专利名称：电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池、以及相关的组件及方法。
背景技术：
电池或电化学电池是通常使用的电能来源。电池包含通常被称作阳极的负极和通常被称作阴极的正极。阳极包含可被氧化的活性物质；阴极包含或消耗可被还原的活性物质。阳极活性物质能够还原阴极活性物质。当在装置中使用电池作为电能来源时，与阳极和阴极实现电接触，从而允许电子流过装置并发生各自的氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极相接触的电解质包含流 过位于电极之间的分隔体的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。一种类型的电池包括作为阳极活性物质的碱金属和作为阴极活性物质的ニ硫化铁。
发明内容
一般来讲，本发明涉及包括阳极、阴极和电解质的电池，所述电解质包含一种或多种锂盐和溶剂组合。在ー个方面，所述电池具有阳极，所述阳极包含含锂阳极活性物质；包括过渡金属硫化物的阴极；以及包括溶剂中的碘化锂和六氟磷酸锂的电解质，所述溶剂包括1，3- ニ氧杂环戊烷和1，2- ニ甲氧基こ烷。电解质可包含ー种或多种添加剤，例如3，5- ニ甲基异II恶唑、吡啶和/或水。电解质可提供具有良好的安全特性、良好的稳定性、良好的高电流和中电流放电特性、以及成本有益效果的电池。电解质可具有较低的粘度和良好的导电性。在ー个方面，本发明特征在于包括外壳的电池。外壳包括阳极、阴极和电解质，所述阳极包括含锂阳极活性物质、所述阴极包含过渡金属硫化物或过渡金属氧化物、所述电解质包含介于0. 05M和0. 5M之间的碘化锂，介于0. 05M和0. 5M之间的六氟磷酸锂、按重量计30%或更多的1，3- ニ氧杂环戊烷、以及按重量计20%或更多的1，2- ニ甲氧基こ烷。电池的实施方案可包括下列ー个或多个特征。阴极可包括FeS2、FeSJP / 或 CuS。电解质还可包括水(例如，少于500ppm的水，250ppm或更少的水，或者IOOppm或更少的水，介于50ppm和500ppm之间的水,介于IOOppm和400ppm之间的水，或者介于200ppm和300ppm之间的水)。电解质可包含添加剂，例如3，5-ニ甲基异|恶唑或吡啶，含量介于500ppm 和 5000ppm 之间(例如，介于 IOOOppm 和 5000ppm 之间，介于 2000ppm 和 4000ppm 之间，介于3000ppm和4000ppm之间)。电解质可包含介于0. 05M和0. 3M之间(介于0. 05M和0. 4M之间，介于0. 05M和
0.3M之间，介于0. IM和0. 4M之间，介于0. IM和0. 3M之间，介于0. IM和0. 25M之间，或者介于0. IM和0. 2M之间)的LiI或LiPF6。在一些实施方案中，电解质优选地包含介于0. IM和0. 3M之间的碘化锂，以及介于0. IM和0. 3M之间的六氟磷酸锂。在电解质中，总盐浓度可为至少约0. 05M (例如，至少0. 1M，至少约0. 3M，至少约0. 5M，或者至少约0. 7M)和/或至多约一摩尔(M)(例如，至多约0. 8M，至多约0. 5M，至多约0. 3M，或者至多0. 1M)。电解质可包含按重量计70%的1，3- ニ氧杂环戊烷和/或按重量计30%的1，2- ニ甲氧基こ烷。在一些实施方案中，电解质具有介于0. 6和0. 8cps之间(例如，介于0. 7和0. 8cps之间)的粘度。电解质可具有介于100和600 Q cm之间(例如，介于150和600 Q cm之间，介于150和400 Q cm之间，或者介于200和400 Q cm之间)的电阻率。电池在预放电后具有3. 86Ah或更小的放电比容量。外壳还可包括具有介于35%和65%之间的孔隙率的分隔体。本发明的一个或多个实施方案的细节示出于以下附图和说明中。其它特征和优点由发明详述、附图及权利要求将显而易见。
图I为非水性电化学电池的一个实施方案的截面图。图2为示出电解质组合物的实施方案的电阻率的图形。
具体实施例方式參见图1，一次电化学电池10包括与负极引线14电接触的阳极12、与正极引线18电接触的阴极16、分隔体20和电解质。阳极12、阴极16、分隔体20和电解质包含在壳体22内。电解质可包含至少部分溶解于溶剂混合物中的盐，例如碘化锂和六氟磷酸锂，所述溶剂为例如1，3-ニ氧杂环戊烷(DX和1，2_ ニ甲氧基こ烷(DME)。电化学电池10还包括顶盖24和环形的绝缘垫圈26以及安全阀28。阴极16包括阴极集流体和涂覆到阴极集流体的至少ー侧上的阴极材料。阴极材料包括阴极活性物质，并且也可包括一种或多种导电材料(例如导电助剂、电荷控制剂)和/或ー种或多种粘合剤。阴极活性物质包括ー种或多种具有化学式MmSn的过渡金属硫化物，其中M为过渡金属，m为至少I,并且n为至少I。在一些实施方案中n为2。在其它实施方案中n大于
2.5或3. O。过渡金属的实例包括铁和铜。过渡金属硫化物的实例包括FeS2、FeS、CuS、C0S2、NiS2, MoS2, Co2S9, Co2S7, Ni2S7, Fe2S7, Mo2S30在一些实施方案中，阴极活性物质包括混合金属硫化物，例如NiCoS7。过渡金属硫化物还描述于例如Bowden等人的美国专利4，891，283和Bowden等人的美国专利4，481，267中。阴极材料包括例如按重量计至少约85%和/或按重量计至多约99%的阴极活性物质。导电材料可以增强电化学电池10内的阴极16的导电性。导电材料的实例包括导电助剂和电荷控制剂。导电材料的具体实例包括炭黑、石墨化炭黑、こ炔黑和石墨。阴极材料包括例如按重量计至少约3%且按重量计最多约8%的一种或多种导电材料。粘合剂可有助于保持阴极材料的均匀性并能增强阴极的稳定性。粘合剂的实例包括线性的ニ嵌段共聚物和三嵌段共聚物。粘合剂的附加实例包括与三聚氰胺树脂交联的直链三嵌段聚合物；こ烯-丙烯共聚物；こ烯-丙烯-ニ烯三元共聚物；三嵌段氟化热塑性材料；氟化聚合物；氢化丁腈橡胶；氟代-乙烯-こ烯基醚共聚物；热塑性聚氨酯；热塑性烯烃；苯こ烯-こ烯-丁烯-苯こ烯嵌段共聚物；和聚偏ニ氟こ烯均聚物。阴极材料包括例如按重量计至少约0. 5% (例如，按重量计至少约1%,按重量计至少约2%，按重量计至少约3%，按重量计至少约4%)和/或按重量计至多约5% (例如，按重量计至多约4%，按重量计至多约3%，按重量计至多约2%，或者按重量计至多约1%)的ー种或多种粘合剤。阴极集流体可由例如ー种或多种金属和/或金属合金形成。金属的实例包括钛、镍和铝。金属合金的实例包括铝合金(例如，1N30U230)和不锈钢。集电器一般可为金属薄片或网栅的形式。金属薄片可具有例如至多约35微米(例如，至多约30微米，至多约25微米)和/或至少约15微米(例如，至少约25微米，至少约30微米)的厚度。首先使一种或多种阴极活性物质、导电材料和粘合剂与ー种或多种溶剂组合，从而形成浆液(例如，通过使用双行星搅拌器在溶剂中分散阴极活性物质、导电材料和/或粘合剤)，然后例如通过延伸模涂或辊涂的方式把浆液涂覆到集流体上，这样就可以形成阴极
16。然后对涂覆的集电器进行干燥和压延，用以提供理想的厚度和孔隙率。 阳极12包含ー种或多种作为阳极活性物质的碱金属(例如，锂、钠、钾)。碱金属可为纯金属或金属合金。在一些实施方案中，锂为优选的金属；锂可与例如碱土金属或铝合金化。在一些实施方案中，碱金属与镁、镓、I丐、秘、铟、锡和娃中的一种或多种合金化。优选的锂金属为与招形成合金的锂。锂合金可包含例如至少约500ppm且至多约5000ppm (例如，至少约IOOOppm且至多2000ppm,或者至少约1200ppm且至多约1700ppm)的招或其它合金材料。锂合金可以金属薄片的形式混入电池中。作为另外ー种选择，阳极12可包括颗粒物质如嵌锂化合物，例如LiC6、Li4Ti5O12,LiTiS20在这些实施方案中，阳极12可包含ー种或多种粘合剤。粘合剂的实例包括聚こ烯、聚丙烯、三元こ丙橡胶、丁苯橡胶和聚偏ニ氟こ烯(PVDF)。阳极组合物包括例如按重量计至少约0. 5%且按重量计至多约9%的粘合剤。为了形成阳极，可将阳极活性物质与ー种或多种粘合剂混合以形成能施用到基底上的糊剂。干燥之后，基底可任选地在阳极插入到外壳内之前移除。阳极材料包括例如按重量计至少约90%且按重量计至多约100%的阳极活性物质。电解质优选为液体形式。电解质包含一种或多种溶剂。在一些实施方案中，电解质包含1，2- ニ甲氧基こ烷(DME)和/或1，3- ニ氧杂环戊烷(DX)。电解质包含例如按重量计15%或更多(例如，20%或更多，25%或更多，或者30%或更多)和/或40%或更少(例如，30%或更少，25%或更少，或者20%或更少)的1,2-ニ甲氧基こ烷。在一些实施方案中，电解质包含按重量计介于15%和40%之间(例如，介于20%和40%之间、介于30%和40%之间、20%、25%或30%)的1，2-ニ甲氧基こ烷。不受理论的束缚，据信1，2-ニ甲氧基こ烷能够降低电解质的粘度至期望目标。电解质可包含按重量计20%或更多(例如，30%或更多，50%或更多，60%或更多，或者70%或更多)和/或80%或更少(例如，70%或更少，60%或更少，50%或更少，或者30%或更少)的1，3- ニ氧杂环戊烷。在一些实施方案中，电解质包含按重量计介于20%和80%之间(例如，介于30%和70%之间、介于50%和70%之间、介于60%和70%之间、介于60%和80%之间、60%、70%、75%)的1，3-ニ氧杂环戊烷。不受理论的束缚，据信1，3-ニ氧杂环戊烷能够促进电解质盐在例如较低温度下的溶解度。在一些实施方案中，电解质包含500ppm或更多(例如，IOOOppm或更多，2000ppm或更多，3000ppm或更多，或者4000ppm或更多)和/或5000ppm或更少(例如,4000ppm或更少,3000ppm或更少,2000ppm或更少,或者IOOOppm或更少)的3，5-ニ甲基异寒唑。电解质可包含介于500ppm和5000ppm之间(例如，介于IOOOppm和5000ppm之间、介于2000ppm和4000ppm 之间、介于 3000ppm 和 4000ppm 之间、2000ppm、3000ppm、4000ppm、或 5000ppm)的3，5-ニ甲基异_唑。不受理论的束缚，据信3，5- ニ甲基异噁唑为添加剤,并且能够抑制ニ氧戊环的聚合。在一些实施方案中，电解质可包含作为添加剂的吡啶。例如，电解质可包含介于500ppm 和 5000ppm 之间(例如，介于 IOOOppm 和 5000ppm 之间、介于 2000ppm 和 4000ppm 之间、介于 3000ppm 和 4000ppm 之间、2000ppm、3000ppm、4000ppm、或 5000ppm)的卩比唳。电解质可包含500ppm或更多(例如，IOOOppm或更多，2000ppm或更多，3000ppm或更多，或者4000ppm或更多)和/或5000ppm或更少(例如,4000ppm或更少，3000ppm或更少，2000ppm或更少，或者IOOOppm或更少)的吡啶。不受理论的束缚，据信吡啶能够抑制ニ氧戊环的聚 ム
ロ o在一些实施方案中，电解质还包含水。例如，电解质可包含介于IOppm和IOOOppm之间(例如，介于50ppm和IOOOppm之间、介于50ppm和500ppm之间、介于IOOppm和400ppm之间、介于 200ppm 和 300ppm 之间、50ppm、lOOppm、200ppm> 300ppm、400ppm、或 500ppm)的水。在一些实施方案中，电解质可包含50ppm或更多(例如，IOOppm或更多，250ppm或更多，或者500ppm或更多)和/或IOOOppm或更少(例如，500ppm或更少，250ppm或更少，或者IOOppm或更少)的水。水含量借助具有碘调节的卡尔费休滴定法測定。卡尔费休滴定法描述于例如Bruttel P.和 Schlink R.的 Water Determination by Karl Fisher Titration, MetrohmIon Analysis monograph, 2003中。碘调节如下进行称量一定量的电解质样品至烧杯中，将第二量的0. 5重量％的淀粉溶液加入到烧杯中，用0. 9mM的硫代硫酸钠溶液滴定电解质样品直至蓝色变成白色，并且计算滴定消耗的硫代硫酸钠的摩尔数。电解质中碘的摩尔数(例如，当电解质包含LiI吋)等于消耗的硫代硫酸钠的二分之一。碘浓度可基于下式计算碘(ppm)=碘的摩尔数X254/电解质的重量。在电解质中，基于下式调节水量用于存在于电解质中的碘浓度水的分子量/碘的分子量X 100=7. 1%。在一些实施方案中，电解质包含其它溶剂。例如，电解质可包含四氢呋喃(THFXZj腈(AN)、Y-丁内酯(GBL)、碳酸ニこ酯(DEC)、碳酸ニ甲酯(DMC)、碳酸甲こ酯(EMC)、ニ甲基亚砜(DMSO)、3-甲基-2-Ig唑烷酮、甲酸甲酯(MF)、环丁砜(SU)、无环醚基溶剂例如ニ甲氧基こ烷、こ基甘醇ニ甲醚、ニ甘醇ニ甲醚、ニ甲氧基丙烷(DMP)、或它们的组合。电解质可包含一种或多种盐。优选的锂盐包括碘化锂(LiI)和六氟磷酸锂(LiPF6)0其它盐的实例包括双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲基磺酸锂(LiTFS)、双(こニ酸)硼酸锂(LiB(C2O4)2)和双(全氟こ基)磺酰亚胺锂(LiN(SO2C2F5)2X在一些实施方案中，电解质包含其它附加盐。例如，电解质可包含缓蚀剂，例如高氯酸锂(LiClO4)和/或硝酸锂(LiNO3X 附加盐可包括 LiTFS、Lil、LiBr, LiTFSI、LiBF4' LiPF6,LiAsF6, LiBOB、Li (CF3SO2)2N, Li (CF3SO2)3C,以及它们的组合。电解质盐描述于例如Suzuki等人的美国专利5，595，841和1'0^1'等人的美国专利申请公布2005/020232(^1中。电解质包含例如至少约0. 05M(例如，至少0. 1M，至少约0. 3M，至少约0. 5M，或者至少约0. 7M)和/或至多约一摩尔(例如，至多约0. 8M，至多约0. 5M，至多约0. 3M，或者至多0. 1M)的总盐浓度。在一些实施方案中，当锂盐为LiI时，电解质包含介于0. 05M和0. 5M之间(例如，介于0. 05M和0. 4M之间、介于0. 05M和0. 3M之间、介于0. IM和0. 4M之间，介于0. IM和0. 3M之间、介于0. IM和0. 25M之间、或者介于0. IM和0. 2M之间、0. 1M、0. 2M、0. 25M、或0. 3M)的Lil。例如，电解质可包含0. 05M或更多(例如，0. IM或更多，0. 15M或更多，0. 2M或更多，0. 25M或更多，0. 3M或更多，或者0. 4M或更多)和/或0. 5M或更少(例如，0. 4M或更少，0. 3M或更少,0. 25M或更少，0. 2M或更少，0. 15M或更少，或者0. IM或更少)的Lil。电解质优选地包含介于0. IM和0. 3M之间的碘化锂。在一些实施方案中，当锂盐为LiPF6吋，电解质包含介于0. 05M和0. 5M之间(例如，介于0. 05M和0. 4M之间、介于0. 05M和0. 3M之间、介于0. IM和0. 4M之间，介于0. IM和0. 3M之间、介于0. IM和0. 25M之间、或者介于0. IM和0. 2M之间、0. 1M、0. 2M、0. 25M、或0. 3M)的LiPF6。例如，电解质可包含0. 05M或更多(例如，0. IM或更多，0. 2M或更多，0. 25M或更多,0. 3M或更多，或者0. 4M或更多)和/或0. 5M或更少(例如，0. 4M或更少，0. 3M或更少，0. 25M或更少，0. 2M或更少，或者0. IM或更少)的LiPF6。电解质优选地包含介于0. IM和0. 3M之间的六氟磷酸锂。在一些实施方案中，当电解质包含LiPF6和LiI吋，LiPF6可替换ー些LiI以改善导电性并提供良好的成本有益效果。在一些实施方案中，添加LiI可抑制LiPF6分解产物的生成，所述分解产物如PF5和HF。包括LiI和LiPF6盐组合的电解质组合物可具有较良好的电解率和电导率、稳定性、良好的传质特性、以及良好的贮藏能力(例如，在介于0和60°C的温度下)。电解质组合物可在较低的成本下具有较好的高倍率性能和中倍率性能。在一些实施方案中，当电解质组合物包括LiI和LiPF6盐时，所述盐可溶解于1，2- ニ甲氧基こ烷、1，3- ニ氧杂环戊烷和3，5-ニ甲基异1 唑的溶剂混合物中。例如，溶剂混合物可包括按重量计介于60%和75%之间的1，3-ニ氧杂环戊烷、按重量计介于25-40%之间的1，2-ニ甲氧基こ烷、以及介于IOOOppm和3000ppm之间的3，5-ニ甲基异嚼唑。电解质具有例如至少0. 2厘泊(cps)(例如，至少0. 4cps,至少0. 6cps,至少
0.8cps,至少I. 2cps,至少I. 6cps)且至多2. 5cps (例如，至多2cps,至多I. 6cps,至多
1.2cps,至多0. 8cps,至多0. 6cps,或者至多0. 4cps)的粘度。例如，粘度可介于0. 4和Icps之间(例如，介于0. 4和0. 8cps之间，介于0. 6和Icps之间，介于0. 6和0. 8cps之间，介于0. 7和0. 8cps之间，介于0. 6和0. 85cps之间，介于0. 7和0. 85cps之间)。如本文所用，利用Cannon-Fenske粘度计#50在25°C下作为标准技术测量粘度。具有较低粘度的电解质可具有增强的质量传输，并且可具有较大的电导率。电解质在25°C下具有例如lg/cm3或更多(例如，I. lg/cm3或更多)和/或I. 2g/cm3或更少(例如，1. lg/cm3或更少)的密度。在一些实施方案中，密度介于lg/cm3和I. 2g/cm3之间(例如，介于lg/cm3和I. lg/cm3之间)。具有较低密度的电解质可具有增强的质量传输和较大的电导率。密度通过用电解质的比重乘以相同温度下水的密度进行计算，并且在25°C下利用比重计和具有0. OOOlg精度的分析天平测量,如American Institute of PhysicsHandbook，第 3 版，D. E. Gray 编辑，McGraw-Hill, NY (1972)，2-152 至 2-153 中所述。正极引线18可包括不锈钢、铝、铝合金、镍、钛或钢。正极引线18可为环形形状，可与圆柱形电池的圆柱同轴配置。正极引线18也可包括能够与集流体接合的在阴极16方向上的径向延伸。延伸可为圆形(例如，圆形或椭圆形)、矩形、三角形或别的形状。正极引线18可包括不同形状的延伸。正极引线18与集流体电接触。可以通过机械接触的方式实现正极引线18与集流体之间的电接触。在一些实施方案中，可以将正极引线18与集流体
焊接在一起。可以由用于电化学电池中的任何标准分隔体材料形成分隔体20。例如，可以由聚丙烯(例如，非织造聚丙烯、微孔聚丙烯)、聚こ烯和/或聚砜形成分隔体20。分隔体描述于例如Blasi等人的美国专利5，176，968中。分隔体也可为例如多孔的绝缘聚合物复合层(例如，聚苯こ烯橡胶和硅粉)、或微孔挤出膜或流延膜(薄膜)。在一些实施方案中，可利用通过例如熔喷非织造薄膜技术由微纤维制成的分隔体。此类薄膜通常具有多个 微米直径的孔，但是具有较少的曲折路径。在一些实施方案中，分隔体可具有介于8 ii m和25 ii m之间(例如，介于10 ii m和25iim之间，介于15iim和25 之间，介于IOiim和20 y m之间，或者介于20 y m和25 y m之间)的厚度。在一些实施方案中，分隔体包括介于35%和70%之间(例如，介于37%和70%之间，介于37%和65%之间，介于40%和60%之间，或者介于45%和55%之间)的孔隙率。通常可利用35%的最小孔隙率以提供中等离子传输。大于70%的孔隙率可导致拉伸強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。在一些实施方案中，除了包括盐的电解质之外，低阻抗的分隔体还提供最佳的高倍率电池性能，所述盐例如至少部分溶解于溶剂混合物中的碘化锂和六氟磷酸锂，所述溶剂如1，3-ニ氧杂环戊烷(DX)和1，2_ ニ甲氧基こ烷(DME)。分隔体材料可包括微孔挤出膜或流延膜(薄膜)。微孔膜分隔体可具有范围为约0. 005至约5微米且优选地约0. 005至约0. 3微米的平均孔径，范围为约30%至约70%，优选地约35%至约65%的孔隙率，与电解质组合测量的小于25Q cm2的面积比电阻，以及小于约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。在一些实施方案中，分隔体具有0. 005微米的最小孔径以使得离子能够无阻碍地通过孔，和/或调和离子对和/或内衬孔壁的电解质溶剂单层的存在。当孔径增加时，无孔区域也可增加以便提供机械强度。通常，在具有亚微米尺寸孔的分隔体中，孔之间的距离也可小于ー微米。分隔体还可用作阻止电极粒子穿过分隔体的物理屏障，所述电极粒子穿过分隔体会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，因此也限制了上述孔径。因此，孔径可优选地在亚微米的范围内(例如小于ー微米)，或者这些孔应足够地曲折以提供阻止电极粒子穿过分隔体的物理屏障。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カ所需的压力。孔越小，则所需的压カ就越大。通过比较润湿膜与干燥膜的压カ特征图，可測定孔径分布。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。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。面积比电阻值可与电化学电池倍率容量关联。在具有有机电解质和固体阴极的锂电池中，用于高倍率性能的优选的面积比电阻值可小于25 Q cm2。分隔体和超过25 Q cm2的电解质面积比电阻会妨碍电池的倍率性能。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吋)。分隔体曲折度可由测量的电解质中电阻值估计。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分隔俅 = 曲折度2 R溶液孔隙率其中R分隔体为以Q-cm2计的分隔体的面积比电阻，Riga为以Q _cm2计的电解质的面积比电阻，并且孔隙率按体积分数计。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。已发现最佳高倍率分隔体表现出小于2. 5且优选小于2.0的曲折度。壳体22可由例如ー种或多种金属(例如，铝、铝合金、镍、镀镍钢、不锈钢)和/或塑料(例如，聚氯こ烯、聚丙烯、聚砜、ABS、聚酰胺)制成。顶盖24可由例如铝、镍、钛或钢制成。尽管图I中的电化学电池10为一次电池，但在ー些实施方案中，二次电池也可具有包含上述阴极活性物质的阴扱。一次电化学电池意味着仅放电一次(例如至耗尽)，然后被丢弃。不打算对一次电池进行再充电。一次电池描述于例如David Linden的Handbookof Batteries (McGraw-Hill,第2版，1995)中。二次电化学电池可再充电多次(例如大于五十次、大于ー百次、或更多次)。在一些情况下，二次电池可包括相对坚固的分隔体，例如具有许多层和/或相对厚的那些。二次电池单元还可设计成使其能适应可能在电池单元中发生的变化，如溶胀。二次电池描述于例如Falk &Salkind的“ Alkaline StorageBatteries”，John Wiley & Sons, Inc. 1969 和 DeVirloy 等人的美国专利 345，124 中。为装配电池，可以将分隔体20切割成与阳极12和阴极16尺寸类似的片，并放置在它们之间。然后将阳极12、阴极16和分隔体20置于壳体22内，然后填充有电解质溶液并密封。壳体22的一端用顶盖24和环形的绝缘垫圈26封闭，该垫圈可提供气密性及流体封闭性密封。正极引线18将阴极16连接至顶盖24。安全阀28设置在顶盖24的内侧，其配置成当电化学电池10的内部压カ超过某ー预定值时能够降低该内部压力。装配电化学电池的方法描述于例如Moses的美国专利4，279，972、Moses等人的美国专利4，401, 735和Kearney等人的美国专利4，526, 846中。装配之后，电池可进行多种性能测试，例如机动玩具测试、遥控器测试、无线游戏控制器测试、便携式灯测试、数码相机测试、CD播放器测试和/或收音机测试。与包括仅仅含有较高浓度的LiI盐的电解质的电池相比，测试电池可具有类似或优异的性能(例如，约0. 5%或更大，约3%或更大，约6%或更大，或者约12%或更大)，所述较高浓度是与测试电池电解质中的盐浓度的总和相比。电解质在20°C时可具有介于100和600 Q cm之间(例如，介于150和600 Q cm之间，介于150和400 Q cm之间，介于150和400 Q cm之间，介于200和400 Q cm之间)的电阻率。在一些实施方案中，电阻率为100Q cm或更多(例如，150 Q200 Q cm或更多，250 Q cm或更多，或者400 Q cm或更多)和/或600 Q cm或更少(例如，400 Q ^cm或更少,250 Q ^cm或更少,200 Q cm或更少，或者150 Q .cm或更少)。电解质可为电池提供较低的电阻率，其可增加电池性能。电解质的电阻率可通过利用电导池(型号 13403 cell K=l/0cm. SN:02H0081 AC. YSI Incorporated, Yellow Springs, Ohio45387USA)在20°C下于Tenney Jr.热处理室中测量。在一些实施方案中，电池在预放电后可具有3. 86Ah或更小(例如，3. 6Ah或更小，
3.4Ah或更小)和/或3. 2Ah或更大(例如，3. 4Ah或更大，3. 6Ah或更大)的计算理论比放电容量。也可采用电化学电池的其它构型，包括例如纽扣电池或硬币电池构型、棱柱状电池构型、刚硬的薄片电池构型以及软质盒状电池、封套式电池或袋状电池构型。此外，电化学电池可以具有不同的电压(例如，I. 5V、3. 0V、4. 0V)。具有其它构型的电化学电池描述于例如 Berkowitz 等人的 U. S. S. N. 10/675，512、专利公布 2005/0112467A1 和 Totir 等人的美国专利申请公布2005/0202320A1中。以下实施例是例证性的而非限制性的。实施例I 电解质的密度和粘度。制备两种对照电解质和两种实验电解质。电解质组合物及其相应的测量密度和粘度列于表I中。表I :电解质组合物的密度和粘度
权利要求
1.一种电池,所述电池包括外壳以及所述外壳内的以下物质 (a)阳极，所述阳极包含含锂阳极活性物质； (b)阴极，所述阴极包含过渡金属硫化物或过渡金属氧化物；和 (c)电解质，所述电解质包含以下物质介于0.05M和0. 5M之间的碘化锂，介于0. 05M和0. 5M之间的六氟磷酸锂，按重量计30%或更多的1，3-ニ氧杂环戊烷，以及按重量计20%或更多的1，2_ ニ甲氧基こ烷。
2.如权利要求I所述的电池,其中所述阴极包含FeS2、FeS和CuS中的ー种或多种。
3.如权利要求2所述的电池，其中所述阴极包含FeS2。
4.如权利要求1-3中任ー项所述的电池，其中所述电解质还包含水。
5.如权利要求4所述的电池，其中所述电解质包含少于500ppm的水。
6.如权利要求1-5中任ー项所述的电池，其中所述电解质还包含添加剤。
7.如权利要求6所述的电池，其中所述添加剂为3，5-ニ甲基异_唑或吡啶。
8.如权利要求7所述的电池，其中所述电解质包含介于500ppm和5000ppm之间的3，5-ニ甲基异_唑。
9.如权利要求7所述的电池，其中所述电解质包含介于500ppm和5000ppm之间的吡啶。
10.如权利要求1-9中任ー项所述的电池，其中所述电解质包含介于0.05M和0. 3M之间的Li I。
11.如权利要求1-10中任ー项所述的电池，其中所述电解质包含介于0.05M和0. 3M之间的LiPF6。
12.如权利要求1-11中任ー项所述的电池，其中所述电解质包含按重量计70%的1,3-ニ氧杂环戊烷。
13.如权利要求1-12中任ー项所述的电池，其中所述电解质包含按重量计30%的1,2-ニ甲氧基こ烷。
14.如权利要求1-13中任ー项所述的电池，其中所述电解质具有介于0.6cps和0. 8cps之间的粘度。
15.如权利要求1-14中任一项所述的电池,其中所述电解质具有介于100Q^cm和600 Q .cm之间的电阻率。
全文摘要
本发明公开了一种包括阳极、阴极、以及电解质的电池，所述阳极具有碱金属作为活性物质，所述阴极具有例如二硫化铁作为活性物质，所述电解质包含锂盐，诸如碘化锂和六氟磷酸锂。
文档编号H01M4/38GK102656731SQ201080056667
公开日2012年9月5日 申请日期2010年12月6日 优先权日2009年12月14日
发明者M·D·斯利格尔, M·波津, N·N·伊萨夫 申请人:吉列公司