专利名称：具有改进的分隔体和电解质组合的电化学电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学电池。更具体地讲，本发明涉及一种具有改进的分隔体和电解质组合的电化学电池以及电池设计。
背景技术：
高能电池组系统的开发要求具有期望的电化学特性的电解质具有与高反应性、高能量密度的阳极材料和阴极材料例如锂、钠、FeS2等的相容性。尽管相对来讲易于计算出理论能量，即潜在地得自所选择的阳极-阴极电偶的电能，但需要选择用于此类电偶的电解质，所述电解质允许由装配的电池组产生的实际能量接近理论能量。通常遇到的问题是，实际上不可能事先预测电解质将会在多大程度上(如果有的话)将与所选择的电偶共同起作用。虽然必须将电池考虑为具有三个部分即阴极、阳极和电解质的单元，但应当了解，不可能预测一个电池的这些部分是否可与另一个电池的部分互换而产生有效且可工作的电池。已认识到的是，与电解质结合的分隔体可在电池的性能特征方面起到重要作用。许多电化学系统在它们刚被制造出来的时候可在各种环境中发挥作用。然而，当电池系统在高温下被长时间地贮藏时，它们的阻抗特征可能发生改变而使得电化学系统不适用于某些消费应用。电池的一种具体的高速率应用为其在照相机中的应用。虽然电池可在正常条件下发挥作用，但许多电池在高消耗速率下可表现出高电压降，例如在闪光照相机中就是如此。需要提供一种用于电化学电池的电解质溶液和分隔体组合以及电池设计以提供较低的总体电池阻抗，从而基本上增强电池性能。
发明内容
本发明的一个方面的特征在于一种电化学电池。所述电化学电池包括阳极、阴极、阳极和阴极之间的分隔体、和电解质。阴极包含二硫化铁。电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。分隔体与电解质组合具有小于2Q-cm2的面积比电阻。该电化学电池具有小于约I. I的界面阳极与阴极比率。在一些具体实施中，分隔体可具有介于约0. 005至约5微米之间的孔径。分隔体可具有小于约2. 5的曲折度。分隔体可具有介于约30%和约70%之间的孔隙率。电解质可包括多种溶解于有机溶剂中的盐。有机溶剂可包括醚基溶剂。有机溶剂可为环状醚基溶剂和无环醚基溶剂的混合物。环状醚基溶剂可为二氧戊环。无环醚基溶剂与二氧戊环的重量比可为1:99至45:55。无环醚基溶剂与二氧戊环的重量比还可为10:90至40:60。无环醚基溶剂可选自由下列组成的组二甲氧基乙烷、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基丙烷和三甘醇二甲醚。无环醚基溶剂可为1，2-二甲氧基乙烷。至少一种共溶剂可被包括在电解质溶剂中。基于电解质溶液中的溶剂重量，共溶剂可按小于25重量％的量存在。共溶剂可选自由下列组成的组3，5- 二甲基异晴卩生、3-甲基-2- 1 唑烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯和环丁砜。阳极可包含锂。分隔体可被电解质润湿。分隔体可具有约8至约30微米的厚度。该电化学电池可具有介于约O. 80和约O. 90之间以及约I. O和约I. 05之间的阳
极与阴极比率。
虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本发明的权利要求书，但是据信通过下面的描述并结合附图可以更好地理解本发明。图I是圆柱形Li/FeS2电池的绘画视图。
具体实施方式
参见图1，一次电化学电池10包括与负极引线14电接触的含锂阳极12、与正极引线18电接触的含二硫化铁的阴极16、分隔体20、以及电解质。可将阳极12和阴极16、以及位于它们之间的分隔体20卷成通常称为凝胶卷的组件。阳极12、阴极16、分隔体20和电解质被包含在外壳22内。电化学电池10还包括顶盖24和环形的绝缘垫圈26。电池10可包括安全阀28。阴极16优选地包含二硫化铁、导电性碳粒和粘合剂的共混物。电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。盐可包括一种盐或可包括多种盐。有机溶剂可包括醚基溶剂。有机溶剂可包括醚基溶剂的混合物。有机溶剂可包括环状醚基溶剂和无环醚基溶剂的混合物。环状醚基溶剂可包括二氧戊环。如本文所用，术语二氧戊环是指1，3-二氧杂环戊烷(DI0X)、烷基取代的二氧戊环或它们的混合物。烷基取代的二氧戊环的实例为4-甲基-1，3- 二氧杂环戊烷或2，2- 二甲基-1，3- 二氧杂环戊烷。用于本发明的优选的二氧戊环为1，3-二氧杂环戊烷。适用于本发明的典型的无环醚基溶剂为二甲氧基乙烷、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基丙烷和三甘醇二甲醚。有机溶剂可包括有机碳酸盐。有机溶剂可包括有机碳酸盐的混合物。有机碳酸盐的实例包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DC)、乙基碳酸二甲酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)。就某些应用而言，可使用至少一种任选的共溶剂，例如3，5-二甲基异嘯唑(DMI )、3-甲基-2- _唑烷酮(3Me20x)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯(BC)、四氢呋喃(THF)、碳酸二乙酯(DEC)、亚硫酸乙二醇(EGS)、二氧杂环己烷、亚硫酸二甲酯(DMS)、伽玛丁内酯(GBL)等。用于本发明的优选的共溶剂为3，5-二甲基异I恶唑、3-甲基-2-曝唑烷酮和碳酸亚丙酯。就大多数应用而言，基于电解质的溶剂总重量，任选的共溶剂的加入应当被限制在25重量％或更少，优选地小于20重量％。无环醚基溶剂与二氧戊环的优选的重量比为1:99至45:55，更优选10:90至40:60,并且最优选的重量比之一为约29:71。最优选的电解质为29. O重量％的DME、70. 8重量％的DI0X、0. 2重量％的DMI和O. I重量％的LiTFS，连同每升溶液I. O摩尔的Lil。已发现除了电解质以外，低电阻分隔体也允许具有最佳的高速率电池性能。一种期望的用于高速率锂电池的分隔体材料包括微孔的挤出或浇铸薄膜(膜)。分隔体可具有约8至30微米(μ m)的厚度。所述微孔膜分隔体可具有在约O. 005至约5微米且优选地约O. 005至约O. 3微米范围内的孔径；在约30至约70%,优选地约35至约65%范围内的孔隙率；与电解质组合测量的小于2Q-cm2的面积比电阻；和小于约2. 5的曲折度。分隔体的孔径可在如下最小值以上，所述最小值使得溶剂化离子能够无阻碍地迁移。溶剂化锂离子可为大约10埃或O. 001微米。由于有机电解质系统通常可能形成离子对，并且通常可能有至少一个单层的电解质溶剂衬垫在分隔体的孔壁上，因此O. 005微米的最小孔径使得离子能够无阻碍地穿过孔。然而，当孔径增加时，无孔面积也需要增加以便提供机械强度。增加这些无孔面积的结果可能会阻塞分隔体的主要部分，从而阻碍离子迁移。因此，相对于一些极大的孔来讲，大量中等尺寸的孔可为优选的。评判该效应的另一种方法是，孔之间的距离可与孔径同样重要。通常，在亚微米尺寸的分隔体中，孔之间的距离应当也小于一微米。此外，分隔体的功能还在于形成一种物理屏障以阻止电极粒子穿过分隔体，电极粒子穿过分隔体可能导致阳极和阴极之间发生电短路。此类粒子可小至几个微米，因此也限制了上述期望的孔径。因此，孔径可优选地在亚微米的范围内，或这些孔应当足够地曲折以提供物理屏障，从而阻止电极粒子穿过分隔体。
用于测定多孔材料的孔径的方法为液体排量和气流测量法。这些测量法可使用商业仪器例如Coulter II气孔计来实施。Coulter II气孔计测定的是克服润湿孔内的液体的表面张力所需的压力。孔越小，则所需的压力就越大。通过比较润湿膜与干燥膜的压力特征图，可测定孔径分布。孔径表示平均孔流直径，即，所述流的一半穿过大于该值的孔并且一半流过小于该直径的孔。通常可利用35%的最小孔隙率来提供中等离子传输。大于70%的孔隙率通常可导致拉伸强度不足以用于加工成电化学电池并且需要厚于期望的分隔体。优选的分隔体孔隙率可介于约35%和约65%之间。面积比电阻为实测的分隔体和电解质组合的特性，所述特性受到其它特性例如孔径、孔的数目、孔隙率、曲折度和可润湿性的影响。面积比电阻值可为最佳参数，所述最佳参数可关联于电化学电池的速率能力。在具有有机电解质和固体阴极的锂电池的情形中，已发现对应于高速率性能的最优选的面积比电阻值应当小于2Q-cm2。2Q-cm2以上的分隔体与电解质面积比电阻会妨碍电池的速率性能。按其最简单的定义来讲，曲折度为实际孔长度(即离子穿过分隔体所必须行进的路程)与分隔体厚度的比率。然而，该定义假定通过某个孔的质量传输仅受距离的影响并且不考虑对质量传输的其它妨碍因素。此类妨碍因素包括孔瓶颈或孔约束部、非互连孔或闭端、受抑制的离子流(当离子在导槽弯曲处碰撞孔侧壁时)。由于没有模型可精确地描述分隔体的曲折度并且由于每个分隔体的曲折度均不相同，因此对分隔体曲折度的最佳指示是从实测的电解质中的电阻值估算得到的曲折度。最常见的测定分隔体的有效曲折度的方法是基于分隔体孔隙率以及分隔体的比电导率与电解质的比电导率的比率。因此，
R·分隔体 = 曲折度2
R溶液孔隙率其中R分隔体为以Ω-cm2计的分隔体的面积比电阻，Rj 为以Ω-cm2计的电解质的面积比电阻，并且孔隙率以体积分数计。虽然该公式假定了所有孔均具有相同的曲折度，但其对于定义本发明的分隔体来讲是精确的。已发现最佳高速率分隔体表现出小于2. 5且优选小于2. O的曲折度。对商业性分隔体的研究表明，高曲折度可能不是在如此高的程度上为实际曲折路径的结果，而是孔阻塞区域的结果。即，许多分隔体显示出具有高孔隙率和低孔隙率的分层区域。如果低孔隙率的区域限制离子传输，则结果是较高的曲折度值所反映出的较高的电阻值。F. L. Tye 在 Journal of Power Sources 第 9 卷(1983),第 89-100 页中描述了关于具有变化曲折度的孔对总体分隔体电导率的贡献的理论计算。基于该处理，如果分隔体以I. 5的曲折度包含其孔中的50%，并且以4的曲折度包含其孔中的50%，则电导率的88%为I. 5的曲折度的孔的结果。对孔结构和分隔体电导率的这种理论处理支持对实测分隔体电阻的观察。然而实际上，实测的电阻和估算的曲折度不提供任何洞察力以了解是否所有的孔均具有相等的曲折度或是否仅电流的一小部分通过几个低曲折度的孔而被承载。基于孔曲折度的分布，可预期不同的电池性能。 也可使用另一种类别的由微纤维制成的分隔体，例如通过熔喷非织造薄膜技术制成的分隔体。此类薄膜通常具有若干微米直径的孔，但显示出较少的曲折路径。优选地该分隔体包括可润湿的或被电解质润湿的材料。据说材料在如下情况下被液体润湿当液体和表面之间的接触角小于90°时或当液体将趋于自发地表面上铺开时；这两种情况通常是共存的。用于阳极12的材料可包括铝(Al)、锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、镁(Mg)和它们的合金以及金属夹层的碳或石墨材料例如锂碳。在这些金属中，锂是优选的，因为它除了是一种可容易地成形为凝胶卷结构并用于电池组合件的可延展的软金属以外，它还在这组适合的阳极金属中具有最高的能量与重量比率。用于阴极14的材料可包括用式(CFx)n表示的氟化碳(其中X在约O. 5和约I. 2之间变化)和用式(C2F) n表示的氟化碳，其中在这两种阴极中，η是指单体单元的数目，其可在广泛的范围内变化；硫化铜(CuS);氧化铜(CuO) ;二氧化铅(PbO2);硫化铁(FeS，FeS2)；氯化铜(CuCl2);氯化银(AgCl);氧化银(AgO，Ag2O);硫0 ;三氧化秘(Bi2O3);氧化铜秘(CuBi2O4);氧化钴；五氧化^L(V2O5);三氧化鹤(WO3);三氧化钥(MoO3) ;二硫化钥(MoS2) ;二硫化物钛(TiS2);过渡金属多硫化物；锂氧金属氧化物和硫化物，例如锂钴和/或氧化镍、锂氧锰氧化物、LixTiS2' LixFeS2' Li4Ti5O12' LiFePO4' LiFeNbPO4 以及它们的混合物。包括阳极12和阴极16以及它们之间的分隔体20的凝胶卷结构组合件可通过螺旋地卷绕平坦电极与分隔体材料来制备。阳极12可由作为阳极活性材料的锂金属的实心片制备，例如锂金属或锂合金例如锂-铝合金的连续片。阴极16可包含阴极活性材料例如涂覆到金属基底例如包括铝或不锈钢的片、网格或筛网上的二硫化铁(FeS2)。分隔体20包含电解质可渗透的材料，例如微孔聚丙烯或聚乙烯。为了制造凝胶卷结构组合件，可在阳极12的每侧上插入分隔体20。可将第一(顶部)分隔体膜片指定为外分隔体膜片并且可将第二片指定为内分隔体膜片。然后可将阴极16紧贴在内分隔体膜片上以形成平坦电极组合件。阳极和阴极可按任何排列对齐，但一般按电极中的较小表面积对齐，以便其总表面积具有相对电极并且在它们之间具有分隔体。可螺旋地卷绕平坦电极组合件以形成电极螺旋组合件或凝胶卷结构组合件。可使用芯轴夹牢平坦电极组合件的延伸的分隔体边缘并随后螺旋地卷绕平坦电极组合件来实现卷绕以形成卷绕电极组合件。所述卷绕可顺时针进行或逆时针进行，这取决于设计期望的凝胶卷结构的最外半径处的电极，例如一般称作阳极外包裹物设计的所述凝胶结构的最外半径处的阳极或一般称作阴极外包裹物设计的所述凝胶结构的最外半径处的阴极。成品凝胶卷结构可具有朝其最外半径定位的阳极或阴极。
阳极和阴极各自具有总理论容量，所述总理论容量起因于电化学活性材料，即电极结构内的可贡献于装配的电池组的电化学容量的材料。电极的总理论容量如下确定将按克计的电极中的活性电极材料的质量乘以按安培小时/克计的活性电极材料的比理论容量。例如，锂金属的比理论容量为3861mAh/g。阳极可包含I克100%的纯锂作为活性材料。所得实例阳极的总理论容量将为3861mAh。类似地，二硫化铁的比理论容量为893. 5mAh/g。阴极可包含4. 95克二硫化铁作为活性材料。所得阴极的总理论容量将为4423mAh。一种可用的与电池组的总体设计相关的表达为阳极与阴极(A/C)比率。就特定电池组设计而言，A/C比率使得本领域的技术人员能够容易地确定电池组的阳极内的活性电极材料相关于电池组的阴极的容量大小。技术人员可使用A/C比率，所述比率具有适合于电池组设计的总体性能的值或有时候称为“余量”。例如，设计主要用于高速率放电应用的电池组的技术人员可能期望具有大于阳极容量的阴极容量以计入阴极活性材料放电中的效率损失。这种设计将具有小于一的A/C比率或余量。A/C比率可相关于电池组设计内的总阳极和阴极活性材料来表达。这种表达可称作总A/C比率或总输入比率。为了确定总A/C比率，将电池内所包括的阳极活性材料的总理论容量除以电池内所包括的阴极活性材料的总理论容量。利用上文提供的理论电极容量实例，总 A/C 比率将为 O. 87 (3861mAh/4423mAh)0可根据期望的装配的电池组的放电特征来调整或配衡总A/C比率。一般来讲，将Li/FeS2电池组配衡成具有小于约I. 2的总A/C比率，无论电池尺寸如何，例如AA或AAA圆柱形尺寸或更小或更大的尺寸。优选地，将Li/FeS2电池配衡成使得总A/C比率介于约
O.80,0. 90和I. O、I. 05之间，无论电池尺寸如何。A/C比率也可相关于电极内活性材料的量连同电极组合件之间的界面面积来限定。这种表达可称作界面A/C比率或界面输入比率。界面A/C比率考虑的是与具体电极参数和设计考虑因素相关联的设计变型，例如，凝胶卷构造、阳极与阴极的对齐等。也有可能某些量的阳极或阴极活性材料在使用期间不放电，这可归因于电池设计、放电速率或其它因素。界面A/C比率可用于描述电池组设计，同时考虑实际上可能不放电但可能对于总体电池设计或构造来讲很重要的活性材料。界面A/C比率可被定义为针对在阳极和阴极之间(它们之间具有分隔体)面向的最大表面积的阳极活性材料理论容量与阴极活性材料理论容量的比率。为了测定利用了具有阳极外包裹物设计的凝胶卷结构组合件的电池组的界面A/C比率，有用的是首先限定凝胶卷结构组合件内的片段以计入电极对在凝胶卷结构组合件的长度上的总体界面A/C比率计算值的不同贡献。应当理解，可遵循类似的方法来测定备选凝胶卷结构设计的界面A/C比率，例如阴极外包裹物设计、利用了用于每个电极的多个插片的设计和将电极插片定位在除电极组合件端部以外位置的设计。电极片段可被定义为电极的具有指定长度的一段，并且当沿片段长度分段时，其具有相等的厚度和高度。包含电极插片和带材的电极插片片段不以任何方式贡献于电池的总体化学反应，并且在其任一侧上均不具有相对电极。
电极外包裹物片段可被定义为电极例如阳极的片段，所述片段具有相对电极例如阴极(面向所述电极的内面)。电极内卷绕片段可被定义为具有相对电极(例如在其双侧上面向阳极的阴极)的电极片段。总电极长度为电极插片片段长度、电极外包裹物片段长度和电极内包裹物片段长度的总和。活性电极片段可被定义为总电极长度减去电极插片长度，或者电极外包裹物片段长度和电极内卷绕片段长度的总和。界面A/C比率可如下确定(I)计算出每个片段的界面A/C比率；(2)根据该片段的总体贡献来调整每个片段的界面A/C比率；以及(3)合计每个片段的调整过的界面A/C比率以确定电池组的总体界面A/C比率。下文是对利用了凝胶卷结构电极组合件的Li/FeS2电池组的界面A/C比率的实例计算，所述组合件具有作为凝胶卷结构组合件内的最外电极的阳极，其中阳极电极和阴极电极分别包括单一插片。将阳极对齐在阴极上可为如下的对齐情况使得阳极的总表面积具有相对的阴极，在它们之间具有分隔体。阳极可为308. 5mm的长度，39mm的宽度和O. 1575mm的厚度。锂即活性阳极材料的密度为O. 534g/cm3。锂阳极活性材料的纯度被假定为100%。阳极外包裹物片段长度可为39mm。阳极内包裹物片段长度可为259. 5 mm。阳极插片片段长度可为10mm。活性阳极片段长度可为298. 5mm。除此之外，阴极还可具有24mg/cm2/阴极侧的阴极材料加载。FeS2可具有95%的纯度，并且可包括89%的总阴极组合物。上述实例的阳极容量将为16. 24mAhr/cm2/侧。上述实例的阴极容量将为18. HmAhr/cm2/侧。阳极外包裹物片段(其中阴极的一侧和阳极的两侧参与反应)的界面A/C 比率将为 I. 79 [(16. 24mAhr/cm2/ 侧 X2 侧)/ (18. 14mAhr/cm2/ 侧 X I 侧)]。阳极内包裹物片段(其中阴极的两侧和阳极的两侧参与反应)的界面A/C比率将为O. 90 [(16. 24mAhr/cm2/ 侧 X 2 侦|J) / (18. 14mAhr/cm2/ 侧 X 2 侦|J)]。这些片段对电池组的总体界面A/C比率的贡献通过相对于总体长度的片段分数调整阳极内包裹物和外包裹物的界面A/C比率来确定。阳极外包裹物片段分数为O. 13(39mm/298. 5mm),并且阳极内包裹物片段分数为O. 87 (259. 5mm/298. 5mm)。按相应的片段因数调整之后的阳极外包裹物和内包裹物的界面A/C比率分别为O. 22 (1.79X0. 13)和
O.78 (O. 90X0. 87)。现在合计调整过的阳极外包裹物和内包裹物的界面A/C比率，所得装配的实例电池的界面A/C比率为I. 01。可根据期望的装配的电池组的放电特征来调整或配衡界面A/C比率。一般来讲，将Li/FeS2电池组配衡成具有小于约I. I的界面A/C比率,无论电池尺寸如何,例如AA或AAA圆柱形尺寸或更小或更大的尺寸。优选地，将Li/FeS2电池配衡成使得界面A/C比率介于约O. 80,0. 90和约I. O、I. 05之间，无论电池尺寸如何。用于本发明的可电离的盐可为简单盐例如LiCF3SO3或二三氟甲基磺酰亚胺锂(Li (CF3SO2)2N)或重盐或它们的混合物，当溶解于这些溶剂中时它们将产生离子导电溶液。合适的盐为无机路易斯酸或有机路易斯酸和无机可电离的盐的络合物。效用方面的要求之一是，所述盐(无论是简单的还是络合的)要与所用的溶剂相容，并且它们产生足够离子导电的溶液，例如，至少约KT4Q4cm' —般来讲，至少约0.5M (摩尔/升)的量将足以用于大多数的电池应用。适用的可电离的盐包括氟化锂、氯化锂、溴化锂、硫化锂、LiTFS、Lil、LiTFSI,LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiB0B、Li (CF3SO2) 2N、Li (CF3SO2) 3C、溴化钠、溴化钾、溴化锂、以及它们的混合物。与含硫化铁的阴极结合使用的可电离的盐可包括三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3),二三氟甲基磺酰亚胺锂(Li (CF3SO2) 2N)、高氯酸锂(LiC104)、六氟砷酸锂(LiAsF6)或它们与三氟甲烷磺酸锂的混合物(最优选的)。适用于各种电池应用的重盐将为四氟硼酸锂(LiBF4)和六氟磷酸锂(LiPF6)15实骀测试电阻测量是在电阻率电池中进行的。电阻率电池由封装在Tefkm 中的两个不锈
钢电极组成。下部电极被构造成使得一个小电解质贮存器可保持在电池中。顶部电极组合件为可移除的并且通过两个金属销轴对齐到底部组合件。顶部电极组合件为弹簧加载的以便可向被分析的材料样本的顶部施加力(大约4至51bs.)。下部电极组合件螺纹连接到夹具基座并且电引线连结到每个电极。然后将所述引线连结到阻抗分析仪例如Solartron阻抗分析仪的引线，所述分析仪用来完成阻抗扫描以测定电池或样本材料的电阻。 电阻率电池的背景电阻通过在填充有电解质的夹具上运行阻抗扫描(当其电极短接时)来测定。所述扫描使用IOmV振幅以100，OOOkHz开始并以IOOHz结束，使用ScribnerInstruments的软件程序ZPlot来控制仪器的运行。取决于所述不锈钢电极的状况，夹具的电阻(Rwft)可具有介于约10和150πιΩ之间的典型值。可完成多次扫描以确保所获得的值为相对恒定的。分隔体和电解质组合的电阻通过对分隔体样本运行阻抗扫描来测定。夹具包括可供分隔体样本放置在其上的中心盘。将电解质放置在电阻率电池的腔体内至一定的水平以确保分隔体样本在双侧上均被充分润湿。运行如上所述相同的阻抗扫描。同样，可完成多次扫描以确保所获得的值为相对一致的。在奈奎斯特图上标绘出获自这些扫描的数据。分隔体和电解质组合的欧姆电阻(R3*)在奈奎斯特图上的Z”=0点处确定。然而，该值包括电阻率电池的电阻。通过从所测定的包括电阻率电池阻抗(R3*)的分隔体和电解质组合样本的电阻中减去电阻率电池的电阻值(R4ffi)计算出分隔体和电解质组合的调整过的电阻值[R实际(调整)]。分隔体和电解质组合的面积比电阻(ASR)如下确定将电阻率电池的工作电极的几何表面积乘以调整过的分隔体和电解质组合的电阻值。这些实验中所用的电阻率电池的工作电极表面积为3. 829cm2。ASR的单位是Ω Xcm2。将两个分隔体与三种不同电解质的组合屏蔽起来以便包括在装配的电池内而用于放电测试。分隔体I-Celgard 2400，其为具有25 μ m的厚度和41%的孔隙率的微孔聚丙烯单层膜。分隔体2-Celgard 2500，其为具有25 μ m的厚度和55%的孔隙率的微孔聚丙烯单层膜。电解质A-其为在80体积％的二氧戊环和20体积％的环丁砜的混合物中的O. 8MLiTFSI，所述混合物具有IOOOppm添加的吡啶和150ppm添加的水。电解质B-其为在25体积％的二氧戊环和75体积％的DME的混合物中的I. 5MLiTFS0电解质C-其为在70重量％的二氧戊环和30重量％的DME的混合物中的I. OMLil, O. I重量％的LiTFS和2000ppm的DMI，所述混合物具有200ppm添加的水。
首先用如上所述的每种具体电解质测定电阻率电池的阻抗。然后用每种具体电解质测定分隔体/电解质组合的阻抗。然后测定调整过的分隔体/电解质组合的电阻并将其用于对ASR的计算。结果包括在表I中。具有较低ASR的分隔体/电解质组合提供较低的总体电池阻抗并且潜在地提供改善的总体电池放电性能。
权利要求
1.一种电化学电池，所述电化学电池包括阳极、阴极、介于所述阳极和所述阴极之间的分隔体、和电解质，所述阴极包含二硫化铁，所述电解质包括溶解于有机溶剂中的盐，并且所述分隔体与所述电解质组合具有小于2 Q-cm2的面积比电阻，并且所述电化学电池具有小于约I. I的界面阳极与阴极比率。
2.如权利要求I所述的电化学电池，其中所述分隔体具有介于约0.005至约5微米之间的孔径。
3.如权利要求I或权利要求2所述的电化学电池，其中所述分隔体具有小于约2.5的曲折度。
4.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述分隔体具有介于约30%和约70%之间的孔隙率。
5.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述电解质包括多种溶解于有机溶剂中的盐。
6.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述有机溶剂包括醚基溶剂。
7.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中所述有机溶剂包括环状醚基溶剂与无环醚基溶剂的混合物。
8.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述环状醚基溶剂包括二氧戊环。
9.如权利要求8所述的电化学电池，其中所述无环醚基溶剂与所述二氧戊环的重量比为 1:99 至 45:55 或 10:90 至 40:60。
10.如权利要求7所述的电化学电池，其中所述无环醚基溶剂选自由下列组成的组二甲氧基乙烷、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基丙烷和三甘醇二甲醚。
11.如权利要求10所述的电化学电池，其中所述无环醚基溶剂为1，2_二甲氧基乙烷。
12.如权利要求I所述的电化学电池，所述电化学电池还包含至少一种共溶剂，所述共溶剂被包括在所述电解质溶剂中。
13.如权利要求12所述的电化学电池，其中基于所述电解质溶液中的溶剂的重量，所述共溶剂以小于25重量％的量存在，并且其中所述共溶剂选自由下列组成的组3，5- 二甲基异輕唑、3-甲基-2- 唑烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯和环丁砜。
14.如权利要求I所述的电化学电池，其中所述阳极包含锂。
15.如权利要求I所述的电化学电池，其中所述界面阳极与阴极比率介于约0.80和约I.05之间或介于约0. 90和约I. 0之间。
全文摘要
本发明描述了一种电化学电池。该电化学电池包括阳极、阴极、介于所述阳极和所述阴极之间的分隔体、和电解质。电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。分隔体与电解质组合具有小于2Ω-cm2的面积比电阻。该电化学电池具有小于约1.1的界面阳极与阴极比率。
文档编号H01M4/38GK102640322SQ201080050585
公开日2012年8月15日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年11月24日
发明者E·内沃克, F·J·伯科威茨, M·D·斯利格尔, M·波津, N·N·伊萨夫 申请人:吉列公司