[发明专利]具有降低开路电压的锂‑二硫化铁电池的正极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种具有降低开路电压的锂-二硫化铁电池的正极材料及其制备方法。

背景技术

锂-二硫化铁电池(简称锂铁电池)是一种新型的1.5V体系高能原电池，由于其额定电压与1.5V水溶液体系电池(原电池如最为常见的Zn/MnO2电池，以及Zn/Ag2O、Zn/HgO电池等，二次电池有镍氢电池、镍镉电池等)相同，同时具有更大的比能量、更高的容量和更长的储存时间，在数码产品、玩具汽车、遥控玩具、剃须刀、医疗器械以及军队通讯等小型电器上均有着更加重要的应用价值，属于碱性电池之后下一代的高能原电池产品。该电池的具体特征主要有：(1)放电电压高，放电平稳；(2)放电容量大，是一般碱性电池的好几倍；(3)功率密度高，大电流放电特性优异，在模拟相机的放电方式下，其放电能力可达到碱性电池的9～10倍；(4)与同型号电池相比质量更轻；(5)工作温度范围宽，从-40～60℃，低温性能优越；(6)贮存性能好，贮存寿命长，常温下贮存时间可达10年以上；(7)由于没有强碱等物质，电池耐漏液性能好、对电器的使用安全性高。因此，锂-二硫化铁电池是目前1.5V一次电池系列产品中综合性能最好的产品，是干电池的发展方向。

锂铁电池的负极是金属锂，正极则主要由二硫化铁、导电材料与粘结剂三种组份组成。导电材料主要由鳞片石墨、乙炔黑及导电碳黑等碳材料单独或搭配使用，粘结剂则通常使用PVDF、PTFE或SBR等高分子材料。正极的生产则是由上述材料再以NMP为溶剂配成浆料，涂布在铝箔集流体上烘干后，再经过压实、切条、焊极耳等工序生产而成。

电池则由箔片状的锂金属片、正极板与隔膜叠合后卷绕装入电池壳中，再加入有机电解液后封装而成。这是常规的锂铁电池的生产方法，使用这种常规方法生产的锂铁电池，虽然具有相对前述的性能优点，相对于其它1.5V电池尤其是其它1.5V系的原电池确实具有无可比拟的优越性，但这种方法生产的锂铁电池却受到电池开路电压过高问题的困扰，尤其是电池生产后的一段时间贮存过程中开路电压会逐渐升高，最高可以达到1.9V以上甚至接近2.0V。电池尤其是原电池对电压有严格的要求，因为用电器对电源电压有一定的适应范围，一旦超过这个适应范围就不能正常工作，电源电压低于这个适应范围还好，一般只是不能正常工作(对电池来说这个最低的正常工作电压就是所谓的电池放电终止电压)，一旦电源(电池)电压高于用电器适应电压范围则非常容易造成电器电路的损坏，因此电池尤其是原电池规定有严格的最高开路电压的范围，对电池开路电压的上限有严格的限制。所谓的1.5V系电池其开路电压通常在1.5V左右，并且其使用时的工作电压一般低于1.5V。部分1.5V系电池的开路电压会高于1.5V，譬如碱性锌锰电池的开路电压在1.6伏多，碳性电压则达到1.72V左右，但一般不允许高于标称电池的15％，否则就存在对用电器造成损坏的风险。因此，使用这种常规方法生产的锂铁电池的电压达到甚至超过1.9V，已经超过标称电压25％以上，基本上进入了2.0V系电池的范围，对用电器存在着相当大的使用风险，尤其是当多个电池串联使用时，这种风险更大。譬如，一个使用四只串联干电池的电器中，其额定工作电压应该是6V，而当四只开路电压达到1.9V的锂铁电池串联使用时，其开路电压将会达到7.6V,足足高出了1.6V，已经非常接近使用四只2.0V系电池的电压了，非常容易造成用电器电路的损坏。

这种方式生产的锂铁电池的开路电压还有一个问题：一般电池的开路电压随着贮存时间增加是有所下降的，因此电池生产后只需要在出厂检查时保证开路电压合格就可以，不用担心出厂电池开路电压出现超限的问题，而锂铁电池的开路电压在生产后的相当一段时间内(几个月到一年左右)还会缓慢上升，因此就很难通过常规的出厂检验的方法有效地控制电池出厂后的开路电压不超标。

但到目前为止，锂铁电池在还没有找到一种可以有效控制或调整开路电压的方法，各厂家生产的产品虽然开路电压有所差异，总体来说都差不多，鉴于此，甚至国家标准和IEC标准不得不进行修改，将开路电压的上限由最初的1.83V调整到1.89V。调整标准虽然可以使原来开路电压超标的产品成为合格产品，但并不能改变过高的开路电压可能损坏电器的事实，相反，调高开路电压标准将使市场上锂铁电池开路电压整体提升，反而使得消费者使用锂铁电池的风险增大，有可能反而会损害整个锂铁电池产业的发展。

因此，解决锂铁电池开路电压过高问题是锂铁电池的一个不容忽视的问题。