鋰二硫化鐵電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明披露了一種具有改善的高溫性能的鋰-二硫化鐵電池。慎重地選擇隔離物的特征以使其在預(yù)定溫度下與電解液兼容。其他或可選的變體可以制成支架或?qū)訅航Y(jié)構(gòu)的形式。用于所述隔離物的優(yōu)選的聚合物為聚酰亞胺。
【專利說(shuō)明】鋰二硫化鐵電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰二硫化鐵電池(battery)。具體而言，本發(fā)明描述了對(duì)聚合物隔離物和電解液配方的一定的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]電化學(xué)電池單體(Electrochemical cells)是現(xiàn)在為各種消費(fèi)性設(shè)備提供低成本的便攜式能源的優(yōu)選方法。所述消費(fèi)性設(shè)備市場(chǎng)顯示只提供少量標(biāo)準(zhǔn)的電池單體型號(hào)(例如AA、AAA或AAAA)和特定的額定電壓(例如1.5V)，而越來(lái)越多的消費(fèi)性電子設(shè)備(例如數(shù)碼相機(jī))被設(shè)計(jì)為具有相對(duì)較高的電力運(yùn)行要求。雖然存在這些限制，消費(fèi)者通常喜歡并傾向于使用一次電池，因?yàn)樗鼈兊姆奖阈?、可靠性、持續(xù)的保存壽命，并且與目前可用的可再充電(即二次)電池相比，它們的單價(jià)更經(jīng)濟(jì)。
[0003]在此背景下，很明顯對(duì)于一次(即不可再充電)電池生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)選擇是非常有限的。例如，標(biāo)準(zhǔn)消費(fèi)性產(chǎn)品的指定的額定電壓嚴(yán)重地限制了對(duì)潛在的電池中的電化學(xué)材料的選擇，并且所述標(biāo)準(zhǔn)的電池單體型號(hào)的使用限制了整體可用的內(nèi)部容積，其中該內(nèi)部容積可用于活性材料、安全性設(shè)備和其他元件。因此，這些選擇使1.5V—次電池系統(tǒng)(例如堿性或鋰-二硫化鐵系統(tǒng))比其他(例如3.0V及更高的鋰-二氧化錳)系統(tǒng)要占主導(dǎo)得多。
[0004]但是，在1.5V—次電池中的設(shè)計(jì)考慮與在更高電壓和/或可再充電系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)考慮是非常不同的。例如，一些電池化學(xué)(例如堿性和羥基氧化鎳(nickeloxy-hydroxide))依賴于具有氣體膨脹和/或泄漏傾向的水性和強(qiáng)腐蝕性的電解液，這導(dǎo)致其設(shè)計(jì)(就內(nèi)部材料和/或容器和封閉件的兼容性而言)與其他化學(xué)(例如鋰-二硫化鐵)的設(shè)計(jì)非常不同。另外，在可再充電的1.5V系統(tǒng)(注意目前并不認(rèn)為鋰-二硫化鐵系統(tǒng)適合于消費(fèi)性基礎(chǔ)的可再充電系統(tǒng))中，使用了高度專用的電化學(xué)組合物，盡管因?yàn)槎蜗到y(tǒng)通常以比它們的一次電池等同物更高的零售價(jià)出售而認(rèn)為這些高成本部件是可接受的。另夕卜，放電機(jī)構(gòu)、電池單體設(shè)計(jì)和可再充電系統(tǒng)的安全性考慮，總的來(lái)說(shuō)，對(duì)于一次系統(tǒng)是不重要的和/或不適用的。
[0005]在1.5V系統(tǒng)的范疇內(nèi)，鋰-二硫化鐵電池(也稱為L(zhǎng)iFeS2,鋰硫化鐵(lithiumpyrite)或鋰鐵硫化物(lithium iron pyrite))與堿性、碳鋅或其他1.5V電池化學(xué)相比，提供更高的能量密度，尤其在高泄放速率(drainrate)下。但是，即使具有鋰-二硫化鐵電池單體用于高功率設(shè)備的固有優(yōu)勢(shì)，LiFeS2電池單體設(shè)計(jì)仍必須在使用材料的成本、必要的安全性設(shè)備和總體可靠性、傳遞的容量和電池單體的預(yù)期使用條件(例如溫度、泄放速率等等)之間建立平衡。一般地，低功率設(shè)計(jì)注重活性材料的量，而高功率設(shè)計(jì)更關(guān)注配置以提高放電效率。另外要考慮的是，與其他電池相比，二硫化鐵在放電過(guò)程中顯著膨脹的傾向性，結(jié)合其在漿涂和/或滾涂的電極中相對(duì)堅(jiān)硬的和顆粒狀的特性，在放電過(guò)程中對(duì)隔離物和其他電池單體部件施加極端的應(yīng)力，如果隔離物和其他電池單體部件失常，則這會(huì)造成電池單體不能夠傳遞其設(shè)計(jì)容量。[0006]安全性設(shè)備(例如排氣機(jī)構(gòu)和熱致動(dòng)的“關(guān)斷(shut down)”元件)和放電可靠性的改進(jìn)(例如通過(guò)預(yù)防內(nèi)部短路)占據(jù)電池單體內(nèi)部容積，并且需要通常對(duì)電池單體內(nèi)電阻、效率和放電容量產(chǎn)生不良后果的設(shè)計(jì)考慮。另外的挑戰(zhàn)在于，由于傳輸規(guī)則限制鋰電池可以在熱循環(huán)過(guò)程中失去的重量，這意味著對(duì)于較小的容器型號(hào)(像AA和AAA)的電池單體設(shè)計(jì)只能損失幾毫克數(shù)的電池單體總重量(通常以電解液蒸發(fā)的形式)。最后，與其他電化學(xué)系統(tǒng)相比，LiFeS2電池單體所需的非水性的有機(jī)電解液的反應(yīng)活性和易揮發(fā)性嚴(yán)重地限制了潛在的可用材料的普適性(尤其是在電解液與裝配在電池單體內(nèi)的電池單體封閉件、隔離物和/或集電器之間的相互作用方面)。
[0007]出于心里的這些考慮，需要能在高于70°C的溫度下可靠地傳遞其全部設(shè)計(jì)放電容量的鋰-二硫化鐵電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的一些實(shí)施方案的詳述
[0009]卷芯電極組件為L(zhǎng)iFeS2系統(tǒng)中的優(yōu)選構(gòu)造。為在此構(gòu)造中有效地使用二硫化鐵，將所述二硫化鐵混入具有極少量的仍可以使電池單體有效放電的導(dǎo)體和粘合劑的漿料。然后將此漿料涂覆在金屬箔集電器上并干燥以用于所述卷芯電極中，同時(shí)在不使用集電器的情況下最有效地裝配鋰。隔離物被卷繞在電極之間，并加入液態(tài)的非水性電解液。
[0010]因?yàn)殇?二硫化鐵電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)終產(chǎn)物比輸入物占據(jù)更大的容積，因此隨著所述電池放電，所述電極組件膨脹。由此，膨脹產(chǎn)生了能導(dǎo)致所述電池單體容器不希望的鼓脹的徑向力，以及如果所述隔離物受損時(shí)會(huì)發(fā)生的短路。以前處理這些難題的手段包括對(duì)于所述電池單體外殼和所述電池單體內(nèi)的惰性組件使用結(jié)實(shí)的(通常較厚的)材料。然而，較厚的惰性材料限制了可用的內(nèi)部容積，并且使得卷芯中可能含有較小的卷繞，導(dǎo)致在所述電極之間較小的表面積和在較高泄放速率下相對(duì)較低的性能預(yù)期。因此，在鋰-二硫化鐵電池單體設(shè)計(jì)中存在平衡隔離物的厚度與其所需性能和安全性能的矛盾。
[0011]近幾年中，已經(jīng)提出大量的改進(jìn)的隔離物材料以改進(jìn)電化學(xué)電池單體的性能和安全性。但是這些材料幾乎都只關(guān)注于可再充電系統(tǒng)，其中，例如循環(huán)特性和電解液保存這樣的特性很重要。例如，大部分可再充電系統(tǒng)具有低于10%的電極膨脹和收縮。另外，可再充電系統(tǒng)對(duì)強(qiáng)內(nèi)部短路反應(yīng)快速，其著重于隔離物防止發(fā)生不是鋰-二硫化鐵一次電池化學(xué)所特有的失控反應(yīng)的能力。
[0012]相比之下，已經(jīng)為創(chuàng)建出更好地使用和優(yōu)化此一次電池系統(tǒng)的固有優(yōu)勢(shì)的鋰-二硫化鐵電池單體設(shè)計(jì)和隔離物所付出的努力相對(duì)較少。例如，鋰-二硫化鐵電池在放電過(guò)程中可以產(chǎn)生超過(guò)1500psi (即比可再充電電池單體所經(jīng)歷的的電極膨脹高出10%的量)的力，這遠(yuǎn)高于很多可再充電系統(tǒng)。為進(jìn)一步闡明這一點(diǎn)，本文以引用的方式并入美國(guó)專利申請(qǐng)第 2009/0104520 號(hào)。
[0013]就隔離物的強(qiáng)度而言，硫化鐵的硬度展示出相對(duì)獨(dú)特的令人沮喪的問(wèn)題。因?yàn)殇?二硫化鐵系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部短路反應(yīng)緩慢(與可再充電系統(tǒng)相比)，而其就是以此方式控制并限制熱量的產(chǎn)生，所以，可以在不需要像可再充電電池單體中那么快的關(guān)斷機(jī)構(gòu)下使用簡(jiǎn)單地減慢或阻礙電池單體內(nèi)部的離子流的。
[0014]基于此，考慮一種被具體設(shè)計(jì)成優(yōu)化此電化學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和需求的一次鋰-二硫化鐵電池。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)隔離物與電解液之間的相互作用是:在極高溫度(典型地，在等于或高于至少60°C、71°C及90°C (在最極端的情況下)的溫度)，聚丙烯和/或聚乙烯微孔膜不再提供持續(xù)的、可靠的放電服務(wù)。因此，如本文所述，對(duì)于這些要素的每一項(xiàng)的改進(jìn)都賦予鋰-二硫化鐵電池改進(jìn)的可靠性、在極高溫度下(如上文所限定)的放電容量和整體加強(qiáng)的安全性，得益于去除了可能在極高溫度下、尤其是在間歇的、低速率放電條件(典型地，以等于或低于0.10C、0.05C或0.0lC間歇地放電，從而在總測(cè)試時(shí)間內(nèi)放電50%或更少)下形成的不想要的短路。
[0015]具體地，發(fā)明人測(cè)定了由于電解液的吸收在升高的溫度下減弱所導(dǎo)致的在極端溫度和間歇的、低放電速率(如上文所限定)下軟化的失效模式，這可以引起因放電過(guò)程中的膨脹而被陰極粒子擊穿。用以證明此失效模式的關(guān)鍵證據(jù)是與突然降低的電池單體電壓緊密一致的放熱響應(yīng)(由于內(nèi)部短路形成高電阻導(dǎo)致的溫度激增)。
[0016]實(shí)際上，考慮了溫度和電解液溶解度(solubility)的影響，本發(fā)明的電池單體設(shè)計(jì)使隔離物的拉伸強(qiáng)度與為保持最終電池的可接受的性能所必需的孔分布之間達(dá)到了平衡。相應(yīng)地，為改善和保持螺旋卷繞的鋰-二硫化鐵電池單體在90°C或高于90°C的放電性能，可以將任意下述元件的組合結(jié)合到電池單體設(shè)計(jì)之中:
[0017]a.隔離物與微孔聚烯烴隔離物(優(yōu)選包含聚乙烯和/或聚丙烯)相連的無(wú)紡聚合物(優(yōu)選包含聚酰亞胺)，尤其是在90°C下以0.01C,50%間歇放電時(shí)。
[0018]b.包含20_40wt%環(huán)丁砜的液態(tài)電解液溶液?？蛇x地，表現(xiàn)出高溶度參數(shù)(solubility parameter)(例如至少25 (J/cm3) 1/2)的任意溶劑可以對(duì)所述聚合物隔離物提供足夠的彈性以避免所述隔離物在所要求的溫度下軟化、降解和/或失效。
[0019]c.包含與第二聚合物材料相連的高溫聚合物支架(即由孔造成的空隙組成，所述空隙完全貫穿所述隔離物所在的平面，并占50%的所述隔離物結(jié)構(gòu)所占的容積)(優(yōu)選包含聚酰亞胺)隔離物連接在一起，所述第二隔離物聚合物材料可溶解或高度吸收所述電解液組合物/高度吸收于所述電解液組合物之中，并保持在所述支架的孔中(或者通過(guò)原子鍵連或分子鍵接、黏附、電離輻射，或者其他交聯(lián)技術(shù))以造成具有合適的機(jī)械性質(zhì)和熱性質(zhì)的兩相結(jié)構(gòu)，其中所述第二材料形成提供離子導(dǎo)電性的連續(xù)的孔填充相，優(yōu)選(但任選地)當(dāng)將其置于所述孔內(nèi)時(shí)所述第二材料溶脹。
[0020]d.具有多個(gè)獨(dú)立層的“非對(duì)稱的”隔離物，所述獨(dú)立層具有:i)每層中橫跨總厚度變化的孔尺寸；和ii)每層中變化的具有不同熔點(diǎn)的組合物，形成增強(qiáng)熱關(guān)斷(thermalshutdown)(相對(duì)于前者)的微觀/宏觀孔組合，并在極高溫度下提供良好的機(jī)械強(qiáng)度(相對(duì)于后者)。可以浸潰(即填充所述孔)所述各層中的至少一層以進(jìn)一步增強(qiáng)離子導(dǎo)電性。優(yōu)選地，熔點(diǎn)較低的材料具有相對(duì)較小的孔(與其他層/材料相比)以促進(jìn)所需的熱關(guān)斷?？蛇x的第三層(優(yōu)選與其他層中的一層相同)可以被用來(lái)形成夾層的隔離物結(jié)構(gòu)，其使得隔離物的浸潰和/或處理更加容易。
[0021]圖1例示了適用于上述指定組件的電化學(xué)電池單體設(shè)計(jì)的示例性實(shí)施方案。電池單體10為一次FR6型圓柱形Li/FeS2電池單體。但是，可以理解的是，如本文所述，本發(fā)明也適用于其他電池單體類型、材料和構(gòu)造，并且關(guān)于FR6電池單體的描述并非意在限定。例如，使用已知電池化學(xué)的線軸型、棱柱形和紐扣型電池適合或可能適合本發(fā)明的實(shí)施方案。
[0022]參照?qǐng)D1，電池單體10具有殼體，所述殼體包括罐殼12形式的容器，所述罐殼12帶有封閉的底部和可以利用電池單體蓋子14和襯墊16閉合的開放頂端。所述罐殼12在頂端附近具有卷邊或直徑減小的臺(tái)階來(lái)用以支撐襯墊16和蓋子14。所述襯墊16被壓緊在罐殼12和所述蓋子14之間，以密封所述電池10內(nèi)的陽(yáng)極或負(fù)電極18、陰極或正電極20和電解液。所述陽(yáng)極18、陰極20和隔離物26被螺旋卷繞在一起成為電極組件。所述陰極20具有金屬集電器22，其從所述電極組件的頂端伸出并通過(guò)接觸彈簧24與蓋子14的內(nèi)表面連接。所述陽(yáng)極18通過(guò)集電器(例如調(diào)節(jié)片(tab)金屬引線(或條)36)與罐殼12的內(nèi)表面電連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，將引線36固定在陽(yáng)極18上，引線36從所述電極組件的底部伸出，并跨越所述底部折疊并沿著所述電極組件的側(cè)面向上。如所示的那樣，所述引線36可以焊接或壓接在罐殼12的側(cè)壁的內(nèi)表面上。在將所述電極組件卷繞之后，其可以在插入之前通過(guò)在所述制造工藝中進(jìn)行加工被保持在一起，或例如通過(guò)熱密封、粘合或捆扎可以將材料的外端(例如隔離物或聚合物膜的外部包衣38)固定住。
[0023]可以將絕緣的圓錐體46圍繞所述電極組件的頂部的周圍部分設(shè)置，用以防止陰極集電器22與罐殼12發(fā)生接觸，通過(guò)所述隔離物26的向內(nèi)折疊的延長(zhǎng)部分和位于所述罐殼12的底部的電絕緣性底部圓盤44，防止陰極20的底部邊緣和罐殼12的底部之間的接觸。
[0024]電池10具有分開的正極端蓋40，該正極端蓋40通過(guò)罐殼12的向內(nèi)卷曲的頂部邊緣和所述襯墊16被保持就位，并具有一個(gè)或多個(gè)排氣孔(未顯示)。所述罐殼12作為所述負(fù)極接觸端。絕緣護(hù)罩(jacket)，如粘性標(biāo)簽48，可以被附在所述罐殼12的側(cè)壁上。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]通過(guò)閱讀本發(fā)明的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖將更好地理解本發(fā)明，并且本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)會(huì)變得更為明顯，在所述附圖中:
[0026]圖1為本發(fā)明的電化學(xué)電池單體的一個(gè)實(shí)施方案的橫截面正視圖。注意沒有示出液態(tài)電解液本身。典型地，大量的、在某些情況中絕大部分的電解液被吸入一個(gè)或兩個(gè)電極和隔離物材料的結(jié)構(gòu)中。另外,在電池單體的底部可以有電解液的過(guò)量池(excess pool)。
[0027]圖2A-2D例示了不同隔離物組合的放電性能，圖2A具體地例示了現(xiàn)有技術(shù)的電池單體中的過(guò)早的電壓下降問(wèn)題，通過(guò)本發(fā)明的一些實(shí)施方案具體地提出并解決此問(wèn)題。為了進(jìn)一步變得易懂，當(dāng)在合適環(huán)境下放電的電池單體的放電電壓降低(并且，在間斷的測(cè)試區(qū)域中無(wú)任何后續(xù)的恢復(fù))時(shí)，發(fā)生過(guò)早的電壓降低，并在電池單體內(nèi)部伴隨著可察覺的并發(fā)放熱現(xiàn)象。通常，電壓下降是不可意料的(與額定的電池單體容量和/或放電深度相比)，并且，電壓經(jīng)常趨近或降至低于目標(biāo)測(cè)試的中斷電壓。以同樣的方式，可以在電池單體外殼的外部上觀察到放熱現(xiàn)象，并且所述放熱現(xiàn)象通常表現(xiàn)為偏離觀察到的由電池單體所表現(xiàn)的溫度趨勢(shì)而上升直至達(dá)到測(cè)試中的那個(gè)點(diǎn)。任選地，在一組同樣構(gòu)造的電池單體中，當(dāng)在同樣條件下由放電的電池單體傳遞的放電容量在電池單體組內(nèi)各電池單體間的變化超過(guò)10%時(shí),可能顯示出過(guò)早的電壓下降。
[0028]圖3繪出了聚乙烯(PE)隔離物和聚丙烯(PP)隔離物在具有不同溶度參數(shù)的選定溶劑中的熔點(diǎn)。
[0029]圖4將圖3的聚乙烯(PE)隔離物的熔點(diǎn)對(duì)聚丙烯(PP)隔離物的熔點(diǎn)進(jìn)行了相關(guān)。
[0030]圖5為如下文所述的在高溫下低速放電的鋰-二硫化鐵電池中不同的環(huán)丁砜基電解液的表面響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0031]隔離物
[0032]當(dāng)使用非水性電解液時(shí)，離子透過(guò)性的、非導(dǎo)電性隔離膜應(yīng)該具有上文指定特征中的至少一個(gè)。其可以在所述的孔中保持至少一些電解液。隔離物被布置在陽(yáng)極和陰極的相鄰表面之間，以使電極彼此電絕緣。隔離物的一部分也可以使其他與所述電池單體端子電接觸的部件絕緣，以防止內(nèi)部短路。所述隔離物的邊緣通常延伸超出至少一個(gè)電極的邊緣，以確保所述陽(yáng)極和陰極不發(fā)生電接觸，即使它們彼此沒有完全對(duì)齊。然而，理想的是將所述延伸超出電極的隔離物的量最小化。
[0033]合適的隔離物材料還應(yīng)該強(qiáng)韌至足以承受電池單體制造工藝以及在電池單體放電期間可能施加于隔離物上的壓力，而不出現(xiàn)裂縫、細(xì)裂紋、孔或其他可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部短路的缺陷。為使電池中的隔離物總體積最小化，隔離物應(yīng)盡可能薄，優(yōu)選小于50 μ m厚，更優(yōu)選不超過(guò)25 μ m厚，最優(yōu)選薄如20 μ m或16 μ m。需要高的拉伸應(yīng)力，優(yōu)選至少800、更優(yōu)選至少1000千克力每平方厘米(kgf/cm2)。優(yōu)選地，平均介電擊穿電壓超過(guò)1000伏、2000伏或最優(yōu)選2400伏。優(yōu)選地，電解液-隔離物組合(即作為為電池所選的電解液的函數(shù)測(cè)量)的面積比電阻率不高于15ohm-cm2,更優(yōu)選不高于4.0ohm-cm2,且最優(yōu)選不高于2.0ohm-cm2。優(yōu)選地，當(dāng)被浸潰在打算用于最終電池單體設(shè)計(jì)的電解液組合物中并被加熱至至少60°C時(shí)，隔離物的混合擊穿強(qiáng)度應(yīng)該高于800psi,更優(yōu)選高于IOOOpsi。
[0034]在長(zhǎng)期(低速率)放電中，對(duì)于延長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程而言，在鋰-二硫化鐵電池單體中經(jīng)歷高應(yīng)力。這種壓力可以導(dǎo)致陰極粒子擊穿隔離物，進(jìn)而導(dǎo)致電池內(nèi)部短路。陰極粒子的剛度、形狀以及上限粒子尺寸使所述問(wèn)題進(jìn)一步惡化。隔離物的擊穿是有缺陷的低速率可靠性的潛在原因，特別是在螺旋卷繞的AA和AAA電池型號(hào)中，因此造成電池單體表現(xiàn)出過(guò)早的電壓下降(或PVD，如上文所限定)，其中，在極高溫度(即至少70°C)下，電池單體電壓突然且意外地以大于50%的放電深度下降，所述下降同時(shí)伴隨電池單體溫度的上升(高于周圍放電溫度)。由此，PVD限制了電池的可靠性，并可以直接歸于隔離物的性能。此外，選擇的電解液可以軟化某些聚合物材料，并在極高溫度下使PVD問(wèn)題進(jìn)一步惡化。
[0035]雖然現(xiàn)今用于非水性電池單體的微孔隔離物通常幾乎只有聚乙烯(PE)和/或聚丙烯(PP)，但是本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了在高溫下的鋰-二硫化鐵系統(tǒng)中具有改善的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度的其他聚合物。具體而言，聚合物應(yīng)該或者具有高熔點(diǎn)(>200°c)或者在高溫(>150°C)下很少或不會(huì)表現(xiàn)出機(jī)械強(qiáng)度受損。由這樣的聚合物構(gòu)成的隔離物可以解決在高于60°C、更優(yōu)選在或高于90°C時(shí)的低速率放電期間遇到的PVD問(wèn)題。
[0036]在這些特別的隔離物中，因?yàn)榫埘啺?PI)出色的熱穩(wěn)定性，所以選擇PI無(wú)紡隔離物。將這種PI隔離物的基本性質(zhì)與現(xiàn)有技術(shù)電池單體中所使用的那些典型的20 μ m PE隔離物做了對(duì)比(見表I)。清楚的是，無(wú)紡PI隔離物比微孔PE隔離物是更加熱穩(wěn)定的，但是無(wú)紡PI隔離物更加多孔，并且具有更大的孔尺寸和更低的拉伸強(qiáng)度，原因是這兩類使用不同方法制成的隔離物具有完全不同的結(jié)構(gòu)。
[0037]表1:無(wú)紡PI隔離物與微孔PE隔離物的性質(zhì)對(duì)比
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)電池單體，其包含: 基本上由鋰或鋰合金構(gòu)成的陽(yáng)極； 涂覆于固態(tài)集電器上的陰極，所述陰極涂層包含作為活性材料的二硫化鐵； 包含具有熔點(diǎn)的聚合物的高溫聚合物隔離物； 具有溶度參數(shù)的電解液； 其中，所述陽(yáng)極、所述陰極和所述隔離物為螺旋卷繞的；并且 其中，當(dāng)所述電池單體在70°c或更高的溫度下以0.0lC或更低的速率放電時(shí)，相對(duì)于所述聚合物的熔點(diǎn)而言，所述電解液的溶度參數(shù)大至足以防止過(guò)早的電壓下降。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電池單體，其中，所述隔離物包含聚酰亞胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電池單體，其中，所述隔離物為進(jìn)一步包含聚乙烯的雙層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電池單體，其中，所述聚酰亞胺小于30微米，所述聚乙烯大于10微米，并且，所述雙層隔離物的總厚度小于50微米。
5.一種電化學(xué)電池單體，其包含: 基本上由鋰或鋰合金構(gòu)成的陽(yáng)極； 涂覆于固體集電器上的陰極，所述陰極涂層包含作為活性材料的二硫化鐵； 具有支架結(jié)構(gòu)和填充聚合物的高溫聚合物隔離物，所述支架結(jié)構(gòu)包含第一聚合物且所述填充聚合物包含第二聚合物； 與所述隔離物隔開的液態(tài)電解液； 其中，所述陽(yáng)極、所述陰極和所述隔離物為螺旋卷繞的； 其中，所述液態(tài)電解液至少部分被所述第二聚合物吸收；并且 其中，所述第一聚合物在所述電池單體的預(yù)期放電溫度下不軟化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電池單體，其中，所述第一聚合物包含聚酰亞胺，并且，所述預(yù)期放電溫度為至少90°C。
【文檔編號(hào)】H01M6/16GK103858251SQ201280049434
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月13日
【發(fā)明者】馬克·A·舒伯特, 馬修·T·溫德林, 黃維煒 申請(qǐng)人:永備電池有限公司