锂-二硫化铁电化学电池单体中杂质的去除制造技术

本发明专利技术公开了一种锂电化学电池单体和制造所述电池单体的方法。所述电池单体包含一种螯合剂，所述螯合剂是特别选择的，用以除去由其它组分引入该电池单体的杂质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及螯合剂在电解质溶液中用于从电池的电化学活性材料(如硫铁矿)中除去可溶性杂质的用途。
技术介绍
作为一种基本规则，任何电池中选择的电解液必须能够提供足够的电解电导率以在希望的温度范围内满足电池单体的放电要求。如Broussely的美国专利第4，129,691 号所述，提高锂电池电解液中溶质(即盐)的浓度预期将导致电解液电导率和有用性的相应的提高(至少在某一点上)，以及被认为是希望的属性的更高的电导率。然而，其它的限制——如所述溶质在特定溶剂中的溶解度、锂基电极上合适的钝化层的形成、和/或所述溶剂与电化学活性材料或电池单体中的其它材料之间的相容性——使得难以选择合适的电解液系统。例如一个非限定性的例子，Bakos的美国专利第4，804，595描述了某些醚如何不与如碳酸丙烯酯等溶剂不相混溶。另外的电解液的不足和不相容性在本领域中是已知并有所记载的，尤其是当它们涉及Lii^K2电池单体和锂与许多液体、溶剂和常规聚合物密封材料的反应性时。醚类由于其通常具有低粘度、良好的润湿能力、良好的低温放电性能和良好的高速率放电性能，经常优选作为锂电池电解液溶剂，但它们的极性相对于一些其它的常规溶剂较低。醚类在含有硫铁矿的电池单体中是特别有用的，因为在醚类中，这样的电池单体比更高电压的阴极材料具有更加稳定的倾向，并且在醚类中可能会发生电极表面的分解或与溶剂之间发生不希望的反应(例如聚合)。已用于Lii^eh电池单体的醚类例如在ffelAer 的美国专利第5，514，491号或第6，218，(^4号，或欧洲专利052980281中所教导的1， 2-二甲氧基乙烷(DME)和1，3_ 二氧戊环(DIOX)。醚类也已经用于各种溶剂共混物中，如 Gorkovenko的美国专利第7，316，868号(使用DIOX和5-6碳的1，3- 二烷氧基烷)；Marple 等人的美国专利第4，952，330号(使用特定比例的直链醚(如DME)、环状醚(如DI0X)和碳酸亚烃酯(如碳酸丙烯酯))；Kronenberg的美国专利第3，996，069号(使用3-甲基-2-恶唑烷酮以及DIOX和/或DME)；以及Jiang的美国专利公开第20080318123号(使用DIOX 和呋喃基溶剂，例如THF)以及Bowden的美国专利公开第20080(^6296号(使用环丁砜和 DME)。也可能可以使用其它不特定含有DIOX或DME的溶剂，如那些公开在美国专利第 5，229，227中的溶剂(使用3-甲基-2-恶唑烷酮和其它聚烷撑二醇醚，如二甘醇二甲醚)。 然而，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产生的潜在效果，理想的电解液溶剂共混物和得到的电池单体放电性能通常难以预见，而需要在功能性的电化学电池单体中对制得的共混物进行实际的检测。为了提供足够的电导率，已经将多种电解液溶质用于锂基电池单体中，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单体电性能和放电性能，但是这样的电解液的电导率相对较低，并且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WetAer的美国专利第5，514，491号所讨论的那样。 劲量公司(Energizer Holdings he.)销售的一个特定品牌的AA尺寸的FR06电池目前使用了一种非水基电解液，该电解液为0. 75质量摩尔浓度的LiI盐溶于含有DIOX和DME的溶剂混合物中而形成的。溶质以及溶质的组合的一些其它的例子可见Issaev的美国专利第7，479，348号(使用含有LiBF4的混合盐)和Issaev的美国专利公开第20080088278号 (使用LiPF6)，以及Bowden的美国专利公开20070000121号(使用包含三氟甲磺酸盐和酰亚胺的混合盐)。所述电解液中可使用添加剂以增强电池单体和/或其性能的某些方面。例如 Bolster的美国专利第5，691，083号描述了使用非常低浓度的钾盐添加剂以在含有包括 FeS2, MnO2或TK2的阴极材料的电池单体中获得希望的开路电压。Jiang的美国专利公开 20080026290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。Jiang的美国专利公开第20090023054号和Issaev的美国专利公开第20080003500号公开了使用其它的含碘或碘化物的添加剂以改善锂-二硫化铁电池单体的放电性能。在这些实例中的每一个中，选择的添加剂的益处必须平衡掉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)。人们通常相信，较高浓度的溶质一般可改善电解液的电导性，但是，人们也了解， 这种效果基于各种变量最终存在一个极限，所述变量例如溶液的粘度(即，电导性随浓度而改善，直到浓度使得到的溶液过粘，此时电导性剧烈下降)。另外，某些体系(典型地在优选以非硫系元素的多硫化物作为阴极材料的可再充电的锂-硫电池体系中)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，因而使盐浓度为电池中电量状态的指示。在这样的体系中，可向满电的电池单体提供最小为不存在的锂离子浓度而不牺牲性能，如Milchaylik的美国专利第7，189，477号所教导的那样。最终， LiFeS2和其它锂电化学电池在电解液中保持几乎恒定的盐含量，而不会表现出从电极向电解液中提供离子的倾向。因此，在这一方面，阴极电解液体系与Lii^K2体系没有任何关联， 并且更一般地说明了将来自给定的电化学体系的教导盲目应用于另一个不相似的系统中所带来的问题。电化学电池单体、更具体而言在锂-二硫化铁电池单体(其阴极由矿物级硫铁矿制成，所述矿物级硫铁矿通常具有多达5wt%的非活性材料，如氧化硅、金属和其它不希望的和/或电化学惰性的材料)中的一个特定的难题是，溶质、溶剂、电解液添加剂和/或电化学活性材料中的杂质即使是少量的，也可能会溶于电池单体的电解液中。一旦溶解，这些杂质会引起或促进本领域中公知的“软短路”现象的发生，如Cotton的美国专利公开第 200901627M号所述，此时在电极之间形成不希望的枝状生长物。在锂-二硫化铁电池单体中，这些枝状生长物被认为是由电镀在电极上并最终穿透隔膜的金属形成的。
技术实现思路
本专利技术涉及不与电池中的溶剂、溶质和电化学活性材料发生反应且可选地可溶于电解液中的螯合性添加剂。该添加剂螯合金属离子(如锌离子)，形成具有充分稳定性的配位络合物，以防止在电极表面上形成离子镀膜。溶解在醚溶剂中的聚合物或非聚合物的有机螯合剂是优选的。更具体而言，可溶于DIOX和DME并且与锌离子和亚铁离子结合的螯合剂是优选的。聚(丙烯酸乙酯/丙烯酸)和二苯硫代卡贝松以及它们的各种衍生物是这样的螯合剂的特定但非限定性的例子。优选地，一个实施方案中的电池单体具有由锂或锂合金制成的阴极，如含有少于的铝的锂。阳极包含涂覆在集电器上的二硫化铁，但也考虑使用相对于锂的最大电势小于等于2. 8V的其它材料。隔膜置于两个电极之间。优选本文档来自技高网...

【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：马克·A·舒伯特，
申请(专利权)人：永备电池有限公司，
类型：发明
国别省市：