calcium sulfonate)的供應(yīng)商。
[0117] 在下面的表2a和2b中給出了一系列的代表性現(xiàn)有技術(shù)陰極混合物和實(shí)施例1和 2的比較，并給出了獲自美國(guó)專利No. 6849360的第5欄的信息，所述信息提供了這種以前已 知的混合物的具體實(shí)施例。
[0118] 對(duì)比實(shí)施例
[0119] 采用和實(shí)施例1類似的方式制備電池組，除了采用US6849360的實(shí)施例（' 360實(shí) 施例）中的配方制備陰極涂料漿料以外。
[0120] 表 2a
[0121] 陰極混合物的對(duì)比
[0123] *如同6849360中在第5欄第8-10行中確定的那樣
[0124] 表 2b
[0125] 陰極混合物的對(duì)比
[0128] 如表2a中所述，來自' 360實(shí)施例的實(shí)施例配方和實(shí)施例1和2的配方在體積百 分比方面進(jìn)行了比較。和' 360實(shí)施例相比，活性材料（也即，黃鐵礦）的體積顯著增加。 和'360實(shí)施例的大約79. 3vol%相比，實(shí)施例1和2具有大于89vol%的活性材料。另外， 在新配方中導(dǎo)體的體積和聚合物粘合劑的體積都顯著減少，從而有效地減少了配方中非活 性陰極材料的量。實(shí)施例1和2顯示導(dǎo)體為大約4. Ovol %，聚合物粘合劑為大約5. 9vol %。 這些量比' 360實(shí)施例中的低，后者中導(dǎo)體和粘合劑分別占據(jù)大約10. 4vol%和9. lvol%。
[0129] 如表2b所示，'360實(shí)施例和實(shí)施例1和2的配方在重量百分比方面進(jìn)行了比較。 實(shí)施例1和2中黃鐵礦的重量百分比大于' 360實(shí)施例中所體現(xiàn)的值。實(shí)施例1和2的配 方顯示黃鐵礦水平為96. 5wt%和96. 7wt%。和黃鐵礦增加相關(guān)的是導(dǎo)體、粘合劑和加工助 劑的組合的重量百分比量下降。
[0130] 在一個(gè)實(shí)施方案中，基于數(shù)字靜態(tài)照相機(jī)（DSC)測(cè)試程序中的電化學(xué)電池性能來 測(cè)量電化學(xué)電池的改進(jìn)。在這種特定的DSC測(cè)試中，照相機(jī)每分鐘攝取2張照片/圖像，直 到電池耗光為止。針對(duì)下面給出的每種電池配方測(cè)試了多個(gè)電池。結(jié)果示于下表3中，給 出了測(cè)試的電池所顯示出的平均性能。
[0133] 在表3中，' 360實(shí)施例由配方A表示，其中陰極包含92. Owt%的黃鐵礦。該配方 顯示對(duì)于單一 FR6電池而言持續(xù)平均320分鐘（或者640圖像）的能力。其余的配方代表 圍繞實(shí)施例1和2中所述的陰極配方（也即，96. 5wt%和96. 7wt%黃鐵礦）為中心的電解 質(zhì)電池的不同變體。另外，對(duì)于每種配方而言，陰極載量是24. 4mg/cm2,陰極密度是60%固 體。也對(duì)具有如下方面不同的調(diào)整進(jìn)行了測(cè)試：不同的隔離物配方（DHI/LP vs DHI/DHI)、 電解質(zhì)的濃度（〇. 75vs. 1. 0摩爾）和PTC阻抗（36m Ω vs. 18m Ω )。
[0134] 具有較高黃鐵礦載量的電化學(xué)電池的性能比配方A值得關(guān)注。對(duì)于單一 FR6電池 而言，性能增加至少33分鐘（66張圖像），和超過57分鐘（114張圖像）。這代表和現(xiàn)有技 術(shù)相比，針對(duì)DSC測(cè)試的輸出改善大約10-18%。具有96. 7wt %的黃鐵礦配方性能略微好 于具有96. 5wt%黃鐵礦的那些。另外，更高濃度的電解質(zhì)、PTC電阻的下降、以及DHI/DHI 同樣都略微有助于性能。
[0135] 在另一實(shí)施方案中，電化學(xué)電池在恒電流電耗條件下測(cè)試，測(cè)量輸送至1. 0V截止 電壓（對(duì)于本文中提到的沒有指定截止電壓的任何測(cè)試，這是假定的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）的能量。根 據(jù)能量（mWh)或者能量每電池重量（Wh/kg或者mWh/g)定義了電池性能。下表4中示出了 來自這些測(cè)試的結(jié)果，其中所述恒電流電耗是200mA。針對(duì)下表4中給出的每種電池配方測(cè) 試了多個(gè)電池，其中顯示的是測(cè)試電池的平均性能。
[0136] 表 4
[0137]
[0139] 在表4中，' 360實(shí)施例由配方A表示，其中陰極包含92. Owt%的黃鐵礦。該配方 顯示出對(duì)于單一 FR6電池而言在截止電壓（也即1. 0V)之前產(chǎn)生大約4325mWh的能力。平 均電池重量為14. 69g的情況下，92. Owt%黃鐵礦電池的平均能量輸出是294Wh/kg(處于恒 功率電耗條件）。如上面表3中所討論的，其余的配方代表了圍繞實(shí)施例1和2中所述的陰 極配方（也即，96. 5wt%和96. 7wt%黃鐵礦）為中心的電解質(zhì)電池的不同變體。
[0140] 更高黃鐵礦載量的電化學(xué)電池的性能比配方A引人注意。對(duì)于單一 FR6電池而言， 在截止電壓之前性能增加至少341mWh，超過（upwards of)436mWh。就Wh/kg而言，電池的 性能改進(jìn)處于24-32Wh/kg的范圍。這代表著對(duì)于恒電流電耗測(cè)試而言大約8-11%的輸出 性能改善。
[0141] 在另一實(shí)施方案中，電化學(xué)電池在恒功率電耗條件下測(cè)試，同樣至1. 0V的截止電 壓。電池性能以能量（mWh)或能量每電池重量（Wh/kg)為單位來定義。這些測(cè)試的結(jié)果示 于下表5中，其中恒功率電耗是1000mW。對(duì)于下表5中給出的每種電池配方測(cè)試了多個(gè)電 池，顯示的是所測(cè)試電池的平均性能。
[0142] 表 5
[0143]
[0144] 在表5中，'360實(shí)施例由配方A表示，其中陰極包含92. Owt%的黃鐵礦。該配方 顯示出對(duì)于單一 FR6電池而言產(chǎn)生平均3715mWh的能力。平均電池重量為14. 69g的情況 下，92. Owt%黃鐵礦電池的平均能量輸出是253Wh/kg(處于恒功率電耗條件）。如上面表3 中所討論的，其余的配方代表了圍繞以實(shí)施例1和2中所述的陰極配方（也即，96. 5wt%和 96. 7wt%黃鐵礦）為中心的電解質(zhì)電池的不同變體。
[0145] 更高黃鐵礦載量的電化學(xué)電池的性能比配方A引人注意。對(duì)于單一FR6電池而言， 性能增加至少399mWh，并超過615mWh。就Wh/kg而言，電池的性能改進(jìn)處于27_44Wh/kg的 范圍。具有96. 7wt%的黃鐵礦配方比具有96. 5wt%黃鐵礦的相似電池性能稍好。另外，更 高濃度的電解質(zhì)和PTC電阻的下降也略微有助于性能。這代表著對(duì)于恒功率電耗測(cè)試而言 大約11-17%的輸出性能改善。
[0146] 當(dāng)回顧表2a、2b、3、4和5的信息時(shí)，顯而易見的是通過本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在如下方 面的明顯改善：活性黃鐵礦體積百分比、陰極的mWh和Wh/kg、以及非電化學(xué)活性組分的減 少。而且，和以前的設(shè)計(jì)相比電池獲得了更大的容量，能夠采用10密耳CRS容器和多于lg 的鋰來設(shè)計(jì)例如功能性FR6電池，所述電池能夠使基本上所述鋰放電而不會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)產(chǎn)物 使容器開裂（或者以其它方式導(dǎo)致電池出現(xiàn)機(jī)械失效）。因此，這代表著通過使用現(xiàn)有技術(shù) 所無法預(yù)期的或者無法合理成為可能的顯著改善。
[0147] 上面的描述尤其和圓柱形Li/FeS2相關(guān)，包括但不限于FR6和FR03型，如同 International Standards IEC 60086-1 和 IEC60086-2 中定義的，由 International Electrotechnical Commission，Geneva，Switzerland 出版。但是，本發(fā)明也可以適用于其 中側(cè)壁高度超過容器的直徑的其它圓柱形電池尺寸、具有其它陰極涂覆方案和/或密封和 /或壓力釋放通風(fēng)設(shè)計(jì)的電池。
[0148] 本發(fā)明的特征和其優(yōu)點(diǎn)將由實(shí)施本發(fā)明的那些人進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到。而且，將認(rèn)識(shí)到 部件的一些實(shí)施方案和如本文所述組裝起來的電池的性能。
[0149] 以同樣方式，實(shí)施本發(fā)明的那些人和本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不偏離所公開概 念的精神下可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變和改進(jìn)。提供的保護(hù)范圍將由權(quán)利要求和法律許可 的理解寬度來確定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 制造在lOOOmW恒功率電耗時(shí)具有至少4Wh的容量的鋰-FeS2電池的方法，該方法包 括下述步驟： a. 選擇容器，該容器具有適合于FR6電池的大??； b. 確定必需的？632量，所述量確保在該電池完全放電時(shí)，在所述電池在任意條件下的 放電期間當(dāng)徑向膨脹力處于最大值時(shí)，徑向膨脹力為所述容器的屈服強(qiáng)度的50%至80% ; c. 將FeS2以所確定的量供給至漿料混合物并將該漿料混合物涂覆到金屬性箱集電器 之上并干燥所涂覆的混合物以形成陰極涂層，所述陰極涂層具有相較于該陰極涂層的固體 的總重量為大于95wt%的FeS2; d. 通過用隔離物和基本由鋰或鋰合金構(gòu)成的陽極條纏繞經(jīng)涂覆的集電器來形成膠輥 電極組裝件； e. 將所述膠輥電極組裝件置于所述圓柱形容器內(nèi)并封閉該容器。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述電池在任意條件下的放電期間當(dāng)徑向膨脹 力處于最大值時(shí)，所述徑向膨脹力為所述容器的屈服強(qiáng)度的70%至80%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括使所述陰極涂層致密化以具有以下中的至 少一個(gè)：至少24mg/cm2的載量，28%至40%的空隙體積，和80微米至102微米的厚度，該厚 度不包括集電器厚度。4. 制造在1000mA恒功率電耗時(shí)具有至少1950mAh的容量的鋰-FeS2電池的方法，該方 法包括下述步驟： a. 選擇容器，該容器具有適合于FR03電池的大?。? b. 確定必需的？632量，所述量確保在該電池完全放電時(shí)，在所述電池在任意條件下的 放電期間當(dāng)徑向膨脹力處于最大值時(shí)，徑向膨脹力為所述容器的屈服強(qiáng)度的50%至80% ; c. 將FeS2&所確定的量供給至漿料混合物并將該漿料混合物涂覆到金屬性箱集電 器上，所述漿料混合物具有相較于供給至所述漿料混合物的固體的總重量為大于95wt%的 FeS2； d. 通過用隔離物和基本由鋰或鋰合金構(gòu)成的陽極條纏繞經(jīng)涂覆的集電器來形成膠輥 電極組裝件； e. 將所述膠輥電極組裝件置于所述圓柱形容器內(nèi)并封閉該容器。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中在所述電池在任意條件下的放電期間當(dāng)徑向膨脹 力處于最大值時(shí)，所述徑向膨脹力為所述容器的屈服強(qiáng)度的70%至80%。6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包括使所述陰極涂層致密化以具有以下中的至 少一個(gè)：至少24mg/cm2的載量，28%至40%的空隙體積，和80微米至102微米的厚度，該厚 度不包括集電器厚度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰-二硫化鐵電池設(shè)計(jì)，更具體地涉及具有膠輥電極組裝件的電化學(xué)電池，所述膠輥電極組裝件包括鋰基負(fù)極、具有涂層的正極，所述涂層包含大于大約94wt％的二硫化鐵。
【IPC分類】H01M6/16, H01M2/02, H01M4/136, H01M4/58, H01M4/38, H01M2/16
【公開號(hào)】CN105374961
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510983292
【發(fā)明人】J.馬普爾
【申請(qǐng)人】永備電池有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2008年10月17日
【公告號(hào)】CA2700912A1, CA2700912C, CN102187494A, CN102187494B, EP2223362A2, US8460824, US8617259, US20090104520, US20130260201, WO2009054912A2, WO2009054912A3