專利名稱：鋰-二硫化鐵電池的容量消耗處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一次鋰電池領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰-二硫化鐵電池的容量 消耗處理方法。
背景技術(shù)：
鋰-二硫化鐵電池是一種以1 為正極活性材料、以金屬Li為負(fù)極活性材料并 以有機(jī)電解液為電解液的一次鋰電池，是一種新興的化學(xué)電源。與堿性電池相比，鋰-二硫 化鐵電池具有放電比容量高、輸出功率大、低溫性能好、儲(chǔ)存壽命長及重量輕等優(yōu)點(diǎn)，因此 已廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)等移動(dòng)電子設(shè)備中。目前，鋰-二硫化鐵電池的制造方法一般多為將含有二硫化鐵(正極活性材料) 的漿料涂覆在正極集流體上，分切，制得特定尺寸的正極片，然后將正極片、隔膜、鋰制負(fù)極 片、隔膜一起層疊并卷繞而形成電芯，放入電池殼體內(nèi)，注入電解液并封口，即制得成品電 池(或稱“新電池”或“新制電池”)。其中，在制造正極漿料時(shí)，例如，可將二硫化鐵1 粉末與導(dǎo)電劑(如石墨、乙炔黑 等)混合均勻，與粘結(jié)劑(如PTFE (聚四氟乙烯)、PVDF (聚偏氟乙烯)、SEBS (苯乙烯-乙烯 / 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)等)、溶劑一起攪拌以制成正極漿料。作為電解液，可以通過將鋰鹽溶解于有機(jī)溶劑中而得到。鋰鹽可以為LiI(碘 化鋰)、LiTFS (三氟甲基磺酸鋰)、LiTFSI (雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰)、LiBr (溴化鋰)、 LiClO4 (高氯酸鋰),LiPF6 (六氟磷酸鋰)等，所述有機(jī)溶劑可以為PC (碳酸丙烯酯)、EC (碳 酸乙烯酯)、DME ( 二甲氧基乙烷)、DX(二氧戊環(huán))、環(huán)丁砜等，必要時(shí)還可以加入添加劑，如 嘧啶、DMI (3，5- 二甲基異噁唑)等。然而，采用上述制造方法生產(chǎn)的鋰-二硫化鐵電池在性能方面存在缺陷。特別是， 由于采自黃鐵礦的正極活性材料1 中存在有正電位的雜質(zhì)或者其他高電位的氧化性雜 質(zhì)，如果不去除或減少原材料中的此類雜質(zhì)，設(shè)計(jì)工作電壓為1. 5V的一次性電池在封口后 的開路電壓通常在3. 2V以上，因而不符合實(shí)際使用要求。此外，由于初始電壓過高，甚至 高于水的電解電壓，會(huì)導(dǎo)致電池中的水發(fā)生電解進(jìn)而產(chǎn)生氣體，所以這樣的電池在常溫下 儲(chǔ)存時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生膨脹而出現(xiàn)電解液的泄漏，甚至有爆炸的可能(為了防止發(fā)生爆炸，商品 化的鋰-二硫化鐵電池設(shè)計(jì)有排除內(nèi)部壓力的防爆組件，但防爆組件的開啟是不可逆的過 程，一旦開啟即會(huì)導(dǎo)致電池失效)。再者，由于鋰-二硫化鐵電池的電解液中使用有機(jī)溶劑， 發(fā)生泄漏不但會(huì)有難聞的氣味，而且所用的有機(jī)溶劑一般屬于易燃物質(zhì)，存在很大的安全 急 ^^ ο另外，這樣的電池在儲(chǔ)存過程中內(nèi)阻會(huì)不斷增加，當(dāng)增加到一定程度后，電池放電 時(shí)其內(nèi)部電阻的分壓增加，使得提供給用電器具的電壓較小，甚至導(dǎo)致用電器具不能工作， 電池失效或?qū)е码姵亍皼]電”的假象，嚴(yán)重破壞了電池的儲(chǔ)存性能。此外，此類電池在制成之后放電時(shí)，在放電起始階段電池的電壓會(huì)經(jīng)歷一個(gè)先迅 速下降然后上升的過程，稱之為“電壓滯后”現(xiàn)象。迅速下降的電壓會(huì)導(dǎo)致用電設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)無法正常工作。為了避免此類電池的初始開路電壓過高，一般需要在制備正極活性材料時(shí)盡可能 地去除原材料中的高電位的氧化性雜質(zhì)。然而，由于現(xiàn)有手段無法全部去除此類雜質(zhì)，因此 不能完全避免初始開路電壓過高的問題。而且，這樣的提純也需要耗費(fèi)一定的成本和時(shí)間， 因此增加了制造成本。另外，有研究表明，電解液的組成和痕量的添加劑對(duì)電池不可逆容量損失及電池 內(nèi)阻等均有顯著影響，現(xiàn)已有人提出在電解液中加入一些添加劑如碘或溴，從而減少新的 放電階段開始時(shí)電壓滯后的量。但是，該方法僅限于電池的電解質(zhì)溶劑體系中包括碳酸乙 烯酯和/或碳酸丙烯酯時(shí)才能抑制電壓滯后，而且不能降低所有Li/ FeS2電池初始階段的 電壓。因此，目前需要對(duì)Li/ FeS2電池制造工藝進(jìn)行改進(jìn)，一方面，需要以較低的成本降 低電池的初始電壓，消除電解液泄漏和電池爆炸的安全隱患；另一方面，還需抑制電池內(nèi)阻 的上升，消除電壓滯后，從而提高電池的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和儲(chǔ)存壽命。

發(fā)明內(nèi)容
在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式
部分中進(jìn) 一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的 關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍?；谏鲜黾夹g(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可以消除電池的初始高壓和電壓滯后的 容量消耗處理方法，特別是一種針對(duì)使用LiTFSI (雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰)系電解液的 鋰-二硫化鐵電池的容量消耗處理方法。具體地說，本發(fā)明的發(fā)明人采用將新制電池放置 一段時(shí)間再進(jìn)行容量消耗處理的方法，完成了本發(fā)明。如上所述，新制的電池的初始電壓過高，其原因在于原料正極活性材料 FeS2中存在有正電位的雜質(zhì)或者其他高電位的氧化性雜質(zhì)，然而，由于商業(yè)化的1 是從 天然黃鐵礦中獲得的，無法完全去除此類雜質(zhì)；另一方面，人工合成的狗&盡管可減少雜質(zhì) 含量，但成本昂貴，目前尚未用于大規(guī)模生產(chǎn)。因此，現(xiàn)有手段無法解決上述問題。為此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過不懈的努力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于使用LiTFSI (雙三氟甲烷 磺酰亞胺鋰)系電解液的鋰-二硫化鐵電池，如將電池在注入所述電解液(以下有時(shí)也簡稱 為“注液”)后經(jīng)歷一定時(shí)間的平衡，再進(jìn)行一定程度的容量消耗處理，可以有效降低電池的 初始電壓，消除電解液泄漏和電池爆炸的安全隱患。此外，發(fā)明人還意外地發(fā)現(xiàn)，上述容量 消耗處理還能有效降低電池的內(nèi)阻，消除電池的電壓滯后，從而提高成品電池的實(shí)際使用 性能，進(jìn)而提高用戶的滿意度。具體地說，本發(fā)明提供了一種鋰-二硫化鐵電池的容量消耗處理方法，所述電池 包括由鋰或其合金制成的負(fù)極片、以二硫化鐵作為正極活性材料的正極片、所述負(fù)極片與 所述正極片之間的隔膜和含有雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的電解液，其特征在于，所述方法包 括使所述電池在注入所述電解液后的0. 5-12小時(shí)內(nèi)，開始放電，以消耗電池設(shè)計(jì)容量的 2. 7%-3. 3%。在優(yōu)選情況下，使所述電池在注入所述電解液后的1-5小時(shí)內(nèi)，開始所述放電，更 優(yōu)選所述電池開始所述放電的時(shí)間點(diǎn)為注入所述電解液后的約3小時(shí)。
在優(yōu)選情況下，所述放電所消耗的容量為電池設(shè)計(jì)容量的約3%。在優(yōu)選情況下，所述放電的方式為在恒電流條件下進(jìn)行放電；在恒電阻條件下進(jìn)行放電；在恒功率條件下進(jìn)行放電；及其任意組合。所述放電采用單個(gè)步驟或多個(gè)步驟來完成。所述多個(gè)步驟之間可設(shè)置有暫停階 段。本發(fā)明通過將Li/ FeS2電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)在注入所述電解液后經(jīng)歷一定的時(shí)間 的平衡再進(jìn)行一定程度的放電，明顯降低了新制電池的初始開路電壓，從而消除了電池電 解液泄漏和電池爆炸的安全隱患；另一方面，改善了電池的內(nèi)部性能，抑制了儲(chǔ)存時(shí)電池的 內(nèi)阻的上升，消除了電池的電壓滯后，提高了電池的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和使用性。
具體實(shí)施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以 實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn) 行描述。如上所述，本發(fā)明提供了一種鋰-二硫化鐵電池的容量消耗處理方法，所述電池 包括由鋰或其合金制成的負(fù)極片、以二硫化鐵作為正極活性材料的正極片、所述負(fù)極片與 所述正極片之間的隔膜和含有雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的電解液，其特征在于，所述方法包 括使所述電池在注入所述電解液后的0. 5-12小時(shí)內(nèi)，開始放電，以消耗電池設(shè)計(jì)容量的 2. 7%-3. 3%ο發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過此法處理的電池的初始開路電壓明顯下降，可接近設(shè)計(jì)工作電 壓，即1.5V，由此在高低溫使用環(huán)境下均可獲得良好的安全性。除此之外，發(fā)明人還意外地 發(fā)現(xiàn)，該電池的電壓滯后現(xiàn)象得到明顯緩解，電池的工作電壓在初始階段及正常使用期限 內(nèi)沒有出現(xiàn)明顯降低，而且在儲(chǔ)存一段時(shí)間后也不會(huì)出現(xiàn)“沒電”的假象，由此可見其使用 性能和儲(chǔ)存性能均有明顯改善。本發(fā)明的方法產(chǎn)生上述效果的機(jī)理尚不清楚，據(jù)推測(cè)可能 與電池中形成于負(fù)極表面的固體電解質(zhì)界面膜有關(guān)。具體地說，由于作為負(fù)極的鋰金屬的 化學(xué)性質(zhì)較為活潑，其表面容易與電池中的水或其他反應(yīng)性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而在負(fù)極表 面生成界面膜。該界面膜的存在可能對(duì)電極反應(yīng)產(chǎn)生影響，例如阻礙電解液中的物質(zhì)與負(fù) 極接觸以進(jìn)行反應(yīng)等等。當(dāng)進(jìn)行如上所述的容量消耗處理時(shí)，上述界面膜有可能被破壞或 改善，從而使得電極反應(yīng)更為順利，因而可緩解上述電壓滯后現(xiàn)象，并可提高其使用性能和 儲(chǔ)存性能。以下對(duì)本發(fā)明的方法作具體說明。本發(fā)明的方法所適用的電池是使用雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(Li (CF3SO2)2N ；簡稱為 LiTFSI)系電解液的鋰-二硫化鐵電池。在現(xiàn)有技術(shù)中，在電池結(jié)構(gòu)上，此類電池通常具有 由鋰或其合金制成的負(fù)極片、以二硫化鐵作為正極活性材料的正極片、設(shè)置在所述負(fù)極片 與所述正極片之間的隔膜。上述負(fù)極片、正極片和隔膜一般按“正極片-隔膜ι-負(fù)極片-隔 膜2”的順序依次疊加，然后卷繞形成電芯，其中，居于正、負(fù)極極片之間的隔膜1和隔膜2 可采用相同或不同的絕緣材料。通常，在將此電芯裝入殼體(通常為圓柱形，但也可以是其 他形狀)后，向殼體中注入電解液，以浸漬該電芯；然后進(jìn)行封口。封口后的鋰鐵電池即為本發(fā)明的方法所適用的新電池(或稱新制電池)。作為本發(fā)明一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)例，上述電 池使用LiTFSI系電解液。該電解液可通過將作為鋰鹽的LiTFSI溶解于有機(jī)溶劑而制得。 作為該有機(jī)溶劑的實(shí)例，可使用由二氧戊環(huán)(DX)和環(huán)丁砜組成的混合溶劑，其中，DX與環(huán) 丁砜的重量比可以優(yōu)選是約(3. 5-4.5) :1 ；或者使用1，2-二甲氧基乙烷(DME)、DX和環(huán)丁 砜的組合；或者碳酸乙烯酯與DME的組合等等；其他溶劑及其組合和具體優(yōu)選比例可參考 美國專利US5，290, 414或US6，849，360等現(xiàn)有文獻(xiàn)。此外，在上述電解液體系中，還可添加 800ppm-2000ppm的嘧啶或3，5- 二甲基異噁唑(DMI)等用于提高鋰鹽的解離度的添加劑或 共溶劑。在最終的電解液中，所述LiTFSI的含量可以是10重量％-40重量％。作為一個(gè)特 別優(yōu)選的實(shí)例，所述電解液是通過將約20重量％的LiTFSI溶解于由重量比是3:1的DX與 環(huán)丁砜組成的混合溶劑而形成的電解液，其中更特別優(yōu)選包含800ppm-2000ppm的嘧啶。如上所述，如將上述電池在封口后不加處理直接使用，則在使用時(shí)存在諸多缺陷。 另一方面，發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，如果在封口后立即(例如在注入所述電解液后不到半小時(shí))進(jìn)行 放電等預(yù)處理，也無法抑制電池的內(nèi)阻在使用過程中大幅度上升。其原因目前還不清楚，據(jù) 發(fā)明人推測(cè)，可能是因?yàn)樽⑷胨鲭娊庖汉蟮亩虝r(shí)間內(nèi)電池內(nèi)部還未達(dá)到化學(xué)平衡，負(fù)極 片表面的固體電解質(zhì)界面膜還處于形成過程中，因此，如果此時(shí)加以放電處理，盡管有助于 降低初始開路電壓，但無法實(shí)質(zhì)性地阻止其在后續(xù)的儲(chǔ)存期間形成界面膜，因此此界面膜 仍然會(huì)在處理后在儲(chǔ)存期間重新形成，從而造成電池內(nèi)阻在儲(chǔ)存一段時(shí)間后大幅度上升， 不利于在其正常壽命內(nèi)一直保持穩(wěn)定的電壓。因此，優(yōu)選在電池注入所述電解液后使其經(jīng) 歷一段時(shí)間的化學(xué)平衡再進(jìn)行容量消耗處理，此時(shí)間優(yōu)選為0. 5-12小時(shí)。如果時(shí)間太長， 一方面會(huì)造成即使?fàn)奚a(chǎn)效率也無法取得更好的效果，另一方面則有可能使所形成的界 面膜在作容量消耗處理之前趨于穩(wěn)固，使得此時(shí)間段之后的容量消耗處理無法在短時(shí)間內(nèi) 以較小的容量損失來破壞上述的界面膜，從而導(dǎo)致不經(jīng)濟(jì)。更優(yōu)選的情況下，上述時(shí)間段為 1-5小時(shí)，特別優(yōu)選是3小時(shí)左右，因?yàn)樵诖藭r(shí)間點(diǎn)對(duì)此類電池進(jìn)行放電既可以盡可能地節(jié) 省整個(gè)制造工藝的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，又可以取得特別優(yōu)異的技術(shù)效果，即，顯著降低初 始開路電壓，明顯抑制電池內(nèi)阻在儲(chǔ)存期間不斷上升，緩解電壓滯后現(xiàn)象，從而顯著提高電 池的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和使用性。需要指出的是，本發(fā)明中所述的上述時(shí)間段并非僅指使電池靜止不動(dòng)而不施加任 何處理的狀態(tài)，而是指在注入所述電解液后，不對(duì)電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)施加任何實(shí)質(zhì)性影響的 狀態(tài)。舉例來說，在注入所述電解液后，為了進(jìn)行容量消耗處理，一般還需要對(duì)其進(jìn)行焊接 和封口(當(dāng)然，在條件允許的情況下，也可以在不封口的情況下進(jìn)行所述容量消耗處理)，并 對(duì)外殼表面進(jìn)行清洗，晾干、然后在預(yù)定時(shí)間段之內(nèi)進(jìn)行放電；或者，在封口后，可在上述時(shí) 間段之內(nèi)將其傳送到設(shè)置放電設(shè)備的工位再進(jìn)行放電，只要確保放電的起始時(shí)間仍在自注 液完畢起計(jì)算的上述時(shí)間段之內(nèi)即可。無論如何，如上所述，只要在“放電之前，注入電解 液之后”的時(shí)間(又稱為“平衡時(shí)間”)在0. 5-12小時(shí)之內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)上述效果。換言之，為 了便于進(jìn)行放電，或節(jié)省工藝時(shí)間，可將一些常規(guī)的不太劇烈的工序(例如封口、清洗等等) 放在注液后的上述時(shí)間段內(nèi)開展，待臨近放電時(shí)間點(diǎn)時(shí)，進(jìn)行所述放電。另一方面，在優(yōu)選 的情況下，應(yīng)盡可能使電池在注入電解液后且在放電之前處在便于其內(nèi)部達(dá)到化學(xué)平衡和 便于放電的狀態(tài)，例如封口、靜置(靜止不動(dòng)地放置)、不實(shí)質(zhì)性地改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的溫和清 洗、干燥、平緩的傳送或運(yùn)輸?shù)鹊?，以盡可能地促進(jìn)以放電來抑制其在后續(xù)儲(chǔ)存期間內(nèi)阻上升的效果。上述“平衡”的具體表現(xiàn)形式是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到的，因此不受特別限制。為了既可以達(dá)到取得上述技術(shù)效果的目的，又可以避免消耗過多的電池容量，減 少電池性能的損失，或不至于增加過多的成本，所述放電所消耗的容量應(yīng)為電池設(shè)計(jì)容量 的2. 7%-3. 3%，優(yōu)選為3%左右。由于此類電池的設(shè)計(jì)容量主要取決于所用的負(fù)極重量，因此 可用電池中的負(fù)極的使用量來計(jì)算其設(shè)計(jì)容量，也即
設(shè)計(jì)容量=金屬鋰的用量(g) X金屬鋰的電化當(dāng)量(3861 mAh/g) 根據(jù)上述公式計(jì)算得到的設(shè)計(jì)容量，即可在2. 7%-3. 3%的范圍內(nèi)確定需要消耗的容 量，繼而根據(jù)所選定的放電模式(方式)來確定放電的時(shí)間和/或次數(shù)。所述放電的方式不受特別限制，可以包括恒電流條件下進(jìn)行放電；在恒電阻條 件下進(jìn)行放電；在恒功率條件下進(jìn)行放電；及其任意組合。如上所述，只要該放電所消耗的 容量在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述效果，因此其放電方式不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明 保護(hù)范圍的限制。但基于對(duì)生產(chǎn)成本及設(shè)備操作等方面的考慮，本發(fā)明優(yōu)選恒電流放電方 式，具體地說，在控制電流恒定的條件下進(jìn)行放電，放電電流與放電時(shí)間的乘積即為所消耗 的容量。一般情況下，隨著放電時(shí)間的延長，電池電壓會(huì)下降，同時(shí)電流也會(huì)減小，因此，當(dāng) 決定采用上述恒電流放電模式時(shí)，可通過恒流放電裝置來控制放電電流保持恒定，這樣可 以使得，在放電過程中，當(dāng)電池電壓發(fā)生變化時(shí)，其放電電流保持恒定不變。所述恒流放電 裝置可以使用任何可控制電流恒定的裝置，其不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。由于此類放電裝置成 本較低，操作簡單，因此是優(yōu)選使用的。當(dāng)然，在條件允許的情況下，也可以采用例如恒功率 放電等較為繁瑣的其他放電方式。所述放電可以采用單個(gè)步驟直接完成，也可以分成多個(gè)步驟來完成。當(dāng)采用多 個(gè)步驟時(shí)，所述多個(gè)步驟之間還可以設(shè)置暫停階段。例如，作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)例，可以使用 1200mA的電流恒流放電6分鐘；對(duì)于所要消耗的相同容量，也可以首先采用恒電流1200mA 放電3分鐘，然后允許電池暫停一段時(shí)間，再使用恒電流1200mA放電3分鐘，從而達(dá)到消耗 同等容量的目的。所述暫停階段的時(shí)間不受特別限制，可以是5小時(shí)、12小時(shí)等等。當(dāng)然， 在不同的階段放電時(shí)間可以不同，也可以使用不同的消耗電流來達(dá)到所需的消耗容量。無 論如何，具體的放電方式不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限制，因?yàn)橹灰牡娜萘窟_(dá)到電池 設(shè)計(jì)容量的2. 7%-3. 3%，都可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)效果。然而，為了提高生產(chǎn)效率，所述放電 的結(jié)束時(shí)間優(yōu)選在注液后的48小時(shí)以內(nèi)，更優(yōu)選在M小時(shí)以內(nèi)或更短的時(shí)間。適用于本發(fā)明的方法的電池可具有普通的電池結(jié)構(gòu)，S卩，以1 為正極活性材料、以金屬鋰或其合金為負(fù)極并以上述LiTFSI系有機(jī)電解液為電解液。在制作正極片時(shí)，可將1 粉末與導(dǎo)電劑(如石墨、乙炔黑等)混合均勻，與粘結(jié) 劑(如PTFE (聚四氟乙烯)、PVDF (聚偏氟乙烯)、SEBS (苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段 共聚物)等)、溶劑一起攪拌以制成正極漿料，再將正極漿料均勻涂覆在導(dǎo)電基材(如金屬箔 帶、金屬網(wǎng)等)上，經(jīng)烘干去除溶劑后，再將其輥壓到一定厚度，分切成制作電池所需要的尺 寸，得到正極片，干燥去除水分后待用。作為本發(fā)明的電池的正極活性材料^^2，其既可取自天然黃鐵礦、白鐵礦，亦可通 過電沉積方法、水熱法等合成方法人工合成，還可通過各種改性的方法獲得改性i^eS2。換言 之，其具體獲得方法及其雜質(zhì)含量不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。當(dāng)然，也可以加入其他正極活性材 料，一同組成適用于本發(fā)明的一次電池的正極活性材料。
上述正極活性材料1 的粒度可以采用作為電池活性材料的普通1 常用的粒 度范圍，而不受限制。上述正極活性材料1 的晶體結(jié)構(gòu)可以為立方體型、五角十二面體型、八面體型 或其他晶型，也可以為上述各種晶型的混合物。總之，1 的晶體結(jié)構(gòu)不受特別限制。作為本發(fā)明的電池的負(fù)極片的材料，可選用由金屬Li或其合金構(gòu)成的箔帶。該電池的電解液應(yīng)采用上述的LiTFSI系電解液，其組成實(shí)例在此不再贅述。作為本發(fā)明的電池的隔膜，可以為微多孔膜，一般為PE (聚乙烯)、PP(聚丙烯)或 其組合，典型地，可以直接使用Celgard公司的隔膜，如型號(hào)為Celgard2400、Celgard2500 等的隔膜。在制作電池時(shí)，可將上述正極片、負(fù)極片及隔膜按“正極片-隔膜1-負(fù)極片-隔 膜2”的順序依次疊加并卷繞成電芯，將電芯放入電池殼體后加入所述電解液，封口后作為 適用于本發(fā)明方法的電池。本發(fā)明的電池還可以采用其他公知的制備方法制成，其制備方法不構(gòu)成 對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制。
實(shí)施例以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。需要注意的是，這些實(shí)施例不構(gòu)成對(duì) 本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。制備例
本發(fā)明實(shí)施例所用電池均為AA型電池，其制備方法如下
取1 粉末(采自廣東云浮的天然黃鐵礦)作為正極活性材料，將該材料與導(dǎo)電劑(石 墨和乙炔黑)混合，制成正極粉料。使用有機(jī)溶劑將粘結(jié)劑制成粘結(jié)膠，其中，粘結(jié)劑為苯乙 烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS，商品名為Kraton G1651 )，有機(jī)溶劑為Shell公 司生產(chǎn)的Siell AlOO (芳香烴類溶劑)和SieIl OMS (異鏈烷烴)的混合物，其混合比例為 4:6 (重量比)。將上述正極粉料與粘結(jié)膠按2:1的重量比混合后進(jìn)行攪拌以制成漿料。在最終制 得的正極漿料的干物質(zhì)中，各組分的重量比例為
FeS2: 91重量％ ；石墨6重量％ ；乙炔黑1重量％ ；SEBS 2重量％。將該漿料涂覆在作為正極導(dǎo)電基材的鋁箔上，然后對(duì)涂覆后的基材進(jìn)行烘干、輥 壓、分切處理，得到正極片，其長度為285mm，寬度為41mm，厚度為0. 2mm。使用金屬鋰作為 負(fù)極片，其長度為310mm，寬度為39mm，厚度為0. 16mm ；然后，分別將正、負(fù)極極耳的一端 連接到正極片和負(fù)極片上形成正極結(jié)構(gòu)和負(fù)極結(jié)構(gòu)；接著，將正極結(jié)構(gòu)、負(fù)極結(jié)構(gòu)和隔膜 (Celgard 2400)疊加并卷繞在一起形成電池芯；最后，將電池芯放入電池殼體中，注入電解 液，封口。其中，電解液為將20重量％的LiTFSI (雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰)溶解于1，3- 二 氧戊環(huán)和環(huán)丁砜的混合溶劑(重量比為4 1)中而形成的有機(jī)電解液。以上制得的電池中，正極容量大于負(fù)極容量，所以，電池設(shè)計(jì)容量由負(fù)極決定。由 此根據(jù)負(fù)極的使用量計(jì)算出理論的電池設(shè)計(jì)容量，方法如下
設(shè)計(jì)容量=金屬鋰的用量(g) X金屬鋰的電化當(dāng)量(3861mAh/g)
金屬鋰的用量=31cmX3. 9cmX0. 016cmX0. 534g/cm3 (金屬鋰的密度)=1. 03g設(shè)計(jì)容量=1. 03gX3861 mAh/g=3977mAh 實(shí)施例1 (開路電壓測(cè)試試驗(yàn))
取上述制備例得到的電池20只，分成兩組，每組10只，將其中一組作為對(duì)照組，不進(jìn)行 任何處理，使用電池內(nèi)阻測(cè)試儀(廣州擎天實(shí)業(yè)有限公司，型號(hào)為BS-VR3)直接測(cè)定其開路 電壓。將另外一組作為處理組，進(jìn)行容量消耗處理，處理方式為在電池注液后3小時(shí)，使用 1200mA的電流恒流放電6分鐘，即消耗的容量為電池設(shè)計(jì)容量的3. 02%，然后采用與對(duì)照組 相同的方法測(cè)定其開路電壓。將上述兩組電池于恒溫21°C的條件下放置20天，并分別于第 1、2、3、5、10、20天測(cè)定其開路電壓，結(jié)果(平均數(shù)值)見表1。
表1對(duì)照組和處理組電池的開路電壓測(cè)試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種鋰-二硫化鐵電池的容量消耗處理方法，所述電池包括由鋰或其合金制成的 負(fù)極片、以二硫化鐵作為正極活性材料的正極片、所述負(fù)極片與所述正極片之間的隔膜和 含有雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的電解液，其特征在于，所述方法包括使所述電池在注入所述 電解液后的0. 5-12小時(shí)內(nèi)，開始放電，以消耗所述電池的設(shè)計(jì)容量的2. 7%-3. 3%。
2.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，使所述電池在注入所述電解液后的1-5小時(shí) 內(nèi)，開始所述放電。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述電池開始所述放電的時(shí)間點(diǎn)為注入所 述電解液后的3小時(shí)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述放電的方式為在恒電流條件下進(jìn)行放 電；在恒電阻條件下進(jìn)行放電；在恒功率條件下進(jìn)行放電；及其任意組合。
5.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述放電采用單個(gè)步驟或多個(gè)步驟來完成。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述多個(gè)步驟之間設(shè)置有暫停階段。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述放電為在恒電流條件下進(jìn)行單步驟放電。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述電解液為通過將雙三氟甲烷磺酰亞胺 鋰溶解于有機(jī)溶劑而形成的電解液，所述有機(jī)溶劑為由二氧戊環(huán)和環(huán)丁砜組成的有機(jī)溶 劑。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述放電的結(jié)束時(shí)間是在注入所述電解液 后的48小時(shí)以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰-二硫化鐵電池的容量消耗處理方法，所述電池包括由鋰或其合金制成的負(fù)極片、以二硫化鐵作為正極活性材料的正極片、所述負(fù)極片與所述正極片之間的隔膜和含有雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰的電解液，其特征在于，所述方法包括使所述電池在注入所述電解液后的0.5-12小時(shí)內(nèi)，開始放電，以消耗所述電池的設(shè)計(jì)容量的2.7%-3.3%。通過對(duì)新制電池進(jìn)行容量消耗處理，可降低新制電池的初始電壓，從而消除電池電解液泄漏和電池爆炸的安全隱患；還可降低電池內(nèi)阻，消除電壓滯后現(xiàn)象，從而提高電池的儲(chǔ)存穩(wěn)定性和儲(chǔ)存壽命。
文檔編號(hào)H01M10/058GK102110856SQ20111003124
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者常海濤, 張清順, 林建興, 趙洋 申請(qǐng)人:福建南平南孚電池有限公司