锂一次电池制造技术

一种用于处理阴极电极组件的方法。所述方法包括提供包括二硫化铁的电极并使所述电极接触水以从所述电极中除去杂质。然后可在不同条件下干燥所述电极。干燥后所述电极的含水量可小于约600ppm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制备锂一次电池的方法，所述电池具有包含锂的阳极和包含二硫化铁的阴极。
技术介绍
具有锂阳极的一次(非可再充电的)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构成。一类一次锂电池具有包括二硫化铁(FeS2)的阴极， 二硫化铁也称为硫铁矿。此类电池称为电池，并且还可包括含锂盐的电解质，例如溶解于至少一种有机溶剂中的三氟甲基磺酸锂(LiCF3SO3)。这些电池在本领域中被称为一次锂电池且一般不旨在为可再充电的。这些电池可为圆柱形电池形式，例如AA尺寸或AAA 尺寸的电池，或者可为棱柱状电池的形式。用于制造商业电池的二硫化铁阴极材料可从天然黄铁矿矿石中加工得到，所述矿石可天然包含多种杂质，如S、Fe2\ Fe3\ SO广、H+、以及其它杂质。在二硫化铁材料中的杂质当掺入组装好的电池中时，可对电池总体性能具有不良影响。杂质可直接与阳极或阴极材料反应。此类反应可导致组装好的电池贮藏寿命减少和容量降低。此外，杂质可直接与电解质反应并可降低其总体稳定性。这也可导致与阳极或阴极材料的副反应，其可减少电池储存寿命并降低电池容量。因此，电解质的降解可生成气体，所述气体可提高电池内部压力。电池压力提高可导致由电解质从电池中渗漏或排出引起的不安全状况。此外，来自一些污染物的铁可溶解在电解质中并扩散到锂阳极与其反应。这一反应可改变锂表面并可对放电性能产生负面影响。用于制造商业电池的二硫化铁阴极材料由于1 在采矿后的贮藏期间暴露于多种天气条件下(如下雨或潮湿)，可能天然是酸性的。在经加工使其获得适用于商业电池的性能后，二硫化铁粉末可贮藏在适宜的包装内以在用于电池组装过程之前长时间保存，例如长达六个月。在贮藏期间，二硫化铁材料可与大气中的水分和/或空气反应以形成多种产物(杂质)，例如 H2S, H2SO4, FeSO4, FeSO4 · nH20、Fe2 (SO4) 3、Fe2 (SO4) 3 · ηΗ20、以及其它杂质。当此类杂质进入组装好的电池内时，可降低电池的总体性能和安全特性。例如酸性反应物可与电池内部组分反应，如集流体、阳极、或其它金属电池部件，潜在地降低电池性能和电池构造刚度。酸性反应物的存在也可导致电解质溶液的聚合，这可对电池总体性能产生负面影响。在贮藏期间抑制酸性产物形成的常见方法为在贮藏之前将缓冲液例如碳酸钙 (CaCO3)直接与1 粉末混合。例如，加入大约2. 5重量％的CaCO3到1 中可通过中和贮藏期间当1 与空气中的水分反应时产生的酸性产物，额外延长贮藏时间六个月。中和反应的一些反应产物例如可包括CaS04、CaSO4 · 2H20、CaS, CaSO3和CO2。混合缓冲液如CaCO3 与1 粉末可不受限制。例如CaCO3可作为绝缘体，其可抑制1 的导电性并可降低电池总体放电性能，尤其是在高放电率情况下更是如此。此外，CaCO3的密度小于1 的密度。 将CaCO3W入阴极粉末中占用了本来由活性阴极材料(例如I^eS2)所占的空间，这将直接有利于组装好的电池容量并因此有利于总体性能。需要从电极材料如二硫化铁中移除杂质，其被随后掺入组装好的电池中。掺入杂质可导致电极组件具有相对较高的总体电阻，这可降低组装好的电池的总体放电性能。此外，掺入杂质可导致可用于活性组分的空间较少，这对组装好的电池的总体放电性能具有正面影响。本专利技术公开了在电池组装之前从电极或电极材料中移除杂质的方法，这可改善电池总体性能，尤其是在高放电率情况下。专利技术概述本专利技术的一个方面特征在于处理阴极电极组件的方法。该方法包括提供包含二硫化铁的电极。使电极在某种程度上与水接触以从电极中除去杂质。然后在致使电极含水量小于约600ppm的条件下干燥电极。在一些具体实施中，可将水去离子化。水可暴露于频率为约38kHz至约50kHz之间的超声波。在一些具体实施中，电极在约190°C至约350°C之间的温度下干燥。电极可在真空下干燥。电极可在惰性气氛中干燥。在一些实例中，电极可在气氛Ar、N2、以及它们的混合物中干燥。本专利技术的另一方面的特征在于具有通过本专利技术方法处理的阴极电极组件的电池。 该方法包括提供包含二硫化铁的电极。使电极在某种程度上与水接触以从电极中除去杂质。然后在致使电极含水量小于约600ppm的条件下干燥电极。本专利技术的另一方面的特征在于处理阴极电极材料的方法。该方法包括提供包含二硫化铁的电极材料。使电极材料在某种程度上与水接触以从所述材料中除去杂质。然后在致使电极含水量小于约10，OOOppm的条件下干燥电极材料。在一些具体实施中，可将水去离子。水可暴露于频率为约38kHz至约50kHz之间的超声波。在一些具体实施中，电极材料在约50°C至约350°C之间的温度下干燥。电极材料可在真空下干燥。电极材料可在惰性气氛中干燥。在一些实例中，电极材料可在气氛Ar、 N2,以及它们的混合物中干燥。本专利技术的另一方面特征在于具有通过本专利技术方法处理的阴极电极材料的电池。该方法包括提供包含二硫化铁的电极材料。使电极材料在某种程度上与水接触以从所述材料中除去杂质。然后在致使电极材料含水量小于约10，OOOppm的条件下干燥电极材料。附图简述虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本专利技术的权利要求书，但是据信通过下面的描述并结合附图将更好地理解本专利技术。附图说明图1是圆柱形电池的绘画视图。图2是用于从阴极电极组件中除去杂质的本专利技术方法的示意流程图。图3是用于从阴极电极材料中除去杂质的本专利技术方法的示意流程图。专利技术详述参见图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、隔板20、以及电解质。可将阳极12和阴极16、以及位于其间的分隔体20卷成通常称为果冻卷的组件。阳极12、阴极16、分隔体20和电解质包含在外壳22内。电化学电池10还包括顶盖M和环形的绝缘垫圈沈以及安全阀观。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。阴极电极组件可由包含二硫化铁(FeS2)阴极活性材料的阴极浆料形成。如本文所用，术语“浆料”将具有其普通字典的含义并且因此被理解为表示固体颗粒在液体中的分散体或者悬浮液。可将该浆料涂覆到基底的至少一侧上，例如导电基底如铝箔或不锈钢。阴极浆料一般可在环境条件下(例如约22°C下)形成。阴极浆料还可包括导电性碳粒(例如， 乙炔黑和石墨)；聚合物粘合剂材料；和溶剂。1 和碳颗粒可通过聚合物粘结到基底上， 所述聚合物可为例如弹性体嵌段共聚物，例如苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯(SEBQ嵌段共聚物如Kraton G1651弹性体(Kraton Polymers,Houston, Texas) 这种聚合物为成膜剂， 并且对阴极混合物中的FeS2颗粒以及导电性碳粒添加剂具有良好的亲和力和粘结性。此外，聚合物表现出在电解质中的稳定性。涂覆过的基板可形成润湿阴极电极组件。溶剂然后可蒸发，留下干燥阴极涂层混合物，所述混合物包含1 、导电性碳粒和彼此粘合并粘合到基板上的聚合物粘合剂，从而产生阴极电极组件。在一些具体实施中，可涂覆并干燥所述基板的一面，然后涂覆并干燥所述基板的另一面。无论是涂覆基板的一面还是两面，都形成阴极电极组件，其可经压延本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：蒋志平，W·L·鲍登，R·西罗蒂那，L·M·弗里古格莱蒂，M·波津，
申请(专利权)人：吉列公司，
类型：发明
国别省市：