专利名称：一种锂-二硫化铁一次性扣式电池及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扣式电池，具体涉及一种锂-二硫化铁一次性扣式电池及其 制备工艺。
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。目前充斥市场主流的扣式电池分为两个系列 一个系列 是锌锰扣式电池，这种电池的优点是价格便宜，缺点是容量低、自放电大、易于 漏液、在高温和低温下性能差；另一个系列是银锌扣式电池，这种电池的容量虽 然比锌锰电池高出30%以上，但由于其正极材料为氧化银，价格昂贵。而且银锌 扣式电池与锌锰扣式电池通常都含有金属汞，它们广泛地应用于手表、计算器、 仪表等各种电器中，当这些电子产品被抛弃变成固体垃圾时，随之对环境也造成 污染。锂电池是上世纪五十年代末首先由美国研究开发的全新一代的电池。日本于 1973年最早开发了锂-氟化碳电池，至今已有三十多年的历史。能源危机、资源短缺、环境污染是人类生存面临的严峻挑战，随着社会的发展，科技的进步，人 们的环境保护意识越来越强，因此，锂电池这种绿色环保电池应运而生。我国在 二十世纪八十年代就实现了 Li/Mn02扣式电池的生产。锂-二硫化铁(Li/FeS2)电池是高能环保的电池，近年来巳获得巨大的发展， 具有以下特点电池的工作电压为1.5V,可与任何1.5V电池互换使用；放电电 压平稳，安全性能优良；自然放电率低，储存寿命长储存性能好，存放时间可达 5 10年；重量轻，碱锰电池的2/3;电池无汞、无镉、无铅，是真正的绿色环保；有良好的防漏液性能；使用温度范围广，可在-40 6(TC温度范围内使用， 其中低温性能尤其突出；能量密度高，该电池正极材料的理论容量为890mAh/g， 单只AA电池的容量在2900mAh以上，绝对容量是碱锰电池的2倍；在同型号 电池产品中，重量最轻，其中AA型Li/FeS2电池的重量约为14.5g。目前主要 用于数码产品、掌上电脑、移动电活、无线设备、数字显示仪器、医疗器械、各类电表、水表等用电器中。但现有的锂一二硫化铁电池活性较低，放电深度有欠 缺，不能最大发挥其放电比容量。发明内容本发明的目的在于提供一种锂-二硫化铁一次性扣式电池，该电池性能优越、 成本低，可发挥其最大放电比容量，适合于工业化生产。本发明的目的还在于提供一种加工工序简单的锂-二硫化铁一次性扣式电池 的制备工艺，该工艺高效、安全环保、工序易控，具有很高的实用价值。本发明提供的一种提高锂-二硫化铁一次性扣式电池，包括二硫化铁正极， 所述的二硫化铁正极的主要原料为纳米二硫化铁。与传统二硫化铁矿粉正极材料相比，纳米级二硫化铁极大的提高了正极材料 的活性，提高了正极材料的电化学性能，明显改善了放电深度，具有传统二硫化 铁矿粉无法比拟的优势。所述的二硫化铁正极中还掺杂有导电剂和金属氧化物，各组分的重量百分含 量为二硫化铁84 95%，导电剂1~7%，金属氧化物为2 9%。所述的导电剂为导电石墨、炭黑、乙炔黑或聚苯胺中的一种或它们的混合， 所述的金属氧化物为为A1203、 Mn02、 AgO或Ti02中的一种或它们的混合。其中聚苯胺为导电高分子材料，具有质轻、价廉、原料来源广、合成简单等 优点，可以提高正极材料的导电性，整体上改善放电平台和功率性能。并且，聚苯胺具有导电、催化和抗氧化作用，是一种高分子合成材料，俗称 导电塑料，是一类特种功能材料，具有塑料的密度，又具有金属的导电性和塑料 的可加工性，还具备金属和塑料所欠缺的化学和电化学性能，通过氧化作用或质 子酸掺杂而达到调节其导电性的特性。在传统的正极片制作过程中，若正极浆料 中含有水时，二硫化铁、水和空气中的氧气会反应生成硫酸从而使铝网被腐蚀， 而聚苯胺是一种金属防腐蚀材料，良好的氧化还原可逆性，在材料中充当催化剂， 以干扰金属氧化成锈这个化学反应。所述的二硫化铁正极的制备过程为取计量份的纳米级二硫化铁粉末，导电 剂和金属氧化物形成混合共聚物，并加入有机溶剂，搅拌均匀，形成浆料，然后 真空烘烤干燥后蒸发掉有机溶剂后即得圆饼状正极材料。所述的有机溶剂为N-甲基吡咯垸酮(NMP)或无水乙醇或丙酮，其用量为二硫化铁正极材料和有机溶剂总重量的7~22%。
真空烘烤干燥的烘烤温度为12(K16(TC，烘烤时间为5~13h。 所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池，结构为从上至下依次叠加的扣式正 极壳、二硫化铁正极、隔膜、锂负极、胶圈、弹性金属片和扣式负极盖，所述的 二硫化铁正极、锂负极、隔膜和弹性金属片呈圆柱状，所述弹性金属片端连接在 所述筒式负极的筒底内，所述筒式负极的筒壁与充满电解液的圆柱状正极、隔膜、 锂负极和弹性金属片之间设有隔离胶圈，所述扣式正极壳的筒状正极扣连接在正 极上且所述扣式正极壳的筒开口端插在隔离胶圈中。
本发明提供的一种锂-二硫化铁一次性扣式电池的制备工艺，包括以下步骤
(1) 制备圆饼状正极二硫化铁材料，并放入电解质中进行浸泡；
(2) 对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体做清洗处理；
(3) 将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；
(4) 将已制成薄片冲切成规定形状的锂负极装入扣式负极盖内，置入隔膜， 并叠入浸泡过电解液的正极材料，合上正极壳，装配即可。
本发明的有益效果是
(1) 采用了纳米级的二硫化铁，有机导电剂聚苯胺和金属氧化物，提高了 正极片的加工性，压片时不容易掉粉，还减小了电池内部的电阻，明显改善了锂 铁电池的放电深度，使其实际放电容量达到了 680mAh/g。
(2) 本发明制备工艺高效、安全环保，原料低廉、工艺简洁，大幅度降低 了成产成本，具有很高的实用价值。
图1为本发明的锂-二硫化铁一次性扣式电池的结构示意图； 图2为本发明实施例中锂-二硫化铁一次性扣式电池的放点曲线图； 其中，1、弹性金属片；2、扣式负极盖；3、胶圈；4、负极；5隔膜；6、 正极；7、扣式正极壳。
具体实施例方式
以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本 发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明的提示做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。 实施例l
本发明提供的锂-二硫化铁一次性扣式电池，包括从上至下依次叠加的扣式 正极壳7、 二硫化铁正极6、隔膜5、锂负极4、胶圈3、弹性金属片l和扣式负 极盖2， 二硫化铁正极6内填充有电解液，二硫化铁正极6、锂负极4、隔膜5 和弹性金属片1呈圆柱状，弹性金属片1端连接在所述筒式锂负极5的筒底内， 筒式锂负极5的筒壁与充满电解液的圆柱状正极6、隔膜5、锂负极4和弹性金 属片1之间设有隔离胶圈3，圆筒状扣式正极壳7的正极扣连接在正极6上且扣 式正极壳6的筒开口端插在隔离胶圈3中。 实施例2
本发明使用的锂-二硫化铁一次性扣式电池的结构同实施例1。其中，正极 活性物质是纯度较高的纳米级二硫化铁，导电剂是导电石墨和聚苯胺的混合体， 然后加入金属氧化物和有机溶剂NMP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120 160°C，烘烤时间5 13h，正极 活性物质纳米级二硫化铁的用量为正极材料的90%;导电剂导电石墨和聚苯胺的 用量为正极材料总重量的6%;金属氧化物溶液的固含量为正极材料总重量的 7%;有机溶剂NMP的用量为二硫化铁正极材料和有机溶剂总重量的10%，有机 溶剂NMP经烘烤干燥后，制成扣式电池。
其中，扣式电池的制备工艺如下制备圆饼状正极二硫化铁材料，并放入电 解质中进行浸泡；对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体做清洗处理；将正极集流 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；将已制成薄片冲切成规定形状的锂负极装入扣式负极盖内，置入隔膜，并叠 入浸泡过电解液的正极材料，合上正极壳，装配即可。 实施例3
本发明使用的锂-二硫化铁一次性扣式电池的结构同实施例l。其中，正极活 性物质是纯度较高的纳米级二硫化铁，导电剂是导电石墨和聚苯胺，然后加入金 属氧化物和有机溶剂NMP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120 160'C，烘烤时间5 13h。正极活性物质纳米 级二硫化铁的用量为正极材料总重量的90%;导电剂导电石墨和聚苯胺的用量为 正极材料总重量的4%;金属氧化物溶液的固含量为正极材料总重量的7%;有机
7溶齐i」NMP的用量为二硫化铁正极材料和有机溶剂总重量的1011/。，有机溶剂NMP
经烘烤干燥后，制成扣式电池。
其中，扣式电池的制备工艺如下制备圆饼状正极二硫化铁材料，并放入电 解质中进行浸泡；对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体做清洗处理；将正极集流 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；将已制成薄片冲切成规定形状的锂负极装入扣式负极盖内，置入隔膜，并叠 入浸泡过电解液的正极材料，合上正极壳，装配即可。 实施例4
本发明使用的锂-二硫化铁一次性扣式电池的结构同实施例l。其中，正极活 性物质是纯度较高的纳米级二硫化铁，导电剂是导电石墨和聚苯胺，然后加入金 属氧化物和有机溶剂NMP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120 16(TC，烘烤时间5 13h。正极活性物质纳米 级二硫化铁的用量为正极材料总重量的85%;导电剂导电石墨和聚苯胺的用量为 正极材料总重量的4%;金属氧化物溶液的固含量为正极材料总重量的7%;有机 溶剂乙醇或丙酮的用量为二硫化铁正极材料和有机溶剂总重量的10%，有机溶剂 NMP经烘烤干燥后，制成扣式电池。
其中，扣式电池的制备工艺如下制备圆饼状正极二硫化铁材料，并放入电 解质中进行浸泡；对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体做清洗处理；将正极集流 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；将己制成薄片冲切成规定形状的锂负极装入扣式负极盖内，置入隔膜，并叠 入浸泡过电解液的正极材料，合上正极壳，装配即可。 实施例5
本发明使用的锂-二硫化铁一次性扣式电池的结构同实施例1。其中，正极 活性物质是纯度较高的纳米级二硫化铁，导电剂是导电石墨和聚苯胺，然后加入 金属氧化物和有机溶剂NMP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120 160°C，烘烤时间5 13h。正极活性物质纳 米级二硫化铁的用量为正极材料总重量的85%，导电剂导电石墨和聚苯胺的用量 为正极材料总重量的4%，金属氧化物溶液的固含量为正极材料总重量的5%; 有机溶剂NMP的用量为二硫化铁正极材料和有机溶剂总重量的10%，有机溶剂 乙醇或丙酮经烘烤干燥后，制成扣式电池。其中，扣式电池的制备工艺如下制备圆饼状正极二硫化铁材料，并放入电 解质中进行浸泡；对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体做清洗处理；将正极集流 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；将已制成薄片冲切成规定形状的锂负极装入扣式负极盖内，置入隔膜，并叠 入浸泡过电解液的正极材料，合上正极壳，装配即可。 实施例6
本发明使用的锂-二硫化铁一次性扣式电池的结构同实施例1。其中，正极 活性物质是纯度较高的纳米级二硫化铁，导电剂是导电石墨和聚苯胺，然后加入 金属氧化物和有机溶剂NMP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120 160°C，烘烤时间5 13h。正极活性物质纳 米级二硫化铁的用量为85%，导电剂导电石墨和聚苯胺的用量为正极材料总重量 的4%，金属氧化物溶液的固含量为正极材料总重量的5%,有机溶剂NMP的用 量为二硫化铁正极材料和有机溶剂总重量的15%，有机溶剂乙醇或丙酮经烘烤干 燥后，制成扣式电池。
其中，扣式电池的制备工艺如下制备圆饼状正极二硫化铁材料，并放入电 解质中进行浸泡；对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体做清洗处理；将正极集流 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；将已制成薄片冲切成规定形状的锂负极装入扣式负极盖内，置入隔膜，并叠 入浸泡过电解液的正极材料，合上正极壳，装配即可。
采用实施例2-6中的制备工艺制作的正极片制作的FR1121 (即尺寸为 ll.6x2.lmm)型锂电池在常温下进行放电实验，其容量见下表l，以30mA恒流 放电至l.OV。放电曲线如图1所示，其放电平台在1.4V左右，容量在60mAh 左右。
表l实施例2-6二硫化铁正极片的容量
实施例234 56
容量mAh6U61.459.6 60.558.权利要求
1、一种锂-二硫化铁一次性扣式电池，包括二硫化铁正极，其特征在于所述的二硫化铁正极的主要原料为纳米二硫化铁。
2、 根据权利要求l所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池，其特征在于所述 的二硫化铁正极中还掺杂有导电剂和金属氧化物，各组分的重量百分含量为二硫化铁84 95%，导电剂1~7%，金属氧化物为2 9%。
3、 根据权利要求2中所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池，其特征在于所述的导电剂为导电石墨、炭黑、乙炔黑或聚苯胺中的一种或它们的混合，所述的金属氧化物为八1203、 Mn02、 AgO或Ti02中的一种或它们的混合。
4、 根据权利要求2或3中所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池，其特征在于所述的二硫化铁正极的制备过程为取计量份的纳米级二硫化铁粉末，导电剂和金属氧化物形成混合共聚物，并加入有机溶剂，搅拌均匀，形成浆料，然后真空 烘烤干燥后蒸发掉有机溶剂后即得圆饼状正极材料。
5、 根据权利要求4所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池，其特征在于所述的有机溶剂为N-甲基吡咯垸酮(NMP)或无水乙醇或丙酮，其用量为二硫化铁正 极材料和有机溶剂总重量的7~22%。
6、 根据权利要求4所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池，其特征在于真空 烘烤干燥的烘烤温度为120~160°C，烘烤时间为5 13h。
7、 根据权利要求l所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池，其特征在于结构为从上至下依次叠加的扣式正极壳、二硫化铁正极、隔膜、锂负极、胶圈、弹性金属片和扣式负极盖，所述的二硫化铁正极、锂负极、隔膜和弹性金属片呈圆 柱状，所述弹性金属片端连接在所述筒式负极的筒底内，所述筒式负极的筒壁与 充满电解液的圆柱状正极、隔膜、锂负极和弹性金属片之间设有隔离胶圈，所述 扣式正极壳的筒状正极扣连接在正极上且所述扣式正极壳的筒开口端插在隔离 胶圈中。
8、 权利要求1所述的锂-二硫化铁一次性扣式电池的制备工艺，其特征在于 包括以下步骤(1)制备圆饼状正极二硫化铁材料，并放入电解质中进行浸泡；(2) 对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体做清洗处理；(3) 将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；(4) 将已制成薄片冲切成规定形状的锂负极装入扣式负极盖内，置入隔膜， 并叠入浸泡过电解液的正极材料，合上正极壳，装配即可。
全文摘要
本发明公开了一种锂-二硫化铁一次性扣式电池，包括二硫化铁正极，所述的二硫化铁正极的主要原料为纳米二硫化铁，该锂-二硫化铁一次性扣式电池制备工艺为制备得正极材料；对扣式正极壳、扣式负极盖和集流体清洗处理；正极集流体和负极集流体预处理；将各部件装配即可。本发明成本低廉、安全环保，工艺简洁易控，具有很高的实用价值。
文档编号H01M4/58GK101521285SQ20091003796
公开日2009年9月2日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者军 李, 海 金, 黄天候 申请人:广州市天球实业有限公司;广东工业大学