[发明专利]锂-二硫化铁电池

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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FeS₂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FeS₂，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FeS₂。

尽管人工合成或改性的FeS₂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Li/FeS₂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FeS₂的粒度（如降至10 μm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FeS₂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Li/FeS₂电池的电化学性能往往不能充分发挥FeS₂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Li/FeS₂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。

发明内容

在发明内容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。本发明的发明内容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，本发明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Li/FeS₂电池。具体地说，发明人采用特定的FeS₂晶体作为一次电池的正极活性材料，从而完成了本发明。