[发明专利]电池

说明书

技术领域

本发明涉及电池以及相关的组件及方法。

发明背景

电池或电化学电池是通常使用的电能来源。电池包含通常称作阳极的 负极和通常称作阴极的正极。阳极包含可被氧化的活性材料；阴极包含或 消耗可被还原的活性材料。阳极活性材料能够还原阴极活性材料。

当在装置中使用电池作为电能来源时，阳极和阴极发生电接触，使电 子流过装置，发生各自的氧化和还原反应以提供电能。与阳极和阴极相接 触的电解质包含流过位于电极之间的隔板的离子，从而在放电期间保持电 池整体的电荷平衡。

一种类型的电池包括作为阳极活性材料的碱金属和作为阴极活性材料 的二硫化铁。

发明概述

本发明涉及电池，所述电池具有(1)包括碱金属的阳极；(2)包括 阴极活性材料的阴极，所述阴极活性材料选自由下列组成的组：具有式M1_aM2_bS_n的过渡金属多硫化物，例如二硫化铁，其中M1和M2为过渡金属， a+b为至少1，n为至少2x(a+b)；和(3)包括有机溶剂和铝盐的电解 质，所述铝盐选自由碘化铝和三仲丁氧基铝组成的组。电解质因此可包括 一种或两种铝盐，并任选地可包括其它铝盐。在过渡金属多硫化物的式 中，M1和M2可以为相同或不同的过渡金属。当M1和M2为相同的过渡金 属时，b为零。阳极材料包括例如按重量计至少约100％且按重量计最多约 90％的阳极活性材料。电池一般具有良好的安全特性、有限的气体析出和 良好的高电流放电性能。

电池的实施方案可包括下列一个或多个特征。溶剂包括环丁砜、1，3- 二氧杂环戊烷、1，2-二甲氧基乙烷、和/或四氢呋喃。电解质包括诸如双 (三氟甲磺酰)亚胺锂等锂盐。碱金属为锂，并且可以为例如纯锂金属或 与另一种金属(如铝)合金化的锂。电解质还包括吡啶。电解质包括 50ppm至10,000ppm的铝盐。

本发明的其它方面涉及上述电池的使用和制造方法。

如本文所用，“环丁砜”包括分子环丁砜以及甲基、乙基和二甲基环 丁砜。

其它特征和优点由发明详述、附图及权利要求将显而易见。

附图概述

图1为非水性电化学电池的一个实施方案的截面图；

图2为示出两种电池在不同时刻阻抗频谱的图；

图3为示出两种电池的放电数据的图；

图4为示出两种电池在不同时刻阻抗频谱的图；以及

图5为示出两种电池的放电数据的图。

发明详述

参见图1，一次电化学电池10包括与负极引线14电接触的阳极12、 与正极引线18电接触的阴极16、隔板20和电解质。阳极12、阴极16、 隔板20和电解质包含在壳体22内。电解质包括有机溶剂和铝盐，所述铝 盐选自由碘化铝和三仲丁氧基铝组成的组。电化学电池10还包括顶盖24 和环形的绝缘垫圈26以及安全阀28。

阴极16包括阴极集电器和涂覆到阴极集电器的至少一侧上的阴极材 料。阴极材料包括阴极活性材料，并且也可包括一种或多种导电材料(例 如导电助剂、电荷控制剂)和/或一种或多种粘合剂。

阴极活性材料可以包括具有式M1_aM2_bS_n的一种或多种过渡金属多硫 化物，其中M1和M2为过渡金属，a+b为至少1，n为至少2x(a+b)。在 一些实施方案中，n为2。在其它实施方案中，n大于2.5或3.0。过渡金 属的实例包括钴、铜、镍和铁。过渡金属多硫化物的实例包括FeS₂、 CoS₂、NiS₂、MoS₂、Co₂S₉、Co₂S₇、Ni₂S₇和Fe₂S₇、Mo₂S₃以及NiCoS₇。过渡金 属多硫化物进一步描述于例如Bowden等人的美国专利4,891,283及 Bowden等人的美国专利4,481,267中。阴极材料包括例如按重量计至少约 85％和/或按重量计最多约92％的阴极活性材料。