[发明专利]电池阴极

说明书

技术领域

本发明涉及电池。

发明背景

电池或电化学电池是通常使用的电能来源。电池包含典型称作阳极的负极和典型称作阴极的正极。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，与阳极和与阴极实现电接触，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电极之间隔板的离子，以在放电过程中保持电池整体的电荷平衡。

存在两种基本类型的电池：一次电池和二次电池。一次电池通常一次性放电至耗尽；二次电池被设计成可充电，因此可进行多次放电和再充电。

一次锂电池典型地采用包括锂金属或锂合金的阳极；包括电化学活性材料的阴极，所述材料由过渡金属氧化物或硫属元素化物通常为二氧化锰(MnO₂)组成；以及包括溶解在有机溶剂或有机溶剂混合物中的化学稳定性锂盐的电解质。有机溶剂包括例如碳酸酯如碳酸亚丙酯和碳酸亚乙酯。锂阳极通常形成于不含任何基底的锂金属或锂合金的片或箔。本文以下参考为具有包括锂的阳极的锂一次电池将被理解为是指包括锂金属或锂合金的阳极。如果采用锂-铝合金，铝通常以少量存在，例如按合金的重量计小于约1％。

可获得多种商业形式的MnO₂。一些为化学生产并已知为“化学合成的二氧化锰”或“CMD”。其它为电解生产并已知为“电解合成的二氧化锰”或“EMD”。

包括MnO₂阴极的一次锂电池可产生气体。至少一些气体可通过阴极与非水电解质的反应产生。例如，当电解质包括碳酸酯时，MnO₂可与酯反应生成CO₂。

EMD为一次锂电池阴极中所用MnO₂的更常见形式。EMD在掺入到阴极中之前典型地被热处理以去除或降低表面残余水。热处理EMD通常已知为“HEMD”。进行热处理以生产HEMD的EMD典型地具有大量的γ-型结构。去除残余水分降低了电池操作期间所产生的气体量。制备HEMD的方法描述于例如Ikeda等人的美国专利4,133,856中。该专利引入本文以供参考。

引入本文以供参考的Iltchev等人的美国专利6,190,800描述了生产另一类可用于电池的锰氧化物的方法：主要为γ形式的热处理锂化MnO₂(“LiMD”)。Iltchev专利所描述的方法包括用锂阳离子的液体源处理MnO₂(如EMD)，以促进锂阳离子与质子在晶体点阵位置内和表面位置上进行离子交换。然后对锂化MnO₂进行热处理以去除或降低残余水分并形成LiMD。

发明概述

本发明通常涉及包括CO₂吸收剂的MnO₂阴极。本文所用“CO₂吸收剂”是指能够与CO₂反应生成碳酸盐的化合物。该化合物相对不太可能与电池的其它组件反应和/或不利地影响电池性能。阴极可用于例如包括含有锂或锂合金的阳极的电池(例如，一次电池，如一次锂电池)。

在一个方面，本发明的特征在于电化学电池包括含有MnO₂与CO₂吸收剂的阴极、包含锂的阳极和电解质。

在另一个方面，本发明的特征在于电化学电池包括含有MnO₂与CO₂吸收剂的阴极、阳极和非水电解质。

在另外一个方面，本发明的特征在于用于电化学电池的阴极。所述阴极包括MnO₂与CO₂吸收剂。

在另一个方面，本发明的特征在于制造电化学电池的方法。所述方法包括组合CO₂吸收剂与MnO₂以提供阴极并将阴极放入到电化学电池中。

实施方案可包括下列一个或多个特征。

电化学电池可为一次电池或二次电池。

MnO₂可为γ-MnO₂。在一些实施方案中，MnO₂可被锂化。在某些实施方案中，MnO₂可包含按重量计0.1％至2％的锂。

阳极可包括碱性金属。锂可为锂合金。