具有改进的分隔体和电解质组合的电化学电池制造技术

本发明专利技术描述了一种电化学电池。该电化学电池包括阳极、阴极、介于所述阳极和所述阴极之间的分隔体、和电解质。电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。分隔体与电解质组合具有小于2Ω-cm2的面积比电阻。该电化学电池具有小于约1.1的界面阳极与阴极比率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电化学电池。更具体地讲，本专利技术涉及一种具有改进的分隔体和电解质组合的电化学电池以及电池设计。
技术介绍
高能电池组系统的开发要求具有期望的电化学特性的电解质具有与高反应性、高能量密度的阳极材料和阴极材料例如锂、钠、FeS2等的相容性。尽管相对来讲易于计算出理论能量，即潜在地得自所选择的阳极-阴极电偶的电能，但需要选择用于此类电偶的电解质，所述电解质允许由装配的电池组产生的实际能量接近理论能量。通常遇到的问题是，实际上不可能事先预测电解质将会在多大程度上(如果有的话)将与所选择的电偶共同起作用。虽然必须将电池考虑为具有三个部分即阴极、阳极和电解质的单元，但应当了解，不可能预测一个电池的这些部分是否可与另一个电池的部分互换而产生有效且可工作的电池。已认识到的是，与电解质结合的分隔体可在电池的性能特征方面起到重要作用。许多电化学系统在它们刚被制造出来的时候可在各种环境中发挥作用。然而，当电池系统在高温下被长时间地贮藏时，它们的阻抗特征可能发生改变而使得电化学系统不适用于某些消费应用。电池的一种具体的高速率应用为其在照相机中的应用。虽然电池可在正常条件下发挥作用，但许多电池在高消耗速率下可表现出高电压降，例如在闪光照相机中就是如此。需要提供一种用于电化学电池的电解质溶液和分隔体组合以及电池设计以提供较低的总体电池阻抗，从而基本上增强电池性能。
技术实现思路
本专利技术的一个方面的特征在于一种电化学电池。所述电化学电池包括阳极、阴极、阳极和阴极之间的分隔体、和电解质。阴极包含二硫化铁。电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。分隔体与电解质组合具有小于2Q-cm2的面积比电阻。该电化学电池具有小于约I. I的界面阳极与阴极比率。在一些具体实施中，分隔体可具有介于约0. 005至约5微米之间的孔径。分隔体可具有小于约2. 5的曲折度。分隔体可具有介于约30%和约70%之间的孔隙率。电解质可包括多种溶解于有机溶剂中的盐。有机溶剂可包括醚基溶剂。有机溶剂可为环状醚基溶剂和无环醚基溶剂的混合物。环状醚基溶剂可为二氧戊环。无环醚基溶剂与二氧戊环的重量比可为1:99至45:55。无环醚基溶剂与二氧戊环的重量比还可为10:90至40:60。无环醚基溶剂可选自由下列组成的组二甲氧基乙烷、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基丙烷和三甘醇二甲醚。无环醚基溶剂可为1，2-二甲氧基乙烷。至少一种共溶剂可被包括在电解质溶剂中。基于电解质溶液中的溶剂重量，共溶剂可按小于25重量％的量存在。共溶剂可选自由下列组成的组3，5- 二甲基异晴卩生、3-甲基-2- 1 唑烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯和环丁砜。阳极可包含锂。分隔体可被电解质润湿。分隔体可具有约8至约30微米的厚度。该电化学电池可具有介于约O. 80和约O. 90之间以及约I. O和约I. 05之间的阳极与阴极比率。附图说明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可以更好地理解本专利技术。图I是圆柱形Li/FeS2电池的绘画视图。具体实施方式 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、分隔体20、以及电解质。可将阳极12和阴极16、以及位于它们之间的分隔体20卷成通常称为凝胶卷的组件。阳极12、阴极16、分隔体20和电解质被包含在外壳22内。电化学电池10还包括顶盖24和环形的绝缘垫圈26。电池10可包括安全阀28。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。电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。盐可包括一种盐或可包括多种盐。有机溶剂可包括醚基溶剂。有机溶剂可包括醚基溶剂的混合物。有机溶剂可包括环状醚基溶剂和无环醚基溶剂的混合物。环状醚基溶剂可包括二氧戊环。如本文所用，术语二氧戊环是指1，3-二氧杂环戊烷(DI0X)、烷基取代的二氧戊环或它们的混合物。烷基取代的二氧戊环的实例为4-甲基-1，3- 二氧杂环戊烷或2，2- 二甲基-1，3- 二氧杂环戊烷。用于本专利技术的优选的二氧戊环为1，3-二氧杂环戊烷。适用于本专利技术的典型的无环醚基溶剂为二甲氧基乙烷、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基丙烷和三甘醇二甲醚。有机溶剂可包括有机碳酸盐。有机溶剂可包括有机碳酸盐的混合物。有机碳酸盐的实例包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸二甲酯(DC)、乙基碳酸二甲酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)和碳酸亚乙烯酯(VC)。就某些应用而言，可使用至少一种任选的共溶剂，例如3，5-二甲基异嘯唑(DMI )、3-甲基-2- _唑烷酮(3Me20x)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丁酯(BC)、四氢呋喃(THF)、碳酸二乙酯(DEC)、亚硫酸乙二醇(EGS)、二氧杂环己烷、亚硫酸二甲酯(DMS)、伽玛丁内酯(GBL)等。用于本专利技术的优选的共溶剂为3，5-二甲基异I恶唑、3-甲基-2-曝唑烷酮和碳酸亚丙酯。就大多数应用而言，基于电解质的溶剂总重量，任选的共溶剂的加入应当被限制在25重量％或更少，优选地小于20重量％。无环醚基溶剂与二氧戊环的优选的重量比为1:99至45:55，更优选10:90至40:60,并且最优选的重量比之一为约29:71。最优选的电解质为29. O重量％的DME、70. 8重量％的DI0X、0. 2重量％的DMI和O. I重量％的LiTFS，连同每升溶液I. O摩尔的Lil。已发现除了电解质以外，低电阻分隔体也允许具有最佳的高速率电池性能。一种期望的用于高速率锂电池的分隔体材料包括微孔的挤出或浇铸薄膜(膜)。分隔体可具有约8至30微米(μ m)的厚度。所述微孔膜分隔体可具有在约O. 005至约5微米且优选地约O. 005至约O. 3微米范围内的孔径；在约30至约70%,优选地约35至约65%范围内的孔隙率；与电解质组合测量的小于2Q-cm2的面积比电阻；和小于约2. 5的曲折度。分隔体的孔径可在如下最小值以上，所述最小值使得溶剂化离子能够无阻碍地迁移。溶剂化锂离子可为大约10埃或O. 001微米。由于有机电解质系统通常可能形成离子对，并且通常可能有至少一个单层的电解质溶剂衬垫在分隔体的孔壁上，因此O. 005微米的最小孔径使得离子能够无阻碍地穿过孔。然而，当孔径增加时，无孔面积也需要增加以便提供机械强度。增加这些无孔面积的结果可能会阻塞分隔体的主要部分，从而阻碍离子迁移。因此，相对于一些极大的孔来讲，大量中等尺寸的孔可为优选的。评判该效应的另一种方法是，孔之间的距离可与孔径同样重要。通常，在亚微米尺寸的分隔体中，孔之间的距离应当也小于一微米。此外，分隔体的功能还在于形成一种物理屏障以阻止电极粒子穿过分隔体，电极粒子穿过分隔体可能导致阳极和阴极之间发生电短路。此类粒子可小至几个微米，因此也限制了上述期望的孔径。因此，孔径可优选地在亚微米的范围内，或这些孔应当足够地曲折以提供物理屏障，从而阻止电极粒子穿过分隔体。 用于测定多孔材料的孔径的方法为液体排量和气流测量法。这些测量法可使用商业仪器例如Coulter II气孔计来实施。Coulter II气孔计测定的是克服润湿孔内的液体的表面张力所需本文档来自技高网...

【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：N·N·伊萨夫，M·波津，M·D·斯利格尔，E·内沃克，F·J·伯科威茨，
申请(专利权)人：吉列公司，
类型：发明
国别省市：