專利名稱：一種非水體系的鋰高鐵電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以高鐵酸鹽和金屬鋰為活性電極的電池，更具體地說是涉及一種具有高比能量的非水體系的鋰高鐵電池。
背景技術(shù)：
近年來對Na2FeO4、K2FeO4、BaFeO4、Li2FeO4等高鐵酸鹽的報道較多。高鐵酸鹽具有較強的氧化性，電極過程涉及3電子轉(zhuǎn)移，在酸性、堿性溶液中電極電勢分別為2.20V，0.72V，因此可構(gòu)成具有較高放電電壓和比容量的電池。高鐵酸鹽的放電產(chǎn)物為Fe(OH)3和水合氧化鐵，對環(huán)境無污染并能起到凝絮作用，有助于保護(hù)環(huán)境，原料鐵資源豐富，價格低廉，可用來制備高能綠色環(huán)保電池。但是，高鐵酸鹽極易溶于水，在水溶液或含水的溶液中很不穩(wěn)定，在堿性溶液中會發(fā)生水解導(dǎo)致高鐵酸鹽分解。由于高鐵酸鹽在很多非水性有機溶劑中溶解度較低，穩(wěn)定性也很好，所以考慮將高鐵酸鹽在非水體系中作為正極活性物質(zhì)。非水電解液中常用的負(fù)極材料為鋰，由于鋰金屬密度小、電位高、電化學(xué)容量大、導(dǎo)電性好，因而具有較高的電壓和比能量。鋰與高鐵酸鹽組成電池，單體開路電壓理論值約為3.77V，理論容量(以正極計)為369mAh/g。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過對Li-K2FeO4電池的電解液等相關(guān)材料的篩選，最終獲得容量較高，性能穩(wěn)定的鋰高鐵酸鹽電池。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案一種非水體系的鋰高鐵電池，以高鐵酸鉀電極為正極，金屬鋰為負(fù)極，以LiPF6的EC/DMC(1∶1)溶液為電解液，聚乙烯多孔膜為隔膜，不銹鋼編織網(wǎng)為集流體，在相對濕度小于1％的手套箱中裝配而成；其中所述高鐵酸鉀電極通過下列步驟制備而成按質(zhì)量比稱取K2FeO4∶石墨∶PVDF＝16∶5∶1，在研缽中充分混合，加入少量N-甲基-2-吡咯烷酮調(diào)濕，均勻涂敷在碳纖維布上，經(jīng)真空干燥后，壓片即制成所述高鐵酸鉀正極。
發(fā)明的有益效果，采用G2001A型LAND電池測試系統(tǒng)對本發(fā)明非水體系的鋰高鐵電池的電化學(xué)性能進(jìn)行了測試，本發(fā)明性能穩(wěn)定，放電電流為0.3mA，終止電壓為0.8V，電池的開路電壓可達(dá)到3.3V，平均工作電壓為2.3V，質(zhì)量比容量可達(dá)320mAh/g。本發(fā)明的鋰高鐵酸鉀電池還克服了目前使用的鉛酸蓄電池、鋅汞電池、堿性二氧化錳電池廢棄后污染環(huán)境、難于回收再用的缺點，對環(huán)境有益且可回收利用。本發(fā)明的鋰高鐵酸鉀電池可替代Li/SOCl2電池應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，也可與鋰離子電池一樣應(yīng)用于電子、信息、電器等方面，在提倡能源節(jié)約型社會的未來具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是本發(fā)明鋰高鐵酸鉀的放電曲線圖。
具體實施例方式
下面通過具體實施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述，一種非水體系的鋰高鐵電池，以高鐵酸鉀電極為正極，金屬鋰為負(fù)極，以LiPF6的EC/DMC(1∶1)溶液為電解液，聚乙烯多孔膜為隔膜，不銹鋼編織網(wǎng)為集流體，在相對濕度小于1％的手套箱中裝配而成；其中所述高鐵酸鉀電極通過下列步驟制備而成按質(zhì)量比稱取K2FeO4∶石墨∶PVDF＝i6∶5∶1，在研缽中充分混合，加入少量N-甲基-2-吡咯烷酮調(diào)濕，均勻涂敷在碳纖維布上，經(jīng)真空干燥后，壓片即制成所述高鐵酸鉀正極。所述的EC、DMC，PVDF的全稱為EC碳酸乙烯酯，DMC碳酸二甲酯，PVDF聚偏氟乙烯。
K2FeO4在不同介質(zhì)中的穩(wěn)定性在常溫下分別量取10ml飽和KOH溶液，異丙醇，正庚烷，聚四氟乙烯乳液，PVDF/N-甲基-2-吡咯烷酮溶液，將少量K2FeO4固體加入其中觀察其情況。一小時后，發(fā)現(xiàn)K2FeO4溶解在飽和KOH溶液呈紫色，在正庚烷、PVDF/N-甲基-2-吡咯烷酮溶液和鋰離子電池電解液LiPF6的EC/DMC(1∶1)溶液中高鐵酸鉀幾乎不溶解，也不發(fā)生分解；而在異丙醇、聚四氟乙烯乳液中K2FeO4發(fā)生分解，生成Fe(OH)3和水合氧化鐵。所以在洗滌時選用正庚烷，正極片制備時采用PVDF/N-甲基-2-吡咯烷酮溶液作為黏結(jié)劑。
電解液的選擇K2FeO4電池所用的電解液可分為水性電解液和非水性有機電解液，對于電解液的選擇必須考慮兩點一是高鐵酸鹽的分解；二是高鐵酸鹽向陽極擴散產(chǎn)生自放電。高鐵酸鉀在水性電解液中不穩(wěn)定，同時，負(fù)極金屬鋰的活性限制了鋰在水性電解液中的使用，盡管Li-H2O體系有著較高的比能量，但是，金屬鋰與水化合時，會產(chǎn)生大量的熱，對電池產(chǎn)生安全隱患。但K2FeO4在非水性體系中具有較低的溶解度和較好的電化學(xué)性能。非水電解液可分為兩類一類是有機溶劑PC、AN、EC、DEM、THF等，溶質(zhì)常用LiClO4、LiPF6，另一類是無機溶劑SOCl2、SO2Cl2等，電解質(zhì)常用LiAlCl4。本實驗選擇常用的LiPF6的EC/DMC(1∶1)溶液作為電解液。
采用G2001A型LAND電池測試系統(tǒng)對鋰高鐵酸鉀的電化學(xué)性能進(jìn)行測試，放電電流為0.3mA，終止電壓為0.8V，放電曲線如圖1所示，電池的開路電壓可達(dá)到3.3V，平均工作電壓為2.3V，質(zhì)量比容量可達(dá)320mAh/g。
以上所述內(nèi)容僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種非水體系的鋰高鐵電池，以高鐵酸鉀電極為正極，金屬鋰為負(fù)極，以LiPF6的EC/DMC(1∶1)溶液為電解液，聚乙烯多孔膜為隔膜，不銹鋼編織網(wǎng)為集流體；其中所述高鐵酸鉀電極通過下列步驟制備而成按質(zhì)量比稱取K2FeO4∶石墨∶PVDF＝16∶5∶1，在研缽中充分混合，加入少量N-甲基-2-吡咯烷酮調(diào)濕，均勻涂敷在碳纖維布上，經(jīng)真空干燥后，壓片即制成所述高鐵酸鉀正極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非水體系的鋰高鐵電池，以高鐵酸鉀電極為正極，金屬鋰為負(fù)極，以LiPF
文檔編號H01M4/04GK101083326SQ20071004287
公開日2007年12月5日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者張俊喜, 宋啟云, 張文博, 董俊杰 申請人:上海電力學(xué)院