本发明专利技术涉及一种装有含有ＬｉＩ的低质量摩尔浓度电解液的锂电化学电池设计。由此产生的电池在宽的温度、条件和流失率范围下具有出色的性能。所述电解液含有溶解在含有二氧戊环和非环醚的混合溶剂中的０．５质量摩尔浓度或更少的碘化锂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请是2005年8月16日提交的名称为“低温电池”申请号为11/204694 的美国专利申请的部分接续申请。本专利技术涉及一种用于一次电化学电池(如锂/ 二硫化铁电池)的不含水的电解 液。更具体地，涉及一种在-40°C至21°C之间具有放电容量并且含有基本上由溶于全醚溶 剂的浓度为0. 3-0. 5质量摩尔浓度的碘化锂组成的电解液的锂-二硫化铁电池。
技术介绍
电池被用于为许多便携式电子设备提供电能。在当今的消费者驱动型设备市场 中，优选标准化的一次电池尺寸(例如AA或AAA)和特定的额定电压(通常为1.5V)。并 且，由于与类似的当前可用的可充电电池(即二次电池)相比，一次电池的成本低、方便、可 靠并且工作寿命持久，因此消费者经常选择使用一次电池。由于新型设备向小型化和高能 化方向发展的趋势，一次锂电池(含有金属锂或锂合金作为负电极的电化学活性材料的电 池)越来越普遍地被选择作为这类设备的电池。一种对于1. 5V消费型设备特别有用的锂电池为锂-二硫化铁(或Lii^h)电池， 对于AA尺寸该电池的IEC名称为FR6，对于AAA尺寸该电池的IEC名称为FR03。与碱性电 池、碳锌电池或其它一次(即不可充电的)电池系统相比，LiFeS2电池提供更高的能量密 度，尤其是在高流失率(drain rates)下提供更高的能量密度。这样的电池使用二硫化铁 1 (也被称为黄铁矿或硫铁矿，是用于电池应用领域的二硫化铁的优选矿物形态)作为正 电极的电化学活性材料。通常，任何电池中选择的电解液必须能够提供足够的电解和电导率以满足在希望 的温度范围内的放电需要。如Broussely的美国专利第4129691号所述，提高锂电池电解 液中溶质(即盐)的浓度预期得到相应的所述电解液的电导率和利用度的提高(至少达到 某一点)，推定具有更高电导率是需要的属性。然而，其它限制(如溶质在特定溶剂中的溶 解度、合适的钝化层在锂基电极上的形成和/或溶剂与电池中的电化学活性材料和/或其 它材料的相容性)使得难以选择合适的电解液系统。作为非限制性的实例，Bakos的美国 专利第4804595号描述了某些醚是如何不与溶剂如碳酸丙烯酯相混溶的。其它的电解液的 缺点和不相容性是已知的并记载在本领域中，特别是当它们涉及Lii^eS电池以及锂与许多 液体、溶剂和常用的聚合物密封材料之间的反应性时。醚类由于其通常较低的粘度、良好的润湿能力、良好的低温放电性能以及良好的 高速率放电性能，通常优选用作锂电池电解液溶剂，虽然其相对于某些其它常用溶剂极性 较低。醚类在使用黄铁矿的电池中是特别有用的，因为与在醚类中的更高电压的阴极材料 (可能会发生电极表面的分解或不希望的与溶剂之间的反应(例如聚合))相比所述电池倾 向于更加稳定。已经用于Lii^S电池中的醚类有1，2-二甲氧基乙烷(“DME”)和1，3_ 二 氧戊环(“DI0X”)，上述两者或者按照WfetDber的美国专利第5514491号或第62180M号或 欧洲专利05^802B1所教导的那样共用，或者如Gorkovenko的美国专利第7316868号(使用DIOX和5-6碳1，3_ 二烷氧基烷)、Marple等的美国专利第4952330号(使用固定比例 的线性醚(如DME)、环醚(如DI0X)和碳酸烯烃酯(如碳酸丙烯酯))Jronenberg的美国 专利第3996069号(使用3-甲基-2-恶唑烷酮和DIOX和/或DME)、或Bowden的美国专利 公开2008/0026296A1 (使用环丁砜和DME)所教导的那样整体或部分用作溶剂混合物。非 特定含有DIOX或DME的其它溶剂也是可以的，如那些公开在WfetDber的美国专利第52四227 中的溶剂(使用3-甲基-2-恶唑烷酮和聚亚烷基二醇醚如二甘醇二甲醚)。但是，由于溶 剂之间的相互作用，以及溶质和/或电极材料对这些溶剂的潜在作用，通常难以在不对在 功能性电化学电池中设计的混合物进行实际测试的情况下预测理想的电解液溶剂混合物 和电池产生的放电性能。大量种类的电解液溶质已用于锂基电池，包括碘化锂(LiI)、三氟甲烷磺酸锂 (LiCF3SO3或“三氟甲磺酸锂”)、双三氟甲磺酰亚胺锂(Li (CF3SO2)2N或“酰亚胺锂”)、高氯酸 锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)等。虽然含有三氟甲磺酸锂的电解液可提供不错的电池 电性能和放电性能，但是这样的电解液的电导率相对较低。另外，三氟甲磺酸锂较为昂贵。 碘化锂(LiI)已被用作三氟甲磺酸锂的替代物以同时降低成本并改进电池的电性能，如 WelAer的美国专利第5514491号所讨论的那样。劲量公司(Energizer Holdings Inc.)销 售的一个品牌的AA尺寸的FR06电池目前包括一种不含水的电解液，该电解液为大约0. 75 质量摩尔浓度的LiI盐溶于含有DIOX和DME的溶剂混合物中。所述电解液中可使用添加剂以增强电池和/或其性能的某些方面。例如Bolster 的美国专利第5691083号描述了使用非常低浓度的钾盐添加剂以在含有包括狗&、MnO2或 TiS2的阴极材料的电池中实现希望的开路电压。Jiang的美国专利公开2008/0026290公开 了使用铝添加剂以减缓钝化膜在锂电极表面上的发展。在这些实例中的每一个中，选择的 添加剂的益处必须与任何有害反应或效果(在电池的放电性能、安全性和工作寿命方面) 相平衡。最后，如上所述，人们相信更高的溶质浓度通常改进所述电解液的导电性，虽然已 知基于某些变量(如溶液的粘度)该效果存在最终的限度(即，电导率随浓度提高而改善， 直到浓度使最终的溶液太粘稠，此时电导率急剧下降)。此外，某些系统(典型地在优选以 非硫族的(non-chalcogenic)多硫化物作为阴极材料的可充电的锂-硫电池系统中)使用 “阴极电解液”，其中电极本身的一部分溶进所述电解液溶液中以提供离子电导性，以致于 盐的浓度是一种电池充电状态的指示。在这样的系统中，可向满电的电池提供最小到不存 在的(non existent)浓度的锂离子而不牺牲性能，如MiWiaylik的美国专利第7189477号 所教导。最终，LiFW2和其它锂电化学电池保持在电解液中几乎恒定的含盐量，并且不会表 现出从电极向电解液中提供离子的倾向。因此，阴极体系在这方面与Lii^K2体系不相关，并 且更通常说明盲目地将一个给定电化学体系的教导应用到另一个不同体系所带来的缺陷。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有改进的低温性能的电化学电池。该电池阳极由锂或锂 合金制成，如有少于铝的锂。所述阴极包括涂覆在集电器上的二硫化铁，虽然可以考 虑任何与锂的电势小于或等于2. 8V的材料。隔膜置于两电极之间。电极可卷绕成卷心 (jellyroll)电极组装件。所述电解液由溶解在溶剂混合物中的0. 5质量摩尔浓度的碘化锂组成，所述溶剂 混合物包括1，3- 二氧戊环和至少一种非环醚如1，2- 二甲氧基乙烷或二甘醇二甲醚等。另 外，任选的共溶剂如3，5_ 二甲基异恶唑可以包括在内。在电解液中的二氧戊环的最佳添加 量介于60至70体积百分数之间。得到的电池提供了显著提高的低温电容量，同时几乎没有牺牲任何在室温下的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电化学电池，包括：主要由锂或锂合金构成的阳极；包括涂覆在集电器上的二硫化铁的阴极；置于所述阳极和所述阴极之间的隔膜，其中所述阳极、所述阴极和所述隔膜螺旋卷绕成卷芯电极组装件；具有溶于一种溶剂混合物的０．５质量摩尔浓度或更低的碘化锂的电解液，所述溶剂混合物主要由至少５０体积％的二氧戊环和至少一种非环醚组成；以及其中所述电池在约－４０℃的Ｃ１５持续放电率下提供的电容量为同样构造的电池在约２１℃的相同测试下提供的电容量的至少３０％。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁·韦伯，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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