一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，它包括金属壳体，壳体内设置正极、 隔膜、负极，并灌注电解液；所述的正极由正极材料涂覆在金属箔上组成， 其特征是正极材料由二硫化铁、含钛化合物、导电剂和粘接剂组成，所述 的负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金。
上述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，其特征是其中的金属箔是铝 箔、镍箔、金箔、银箔、钛箔、铁箔、铜箔中的一种；其中的隔膜为具有微 孔的聚丙烯(PP)薄膜，或具有微孔的聚乙烯(PE)薄膜，或者两者结合而 成的复合薄膜，或为聚丙烯毡，或为纤维的纸质薄膜，或为玻璃纤维；其中 的导电剂选用石墨、炭黑、铁粉、铜粉、银粉、镍粉中一种或多种任意比例 复合的导电剂；其中的粘结剂选自聚乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯酸酯、羧甲
4基纤维素的一种或多种的粘接剂溶液组成；所述的负极为金属锂、锂铝合金 或锂硅合金；所述的电解液为LiPF6、 LiC104、双乙二酸硼酸锂(LiBOB)、 LiBF4、 Lil或LiCl溶解在碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙 酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、碳酸 甲乙酯(EMC)或Y-丁内酯(GBL)的一种溶液或者多种混合溶液。
上述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，其特征是其中含钛化合物选 用钛酸锂、钛酸钠、钛酸钡、钛铁矿、二氧化钛等一种或多种任意比例的混 合物。
上述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，其特征是其中含钛化合物选 用钛酸锂、二氧化钛的一种或两种任意比例的混合物。
上述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池的制造方法，其特征是将二硫 化铁、含钛化合物和导电剂混合，加入粘接剂制成浆料，涂覆到铝箔上，干 燥、碾压、裁成为正极，与隔膜、负极一起巻绕，入壳，注入电解液、封口 制成所需要^锂/二硫化铁圆柱电池。
上述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池的制造方法，其特征是将二硫 化铁与含钛化合物、导电剂按照重量比l: (0.05 0.6): (0.01 0.1)的比例 混合均匀，然后加入二硫化铁重量的20%-80%粘结剂溶液，粘结剂的浓度为 2% 6%，搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚度10 40拜的铝 箔上，然后把铝箔放入120 150°C， lkPa的真空烘箱中，烘干5 18h，取 出后用压片机碾压至150 20(Him厚、裁成所需要的正极尺寸，鼓风9(TC烘 干28h，再转移到相对湿度3%的干燥环境中，待用；在相应尺寸的负极上面 依次放好隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入电解液，封口，得到锂/二硫化铁 圆柱电池。
上述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池的制造方法，其特征是二硫化 铁与钛酸锂、二氧化钛中的一种或两种混合物的重量比为1: (0.1 0.6)。
本发明的优点在于，在正极中加入一定比例的含钛化合物，能够消除电 池放电过程中出现的延迟现象，从而增强了电池的放电电压的稳定性，增加 了电池的放电容量，提升了电池的总体品质。与现有技术电池放电曲线对比 效果如图l、图2所示。本发明制造的锂/二硫化铁圆柱电池生产工艺简单， 适合大规模的工业化生产，在高端电子仪器、仪表上应用时，具有明显的市 场竞争力。
图1是AA型电池正极中有含钛化合物的1000mA恒流放电曲线，截止
5电压0.8V。
图2是AA型电池正极中无含钛化合物的1000mA恒流放电曲线，截止 电压0.8V。
具体实施例方式
一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，它包括金属壳体，壳体内设置正极、 隔膜、负极，并灌注电解液；所述的正极由正极材料涂覆在金属箔上组成， 其特征是正极材料由二硫化铁、含钛化合物、导电剂和粘接剂组成，所述 的负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金。
上述的无滞后锂/二硫化铁圆柱电池的制造方法，其特征是将二硫化铁、 含钛化合物和导电剂混合，加入粘接剂制成浆料，涂覆到铝箔上，干燥、碾 压、裁成为正极，与隔膜、负极一起巻绕，入壳，注入电解液、封口制成所 需要的锂/二硫化铁圆柱电池。
在本发明中，由于产品构成与其制造方法中的步骤、原料具有对应性， 因此，在实施例中不再重复描述产品构成，而以制造方法的方式加以描述。
实施例1
将二硫化铁100g、钛酸锂10g、炭黑1.5g混合均匀后，加入4%羧甲基 纤维素溶液65g，搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚度 300mmx40mmx20^im的铝箔上，然后把铝箔放入120 150°C， lkPa的真空 烘箱中，烘干5 18h，取出后用压片机碾压至20(Him厚，鼓风90。C烘干28h， 再转移到相对湿度3%的干燥环境中贮存、待用。在相应尺寸的锂带上面依 次放好聚丙烯隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入2.6g 1M的LiPF6在1:1:4:1 的PC (碳酸丙稀酯)、EC (碳酸乙烯酯)、DEC (碳酸二乙酯)和GBL (伽 马丁内酯)的电解液，封口，得到锂/二硫化铁圆柱电池。
实施例2
将二硫化铁50g、 二氧化钛10g、石墨1.2§混合均匀后，加入3%聚丙烯 酸酯溶液30g，搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚度 180mmx22mmx40pm的铁箔上，然后把铁箔放入120 150°C， lkPa的真空 烘箱中，烘干5 18h，取出后用压片机碾压至160^m厚度，鼓风9(TC烘干 28h，再转移到相对湿度3%的干燥环境中贮存、待用。在相应尺寸的锂铝合 金上面依次放好聚乙烯隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入1.8g lMLiCi04在 1:3PC和DME的电解液，封口，得到锂/二硫化铁圆柱电池。
实施例3
将二硫化铁100g、钛酸钠13g、铁粉2g混合均匀后，加入5%聚氧化乙烯溶液61g，搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚度 300mmx40mmx2(Vm的铜箔上，然后把铜箔放入120 150°C， lkPa的真空 烘箱中，烘干5 18h，取出后用压片机碾压至200nm厚，鼓风卯。C烘干28h, 再转移到相对湿度3%的干燥环境中贮存、待用。在相应尺寸的锂带上面依 次放好聚丙烯毡隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入2.6g 0.8M L氾OB在1:1:5:3 PC、 EC、 DEC和GBL混合溶剂中溶解后制成的电解液，封口，得到锂/二硫 化铁圆柱电池。 实施例4
将二硫化铁200g、钛铁矿30g、炭黑2.8g混合均匀后，加入2%羧甲基 纤维素溶液120g，搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚度 300mmx40mmx30拜的镍箔上，然后把镍箔放入120 150°C， lkPa的真空 烘箱中，烘干5 18h，取出后用压片机碾压至200Mm厚，鼓风9(TC烘干28h， 再转移到相对湿度Sl。/。的干燥环境中贮存、待用。在相应尺寸的锂硅合金上 面依次放好聚丙烯和聚乙烯的复合隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入3,2g 1.2M Lil在l:l的PC、 EC混合物溶剂中溶解后制成的电解液，封口，得到锂/二硫 化铁圆柱电池。
实施例5
将二硫化铁100g、钛酸钡13g、铜粉2g混合均匀后，加入4%聚乙烯的 乙醇溶液60g,搅拌90 120min成为浆状，再把桨体涂覆在厚度 300mmx30mmxiOjim的金箔上，然后把金箔放入120 150°C, lkPa的真空 烘箱中，烘干5 18h，取出后用压片机碾压至180拜厚，鼓风9(TC烘干28h， 再转移到相对湿度3%的干燥环境中贮存、待用。在相应尺寸的锂带上面依 次放好纤维的纸质隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入2.2glMLiBF4在l:l的 PC、 DMC混合溶剂中溶解后制成的电解液，封口，得到锂/二硫化铁圆柱电 池。
实施例6
将二硫化铁150g、 二氧化钛8g、钛酸锂10g、银粉2g混合均匀后，加 入4.5。/。聚氧化乙烯溶液86g，搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚 度300mmx40mmx20|xm的银箔上，然后把银箔放入120 150°C， lkPa的真 空烘箱中，烘干5 18h,取出后用压片机碾压至17(Him厚，鼓风9(TC烘干 28h，再转移到相对湿度3%的干燥环境中贮存、待用。在相应尺寸的锂铝合 金上面依次放好玻璃纤维隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入2.8g0.9MLiCl在 1:1:1的PC、 EMC、 DMC和GBL混合溶剂中溶解后制成的电解液，封口，得到锂/二硫化铁圆柱电池。
实施例7
将二硫化铁100g、 二氧化钛18g、钛酸锂12g、镍粉2g混合均匀后，加 入5%聚丙烯酸酯溶液61g,搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚 度300mmx40mmxl0pm的钛箔上，然后把钛箔放入120 150°C， lkPa的真 空烘箱中，烘干5 18h，取出后用压片机碾压至20(Him厚，鼓风卯'C烘干 28h，再转移到相对湿度3%的干燥环境中贮存、待用。在相应尺寸的锂带上 面依次放好聚乙烯隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入2.6g 0.8M LiBOB在1:1:4 的PC、 AN、 DEC混合溶剂中溶解后制成的电解液，封口，得到锂/二硫化铁 圆柱电池。
权利要求
1、一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，它包括金属壳体，壳体内设置正极、隔膜、负极，并灌注电解液；所述的正极由正极材料涂覆在金属箔上组成，其特征在于正极材料由二硫化铁、含钛化合物、导电剂和粘接剂组成，所述的负极为金属锂、锂铝合金或锂硅合金。
2、 根据权利要求1所述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，其特征在于: 其中的金属箔是铝箔、镍箔、金箔、银箔、钛箔、铁箔、铜箔中的一种；其 中的隔膜为具有微孔的聚丙烯(PP)薄膜，或具有微孔的聚乙烯(PE)薄膜， 或者两者结合而成的复合薄膜，或为聚丙烯毡，或为纤维的纸质薄膜，或为 玻璃纤维；其中的导电剂选用石墨、炭黑、铁粉、铜粉、银粉、镍粉中一种 或多种任意比例复合的导电剂；其中的粘结剂选自聚乙烯、聚氧化乙烯、聚 丙烯酸酯、羧甲基纤维素的一种或多种的粘接剂溶液组fe;所述的负极为金 属锂、锂铝合金或锂硅合金；所述的电解液为LiPF6、 LiC104、双乙二酸硼酸 锂(LiBOB)、 LiBF4、 LiI或LiCl溶解在碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、 碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、乙二醇二甲醚(DME)、乙腈(AN)、 碳酸甲乙酯(EMC)或Y-丁内酯(GBL)的一种溶液或者多种混合溶液。
3、 根据权利要求2所述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，其特征在于 其中含钛化合物选用钛酸锂、钛酸钠、钛酸钡、钛铁矿、二氧化钛等一种或 多种任意比例的混合物。
4、 根据权利要求3所述的一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池，其特征在于 其中含钛化合物选用钛酸锂、二氧化钛一种或两任意比例的混合物。
5、 一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池的制造方法，其特征在于将二硫化 铁、含钛化合物和导电剂混合，加入粘接剂制成浆料，涂覆到铝箔上，干燥、 碾压、裁成为正极，与隔膜、负极一起巻绕，入壳，注入电解液、封口制成 所需要的锂/二硫化铁圆柱电池。
6、根据权利要求5所述的无滞后锂/二硫化铁圆柱电池的制造方法，其 特征在于将二硫化铁与含钛化合物、导电剂按照重量比1: 0.05 0.6: 0.01 0.1的比例混合均匀，然后加入二硫化铁重量的20%-80%粘结剂溶液，粘结 剂的浓度为2% 6%，搅拌90 120min成为浆状，再把浆体涂覆在厚度10 40 n m的铝箔上，然后把铝箔放入120 150°C， lkPa的真空烘箱中，烘干5 18h，取出后用压片机碾压至150 200um厚、裁成所需要的正极尺寸，鼓 风90。C烘干28h，再转移到相对湿度《1%的干燥环境中，待用；在相应尺寸 的负极上面依次放好隔膜、正极，经巻绕、入壳，注入电解液，封口，得到 锂/二硫化铁圆柱电池。
7、根据权利要求6所述的无滞后锂/二硫化铁圆柱电池的制造方法，其特 征在于二硫化铁与钛酸锂、二氧化钛中的一种或两种混合物的重量比为l: 0.1 0.6。
全文摘要
本发明提出了一种无滞后锂/二硫化铁圆柱电池及其制造方法，它是在电池正极中加入一定比例的含有钛元素的化合物，比如钛酸锂、钛酸钠、钛酸钡、钛铁矿、二氧化钛等一种或多种任意比例的混合物，与二硫化铁、导电剂、粘结剂混合均匀，搅拌成为浆状，再把浆体涂覆在铝基体上，经干燥、碾压、裁成为正极片，将锂或锂合金负极与该正极组合，加入电解液后，制成锂/二硫化铁圆柱电池。该电池可以广泛应用于多个领域。该技术方法工艺简单，消除了在放电过程中的延迟现象，增强了电池的放电电压的稳定性。
文档编号H01M4/62GK101577334SQ200910020280
公开日2009年11月11日 申请日期2009年4月4日 优先权日2009年4月4日
发明者关成善, 刘津宏, 叶丽光, 欣 王, 郝德利 申请人:山东神工海特电子科技有限公司