锂电池制造技术

本发明专利技术公开了一种一次电池，所述一次电池具有包含锂的阳极以及包 含二硫化铁(FeS2)和碳颗粒的阴极。所述电解质包含溶解于非水溶剂混 合物中的锂盐，所述非水溶剂混合物包含烷基酯，优选乙酸烷基酯。所述 电解质溶剂也可包括有机环状碳酸酯。制备的阴极浆液包含二硫化铁粉 末、碳、粘合剂、以及液体溶剂。将混合物涂覆到导电基底上，溶剂蒸发 而在基底上留下干燥的阴极涂层。将其间具有隔板的阳极与阴极螺旋卷绕 并插入到电池壳体中，随后添加电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有包含锂的阳极和包含二疏化铁的阴极以及包括锂盐和 非水溶剂的电解质的锂电池，所述非水溶剂包括乙酸烷基酯，优选乙酸甲 酯。
技术介绍
含有锂阳极的一次(不可充电)电化学电池为众人所知并具有广泛的 商业应用。阳极基本上由锂金属组成。此类电池通常具有包含二氧化锰的阴极和包含溶解在非水溶剂中的诸如三基甲烷磺酸锂(L i CF3S03)等锂盐的电 解质。该电池在本领域中被称为一次锂电池(一次Li/Mn02电池)， 一般 不旨在为可充电的。具有锂金属阳极但具有不同阴极的另外一种一次锂电 池也为人所知。此类电池例如具有包含二硫化铁(FeSj的阴极并被称作 Li/FeS2电池。二石克化铁(FeS2)也称疏铁矿。Li/Mn02电池或Li/FeS2电池通 常为圆柱形电池形式，通常为AA号电池或2/3A Li/Mn02电池。Li/Mn02电 池具有约3.0伏的电压，这个电压是常规Zn/Mn02碱性电池的两倍， Li/Mn02电池还具有高于碱性电池的能量密度(瓦特-小时/cm3电池体 积)。Li/FeS2电池具有介于约1.2和1.5伏之间的电压(新制的)，这一 电压大约与常规Zn/Mn02碱性电池相同。然而，Li/FeS2电池的能量密度 (瓦特-小时/cm3电池体积)也远高于对等尺寸的Zn/Mn02碱性电池。锂金 属的理论比容量高，为3861.7毫安-小时/克，而FeS2的理论比容量为 893. 6毫安-小时/克。FeS2的理论容量l基于每个FeSa对4Li的4电子转 移，导致的反应产物是元素铁Fe和2Li2S。也就是说，4个电子中的2个 使FeS2中的Fe价态还原为Fe，而余下的2个电子使硫的化合价从FeS2中 的-l还原至Li2S中的-2。整体Li/FeS2电池比相同尺寸的Zn/Mn02碱性电池能量大得多。也就是 说，对于给定的连续耗用电流，尤其是超过200毫安的较高耗用电流，在电压对时间曲线中，Li/FeS2电池比Zn/Mn02碱性电池的电压下降慢很多。 这导致可以由Li/FeS2电池得到的能量比可以由相同尺寸的碱性电池得到 的能量要多。从能量(瓦特-小时)对恒定功率(瓦特)下的连续放电的图 表中也更直接清楚地显示出了 Li/FeS2电池的较高能量输出，其中新制的 电池在低至0. 01瓦特到5瓦特的固定连续功率输出下放电至完全。在此类 测试中，功率消耗维持在选定的0. 01瓦特与5瓦特之间的恒定连续功率输 出。(由于放电期间电池的电压下降，负载电阻逐渐减小，提高了耗用电 流，从而维持固定的恒功率输出)。在能量(瓦特-小时)对功率输出(瓦 特)的图表中，Li/FeS2电池显著地高于相同尺寸的碱性电池。尽管两个电 池(新制)的起始电压大约相同，即介于约1.2和1.5伏之间。因此，Li/FeS2电池优于相同尺寸的碱性电池(例如，AAA、 AA、 C或D 尺寸或任何其它尺寸电池)之处在于，Li/FeS2电池可以与常规的Zn/Mn02 碱性电池互换使用，并且将具有更长的使用寿命，尤其是在高功率要求的 情况下。同样，作为一次(不可充电)电池的Li/FeS2电池可以用来替换 相同尺寸的可充电镍金属氢化物电池，后者具有与Li/FeS2电池大约相同 的电压(新制)。Li/Mn02电池与Li/FeS2电池均需要非水电解质，因为锂阳极会与水高 度反应。与Li/FeS2电池制造有关的困难之一是需要将优良的粘合材料添 加到阴极制剂中，以将Li/FeS2与碳颗粒在阴极中粘合在一起。粘合材料 还必须具有足够粘性，以使得阴极涂层均勻且牢固地粘附到其所涂敷的金 属导电基底上。阴极材料可最初以例如浆液混合物的形式制备，所述浆液混合物可容 易通过常规的涂覆方法涂覆到金属基底上。添加到电池中的电解质必须为 用于Li/FeS2体系的适当的非水电解质，使得在所需的高功率输出范围内 有效地发生必要的电化学反应。电极必须表现出良好的离子电导性，并且 还要对未放电的电极材料(阳极和阴极)以及对所得放电产物足够稳定。 这是由于电解质与电极材料(已放电的或未放电的)之间不可取的氧化/还 原反应可能会逐渐污染电解质并将降低其有效性或导致过量放气。这继而 会导致对电池的灾害性破坏。因此，用于Li/FeS2电池中的电解质除了促 进必要的电化学反应之外，还应对已放电和未放电的电极材料稳定。一次锂电池用作数码闪光照相机的电源，这种相机需要在比单独的碱 性电池所提供的更高的功率需求下操作。 一次锂电池常规上由电极复合材 料形成，所述材料包括由锂片形成的阳极、由在导电金属基底(阴极基底)上包含FeS2的阴极活性材料涂层形成的阴极、以及位于其间的电解质 可渗透的隔板材料片。可将电极复合材料螺旋巻绕并插入到电池壳体中， 例如美国专利4, 707,421所示。用于Li/FeS2电池的阴极涂层混合物描述 于U. S. 6， 849， 360中。阳极片的一部分通常电连接到电池壳体上形成电池 的负端子。使用与壳体绝缘的端帽来封闭电池。阴极片可电连接到端帽上 形成电池的正端子。通常，将壳体巻曲在端帽的周边边缘上以密封壳体的 开口端。可通过将一层锂层压到诸如铜的金属基底上来形成Li/FeS2电池中的 阳极。然而，阳极也可在不用任何基底的情况下由锂片形成。用于一次Li/FeS2电池中的电解质由溶解于有机溶剂中的锂 盐形成。可在用于Li/FeS2—次电池的电解质中的代表性锂盐参考于美 国专利5, 290， 414和美国专利6,849,360 B2中，并包括诸如以下的盐三 氟甲基磺酸锂，LiCF3S03 ( LiTFS );双(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂， Li (CF3S02)2N (LiTFSI );硤化锂，Lil;溴化锂，LiBr;四氟硼酸锂， LiBF4;六氟磷酸锂，LiPF六氟砷酸锂，LiAsF6; Li(CF3S02) 3C;以及各 种混合物。在本领域中参考以用于与有机溶剂(所述溶剂用于一次Li/FeS2电池 的电解质)相关的可能用途的一些有机溶剂的实例如下碳酸丙二酯 (PC)、碳酸乙二酯(EC)、碳酸丁二酯(BC) 、 二甲氧基乙烷(DME)、 乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚和三乙二醇二乙醚、二曱氧基丙烷 (DMP) 、 二氧戊环(DI0X) 、 3，5-二甲基异噁唑(DMI)、四氩呋喃 (THF)、碳酸二乙酯(DEC)、亚硫酸乙二醇酯(EGS) 、 二氧杂环己烷、 石充酸二甲酯(DMS) 、 3-甲基-2-噁唑烷酮和环丁砜(SU)、以及各种混合 物。(参见例如美国专利5，290，414和U.S. 6,849, 360 B2)。在U.S. 5,290,414中，具体报导了用于FeS2电池的有益电解质的使 用，其中所述电解质包含溶解于溶剂中的锂盐，所述溶剂包含与无环(非 环)酯基溶剂混合的二氧戊环。所提及的无环(非环)醚基溶剂可以为二 曱氧基乙烷、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚和三乙二醇二乙醚，其中优选l-2二甲氧基乙烷(DME)。在此类溶剂混合物中可电离的具体锂盐给定 为LiCF3S03 (LiTFS)或Li (CF3S02) 2N (LiTFSI)、或它们的混合物。共溶 剂选自3,5-二甲基异噁唑(DMI ) 、 3-甲基-2-噁唑烷酮、碳酸丙二酯 (PC)、碳酸乙二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一次电化学电池，其特征在于所述电池包括：外壳；正端子和负端子；包含锂的阳极；包含二硫化铁（ＦｅＳ↓［２］）和导电性碳的阴极，所述电池还包括非水电解质，所述非水电解质包含溶解于非水溶剂混合物中的锂盐，所述非水溶剂混合物包含烷基酯。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.6 US 11/516,5341. 一种一次电化学电池，其特征在于所述电池包括外壳；正端子和负端子；包含锂的阳极；包含二硫化铁(FeS2)和导电性碳的阴极，所述电池还包括非水电解质，所述非水电解质包含溶解于非水溶剂混合物中的锂盐，所述非水溶剂混合物包含烷基酯。2. 如权利要求1所述的电池，其中所述烷基酯包括乙酸烷基酯，所述 乙酸烷基酯选自由下列组成的组乙酸曱酯、乙酸乙酯、和乙酸丙 酉旨、以及它们的混合物。3. 如权利要求1所述的电池，其中所述锂盐选自由下列组成的组 LiCF3S03 (LITFS) 、 Li(CF3S02)2N (LiTFSI)、以及它们的混合物。4. 如权利要求1所述的电池，其中所述非水溶剂混合物还包含环状有 机碳酸酯，所述环状有机碳酸酯选自由下列组成的组碳酸乙二 酯、碳酸丙二酯、和碳酸丁二酯、以及它们的混合物。5. 如权利要求1所述的电池，其中所述电解...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·N·伊赛夫，M·伯金，J·A·罗根，
申请(专利权)人：吉莱特公司，
类型：发明
国别省市：US