[发明专利]锂一次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一次锂电池，所述一次锂电池具有包含锂的阳极和包含二硫化铁(FeS₂)的阴极。

发明背景

具有锂阳极的一次(不可再充电的)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组成。一类一次锂电池具有包含二硫化铁(FeS₂)的阴极，二硫化铁也称为硫铁矿。此类电池命名为Li/FeS₂电池。锂电池也包括溶解于有机溶剂中的电解质，所述电解质包括诸如三氟甲烷磺酸锂(LiCF₃SO₃)的锂盐。这些电池在本领域中被称为一次锂电池并且一般不旨在为可再充电的。这些通常为圆柱形电池形式，通常为AA型号或AAA型号电池，但是也可为其它型号的圆柱形电池。Li/FeS₂电池一般具有介于约1.2和1.8伏之间的电压(新制的)，大约与常规的Zn/MnO₂碱性电池相同。然而，Li/FeS₂电池的能量密度(瓦特-小时/cm³电池体积)却高于差不多大小的Zn/MnO₂碱性电池。

总体上，Li/FeS₂电池比相同型号的Zn/MnO₂碱性电池能量大得多。也就是说，对于给定的连续耗用电流，尤其是在超过200毫安的较高耗用电流下，Li/FeS₂电池比Zn/MnO₂碱性电池的电压下降得更平缓因而持续时间更长，如可在电压对时间的放电特征图中明显看出的那样。因此，由Li/FeS₂电池得到的能量输出比可由相同型号的碱性电池得到的更高。

因此，Li/FeS₂电池优于相同型号的碱性电池，例如AAA、AA、C或D型号或任何其它型号的电池，因为Li/FeS₂电池可与常规的Zn/MnO₂碱性电池互换使用并且将具有更长的使用寿命，尤其是在较高功率要求的情况下。类似地，Li/FeS₂电池可用来替换相同型号的可再充电的镍金属氢化物电池，其具有与Li/FeS₂电池大约相同的电压(新制的)。因此，一次Li/FeS₂电池可用于给需要在高脉冲功率要求下操作的数字照相机供电。

用于Li/FeS₂电池的阴极材料最初可制备成诸如浆料混合物(阴极浆料)的形式，其能够通过常规的涂覆方法容易地涂覆在金属基底上。添加到电池中的电解质必须为用于Li/FeS₂体系的合适的有机电解质，使得在所需的高功率输出范围内有效地发生必需的电化学反应。电解质必须表现出良好的离子电导性，还要对未放电的电极材料(阳极和阴极组分)足够稳定且不与其发生不可取的反应并且还不与放电产物反应。此外，电解质应当能够具有良好的离子迁移率并且能够将锂离子(Li+)从阳极传送至阴极，以便它能够参与阴极中必需的还原反应而产生Li₂S产物。

阴极一般以包含固体的浆液形式制备，所述固体包括FeS₂活性物质、导电性碳粒和基料。添加溶剂以溶解基料并提供固体组分在浆液中良好的分散性及混合性。将阴极浆料涂覆到薄导电基底的一侧或两侧上，随后进行干燥以蒸发溶剂并在基底的一侧或两侧上留下干燥的阴极涂层，从而形成阴极复合片材。

电池电极组件由锂片、包含FeS₂活性物质的阴极复合片材以及位于其间的分隔体形成。电极组件可螺旋卷绕并且插入电池壳体中，例如美国专利4,707,421中所示。用于Li/FeS₂电池的代表性阴极涂层混合物描述于U.S.6,849,360中。通常将阳极片(例如阳极插片)的一部分电连接到电池壳体上，其形成电池的负端子。使用与壳体绝缘的端帽来封闭电池。由阴极复合片材延伸的阴极插片可电连接到端帽上，其形成电池的正端子。通常将壳体卷曲在端帽的周边边缘上以密封壳体的开口端。电池可内部装配有PTC(正热系数)装置等以便在电池暴露于滥用条件如外部短路放电或过热等情况下切断电池。