[发明专利]具有改进的分隔体和电解质的电化学电池

说明书

发明领域

本发明涉及一种电化学电池。更具体地讲，本发明涉及一种包括改进的分隔体与电解质组合的电化学电池。

发明背景

高能电池组系统的开发要求具有期望的电化学特性的电解质具有与高反应性、高能量密度的阳极材料和阴极材料例如锂、钠、FeS₂等的相容性。

尽管相对来讲易于计算出理论能量，即潜在地得自所选择的阳极-阴极电偶的电能，但需要选择用于此类电偶的电解质，所述电解质允许由装配的电池组所产生的实际能量接近理论能量。通常遇到的问题是，实际上不可能事先预测电解质将会在多大程度上（如果有的话）将与所选择的电偶共同起作用。虽然必须将电池考虑为具有三个部分即阴极、阳极和电解质的单元，但应当了解，不可能预测一个电池的这些部分是否可与另一个电池的部分互换而产生有效且可工作的电池。已认识到的是，与电解质结合的分隔体可在电池的性能特征方面起到重要作用。

许多电化学系统在它们刚被制造出来的时候可在各种环境中发挥作用。然而，当电池系统在高温下被长时间地贮藏时，它们的阻抗特征可能发生改变而使得电化学系统不适用于某些消费应用。电池的一种具体的高速率应用为其在照相机中的应用。虽然电池可在正常条件下发挥作用，但许多电池在高消耗速率下可表现出高电压降，例如在闪光照相机中就是如此。

需要提供一种用于电化学电池的电解质溶液与分隔体组合以提供较低的总体电池阻抗，从而基本上增强电池性能。

发明概述

本发明的一个方面的特征在于一种电化学电池。所述电化学电池包括阳极、阴极、介于阳极和阴极之间的分隔体、和电解质。阴极包含二硫化铁。电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。分隔体与电解质组合具有小于2Ω-cm²的面积比电阻。

在一些具体实施中，分隔体可具有介于约0.005至约5微米之间的孔径。分隔体可具有小于约2.5的曲折度。分隔体可具有介于约30%和约70%之间的孔隙率。电解质可包含多种溶解于有机溶剂中的盐。有机溶剂可包括醚基溶剂。有机溶剂可包括环状醚基溶剂和无环醚基溶剂的混合物。环状醚基溶剂可包括二氧戊环。无环醚基溶剂与二氧戊环的重量比可为1:99至45:55。无环醚基溶剂与二氧戊环的重量比还可为10:90至40:60。无环醚基溶剂可选自由下列组成的组：二甲氧基乙烷、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基丙烷和三甘醇二甲醚。无环醚基溶剂可为1,2-二甲氧基乙烷。在电解质溶剂中可包含至少一种共溶剂。基于电解质溶液中的溶剂的重量，共溶剂可以小于25重量%的量存在。共溶剂可选自由下列组成的组：3,5-二甲基异唑、3-甲基-2-唑烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯和环丁砜。阳极可包含锂。分隔体可被电解质润湿。分隔体可具有约8至约30微米的厚度。

附图概述

虽然在说明书之后提供了特别指出和清楚地要求保护本发明的权利要求书，但是据信通过下面的描述并结合附图可以更好地理解本发明。

图1为圆柱形Li/FeS₂电池的绘画视图。

发明详述

参见图1，一次电化学电池10包括与负极引线14电接触的含锂阳极12、与正极引线18电接触的含二硫化铁的阴极16、分隔体20、以及电解质。可将阳极12和阴极16、以及位于它们之间的分隔体20卷成通常称为凝胶卷的组件。阳极12、阴极16、分隔体20和电解质被包含在外壳22内。电化学电池10还包括顶盖24和环形的绝缘垫圈26。电池10可包括安全阀28。阴极16优选地包含二硫化铁、导电性碳粒和粘合剂的共混物。

电解质包括溶解于有机溶剂中的盐。盐可包括一种盐或可包括多种盐。有机溶剂可包括醚基溶剂。有机溶剂可包括醚基溶剂的混合物。有机溶剂可包括环状醚基溶剂和无环醚基溶剂的混合物。环状醚基溶剂可包括二氧戊环。如本文所用，术语二氧戊环是指1,3-二氧杂环戊烷（DIOX）、烷基取代的二氧戊环或它们的混合物。烷基取代的二氧戊环的实例为4-甲基-1,3-二氧杂环戊烷或2,2-二甲基-1,3-二氧杂环戊烷。用于本发明的优选的二氧戊环为1,3-二氧杂环戊烷。适用于本发明的典型的无环醚基溶剂为二甲氧基乙烷、1,2-二甲氧基乙烷（DME）、乙基甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基丙烷和三甘醇二甲醚。有机溶剂可包括有机碳酸盐。有机溶剂可包括有机碳酸盐的混合物。有机碳酸盐的实例包括碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸二甲酯（DC）、乙基碳酸二甲酯（EMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸亚乙烯酯（VC）。