CN101894936A - 提高锂二硫化铁电池放电容量方法及电池极片 - Google Patents
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Abstract
本发明提高锂二硫化铁电池放电容量方法及电池极片属于电池领域，在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，在负极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带采用聚合物基可选为聚酰亚胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。来克服在放电后期造成的部分锂带被隔离出反应系统，从而增加锂二硫化铁电池的放电容量。本发明的电池放电容量高，循环性能好，具有良好的电化学性能，有很高的实用价值。
Description
技术领域
本发明提高锂二硫化铁电池放电容量方法及电池极片属于电池领域。
背景技术
锂二硫化铁电池是高能量、高功率、绿色环保的锂原电池，工作电压1.5V，可与碱锰电池、镍氢、镍镉、锌银电池互换使用，其放电电压平台平稳、储存寿命长、安全性能优良。正极材料二硫化铁的理论容量为890mAh/g，由其制作的AA(5号)电池容量高，此种电池在重负载场合中使用时其性能是普通碱性电池的4～10倍。目前主要用于数码相机、MP3、手持游戏机、便携CD播放器、掌上电脑、数字显示仪器、医疗器械等电子消费品或仪器设备中，并随着电子技术的飞速发展其应用也将会越来越广。
传统技术制作而成的锂二硫化铁电池，通常正极极片宽度要大于负极极片的宽度，因而相互对应的反应界面宽度，与负极极片的整个宽度相对应。随着电化学反应的不断进行，负极金属锂的不断消耗，其厚度越来越小，其反应界面平整度也越来越差，当反应进行到后期时，负极金属锂由于局部反应区域消耗过多，形成物理上不相连的部分，这样与极耳不相连部分失去了继续提供能量的机会，而使得电池设计容量未能得到完美发挥。
发明内容
本发明的目的是为避免现有技术的不足之处，而提供一种提高锂二硫化铁电池放电容量方法。
本发明的目的是为避免现有技术的不足之处，而提供一种提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片。
本发明的目的是通过以下措施来达到的，
一种提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，在正极极片上设置抑制反应区域，在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，优选为0.1％～2％之间。正极极片采用二硫化铁为电池正极活性物质，加入导电添加剂石墨、炭黑，和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，在溶剂N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀质化后，涂覆在铝箔，经干燥、碾压而成锂二硫化铁电池的正极极片。
一种提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，在负极极片上设置抑制反应区域，在负极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，优选为0.1％～2％之间。负极极片采用金属锂及锂的合金，包括薄状金属锂带、由粉末锂碾压成型的锂片、锂铝合金带、锂硅合金带、锂硼合金带等作为锂二硫化铁电池的负极极片。
抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带采用聚合物基可选为聚酰亚胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。
抑制反应区域是溶液或乳剂涂覆在极片表面后干燥而得，溶液或乳剂采用聚合物材料制作成，聚合物材料可选聚偏氟乙烯和六氟丙稀共聚物(PVDF-HFP)溶液、聚偏氟乙烯(PVDF)溶液、聚四氟乙烯(PTFE)乳液。
一种提高锂二硫化铁电池放电容量方法，二硫化铁为电池正极活性物质，金属锂或锂铝合金为负极活性物质，碘化锂为导电盐的有机电解质，多孔聚烯烃隔膜经卷绕、注液、封口而成锂二硫化铁电池，在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，优选为0.1％～2％之间。正极极片采用二硫化铁为电池正极活性物质，加入导电添加剂石墨、炭黑，和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，在溶剂N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀质化后，涂覆在铝箔，经干燥、碾压而成锂二硫化铁电池的正极极片。抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带采用聚合物基可选为聚酰亚胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。抑制反应区域是溶液或乳剂涂覆在极片表面后干燥而得，溶液或乳剂采用聚合物材料制作成，聚合物材料可选聚偏氟乙烯和六氟丙稀共聚物(PVDF-HFP)溶液、聚偏氟乙烯(PVDF)溶液、聚四氟乙烯(PTFE)乳液。
一种提高锂二硫化铁电池放电容量方法，二硫化铁为电池正极活性物质，金属锂或锂合金为负极活性物质，碘化锂为导电盐的有机电解质，多孔聚烯烃隔膜经卷绕、注液、封口而成锂二硫化铁电池，在负极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，优选为0.1％～2％之间。负极极片采用金属锂及锂的合金，包括薄状金属锂带、由粉末锂碾压成型的锂片、锂铝合金带、锂硅合金带、锂硼合金带等作为锂二硫化铁电池的负极极片。抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带采用聚合物基可选为聚酰亚胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。抑制反应区域是溶液或乳剂涂覆在极片表面后干燥而得，溶液或乳剂采用聚合物材料制作成，聚合物材料可选聚偏氟乙烯和六氟丙稀共聚物(PVDF-HFP)溶液、聚偏氟乙烯(PVDF)溶液、聚四氟乙烯(PTFE)乳液。
电池所用的电解液，采用碘化锂为导电盐，溶解在乙二醇二甲醚(DME)和二氧五环(DIO)组成的混合溶剂中而得到。
一种提高锂二硫化铁电池放电容量方法，二硫化铁为电池正极活性物质，金属锂或锂铝合金为负极活性物质，碘化锂为导电盐的有机电解质，多孔聚烯烃隔膜经卷绕、注液、封口而成锂二硫化铁电池，在负极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，采用具有抑制反应区域的负极极片，采用具有抑制反应区域的正极极片，电池所用的电解液，采用碘化锂为导电盐，溶解在乙二醇二甲醚(DME)和二氧五环(DIO)组成的混合溶剂中而得到。
在正极极片和负极极片相对应的界面上，或在正极极片上形成一狭窄抑制反应区域，或在负极极片上形成一狭窄抑制反应区域，来克服在放电后期造成的部分锂带被隔离出反应系统，从而增加锂二硫化铁电池的放电容量。经过上述过程制备的锂二硫化铁电池，采取了这样一种技术后，可有效提高锂二硫化铁电池的放电容量，并稳定电池的放电电压。
本发明的电池放电容量高，循环性能好，具有良好的电化学性能，有很高的实用价值。
附图说明
附图1是无抑制反应区域结构的正极极片结构图。
附图2是本发明的正极极片抑制反应区域结构图。
附图3是本发明的正极极片抑制反应区域结构图。
附图4是本发明的负极极片抑制反应区域结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
如附图1所示，传统技术制作而成的锂二硫化铁电池正极极片结构图，正极极片宽度要大于负极极片的宽度，因而相互对应的反应界面宽度，与负极极片的整个宽度相对应，正极极片采用二硫化铁为电池正极活性物质，加入导电添加剂石墨、炭黑，和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，在溶剂N，N二甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀质化后，涂覆在铝箔，经干燥、碾压而成锂二硫化铁电池的正极极片。
如附图2所示，本发明的锂二硫化铁电池正极极片，正极极片采用二硫化铁为电池正极活性物质，加入导电添加剂石墨、炭黑，和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，在溶剂N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀质化后，涂覆在铝箔，经干燥、碾压而成锂二硫化铁电池的正极极片。在正极极片上设置抑制反应区域X，在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域X，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，抑制反应区域X宽1.5毫米，长198.5毫米，抑制反应区域的一端与极耳相连，抑制反应区域X是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带采用聚合物基可选为聚酰亚胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。
如附图3所示，本发明的锂二硫化铁电池正极极片，正极极片采用二硫化铁为电池正极活性物质，加入导电添加剂石墨、炭黑，和粘结剂聚偏二氟乙烯(PVDF)，在溶剂N，N-二甲基吡咯烷酮(NMP)中搅拌匀质化后，涂覆在铝箔，经干燥、碾压而成锂二硫化铁电池的正极极片。在正极极片上设置抑制反应区域X，在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域X，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，抑制反应区域X宽1.5毫米，长310毫米，抑制反应区域X是溶液或乳剂涂覆在极片表面后干燥而得，溶液或乳剂采用聚合物材料制作成，聚合物材料可选聚偏氟乙烯和六氟丙稀共聚物(PVDF-HFP)溶液、聚偏氟乙烯(PVDF)溶液、聚四氟乙烯(PTFE)乳液。
如附图4所示，本发明的锂二硫化铁电池负极极片，在负极极片上设置抑制反应区域X，在负极极片形成一狭窄抑制反应区域X，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，抑制反应区域X宽1.5毫米，长223.5毫米，抑制反应区域的一端与极耳相连，抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带采用聚合物基可选为聚酰亚胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。负极极片采用金属锂及锂的合金，包括薄状金属锂带、由粉末锂碾压成型的锂片、锂铝合金带、锂硅合金带、锂硼合金带等作为锂二硫化铁电池的负极极片。
实施例1：
称取910g二硫化铁正极料，30g石墨，20g导电炭黑，40g PVDF，在NMP中搅拌匀质化后，涂覆在20微米的铝箔上，经干燥碾压，裁切并点焊极耳后形成如图1所示的正极极片结构。
实施例2：
形成按照实施例1所述方法的正极极片，并按照图2所示，在正极极片上形成一抑制反应区域，形成的材料采用聚酰亚胺为基带的粘结带，形成的位置和尺寸按照图2中所示。
实施例3：
形成按照实施例1所述方法的正极极片，并按照图3所示，在正极极片上形成一抑制反应区域，形成的材料采用聚酰亚胺为基带的粘结带，形成的位置和尺寸按照图3中所示。
实施例4：
形成按照实施例1所述方法的正极极片，并按照图2所示，在正极极片上形成一抑制反应区域，形成的材料采用聚丙烯为基带的粘结带，形成的位置和尺寸按照图2中所示。
实施例5：
形成按照实施例1所述方法的正极极片，并按照图2所示，在正极极片上形成一抑制反应区域，形成的材料为PTFE聚合物材料，通过含有PTFE的乳液喷涂在正极极片对应的抑制反应区域干燥后得到，形成的位置和尺寸按照图2中所示。
实施例6：
形成负极极片，材料为金属锂带。
实施例7：
形成按照实施例6所述方法的负极极片，并按照图4所示，在负极极片上形成一抑制反应区域，形成的材料采用聚酰亚胺为基带的粘结带，形成的位置和尺寸按照图4中所示。
实施例8：
把实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5，分别与按照实施6形成的金属锂带，和PP(聚丙烯)/PE(聚乙烯)/PP(聚丙烯)三层多孔隔膜，一起卷绕成AA型电池电芯，入壳后注入电解液，电解液组成为1mol/l LiI溶解DME(乙二醇二甲醚)和DIO(二氧五环)中，后封口并经过老化而得到改进后的锂二硫化铁电池。
实施例9：
把实施例1、实施例2，分别与按照实施7形成的金属锂带，和PP(聚丙烯)/PE(聚乙烯)/PP(聚丙烯)三层多孔隔膜，一起卷绕成AA型电池电芯，入壳后注入电解液，电解液组成为1mol/l LiI，溶解DME(乙二醇二甲醚)和DIO(二氧五环)中，后封口并经过老化而得到改进后的锂二硫化铁电池。
实施例10：
把按实施例9、实施例10所得到的不同类别锂二硫化铁电池，测试其在2A放电电流下的容量，放电截止电压为0.8V。
可以得到结论，在正极极片和负极极片相对应的界面上，在正极极片上形成一狭窄抑制反应区域和无抑制反应区域的负极极片配对，对容量提升最为有效；在负极极片上形成一狭窄抑制反应区域和无抑制反应区域的正极极片配对，对容量提升效果为其次；而具有抑制反应区域的正极极片和具有抑制反应区域的负极极片配对，对容量提升有一定效果。因而本发明采取的这样一种技术，可有效提高锂二硫化铁电池的放电容量，并稳定电池的放电电压。
Claims (10)
1.一种提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，其特征是在正极极片上设置抑制反应区域；或在负极极片上设置抑制反应区域；或在正极极片上设置抑制反应区域和在负极极片上设置抑制反应区域。
2.根据权利要求1所述的提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，其特征是抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％。
3.根据权利要求1所述的提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，其特征是抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.1％～2％。
4.根据权利要求1或2所述的提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，其特征是抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带为聚酰亚胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。
5.根据权利要求1或2所述的提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，其特征是抑制反应区域是溶液或乳剂涂覆在极片表面后干燥而得，溶液采用聚偏氟乙烯和六氟丙稀共聚物溶液，或聚偏氟乙烯溶液，乳剂采用聚四氟乙烯乳液。
6.根据权利要求1所述的提高锂二硫化铁电池放电容量的电池极片，其特征是正极极片采用二硫化铁为电池正极活性物质，加入导电添加剂石墨、炭黑，和粘结剂聚偏二氟乙烯，在溶剂N，N-二甲基吡咯烷酮中搅拌匀质化后，涂覆在铝箔，经干燥、碾压而成锂二硫化铁电池的正极极片，负极极片采用金属锂及锂的合金，包括薄状金属锂带、由粉末锂碾压成型的锂片、锂铝合金带、锂硅合金带、锂硼合金带作为锂二硫化铁电池的负极极片。
7.一种提高锂二硫化铁电池放电容量方法，二硫化铁为电池正极活性物质，金属锂或锂铝合金为负极活性物质，碘化锂为导电盐的有机电解质，多孔聚烯烃隔膜经卷绕、注液、封口而成锂二硫化铁电池，其特征是在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％，或在负极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.01％～10％。
8.根据权利要求7所述的提高锂二硫化铁电池放电容量方法，其特征是抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面，基带为聚酰业胺类、聚烯烃类、聚酯类、聚醚类、聚氟类聚合物的一种或两种以上复合而成。
9.根据权利要求7所述的提高锂二硫化铁电池放电容量方法，其特征是抑制反应区域是溶液或乳剂涂覆在极片表面后干燥而得，溶液采用PVDF-HFP溶液或PVDF溶液，乳剂采用PTFE乳液。
10.一种提高锂二硫化铁电池放电容量方法，二硫化铁为电池正极活性物质，金属锂或锂铝合金为负极活性物质，碘化锂为导电盐的有机电解质，多孔聚烯烃隔膜经卷绕、注液、封口而成锂二硫化铁电池，其特征是在正极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.1％～2％，在负极极片上设置一狭窄抑制反应区域，抑制反应区域的宽度占极片宽度的0.1％～2％，抑制反应区域是聚合物基制作而成的基带，通过胶粘在极片表面。
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