專利名稱：鋰-二硫化鐵電池單體設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有卷芯電極裝置的一次電化學(xué)電池單體，所述卷芯電極裝置包括具有含有沉積在集電器上的ニ硫化鐵涂層的正電極、具有接近于陰極帶的最外側(cè)邊緣的端部或在其下方的小的厚度増加區(qū)域的鋰基負(fù)電極和聚合物隔離件。本發(fā)明尤其涉及優(yōu)化電池単體容量并基本消除間歇式工作測試中的過早電壓下降的電池單體設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)電池單體是目前為各種消費(fèi)性裝置提供低成本的便攜式能源的優(yōu)選方法。所述消費(fèi)性裝置市場要求只提供少量標(biāo)準(zhǔn)化的電池單體型號(hào)(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(fèi)性電子裝置(如數(shù)碼相機(jī))被設(shè)計(jì)帶有相對高功率的工作要求。市場上目前的實(shí)際情況是，消費(fèi)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(jì)的單價(jià)，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(gè)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(jì)選擇是極其有限的。例如，使用特定的額定電壓的必要性嚴(yán)重限制了對潛在的電化學(xué)材料的選擇，并且所述標(biāo)準(zhǔn)化化的電池單體型號(hào)的使用限制了整體可用的內(nèi)部容積，其中該內(nèi)部容積可用于通常預(yù)期在這樣的消費(fèi)性產(chǎn)品中的活性材料、安全性裝置和其它元件。而且，所述消費(fèi)性裝置的品種和用于那些裝置的運(yùn)行電壓的范圍使較小額定電壓的電池単體(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(jì)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-ニ硫化鐵系統(tǒng))比其它如3. OV和更高的鋰-ニ氧化錳系統(tǒng)要占主導(dǎo)得多。甚至在I. 5V電化學(xué)系統(tǒng)(例如，堿性、鋰-ニ硫化鐵等)中，這種設(shè)計(jì)想法也是非常不同的。例如，堿性和輕基氧化鎳(nickel oxy-hydroxide)系統(tǒng)依賴于具有氣體擴(kuò)散和/或泄露傾向的含水和高腐蝕性電極，導(dǎo)致在選擇內(nèi)部材料和/或與容器和閉合件的兼容性方面非常不同的方式。在可再充電的I. 5V系統(tǒng)(注意到普遍認(rèn)為鋰-ニ硫化鐵系統(tǒng)不適于消費(fèi)型可再充電系統(tǒng))中，各種高度專用的電化學(xué)和/或電解液組合物可以用于最好地使鋰離子進(jìn)行充電/放電循環(huán)。在本申請中，這樣的高成本組件不是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)關(guān)注，因?yàn)槎蜗到y(tǒng)通常比其一次電池等同體賣出更高的零售價(jià)格。而且，總體說來，所述放電機(jī)構(gòu)、電池単體設(shè)計(jì)和安全考慮對一次系統(tǒng)是不重要的和/或不可應(yīng)用的。盡管鋰-ニ硫化鐵電池單體對于高功率裝置表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(與一次堿性電池単體相比)，LiFeS2電池單體設(shè)計(jì)必須在使用材料的成本、必須的安全裝置的組合與整體可靠性、輸出容量和所設(shè)計(jì)電池単體的預(yù)期用途之間保持平衡。除了改善的容量之外，電池單體設(shè)計(jì)者還必須考慮其它重要的性能，如安全性和可靠性。安全裝置通常包括排氣機(jī)構(gòu)和熱激活的“關(guān)閉”元件，如正極熱電路(positive thermal circuits) (PTCs),而對于可靠性的改善主要集中于防止內(nèi)部短路。在上述每個(gè)實(shí)例中，這些預(yù)期的特征都需要占據(jù)內(nèi)部容積的元件和/或通常對電池単體內(nèi)部電阻、效率或放電容量起負(fù)面作用的設(shè)計(jì)考慮。即使無水電解液的反應(yīng)性和揮發(fā)性嚴(yán)重限制了可用的潛在材料的范圍，由限制在熱循環(huán)過程中鋰電池可以喪失的百分比重量的規(guī)定也提出了其它挑戰(zhàn)，所述規(guī)定意味著，用于較小容器型號(hào)如AA和AAA的電池單體設(shè)計(jì)僅可失去電池單體總重量的數(shù)毫克(通常通過電解液蒸發(fā))。所述卷芯電極裝置在LiFeS2系統(tǒng)中是優(yōu)選的構(gòu)型。為了在這種構(gòu)型中有效利用ニ硫化鉄，將所述ニ硫化鐵與使所述 池単體放電仍然有效的最小量的導(dǎo)體和粘合劑混合成漿料。然后，將所述漿料涂覆在應(yīng)用于卷芯上的金屬箔集電器上并在其上面干燥，而所述鋰在沒有集電器的情況下被最有效地裝配。所述隔離件是厚度優(yōu)選最小化用以減少到所述電池單體中的惰性輸入物的薄聚合物膜。為了將活性材料最大化，所述陽極將通?；居射嚮蜾嚭辖鸾M成，所述鋰或鋰合金成共同作為沿著所述卷芯的整個(gè)周長的集電器。由于所述鋰-ニ硫化鐵電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)終產(chǎn)物基本比所述輸入物占據(jù)更大的體積，所述電極裝置隨著所述電池放電而膨脹。相反，膨脹產(chǎn)生可能導(dǎo)致所述電池単體容器的不希望的鼓脹的徑向力，而且如果所述隔離件受損和/或在其陽極內(nèi)斷開，會(huì)發(fā)生短路。處理這些問題的先前手段包括在所述電池單體內(nèi)使用對于所述電池單體殼體和惰性組分的結(jié)實(shí)(通常較厚)的材料。然而，較厚的惰性材料限定了可用的內(nèi)部容積，并且先前認(rèn)為較厚的、更粗糙的電極認(rèn)為是不可取的，因?yàn)檫@樣使所述卷芯較少的卷繞，導(dǎo)致所述電極之間較小的表面積和較高消耗速率下相對較低性能的期望值。已經(jīng)采用很多方式來保持優(yōu)化的內(nèi)部容積使用率和可接受的LiFeS2電池單體容量/性能之間適宜的平衡。例如，在美國專利No. 4379815中公開了解決由膨脹產(chǎn)生的問題可行的方案通過混合一種或多種其它含有硫鐵礦的活性材料(如，CuO, Bi203、Pb2Bi2O5, P3O4, CoS2)使陰極膨脹和陽極收縮平衡，但是這些附加材料可能負(fù)面影響所述電池單體的放電特性，并且整體所述電池単體的容量和效率也會(huì)損失。如美國專利公開No. 20050112462和No. 20050233214中公開的，提高LiFeS2電池單體的放電容量的其它手段考慮使用較薄的隔離件和/或特定的陰極涂層混合物和涂層技術(shù)，或如美國專利No. 6，849，360和No. 7，157，185中公開的，通過調(diào)整界面輸入材料。最后，對容量的提高代表了基本理想的電池設(shè)計(jì)。即，為了輸出較大的容量，必須仔細(xì)考慮放電的鋰-ニ硫化鐵電池中的徑向膨脹カ和起作用的其它動(dòng)力學(xué)特性。例如，如果設(shè)計(jì)在陽極或陰極集電器中提供了不足夠的厚度，那么在放電過程中的徑向カ可能使所述卷芯壓縮到一定程度，從而導(dǎo)致所述電極中的一個(gè)或兩個(gè)斷電，一旦發(fā)生這種斷電，所述電池可能停止輸出能量，無論所述活性材料是否已經(jīng)全部放電。類似情況還發(fā)生在空穴體積(作為整體的陰極涂層和所述電池単體的內(nèi)部)、所述電池整體電連接、所述電池的隔離件、閉合件/排氣機(jī)構(gòu)等。因此，LiFeS2電池單體的容量對于電池単體設(shè)計(jì)的整體可行性和穩(wěn)定性是重要的量度，尤其當(dāng)電池單體設(shè)計(jì)者限于使用標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的消費(fèi)型電池(例如，AA或 FR6 ;AAA 或 FR03 等)時(shí)。作為對于容量這ー電池設(shè)計(jì)的實(shí)際量度的推論，那些本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解為設(shè)計(jì)選擇(尤其是對指定組件的選擇)必須在考慮到所述整個(gè)電池的前提下來進(jìn)行。指定的組合物可能對所述電池單體內(nèi)的其它組件和組合物產(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(biāo)準(zhǔn)型號(hào)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(gè)設(shè)計(jì)選擇的相互依賴性必然意味著任何容量上的增カロ，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増加，比簡單的添加更多活性材料的措施更有意義。類似地，對惰性組分，尤其是溶劑、溶質(zhì)、粘合劑、導(dǎo)體、所述隔離件或密封件用聚合物等的選擇必須在緊急情況下和鑒于大量選擇的情況下做出，并且從大量選擇的可能性中分離出單個(gè)事項(xiàng)對于技術(shù)人員來說本身不是用以考慮在特殊組合情況下使用的充分原因。模擬實(shí)際放電或使用所述電池的測試與評估電池単體設(shè)計(jì)尤其相關(guān)。通常，這些模擬使用的測試包括在特定放電情況(例如，200mA的持續(xù)負(fù)荷)下連續(xù)地的預(yù)期的循環(huán)(例如，數(shù)分鐘的放電，然后數(shù)分鐘的休息間隔)中使所述電池放電直至在所述電池放電電壓降低于最終的“截止電壓”以下。如本申請中使用的，包括放電和休息間隔的循環(huán)的測試將基本認(rèn)為是間歇式消耗速率測試。清楚地，在任何模擬使用測試中，需要指定放電條件，放電和休息間隔(如果使用的話)的時(shí)間和截止電壓。 ー種特殊重要的間歇式消耗速率測試為ANSI數(shù)碼相機(jī)測試(“DSC測試”)。所述DSC測試模擬插入數(shù)碼相機(jī)中的電池的消耗，所述測試通常需要短時(shí)間的高功率消耗同時(shí)用戶拍照片，隨后進(jìn)行較長時(shí)間的休息。因此，對于AA型電池的DSC測試包括以1500mW放電2秒，隨后以650mW放電28秒，然后將這個(gè)30秒循環(huán)每個(gè)小時(shí)重復(fù)5分鐘(即，10個(gè)循環(huán)/吋)，隨后休息(即OmW) 55分鐘。每個(gè)30秒的循環(huán)意于代表一個(gè)數(shù)碼相機(jī)圖像。每小時(shí)重復(fù)進(jìn)行這個(gè)I小時(shí)的循環(huán)直到所述電池第一次記錄輸出電壓小于I. 05，但是電池単體設(shè)計(jì)者可能超出這個(gè)結(jié)束點(diǎn)間或地繼續(xù)所述測試用以觀測電池放電性能。最終的性能以花費(fèi)的分鐘數(shù)或采集的圖像數(shù)進(jìn)行評定(即，在這個(gè)測試中，圖像數(shù)將總是分鐘數(shù)的二倍)。重要地，這個(gè)測試的循環(huán)、高功率需求使其成為對于電池設(shè)計(jì)的最困難指標(biāo)之一，而同時(shí)產(chǎn)生對于電池消費(fèi)者的最有用的對比基礎(chǔ)。在這個(gè)領(lǐng)域中，已知并應(yīng)用了大量其它的間歇式測試，包括由美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)(“ANSI”)、國際電化學(xué)委員會(huì)(“IEC”)等制定的。


圖I是在連續(xù)放點(diǎn)測試中，比較現(xiàn)有技術(shù)的陽極外包和陰極外包的鋰-ニ硫化鐵電池單體設(shè)計(jì)的放電曲線；圖2A和2B圖解了卷芯電極裝置的徑向剖視圖，其中圖2A表示陽極外包設(shè)計(jì)，圖2B表示陰極外包卷芯構(gòu)型。圖2C圖解了根據(jù)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方案的所述卷芯的部分徑向剖視圖，用以突出鋰補(bǔ)片(patch)的相對位置，而圖2D和2E圖解了當(dāng)所述鋰補(bǔ)片也作為陽極片時(shí)的優(yōu)選位置；圖3A、3B、4A、4B、5A、5B和5C圖解了在各種間歇式放電測試中的各種現(xiàn)有技術(shù)的鋰- ニ硫化鐵電池単體設(shè)計(jì)的放電曲線；圖6圖解了鋰-ニ硫化鐵電化學(xué)電池單體的設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)施方案；圖7、8和9圖解了在各種間歇式放電測試中，包括本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電池單體的電壓放電曲線；圖10以表格形式提供了關(guān)于上圖的電壓放電曲線的信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括電化學(xué)電池單體的多個(gè)實(shí)施方案，以及用于改善電化學(xué)電池單體放電容量的方法。因此，所述電池単體可以含有下面元素的任ー個(gè)或其組合 帶有正極和負(fù)極端子的圓柱形容器； 有機(jī)的、無水的電解液； 電極裝置，具有基本由有一定厚度的鋰或鋰合金帶組成的陽極，含有在固體、金屬箔集電器的兩側(cè)上至少部分涂覆ニ硫化鐵的陰扱，以及設(shè)置在所述陽極和陰極之間的隔離件； 電極裝置，具有基本由鋰或鋰合金帶組成的陽極，含有在固體、金屬箔集電器的兩側(cè)上至少部分涂覆ニ硫化鐵的陰扱，以及設(shè)置在所述陽極和陰極之間的隔離件； 在所述陰極和所述正極端子之間形成電連接的第一引線，以及在所述陽極和所述負(fù)極端子之間形成電連接的第二引線； 其中，所述陽極和陰極螺旋卷繞，從而所述電極裝置(不包括所述隔離件和任選的非活性組件)的最外表面的至少50%被所述陰極覆蓋； 其中，所述陰極在最外表面包括在相對于所述圓柱形容器的基本軸向取向的端部邊緣； 其中，所述電極裝置還包括選自由下述物件組成的組中的ー個(gè)a)鋰或鋰合金補(bǔ)片，其在所述軸向取向井連接于直接在所述陰極的端部邊緣下方的陽極的最外卷繞，并且其中所述第二引線連接于在所述電極裝置的最外表面上的陽極的最外卷繞上；和b)鋰或鋰合金組合的補(bǔ)片-引線，在所述軸向取向井連接于所述陽極，并且其中所述組合的補(bǔ)片-引線作為所述電池単體的第二引線； 其中，所述陽極除了直接在所述陰極的端部邊緣下方厚度増加的局部區(qū)域之夕卜，厚度基本均一； 其中，所述補(bǔ)片或組合的補(bǔ)片-引線的厚度至少為所述陽極厚度的一半； 其中，所述厚度増加的局部區(qū)域至少為其余陽極厚度的150% ； 其中，所述厚度増加的局部區(qū)域包括固定于直接在所述陰極的端部邊緣下方的點(diǎn)處的陽極的朝內(nèi)或朝外表面上的鋰補(bǔ)片； 其中，所述補(bǔ)片或所述組合的補(bǔ)片-引線還包括設(shè)置的支撐件，用于還使所述陽極的鋰或鋰合金與所述補(bǔ)片或所述組合的補(bǔ)片-引線的鋰或鋰合金之間發(fā)生物理接觸； 其中，所述支撐件由至少ー種選自由下述物質(zhì)組成的組的聚合物材料制得 聚烯烴、聚こ烯、聚丙烯、聚酰亞胺和聚酯； 其中，所述組合的補(bǔ)片-引線存在并連接于所述電極裝置內(nèi)的陽極的內(nèi)部卷繞上； 其中，所述補(bǔ)片以多個(gè)沿著所述軸向間隔開的單個(gè)鋰片形成；和/或 其中，所述補(bǔ)片存在并連接于所述陽極的朝外側(cè)。在同樣的方法中，該方法可以包括下述步驟的任ー個(gè)或其組合 提供帶有螺旋卷繞電極裝置的鋰-ニ硫化鐵電化學(xué)電池單體，所述電極裝置具有不包括所述隔離件和任選的非活性組件的至少50%被陰極帶覆蓋的最外表面； 在所述陽極帶上形成厚度増加的局部區(qū)域，并將所述厚度増加的局部區(qū)域設(shè)置為鄰近于所述電極裝置內(nèi)的陰極帶的最外端部邊緣； 使所述電池單體放電；
其中，所述形成厚度増加的局部區(qū)域包括鄰近于所述陰極帶的最外端部邊緣，將鋰或鋰合金補(bǔ)片裝配到所述電極裝置內(nèi)的陽極帶上；和/或 其中，形成厚度増加的局部區(qū)域包括沿著所述軸向形成多個(gè)間隔開的單個(gè)鋰片。
具體實(shí)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(jìn)行定義和使用常溫或室溫ー約20°C -約25°C;除非其它說明，所有實(shí)施例、數(shù)據(jù)和其它性能和制造信息都在常溫和大氣條件下進(jìn)行；陽極ー負(fù)電極；更具體地，在鋰-ニ硫化鐵電池單體中，其主要由鋰或鋰基合金 (即以重量計(jì)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；容量一在ー組特定的條件(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(dá)為毫安-小時(shí)(mAh)或毫瓦-小時(shí)(mWh)或通過數(shù)碼相機(jī)測試拍照的分鐘數(shù)或圖像數(shù)來表達(dá)；陰極一正電極；更具體地，在鋰-ニ硫化鐵電池單體中，其包括作為主要的電化學(xué)活性材料的ニ硫化鐵，并與一種或多種流變性的、聚合的和/或?qū)щ姷奶砑觿┮黄鹜扛苍诠腆w的、金屬箔集電器上；電池單體殼體ー包括構(gòu)成全部功能性電池物理閉合所述電極裝置的結(jié)構(gòu)，其包括內(nèi)部閉合的安全裝置、惰性組分和連接材料；通常這些結(jié)構(gòu)將包括容器(形成杯子形狀，也被稱為“罐売”)和閉合件(安裝在所述容器的開ロ上方并通常包括排氣機(jī)構(gòu)和用于阻止電解液流出和濕氣或空氣進(jìn)入的密封機(jī)構(gòu))；根據(jù)上下文不同，有時(shí)可以將術(shù)語罐殼或容器交換使用；圓柱形電池單體外形一高度大于直徑的具有環(huán)形圓柱狀的任何電池單體殼體；這個(gè)定義具體排除了紐扣電池単體、微型電池単體或?qū)嶒?yàn)性“冰球”電池單體；數(shù)碼相機(jī)測試(也稱為ANSI數(shù)碼相機(jī)測試或DSC測試)一由用于便攜式鋰一次電池単體和電池的美國國家標(biāo)準(zhǔn)-總則和規(guī)范公布的、題目為“電池規(guī)范15LF(AA鋰-ニ硫化鐵)，數(shù)碼相機(jī)測試(Battery Specifcation 15LF(AA lithium iron disulfide) ,Digitalcamera test) ”的ANSI C18. 3M,第I部-2005中概括的測試程序；電化學(xué)活性材料一作為電池単體的放電反應(yīng)的一部分并有利于電池単體放電容量的ー種或多種化合物，但包括雜質(zhì)和少量粘附于該材料上的其它組分；FR6電池單體一參照由國際電エ委員會(huì)在2000年11月之后公布的國際標(biāo)準(zhǔn)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外形的鋰-ニ硫化鐵電池；FR03電池單體一參照由國際電エ委員會(huì)在2000年11月之后公布的國際標(biāo)準(zhǔn)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外形的鋰-ニ硫化鐵電池；“卷芯”(或“螺旋卷繞”)電極裝置一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)卷繞而組合成的裝置；
硫鐵礦一優(yōu)選的用于電化學(xué)電池單體領(lǐng)域的ニ硫化鐵的礦物質(zhì)形式，通常含有至少95%的用于電池中的電化學(xué)活性ニ硫化鐵，但還含有對ニ硫化鐵的化學(xué)計(jì)量組分的天然的或人工的變形(即可能存在少量的其它ニ硫化鐵和/或摻雜的金屬硫化物)。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測試多個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中具有螺旋卷繞電極裝置和基本相同的電池單體設(shè)計(jì)、組件、電極和電解液配方和其它原料的鋰-ニ硫化鐵電池(并尤其為FR6和FR03電池單體)時(shí)，所述電池趨向于在間歇式消耗速率測試中顯示可變化的性能，如將在下面進(jìn)行更詳細(xì)的描述。這種可變化性在其中卷芯的最外卷繞包括的陰極多于陽極(即，如所述陽極相比，更多的陰極存在于所述卷芯的電極的最外層中，但是還可以將所述最終的裝置包裹在保護(hù)膜或隔離件層中)的電池的情況下更顯著。這樣的電池單體描述為具有“陰極外包”電池單體設(shè)計(jì)，但對于其在間歇式測試上的可變化性，由干與“陽極外包”(其中，沿著所述卷芯的周長的最外電極(不包括隔離件和其它如膠帶的非活性組件)為至少50%或更多的陽極)電池單體設(shè)計(jì)相比，其更有效地利用鋰，因此這樣的陰極外包設(shè)計(jì)將被認(rèn)為是有優(yōu)勢的。陰極外包電池單體設(shè)計(jì)的ー個(gè)實(shí)例圖解于圖2A的剖視圖(即，沿著所述卷芯的徑向)中，而圖2B示出陽極外包設(shè)計(jì)。在圖2A和2B中，所述陰極示為黑色，所述陽極示為白色，而省略所述電池単體的其余元素(如下面描述的)用以更好地圖解設(shè)計(jì)的不同之處。如本申請中使用的，陰極外包設(shè)計(jì)和電池單體包括任何卷芯電極裝置，其中，通過陰極涂層或在適當(dāng)?shù)奈恢檬褂谩皥D案的”涂層暴露陰極集電器的方式，在所述卷芯的最外圍的表面積的至少50%為陰扱。在識(shí)別所述電池単體為陽極外包或是陰極外包中，不考慮任何隔離件、引線、絕緣膠帶和其它惰性組件，卻僅基于暴露或?qū)⒈┞兜年枠O和陰極的最外部分評估所述卷芯的最外圍。而且，如本申請中使用的，與集電器相比，認(rèn)為引線是獨(dú)立的組件，在引線形成了所述電池電極裝置和端子之間的電連接，而集電器僅用在所述電極裝置本身(例如，集電器向所述引線傳導(dǎo)電子)內(nèi)。關(guān)于陰極外包電池單體的優(yōu)勢，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在200mA連續(xù)消耗速率測試中，陰極外包電池單體設(shè)計(jì)實(shí)際上顯示了比如圖I中所示的其對應(yīng)的陽極外包設(shè)計(jì)更大的容量。在圖I中，帶有陽極外包的電池單體顯示為以ー組標(biāo)為AOW的線表示的電壓放電曲線，并且陰極外包電池單體標(biāo)為C0W。除了在連續(xù)消耗速率測試中的這個(gè)性能的優(yōu)勢之外，陰極外包設(shè)計(jì)更有效地利用了鋰，其更經(jīng)濟(jì)(因?yàn)樵贔R6電池單體中鋰是最貴的組分之一)并且環(huán)保(由于在放電的電池單體中剩余較少的完整(overall)鋰)。然而，當(dāng)將電池進(jìn)行間歇式消耗速率測試時(shí)沒有觀察到陰極外包電池單體的優(yōu)勢。認(rèn)為這樣的間歇式消耗速率尤其有用，因?yàn)槠渥詈玫啬M了消費(fèi)者在電子裝置實(shí)際使用電池的情況(消費(fèi)者通常在長時(shí)間間歇式而不是連續(xù)地使用裝置)。因此，在間歇式測試中電池設(shè)計(jì)表現(xiàn)得充分失敗可能成為使用那種設(shè)計(jì)的相當(dāng)大的抑制因素。圖3A示出對一系列帶有陰極外包的FR6電池單體進(jìn)行的間歇式測試得到的電壓放電曲線。這種特定的間歇式測試包括I個(gè)小時(shí)的250mA的恒定電流放電，然后是23小時(shí) 的休息間隔，直到I. O截止電壓。如參照字母P突出的，這些電池單體的單個(gè)電壓曲線在這些間歇式測試的末端發(fā)生偏離，所述偏離可能此后被全部認(rèn)為是過早電壓下降。重要地，如圖3B所示具有同樣材料的陽極外包電池單體未示出同樣的變化。這個(gè)效果在圖4A(示出所述陰極外包)和4B(示出所述陽極外包)中示出的間歇式測試中甚至更突出，其中所述電池單體每天以IA放電10秒然后休息50秒的循環(huán)進(jìn)行I小時(shí)(注意其余的23個(gè)小時(shí)也是休息間隔)直到I. O截止電壓。本發(fā)明人還證實(shí)了ー些現(xiàn)有技術(shù)，為具有顯示這種性能的陰極外包的商用的FR6電池，如在圖5A(示出與圖4A和4B的電池單體描述相同的間歇式測試)中和圖5B和5C(示出與圖3A和3B的電池單體描述相同的間歇式測試)中示出的問題區(qū)域P證實(shí)的。這種過早電壓下降本身是可比較的，并且為了觀察所述過早電壓下降，必須將多個(gè)推測相同的電池單體的電壓放電曲線進(jìn)行比較。考慮到電池制造者的終極目標(biāo)ー以及任何電池單體設(shè)計(jì)質(zhì)量的最終標(biāo)識(shí)ー是根據(jù)單ー設(shè)計(jì)制造的所有電池的一致性和可靠性，應(yīng)該對至少四個(gè)電池單體進(jìn)行本申請中所述的間歇式測試，用以證實(shí)所觀察的結(jié)果。更優(yōu)選地，應(yīng)該對ー組6-10個(gè)電池単體彼此進(jìn)行性能比較。在規(guī)定的電壓下降處大于5%的整體額定容量偏差，更確切地大于10%的偏差，在間歇式測試上表示系統(tǒng)設(shè)計(jì)失敗。這是鑒定過早電壓下降的優(yōu)選的手段。
在這種測試不可能的情況下，識(shí)別過早電壓下降的其它手段可以包括將多個(gè)陰極外包電池單體的平均總?cè)萘亢碗妷悍烹娗€/圖與類似數(shù)目的帶有相同量的鋰的陽極外包電池單體進(jìn)行比較。然而，另ー個(gè)手段可以是如下面的圖10中描述和顯示的比較鋰?yán)寐?。再一個(gè)證明所述過早電壓下降耗盡的標(biāo)識(shí)是簡單的、定性比較所述單個(gè)放電曲線本身的形狀，考慮到經(jīng)歷過早電壓下降的電池單體趨于顯示不穩(wěn)定或不一致的曲線。最后，在間歇式消耗測試中的單個(gè)電池單體實(shí)際的輸出容量與制造商規(guī)定的容量的比較可以足以證明過早電壓下降問題的存在。盡管FR6和FR03電池單體的陰極外包設(shè)計(jì)目前是可用的，但所有這些電池單體設(shè)計(jì)目前在間歇式放電測試中都經(jīng)歷了過早電壓下降問題，如上面提到的和圖5A-5C中所示的。結(jié)果，陽極外包的FR6和FR03電池單體在當(dāng)前的市場上是主要的和應(yīng)用最廣的電池單體設(shè)計(jì)。在任何情況(即，陽極或陰極外包設(shè)計(jì))下，所述電極，尤其是陽極，具有基本均一的厚度，由于其容易制造以及這種設(shè)計(jì)在所述電池単體的整個(gè)放電過程中保持最低可能的內(nèi)部電阻的事實(shí)。使用變化厚度的電極，尤其是界面對齊的電極，最終導(dǎo)致活性材料的浪費(fèi)，由于放電界面表面積的變化導(dǎo)致的內(nèi)部電阻的不希望的增加以及設(shè)計(jì)和制造的復(fù)雜性的増加的可能性。因此，至少對于鋰-ニ硫化鐵螺旋卷繞電池，變化厚度的陽極和/或陰極電池單體設(shè)計(jì)認(rèn)為是不可取的。實(shí)際上，本發(fā)明人不知道使用這種變化厚度設(shè)計(jì)的可商用的或可行的FR6或FR03電池單體。目前，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用于在所有間歇式放電測試中消除陰極外包鋰-ニ硫化鐵電池単體設(shè)計(jì)的性能的可變化性的方法。一個(gè)實(shí)施方案包括在所述陰極下方沿著其最外卷繞的點(diǎn)的陽極上施用小的鋰“補(bǔ)片”。這種補(bǔ)片有效地在那個(gè)特定點(diǎn)増加了所述陽極的厚度。所述補(bǔ)片可以延伸完全跨過所述陽極的寬度，并且當(dāng)所述補(bǔ)片也用于作為所述陽極片時(shí)，可以甚至超出所述卷芯電極裝置的頂部或底部(即，沿著相對于所述卷芯裝置的軸向)。所述補(bǔ)片的長度和容積/表面積仍然應(yīng)該最小化以簡化制造，并意外地増加所述電池單體內(nèi)鋰的整體使用率。在相關(guān)的實(shí)施方案中，在所述電池単體的制造過程中，可以利用聚合物材料來加強(qiáng)所述補(bǔ)片以簡化對其的處理，但是在這種情況下，所述鋰形成的補(bǔ)片仍然必須是至少部分與所述陽極和與該陽極界面接觸的隔離件都進(jìn)行直接物理接觸。所述補(bǔ)片必須沿著線，優(yōu)選沿著所述圓柱形電極裝置的軸取向，從而位于所述陰極的端部邊緣的下方。任選地，所述補(bǔ)片可以延伸超出這個(gè)邊緣從而在所述卷芯電極裝置的最外卷繞/外圍上暴露。這個(gè)裝置確保所述補(bǔ)片的優(yōu)勢完全發(fā)揮?；蛘?，所述補(bǔ)片可用于部分或完全地與所述陽極集電器(也稱為“陽極片”并在下面更詳細(xì)地描述)重疊。在又一個(gè)實(shí)施方案中，當(dāng)所述補(bǔ)片本身作為所述陽極片時(shí)，所述補(bǔ)片可以完全被陰極覆蓋。當(dāng)不是由鋰制成時(shí)，所述陽極片應(yīng)該位于所述卷芯的最外卷繞上，在所述陰極的端部邊緣附近，沿著所述卷芯內(nèi)的陽極的最外卷繞。當(dāng)所述陽極片本身由鋰(或另ー種活性材料或其合金)制成時(shí)，所述補(bǔ)片可以位于接近于所述陰極的端部邊緣處，或所述補(bǔ)片可以完全由陰極的最外卷繞覆蓋。重要地，不管所述陰極是否在兩側(cè)完全覆蓋或ー側(cè)或兩側(cè)的部分未被覆蓋，所述補(bǔ)片的功效都未受到影響(即“ 圖案的”陰極，其與以引文的方式并入本申請的美國專利公開No. 2008-0026293-A1中描述的相似)。另ー個(gè)實(shí)施方案考慮應(yīng)用粘附于基底的鋰的形式的補(bǔ)片，如聚合物襯背。這種方式通過使所述鋰補(bǔ)片壓接或壓合來簡化制造，而不必以不成比例厚度條件下擠壓陽極和/或不必處理和使用少量鋰。任何與所述電池単體的內(nèi)部組件，尤其是所述電解液溶劑、溶質(zhì)和鋰不反應(yīng)的聚合物都將是可以的。所述基底材料也應(yīng)該是相對薄的，優(yōu)選為比將其用于補(bǔ)片的鋰薄，更優(yōu)選為盡可能薄。通過實(shí)施例而不是受限制的形式，聚合物可以包括任何適于用來作為隔離件的聚合物材料，聚烯烴、聚こ烯、聚丙烯、聚酰亞胺、聚酯等。其它基底材料，如金屬箔、編制材料等也是可以的。當(dāng)所述補(bǔ)片用于作為所述陽極片本身時(shí)，這樣的聚合物襯背的補(bǔ)片尤其有用，但是在這種情況下，所述補(bǔ)片/或片具有足夠的軸長度以延伸超出所述卷芯并與所述容器或端蓋裝置充分電接觸是必要的。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述補(bǔ)片優(yōu)選為電化學(xué)活性材料，因此將確保所述材料與其它電池単體內(nèi)部組件兼容。更優(yōu)選地，所述補(bǔ)片為鋰或鋰合金。最優(yōu)選地，所述補(bǔ)片由作為所述陽極的其余部分的同樣材料制成。所述補(bǔ)片材料應(yīng)該也具有與相應(yīng)的陽極材料可比較的或可兼容的電導(dǎo)性。所述補(bǔ)片的厚度應(yīng)該為至少所述陽極本身的大約一半。例如，如果所述陽極由150微米厚的鋰-鋁合金制成，所述補(bǔ)片應(yīng)該為至少75微米厚。優(yōu)選地，所述補(bǔ)片的最大厚度應(yīng)該不干預(yù)卷繞和處理所述最終卷芯的能力。優(yōu)選的厚度，表示為所述底部陽極的厚度函數(shù)，為至少50%、至少60%、至少75%和至少100%。而且,可能通過使用加壓エ藝形成所述底部陽極和/或在卷繞所述卷芯電極裝置過程中，通過應(yīng)用其它機(jī)械エ藝形成將作為所述鋰補(bǔ)片的底部陽極中的局部厚度的整體面積。應(yīng)該根據(jù)所述電極的界面的(即，與陽極和陰極都重疊的)寬度(即，沿著所述圓柱形卷芯的軸的線性方向)設(shè)計(jì)所述補(bǔ)片的長度(χ-y方向的較長部分)。優(yōu)選地，所述長度與所述電極的界面寬度匹配或者為電極的界面寬度的50% -100%。如果所述補(bǔ)片也將作為陽極片本身，所述長度將足以圍繞所述卷芯的外部折疊并與所述容器接觸(從而使所述補(bǔ)片基本長于所述電極的界面寬度)。所述補(bǔ)片的寬度應(yīng)該保持最小，但在所有情況下，所述補(bǔ)片的寬度必須與由所述陰極形成的端部邊緣重疊并延伸超出由所述陰極形成的端部邊緣。例如，所述寬度應(yīng)該不超過至少1mm、至少5mm、至少IOmm或至少20mm,但應(yīng)該不大于50mm、30mm或10mm?；蛘?，所述補(bǔ)片的寬度可以作為所述陽極卷繞的周長百分比的函數(shù)，所述周長占據(jù)所述心軸本身的尺寸或作為其函數(shù)。例如，所述寬度應(yīng)該為所述卷繞的周長的小于20 %、小于15 %、小于IO %并小于5 %，或者至少與用于所述電池單體的卷繞的心軸/核心的直徑同樣大、比其大至少I. 5倍、比其大至少2倍或比其大至少4倍。最后，所述厚度、長度和寬度將依賴于選擇的電池単體尺寸、以及制造公差和用于卷繞所述電池單體的エ藝?；蛘?，所述補(bǔ)片可以包括一系列單個(gè)元件，如一系列圓形(或其它幾何形狀的)斑點(diǎn)(dot)，其在沿著在上面指示的任何位置的陽極表面的基本線性裝置中對齊。在這個(gè)實(shí)施方案中，所述斑點(diǎn)可以彼此接觸和/或重疊，或者它們可以彼此間隔開，優(yōu)選不大于相鄰于所述間隔的縫隙的形狀的最大半徑的兩倍。也可以使用不規(guī)則的或不匹配的形狀。優(yōu)選的在鋰補(bǔ)片102的卷芯電極裝置99上的位置示于圖2C、2D和2E中。注意到圖2C、2D和2E僅是所述卷芯的部分剖視圖。關(guān)于圖2C，所述部分剖視圖是沿著圖2A的線A-A0
如圖2C所示，當(dāng)所述陽極片104超出在沿著所述卷芯的最外表面暴露的陽極的一部分上的端部邊緣112時(shí)(S卩，在所述卷芯裝置99的最外表面上)，所述補(bǔ)片102可以施用于在所述陰極110的端部邊緣112下方的陽極100。在這個(gè)實(shí)例中，所述陽極片104和補(bǔ)片102位于所述卷芯內(nèi)的陽極的最外卷繞上?；蛘?，如果所述補(bǔ)片也作為所述陽極片，所述組合的補(bǔ)片-片103可以部分或全部地位于所述陰極110的下方。例如，在圖2D和2E中，當(dāng)所述組合的補(bǔ)片-片103也作為所述陽極片時(shí)示出優(yōu)選的位置。注意到在這些靠后的實(shí)施方案中，不存在獨(dú)立的陽極片使所述陽極的端部邊緣(即，暴露在所述卷芯的最外表面的部分)最小化，并且其可以完全消除在這些實(shí)施方案中來自所述最外卷繞的陽極(未顯示)。另外地，在這些實(shí)施方案中組合的補(bǔ)片-片103不需要位于所述卷芯內(nèi)的陽極的最外卷繞上。盡管不意于依附于任何特定的理論，但本發(fā)明人相信隨著所述陰極在放電過程中擴(kuò)展，所述補(bǔ)片可以幫助保持所述陽極的完整性。特別地，鋸齒狀的邊緣可以在所述陽極片上形成，并且更可以在用于所述陰極的集電器鉬的端部邊緣上形成。盡管所述陰極的引線端部邊緣通常在所述卷繞核心內(nèi)是孤立的(并因此不是本申請中描述的目標(biāo)機(jī)構(gòu))，但所述陰極的外部端部邊緣保持暴露。由于ニ硫化鐵傾向于在放電過程中容積擴(kuò)展，這種暴露的端部邊緣(和/或所述陽極帶邊緣)緊貼所述容器側(cè)壁壓縮，形成了潛在的“擠壓點(diǎn)”。這個(gè)擠壓點(diǎn)部分地或完全地滲入所述隔離件和/或斷開在放電過程中與其界面對齊或與其相鄰的鋰陽極。這種效果通過分散的或非恒定的放電(如在間歇式放電過程中)加劇，由于所述擠壓點(diǎn)以可能使所述形狀邊緣的潛在的“斷開”力最大化的方式反復(fù)松弛然后緊繃。由于在所述陽極中(尤其在可商用的鋰-ニ硫化鐵圓柱形電池單體中)不使用整個(gè)長度的陽極集電器，以將所述電池單體中的活性材料的量最大化，在任何點(diǎn)處斷開所述陽極將孤立來自所述陽極片/負(fù)極端部的斷開的材料，從而消除通常預(yù)期來自所述斷開的部分的容量。根據(jù)所述陽極片的位置的不同、所述電極的厚度以及所述陰極膨脹的水平的不同，所述斷開可能發(fā)生或碰撞所述電極裝置的額外的相鄰部分(即，所述斷開的/碰撞的材料可以沿著比僅是所述陽極的最外卷繞的更多部分)。另外地或可替換地，相信所述補(bǔ)片可以為其中基于所述陰極集電器的斷開邊緣可以形成濃縮的或提高的電流密度的陽極區(qū)域提供附加的電導(dǎo)率。作為最終附加的或可替換的原因，所述陰極(和/或可能是所述陽扱)的相對鋸齒狀的端部邊緣可以引起或促使形成提高的電化學(xué)反應(yīng)活性和/或損傷所述電極裝置能力的局部區(qū)域，用以實(shí)現(xiàn)提供到其中的全部界面輸入容量。上述補(bǔ)片的使用預(yù)期為緩和任何這些目標(biāo)機(jī)構(gòu)。實(shí)際上，使用補(bǔ)片基本微細(xì)地增大了極小的和局部的區(qū)域中的輸入容量的量，而在間歇式測試中主要增大了由所述電池單體實(shí)際輸出的整體容量(并引申為所述鋰的利用率)。與帶有相同量的鋰輸入物的陽極外包設(shè)計(jì)相比，當(dāng)所述補(bǔ)片與所述陰極外包結(jié)合使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高速和ANSI測試的至少7%的提高。額外的優(yōu)勢可以認(rèn)為是在制造所得電池單體的成本和容易程度方面，尤其如在下面的實(shí)施例中描述的。在以引文形式并入本申請的相關(guān)申請中，2008年10月17日提交的美國專利申請系列No. 12/253，516和美國專利公布2009-0104520-A1公開了 LiFeS2電池的電池單體設(shè)計(jì)的“全部”方案。特別地，這個(gè)專利公布告訴技術(shù)人員以有效容許所預(yù)期的膨脹的方式選擇容器和陰極配方。如此，整個(gè)電池單體得到增加的容量，而對安全性或可靠性沒有任何負(fù)面影響。在本申請中還以引文形式并入另一個(gè)相關(guān)申請，2009年6月8日提交的美國專利申請系列No. 12/480, 015也公開了 Li-FeS2電池的電池單體設(shè)計(jì)。在本申請中，所述電池由相對厚的電極組成，并且通過特定種類的電極材料和特別壓緊的陰極涂層的組合使用實(shí)現(xiàn)了協(xié)同效用。盡管這種電池單體設(shè)計(jì)含有比先前設(shè)計(jì)小得多的界面表面積，但還是觀察到高消耗速率下的優(yōu)勢的效果。上述兩篇專利申請描述了可以對下述創(chuàng)造性概念具有特定應(yīng)用性的電池單體設(shè)計(jì)原理。 更具體地關(guān)于整個(gè)電池單體設(shè)計(jì)本身，參照圖6將更好地理解本發(fā)明。在圖6中，電池單體10是FR6(AA)型圓柱形LiFeS2電池單體的一個(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施方案中，所述電池單體10具有包括帶有閉合底部和開放頂端的罐殼12形式的容器，所述敞開頂端利用電池單體殼蓋14和襯墊16閉合。所述罐殼12在所述頂端附近具有卷邊或縮小的直徑臺(tái)階，用以支撐襯墊16和殼蓋14。所述襯墊16在罐殼12和殼蓋14之間壓縮，用以密封電池單體10內(nèi)的陽極或負(fù)電極18、陰極或正電極20以及電解液。所述陽極18、陰極20以及隔離件26螺旋卷繞在一起成為電極裝置。所述陰極20具有金屬集電器22，其從所述電極裝置的頂端延伸并與帶有接觸簧片24的殼蓋14的內(nèi)表面接觸。所述陽極18通過金屬引線(或片)36與罐殼12的內(nèi)表面電接觸。所述引線36固定到陽極18上，從所述電極裝置的底部延伸，跨過所述底部折疊并沿著所述電極裝置的側(cè)面向上。所述引線36與罐殼12的側(cè)壁的內(nèi)表面壓接。在所述電極裝置卷繞之后，可以在插入之前通過在制造工藝中的處理將其保持在一起，或者可以通過例如，熱密封、粘合或膠帶將材料的外端(例如，隔離件或聚合物膜外包38)固定住。在一個(gè)實(shí)施方案中，絕緣圓錐體46位于所述電極裝置的頂部的外圍部分的周圍，用以防止所述陰極集電器22與罐殼12接觸，并且通過隔離件26的向內(nèi)折疊的擴(kuò)展部分和位于罐殼12底部的電絕緣底盤44防止在陰極20的底部邊緣和罐殼12的底部之間的接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述電池單體10具有分開的正極端蓋40，所述端蓋40通過向內(nèi)卷曲的罐殼12的頂端和襯墊16固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，并具有一個(gè)或多個(gè)排氣口(未顯示)。所述罐殼12作為負(fù)極接觸端子。絕緣襯套，如粘附的標(biāo)簽48，可以應(yīng)用于罐殼12的側(cè)壁上。在一個(gè)實(shí)施方案中，在端蓋40的外圍凸緣和電池殼蓋14之間設(shè)置的是正溫度系數(shù)(PTC)裝置42，其在濫用電條件下基本限定了電流。在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述電池單體10可以還包括壓力釋放排氣口。所述電池單體殼蓋14具有孔洞，其在槽體28的底部包括帶有排氣孔30的向內(nèi)突出的中心排氣槽28。所述孔洞通過排氣球32和薄壁熱塑性套管34密封，所述套管34壓緊在排氣槽28的豎直壁和排氣球32的外圍之間。當(dāng)所述電池單體的內(nèi)壓超過預(yù)期水平時(shí)，排氣球32或排氣球32和套管34 —起被擠出所述孔洞，用以從電池單體10釋放壓縮的氣體。在其它實(shí)施方案中，如以引文形式并入的美國專利申請公布No. 20050244706和No. 20080213651中公開的，所述壓力釋放排氣口可以是由防爆膜閉合的孔洞，或者是所述電池單體的一部分，如密封板或容器壁中相對薄的區(qū)域，如鑄造的凹槽，其可被撕破或破裂，用以形成排氣孔。在一個(gè)實(shí)施方案中，設(shè)置在所述電極裝置的側(cè)面和所述罐殼的側(cè)壁之間的電極引線36的端部部分，可以在將所述電極裝置插入到所述罐殼中之前具有一定形狀，優(yōu)選為改善與所述罐殼的側(cè)壁電接觸并提供類似簧片的力以使所述引線偏斜抵住所述罐殼側(cè)壁的非平面狀。在電池單體制造過程中，成型的所述引線的端部部分可以變形，如朝向所述電極裝置的側(cè)面，用以使其容易插入所述罐殼中，隨后所述引線的端部部分可以部分地朝向其·初始的非平面形狀彈回，但保持至少部分壓緊用以將力施加于所述罐殼的側(cè)壁的內(nèi)表面，從而實(shí)現(xiàn)與所述罐殼的好的物理接觸和電接觸?；蛘撸谒鲭姵貑误w內(nèi)的這種連接和/或其它連接也可以以焊接形式保持。所述電池單體容器通常為如圖6中的罐殼的帶有閉合底部的金屬罐殼。所述罐殼材料和所述容器壁的厚度將部分依賴于所述電池單體中使用的活性材料和電解液。通常的材料類型為鋼材。例如，所述罐殼可以由冷軋鋼材(CRS)制成，并可以在至少外部鍍鎳用以保護(hù)所述罐殼外部以防腐蝕。通常，對于FR6電池單體，根據(jù)本發(fā)明的CRS容器的壁厚可以為大約7-10密爾，對于FR03電池單體，為6-9密爾。這種鍍層可以變化以提高不同的耐腐蝕度，用以提高接觸耐性或用以提供希望的外觀。這種鋼材將部分依賴于所述容器形成的方式。對于淺沖罐，所述鋼材可以是擴(kuò)散退火的、低碳的、鋁鎮(zhèn)靜的SAE1006或等同的鋼材，帶有ASTM 9-11的粒徑且等軸的稍微拉長的顆粒形狀。其它的鋼材，如不銹鋼，可以用于滿足特殊需要。例如，當(dāng)所述罐殼與所述陰極發(fā)生電接觸時(shí)，不銹鋼可以用于提高對所述陰極和電解液的耐腐蝕性。所述電池單體罐殼可以是金屬?？梢允褂缅冩囦?，但不銹鋼通常是希望的，尤其當(dāng)所述閉合件和殼蓋與所述陰極發(fā)生電接觸時(shí)。所述殼蓋形狀的復(fù)雜性也將是材料選擇的因素。所述電池單體殼蓋可以為簡單的形狀，如厚的、平的圓盤，或可以為更復(fù)雜的形狀，如圖6中所示的殼蓋。當(dāng)所述殼蓋為圖6中的復(fù)雜形狀時(shí)，具有ASTM 8-9粒徑的304型軟退火不銹鋼可以用于提供理想的耐腐蝕性和金屬成型的容易度。也可以將成型的殼蓋電鍍，例如鍍鎳，或由不銹鋼或其它已知金屬和其合金制成。所述端蓋應(yīng)該對大氣環(huán)境中水的腐蝕或電池制造中通常遇到的其它腐蝕物具有好的耐性和耐用性，具有好的電導(dǎo)率，并且當(dāng)在消費(fèi)型電池可見時(shí)，吸引人的外觀。端蓋通常由鍍鎳?yán)滠堜摬幕蛟谒鰵どw形成后鍍鎳的鋼材制成。在端子位于壓力釋放排氣口上方時(shí)，所述端蓋通常具有一個(gè)或多個(gè)易于電池單體排氣的孔。
用于完善所述罐殼和所述閉合件/端蓋之間密封性的襯墊可以由任何提供理想的密封特性的合適的熱塑性材料制成。材料選擇部分基于所述電解液組合物。合適的材料的實(shí)例包括聚丙烯、聚苯硫醚、四氟-全氟烷基乙烯醚共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯及其組合物。優(yōu)選的襯墊材料包括聚丙烯(例如，來自Basell Polyolefins公司，Wilmington, DE, USA 的 PRO-FAX 6524)和聚苯硫醚(例如來自 Chevron Phillips 公司，The Woodlands, TX, USA的XTEL 、XE3035或XE5030)。還可以將少量的其它聚合物、加強(qiáng)的無機(jī)填充物和/或有機(jī)化合物加入所述襯墊的基本樹脂中?？梢栽谝砸男问讲⑷氲拿绹鴮＠糔o. 20080226982和No. 20050079404中找到合適的材料的實(shí)例?？梢允褂妹芊鈩┩扛菜鲆r墊以提供最好的密封性。三元乙丙橡膠(EPDM)是合適的密封劑材料，但也可以使用其它合適的材料。所述陽極包括鋰金屬帶，有時(shí)稱為鋰箔。所述鋰的組合物可以變化，但是對于電池級別的鋰，純度總是很高的。所述鋰可以與其它金屬，如鋁形成合金，用以提供希望的電池單體電性能或操作的容易性，但任何合金中鋰的量應(yīng)該是最大化的并且不考慮設(shè)計(jì)用于高溫用途的合金(即，高于純鋰的熔點(diǎn))。合適的電池級別的含有0.5wt%鋁的鋰-鋁箔可購自 Chemetall Foote Corp. ,Kings Mountain,NC,USA?；居射嚮蜾嚭辖?例如，0.5 ^1%Al和99+wt%Li)組成的陽極是優(yōu)選的，重點(diǎn)在于將任何這樣的合金中的活性金屬(即，鋰)的量最大化。如圖6中所示的電池單體，所述陽極不需要分開的集電器(S卩，電導(dǎo)件，如金屬箔，所述陽極焊接或涂覆在其上面，或電導(dǎo)帶沿著所述陽極的長的主要部位，從而所述集電器將在所述卷芯內(nèi)螺旋卷繞)，因?yàn)殇嚲哂懈叩碾妼?dǎo)性。由于不使用這樣的集電器，所述容器內(nèi)有更多空間可用于其它組件，如活性材料。如果使用的話，陽極集電器可以由銅和/或其它合適的暴露于所述電池單體的其它內(nèi)部組件(即，電解液)時(shí)穩(wěn)定的高電導(dǎo)性金屬制成。所述電連接件保持在每個(gè)電極和相對的外部電池端子之間，鄰近于或與所述殼體成為整體。電引線36可以由將所述陽極或負(fù)電極連接到一個(gè)所述電池單體端子連接的薄金屬帶制成(如圖6中所示的FR6電池單體情況下的罐殼)?？梢詫⑺鲆€的端部嵌入所述陽極的一部分內(nèi)或通過將一部分(如所述引線的端部)簡單地按壓到所述鋰鉬的表面上來完成。所述鋰或鋰合金具有粘附性質(zhì)，并且所述引線和電極之間的基本上至少為輕微的、足夠的壓力或接觸將所述組件焊接在一起?？梢栽诰砝@成卷芯構(gòu)型之前將所述負(fù)電極與引線裝配在一起。所述引線也可以通過合適的焊接連接。含有引線36的金屬帶通常由帶有足夠低電阻(例如，基本上小于15mQ/cm，并優(yōu) 選小于4. 5mQ/cm)的鎳或鍍鎳鋼制成，用以使電流通過所述引線充分傳遞。合適的負(fù)電極引線材料的實(shí)例包括但不限于銅、銅合金，例如銅合金7025(含有大約3%鎳、大約0. 65%硅和大約0. 15%鎂，其余為銅和最小量的雜質(zhì)的銅、鎳合金)；銅合金110 ;和不銹鋼。選擇弓I線材料應(yīng)該使所述組合物在包括無水電解液的電化學(xué)電池單體內(nèi)穩(wěn)定。所述陰極為包括集電器和混合物的帶的形式，所述混合物含有一種或多種電化學(xué)活性材料，通常為微粒的形式。二硫化鐵(FeS2)為主要的活性材料。所述陰極也含有少量的一種或多種附加的活性材料，取決于所希望的電池單體的電性能和放電性能。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。實(shí)例包括金屬氧化物，81203、(#、0匕、(0的n、CoS2、Cu0、CuS、FeS、FeCuS2、Mn02、Pb2Bi205 和 S。優(yōu)選地，Li/FeS2 電池單體陰極的活性材料包括至少大約95wt%的FeS2，最優(yōu)選地，F(xiàn)eS2為唯一的活性陰極材料。具有至少95wt% FeS2純度水平的硫鐵礦可購自 Washington Mills, North Grafton, MA, USA ；Chemetall GmbH,Vienna, Austria ;以及 Kyanite Mining Corp.，Dillwyn, VA, USA。注意到 FeS2 的“純度”的討論承認(rèn)了所述硫鐵礦為特定的和優(yōu)選的礦物形式的FeS2。然而，硫鐵礦通常具有低水平的雜質(zhì)(通常為氧化硅)，并且由于只有FeS2在硫鐵礦中是電化學(xué)活性的，其中FeS2的百分比純度與硫鐵礦的總量有關(guān)，通常以重量百分比計(jì)。因此，在合適的背景下，硫鐵礦和FeS2可以不是同義詞。對于所述陰極、其配方和制造所述陰極的方法將在下面進(jìn)行更全面 的描述。所述陰極混合物涂覆在作為所述陰極集電器的薄金屬帶的一側(cè)或兩側(cè)上。鋁是常用的材料，但鈦、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的部分。所述集電器的這個(gè)延伸部分可以為使與連接到所述正極端子上的電引線接觸提供了方便的區(qū)域，所述連接優(yōu)選通過避免需要引線和/或焊接接觸的簧片或壓力接觸。希望保持所述集電器延伸部分的體積到最小，用以使可用于活性材料和電解液的電池單體的內(nèi)部容積盡量大。所述陰極的通常涂層構(gòu)型的實(shí)例可以在以引文形式并入的美國專利公布No. 20080026293中找到。所述陰極與所述電池單體的正極端子電連接?？梢岳秒娨€實(shí)現(xiàn)，通常為薄金屬帶或簧片形式，如圖6所示，不過焊接連接也是可以的。如果使用的話，這種引線可以由鍍鎳不銹鋼或其它合適的材料制成。在任選的電流抑制裝置，如標(biāo)準(zhǔn)PTC，使用作為安全機(jī)構(gòu)用以防止所述電池單體的放電/熱量流失的情況下，合適的PTC可購自TycoElectronics公司，Menlo Park, CA, USA。一般的、標(biāo)準(zhǔn)的PTC裝置通常含有大約36m Q /cm的電阻。包括大約18mQ/cm的更低的電阻裝置的其它選擇也是可行的。可替換的電流抑制裝置可以在以引文形式并入的美國專利No. 20070275298和No. 20080254343中找到。所述隔離件為離子可滲透的且不導(dǎo)電的薄微孔膜。能夠在所述隔離件的孔內(nèi)保持至少一些電解液。所述隔離件設(shè)置在所述陽極和陰極的相鄰表面之間，用以使所述電極彼此電絕緣。所述隔離件的部分也可以使與所述電池單體端子電連接的其它組件絕緣以防止內(nèi)部短路。所述隔離件的邊緣通常延伸超出至少一個(gè)電極的邊緣以確保所述陽極和陰極不發(fā)生電接觸，即使它們彼此不是完全對齊。然而，希望隔離件延伸超出所述電極的量最小化。為了提供好的高功率放電性能，希望所述隔離件具有以引文形式并入本申請的1994年3月I日發(fā)布的美國專利No. 5，290，414中公布的性能(具有最小尺寸為至少約0. 005微米且最大尺寸不大于約5微米寬的孔，大約30-70%的孔隙率，2-15ohm-cm2的面比電阻和小于2. 5的彎曲度)。其它希望的隔離件性能在以引文形式并入的美國專利公布No. 20080076022 中描述。隔離件通常由聚丙烯、聚乙烯或二者組合制成。所述隔離件可以為單層的雙軸取向的微孔膜，或者可以將兩層或更多層層壓一起以在正交方向提供理想的拉伸強(qiáng)度。優(yōu)選單層以使成本最小化。所述膜的厚度應(yīng)該為16-25微米，依賴于本申請中公開的陰極配方和容器強(qiáng)度的限制。合適的隔離件可購自Tonen Chemical Corp.、可購自EXXON MobileChemical Co. , Macedonia, NY, USA 和 Entek Membranes 公司，Lebanon, OR, USA。僅含有作為污染物的少量水(例如根據(jù)使用的電解液鹽的不同，以重量計(jì)不多于約500份/百萬)的無水電解液用于本發(fā)明的電池的電池單體中。所述電解液含有溶于一種或多種有機(jī)溶劑中的一種或多種鋰基電解液鹽。合適的鹽包括下述物質(zhì)的一種或多種溴化鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟磷酸鉀、六氟砷酸鉀、三氟甲烷磺酸鋰和碘化鋰，但所述鹽優(yōu)選含有I—(例如，通過溶液混合物中離解Lil)。合適的有機(jī)溶劑包括下述物質(zhì)的一種或多種甲酸甲酯、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%必須為醚，因?yàn)槊训牡驼扯群蜐櫇衲芰ο率鲚^厚的電極裝置帶來正面影響。優(yōu)選的醚可以是無環(huán)醚(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、四乙醇二甲醚和二乙醚)和/或環(huán)醚(例如，1，3_ 二氧戊烷、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃和3-甲基-2-惡唑烷酮)。I, 3-二氧戊烷和1，2_ 二甲氧基乙烷是優(yōu)選的溶劑，而碘化鋰是優(yōu)選的鹽，但可以使用三氟化鋰、亞胺化鋰或高氯酸鋰的組合物。也可以使用在溶劑混合物中離解產(chǎn)生的1_的添加劑。所述陽極、陰極和隔離件帶在電極裝置中組合在一起。所述電極裝置可以是螺旋 卷繞設(shè)計(jì)，如圖6中所示，通過圍繞心軸交替卷繞陰極、隔離件、陽極和隔離件制得，當(dāng)卷繞完成后將所述心軸抽出。圍繞所述電極裝置的外部基本至少包裹一層隔離件和/或至少一層電絕緣膜(例如，聚丙烯)。這樣做有幾個(gè)目的幫助將所述裝置保持在一起并可以用于調(diào)節(jié)所述裝置的寬度或直徑以達(dá)到理想的尺寸。所述隔離件或其它外部膜層的最外端可以利用一片粘結(jié)帶或通過熱密封保持住。如圖6所示，所述陽極可以是最外電極，或者所述陰極可以為最外電極。任何一個(gè)電極都可以與所述電池單體容器發(fā)生電接觸，但可以通過匹配所述電極裝置的最外卷繞的極性與所述罐殼的極性，來避免所述最外電極和所述容器側(cè)壁之間的內(nèi)部短路。可以使用任何合適的工藝將所述電池單體閉合并密封。這樣的工藝可以包括但不限于卷曲、重抽、鑲?cè)?colleting)及其組合。例如，對于圖6中的電池單體，在所述電極和絕緣圓錐體插入后在所述罐殼中形成卷邊，并且將所述襯墊和殼蓋裝置(包括所述電池單體殼蓋、接觸簧片和排氣套管)放置在所述罐殼的開放端。在所述卷邊處，所述電池單體得到支撐，同時(shí)向下推動(dòng)所述襯墊和殼蓋抵住所述卷邊。所述卷邊上方的罐殼的頂部直徑通過部分鑲?cè)攵鴾p小，用以將所述襯墊和殼蓋裝置在所述電池單體中保持合適的位置。在將電解液通過所述排氣套管和殼蓋中孔洞分配到所述電池單體中后，將排氣球插入所述套管中以密封所述電池單體殼蓋上的孔洞。將PTC裝置和端蓋放置在所述電池單體端蓋上方的電池單體上，并且利用壓紋磨具將所述罐殼的頂部邊緣向內(nèi)彎曲以保持并維持所述襯墊、殼蓋裝置、PTC裝置和端蓋，并通過所述襯墊實(shí)現(xiàn)所述罐殼的開放端的密封。關(guān)于所述陰極，將所述陰極涂覆在金屬箔集電器上，通常使用厚度為大約16-20微米的鋁箔。所述陰極形成為混合物，該混合物含有多種必須仔細(xì)挑選以平衡所述涂層的可操作性、電導(dǎo)性和整體效能的材料。在溶劑(如三氯乙烷)存在下將這些組分混合成漿料，然后涂覆在所述集電器上。涂覆之后，優(yōu)選所得的涂層干燥并致密，并且其主要由二硫化鐵(和其雜質(zhì))、粘合劑(用以使顆粒材料保持在一起并將所述混合物粘附在所述集電器上)、一種或多種導(dǎo)電材料(如金屬、石墨和炭黑粉末，用以為所述混合物提供改善的電導(dǎo)性)和各種加工或流變助劑(如氣相氧化硅和/或高堿性磺酸鈣絡(luò)合物)組成。優(yōu)選的陰極配方在以引文形式并入的美國專利公布No. 20090104520中公開。另外，已經(jīng)確定意于獲得高速率應(yīng)用的鋰-二硫化鐵電池通過提供超過與陽極理論界面輸入容量相關(guān)的陰極理論界面輸入容量來形成優(yōu)勢，如以引文形式并入的美國專利No. 7，157，185中描述的。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的電池單體的界面陽極與陰極輸入比為小于I. 00、小于0. 95或小于0. 90。值得注意的是，鋰補(bǔ)片的尺寸為其對于電池單體容量的貢獻(xiàn)被認(rèn)為是可以忽略的尺寸。下面是在優(yōu)選的陰極配方中使用的代表性的材料94wt % _99 1:%硫鐵礦、0. 1-3. 0wt%導(dǎo)體、大約0. 1-3. 0wt%粘合劑和大約0-1. 0wt%加工助劑。更希望具有一種陰極混合物，其帶有大約95-98wt%硫鐵礦、大約0. 5-2. 0wt%導(dǎo)體、大約0. 5-2. 0被％粘合劑和大約0. 1-0. 5wt%加工助劑。甚至更希望具有一種陰極混合物，其帶有大約96-97wt%硫鐵礦、大約I. 0-2. 0wt%導(dǎo)體、大約I. 0-1. 5wt%粘合劑和大約0. 3-0. 5wt%加工助劑。所述導(dǎo)體可以含有購自 Superior Graphite Chicago, IL 的 PureBlack (炭黑)205-110 和 /或購自Timcal Westlak的MX15。所述粘合劑/加工助劑可以包括聚合物粘合劑(含有苯·乙烯-乙烯/ 丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物，如購自Kraton Polymers Houston, TX的gl651,和先前可購自Ciba, Heerenveen, Netherlands的EFKA 6950高喊性橫酸|丐絡(luò)合物或購自 Evonik Industries AG, Essen, Germany 的 AEROSIL 200 氣相二氧化娃)。也希望使用小粒徑的陰極材料用以使刺穿所述隔離件的危險(xiǎn)最小化。例如，可以將？必2至少通過230目(62微米)或更小的過濾器篩濾。更優(yōu)選地，如以引文形式并入的美國專利公開No. 20050233214中描述的，可以將所述FeS2介質(zhì)碾磨以獲得平均d50粒徑，而不是10微米或更小的或加工的。使用任何數(shù)目合適的工藝，如三輥逆向涂覆、間歇涂覆或狹縫擠壓涂覆將所述陰極混合物涂覆于所述箔集電器上。干燥以除去任何不想要的溶劑之后或與此同時(shí)，通過砑光等將所得的陰極帶致密以進(jìn)一步壓實(shí)整體正電極。鑒于然后將這個(gè)帶與隔離件以及類似尺寸的(但不需要相同)陽極帶螺旋卷繞以形成卷芯電極裝置，這種致密使所述卷芯電極裝置中的電化學(xué)材料的載荷最大化。特別的優(yōu)勢已經(jīng)在當(dāng)所述集電器一面(一側(cè))上的陰極載荷超過至少28mg混合物/cm2時(shí)的本發(fā)明的實(shí)施方案中證實(shí)。然而，所述陰極不能過度致密，由于需要一些內(nèi)部的陰極孔穴用以在放電和由有機(jī)電解液潤濕所述二硫化鐵過程中允許所述二硫化鐵膨脹。更特別地，由于可以施加用以將所述涂層壓實(shí)到高密度的力的量，還存在操作上的限制，并且由這樣的力在所述集電器上形成的應(yīng)力可能導(dǎo)致所述涂層的不希望的拉伸和/或?qū)嶋H上的去層壓。因此，最終壓實(shí)的陰極的固體填充百分比優(yōu)選為必須足以使電化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。優(yōu)選地，所述最終固體填充率必須為大約58% -70%。在固定的空間中，如FR6罐殼，所述電極的厚度將影響界面表面積的量。較厚的電極將導(dǎo)致所述卷芯內(nèi)較少的卷繞。也可能發(fā)生另外的加工和制造困難；如當(dāng)所述陰極厚度改變時(shí)，所述卷繞受到影響，例如，隨著所述陰極厚度增加，所述陰極混合物配方、涂層和致密操作將全部受到影響。結(jié)果，可能希望將FR6電池單體中的卷繞界面積保持在大約200-220cm2，其對應(yīng)于厚度為140-165微米的陽極、厚度為16-25微米的隔離件以及厚度為180-220微米的陰極(排除所述集電器)。所述陰極涂層中的FeS2的量可以通過在裝配所述電極之前分析所述混合物確定，或者通過確定所述裝配后的鐵含量并將測定的鐵的水平與所述陰極中硫鐵礦的重量百分比相互關(guān)聯(lián)來確定。用于測定裝配后的鐵含量的方法可以通過將已知量(質(zhì)量和體積/面積形式)的陰極溶入酸中進(jìn)行，然后利用普通定量的分析技術(shù)測試溶解的樣品中鐵的總量，所述分析技術(shù)如電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀或原子吸收光譜儀。根據(jù)這種方法的已知的涂覆的陰極配方的測試已經(jīng)證實(shí)了鐵的總量代表所述電池單體中FeS2 (尤其對于希望將所述陰極涂層中的FeS2的純度最大化的情況)。也可以使用比重瓶確定陰極密度，但某些粘合劑暴露于鋰-二硫化鐵電池單體的內(nèi)部環(huán)境時(shí)可能經(jīng)歷體積變化，從而通過這樣的方法得到的密度可能需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到陰極干燥混合物密度。值得注意的是，在所述樣品中的鋁含量的測試將允許以類似方法(例如，ICP-AES或AA光譜儀)計(jì)算所述集電器的厚度(當(dāng)所述集電器為鋁時(shí))。其它類似的分析技術(shù)可以用于測試粘合劑、加工助劑等，取決于這些組分的原子和/或分子組合物，并且可以使用類似的分析和定量/定性技術(shù)分析所述陽極和/或隔離件。非破壞性的圖像技術(shù)，如計(jì)算機(jī)輔助的X線斷層攝影術(shù)、X射線等可以用于確定所述電池單體的結(jié)構(gòu)(陽極外包和陰極外包)，以及本申請中描述的其它特征，尤其包括補(bǔ)片102的存在和位置。另外或或者，也可以進(jìn)行實(shí)際的電池單體的檢驗(yàn)。普通的分析技術(shù)(包 括標(biāo)準(zhǔn)化重量分析、尺寸測量、電感耦合等離子體光譜儀或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀)也可以用于確定特定的電池單體的結(jié)構(gòu)和特征。上述整體描述尤其關(guān)于FR6和FR03電池單體。然而，本發(fā)明也可以適用于其它的容器側(cè)壁高于直徑的圓柱形電池單體型，以及采用其它陰極涂層方案和/或密封和/或壓力釋放排氣設(shè)計(jì)的電池單體。本發(fā)明的特征和其優(yōu)勢還將通過本發(fā)明的那些實(shí)踐來了解。而且，將理解到如描述中組裝的電池單體的組件和性能的某些實(shí)施方案。實(shí)踐本發(fā)明的人員和本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到在不脫離所公開的理念的教導(dǎo)下，可以對本發(fā)明作各種修改和改善。請求保護(hù)的范圍通過權(quán)利要求書并通過法律允許理解的范圍來確定。本發(fā)明將參照下面的不受限的實(shí)施例進(jìn)行描述。實(shí)施例組裝一系列FR6電池單體。第一批次由“控制”組組成，其中使用陽極外包。這些控制電池單體比其它電池單體的界面對齊鋰輸入容量大2% -6%。其余的電池單體采用陰極外包設(shè)計(jì)并稱為“實(shí)驗(yàn)電池單體”。各種關(guān)于所述實(shí)驗(yàn)電池單體的間歇式放電測試的結(jié)果示于圖7-9中。涉及這些圖中的電池單體的設(shè)計(jì)和輸入物的信息以引文形式并入。其它關(guān)于在這些圖以及上面參照的圖中描述和測試的所有電池單體的信息在圖10的表格中描述。
權(quán)利要求
1.ー種電化學(xué)電池單體，包括 圓柱形容器，具有正極和負(fù)極端子； 有機(jī)的、無水的電解液； 電極裝置，具有基本由鋰或鋰合金帶組成的陽極、含有至少部分涂覆在固體的、金屬箔集電器的兩側(cè)上的ニ硫化鐵的陰極以及設(shè)置在所述陽極和陰極之間的隔離件； 其中，所述陽極和陰極螺旋卷繞，從而不包括所述隔離件和任選的非活性組件的電極裝置的最外表面的至少50%被所述陰極覆蓋； 其中，所述最外表面上的陰極包括在相對于所述圓柱形容器的基本軸向上取向的端部邊緣；以及 其中，所述陽極除了直接在所述陰極的端部邊緣下方的厚度増加的局部區(qū)域以外厚度基本均一。
2.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，所述厚度増加的局部區(qū)域的厚度為其余陽極厚度的至少150%。
3.根據(jù)上述任ー權(quán)利要求所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述厚度増加的局部區(qū)域還包括選自由下述組件組成的組中的一個(gè)a)鋰或鋰合金補(bǔ)片，在所述軸向上取向井連接到直接在所述陰極的端部邊緣下方的陽極的最外卷繞上，并且其中，第二引線連接到所述電極裝置的最外表面上的陽極的最外卷繞上；和b)鋰或鋰合金組合的補(bǔ)片-引線，在所述軸向上取向并連接到所述陽極上，并且其中所述組合的補(bǔ)片-引線作為所述電池単體的第二引線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述補(bǔ)片或組合的補(bǔ)片-引線包括設(shè)置的支撐件，從而還允許在所述陽極的鋰或鋰合金和所述補(bǔ)片或所述組合的補(bǔ)片-引線的鋰或鋰合金之間發(fā)生直接物理接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述支撐件由至少ー種聚合物材料組成，所述聚合物材料選自由下面物質(zhì)組成的組聚烯烴、聚こ烯、聚丙烯、聚酰亞胺和聚酯。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述組合的補(bǔ)片-引線存在并連接到所述電極裝置內(nèi)的陽極的內(nèi)部卷繞上。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述補(bǔ)片存在并連接到所述陽極的朝外側(cè)面上。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)電池單體，其特征在于，所述補(bǔ)片存在并作為多個(gè)沿著所述軸向間隔開的單個(gè)鋰片形成。
9.一種用于改善鋰-ニ硫化鐵圓柱形電化學(xué)電池單體的放電容量的方法，該方法包括 提供帶有螺旋卷繞的電極裝置的鋰-ニ硫化鐵電化學(xué)電池單體，所述電極裝置具有不包括所述隔離件和任選的非活性組分、至少50%被陰極帶覆蓋的最外表面； 在所述陽極帶上形成厚度増加的局部區(qū)域，并將所述厚度増加的局部區(qū)域設(shè)置為鄰近于所述電極裝置內(nèi)的陰極帶的最外端部邊緣；以及使所述電池単體放電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成厚度増加的局部區(qū)域包括鄰近于所述陰極帶的最外端部邊緣、將鋰或鋰合金補(bǔ)片裝配到所述電極裝置內(nèi)的陽極帶上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述形成厚度増加的局部區(qū)域包括沿著所述軸向形成多個(gè)間隔開的單個(gè)鋰片。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有卷芯電極裝置的一次電化學(xué)電池單體，所述卷芯電極裝置包括鋰基負(fù)電極、具有含有沉積在集電器上的二硫化鐵的涂層的正電極和聚合物隔離件。本發(fā)明尤其涉及優(yōu)化電池單體容量并基本消除在間歇式工作測試中的過早電壓下降。所得電池單體在接近于陰極帶的最外側(cè)邊緣的端部末端或在其下方具有鋰厚度增加區(qū)域。
文檔編號(hào)H01M6/16GK102668176SQ201080052716
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者黃薇薇 申請人:永備電池有限公司