锂-二硫化铁电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂-二硫化铁电池，其中，该电池使用FeS2作为正极活性材料，且所述正极活性材料包含至少50重量%的立方体p型FeS2。当使用本发明专利技术的电池进行放电时，可实现长期的高功率放电输出，从而尽可能地达到预定的放电容量。

Lithium iron disulfide battery

The invention provides a lithium iron disulfide battery, wherein the battery using FeS2 as anode active material, cubic P type FeS2 and the anode active material contains at least 50 wt.%. When the battery of the present invention is used for discharging, a long-term high power discharge output can be realized, so as to achieve a predetermined discharge capacity as much as possible.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一次锂电池领域，特别是，涉及使用二硫化铁(FeS2)作为正极活性材 料的锂-二硫化铁(Li/ FeS2)电池。
技术介绍
在电池行业，锂电池由于具有能量密度高、电压高、工作温度范围宽、寿命长等优 点，已受到越来越多人的关注与重视。在过去的十几年中，锂电池已经在一次(不可充电)和 二次(可充电)电池市场中占据了主导地位，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑以及数码 相机等便携式电子设备中。在锂电池中，锂-二硫化铁电池是一种以1 为正极活性材料、以金属Li为负极 活性材料并以有机电解液为电解液的一次电池。该一次电池的电压可以达到1.5 V，因此可 以替代现在常用的碱性电池而作为普通消费电子设备的便携能源进行使用。此外，该一次 电池还具有比碱性电池高得多的放电比容量，且低温性能好、安全性好、重量轻，因此其作 为新一代的高功率电池，正越来越受到人们的欢迎，市场前景非常广阔。然而，锂-二硫化铁电池的性能目前还不尽如人意，特别是，在电池容量一定且采 用高功率放电的情况下，其放电电压会随时间而快速衰减，这导致无法长时间地维持日常 可用的电压，进而导致其理论放电容量在实际使用时无法全部实现，即无法进行长时间的 高功率输出。为了进一步提高锂-二硫化铁电池的性能，需要对锂-二硫化铁电池的电极材料 特别是作为正极活性材料的二硫化铁进行研究和开发。作为Li/ FeS2电池中的1 ，其既可取自天然黄铁矿、白铁矿，亦可通过电沉积方 法、水热法等合成方法人工合成，还可通过各种改性的方法获得改性1 。尽管人工合成或改性的1 理论上可具有相对于天然黄铁矿更好的性能，但因成 本高昂，目前尚未大规模产业化。与此同时，由于黄铁矿广泛地存在于自然界中，目前已在锂-二硫化铁电池领域 获得商业应用。已知天然黄铁矿晶体结构包括立方体型、五角十二面体型以及少量的八面 体型等等。此外，黄铁矿作为一种半导体矿物，如按导电类型分类，还可分为P型(电子导 电)、n型(空穴导电)和np中间型。由于各种晶体结构、导电类型对电化学特性的影响尚不 明确，出于成本的考虑，锂-二硫化铁电池产业上往往将采购的黄铁矿经过简单的筛选、粉 碎等选矿工艺而直接应用。为了提高LiZ^W2电池高功率输出性能(即，长期输出高功率的性能)，有人提出， 降低1 的粒度(如降至10 μπι以下)，以增大正极活性材料的比表面积，从而提高其表面 活性，促进大电流工作条件下的电子转移。然而，将黄铁矿粉碎至如此小的粒径，在实际应 用时并不容易，而且粒度过小的1 粉体在空气中更容易发生氧化，进而容易发生燃烧或 爆炸，这对安全生产来说是不利的。如上所述，已商用的电池的电化学性能往往不能充分发挥1 正极活性材料的理论优势，无法获得理论上的高功率输出。因此，目前亟需一种电池，该电池应能长时间维持一定水平的放电电压， 尽可能地实现既定的放电容量，并保持相对于合成或改性材料的成本优势，以满足商业化 一次电池的实际需求。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进 一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的 关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。基于上述技术问题，本专利技术提供了一种可在预定的电池放电容量条件下实现长时 间高功率输出的电池。具体地说，专利技术人采用特定的1 晶体作为一次电池的正 极活性材料，从而完成了本专利技术。如上所述，天然黄铁矿晶体结构包括立方体型、五角十二面体型以及少量的八面 体型等等。尽管本领域技术人员知道正极材料1 的晶体结构有可能对其电化学特性产 生影响，然而，FeS2的晶体结构与其电化学特性之间的确切关系目前尚不清楚。换言之，在 本专利技术作出之前，本领域技术人员不知道该如何选择1 的晶体结构以使所得的电池获得 所需的电化学性能，特别是，不知道该如何选择1 的晶体结构以在高功率放电的工作条 件下更持久地维持一定水平的放电电压。然而，本专利技术的专利技术人通过不懈的努力，终于发现，采用具有特定的晶体结构的 狗&作为正极活性材料时，可获得持续更久的高功率输出，从而解决了上述问题。具体地说，本专利技术提供了一种锂-二硫化铁电池，该电池使用1 作为 正极活性材料，且所述正极活性材料包含至少50重量％的立方体ρ型狗&。在优选的情况下，所述正极活性材料可包含至少99重量％的立方体P型狗&。在优选的情况下，所述立方体ρ型1 的平均粒径可以是大于20 μ m且小于等于 35 μ m0当使用本专利技术的电池进行放电时，可实现长期的高功率放电输出，从而尽可能地 达到预定的放电容量。换言之，本专利技术的电池可在不增加活性材料用量的前提下，尽可能地 实现理想的放电容量。另一方面，本专利技术的电池所用的正极活性材料可采自富集立方体P 型1 的天然黄铁矿，因此相对于使用合成1 的—次电池，具有明显的成本优势。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。在附图中图1是实施例和比较例所制备的电池的输出特性曲线。具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。如上所述，本专利技术提供了一种电池，该电池使用1 作为正极活性材料， 且包含至少50重量％的立方体ρ型狗&。该立方体ρ型1 可以从天然黄铁矿中分离得 到，也可以通过目前公知的合成方法获得。无论是分离还是合成，其晶体结构如下 原子 与6个S原子以八面体配位的形式发生络合，而S原子与周围的3个狗原子和一个S原子 以四面体配位的形式发生键合；立方体型晶体的晶格常数为0. 5418nm, 110平面上两个!^e 原子间的距离为0. 382nm, Fe原子与001面S原子对的中心间距离为0. 27nm，在111轴上 两个S原子间距离为0. 206nm。换言之，该立方体型1 是现有结构已知的1 晶体，其 具体获得方法不对本专利技术构成限制。不过，为了降低电池成本，本专利技术优选从天然黄铁矿中 分离获得上述立方体P型1 ,具体地说，可以选取现有已知的富集立方体型1 的黄铁 矿进行分离，以提高分离效率，更优选的是，选取现有已知的富集P型立方体型1 的黄铁 矿进行分离。这样的天然黄铁矿可以是尚未商品化的，也可以是市售产品，例如产地为广东 云浮或安徽铜陵的黄铁矿。无论如何，原料来源不构成对本专利技术保护范围的限制，因为，即 使原料来源不是富集P型立方体型1 的黄铁矿，只要能分离出立方体ρ型1 ,都可以 实现本专利技术的技术效果。上述晶型分离方法也不受特别限制，可包括破碎、筛分、重选、热处理、浮选、药剂 洗涤、精密分级等等步骤，该分离方法是公知的，在此不再赘述。以上合成或分离所得的立方体ρ型1 可直接用作本专利技术一次电池的正极活性 材料，其纯度不受特别限制。作为本专利技术的电池所用的正极活性材料，可采用混合型1 ，即包含一定比例的 立方体P型1 和经过普通本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂－二硫化铁电池，其中，该电池使用ＦｅＳ２作为正极活性材料，且所述正极活性材料包含至少５０重量％的立方体ｐ型ＦｅＳ２。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张清顺，赵洋，常海涛，林建兴，
申请(专利权)人：福建南平南孚电池有限公司，
类型：发明
国别省市：35