一種一步法制備用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鋰一次電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液，具體 涉及一種一步法制備用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰一次電池按開路電壓分為高壓和低壓兩類電池，開路電壓多3. 0V為高壓鋰一 次電池，如鋰-亞硫酰氯（Li/S0Cl2)電池、鋰-二氧化錳（Li/Mn02)電池和鋰-氟化碳鋰 (Li/CF X)電池；開路電壓<3. 0V為低壓鋰一次電池，如鋰-二硫化亞鐵（Li/FeS2)電池。
[0003] 由于Li/FeS#池為低壓鋰一次電池，其工作電壓平臺(tái)為1. 5V，因此與相同尺寸 的堿錳（Zn/Mn02)電池、鎳氫電池、碳性電池或鋅銀電池具有互換性。但Li/FeS 2i池具有 更多優(yōu)異的性能：Li/FeS2i池具有更高的質(zhì)量比能量，AA型Li/FeS 2電池的質(zhì)量比能量 達(dá)310W. h/kg，而相同尺寸的堿錳（Zn/Mn02)電池、鎳氫電池、碳性電池或鋅銀電池的質(zhì)量 比能量?jī)H為55~154W. h/kg ;Li/FeS#池的低溫性能較普通Zn/MnO 2電池更優(yōu)，Zn/MnO 2 電池因采用水系電解液致使合適的使用場(chǎng)合為〇°C以上，而Li/FeS2i池采用有機(jī)電解液， 在_40°C的條件下依然可以正常工作。因此，Li/FeS 2i池更具有市場(chǎng)前景。
[0004] 由于Li/FeS2電池負(fù)極為鋰或鋰合金，水份會(huì)破壞負(fù)極表面的SEI膜（全稱：固體 電解質(zhì)界面膜），影響電池的電性能和儲(chǔ)存壽命，故需嚴(yán)格控制各部分的水份。其中，電解液 中的水份較難控制，如電解液的溶劑乙二醇二甲醚（DME)、1，3-二氧戊環(huán)（D0L)可以通過分 子篩除水將水份控制在不超過lOppm，但電解液中的鹽（主要為無水碘化鋰）的水份卻較難 除去。
[0005]目前，制備無水碘化鋰（Lil) 一般分為兩步：第一步合成含結(jié)晶水的碘化鋰（Lil. xH20,其中x的值為0. 2~3)，第二步除去Lil. xH20的結(jié)晶水。公布號(hào)為CN103137981A的 中國(guó)發(fā)明專利首先以單質(zhì)碘、鐵粉、氫氧化鋰為原料，制備了含結(jié)晶水的碘化鋰固體，然后 將含結(jié)晶水的碘化鋰固體溶于有機(jī)溶劑，再在催化還原電極和金屬鋰電極作用下進(jìn)行電化 學(xué)電解，電解結(jié)束后過濾，濾液除去有機(jī)溶劑得到無水碘化鋰。公開號(hào)為CN101565192A的 中國(guó)發(fā)明專利中提到將碘化鋰溶液脫水至含有〇. 5~1個(gè)結(jié)晶水的碘化鋰粉末，然后再經(jīng) 真空加熱脫水處理，即得到無水碘化鋰。
[0006] 而由于Lil. xH20在高溫條件下極易發(fā)生水解、氧化等反應(yīng)生成氫氧化鋰、碘單質(zhì)、 氫碘酸等雜質(zhì)，使得用兩步法（第一步制備Lil. xH20,第二步除結(jié)晶水）制備的無水碘化鋰 產(chǎn)品存在純度低、收率低，加之制備的無水Lil還含有微量水等缺點(diǎn)。無水Lil純度低和水 份高的缺點(diǎn)直接影響Li/FeS 2電池的電性能，更嚴(yán)重會(huì)造成制作的電池報(bào)廢；而無水Lil的 收率低導(dǎo)致配制的電解液成本更高。
[0007]目前，Li/FeS2電池電解液的配制方法分為兩步：第一步，將無水溶劑按比例混合 均勻；第二步，將一定量制備或購(gòu)買的無水碘化鋰加入溶劑中混合均勻，即得1^作以 2電池 電解液。該配制方法存在的問題為：一是制備或購(gòu)買無水碘化鋰價(jià)格昂貴；二是該方法分 為二步導(dǎo)致配制過程易引入水分或新的雜質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種一步法制備用于 鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法，該方法采用一步法合成電解液，整個(gè)過程不引進(jìn)水 分，成本較低，所制成的鋰_二硫化亞鐵電池性能良好。
[0009] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0010] 一種一步法制備用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法，包括如下步驟：在惰 性氣氛中，在0~5°c下，將碘單質(zhì)加入有機(jī)溶劑中攪拌均勻，然后加入氫化鋁鋰或氫化鋰 攪拌反應(yīng)1~2h，再升溫至40~60°C攪拌反應(yīng)2~3h，離心、過濾即得到用于鋰-二硫化 亞鐵電池的電解液。
[0011] 在上述制備方法中，所進(jìn)行的反應(yīng)的方程式為：
[0012] 212+1^\1114= L J+2H2 個(gè) +A1I 3 I，
[0013]或：I2+2LiH = 2LiI+H2 個(gè)。
[0014] 為了使反應(yīng)方程式向著生成碘化鋰（Lil)的方向進(jìn)行，氫化鋁鋰或氫化鋰采用過 量投加的方式。
[0015] 優(yōu)選的，所述碘單質(zhì)與氫化鋁鋰的摩爾比為2: (1~4);
[0016] 更優(yōu)選的，所述碘單質(zhì)與氫化鋁鋰的摩爾比為1:1。
[0017] 優(yōu)選的，所述碘單質(zhì)與氫化鋰的摩爾比為1: (2~8);
[0018] 更優(yōu)選的，所述碘單質(zhì)與氫化鋰的摩爾比為1:4。
[0019] 所述惰性氣氛的惰性氣體為氮?dú)饣驓鍤庵械囊环N；
[0020] 為使制備過程中不引入雜質(zhì)及水分，所述惰性氣氛的氣體純度為多99. 99% ;所述 惰性氣氛的水分含量< lOppm，氧氣含量< 0? 5ppm。
[0021] 為盡量減少所制備的電解液中的水分，所述有機(jī)溶劑在使用前進(jìn)行脫水處理。
[0022] 優(yōu)選的，經(jīng)脫水處理后的有機(jī)溶劑的水含量< lOppm ;優(yōu)選采用分子篩對(duì)所述有 機(jī)溶劑進(jìn)行脫水處理。
[0023] 優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為乙二醇二甲醚和1，3_二氧戊環(huán)的混合溶劑；更優(yōu)選的， 所述有機(jī)溶劑為由25~45wt %的乙二醇二甲醚與55~75wt %的1，3-二氧戊環(huán)組成的混 合溶劑。
[0024] 本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：
[0025] 1、本發(fā)明采用一步法合成用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液，減少工藝流程，避 免了新雜質(zhì)的引入，節(jié)約成產(chǎn)成本。
[0026] 2、本發(fā)明整個(gè)過程不引進(jìn)水分，合成的碘化鋰不含結(jié)晶水，避免了除碘化鋰中結(jié) 晶水的復(fù)雜工藝，降低了生產(chǎn)成本，測(cè)試結(jié)果表明所制備的電解液制成鋰-二硫化亞鐵電 池性能良好。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0028] 實(shí)施例1
[0029] -種一步法制備用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法，包括如下步驟：
[0030] 在純度彡99. 99%的氮?dú)鉃槎栊詺怏w、氧含量為0. 5ppm、水分含量1. 5ppm氛圍的 手套箱中，在〇°C條件下，將0. 5mol無水碘單質(zhì)加入1L的乙二醇二甲醚與1，3-二氧戊環(huán)的 混合溶液中攪拌均勻；然后緩慢加入〇. 5mol氫化鋁鋰攪拌反應(yīng)lh，再升溫至40°C攪拌反應(yīng) 2h，離心、過濾即得所述用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液；
[0031] 其中，所述混合溶液中乙二醇二甲醚占25wt%，l，3_二氧戊環(huán)占75wt%，混合溶 液使用前均經(jīng)分子篩脫水至水含量< lOppm。
[0032] 對(duì)所制得的電解液進(jìn)行測(cè)試，其水含量為25. 8ppm，25±2°C的電導(dǎo)率為2. 59ms/ cm〇
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 一種一步法制備用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法，其方法和步驟與實(shí)施 例1的基本相同，區(qū)別在于將0. 5mol的氫化鋁鋰換為2mol的氫化鋰。
[0035] 對(duì)所制得的電解液進(jìn)行測(cè)試，其水含量為22. 8ppm，25±2°C的電導(dǎo)率為2. 25ms/ cm〇
[0036] 實(shí)施例3
[0037] -種一步法制備用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法，包括如下步驟：
[0038] 在純度彡99. 99%的氮?dú)鉃槎栊詺怏w、氧含量為0. 5ppm、水分含量1. 5ppm氛圍的 手套箱中，在〇°C條件下，將lmol無水碘單質(zhì)加入1L的乙二醇二甲醚與1，3-二氧戊環(huán)的混 合溶液中攪拌均勻；然后緩慢加入lmol氫化鋁鋰攪拌反應(yīng)1小時(shí)，再升溫至40°C攪拌反應(yīng) 2h，離心、過濾即得所述用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液；
[0039] 其中，所述混合溶液中乙二醇二甲醚占25wt%，l，3_二氧戊環(huán)占75wt%，混合溶 液使用前均經(jīng)分子篩脫水至水含量<lOppm。
[0040] 對(duì)所制得的電解液進(jìn)行測(cè)試，其水含量為17. 8ppm，25 ±2 °C的電導(dǎo)率為8. 5ms/ cm〇
[0041] 實(shí)施例4
[0042] 一種一步法制備用于鋰-二硫化亞鐵電池的電解液的方法，其方法和步驟與實(shí)施 例3的基本相同，區(qū)別在于將lmol的氫化鋁鋰換為4mol的氫化鋰；對(duì)所制得的電解液進(jìn)行 測(cè)試，其水含量為15. 8pp