锂一次电池制造技术

本发明专利技术提供了一次锂电池，所述一次锂电池具有包含锂的阳极和包含二硫化铁的阴极。对电池特征进行优化以便在锂的最大允许含量和标准电池尺寸所施加的约束内增强电池性能。在本发明专利技术的第一方面，电池电解质包含锂盐、１，３－二氧杂环戊烷、乙二醇二醚和水。在本发明专利技术的另一方面，电池包括具有小于５ｍｍ的内部孔径（５６）的ＰＴＣ装置（５４）。在本发明专利技术的另一方面，电池包括被构造成在阳极（４０）和罐（２０）之间建立电连接的阳极插片（１８），所述阳极插片被焊接到罐上，而所述阴极插片（５８）被焊接到端帽组件上。在本发明专利技术的最后一方面，电池的阴极插片和阳极插片的每一个中的至少一部分覆盖有绝缘胶带。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一次锂电池，所述一次锂电池具有包含锂的阳极和包含二硫化铁 (FeS2)的阴极。
技术介绍
具有锂阳极的一次(不可再充电的)电化学电池为人们所已知并且具有广泛的商 业用途。阳极基本上由锂金属组成。一类一次锂电池具有包含二硫化铁(FeS2)的阴极，二 硫化铁也称为硫铁矿。此类电池命名为电池。锂电池也包括溶解于有机溶剂中的 电解质，所述电解质包括诸如三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)的锂盐。这些电池在本领域中被 称为一次锂电池并且一般不旨在为可再充电的。这些通常为圆柱形电池形式，通常为AA型 号或AAA型号电池，但是也可为其它型号的圆柱形电池。电池一般具有介于约1. 2 和1. 8伏之间的电压(新制的)，大约与常规的Si/MnA碱性电池相同。然而，电池 的能量密度(瓦特-小时/cm3电池体积)却高于差不多大小的Si/MnA碱性电池。总体上，Li/FeS2电池比相同型号的^1/ !! 碱性电池能量大得多。也就是说，对 于给定的连续耗用电流，尤其是在超过200毫安的较高耗用电流下，电池比&ι/Μη02 碱性电池的电压下降得更平缓因而持续时间更长，如可在电压对时间的放电特征图中明显 看出的那样。因此，由电池得到的能量输出比可由相同型号的碱性电池得到的更 尚ο因此，LiZ^M2电池优于相同型号的碱性电池，例如AAA、AA、C或D型号或任何其 它型号的电池，因为Li/FeS2电池可与常规的&1/^1102碱性电池互换使用并且将具有更长的 使用寿命，尤其是在较高功率要求的情况下。类似地，Li/FeS2电池可用来替换相同型号的 可再充电的镍金属氢化物电池，其具有与电池大约相同的电压(新制的)。因此， 一次Li/Fe&电池可用于给需要在高脉冲功率要求下操作的数字照相机供电。用于Li/FeS2电池的阴极材料最初可制备成诸如浆料混合物(阴极浆料)的形式， 其能够通过常规的涂覆方法容易地涂覆在金属基底上。添加到电池中的电解质必须为用于 Li/Fe&体系的合适的有机电解质，使得在所需的高功率输出范围内有效地发生必需的电 化学反应。电解质必须表现出良好的离子电导性，还要对未放电的电极材料(阳极和阴极 组分)足够稳定且不与其发生不可取的反应并且还不与放电产物反应。此外，电解质应当 能够具有良好的离子迁移率并且能够将锂离子(Li+)从阳极传送至阴极，以便它能够参与 阴极中必需的还原反应而产生Li2S产物。阴极一般以包含固体的浆液形式制备，所述固体包括1 活性物质、导电性碳粒 和基料。添加溶剂以溶解基料并提供固体组分在浆液中良好的分散性及混合性。将阴极浆 料涂覆到薄导电基底的一侧或两侧上，随后进行干燥以蒸发溶剂并在基底的一侧或两侧上 留下干燥的阴极涂层，从而形成阴极复合片材。电池电极组件由锂片、包含1 活性物质的阴极复合片材以及位于其间的分隔体 形成。电极组件可螺旋卷绕并且插入电池壳体中，例如美国专利4，707，421中所示。用于 1^汗必2电池的代表性阴极涂层混合物描述于U. S. 6，849，360中。通常将阳极片(例如阳极插片)的一部分电连接到电池壳体上，其形成电池的负端子。使用与壳体绝缘的端帽来 封闭电池。由阴极复合片材延伸的阴极插片可电连接到端帽上，其形成电池的正端子。通 常将壳体卷曲在端帽的周边边缘上以密封壳体的开口端。电池可内部装配有PTC(正热系 数)装置等以便在电池暴露于滥用条件如外部短路放电或过热等情况下切断电池。用于一次电池中的电解质由溶解于有机溶剂中的锂盐形成。可用于Li/ FeS2 一次电池的电解质中的代表性锂盐参考美国专利5，290, 414和U. S. 6，849，360B2, 并包括诸如以下的盐三氟甲烷磺酸锂，LiCF3SO3(LiTFS)；双三氟甲基磺酰亚胺锂， Li (CF3SO2)2N(LiTFSI)；碘化锂，LiI ；溴化锂，LiBr ；四氟硼酸锂，LiBF4 ；六氟磷酸锂，LiPF6 ； 六氟砷酸锂，LiAsF6;Li (CF3SO2)3C,以及各种混合物。一般来讲，具体的盐最适宜于具体的 电解质溶剂混合物。美国专利6，218，054、5，290，414和5，514，491公开了在1，3_ 二氧杂 环戊烷和二甲氧基乙烷(DME)的混合物中包含碘化锂溶质的电解质配方。在这些参考文献 中，所有公开的电解质配方均包含明显多于二氧戊环的二甲氧基乙烷。专利技术概述一般来讲，本专利技术特征在于一次锂电池及制备此类电池的方法。在一个方面，本专利技术特征在于一种一次锂电池，所述一次锂电池包括包含锂的阳 极；包含二硫化铁的阴极；设置在阳极和阴极之间的分隔体；以及包含锂盐、1，3_ 二氧杂环 戊烷、乙二醇二醚和水的电解质。一些具体实施包括下列一个或多个特征。乙二醇二醚包括二甲氧基乙烷。1，3_ 二 氧杂环戊烷与二甲氧基乙烷的重量比在4 6至9 1的范围内。电解质中水的浓度为约 50ppm至lOOOppm，例如约IOOppm至600ppm或约IOOppm至300ppm。电解质包括两种或多 种盐的混合物，所述盐选自由下列组成的组LiI、LiCl、LiBr LiC104、LiAsF6、LiPF6、LiTFS、 LiTFSI、LiBOB0电解质包含以约0. 5-2. 0M/L的浓度与约0. 006-0. 5M/L浓度的三氟甲基 磺酸锂组合的碘化锂。电解质还包含选自由下列组成的组的添加剂3，5_ 二甲基异卩恶唑 (DMI)、吡啶、三甲基吡唑、二甲基吡唑、和二甲基咪唑。在一些具体实施中，电池已被预放电且阳极包括在电池制造期间拉伸的锂箔。在 一些此类情况下，在锂箔拉伸且电池预放电之后，阳极可包含约1. 0g，例如约0. 9克至1. Og重量的锂。在一些情况下，电池可被平衡以便具有小于1的阳极/阴极比率，例如介于0. 83 和0. 96之间或者介于0. 87和0. 91之间。在另一方面，本专利技术特征在于一种一次锂电池，所述一次锂电池包括罐、包括正 端子的端帽组件，所述端帽组件被密封到罐上；以及设置于罐内的螺旋卷绕的电极组件。电 极组件包括包含锂的阳极，包含二硫化铁的阴极，以及设置在阳极和阴极之间的分隔体，并 且还包括被构造成在阳极和罐之间建立电连接的阳极插片以及被构造成在阴极和正端子 之间建立电连接的阴极插片，所述阳极插片被焊接到罐上，而所述阴极插片被焊接到端帽 组件上。一些具体实施可包括下列一个或多个特征，以及上述特征中的任何一种。阴极插 片包括Z型折叠。电池还包括焊接在阳极插片和罐之间以将阳极插片连接到罐上的金属焊接盘。在又一方面，本专利技术特征在于一种制造一次锂电池的方法，所述方法包括将螺旋卷绕的电极组件插入罐中，所述电极组件包括包含锂的阳极，包含二硫化铁的阴极，以及设 置在阳极和阴极之间的分隔体；将由阳极延伸的阳极插片焊接到罐上；并且将由阴极延伸 的阴极插片焊接到电池的正端子上。一些具体实施包括下列一个或多个特征。焊接阴极插片包括将阴极插片焊接到包 括正端子的端帽组件上。所述方法还包括将阳极插片焊接到金属焊接盘上，并且将金属焊 接盘焊接到罐上。所述方法还包括在阴极插片中形成Z型折叠。所述方法还包括通过拉伸 金属片形成罐体并用镍电镀罐体来形成罐。在另一方面，本专利技术特征在于一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一次锂电池，所述一次锂电池包括：　　包含锂的阳极；　　包含二硫化铁的阴极；　　设置在所述阳极和阴极之间的分隔体；以及　　包含锂盐、１，３－二氧杂环戊烷、乙二醇二醚和水的电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-5-29 12/129,1581.一种一次锂电池，所述一次锂电池包括 包含锂的阳极；包含二硫化铁的阴极；设置在所述阳极和阴极之间的分隔体；以及包含锂盐、1，3- 二氧杂环戊烷、乙二醇二醚和水的电解质。2.如权利要求1所述的电池，其中所述乙二醇二醚包括二甲氧基乙烷。3.如权利要求2所述的电池，其中1，3_二氧杂环戊烷与二甲氧基乙烷的重量比在 4 6至9 1的范围内。4.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质中水的浓度为约50ppm至lOOOppm。5.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质包含两种或更多种盐的混合物，所述盐 选自由下列组成的组LiI、LiCl、LiBr LiClO4, LiAsF6, LiPF6, LiTFS、LiTFSI、LiBOB。6.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质还包含添加剂，所述添加剂选自由下列 组成的组3，5-二甲基异聰唑(DMI)、吡啶、三甲基吡唑、二甲基吡唑、和二甲基咪唑。7.如权利要求1所述的电池，其中所述电池已被预放电，并且所述阳极包括在所述电 池的制造期间拉伸的锂箔，并且在所述锂箔拉伸且所述电池预放电之后，所述阳极包含0.9 克至1. Og重量的锂。8.如权利要求1所述的电池，其中所述电池具有小于1的阳极/阴极比率。9.一种一次锂电池，所述一次锂电池包括 罐，包括正端子的端帽组件，所述端帽组件密封到所述罐上；以及 设置在所述罐内的螺旋卷绕的电极组件，所述电极组件包括包含锂的阳极、包含二硫 化铁的阴极、以及设置在所述阳极和阴极之间的分隔体，其中所述电极组件还包括被构造成在所述阳极和所述罐之间建立电连接的阳极插片 以及被构造成在所述阴极和所述正端子之间建立电连接的阴极插片，所述阳极插片被焊接 到所述罐上，而所述阴极插片被焊接到所述端帽组件上。10.一种制造一次锂电池的方法，所述方法包括将螺旋卷绕的电极组件插入罐中，所述电极组件...

【专利技术属性】
技术研发人员：FJ伯科威茨，NN伊萨夫，J詹尼克，蒋志平，E内沃克，BK帕特尔，M波津，MD斯利格尔，
申请(专利权)人：吉列公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]