专利名称：锂-二硫化铁电池的正极材料及电池的制作方法
技术领域：
本发明锂-二硫化铁电池的正极材料及电池属于电池领域，特别是涉及一种 锂-二硫化铁电池的正极材料。
背景技术：
锂-二硫化铁电池，其正极活性物质为二硫化铁(FeS2)，负极的活性成分为金 属锂，电解质为有机电解液，额定电压是1.5V，与一般的用电器相匹配，可直接代替标 准的水溶液电池。采用AA型的锂-二硫化铁电池在较宽的温度范围内和大电流放电时放 电容量是碱性电池的4倍；数码相机用碱性电池仅可以连续拍摄70次，用锂-二硫化铁 电池可以连续拍摄788次，为碱性锌锰电池的11倍，如果间隙使用倍数更大，重量仅为 其二分之一。研发锂-二硫化铁电池可满足重负载电器市场需求，而重负载电器目前和 将来市场的需求量越来越大。玩具汽车、遥控玩具、数码相机、剃须刀、医疗器械(血 压机、心脏起搏器)、军队通讯等有数显的小型电器均需这种电池。目前，用于锂-二硫 化铁电池的正极材料通常是天然黄铁矿，用这种材料组装的电池其开路电压高、放电平 台低、大电流放电性能较差。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，而提出一种其开路电压低高， 放电平台高，大电流放电性能好，适合于重负载电器需求的锂-二硫化铁电池的正极。本发明的目的是通过以下措施来达到的，本发明的锂_ 二硫化铁电池的正极材 料包括由二硫化铁粉末、粘结剂、导电剂、第一主族元素化合物组成，重量百分比为二硫化铁粉末50 99.5% ；粘结剂0.25 25%;导电剂0.25 25%;第一主族元素化合物加入量为二硫化铁粉末质量的0.4 10%。导电剂是碳黑、乙炔黑、导电石墨、金属粉末的一种或两种以上的混合物。金属粉末如铜粉、锌粉、铝粉等。粘结剂是羧甲基纤维素钠(CMC)、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙 烯、聚偏氟乙烯的一种或两种以上的混合物。第一主族元素化合物包括其碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、锗酸盐、醋酸盐、磷 酸盐、铝酸盐、钛酸盐以及氨基盐的一种或两种以上的混合。第一主族元素化合物是碳 酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、 锗酸锂、锗酸钠、锗酸钾、醋酸锂、醋酸钠、醋酸钾、磷酸锂、磷酸钠、磷酸钾、铝酸 锂、铝酸钠、偏铝酸钠、钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、氨基锂、氨基钠、氨基钾的一种或 两种以上的混合物。二硫化铁粉末的PH值介于1.0 7.0之间，二硫化铁粉末粒径介于0.5 50微米之间，二硫化铁粉末需经高温焙烧处理除去水分和一些杂质，焙烧温度为100 600°C。本发明的锂_ 二硫化铁电池的正极是按照上述本发明的锂_ 二硫化铁电池的正 极材料的组成，相互混合均勻，加入分散溶剂搅拌均勻成浆料，把分散好的正极活性物 质浆料均勻涂覆在一种金属带状材料基体上，干燥去除溶剂后，经辊压、裁片制备得到 锂-二硫化铁电池正极片。正极片厚度介于0.02 0.5毫米之间。金属带状材料基体是 铜箔、铜网、铝箔、铝网、镀镍钢网、镀镍钢带的一种。本发明的锂-二硫化铁电池，包括正极片、负极的金属锂带、隔膜组成，将金 属锂带、隔膜、正极片卷绕成圆柱状的电芯，卷绕后的电芯放入钢壳内，注入电解液封 口后制得锂-二硫化铁电池，正极材料包括二硫化铁粉末、粘结剂、导电剂、第一主族 元素化合物组成，重量百分比为二硫化铁粉末50 99.5%;粘结剂0.25 25%;导电 剂0.25 25%;第一主族元素化合物加入量为二硫化铁粉末质量的0.4 10%，导电剂是 碳黑、乙炔黑、导电石墨、金属粉末的一种或两种以上的混合物。粘结剂是羧甲基纤维 素钠(CMC)、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一种或两种以 上的混合物。第一主族元素化合物是碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠、 碳酸氢钾、硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、锗酸锂、锗酸钠、锗酸钾、醋酸锂、醋酸钠、醋 酸钾、磷酸锂、磷酸钠、磷酸钾、铝酸锂、铝酸钠、偏铝酸钠、钛酸锂、钛酸钠、钛酸 钾、氨基锂、氨基钠、氨基钾的一种或两种以上的混合物。本发明的锂-二硫化铁电池的制作方法，正极材料包括二硫化铁粉末、粘结 剂、导电剂、第一主族元素化合物组成，重量百分比为二硫化铁粉末50 99.5% ；粘 结剂0.25 25% ；导电剂0.25 25% ；第一主族元素化合物加入量为二硫化铁粉末质 量的0.4 10%，导电剂是碳黑、乙炔黑、导电石墨、金属粉末的一种或两种以上的混 合物。粘结剂是羧甲基纤维素钠(CMC)、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、 聚偏氟乙烯的一种或两种以上的混合物。第一主族元素化合物是碳酸锂、碳酸钠、碳酸 钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、锗酸锂、锗酸钠、锗 酸钾、醋酸锂、醋酸钠、醋酸钾、磷酸锂、磷酸钠、磷酸钾、铝酸锂、铝酸钠、偏铝酸 钠、钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、氨基锂、氨基钠、氨基钾的一种或两种以上的混合物。 相互混合均勻，加入分散溶剂搅拌均勻成浆料，把分散好的正极活性物质浆料均勻涂覆 在一种金属带状材料基体上，干燥去除溶剂后，经辊压、裁片制备得到锂-二硫化铁电 池正极片。金属带状材料基体是铜箔、铜网、铝箔、铝网、镀镍钢网、镀镍钢带的一 种，然后在干燥的环境下，将金属锂带、隔膜、正极片卷绕成圆柱状的电芯，卷绕后的 电芯放入钢壳内，注入电解液封口后制得锂_ 二硫化铁电池。二硫化铁粉末的PH值介于1.0 7.0之间。二硫化铁粉末粒径介于0.5 50微米 之间。二硫化铁粉末需经高温焙烧处理除去水分和一些杂质，焙烧温度为100 600°C。本发明添加的第一主族元素化合物可以大幅度提高电池的放电平台和放电性 能，第一主族元素化合物加入锂/ 二硫化铁电池后，将发生酸根离子与锂的反应，在负 极金属锂带表面形成一层具有离子导电性的薄膜，这层薄膜性质稳定，具有离子导电 性，能够抑制电解液对金属锂带表面的钝化，有效地保护了负极。本发明的电池放电平台高、放电时间长、放电容量大，大电流放电性能优异， 存储寿命更长久。
附图1为实施例制备的LFBAA型电池2A放电曲线。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。实施例1二硫化铁粉末过325目985g，焙烧后与第一主族元素化合物碳酸锂21.7g、粘 结剂聚偏氟乙烯(PVDF) 27.8g、导电剂碳黑和乙炔黑的混合物47克，加入N_吡咯甲基 烷酮搅拌均勻，把分散好的正极活性物质浆料涂覆在金属带状材料基体上，干燥去除溶 剂后，辊压并裁剪成合适尺寸的正极片。并将此正极片在相对湿度低于5%的环境下与 负极金属锂带、隔膜经卷绕形成电池极片组，装入电池外壳内，注入电解液，封口形成 锂-二硫化铁电池。实施例2二硫化铁粉末过325目985g，焙烧后与第一主族元素化合物碳酸钾21.7g、粘 结剂聚偏氟乙烯(PVDF) 27.8g、导电剂碳黑和乙炔黑的混合物47克，加入N_吡咯甲基 烷酮搅拌均勻，把分散好的正极活性物质浆料涂覆在金属带状材料基体上，干燥去除溶 剂后，辊压并裁剪成合适尺寸的正极片。并将此正极片在相对湿度低于5%的环境下与 负极金属锂带、隔膜经卷绕形成电池极片组，装入电池外壳内，注入电解液，封口形成 锂-二硫化铁电池。实施例3其它步骤和实施例1 一致，而所加入的第一主族元素化合物是硅酸钠19.8g。实施例4其它步骤和实施例1 一致，而所加入的第一主族元素化合物是氨基锂13g。实施例5其它步骤和实施例1 一致，而所加入的第一主族元素化合物是钛酸锂32.8g。对比例1其它步骤和实施例1 一致，所不同之处在于不加第一主族元素化合物添加剂。如附图1所示，实施例1 5和对比例1装配的锂-二硫化铁电池2A放电至0.8V 电压随时间变化的曲线见附图1。在没有第一主族元素化合物添加剂存在的对比例1中， 电池的放电平台约为1.0V，当电压降至终止电压0.8V时，电池放电容量约为130mAh。 而在分别加有第一主族元素化合物添加剂碳酸锂、碳酸钾、硅酸钠、氨基锂、钛酸锂的 实施例1 5中，电池的放电平台分别为1.249V、1.240V、1.235V、1.220V、1.2V ； 当电压降至终止电压0.8V时，电池放电容量分别2946mAh、2913mAh、2886mAh、 2835mAh、2731mAh。结果表明，锂-二硫化铁电池正极加入第一主族元素化合物添加 剂，可以有效地提高电池的放电平台和放电容量。
权利要求
1.一种锂-二硫化铁电池的正极材料，包括二硫化铁粉末、粘结剂、导电剂组成，其 特征是重量百分比为二硫化铁粉末50 99.5% ；粘结剂0.25 25% ；导电剂0.25 ~ 25% ；第一主族元素化合物加入量为二硫化铁粉末质量的0.4 10%，第一主族元素化合物 包括其碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、锗酸盐、醋酸盐、磷酸盐、铝酸盐、钛酸盐以及氨 基盐的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的锂-二硫化铁电池的正极材料，其特征是导电剂是碳黑、 乙炔黑、导电石墨、金属粉末的一种或两种以上的混合物，粘结剂是羧甲基纤维素钠、 聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的锂-二硫化铁电池的正极材料，其特征是第一主族元素化 合物是碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硅酸锂、硅酸钠、 硅酸钾、锗酸锂、锗酸钠、锗酸钾、醋酸锂、醋酸钠、醋酸钾、磷酸锂、磷酸钠、磷酸 钾、铝酸锂、铝酸钠、偏铝酸钠、钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、氨基锂、氨基钠、氨基钾 的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述的锂-二硫化铁电池的正极材料，其特征是二硫化铁粉末的 PH值介于1.0 7.0之间，二硫化铁粉末粒径介于0.5 50微米之间，二硫化铁粉末经高 温焙烧处理除去水分和一些杂质，焙烧温度为100 600°C。
5.—种锂-二硫化铁电池的正极制作方法，其特征是锂-二硫化铁电池的正极材 料包括二硫化铁粉末、粘结剂、导电剂、第一主族元素化合物组成，重量百分比为二 硫化铁粉末50 99.5% ；粘结剂0.25 25% ；导电剂0.25 25% ；第一主族元素化合 物加入量为二硫化铁粉末质量的0.4 10%，相互混合均勻，加入分散溶剂搅拌均勻成 浆料，把分散好的正极活性物质浆料均勻涂覆在一种金属带状材料基体上，干燥去除溶 剂后，经辊压、裁片制备得到锂-二硫化铁电池正极片，金属带状材料基体是铜箔、铜 网、铝箔、铝网、镀镍钢网、镀镍钢带的一种。
6.根据权利要求5所述的锂-二硫化铁电池的正极制作方法，其特征是第一主族元 素化合物是碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硅酸锂、硅酸 钠、硅酸钾、锗酸锂、锗酸钠、锗酸钾、醋酸锂、醋酸钠、醋酸钾、磷酸锂、磷酸钠、 磷酸钾、铝酸锂、铝酸钠、偏铝酸钠、钛酸锂、钛酸钠、钛酸钾、氨基锂、氨基钠、氨 基钾的一种或两种以上的混合物。
7.根据权利要求5所述的锂-二硫化铁电池的正极制作方法，其特征是导电剂是碳 黑、乙炔黑、导电石墨、金属粉末的一种或两种以上的混合物，粘结剂是羧甲基纤维素 钠、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一种或两种以上的混合 物。
8.—种锂-二硫化铁电池的制作方法，正极材料包括二硫化铁粉末、粘结剂、导 电剂、第一主族元素化合物组成，重量百分比为二硫化铁粉末50 99.5% ；粘结 剂0.25 25%;导电剂0.25 25%;第一主族元素化合物加入量为二硫化铁粉末质 量的0.4 10%，导电剂是碳黑、乙炔黑、导电石墨、金属粉末的一种或两种以上的混合物，粘结剂是羧甲基纤维素钠、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟 乙烯的一种或两种以上的混合物，第一主族元素化合物是碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳 酸氢锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、锗酸锂、锗酸钠、锗酸钾、 醋酸锂、醋酸钠、醋酸钾、磷酸锂、磷酸钠、磷酸钾、铝酸锂、铝酸钠、偏铝酸钠、钛 酸锂、钛酸钠、钛酸钾、氨基锂、氨基钠、氨基钾的一种或两种以上的混合物，相互混 合均勻，加入分散溶剂搅拌均勻成浆料，把分散好的正极活性物质浆料均勻涂覆在一种 金属带状材料基体上，干燥去除溶剂后，经辊压、裁片制备得到锂-二硫化铁电池正极 片，金属带状材料基体是铜箔、铜网、铝箔、铝网、镀镍钢网、镀镍钢带的一种，然后 在干燥的环境下，将金属锂带、隔膜、正极片卷绕成圆柱状的电芯，卷绕后的电芯放入 钢壳内，注入电解液封口后制得锂-二硫化铁电池。
9. 一种锂-二硫化铁电池，包括正极片、负极的金属锂带、隔膜组成，将金属锂带、 隔膜、正极片卷绕成圆柱状的电芯，卷绕后的电芯放入钢壳内，注入电解液封口后制得 锂-二硫化铁电池，其特征是正极材料包括二硫化铁粉末、粘结剂、导电剂、第一主 族元素化合物组成，重量百分比为二硫化铁粉末50 99.5% ；粘结剂0.25 25% ； 导电剂0.25 25% ；第一主族元素化合物加入量为二硫化铁粉末质量的0.4 10%，导 电剂是碳黑、乙炔黑、导电石墨、金属粉末的一种或两种以上的混合物，粘结剂是羧甲 基纤维素钠、聚偏二氯乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚偏氟乙烯的一种或两种以 上的混合物，第一主族元素化合物是碳酸锂、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢锂、碳酸氢钠、 碳酸氢钾、硅酸锂、硅酸钠、硅酸钾、锗酸锂、锗酸钠、锗酸钾、醋酸锂、醋酸钠、醋 酸钾、磷酸锂、磷酸钠、磷酸钾、铝酸锂、铝酸钠、偏铝酸钠、钛酸锂、钛酸钠、钛酸 钾、氨基锂、氨基钠、氨基钾的一种或两种以上的混合物。
全文摘要
本发明锂-二硫化铁电池的正极材料及电池属于电池领域，本发明的锂-二硫化铁电池的正极材料包括二硫化铁粉末、粘结剂、导电剂、第一主族元素化合物组成，重量百分比为二硫化铁粉末50～99.5％；粘结剂0.25～25％；导电剂0.25～25％；第一主族元素化合物加入量为二硫化铁粉末质量的0.4～10％，第一主族元素化合物包括其碳酸盐、碳酸氢盐、硅酸盐、锗酸盐、醋酸盐、磷酸盐、铝酸盐、钛酸盐以及氨基盐的一种或两种以上的混合物。本发明添加的第一主族元素化合物可以大幅度提高电池的放电平台和放电性能，本发明的电池放电平台高、放电时间长、放电容量大，大电流放电性能优异，存储寿命更长久。
文档编号H01M4/139GK102024953SQ20101054271
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月6日 优先权日2010年11月6日
发明者刘念, 晏志强 申请人:广州市鹏辉电池有限公司