专利名称：：电池的制作方法
技术领域：
：本发明涉及电池、以及相关的组件及方法。
背景技术：
：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。的二硫化铁.发明概述本发明涉及的电池具有(l)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MlaM2bSn的过渡金属多硫化物，例如二硫化铁，其中Ml和M2为过渡金属，a+b为至少1，n为至少2x(a+b);和(3)包括环丁砜和1，2-二曱氧基乙烷的电解质。碱金属优选为锂合金。在过渡金属多硫化物的式中，Ml和M2可以为相同或不同的过渡金属。当Ml和M2为相同的过渡金属时，b为零。电池通常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。电解质优选包括按体积计1%至30%的环丁砜和按体积计35%至99%的1，2-二甲氧基乙烷。优选的是，电解质基本上不含碳酸酯溶剂。所说的基本上不含是指电解质包含按重量计小于0.5%的碳酸酯溶剂。电池的实施方案可包括下列一个或多个特征。电解质包括按体积计2%至25%的环丁砜和按体积计至少50%或70%的1，2-二甲氧基乙烷。电解质包括按体积计小于10%(例如，按体积计小于5%、按体积计小于2%、或按体积计小于1%)的除了环丁砜及l，2-二甲氧基乙烷以外的溶剂。电解质具有0.2cps至2.5cps的粘度。电解质也包括乙酸乙烯酯(例如，按体积计0.5%至20%的乙酸乙烯酯)。在另一方面中，本发明涉及电池，所述电池具有(1)包括碱金属的阳极；(2)包括诸如二硫化铁等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MlaM2bSn的过渡金属多硫化物，例如二石充化铁，其中Ml和M2为过渡金属，a+b为至少1，n为至少2x(a+b);和(3)包括环丁砜和诸如双(三氟甲磺酰)亚胺锂等锂盐的电解质。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。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l2、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。电解质包括作为溶剂的环丁砜和1，2-二甲氧基乙烷以及至少部分溶解在溶剂体系中的锂盐。电化学电池10还包括顶盖24和环形的绝缘垫圏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。阴极活性材料包括一种或多种具有式MlaM2bSn的过渡金属多硫化物，其中Ml和M2为过渡金属，a+b为至少l，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CoS2、NiS2、MoS2、Co2S9、Co2S7、Ni2S7、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。导电材料可以增强电化学电池10内的阴极16的导电性。导电材料的实例包括导电助剂和电荷控制剂。导电材料的具体实例包括炭黑、石墨化炭黑、乙炔黑和石墨。阴极材料包括例如按重量计至少约3%和按重量计最多约8%的一种或多种导电材料。粘合剂可有助于保持阴极材料的均匀性并能增强阴极的稳定性。粘合剂的实例包括线性的二嵌段共聚物和三嵌段共聚物。粘合剂另外的实例包括与三聚氰胺树脂交联的线性三嵌段聚合物；乙烯-丙烯共聚物；乙烯-丙烯-双烯三元聚合物；三嵌段氟化热塑性塑料；氟化的聚合物；氢化的丁腈橡胶；氟乙烯-乙烯基醚共聚物；热塑性聚氨酯；热塑性烯烃；苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物；和聚偏氟乙烯均聚物。阴极材料包括例如按重量计至少约1%(例如，按重量计至少约3%)和/或按重量计最多约5%的一种或多种粘合剂。可以由例如一种或多种金属和/或金属合金形成阴极集电器。金属的实例包括钛、镍和铝。金属合金的实例包括铝合金(例如，1N30、1230)和不锈钢。集电器一般可为箔片或网栅的形式。箔片可具有例如最多约35微米和/或至少约20微米的厚度。阴极16可以如下形成首先使一种或多种阴极活性材料、导电材料和粘合剂与一种或多种溶剂组合，以形成浆料(例如，通过使用双行星搅拌器在溶剂中分散阴极活性材料、导电材料和/或粘合剂)，然后例如通过延伸模涂或辊涂的方式把浆料涂覆到集电器上。然后对涂覆的集电器进行干燥和压光，用以提供理想的厚度和孔隙率。阳极12包括一种或多种作为阳极活性材料的碱金属(例如，锂、钠、钾)。碱金属可以为纯金属或金属的合金。锂是优选的金属；锂可以例如与碱土金属或铝形成合金。优选的锂金属为与铝形成合金的锂。锂合金可包含例如至少约500ppm且最多约5000ppm(例如，至少约1000ppm且最多M00ppm或至少约U00ppm且最多约1700ppm)的铝或其它合金材料。锂合金可以箔片的形式掺入到电池中。作为另外一种选择，阳极12可包括颗粒物质如插入锂的化合物，例如LiC6、Liji5012、LiTiS2。在这些实施方案中，阳极12可包括一种或多种粘合剂。粘合剂的实例包括聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶和聚偏氟乙烯(PVDF)。阳极组合物包括例如按重量计至少约1%且按重量计最多约9%的粘合剂。为了形成阳极，可以将阳极活性材料与一种或多种粘合剂混合，以形成能施用到基底上的糊剂。干燥之后，基底可任选地在阳极插入到外壳内之前移除。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。电解质优选为液体形式的。电解质具有例如至少约0.2cps(例如，至少约0.5cps)且最多约2.5cps(例如，最多约2cps或最多约1.5cps)的粘度。如本文所用，粘度是用Ubbelohde校准的粘度计管(CannonInstrumentCompany;型号C558)在22^时测量的动力粘度。电解质包括作为溶剂的环丁砜和1，2-二曱氧基乙烷。电解质任选地还可包括其它的溶剂，例如四氩呋喃和/或1，3-二氧杂环戊烷。电解质包括例如按体积计至少约1%(例如，按体积计至少约5°/。、按体积计至少约10%、或按体积计至少约15%)和/或例如按体积计最多约30%(例如，按体积计最多约25%或按体积计最多约20%)的环丁砜。电解质包括例如按体积计至少约35%(例如，按体积计至少50%、按体积计至少约75°/。、或按体积计至少约80%)和/或按体积计最多约99%(例如，按体积计最多约95%或按体积计最多约90%)的1，2-二甲氧基乙烷。一般来讲，包括足够的1，2-二甲氧基乙烷以使电解质的粘度降低至期望目标。电解质也可包括乙酸乙烯酯和/或其它降低粘度的单体。电解质包括例如按体积计至少约0.5%(例如，按体积计至少约2.5%或按体积计至少5%)和/或按体积计最多约30%(例如，按体积计最多约20°/。、按体积计最多约15%、或按体积计最多约10%)的乙酸乙烯酯和/或其它降低粘度的单体。电解质可包括一种或多种盐。优选的锂盐包括双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、三氟甲基磺酸锂(LiTFS)和碘化锂(Lil)。锂盐的其它实例包括六氟磷酸锂(LiPFJ、双(草酸)硼酸锂和双(全氟乙基)磺酰亚胺锂(LiN(S02C2Fs)2)/(LiB(C204)2)。其它盐的实例描述于Suzuki等人的美国专利5，595，841和Totir等人的美国专利申请公开2005/0202320Al中。电解质包括例如至少约0.1M(例如，至少约0.5M或至少约0.7M)和/或最多约2M(例如，最多约l.5M或最多约1.0M)的锂盐。电解质可包括其它附加盐，例如诸如高氯酸锂(LiC10J和硝酸锂(LiN03)等腐蚀抑制剂。正极引线18可包括不锈钢、铝、铝合金、镍、钛或钢。正极引线18可为环形形状，可与圓柱形电池的圆柱同轴配置。正极引线18也可包括能够与集电器接合的在阴极16方向上的径向延伸。延伸可为圓形(例如，圆形或椭圆形)、矩形、三角形或别的形状。正极引线18可包括不同形状的延伸。正极引线18与集电器电接触。可以通过机械接触实现正极引线18与集电器之间的电接触。在一些实施方案中，可以将正极引线18与集电器焊接在一起。可以由用于电化学电池中的任何标准隔板材料形成隔板20。例如，可以由聚丙烯(例如，非织造聚丙烯、微孔聚丙烯)、聚乙烯和/或聚砜形成隔板20。隔板描述于例如Blasi等人的美国专利5，176，968中。隔板还可为(例如)一种多孔绝缘聚合物复合层(例如，聚苯乙烯橡胶与细分的二氧化硅)。可以由例如一种或多种金属(例如，铝、铝合金、镍、镀镍钢、不锈钢)和/或塑料(例如，聚氯乙烯、聚丙烯、聚砜、ABS、聚酰胺)制造壳体22。顶盖24可由(例如)铝、镍、钛或钢制成。尽管图1中的电化学电池10为一次电池，但在一些实施方案中，二次电池可具有包括上述阴极活性材料的阴极。一次电化学电池意味着仅放电一次(例如至耗尽)，然后被丟弃。一次电池不打算再充电。一次电池描述于(例如)DavidLinden的"HandbookofBatteries"(McGraw-Hill,第2版，1995)中。二次电化学电池可再充电许多次(例如大于五十次、大于一百次、或更多次)。在一些情况下，二次电池可包括相对坚固的隔板，例如具有许多层和/或相对较厚的那些。二次电池还可设计成使其能适应可能在电池中发生的变化，如溶胀。二次电池描述于(例如)Falk&Salkind的"AlkalineStorageBatteries"(JohnWiley&Sons,Inc.1969)和DeVirloy等人的美国专利345,124中。为装配电池，可以将隔板20切割成与阳极12和阴极16尺寸类似的片，并放置在它们之间。然后将阳极12、阴极16和隔板20置于壳体22内，然后用电解质溶液填充所述壳体并密封。壳体22的一端用顶盖24和环形的绝缘垫圏26封闭，该垫围可提供气密性及流体封闭性密封。正极引线18将阴极16连接至顶盖24。安全阀28设置在顶盖24的内侧，其配置成当电化学电池10的内部压力超过某一预定值时能够降低该压力。装配电化学电池的方法描述于例如Moses的美国专利4，279，972、Moses等人的美国专利4，401,735和Kearney等人的美国专利4，526，846中。也可以采用电化学电池的其它构型，包括例如纽扣电池或硬币电池构型、棱柱状电池构型、刚硬的薄片电池构型以及软质盒状电池、封套式电池或袋状电池构型。此外，电化学电池可以具有许多不同的电压(例如，1.5V、3.0V、4.0V)。具有其它构型的电化学电池描述于例如Berkowitz等人的U.S.S.N.10/675,512、美国专利申请公布2005/0112467Al和Totir等人的美国专利申请公布2005/0202320Al中。以下的实施例是例证性的而非限制性的。实施例1通过量取由Aldrich的试剂级未取代环丁砜(lOOcc)和二曱氧基乙烷(FerroCorp.)(400cc)组成的储备溶液来制备电解质。对用于储备溶液的环丁砜进行预处理，例如用固体KMn04处理过夜，以氧化杂质；处理之后对环丁砜进行真空蒸馏以去除杂质、钾和锰，提供水白色的环丁砜。在充氩手套箱中将约300cc的储备溶液添加到500mL的容量瓶中。在搅拌下以小批量的方式向该瓶中添加114，8克LiTFSI(3M)。然后添加余下的储备溶液。实施例2除了使用71.75克LiTFSI和33.5克无水Lil(Aesar)作为锂盐外，实施例3的制备与实施例1相同。实施例3除了使用71.75克LiTFSI(3M)和39克无水LiTFS(3M)作为锂盐外，实施例3的制备与实施例1相同。实施例4使用锂箔阳极和阴极制备巻绕式AA型号电池，所述锂箔阳极厚0.152mm，宽39mm，长约310mm，重约1.0克(得自FMCCorpLithcoDiv.)，所述阴极由粘附于铝箔(Allfoils)的细分FeS289.2%(Chemetall)与少量的碳(1%SuperP■碳)、石墨7%(KS-6TimcalGraphite)和聚苯乙烯粘合剂(Kraton)3%构成，一般重约6.7克，厚0.185咖。隔板为Ceigard2500(Hoechst-Celanese)。将实施例1至3中的电解质掺入到AA型号电池中。在每个电池中放入1.9至2.2克电解质。然后对电池进行巻边、预放电，并确定开路电压和负载电压。然后在加速的数码相机测试中对电池进行放电，所述测试包括由施加1500mW的耗电2秒，接着650mW耗电28秒；按此次序重复进行，直到电池失效。通过1500mW的负栽电压达到1.05V时的脉沖次数判断性能。结果提供于表1中。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>其它实施方案尽管已对某些实施方案进行了描述，但其它的实施方案也是可行的。例如，上述实施方案中使用包括环丁砜和1,2-二甲氧基乙烷的电解质。其它实施方案采用包括环丁砜但不包括1,2-二曱氧基乙烷的电解质。电解质也包括优选由双(三氟曱磺酰)亚胺锂组成的锂盐。环丁砜与锂盐的数量可为例如先前所讨论的那些。电解质可用于例如包括任何先前所讨论的组件或组分的电池当中。本发明提及的所有参考文献，如专利申请、出版物和专利全文均以引用方式并入。其它实施方案见于权利要求中。权利要求1.一种电池，所述电池包括外壳，并且其特征在于在所述外壳内的(a)包括锂合金的阳极；(b)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M1aM2bSn的过渡金属多硫化物，其中M1和M2为过渡金属，a+b为至少1，n为至少2x(a+b)；和(c)电解质，所述电解质包括按体积计1％至30％的环丁砜和35％至99％的1，2-二甲氧基乙烷。2.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质包括按体积计5%至20%的环丁砜和按体积计至少75%的1，2-二甲氧基乙烷。3.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质包括按体积计小于25%的环丁砜。4.如权利要求l所述的电池，其中所述电解质基本上不含碳酸酯。5.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质包括按体积计小于10%的除了环丁砜及1，2-二甲氧基乙垸以外的溶剂。6.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质具有0.2cps至2.5cps的粘度。7.如权利要求l所述的电池，其中所述电解质还包括乙酸乙烯酯。8.如权利要求l所述的电池，其中所述锂与铝形成合金。9.如权利要求l所述的电池，其中所述阴极活性材料为二硫化铁。10.如权利要求l所迷的电池，其中所述锂与铝形成合金，所迷阴极活性材料为二硫化铁，并且所述电解质包括按体积计5%至20%的环丁砜和按体积计至少70%的1，2-二甲氧基乙烷。11.如权利要求l所述的电池，其中所述电解质还包括锂盐。全文摘要本发明涉及一种电池，所述电池包括以锂合金为活性材料的阳极、以例如二硫化铁为活性材料的阴极以及包含环丁砜和1，2-二甲氧基乙烷的电解质。文档编号H01M6/16GK101512803SQ200780028324公开日2009年8月19日申请日期2007年7月26日优先权日2006年7月27日发明者D·L·德姆斯,R·A·西罗迪纳,T·E·波芬格尔,W·L·鲍夫登申请人:吉莱特公司