[發明專利]具有包含二硫化鐵的陰極的鋰電池

無效

• 申請號: 200980123606.1
• 申請日: 2009-06-17
• 公開（公告）號: CN102067358A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 蔣志平;L·弗里古格列蒂;T·N·庫盧里斯
• 申請（專利權）人: 吉列公司
• 主分類號: H01M4/06
• 分類號: H01M4/06;H01M6/16
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

發明領域

本發明涉及具有包含鋰的陽極和包含二硫化鐵的陰極以及包含鋰鹽和溶劑的電解質的鋰電池，所述鋰鹽優選碘化鋰，所述溶劑包含1，3-二氧雜環戊烷和1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。

發明背景

具有鋰陽極的一次(非可再充電的)電化學電池為人們所已知并且具有廣泛的商業用途。陽極基本上由鋰金屬構成。此類電池通常具有包含二氧化錳的陰極和包含溶解于有機溶劑中的諸如三氟甲基磺酸鋰(LiCF₃SO₃)的鋰鹽的電解質。該電池在本領域中被稱為一次鋰電池(一次Li/MnO₂電池)，并且一般不旨在為可再充電的。作為另外一種選擇，具有鋰金屬陽極但具有不同陰極的一次鋰電池也是已知的。例如，此類電池具有包含二硫化鐵(FeS₂)的陰極并被稱作Li/FeS₂電池。二硫化鐵(FeS₂)也被稱作黃鐵礦。Li/MnO₂電池或Li/FeS₂電池通常為圓柱形電池形式，通常為AA尺寸或AAA尺寸電池，但是也可為其它尺寸的圓柱形電池。Li/MnO₂電池具有約3.0伏的電壓，這個電壓是常規Zn/MnO₂堿性電池的兩倍，并且所述電池還具有高于堿性電池的能量密度(瓦特-小時/cm³電池體積)。Li/FeS₂電池具有介于約1.2和1.8伏之間的電壓(新制的)，其大約與常規的Zn/MnO₂堿性電池相同。然而，Li/FeS₂電池的能量密度(瓦特-小時/cm³電池體積)卻高于差不多大小的Zn/MnO₂堿性電池。鋰金屬的理論比容量高達3861.4毫安-小時/克，而FeS₂的理論比容量為893.6毫安-小時/克，并且...的理論容量。FeS₂的理論容量基于每個FeS₂分子從4個Li轉移4個電子，以產生元素鐵Fe和2個Li₂S的反應產物。即4個電子中的2個將FeS₂中的Fe⁺²的氧化態從+2轉變為元素鐵(Fe⁰)中的0，而剩余的2個電子將硫的氧化態從FeS₂中的-1轉變成Li₂S中的-2。

總體上，Li/FeS₂電池比相同尺寸的Zn/MnO₂堿性電池能量大得多。也就是說，對于給定的連續耗用電流，尤其是在超過200毫安的較高耗用電流下，Li/FeS₂電池比Zn/MnO₂堿性電池的電壓在越長期間越平緩，如可在電壓對時間的放電特征圖中明顯看到的那樣。這導致由Li/FeS₂電池可獲得的能量輸出比由相同尺寸的堿性電池可獲得的更高。Li/FeS₂電池較高的能量輸出更清楚且更直接地示于能量(瓦特-小時)對恒定功率(瓦特)連續放電的曲線圖中，其中新電池在少至0.01瓦特至5瓦特范圍內的固定連續功率輸出下放電至完全。在此類測試中，以選自0.01瓦特和5瓦特之間的恒定連續功率輸出維持耗用功率(當放電期間電池電壓下跌時，逐漸減小負載電阻以提高耗用電流，從而保持固定的恒定功率輸出。)Li/FeS₂電池的能量(瓦特-小時)對功率輸出(瓦特)繪制圖高于相同尺寸的堿性電池。盡管兩種電池(新制)的起始電壓大致相同，即介于約1.2和1.8伏之間。

因此，Li/FeS₂電池優于相同尺寸的堿性電池，例如AAA、AA、C或D號或任何其它尺寸電池，因為Li/FeS₂電池可與常規的Zn/MnO₂堿性電池互換使用，并且將具有更長的使用壽命，尤其是在較高功率要求的情況下。同樣，為一次(非再充電的)電池的Li/FeS₂電池也可用來替換相同尺寸的可再充電的鎳金屬氫化物電池，所述鎳金屬氫化物電池具有與Li/FeS₂電池大約相同的電壓(新制)。因此，一次Li/FeS₂電池可用于給需要在高脈沖功率要求下操作的數字照相機供電。