[发明专利]锂-二硫化亚铁电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂-二硫化亚铁电池及其制备方法。

背景技术

锂-二硫化亚铁(Li/FeS₂)电池属于低电压锂电池，其工作电压平台为1.5V，其于相同尺寸的碱锰（Zn/MnO₂）电池具有互换性。而锂-二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）或二（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-二硫化亚铁电池，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, 2-二甲氧基丙烷（DMP）完全或部分替代1, 2-二氧甲基乙烷（DME），以石墨、炭黑和乙炔黑作为正极导电材料，使电池在-20℃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℃～60℃甚至80℃）的放电性能。

发明内容

基于此，有必要提供一种在更宽的高、低温环境下的放电性能好的锂-二硫化亚铁电池。

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，所述负极为纯金属锂或锂合金，所述电解液的溶剂包括1,3-二氧戊烷和乙二醇二甲醚。所述电解液的电解质包括碘化锂。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%的聚偏氟乙烯。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-二甲基三氟乙酰胺。1,3-二氧戊烷、乙二醇二甲醚及N, N-二甲基三氟乙酰胺的质量百分比分别为：1, 3-二氧戊烷 40~75%，乙二醇二甲醚 20~40%，N, N-二甲基三氟乙酰胺 0.5~20%。

在优选的实施例中，所述电解液的电解质还包括二（三氟甲基磺酰）亚胺锂中的一种或两种。碘化锂和二（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 0.5~2mol/L，二（三氟甲基磺酰）亚胺锂 0.1~1 mol/L。

本发明还提供了上述锂-二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：先将聚偏氟乙烯添加到占溶剂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小时，之后再添加二硫化亚铁和剩余的溶剂N-甲基吡咯烷酮，并搅拌3~6小时； 

步骤二，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1,3-二氧戊烷、乙二醇二甲醚、N, N-二甲基三氟乙酰胺、碘化锂和二（三氟甲基磺酰）亚胺锂组成的电解液，最后封口获得锂-二硫化亚铁电池。

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剂，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-二甲基三氟乙酰胺以提高电池的低温放电性能，有效综合地解决锂-二硫化亚铁电池在-40℃～60℃的宽温环境中放电性能差的问题。

具体实施方式

下面以1.5V一次型圆柱锂-二硫化亚铁电池为例对本发明锂-二硫化亚铁电池及其制备方法作进一步详细描述。

以下是锂-二硫化亚铁电池正极片及电解液的三种实施方式：

方式一：

正极片采用二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，聚偏氟乙烯为粘结剂。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%。