專利名稱：具有高硫鐵礦含量和低導(dǎo)電性添加劑的鋰-二硫化鐵陰極配方的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及具有卷芯電極組件的一次電化學(xué)電池單體，所述組件包括鋰基負電極、含有涂層的正電極和聚合物隔離件，其中所述涂層包括沉積在集電器上的二硫化鐵。更具體地，本發(fā)明的一個實施方案涉及一種電池單體設(shè)計和陰極配方，該配方并入了指定填充百分比的指定種類的導(dǎo)體，用以提供改善的電化學(xué)電池單體。第二個實施方案涉及電池 單體設(shè)計和陰極配方，該配方并入了指定量的石墨化碳、指定形式的炭黑，從而提高了所述電池單體的高倍率性能特性。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電池單體是目前為各種消費性裝置提供低成本的便攜式能源的優(yōu)選方法。所述消費性裝置市場顯示只提供少量標準的電池單體型號(例如，AA或AAA)和指定的額定電壓(通常為I. 5V)。而且，越來越多的消費性電子裝置(如數(shù)碼相機)被設(shè)計帶有相對高功率的工作要求。市場上目前的實際情況是，消費者通常喜歡并趨于使用一次電池，因為它們的方便性、可靠性、持續(xù)的貯藏壽命和更經(jīng)濟的單價，所述特性均優(yōu)于目前可用的可再充電(即二次)電池。在這個背景下，很明顯對于一次(即不可再充電的)電池生產(chǎn)商來說，設(shè)計選擇是極其有限的。例如，使用特定的額定電壓的必要性嚴重限制了對潛在的電化學(xué)材料的選擇，并且所述標準化化的電池單體型號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、安全性裝置和其它通常預(yù)期在這樣的消費性產(chǎn)品中的元件。而且，所述消費性裝置的品種和用于那些裝置的運行電壓的范圍使較小額定電壓的電池單體(可以將其分別或串聯(lián)裝配，從而給裝置制造者更多的設(shè)計選擇)與通常伴隨著二次電池較高電壓的電化學(xué)對(electrochemical pairings)相比更加多用途化。因此,I. 5V系統(tǒng)(如堿性或鋰-二硫化鐵系統(tǒng))比其它如3. OV和更高的鋰-二氧化錳系統(tǒng)要占主導(dǎo)得多。在I. 5V系統(tǒng)的范疇內(nèi)，鋰-二硫化鐵電池(也稱為LiFeS2,鋰硫化鐵或鋰鐵硫化物)與堿性、碳鋅或其它系統(tǒng)相比，提供更高的能量密度，尤其在高消耗速率下。然而，目前在鋰(所述陽極中優(yōu)選的電化學(xué)活性材料)的量上的監(jiān)管限制使FR03型(AAA LiFeS2電池單體)和FR6型(AA LiFeS2電池單體)成為這種化學(xué)電池在所述消費性市場中最重要的電池單體型號。對于I. 5V電化學(xué)系統(tǒng)(例如，堿性對鋰-二硫化鐵等)的設(shè)計考慮是非常不同的。例如，堿性和氫氧化鎳(nickel oxy-hydroxide)系統(tǒng)依賴于具有氣體膨脹和/或泄露傾向的含水和高腐蝕性的電解液，這使得在選擇內(nèi)部材料和/或與容器和封閉件的兼容性方面采取非常不同的方案。在可再充電的I. 5V系統(tǒng)中(注意，目前不認為鋰-二硫化鐵系統(tǒng)適合于消費性基礎(chǔ)的可再充電的系統(tǒng))，各種高度專用的電化學(xué)和/或電解液組合物可以用來最好地適應(yīng)鋰離子充電/放電循環(huán)。在這里，這樣的高成本部件不是關(guān)鍵的設(shè)計考慮要素，因為二次系統(tǒng)通常比其一次電池等同物賣出更高的零售價。而且，所述放電機構(gòu)、電池單體設(shè)計和安全性考慮，總的來說，對一次系統(tǒng)是不重要的和/或不適用的。
對容量的改善代表了基本良好的電池設(shè)計。即為了傳遞更大的容量，對于在鋰-二硫化鐵電池放電過程中起作用的徑向膨脹力和其它動力必須進行仔細的考慮。例如，如果所述設(shè)計提供的所述陽極或所述陰極集電器的厚度不夠，那么在放電過程中的徑向力可能會將卷芯壓縮到導(dǎo)致一個或兩個電極的斷開連接的程度，一旦發(fā)生這種斷開連接，不管所述活性材料是否已經(jīng)全部放電，所述電池都可能終止傳遞容量。對于孔隙體積(在所述陰極涂層和作為整體的電池單體的內(nèi)部中)、貫穿所述電池的電連接、所述隔離件、用于所述電池的封閉件/排氣機構(gòu)等也會發(fā)生類似的情況。因此，LiFeS2電池單體的容量對于電池單體設(shè)計的整體可行性和耐用性是重要的量度，尤其當(dāng)所述電池單體的設(shè)計者被限制使用標準型號的消費性電池的時候(例如，AA或FR6 ；AAA或FR03等)。作為對于容量這一電池設(shè)計的實際量度的推論，那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解為設(shè)計選擇(尤其是對指定部件的選擇)必須在考慮到所述整個電池的前提下來進行。指定的組合物可能對所述電池單體內(nèi)的其它部件和組合物產(chǎn)生令人驚訝的、意想不到的或非預(yù)期的效果。類似地，在標準型號的電池中，所選擇的特定元件占據(jù)容器內(nèi)的容積，該容積否則可能已經(jīng)用于其它元件。因此，這個設(shè)計選擇的相互依賴性必然意味著任何容量上的增力口，尤其是沒有對安全性或所述電池在其它方面的性能造成消極影響的增加，比簡單的添加更多活性材料的措施更有意義。然而電池單體設(shè)計者對于LiFeS2系統(tǒng)的另一個重要的考慮涉及將所述電池單體的內(nèi)電阻最小化?？傮w來說，所述內(nèi)電阻由制造所述電池單體的部件產(chǎn)生，并可以表達如下 R電鮮體=R容器+R電極組件來自容器部件的電阻(Rlm)包括由罐殼(包括外部接觸端子)、內(nèi)部電連接(例如，焊接或壓接)、內(nèi)部安全裝置(例如，PTC)等引發(fā)的電阻。通常地，來自這些容器部件的電阻將表現(xiàn)為相對可預(yù)期的并容易控制的方式，從而使其相對容易將這部分的貢獻最小化。然而，由所述電極組件(R__)導(dǎo)致的電阻可以是所述設(shè)計的整體質(zhì)量的指標，因為這個電阻更難預(yù)期和控制。而且，在陽極基本由高導(dǎo)電性鋰或鋰基合金組成的鋰電池單體中，所述電極組件的電阻將幾乎完全取決于隔離件和陰極的選擇并基于所述選擇而改變。因此，怎樣和將什么涂覆于陰極集電器上以及合適的隔離件的選擇，可以被視為對電池單體的整體電阻具有直接的、可測量的影響。更進一步延伸這個概念，在所述容器的部件和所述隔離件基本相同的一系列電池單體中，所述電池單體的整體電阻將作為比較那些電池單體的陰極的理想度的優(yōu)秀指標。即使具有鋰-二硫化鐵電池單體用于高功率裝置的固有優(yōu)勢(與一次堿性電池單體相比)JMLiFeS2電池單體設(shè)計必須在使用材料的成本、必要的安全性裝置和總體可靠性的整合、所述設(shè)計的電池單體的傳遞的容量和預(yù)期用途之間建立平衡。一般地，低功率設(shè)計強調(diào)活性材料的量，而高功率設(shè)計更關(guān)注配置以提高放電效率。例如，卷芯設(shè)計將所述電極之間的表面積最大化并允許較大的放電效率，但這樣做可能犧牲在低功率和低速率放電時的容量，因為它使用更加惰性的材料，如隔離件和集電器(兩者都占據(jù)內(nèi)部容積，從而需要從所述電池單體設(shè)計中移出活性材料)。除了改善的容量，電池單體設(shè)計者也必須考慮其它重要的特性，如安全性和可靠性。安全性裝置一般包括排氣機構(gòu)和熱致動的“關(guān) 閉”元件，如正熱電路(PTC)。對可靠性的改善基本集中在防止內(nèi)部短路方面。在這兩個例子中，這些特性最終需要占據(jù)內(nèi)部容積的元件和/或需要通常對電池單體內(nèi)電阻、效率和放電容量產(chǎn)生不良后果的設(shè)計考慮。而且，另外的挑戰(zhàn)在于，因為傳輸規(guī)則限制鋰電池可以在熱循環(huán)過程中失去的重量的百分含量，意味著對于較小的容積型號，像AA和AAA的電池單體設(shè)計可能僅失去電池單體總重量中的幾毫克(通常以電解液蒸發(fā)的形式)。另外，與其它電化學(xué)系統(tǒng)相比，所述非水的有機電解液的反應(yīng)活性的和易揮發(fā)的性質(zhì)嚴重地限制了潛在的可用的材料的范圍(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、隔離件和/或集電器之間的相互作用方面)。最后，將鋰-二硫化鐵電池中活性材料(尤其是陰極)的量最大化同時保持最優(yōu)的特性可能是最困難的挑戰(zhàn)。如上述注意到的，所述卷芯電極組件是LiFeS2系統(tǒng)中優(yōu)選的配置。為了最有效地適用二硫化鐵，將所述二硫化鐵混入具有導(dǎo)體和粘合劑的漿料中，然后將其涂覆在金屬箔集電器上，同時在不使用集電器的情況下最有效地裝配鋰。最后，所述隔離件是聚合物薄膜，其厚度優(yōu)選最小化以降低進入所述電池單體中的惰性輸入物。因為所述反應(yīng)的終產(chǎn)物比所述輸入物占據(jù)更大容積，因此隨著所述電池放電，所述電極組件膨脹。相反，膨脹產(chǎn)生了可能導(dǎo)致所述電池單體容器不希望的鼓脹的徑向力，以及如果所述隔離件失常時會發(fā)生的短路。處理這些難題的先前的手段包括對于所述電池單體殼體和所述電池單體內(nèi)的惰性組件使用結(jié)實的(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，并且較厚的、更粗糙的電極先前被視為不是必須優(yōu)選的，因為它們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消耗速率下相對較低的性能預(yù)期。已經(jīng)采取了大量其它的途徑來取得最佳內(nèi)部容積利用和可接受的LiFeS2電池單體容量/性能之間的平衡。例如，對于由膨脹產(chǎn)生的難題的可能解決方案在美國專利No. 4，379，815中公開，其通過將一種或多種其它活性材料(如Cu。、Bi2O3' Pb2Bi2O5' P3O4'CoS2)與硫鐵礦混合，以平衡陰極膨脹和陽極收縮，盡管這些附加的材料可能對所述電池單體的放電特性造成不利影響，并且所述整個電池單體的容量和效率也可能受到不利影響。如在美國專利公布No. 20050112462和No. 20050233214中分別公開的那樣，改善LiFeS2電池單體的放電容量的其它手段考慮到使用更薄的隔離件和/或指定的陰極涂層技術(shù)和硫鐵礦顆粒尺寸。美國專利No. 6，849，360和7，157，185公開了特定的陰極涂層配方和不需要陽極集電器的、以純鋰(或鋰-鋁合金)的形式裝配的陽極的使用。所述陽極和陰極的量然后以陽極和陰極界面活性材料的特定比例(即理論界面輸入物容量比例(theoreticalinterfacial input capacity ratio))提供,用以提高LiFeS2電池單體的高速率性能。美國專利公布No. 20090070989和No. 20080050654以及中國專利公布No. 1845364公開了可能關(guān)于LiFeS2電池單體中電極的陰極涂層的含有等于或小于95wt. % (95的重量百分比)的FeS2的陰極配方。美國專利公布No. 20070202409和中國專利公布No. 1790781公布了可能同樣關(guān)于LiFeS2電池單體中電極的陰極涂層的含有至少3wt. %粘合劑的陰極配方。中國專利公布No. 1564370總體上公開了可能關(guān)于LiFeS2電池單體的硫鐵礦、粘合劑和導(dǎo)體的混合物。


圖I圖解了鋰-二硫化鐵電化學(xué)電池單體的電池單體設(shè)計的一個實施方案；圖2圖解了各種官能團可能對各種導(dǎo)體表面積產(chǎn)生影響；圖3圖解了導(dǎo)體表面積可能對某種FR6電池的瞬間電流強度產(chǎn)生影響；圖4圖解了官能團濃度可能對FR6電池的開路電壓產(chǎn)生影響； 圖5A-5D圖解了針對根據(jù)4探頭方法測量的電阻顯示的導(dǎo)體組合物(乙炔黑、石墨和/或石墨化碳)可能對陰極配方和涂層產(chǎn)生影響。在這幅構(gòu)制的圖中注意到按照每幅圖右側(cè)所述的條件，三角形每個角處的數(shù)字代表特定種類的導(dǎo)體相對于整體陰極配方的重量百分比；圖5E圖解了針對根據(jù)2探頭方法測量的面比電阻顯示的導(dǎo)體組合物(乙炔黑、石墨和/或石墨化碳)可能對陰極配方和涂層產(chǎn)生影響。在這幅構(gòu)制的圖中注意到按照每幅圖右側(cè)所述的條件，三角形每個角處的數(shù)字代表特定種類的導(dǎo)體相對于整體陰極配方的重量百分比；圖6A-6D圖解了針對FR6電池的IOkHz阻抗顯示的導(dǎo)體組合物(乙炔黑、石墨和/或石墨化碳)可能對陰極配方和涂層產(chǎn)生影響。在這幅構(gòu)制的圖中注意到按照每幅圖右側(cè)所述的條件，三角形每個角處的數(shù)字代表特定種類的導(dǎo)體相對于整體陰極配方的重量百分比；圖7A-7F圖解了針對FR6電池的數(shù)碼相機測試性能顯示的導(dǎo)體組合物(乙炔黑、石墨和/或石墨化碳)可能對陰極配方和涂層產(chǎn)生影響。在這幅構(gòu)制的圖中注意到按照每幅圖右側(cè)所述的條件，三角形每個角處的數(shù)字代表特定種類的導(dǎo)體相對于整體陰極配方的
重量百分比。
具體實施例方式除非其它特定的說明，本申請中使用的下列術(shù)語在本文中均按照以下方式進行定義和使用常溫或室溫-約20°C -約25°C;除非其它說明，否則所有實施例、數(shù)據(jù)和其它性能和制造信息都在常溫下進行；陽極-負電極；更具體地，在鋰-二硫化鐵電池單體中，其主要由鋰或鋰基合金(即以重量計含有至少90%鋰的合金)組成并以其作為主要的電化學(xué)活性材料；容量-在一組特定的條件(例如，消耗速率、溫度等)下放電的過程中，由單電極或整體電池單體傳遞的容量；通常表達為毫安-小時(mAh)或毫瓦-小時(mWh)或通過數(shù)碼相機測試拍照的分鐘數(shù)或張數(shù)來表達；陰極-正電極；更具體地，在鋰-二硫化鐵電池單體中，其包括作為主要的電化學(xué)活性材料的二硫化鐵，并與一種或多種流變性的、聚合的和/或?qū)щ姷奶砑觿┮黄鹜扛苍诮饘偌娖魃?；?shù)碼相機測試(也稱為ANSI數(shù)碼相機測試)-相機每分鐘拍攝兩張照片(圖像)直到所述電池壽命耗盡，按照由用于便攜式鋰一次電池單體和電池的美國國家標準-總則和規(guī)范公布的、題目為 “Battery Specification 15LF(AA lithium iron disulfide),Digital camera test (電池規(guī)范 15LF (AA鋰-二硫化物)，數(shù)碼相機測試)ItJANSI C18. 3M,Part (部)1-2005中概括的測試程序進行。這個測試由下述過程組成將AA型鋰-二硫化鐵電池以1500mW放電2秒，再以650mW放電28秒，這個30秒的循環(huán)在5min的總循環(huán)時間內(nèi)重復(fù)進行(10個循環(huán))，然后休息(即0mW)55min。所述整個Ih的循環(huán)每天循環(huán)進行24h直到最后記錄到I. 05V或更低。每個30秒的循環(huán)可代表一張數(shù)碼相機圖像。這種測試可以被指定用于更小的電極上來模仿AA電池的性能；電化學(xué)活性材料-一種或多種作為電池單體的放電反應(yīng)的一部分并有利于電池單體放電容量的化合物，包括雜質(zhì)和少量存在的其它組分；FR6電池單體-參照由國際電工委員會(International ElectrotechnicalCommission)在2000年11月之后公布的國際標準IEC-60086-1，具有約50. 5mm的最大外部高度和約14. 5mm最大外徑的圓柱狀電池單體構(gòu)型的鋰-二硫化鐵電池；FR03電池單體-參照由國際電工委員會在2000年11月之后發(fā)布的國際標準IEC-60086-1,具有約44. 5mm的最大外部高度和約10. 5mm最大外徑的圓柱狀電池單體構(gòu)型的鋰-二硫化鐵電池；“卷芯”(或“螺旋卷繞”)電極組件-陽極和陰極帶與合適的聚合物隔離件一起，通過沿著其長或?qū)?例如圍繞心軸或中心核)卷繞而組合成的組件；裝載量-針對涂覆在所述箔片集電器上的最終干燥的和致密的陰極混合物，在所述集電器的特定面積的單面或雙面上含有的特定材料的量，通常表達為在界面對齊的集電器的I平方厘米部分的單側(cè)或雙側(cè)上的活性材料容量的毫安時數(shù)或總陰極混合物(即包括硫鐵礦、粘合劑、導(dǎo)體、添加劑等)的暈克數(shù)；額定-一個值，通常由制造者指定，代表對于那個特性或性質(zhì)可以預(yù)期的值；硫鐵礦-二硫化鐵的礦物質(zhì)形式，通常含有至少95%的用于電池中的電化學(xué)活性二硫化鐵(近似于FeS2)，其可能含有雜質(zhì)、其它組分和其它少量的潛在的電化學(xué)活性材料；固體填充度-在涂層中(不包括所述集電器)，由固體顆粒(例如，電化學(xué)活性材料、粘合劑、導(dǎo)體等)占據(jù)的涂層體積與該涂層的總體積的比值，該涂層在干燥并致密化后測定；通常表達為百分數(shù)，但也可以表達為所述涂層的孔隙率或空穴率的反數(shù)(inverse)(即100%減去所述涂層的孔隙率百分比值)；比能量密度-根據(jù)所述條件(例如，以200mA的連續(xù)消耗放電，界面容量的總輸入等)，所述電極、電池單體或電池的容量除以所述整個電池單體或電池的總重量，通常表達為瓦時/千克(Wh/kg)或毫瓦時/克(mWh/g)；電池單體組件 參照圖I將更好地理解本發(fā)明。在圖I中，所述電池單體10是FR6 (AA)型圓柱形LiFeS2電池的電池單體的一個實施方案，但本發(fā)明應(yīng)該對FR03 (AAA)或其它圓柱形電池單體具有等同的可應(yīng)用性。在一個實施方案中，所述電池單體10具有殼體，該殼體包括罐殼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階來用以支撐襯墊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，以密封所述電池單體10內(nèi)的陽極或負電極18、陰極或正電極20和電解液。所述陽極18、陰極20和隔離件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接觸彈簧24與蓋子14的內(nèi)表面連接。所述陽極18通過金屬引線(或條)36與罐殼12的內(nèi)表面電連接。將引線36固定在陽極18上，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。所述引線36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在所述制造工藝中進行加工被保持在一起，或例如通過熱密封、粘合或捆扎可以將材料的外端(例如隔離件或聚合物膜的外部包衣38)固定住。在一個實施方案中，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，通過所述隔離件26的向內(nèi)折疊的延長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。在一個實施方案中，所述電池單體10具有分開的正極端蓋40，該正極端蓋40通過罐殼12的向內(nèi)卷曲的頂部邊緣和所述襯墊16被保持就位，并具有一個或多個排氣孔(未顯示)。所述罐殼12作為所述負極接觸端。絕緣護罩(jacket)，如粘性標簽48，可以被附在所述罐殼12的側(cè)壁上。在一個實施方案中，放置在端蓋40的外周凸緣和所述電池單體蓋子14之間的是正溫度系數(shù)(PTC)設(shè)備42，該PTC設(shè)備42基本限制了在濫用電條件下的電流流動。在另一個實施方案中，所述電池單體10也可以包括壓力釋放排氣口。電池單體蓋子14具有孔口，所述孔口包括向內(nèi)突出的中心排氣井28，在井28底部帶有排氣洞30。通過排氣球32和薄壁的熱塑性襯套(bushing) 34將所述孔口密封，所述熱塑性襯套34被擠壓在所述排氣井28的豎直壁和所述排氣球32的外周之間。當(dāng)所述電池單體內(nèi)部壓力超過預(yù)定水平時，所述排氣球32或所述球32和襯套34 —起，被從所述孔口壓出以從電池單體10中釋放加壓的氣體。在其它實施方案中，所述壓力釋放排氣口可以是由防爆膜閉合的孔，如在美國專利No. 7，687，189中公開的那樣，或可以為一相對薄的區(qū)域，如鑄造的凹槽，其可撕裂或破裂，用以在所述電池單體的一部分如密封板或容器壁中形成排氣孔。在一個實施方案中，在所述電極組件的側(cè)面和所述罐殼的側(cè)壁之間設(shè)置的電極引線36的端部，在將所述電極組件插入所述罐殼之前可以具有一個形狀，優(yōu)選非平面，以改善與所述罐殼側(cè)壁的電接觸并提供類似彈簧的力以使所述引線抵住所述罐殼側(cè)壁。在電池單體制造過程中，所述引線的成型的端部部分可以發(fā)生變形，例如朝著所述電極組件的側(cè)面變形，以幫助將其插入所述罐殼中，接下來所述引線的端部可以部分地彈回其初始非平面形狀，但保持至少部分受壓以向所述罐殼的側(cè)壁的內(nèi)表面施加力，從而制造與所述罐殼的良好的物理和電接觸?；蛘撸@個連接和/或所述電池單體內(nèi)的其它連接，也可以以焊接的方式保持。 所述電池單體容器通常是帶有閉合的底部的金屬罐殼，如圖I中所示的罐殼。所述罐殼材料和所述容器壁的厚度將部分取決于所述電池單體中使用的活性材料和電解液。普通的材料類型是鋼。例如，所述罐殼可以由冷軋鋼(CRS)制成，并可以至少在外側(cè)鍍鎳以保護所述罐殼的外側(cè)不被腐蝕。通常，根據(jù)本發(fā)明的CRS容器對于FR6電池單體可具有約7-10密耳(mil)的壁厚，或?qū)τ贔R03電池單體可具有約6_9密耳的壁厚?？梢愿淖冸婂兊念愋蛠硖峁┎煌潭鹊哪透g性，以改善所述接觸電阻或提供希望的外觀。鋼的種類將部分取決于所述容器形成的方式。對于淺沖罐，所述鋼可以是擴散退火的、低碳的、鋁鎮(zhèn)靜的、SAE1006或等同的鋼，具有ASTM 9-11的晶粒大小并且是等軸至稍微拉長的晶粒形狀。其它的鋼，如不銹鋼，可以用來滿足特殊要求。例如，當(dāng)所述罐殼與所述陰極電接觸時，不銹鋼可以用來改善對由所述陰極和電解液造成的腐蝕的耐性。所述電池單體的蓋子可以是金屬?？梢允褂缅冩嚨匿?，但不銹鋼通常是優(yōu)選的，尤其當(dāng)所述封閉件和蓋子與陰極電接觸的時候。所述蓋子形狀的復(fù)雜性也將是選擇材料的因素。所述電池單體蓋子可以具有簡單的形狀，如厚的平圓盤，或可以具有更加復(fù)雜的形狀，如圖I所示的蓋子。當(dāng)所述蓋子具有像圖I中的復(fù)雜形狀時，可以使用具有ASTM 8-9晶粒大小的304型軟退火不銹鋼，以提供所述想要的耐腐蝕性和金屬成型的容易度。成型的蓋子也可以進行電鍍，例如鍍鎳，或由不銹鋼或其它已知的金屬和其合金制成。 所述端蓋應(yīng)該對周圍環(huán)境中的水造成的腐蝕或在電池制造和使用中通常遇到的其它腐蝕物質(zhì)具有好的耐性。所述端蓋應(yīng)該也具有好的電導(dǎo)性和在消費性電池上可見的吸引人的外觀。端蓋通常由鍍鎳冷軋鋼或在所述蓋子形成后鍍鎳的鋼制成。在端子位于壓力釋放排氣口上方的情況下，所述端蓋基本具有一個或多個洞以幫助電池單體排氣。用于完善所述罐殼和所述封閉件/端蓋之間的密封的襯墊可以由任何適合的、提供想要的密封性質(zhì)的熱塑性材料制成。材料的選擇部分基于電解液組合物。合適的材料的例子包括聚丙烯、聚苯硫醚、四氟-全氟烴基乙烯醚共聚物、聚對苯二甲酸丁烯酯及其混合物。優(yōu)選的襯墊材料包括聚丙烯(來自美國特拉華州威爾明頓的巴塞爾聚烯烴公司(Basell Polyolefins))或聚苯硫醚(來自美國德克薩斯州伍德蘭(Woodlands)的雪佛龍菲利浦公司(Chevron Phillips))。也可以將小量其它的聚合物、增強的無機填料和/或有機化合物加入到所述襯墊的基礎(chǔ)樹脂中。合適的材料的例子可以在美國專利公開No. 20080226982 和 No. 20050079404 中找到?？梢杂妹芊鈩┩扛菜鲆r墊以提供最好的密封。乙丙三元共聚物(EPDM)是合適的密封劑材料，但其它合適的材料也可以使用。前述電池單體部件和設(shè)計特征僅是示例性的，并意于顯示本發(fā)明的一個可能的實施方案。當(dāng)然，也可以使用其它組件和設(shè)計特征。陰極配方如美國專利No. 6，849，360中描述的，同樣已經(jīng)確定通過在陰極中裝配過量的理論界面輸入物容量(與與其相關(guān)的陽極理論界面輸入物容量相比)以使鋰-二硫化鐵電池受益。因此，在一個實施方案中，本發(fā)明的電池單體的界面陽極與陰極輸入比例小于1.00。同時也希望使用小顆粒尺寸的陰極材料以使刺穿所述隔離件的危險性最小化。例如，可以通過至少230目(62 μ m)或更小的過濾器篩選FeS2。更優(yōu)選地，如美國專利公布No. 20050233214中描述的，可以將FeS2介質(zhì)碾磨(media mill)或加工成平均尺寸小于20 μ m的顆粒?？傮w說來，應(yīng)該將硫鐵礦(更具體地，F(xiàn)eS2)的量最大化，然而應(yīng)該僅在陰極干燥混合物中使用的導(dǎo)體、粘合劑和其它添加劑的量應(yīng)該僅足以使陰極材料涂覆和粘附到固體金屬箔集電器上即可。例如，很多現(xiàn)有技術(shù)文獻提出使用至少3wt. %的粘合劑用以確保適宜的涂覆。而且，預(yù)期的涂層應(yīng)該是多孔的、薄的和柔韌的，并且其它陰極混合物意于為球粒型陰極，其趨于基本厚于涂層且不 如涂層柔韌，并與薄涂層的要求程度無關(guān)。并且，不可忽視陰極多孔性的重要性。適于在電化學(xué)電池單體中使用的硫鐵礦的FeS2純度超過總硫鐵礦混合物的95wt. 該硫鐵礦可以購自美國馬薩諸塞州北克拉夫頓(North Grafton)的華盛頓工廠(Washington Mills)、奧地利維也納的凱密特爾股份有限公司(Chemetall GmbH);和美國弗吉尼亞州迪爾溫的藍晶石礦業(yè)公司(Kyanite Mining Corp.)。合適的粘合劑包括苯乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物(如來自德州休斯頓的科騰聚合物的G1651)和任選的工藝助劑，如過堿化磺酸鈣絡(luò)合物和/或氣相二氧化硅(例如來自德國埃森市的贏創(chuàng)工業(yè)集團的AEROSIL 200)。針對孔隙率，固體填充百分比小于70%、優(yōu)選小于65%并更優(yōu)選小于63%的陰極涂層，在簡化高速制備工藝和固有的安全和性能特性方面(其中，較多的多孔材料提供孔隙用來補償電池單體反應(yīng)產(chǎn)物需要的較大的體積)具有固有的優(yōu)勢。然而，由于這樣使填充百分比降低了，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裝配到陰極混合物中的導(dǎo)體的量和種類與優(yōu)化的陰極和電池單體性能極其相關(guān)。特殊地，與前述涂層配方相比粘合劑的量可以大幅度下降，而硫鐵礦的量可以大于總干燥混合物的95wt. %。然而，在這樣的高含量硫鐵礦(即95-98wt. % )和低含量粘合劑(即低于3wt. % )的配方中，配備的碳的數(shù)量和種類極其重要。因此，特定種類導(dǎo)體的選擇對鋰-二硫化鐵電池單體的性能起到關(guān)鍵作用，尤其當(dāng)將混合物配方優(yōu)化到使活性材料最大化時。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)指定的導(dǎo)體和導(dǎo)體結(jié)合物影響指定的鋰-二硫化鐵電池單體設(shè)計希望的性能。當(dāng)配備的導(dǎo)體與如下面描述的整個電池單體的其它區(qū)別方面匹配時，這些性能可以得到進一步的提高；例如，當(dāng)與用于所述陰極的固體填充的特定范圍結(jié)合裝配時或當(dāng)調(diào)節(jié)至所述導(dǎo)體中存在官能團時。適于在鋰-二硫化鐵電化學(xué)電池單體中作為導(dǎo)體使用的導(dǎo)體包括炭黑、乙炔黑和石墨。每種都可以是區(qū)別的并基于各種因素進行選擇，包括晶格結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)(包括但不限于官能團、灰分、硫磺等)、碳含量、碳源和工藝技術(shù)。反過來，這些參數(shù)將影響所述導(dǎo)體怎樣與通常在螺旋卷繞的鋰-二硫化鐵電池單體中使用的陰極涂層相互作用。炭黑是一種種類寬泛的元素碳，通過在控制條件下氣體或液體碳氫化合物燃燒或熱分解制得。其物理外觀是黑色的、細的磨碎的球粒或粉末，并且最通常以膠狀顆粒形式存在。重要的是，炭黑在化學(xué)上和物理上都與碳煙或“黑碳”相區(qū)別，這二者都是關(guān)于產(chǎn)生于含碳材料(例如，油、燃料油、煤、紙、廢料等)的不完全燃燒的相對不純的碳質(zhì)副產(chǎn)物的通用名稱?？色@益的炭黑是SUPER-P或HMREX AB55，這二者均由美國俄亥俄州西湖特密高公司(Timcal Westlake)出售。對與下述量度和想法一致的特定種類炭黑的選擇是陰極配方的重要方面。各種級別的炭黑、無定形碳、石墨化碳和乙炔黑可來自任何這里提到的供應(yīng)商。乙炔黑(“AB”)是特殊純(particularly pure)形式的炭黑。乙炔黑通過在控制的氛圍中使乙炔放熱分解或控制的燃燒制得。與所述其它來源的炭黑相比，乙炔黑表征為最高程度的聚集和晶格取向。適于在鋰-二硫化鐵電池單體中使用的各種乙炔黑粉末由美國德州休斯頓Soltex公司以頂級黑(ACE BLACK)的名稱出售。已經(jīng)公開了將乙炔黑用于電化學(xué)電池單體中，盡管當(dāng)其被包含作為用于Li/FeS2電池單體的陰極涂層混合物的一部分時，已經(jīng)相信應(yīng)該將乙炔黑裝配為與石墨的混合物的一部分，同時以I : 1-1 7 (AB 石墨)的比例裝配炭黑?？梢詫⑻亢谶M一步處理為影響使其區(qū)別于乙炔黑的物理或化學(xué)特性。例如，可以對炭黑進行加熱處理以改變其晶體結(jié)構(gòu)；將其浮動、碾磨、過濾、混合或機械處理以限制顆粒尺寸和形態(tài)；和/或?qū)ζ溥M行化學(xué)處理以影響可以附到碳上的官能團。下面將更詳細地描述關(guān)于優(yōu)選的官能團的另外的信息。因此，電化學(xué)電池單體設(shè)計者可以基本不受限的選擇不同的導(dǎo)電性碳。通常，用于表征和區(qū)分這些各種導(dǎo)電性碳的最重要方面是純度、晶體結(jié)構(gòu)(若有的話)、紋理/孔隙率和顆粒尺寸。一種在高含量硫鐵礦、低含量粘合劑配方中起特殊作用的一種炭黑被認為是“石墨化碳”。石墨化碳是通過碳氫化合物的部分燃燒、用水立刻淬滅、然后受到繼續(xù)的高溫純化以移除雜質(zhì)和官能團獲得的。一種石墨化碳以Pureblack 205-110形式由美國伊利諾斯 州的芝加哥高級石墨公司(Superior Graphite)出售。石墨化碳與其它炭黑相比具有高度有序排列的石墨層，除了石墨化碳由不是乙炔的碳氫化合物材料制成之外與乙炔黑類似，并具有允許相對寬泛的形態(tài)性質(zhì)和石墨化作用。與其它炭黑相比，X射線衍射或透射電子顯微鏡法技術(shù)可以用來測試石墨化碳的“部分石墨化”。石墨是元素(即基本純的)碳的一種同素異形體。與金剛石(另一種已知的碳的同素異形體)不同，石墨是電導(dǎo)體并通常用于電化學(xué)電池單體的電極中。如上面記錄的，當(dāng)用于Li/FeS2電池單體的陰極涂層混合物中時，常規(guī)的想法是并入石墨作為主要的(大于存在于干燥混合物中的總導(dǎo)體的約45wt. %或更多)或唯一的組分。根據(jù)來源的不同，發(fā)現(xiàn)存在三種主要類型的天然石墨I)結(jié)晶鱗片石墨(或簡稱鱗片石墨)獨立的、平坦的、平板狀的、六邊的(如果未損壞，或如果損壞了，為不規(guī)則的或有棱角的)顆粒；2)無定形石墨細顆粒的；和3)塊狀石墨(也稱為脈石墨)礦石沉積物并表現(xiàn)為大量平板樣的纖維狀或針狀的晶體塊。也可以將石墨進行處理或合成用以影響某種理想的特性或性質(zhì)，如晶體結(jié)構(gòu)、紋理(通過二甲苯密度、BET比表面積、體積密度、振實密度等表征)、顆粒尺寸、形態(tài)、純度等?？梢岳没瘜W(xué)品或機械力對石墨進行進一步處理；例如，膨脹石墨的制備是通過將石墨連續(xù)浸入鉻酸和濃硫酸浴中和/或通過加熱處理。在每種情況下，這些措施都迫使晶格平面分開，因此使所述石墨“膨脹”。一種合成的、機械可膨脹的石墨以TIMREX MX15由美國俄亥俄州西湖特密高公司(Timcal Westlake)出售的。另一種可獲益的石墨是HMREX KS6，也是由特密高公司出售。一種天然石墨已經(jīng)以SL20由美國伊利諾斯州芝加哥的高級石墨公司出售。其它級別的合成產(chǎn)品和天然石墨可來自這里提到的任何供應(yīng)商。石墨烯是緊密堆積在蜂巢狀晶格中的SP2-雜化碳原子單原子厚的平面薄片結(jié)構(gòu)。石墨烯在石墨中天然存在，基本由一系列堆積在一起的石墨烯薄片組成。各種石墨烯由美國馬里蘭州杰瑟普市的沃貝克材料公司(Vorbeck Materials)出售。熱解碳是一種類似于石墨的材料，但由于其制備的缺陷在其石墨薄片之間存在一些共價鍵。高度有序的熱解碳是指在石墨薄片之間具有小于1°角度擴散的石墨，并被認為是熱解碳的最高質(zhì)量的合成形式。
盡管所有這些導(dǎo)體都包括碳，但是也存在大量的指標使操作人員對上述的各種導(dǎo)體進行區(qū)分和選擇，包括但不限于顆粒/粉末的大小(尺寸、長度、直徑、長寬比等)、形態(tài)、密度和表面積。其它影響鋰-二硫化鐵電池中特定導(dǎo)體用途的想法包括硫鐵礦顆粒尺寸、總混合物(即整個陰極涂層，包括硫鐵礦、粘合劑和導(dǎo)體)的希望厚度、用于整個圖層的希望的壓實水平、用于涂覆所述涂層的傳遞系統(tǒng)(例如，漿料、粉末等)、所述涂層的導(dǎo)電性和電阻率、涂覆工藝的種類(例如，狹縫擠壓(slot die)、逆向三棍壓延(three rollreverse)等)、與傳遞系統(tǒng)/涂層種類相關(guān)的溶劑和/或環(huán)境、涂層在所述涂覆過程中吸附、保留或釋放溶劑的能力和涂層吸附或保留所述電解液的能力?？梢酝ㄟ^多種方式確定導(dǎo)體的材料性質(zhì)。通過實施例而沒有局限地,可以由灰分含量、水分或碳含量測量純度；由X射線衍射測試晶體結(jié)構(gòu)；真密度(例如，通過二甲苯密度、氦密度(helium density)等進行測試)；由激光衍射、空氣分類、篩選、振實密度或油吸收測試顆粒尺寸分布；由氣體吸附、BET比表面積、顯微術(shù)或壓汞法測試的孔隙率/紋理；由氣體吸附、紐曼分光法或活性表面積測量來測試表面形態(tài)。對于存在于導(dǎo)體中的官能團，可以使用各種技術(shù)，包括Boehm滴定、熱重分析、傅里葉轉(zhuǎn)換紅外分光法、X射線光電子分光法、溫度程序控制熱解吸或次級質(zhì)譜法。保持合適的顆粒與顆粒之間的接觸是得到希望的陰極配方的一個關(guān)鍵。也就是說，考慮到通常在二硫化鐵陰極制備過程中進行的壓延/壓實操作和在放電過程中其膨脹的傾向性，因此充足的導(dǎo)電通路必須存在于所述涂層的顆粒內(nèi)以使電子有效流動。在涂層配方中僅石墨鱗片趨于缺少必要的導(dǎo)電性，因為由于石墨長寬比，要求用來保持足夠?qū)щ娦缘镊[片的體積形成了對離子遷移率的高彎曲度，因而導(dǎo)致所述電池單體整體上較高的電荷轉(zhuǎn)移值。另外，某種全炭黑配方趨于與溶劑基礎(chǔ)的涂層操作不兼容，因為碳的高表面積形成了溶劑的高吸附率，從而造成泥裂和其它工藝難題。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)相對高比例的石墨化碳和/或乙炔黑通常可以用于這樣的涂層中，其具有i)高含量的硫鐵礦，即大于總干燥混合物的95wt. %, ii)低含量水平的導(dǎo)體，即低于總干燥混合物的3wt. %，和iii)相對最小的壓實度，即涂層含有65%或更小的固體填充度的涂層。這樣的最小壓實度的涂層在Li/FeS2電池單體中表現(xiàn)出很多優(yōu)勢，既在簡化制備的方面也在并入更多強固的電池單體設(shè)計方面(由于壓實程度提供的較大的孔隙)。考慮到上述內(nèi)容，優(yōu)選的方式是石墨和石墨化碳或可替換乙炔黑的結(jié)合。在這兩個例子中，石墨與石墨化碳或乙炔黑的比例大于或等于所述干燥混合物中存在的總導(dǎo)體的55wt. %。然而，隨著壓實度降到小于60%的固體填充率，可能需要額外的碳。根據(jù)這種方法，所得的陰極涂層的固體填充率將為至少58%、至少60%或至少61 %,但固體填充率也將不大于65%、不大于64%、不大于63%或不大于62%。同樣地,所述陰極干燥混合物中的硫鐵礦將為至少95wt. %、至少96wt. %或至少97wt. 而導(dǎo)體不大于3wt. %或不大于2wt. %。所述干燥混合物的其余部分是粘合劑和工藝助劑，因此意味著所述混合物中的粘合劑和工藝助劑不大于2wt. %、不大于Iwt. %或小于Iwt. %。換句話說，在含有乙炔黑的配方中的涂層的孔隙率可以為58% -65%，在含有石墨化碳的配方中的涂層的孔隙率可以為58% _70%，但是兩種情況下較窄的范圍可能帶來額外的效益。在每種情況下優(yōu)選的配方都包括95-98wt. %的硫鐵礦、l_3wt. %的導(dǎo)體和小于2wt. %的粘合劑或其它工藝助劑。所述導(dǎo)體應(yīng)該包括乙炔黑或石墨化碳或其混合物。如果石墨也包含在內(nèi)，那么在所有情況(即乙炔黑或石墨化碳單獨存在的情況或兩者都存在的情況)下的石墨都應(yīng)該組成小于導(dǎo)體總量的50wt. %，此含量優(yōu)選為小于45wt. %。同樣地，機械可膨脹的石墨可能比其它種類的石墨優(yōu)選。每個這些特征(固體填充率、硫鐵礦含量、導(dǎo)體含量和粘合劑含量)的結(jié)合聯(lián)合促成了這里考慮的陰極的優(yōu)越性能。另外地，所述導(dǎo)體優(yōu)選包括石墨化碳。更優(yōu)選地，所述導(dǎo)體包括在上面列舉的導(dǎo)體的兩個區(qū)分種類，其中所述兩個種類中的一種是乙炔黑或石墨化碳。石墨可以與乙炔黑或石墨化碳混合，但是應(yīng)該使用以重量百分比計比石墨化碳、乙炔黑或兩者任意組合少的石墨。也就是說，導(dǎo)體總量的重量百分比應(yīng)該大于55wt. %的乙炔黑或石墨化碳(或其二者組合)，其余部分為其它導(dǎo)體，優(yōu)選為一種或兩種石墨。更優(yōu)選地，應(yīng)該使用可膨脹的石墨作為唯一的副組分。機械可膨脹的石墨可能是優(yōu)選的。在其它實施方案中，可以使用乙炔黑、石墨化碳及其混合物作為唯一種類的導(dǎo)體。在這樣的情況下，乙炔黑與石墨化碳的I : I的比例可能有時候是優(yōu)選的。對于導(dǎo)體優(yōu)選的量和相對比例的更詳細的數(shù)據(jù)可以從本申請的 附圖中收集。將理解為按比例制圖，從而使額外的優(yōu)選的值和比例可以從中確定。由于壓延或其它壓縮力需要的量減小了，因此與高度壓實的涂層相比，根據(jù)本發(fā)明上述的實施方案構(gòu)制的陰極將相對容易制備。相反，這樣可能要使用更薄的隔離件和/或容器，從而所述電池單體的整體能量密度得到提高并獲得與這些材料相關(guān)的潛在的成本節(jié)約。另外，即使使用最小量的粘合劑和其它工藝助劑，本申請中公開的混合物也顯示了足夠的粘附力，并且在同樣的方法中，即使使用少量的導(dǎo)體，導(dǎo)電性、電阻和面比電阻率也得到提高了。部分由于通過平衡本申請中考慮的固體填充率、導(dǎo)體和硫鐵礦重量百分比以提供的活性材料對所述電池單體設(shè)計的優(yōu)化，由這些陰極構(gòu)造的整個電池單體可能擁有相對好的IOkHz的阻抗、瞬間電流強度以及數(shù)碼相機測試中的優(yōu)越性能?？紤]到碳的反應(yīng)活性，也可以將各種官能團附在導(dǎo)電的碳上?？赡苁褂玫墓倌軋F包括羧基、羰基、酚、羥基/醇基團、內(nèi)酯基團、環(huán)氧化物基團/醚基團和酮基團，其中最可能使用的是羧基、酚基團和內(nèi)酯基團。酸性基團將對導(dǎo)體具有相應(yīng)的影響并推測對陰極配方具有相應(yīng)的影響。另外地，這些基團可能影響所述配方的親水性和疏水性，并可能因此用來影響預(yù)期的分散性能。因此，在可以移出官能團或?qū)ζ溥M行選擇的情況下，可以調(diào)節(jié)導(dǎo)體(并尤其是石墨)以用于指定的用途中。可以將多個不同的官能團附在一個導(dǎo)體顆粒上。然而，在可以對官能團進行策略性加入和選擇的情況下，這樣的官能團的存在趨于對鋰-二硫化鐵電池的開路電壓(OCV)具有負面影響。因此，官能團的使用可以對控制0CV，和進一步體改善所述陰極配方和涂層是有效的手段，尤其對于少量的總導(dǎo)體水平(以凈重計)。在導(dǎo)體中對官能團的認識和選擇也可以導(dǎo)致對總導(dǎo)體表面積的優(yōu)化，其可能幫助控制并減緩前述的泥裂問題。用于引入官能團的特定手段包括在氧氣、臭氧存在下進行加熱處理和/或使用氧化劑溶液。以同樣的方法，通過加熱或化學(xué)手段可以將官能團選擇性地或完全地移出。使用上述的各種分析，在給定種類的導(dǎo)體中可以確定特定官能團的量和所述導(dǎo)體的表面積(例如，BET方法)。圖2顯示了通過不同導(dǎo)體(包括可膨脹的石墨、石墨化碳和炭黑)的光譜對官能團的Boehm滴定分析所總結(jié)的結(jié)果(在下面的實施例中也將進行討論)。最上方的線代表官能團的總濃度，并且該曲線顯示了在碳表面積和官能團的總濃度之間非常好的相關(guān)度(R = O. 83)。中間的線代表了在各種樣品中僅發(fā)現(xiàn)的酚官能團，并伴隨著酹基團官能度(functionality)和碳表面積之間的相關(guān)度(R = O. 92)。最后,下方的線顯示了內(nèi)酯基團的官能度的分布以及其與表面積的相關(guān)度(R = O. 88)。因此，控制這些和可能的其它的官能團可以限定所述導(dǎo)體的表面積，并通過處理一種或多種非官能化的導(dǎo)體(例如，石墨化碳)或通過選擇性地混合不同表面積的導(dǎo)體，可以選擇性地調(diào)節(jié)所述導(dǎo)體的表面積。前期研究已經(jīng)顯示了在鋰-二硫化鐵電池單體的開路電壓(OCV)和用于所述陰極中的導(dǎo)體的表面積之間的高相關(guān)度，不過，表面積沒有顯示為與所述電池單體的實際性能很好的相關(guān)。而且，大量的其它因素(例如，預(yù)先放電方式、在電解液中使用添加劑和/或助溶劑、處理和/或策略性地調(diào)節(jié)硫鐵礦的純度水平等)可能比單獨的導(dǎo)體表面積更確切地影響0CV。然而，OCV的控制是某些裝置制造商關(guān)心的問題Li/FeS2電池單體趨于比以前的堿性電池具有相對高的初始0CV，其中所述堿性電池可能(例如，超出1.850V)在某種情況下?lián)p壞電子組件或破壞一些裝置的運行，并同時電池單體存儲后的低0CV(例如，小于I. 800V并小于I. 750V)可能表現(xiàn)為降低的電池單體容量和/或降低的電池單體性能。因此，在本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過考慮到導(dǎo)體的官能化，表面積是可以調(diào)節(jié)的情況下，可以將所述陰極配方(即在所述干燥混合物中的所有組分的含量和重量百分比)和涂層本身(即壓縮到預(yù)期的固體填充度的配方)進一步設(shè)計以實現(xiàn)優(yōu)化的陰極性能。特殊地，如圖4證實的，對于本申請考慮的高硫鐵礦、低導(dǎo)體配方的導(dǎo)體，選擇小于約65 μ g/g或小于約50 μ g/g的導(dǎo)體是有優(yōu)勢的。電極構(gòu)造所述陽極包括鋰金屬帶，有時候稱為鋰箔。所述鋰的組合物可以有所改變，盡管對于電池級的鋰，純度通常很高。所述鋰可以與其它金屬(如鋁)形成合金，以提供所述想要的電池單體電性能或加工的容易度，盡管在任何合金中的鋰的量應(yīng)該最大化并且不考慮用于高溫應(yīng)用(即純鋰的熔點以上)設(shè)計的合金。含有O. 5wt. %鋁的、合適的電池級的鋰-鋁箔可購買自美國北卡羅來納州國王山(Kings Mountain)的凱密特爾福特公司(ChemetallFoote Corp.)。優(yōu)選基本由鋰或鋰合金(例如,0. 5wt. % Al和99+wt. % Li)組成的陽極，重點在于將任何這樣的合金中的活性材料(即鋰)的量最大化。如圖I中的電池單體，由于鋰具有高電導(dǎo)性，因此對于所述陽極不需要單獨的集電器(即電導(dǎo)器件，如銅和/或其它高導(dǎo)電性金屬的金屬箔，將其暴露于所述電池單體的其它內(nèi)部部件時是穩(wěn)定的，在其上面焊接或涂覆所述陽極；或沿著所述陽極的長度的大部分設(shè)置電導(dǎo)帶，從而使所述集電器將在所述卷芯內(nèi)螺旋卷繞)。通過不使用這樣的集電器，容器內(nèi)更多的空間可用于其它組件，如活性材料。在每個電極和相對的外部電池端子之間保持電連接，所述外部電池端子接近于殼體或與所述殼體整合。電引線36可以由薄金屬條制成用以將所述陽極或負電極連接到所述電池單體端子(在圖I中所示的FR6電池單體的情況下為罐殼)的一個上。這可以通 過以下方法實現(xiàn)將所述引線的一端嵌入部分陽極內(nèi)或簡單地將一部分(如所述引線的一端)按壓到所述鋰箔的表面上。所述鋰或鋰合金具有粘合的特性，并且通常，在所述引線和電極之間施加至少輕微的、足夠的壓力或接觸，就能將所述部件焊接在一起?？梢栽诰砝@成卷芯結(jié)構(gòu)之前為所述負電極裝配引線。通過合適的焊接也可以將所述引線連接，并將貫穿整個所述電池單體設(shè)計的電連接件連接。包括所述引線36的金屬帶通常由電阻足夠低的鎳或鍍鎳鋼制成，以使電流通過所述引線進行充分的傳輸。合適的負電極引線材料的例子包括但不限于銅、銅合金，例如銅合金7025(銅鎳合金，包括大約3%的鎳、大約O. 65%的硅和大約O. 15%的鎂，其余為銅和微量雜質(zhì))和銅合金110 ;和不銹鋼。引線材料的選擇應(yīng)該確保所述組合物在包括所述非水電解液的電化學(xué)電池單體內(nèi)穩(wěn)定。所述陰極是包括集電器和混合物的帶的形式，所述混合物包括一種或多種電化學(xué)活性材料，通常是微粒形式。二硫化鐵(FeS2)是主要的活性材料，不過，所指的FeS2也意于一般指具有電化學(xué)活性的其微小變形(例如，F(xiàn)e(1_x)Mx_S2_2x等)。取決于想要的電池單體的電性能和放電特性，所述陰極可以含有小量的一種或多種附加的活性材料。所述附加的活性陰極材料可以是任何合適的活性陰極材料，包括在其中天然或有意引入最少量摻雜劑用 以改善所述材料性能的材料。例子包括金屬氧化物，Bi203> C2F, CFx, (CF)n, CoS2, CuO, CuS,FeS、FeCuS2, MnO2, Pb2Bi2O5和S。優(yōu)選地，所述用于Li/FeS2電池單體陰極的活性材料包括至少約50wt. %、至少約80wt. %且至少約95wt. %的硫鐵礦或FeS2,并且最優(yōu)選硫鐵礦或FeS2是唯一的活性陰極材料。具有至少95wt. % FeS2的純度水平的硫鐵礦可購買自美國馬薩諸塞州北克拉夫頓的華盛頓工廠；奧地利維也納的凱密特爾股份有限公司；和美國弗吉尼亞州迪爾溫的藍晶石礦業(yè)公司。注意到硫鐵礦或FeS2 “純度”的討論承認硫鐵礦是FeS2的特定的和優(yōu)選的礦物形式，所述硫鐵礦通常具有低水平的雜質(zhì)(通常為二氧化硅)。因為硫鐵礦中只有FeS2 (和對其微小變形的物質(zhì))具有電化學(xué)活性，因此所指的硫鐵礦樣品中的FeS2的百分比純度是相對于硫鐵礦的總量，通常以重量百分比為基礎(chǔ)。因此，當(dāng)閱讀合適的上下文時，硫鐵礦和FeS2僅有時候是同義詞。如整個文本中使用的，任何所指的“硫鐵礦”是以任何FeS2是主要，但不是必須唯一的活性組分的陰極材料。將所述陰極混合物(如上面闡述的)涂覆在作為陰極集電器的薄金屬帶的一側(cè)或兩側(cè)。鋁是通常使用的材料，但是鈦、銅、鋼、其它金屬箔及其合金也是可以的。所述集電器可以延伸超出含有所述陰極混合物的陰極部分。所述集電器的這個延伸部分可以為形成與連接到所述正極端子上的電引線的接觸提供方便的區(qū)域，優(yōu)選通過不需要引線和/或焊接觸點的彈力或壓力接觸。希望將所述集電器的延伸部分的體積最小化，以使可用于活性材料和電解液的電池單體的內(nèi)部體積盡可能大。用于陰極的典型涂層結(jié)構(gòu)的例子可以在以引用的方式并入的美國專利公開No. 20080026293中找到。所述陰極與所述電池單體的正極端子電接觸。這可能以電引線、通常是如圖I所示的薄金屬條或彈簧的形式實現(xiàn)的，但焊接的連接也是可以的。如果使用，這個引線可以由鍍鎳不銹鋼或其它合適的材料制成。如果使用任選的電流限制設(shè)備，如標準PTC，作為安全機構(gòu)來防止所述電池單體的失控放電/加熱，那么合適的PTC設(shè)備購買自美國加州門洛帕克的泰科電子公司(Tyco Electronics)?？傊?較低電阻的PTC是優(yōu)選的?？商娲碾娏飨拗圃O(shè)備可以在以引用的方式并入的美國專利公布No. 20070275298和No. 20080254343中找到。至于所述陰極，將所述陰極涂覆在金屬箔集電器上，通常使用厚度為約16-20 μ m的鋁箔。如上所述，所述陰極作為混合物形成，所述混合物含有多種材料，必須精心挑選這些材料以平衡加工性、導(dǎo)電性和所述涂層的整體效率。在如三氯乙烯的溶劑存在下，將這些組分混合成為漿體，然后涂覆在所述集電器上。在涂覆之后，優(yōu)選將所得的涂層干燥并致密化，并且其主要由下列物質(zhì)組成二硫化鐵(和其雜質(zhì))；將所述顆粒材料保持在一起并將所述混合物粘附到所述集電器上的粘合劑；用以為所述混合物提供改善的電導(dǎo)性的一種或多種導(dǎo)電材料，如金屬、石墨和炭黑粉末；和任選的工藝/流變助劑，如氣相二氧化硅和/或過堿性磺酸鈣絡(luò)合物。
使用任意數(shù)量的適當(dāng)工藝，如三棍反向壓延工藝、刮刀式涂覆工藝(commacoating)或狹縫模具涂覆工藝將所述陰極混合物涂覆到箔片集電器上。在干燥以移除任何不想要的溶劑之后或與其同時，通過壓延或類似工藝將所得的陰極帶致密化以使整個正電極更加緊湊。鑒于然后要將這個帶和隔離件以及相近(但不必要相同)尺寸的陽極帶一起螺旋卷繞以形成卷芯電極組件，這個致密化過程將所述卷芯電極組件中的電化學(xué)材料的裝載量最優(yōu)化，同時也改善了涂層自身的電方面的和可能的粘附的性質(zhì)。然而，所述陰極不能過致密，因為需要一些內(nèi)部陰極孔隙用以在放電和由所述有機電解液潤濕所述二硫化鐵過程中使所述二硫化鐵能夠膨脹。更實際地，在將所述涂層壓實到高密度時需要施加的力的大小方面也存在操作的限制，而且通過這樣的力引起的所述集電器上的應(yīng)力可以導(dǎo)致所述涂層的不想要的拉伸和/或?qū)嶋H上的脫層。因此，在最終致密化的陰極中的固體填充百分比優(yōu)選必須足以使電化學(xué)反應(yīng)進行，同時必須將所述配方最優(yōu)化，用以包含保持所述活性材料和其它材料粘附性的足夠的粘合劑。隔離件所述隔離件是離子可滲透性的和非電導(dǎo)性的薄的微孔膜。其可以在所述隔離件的孔內(nèi)保持至少一些電解液。所述隔離件被放置在所述陽極和陰極相鄰的表面之間，以使所述電極彼此電絕緣。所述隔離件的部分也可以使其它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。所述隔離件的邊緣通常延伸超出至少一個電極的邊緣，以確保所述陽極和陰極不發(fā)生電接觸，即使它們彼此沒有完全對齊。然而，人們希望將所述延伸超出電極的隔離件的量最小化。為了提供良好的高功率放電性能，希望所述隔離件具有(具有至少大約O. 005 μ m的最小尺寸且不大于約5μπι的最大尺寸的孔，范圍為約30-70%的孔隙率，2-15歐姆-cm2的面比電阻和小于2. 5的彎曲度)在以引用的方式并入本文的1994年3月I日發(fā)布的美國專利No. 5，290，414中公開的特性。其它希望的隔離件性質(zhì)在以引用的方式并入本文的美國專利公布No. 20080076022中描述。隔離件通常由聚丙烯、聚乙烯或這兩者共同制成。所述隔離件可以是單層的雙軸取向的微孔膜，或可以是層壓在一起以在正交方向提供希望的拉伸強度的兩層或多層。優(yōu)選單層以將成本最小化。取決于本申請公開的陰極配方和容器強度上的限制，所述膜的厚度應(yīng)該為16-25μπι。合適的隔離件可購買自東燃化學(xué)公司、美國紐約州馬斯東(Macedonia)的?？松梨诨瘜W(xué)公司和美國俄勒岡州黎巴嫩的恩泰克膜公司(EntekMembrane)。電解液僅含有非常少量的水的非水電解液(例如，取決于使用的電解液鹽，以重量計不多于百萬分之2000-500)用于本發(fā)明的電池的電池單體中。所述電解液含有離解在一種或多種有機溶劑中的一種或多種鋰基電解液鹽。合適的鹽包括一種或多種如下物質(zhì)溴化鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟磷酸鉀、六氟砷酸鋰、三氟甲基磺酸鋰和碘化鋰，但所述鹽優(yōu)選包括Γ(例如，通過將LiI和/或其它添加劑在所述溶劑混合物中離解或分解)。合適的有機溶劑包括一種或多種下面的物質(zhì)甲酸甲酯、Y-丁內(nèi)酯、環(huán)丁砜、乙腈、3，5_ 二甲基異惡唑，N, N-二甲基甲酰胺和醚，但總?cè)軇┑闹辽?0vol. % (體積百分比)必須是醚，因為它的低粘度和潤濕能力對下面描述的較厚的電極結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出正面影響。優(yōu)選的醚可以是非環(huán)狀的(例如，1，2_ 二甲氧基乙烷、1，2_ 二乙氧基乙烷、二(甲氧基乙基)醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚和乙醚)和/或環(huán)狀的(例如，1，3_ 二氧戊環(huán)、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃和3-甲基-2-惡唑烷酮)。1，3- 二氧戊環(huán)和1，2- 二甲氧基乙烷是優(yōu)選的溶劑，同時碘化鋰是優(yōu)選的鹽，但其可以與三氟甲基磺酸鋰、亞胺化鋰或高氯酸鋰結(jié)合使用。也可以使用能夠使在所述溶劑混合物中離解的Γ產(chǎn)生的添加劑。
電池單體組裝所述陽極、陰極和隔離件帶在電極組件中結(jié)合在一起。所述電極組件可以是螺旋卷繞的設(shè)計，如圖I中所示，通過圍繞心軸卷繞交替層疊的陰極、隔離件、陽極和隔離件的帶來制造，當(dāng)卷繞完成時將所述心軸從所述電極組件中抽出。至少一層隔離件和/或至少一層電絕緣膜(例如，聚丙烯)基本圍繞所述電極組件的外側(cè)包裹。這樣具有幾個目的它幫助將所述組件保持在一起并可以用來調(diào)整所述組件的寬度或直徑以達到所希望的尺寸。所述隔離件或其它外部膜層的最外端可以用一條粘性膠帶或通過熱密封固定住。所述陽極可以是最外側(cè)電極，如圖I所示，或所述陰極可以是所述最外側(cè)電極。任一個電極都可以與所述電池單體容器發(fā)生電接觸，但在所述最外側(cè)電極和所述容器的側(cè)壁之間的內(nèi)短路可以通過使所述電極配件的最外側(cè)卷繞的極性與所述罐殼的極性相匹配來避免?？梢允褂萌魏魏线m的工藝將所述電池單體閉合或密封。這樣的工藝可以包括但不限于卷曲、重拉拔、鑲?cè)電A頭(colleting)及其結(jié)合。例如，對于圖I中的電池單體，在將電極和絕緣錐體插入之后，在罐殼中形成卷邊，并且將所述襯墊和蓋子組件(包括所述電池單體蓋子、接觸彈簧和排氣襯套)放在所述罐殼的開放端中。在所述卷邊處將所述電池單體支撐，而所述襯墊和蓋子組件被向下推使其抵住所述卷邊。利用分段的夾頭使在所述卷邊上方的罐殼頂部的直徑減小，以將所述襯墊和蓋子組件保持在所述電池單體中適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。在將電解液通過所述排氣襯套和蓋子上的孔洞分配到電池單體中之后，將排氣球插入所述襯套中以密封所述電池單體蓋子上的孔。將PTC設(shè)備和端蓋放置在所述電池單體上、所述電池單體蓋子的上方，并且用卷曲模具將所述電池單體的頂部邊緣向內(nèi)彎曲，以固定和保持所述襯墊、蓋子組件、PTC設(shè)備和端蓋，并通過所述襯墊完成所述罐殼的開放端的密封。對于所述電化學(xué)電池單體的改善可以基于在各種不同的高速率測試下的電化學(xué)電池單體性能進行測量。最后，本發(fā)明人了解的現(xiàn)有技術(shù)中性能最好的FR6電池單體具有大約330min的DSC性能。這個現(xiàn)有技術(shù)的電池單體也具有包括在兩側(cè)的陰極集電器的單側(cè)上約22mg/cm2的陰極混合物(92wt. %硫鐵礦)，和在所述電極之間的220cm2的總界面表面積,導(dǎo)致了對于所述DSC測試的約18mWh/cm2的界面表面積。其它已知的FR6電池單體的陰極單側(cè)通常在約18mg混合物/cm2到25mg混合物/cm2 (基于80_88wt. %的硫鐵礦)之間變化，和其界面表面積在200-220cm2之間變化；然而，這些電池單體在所述DSC測試中表現(xiàn)得明顯更加不好，通常產(chǎn)生不好于約260-285min和約15_17mWh/cm2的性能。在很少的情況下，觀察到電池單體具有28mg混合物/cm2或更多的裝載量，但這些電池單體在所述DSC測試中表現(xiàn)為所有現(xiàn)有技術(shù)中為最差(例如，通常少于250min，有時候甚至完全不工作)，這可以由它們對電解液、固體填充率和/或硫鐵礦相對較低的重量百分比的選擇來解釋。在每個例子中，所有已知的現(xiàn)有技術(shù)FR6電池單體具有由至少99. 5wt. %的鋰組成且厚度小于約165 μ m的陽極，和具有小于93wt. %硫 鐵礦的陰極涂層。在所述陰極涂層中的FeS2的量既可以在所述電池組制造之前通過分析所述混合物來測定，也可以通過確定鐵含量后配方(post-formulaion)并將檢測到的鐵的水平與所述陰極中的硫鐵礦的重量百分比相結(jié)合來確定。鐵含量后制造(post-fabrication)的測試方法可以通過以下方式實施將已知量(以質(zhì)量和體積/面積的形式)的陰極溶解在酸中，然后用普通的定量分析技術(shù)(如電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜或原子吸收光譜)測試在那個溶解的樣品中的鐵的總量。根據(jù)這個方法對已知涂覆的陰極配方的測試已經(jīng)證實，鐵的總量代表了所述電池單體中的FeS2 (尤其在希望將所述陰極涂層中FeS2的純度最大化的情況下)。雖然當(dāng)暴露于鋰-二硫化鐵電池單體的內(nèi)部環(huán)境中時某些粘合劑可能經(jīng)歷體積的變化，從而使通過這樣的方法建立的密度可能需要進一步調(diào)整以達到陰極干燥混合物密度，但也可以用比重瓶來確定陰極密度。顯著地，對所述樣品中鋁定量的測試將允許以類似的方法(例如，ICP-AES或AA光譜法)計算所述集電器(當(dāng)所述收集器是鋁質(zhì)時)的厚度。根據(jù)那些組分的原子和/或分子組合物的不同，可以使用其它類似的分析技術(shù)來測試粘合劑、工藝助劑等，并且使用類似的分析和定量/定性技術(shù)可以對所述陽極和/或隔離件進行分析。如果所述陰極的每單位面積的重量、孔隙率/填充率或其它陰極特性由后制造確定，那么應(yīng)該潤洗所述陰極以移除任何電解液或其它污染物殘留并徹底干燥以確保測量的重量不包括溶劑。然后可以通過上述集電器的合適的經(jīng)驗分析從這個測試值中減掉來自集電器的重量貢獻。類似地，可以進行相對密度的測量，包括對所述集電器的不同的調(diào)節(jié)，從而確定孔隙空間/固體填充率。所述電極(尤其對于所述陰極涂層)的電阻、電阻率和導(dǎo)電性可以根據(jù)各種方式測量?！?探頭”方法包括向樣品(在其上面涂金用以減小探頭和樣品之間的接觸電阻)施加直流電并使用如輸力強(Solartron)電池測試儀1462型號的儀器測量電壓，該測試儀具有2磅的載荷和4線構(gòu)型組(4 wire configuration set)用以減小所述引線和探頭之間的接觸電阻。也可以使用分離的“4探頭”法，其中使用Mitsubishi Loresta IP MCP-T250電阻表和Mitsubishi Loresta ESP的4點探頭?？梢愿鶕?jù)本領(lǐng)域已知的任何數(shù)目的傳統(tǒng)方法測量阻抗。同時也可以對從后制造電池單體抽取的指定部件進行其它的分析或測試。在這樣的情況下，應(yīng)該注意除去任何可能影響分析/測試的不想要的變化(例如，電解液鹽的沖洗)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以基于間接觀察來推測某些特性。上面的全部描述尤其關(guān)于FR6和FR03電池單體。然而，本發(fā)明可能也適合于其它型號的圓柱形電池單體(是指其容器側(cè)壁高于直徑)，這些電池單體可以使用帶有其它陰極涂層方案和/或密封件和/或壓力釋放排氣口設(shè)計。本發(fā)明的特征及其優(yōu)點還將通過本發(fā)明的實際情況進行理解。進一步地，將意識到按上面描述組裝的電池單體的組件和性能的某些實施方案。將理解為實施本發(fā)明的人員或本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離所公開的文本教導(dǎo)的情況下可以對本發(fā)明進行各種修改和完善。要求保護的范圍通過權(quán)利要求和法律允許解釋的幅度確定。本發(fā)明將參照下面非限制的實施例進行描述。實施例I使用在下面的表I中鑒定的不同的導(dǎo)體類型制造一系列電池單體。在制造所述電池單體之前，確定了每個導(dǎo)體種類的表面積并進行了滴定用以確定存在于所述導(dǎo)體中的官能團的量。這些結(jié)果也顯示在表I中。圖2證實了無論測試的官能團的種類是什么，官能團的量(單個的和整體的)都與所述導(dǎo)體表面積之間好的相關(guān)度。表I
研究的導(dǎo)體的特征
導(dǎo)體類型表面積(m2/g) 敵基內(nèi)醋基團驗基團總量(pg/g)
可膨脹的石墨20<1<1911
可膨脹的石墨和乙30<016I
炔黑混合物(3:1)
乙炔黑60-410-3
炭黑 #12507123252
炭黑 #2950-7134550
炭黑 #31475563097182用于構(gòu)造所述電池單體的電池單體設(shè)計和陰極涂層是相同的，其中使用了
94.4wt. %的硫鐵礦和2. 6wt. %的工藝助劑和粘合劑。剩下的3wt. %根據(jù)導(dǎo)體種類而不同。另外，一個系列的電池單體的電解液含有包括DI0X、DME和LiI的電解液中的< Ivol. %的助溶劑DMI。完成后的操作也是不同的，其中一組進行預(yù)充電而另一組沒有預(yù)充電。然后將所述電池單體老化2年。從圖3中可以觀察到用于那些進行預(yù)充電和含有DMI的電池單體的瞬間電流強度和碳表面積之間的潛在的相關(guān)度(R = O. 79)?？傮w上，對于進行預(yù)充電的電池單體，無論導(dǎo)體種類或官能化怎樣，所述電池單體中的瞬間電流強度都得到顯著提高。因此，選擇了含有官能團，尤其是內(nèi)酯基團和/或酚基團的導(dǎo)體，可以允許向上調(diào)節(jié)導(dǎo)體表面積，并引申為向上調(diào)節(jié)在某些電池單體中的瞬間電流強度性能。另外地，當(dāng)從上面的表I中排除某些官能團的負值(即處理為零)時，可以觀察到存儲兩年后的OCV與選擇的導(dǎo)體的表面積之間好的相關(guān)性。因此，一旦重復(fù)操作，選擇了含有特定官能團的導(dǎo)體，可以更好地控制所得的電池單體的0CV，尤其是僅含有少量導(dǎo)體的陰極配方(即小于3wt. % )中。實施例2如表2中所示，利用變化的導(dǎo)體種類、導(dǎo)體重量百分比(與所述混合物的總凈重相比)和陰極固體填充率構(gòu)制至少5個電池單體的批次。在該表中，PB代表石墨化碳，GP代表可膨脹的石墨。所有的配方使用同樣的陽極、電解液和原材料源(如上所述)。最后，相同的陽極與陰極理論輸入比例用于所有批次中。DSC是指由美國國家標準學(xué)會定義的數(shù)碼相機測試。所有在表2中報道的DSC值的標準差都小于13min。在所述固體填充率需要改變所述陰極厚度的情況下，在這樣的電池單體的陰極和陽極長度中進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。批次2057-2060和2061-2064全部使用稍微不同的構(gòu)造參數(shù)，以使其在所述組內(nèi)不可直接比較；然而，批次2057可以與2061、2058和2062等進行比較。表2陰極配方(干燥混合物的wt. %值)
權(quán)利要求
1.一種電化學(xué)電池單體，包括 圓柱形殼體； 包括有機溶劑的非水電解液和設(shè)置在所述殼體內(nèi)螺旋卷繞的電極組件； 其中所述螺旋卷繞的電極組件包括基本由鋰或鋰合金組成的陽極和涂覆在箔集電器上的陰極混合物； 其中所述陰極混合物包括至少95wt. %的硫鐵礦、小于2wt. %的粘合劑和小于或等于3wt. %的導(dǎo)體；以及 其中采用以下的二者之一 a)所述導(dǎo)體包括至少50wt.%的乙炔黑和以小于或等于63%的最終固體填充百分比配置的涂層；或 b)其中所述導(dǎo)體包括石墨化碳。
2.
3.
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述陰極混合物基本由95-98wt. %的硫鐵礦、l_3wt. %的導(dǎo)體和少于2wt. %的粘合劑，以及任選的工藝助劑組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述陰極混合物包括至少96wt. %的硫鐵礦。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述固體填充百分比為小于62%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述陰極混合物包括小于2wt. %的導(dǎo)體。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述導(dǎo)體包括內(nèi)酯官能團或酚官能團。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述導(dǎo)體包括濃度小于約50 μ g官能團/g導(dǎo)體的官能團。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述導(dǎo)體包括至少55wt.%的乙炔黑。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述導(dǎo)體基本由IOOWt.%的乙炔黑組成。. 10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述石墨化碳包括至少50wt. %的導(dǎo)體。. 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，以小于65%的固體填充百分比涂覆所述陰極混合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，以58%-70%的固體填充百分比涂覆所述陰極混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述導(dǎo)體基本由石墨化碳組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述導(dǎo)體還包括石墨。
15.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述石墨是機械地可膨脹的石墨。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有卷芯電極組件的一次電化學(xué)電池單體，所述組件包括鋰基負電極、含有涂層的正電極和聚合物隔離件，其中所述涂層包括沉積在集電器上的二硫化鐵。更具體地，本發(fā)明涉及電池單體設(shè)計和陰極配方，該配方中并入了指定種類的導(dǎo)體用以提高電池單體性能。
文檔編號H01M4/00GK102640327SQ201080038365
公開日2012年8月15日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者杰克·W·馬普爾, 邁克爾·W·維姆普萊, 黃薇薇 申請人:永備電池有限公司