[发明专利]合成黄铁矿的制备方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年9月28日提交并引于此供参考的临时专利申请60/975,973中所公开的主要内容的权益。

发明领域

本发明提供一种或多种生产合成二硫化铁(FeS₂)，尤其具有黄铁矿晶体结构的FeS₂的方法。本发明还提供包含合成FeS₂的阴极和包括这种阴极的电化学电池。

发明背景

锂电池(含金属锂为负电极活性材料的电池)，作为具有大功率操作要求的电子设备的便携式电源，已变得越来越普遍了。常用锂电池包括锂/二氧化锰(Li/MnO₂)和锂/二硫化铁(Li/FeS₂)电池，每种电池的标称电压分别为3.0和1.5V。

电池制造商一直致力于设计放电容量更大的电池。这可通过最小化电池内被包括密封和放气口在内的外壳所占的体积，从而最大化可用于活性材料的内部体积来实现。但是，在最大化内部体积方面存在实际限制。例如，Li/FeS₂电化学体系在放电和形成反应产物时体积会增加。因此，电池设计应加进足够的空隙容积，以适应体积增加。

增加放电容量的另一个方法是改进电池内部设计和材料。如何最佳地实现这一点，可至少部分取决于靠电池供电的设备的放电要求。对于具有低功率要求的设备，活性材料的量往往非常重要，而对于具有大功率要求的设备，则放电效率往往更重要。锂电池常被用在大功率设备中，因为它们在大功率放电时能够具有优良的放电效率。

一般而言，电池的放电效率随放电功率的增加而迅速减小。因此，对于大功率，提供高放电效率是优先的。这常常意味着要采用含较少活性材料的设计，这样就牺牲了低功率和低速放电时的容量。例如，为了实现良好的大功率放电效率，希望负电极(阳极)与正电极(阴极)之间的界面面积与电极的体积之比是高的。这一点常靠使用较长的薄电极带一起缠绕在线圈内的螺旋缠绕电极组件来实现。除非电极组合物具有高导电率，如此长的薄电极一般都需要沿电极带相当部分长度和宽度延伸的集流体。电极的高界面表面积也意味着需要更多的隔离体材料才能使正、负电极彼此电绝缘。由于电池的最大外部尺寸通常是按工业标准或设备内电池室的尺寸和形状设定的，所以增加电极界面面积也意味着不得不减少活性电极材料的可用量。

为了最大化大功率性能而减少电池活性材料的装料量，对于拟兼用于高功率和低功率用途的电池不如对仅拟用于大功率的电池理想。例如，AA尺寸1.5V Li/FeS₂(FR6尺寸)电池拟用于大功率应用，如摄影闪光灯和数码相机以及作为常用于较低功率设备中的AA尺寸1.5V碱性Zn/MnO₂电池的一般代用品。在这类情况下，最大化大功率放电效率和电池输入容量都很重要。虽然一般希望最大化任何电池内的电极输入容量，但对于较低功率的用途，这样做的相对重要性更大。

为了最大化电池内活性材料的装料量并削弱增加电极界面面积对其的影响，宜采用尽量少占电池内部体积的隔离体材料。但这样做存在实际限制。隔离体应能承受电池制造工艺而不受损伤。隔离体还应在阳极与阴极之间提供足够的电绝缘和离子输运性以及，理想地，这样做不会在电池受到处理、运输、储藏和使用中的正常和预期非正常条件作用时产生导致阳极与阴极之间内部短路的缺陷。

隔离体的性能可以用多种方法加以改进，以提高强度和耐损伤性。实例已公开在U.S.专利5,952,120；6,368,742；5,667,911和6,602,593中，所有这些文献都全文引于此供参考。但是，基于如下因素：电池化学、电极设计和特征、电池制造工艺、计划的电池用途，预期的储藏和使用条件等，为提高强度所做的改变也可能会负面影响隔离体的性能。