專利名稱：具有正性容器的電化電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電化電池，特別是具有帶正極性的容器的電化電池。 在一個實施方式中，所述電池是原電池，其包括電極組件，所述電擬_ 組件具有鋰負電極和優(yōu)選包含二硫化鐵的正電極。
背景技術(shù)：
具有含鋰負電極的電化電池被應(yīng)用于許多不同的電子器件中，作 為電源。^^鋰的電池相對于其它而言是優(yōu)選的，原因在于它們的能量
密度和高消耗率(drain rate)性能特性。
為了適應(yīng)電子器件制造商或其他因素，電化電池生產(chǎn)者已采用制 造商在設(shè)計他們的器件時可以依賴的幾種常規(guī)電池尺寸，從而限制了 可被加入到這種電池中的電化學活性物質(zhì)的量。許多政府規(guī)定也對電
如鋰)的最大量強加限制。所以，因為一種或多種成分的形狀、尺寸， 以及在某些情況下其數(shù)量經(jīng)常被限制，電化電池生產(chǎn)者必須改變電池 的其他方面，以提供增加的性能。
含有鋰負電極的原電化電池(primary electrochemical cell)通常是 罐或容器負性的，這可能是因為使用陽極保護的容器會提高長期貯存 穩(wěn)定性。當正電極電壓4皮增加，更高電壓的電化電池比專支低電壓的電 池系統(tǒng)經(jīng)受更大速度的容器腐蝕，長期貯存穩(wěn)定性變得更加難以解 決。因此，為容器選擇極性取決于許多不同的因素，包括電池化學、 電壓等等。
為了可以使用正性容器(positive container), —個^皮提議的解決方 案是使用更穩(wěn)定的金屬，例如不銹鋼。但是，使用不銹鋼增加了電池的成本，且增加了內(nèi)電阻，因為不銹鋼是相對較差的導電體。因此， 大多數(shù)電化電池生產(chǎn)者選擇設(shè)計容器具有負極性的電池。
設(shè)計具有容器負極性的鋰電化電池具有幾個額外的不合需要的 后果。為了給容器提供負極性，電極組件(例如螺旋纏繞的電極組件)
通常凈皮纏繞，其中負電極的鋰作為外電極包裹(outer electrode wrap)。 因為鋰是非常柔軟的材料，所以當電極組件被插入到容器中時，它通 常被隔離物層保護。結(jié)果，每個電池中的鋰和隔離物的量被增加，這 增加了成本，因為鋰和隔離物材料通常在含鋰電化電池中是最大的花費。
容積問題是含鋰電極的電化系統(tǒng)中特別要考慮的，因為規(guī)定每個 電池的鋰的最大允許質(zhì)量(目前，根據(jù)某些運輸指導原則，最大為lg 的鋰)的規(guī)章更加激勵優(yōu)化在電池容器(cell container)中的體積利用。同 樣，因為被消費者購買的原電池必須被制成標準化的尺寸，如果內(nèi)部 的陽極和陰極物質(zhì)的利用可被優(yōu)化，那么能夠在較小的標準化尺寸(例 如，"AAA"尺寸，或根據(jù)ANSI命名法，R3尺寸容器和更小的尺寸) 中使電化活性物質(zhì)在體積上最大化，則可相當大地改善使用期限 (service)。
另外，某些用在鋰系統(tǒng)中的陰極材料——最值得注意的是二磁"乜 鐵——在電池的》丈電期間經(jīng)歷相當大的膨脹(有時，比率為》丈電期間4里 的相應(yīng)收縮的兩至三倍)，從而提出了另外的難題，即每個電極的集流 體(current collector)如何被最初電連接至電池的內(nèi)部部件。由于由膨月長 的陰極施加的外向徑向力的原因，這種陰極膨脹還使得如何在電池的 整個壽命中可維持電連接復雜化，在放電期間維持良好的電接觸是具 有這種膨脹的系統(tǒng)(例如鋰-二硫化鐵)獨有的另 一難題。
化電池。授予Goebel等的美國專利第4,565,752號涉及一種電化電池， 其具有被纏繞成巻(coil)并被插入在密封罐中的元件。 一個元件具有金 屬襯底，該村底具有多個洞。金屬村底支撐多層電極材料，例如多孔
7)。襯底的邊緣和一個末端沒有所述材料。襯底的棵露 末端在所述巻的外表上。襯底比巻的其他元件寬，使得當巻^^皮插入到 罐中時，襯底與罐的所有內(nèi)表面接觸。
授予Goebel等的美國專利笫4，565,753號涉及一種電化電池，其 具有被纏繞成巻并被插入在密封罐中的兩個電極結(jié)構(gòu)元件。電極結(jié)構(gòu) 被多孔絕緣片分開。 一個電極結(jié)構(gòu)具有金屬襯底，該襯底具有多個洞。 金屬襯底支撐多層電極材料，例如多孔碳。襯底的邊緣和一個末端沒 有所述材料。襯底的棵露末端在巻的外表上。襯底和多孔絕緣片比其 它電極結(jié)構(gòu)寬，使得當巻被插入到罐中時，襯底和多孔絕緣片與罐的 頂部和底部內(nèi)表面接觸。
授予Smilanich等的美國專利第4,663,247號涉及包含容器和蓋子 的密封伽伐尼電池，其具有設(shè)置在容器中的成巻(coiled)電極組件。成 巻電極組件具有一種極性的內(nèi)部暴露電極和具有相反極性的外部暴 露電極。當外部暴露電極與容器的壁電接觸時，^^皮固定至蓋子的柔性 導電元件與內(nèi)部暴露電極電接觸，并在其上施加徑向外向力。
授予Gan的美國專利第6,645,670號涉及提供電極組件，該電極 組件基于夾層(sandwich)陰極設(shè)計，但稱為雙屏夾層(double screen sandwich)陰極設(shè)計，并使用夾層陰極，該夾層陰極又夾設(shè)在兩個半雙 屏夾層陰極之間，在棱柱板或蛇狀電極組件中。在凍輥(jellyroll)電極 組件中，電池是以容器正性(case-positive)設(shè)計的形式被提供的，且電 極組件的外圍是半雙屏夾層陰極。
Matsushita Electric Ind. Co. Ltd.申請的日本公開第58-026462號涉 及在螺旋電極結(jié)構(gòu)中據(jù)報導的改進，其中正極板條帶(strip)和負極板條 帶通過隔離物被纏繞，以通過切割集流體的末端拐角部分(section)并 提供錐形形狀，而在構(gòu)建電池時減少有缺陷的步驟(process),其中所 述集流體暴露在一個平面(例如位于最外圍部分的正極板)的纏繞末 端(end-of-winding)部分。
Sanyo Electric Co. Ltd.申請的日本公開第60-148058號據(jù)凈艮導涉
8及當負極板被按壓結(jié)合(press bonded)在負極集流體中時，通過在負極 板的纏繞起始端將一部分集流體暴露，而能夠在纏繞完成后輕易地從 纏繞的電極中抽出纏繞銷(winding pin)。
Fuji Electrochemical Co. Ltd.申請的日本公開第01-311569號據(jù)報 導涉及通過使用鋁或其合金來構(gòu)成正極電極集流體，并將其電連接至 與容器的內(nèi)圍接觸的正極電極末端部分(而集流體的最外圍部分是暴
露的)，而改善和穩(wěn)定電導率。 發(fā)明概述
鑒于上述問題和考慮，仍然需要具有容器正極性的原電化電池以 及制造這種電池的方法，該電池提供改善的電池性能并優(yōu)化^R用在電 池中的活性物質(zhì)。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供具有帶正極性的容器的原電化 電池，其在通常的操作和溫度條件下表現(xiàn)得很好，且在多種溫度下具 有長儲存期限。另外，這樣的電池可包括接觸組件，其與電池的蓋子 的一部分壓力接觸，以給蓋子提供負極性。
本發(fā)明的另 一 目的是提供表現(xiàn)出想要的電池性能特性(例如低和 高功率放電時的電池容量)、特別是沒有超出對在電池中的活性物質(zhì) (例如鋰)的量的規(guī)定限度的電化電池。
本發(fā)明的又一目的是提供具有改善的鋰利用效率和改善的負電 ^L和正電極之間的界面接觸的電化電池。這樣的電池可包括具有正和 負電極的電極組件，以改善電池性能并增加電池容量。
本發(fā)明的另一目的是提供具有容器正極性的電化電池，其中，當 與對比的容器負極性電化電池比較時，材料成本通過減少所使用的隔 離物和鋰的量而凈皮降低。值得注意的是，通過將隔離物設(shè)計為在負電 極的末端終止(terminate)，使得一部分正電極進一步延伸并與容器的側(cè) 壁接觸，從而在此區(qū)域不需要隔離物，因而可以實現(xiàn)節(jié)約成本。
應(yīng)注意的是，上述目的僅是示例性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地意識到，根據(jù)以下實施方式的描述可凈皮并入本文的許多優(yōu)點和選 擇，以及所有的它們的各種派生物和等同物，所有這些都被明確地預 期作為此公開內(nèi)容的一部分。
因此，本發(fā)明的一個方面是電化電池，其包括具有開口端的容器、 包含二硫化鐵的正電極、包含鋰的負電極、非水電解質(zhì)、設(shè)置在正電 極和負電極之間的隔離物，其中隔離物、電解質(zhì)、正電極和負電極坤皮
設(shè)置在容器中；封住容器的開口端的蓋子，所述蓋子不與容器電接觸， 且其中正電極與容器電接觸，而負電極與蓋子的一部分電接觸。
本發(fā)明的另一方面是電化電池，其包括具有開口端的圓柱形容 器；位于容器內(nèi)的原電化電池的螺旋纏繞的電極組件，所述電極組件 具有正電極、基于鋰的負電極、電解質(zhì)和設(shè)置在電極之間的隔離物； 被制成一定尺寸以封住容器的開口端的端帽(end cap)，其中所述端帽 包括具有負極性的蓋子，且容器具有正極性，且其中圓柱形容器具有 比端帽更大的內(nèi)部體積容量，其中正電極包含集流體，且其中正電極 包含涂布在集流體上的二硫化鐵，所述集流體與容器電接觸。
本發(fā)明的又一方面是電化電池，其包括具有開口端的圓柱形容 器、橫越安裝在開口端但與容器沒有任何電接觸的蓋子、位于容器內(nèi) 的螺旋纏繞的電極組件，所述電極組件具有正電極、負電極、電解質(zhì) 和設(shè)置在電極之間的隔離物，其中正電極與容器正性電接觸，而負電 極與蓋子和設(shè)置在蓋子與電極組件間的接觸組件負性電接觸，其中接 觸組件與負電極電接觸，且其中接觸組件與蓋子壓力接觸。
本發(fā)明的又一方面致力于制造電化電池的方法。此時，使用位于 正電極和負電極之間的隔離物螺旋纏繞正電極和負電極，以形成電才及 組件。負電極必須包含鋰，而正電極優(yōu)選為二石?；F。所產(chǎn)生的電招_ 組件隨后被設(shè)置在開口的圓柱形容器中，使得容器具有正極性。隨后， 密封容器以使蓋子具有負極性，而容器的剩余部分具有正極性。
附圖簡述
通過閱讀本發(fā)明的詳細描述和附圖，本發(fā)明將被更好地理解，且
10其他特點和優(yōu)點將變得顯而易見，其中


圖1是本發(fā)明的電化電池的實施方式的正面橫截面圖，其中電池 容器具有正極性；
圖2是負電極和蓋子的一部分之間固定接觸的一個實施方式的正 視圖3是負電極的導電元件與蓋子的一部分之間非固定接觸的一個 實施方式的正視圖，其中導電元件具有可折疊形狀；
圖4是負電極的導電元件與蓋子的 一 部分之間非固定接觸的另一 個實施方式的正視圖，其中導電元件具有巻曲形狀；且
圖5A和5B分別是具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的凍輥結(jié)構(gòu)的電極和具有對 比的凍輥結(jié)構(gòu)的電極的一個實施方式，與圖l-4的視圖相比是垂直面 的橫截面的正視圖。
發(fā)明詳述
本發(fā)明的電化電池優(yōu)選是原電池，每個包括正電極和負電極，正 電極與電池的容器電接觸，從而給容器提供正極性，負電極與蓋子的 一部分電接觸，從而給蓋子提供負極性，其中容器不與蓋子電接觸。 在一個實施方式中，負電極包含作為負電極活性物質(zhì)的鋰，優(yōu)選地， 正電極包含二硫化鐵(FeS。。可以條帶的形式提供正電極和負電極， 在電極組件中通過隔離物將它們連接在一起，優(yōu)選呈凍輥或螺旋纏繞 結(jié)構(gòu)，且被放置在容器中，其中正電極與容器電接觸。
本發(fā)明的電化電池通常是圓柱形，且優(yōu)選地，最大高度大于最大 直徑，其中圓柱形容器的內(nèi)部體積容量大于蓋子或端帽。優(yōu)選地，電 池的尺寸將符合正C標準化尺寸(IEC standardized sizes),包括^f旦不限 于"AA"、 "AAA"和"AAAA"尺寸。但是，本發(fā)明也可適用于其他電池 尺寸和形狀，并適用于具有供選的電極組件、外殼、密封件(seal)和泄 壓口設(shè)計的電池，等等。
參考圖1，將更好地理解本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其顯示原電化
ii電池110。電池110是AA尺寸鋰二硫化鐵圓柱形電化電池(根據(jù)正C 命名法也稱作FR6)，其中以凍輥結(jié)構(gòu)的形式提供電極118、 120。電 池110具有包括容器112的外殼，容器112包括封閉的底端和開放的 頂端。美國專利申請公開第2006/0046154號概括地描述了與本發(fā)明共 同的 一些圓柱形鋰二硫化鐵電化電池的特征(包括但不限于示例性的 結(jié)構(gòu)和用于容器的材料以及電池的示例性活性成分)，通過引用將其合 并至此文中。
根據(jù)許多已知方法將電池封閉件(cell closure)114固定在容器112 的開口端上方。在優(yōu)選的實施方式中，電池封閉件114包括泄壓口 113 、 負極端蓋(terminal cover)l 15、襯墊116和PTC 142。負極端蓋115可 被容器112向內(nèi)巻褶的頂部邊緣和襯墊116保持在適當位置。在優(yōu)選 的實施方式中，容器112可在靠近頂端處具有凸緣(bead)或直徑減小 的臺階，其軸向和/或徑向壓縮容器112和電池封閉件114，從而形成 基本上的防漏密封。值得注意的是，電池封閉件114(在更特定和優(yōu)選 的實施方式中，襯墊(gasket)116)必須在容器112和端蓋115之間提供 電絕緣，以避免不想要的電池110的短路。電池封閉件114和容器110 彼此結(jié)合作用，以為電池內(nèi)部部件(包括電極118 、 120和非水電解質(zhì)(在 圖1中未示出))提供防漏密封。
雖然在某些實施方式中，起初在兩端開口的金屬管可代替罐而^皮 使用，但電池容器112優(yōu)選是具有整體封閉的底部的金屬罐。容器112 可以為任何合適的材料，非限制性的例子包括不銹鋼、鍍鎳不銹鋼、 包鎳(nickel clad)或鍍鎳的鋼、鋁和其合金。例如，擴散退火的(diffusion annealed)、低碳的、鋁鎮(zhèn)靜的(killed)SAE 2006或等同的鋼(具有ASTM 9至11的粒度，等軸至稍微伸長的晶粒形狀)，在本發(fā)明的一個實施 方式中是優(yōu)選的。容器材料的選擇取決于許多因素，包括但不限于， 電導率、耐腐蝕性、與電池內(nèi)部活性物質(zhì)的相容性和成本。因為電池 110的容器112必須具有正極性，因此電池的底部必須具有一定的形 狀，例如圖1中所顯示的，其使得消費者將其識別為通常在商購電池
12組上見到的正接觸端(positive contact terminal),正極性容器112可能 還具有假蓋(false cover)，以防止罐的深拉(deep drawing)。
使用鋁或鋁合金作為容器的主要材料使得電池110的總重量相當 大地減小。例如，使用鋁作為電池容器可使容器重量減少67%,且使 總電池重量減少20%。值得注意的是，使用鋁來制造具有負極性容器 的電池是不可能的，因為在陽極電勢處的鋁可形成具有低機械強度的 鋰鋁合金。通過使用鋁和/或輕質(zhì)金屬或合金，整個電池結(jié)構(gòu)的能量密 度可有相當大的改善(具體地，以Wh/kg為單位)，對于許多這種電化 電池的消費者和使用者來說，這是主要關(guān)心的事項。
電池封閉件114(包括端蓋115)必須也由導電材料制成，例如金屬、 金屬合金或合適的導電塑料。適合的例子包括，但不限于，那些用于 構(gòu)建容器的材料(已在上文討論)或其他已知的具有其他本文所討論的
性質(zhì)的材料。除了在前面的段落中確定的需要考慮的事項外，蓋子形 狀的復雜性、成形/力。工/鑄造/擠出的容易度(ease)和與電池內(nèi)部部件的 相容性都是要考慮的因素。電池蓋(cell cover)114和/或負極端蓋115 可具有簡單的形狀，例如厚的、扁平的盤狀，或可具有更復雜的形狀， 例如在圖1中所示的蓋子，且可^皮設(shè)計成當在消費電池組(consumer battery)上可見時具有吸引人的外表。就端蓋115或電池蓋114位于泄 壓口113之上來說，各個蓋子通常具有一個或多個洞，以便于電池換 氣(venting)。
襯墊116是電池蓋的不導電部分且被壓縮在罐112和蓋子114之 間以密封這些元件的外圍邊緣，以防止腐蝕并阻止電解質(zhì)穿過這些元 件、圍繞這些元件或在這些元件之間滲漏。襯墊116可由聚合物成分 (polymeric composition)制成，例如，熱塑性或熱固性聚合物，其成分 部分地基于與電極118、 120和在電池110中使用的電解質(zhì)的化學相 容性?？杀挥迷诖鍓|116中的材料的例子包括但不限于，聚丙烯、聚 苯硫醚、四氟化物-全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚對苯二甲酸丁二醇酯 (PBT)、乙烯四氟乙烯(ethylenetetrafluoroethylene)、聚鄰苯二酰胺，和它們的混合物?？杀皇褂玫暮线m的聚丙烯是來自Wilmington, Delaware, USA的Basell Polyolephins的PRO-FAX 6524。合適的聚苯硫醚可 為購自Shiner, Texas, USA的Boedeker Plastics, Inc.的TECHTRON PPS。合適的聚鄰苯二酰胺可為購自Alpharetta, Georgia的Solvay Advanced Polymers的Amodel ET 1001 L。除基礎(chǔ)樹脂(base resin)(例 如玻璃纖維等等)外，聚合物還可含有增強用無機填料和有機化合物。 重要的是，對電解質(zhì)具有低蒸汽透過率的材料是優(yōu)選的。
襯墊116可被涂布有密封劑(sealant),以提供更好的密封。乙烯丙 烯二烯三元共聚物(EPDM)是合適的密封劑材料，但可使用其他合適的 材料。
正溫度系數(shù)(PTC)器件142也可4皮設(shè)置在端蓋115的外圍邊緣和 電池蓋114之間。PTC 142在電濫用條件(abusive electrical condition) 下充分地限制電流的流動。在電池110的正常工作過程中，電流流動 通過PTC器件142。如果電池110的溫度達到異常高的水平，PTC器 件142的電阻增加以減少電流流動，從而使得PTC器件142減緩或防 止由電濫用(例如外部短路、異常充電和強制深度放電)引起的電池持 續(xù)的內(nèi)部加熱和壓力累積。然而，如果內(nèi)部壓力繼續(xù)累積至預定的釋 放壓力，泄壓口 113將被激活以釋放內(nèi)壓力。
電池封閉件114包括作為安全機構(gòu)的泄壓口 113，以避免內(nèi)壓力 累積并防止在濫用情況下的電池解體。在一個實施方式中，電池蓋114 包括球形泄壓口，其包括具有向內(nèi)突出的中心排氣井(we11)128的孔 洞，其中排氣孔130位于井128的底部?？锥幢慌艢馇?32和薄壁熱 塑性襯套(bushing)134密封，襯套被壓縮在排氣井128的垂直壁和排 氣球132的外圍之間。當電池內(nèi)壓力超過預定水平時，排氣球132, 或排氣球132與襯套134，被擠出孔洞以從電池110釋放加壓的氣體。
排氣襯套134是由熱塑性材料制成的，該材料可4氐抗在高溫(例如 75。C)時的冷流。熱塑性材料包括基礎(chǔ)樹脂，例如乙烯-四氟乙烯、聚 對苯二甲酸丁二醇酯、聚苯碌u醚、聚鄰苯二酰胺、乙烯氯-三氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷氧基烷烴、氟化全氟乙烯聚丙烯和聚醚醚酮。乙
烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚苯硫醚(PPS)、聚對苯二曱酸丁二醇酯 (PBT)和聚鄰苯二酰胺是優(yōu)選的?？赏ㄟ^添加熱穩(wěn)定填料來改性樹脂， 以給排氣襯套提供在高溫時所需的密封和排氣特性。襯套可由熱塑性 材料注射成型。TEFZEL HT2004(具有25重量％的碎玻璃填料的 ETFE樹脂)是優(yōu)選的熱塑性材料。
排氣球132可由任何合適的材料制成，該材料與電池內(nèi)容物穩(wěn)定 接觸并提供想要的電池密封和排氣特性?？墒褂貌ＡЩ蚪饘?例如不銹 鋼)。
在另一實施方式中，泄壓口 113可包括單層或?qū)訝畈箟嚎?foil vent)。這種箔泄壓口阻止蒸汽透過，且必須與電極118、 120和電解 質(zhì)化學性相容。任選地，這種箔泄壓口也可包括由壓力、超聲能和/ 或熱激活的粘性成分，以進一步完善密封。雖然其他材料是可行的， 且可改變層壓材料中的層的數(shù)目，但在優(yōu)選的實施方式中，可使用由 定向的(oriented)聚丙烯、聚乙烯、鋁和低密度聚乙烯組成的四層的泄 壓口 。泄壓口可以被巻褶、熱封和/或機械地保持在電池密封件114中 的孔洞上。值得注意的是，使用這種泄壓口增加了電化活性物質(zhì)可利 用的電池110的內(nèi)部容量。特別地，可理解，使用適當?shù)牟牧喜⒕S持 電連接時，可使用與在美國專利申請公開第2005/0244706號(通過引 用將其合并至此文中)中公開的箔泄壓口相似的箔泄壓口 。
電池110包括正電極118和負電極120，它們以凍輥結(jié)構(gòu)被螺旋 纏繞在一起，并在正電極118和負電極120之間設(shè)置隔離物。負電極 120包含純鋰或被選擇用來增強電極120的電導率、延性、加工性能 (processing capability)或機械強度的鋰合金的箔或片。在優(yōu)選的實施方 式中，鋰可與以重量計為0.1%至2.0%的鋁制成合金，最優(yōu)選的合金 具有以重量計為0.5%的鋁。此最優(yōu)選的材料可從Chemetall Foote Corp., Kings Mountain, NC, USA獲得?？梢皂斈┒诉吘壿S向超出(axial excess)的方式提供負電極118，以通過接觸彈簧124而與蓋子114的內(nèi)表面電連接。在優(yōu)選的實施方式中，導電元件122可被固定至負電 極120本身。雖然只要元件122與負電極120電接觸并且還與正電極 118電分離(electrically separated)(優(yōu)選通過使用隔離物(圖1中未示 出))，元件122與負電極120之間的任何位置關(guān)系(position)或連接都 是可以的，但最有利的是，元件122沿著負電極120的最內(nèi)表面被固 定，以避免與正電極118的不想要的接觸。另外，絕緣錐體146(如圖 1所示)(領(lǐng)式元件(collar member)122)和/或其末端邊緣可被用來防止導 電元件122與容器112接觸，其中絕緣錐體146被圍繞電極118、 120 的頂部的外圍部分設(shè)置。絕緣錐體146的直徑可沿其縱向長度改變， 以提供所需的設(shè)置，以防止內(nèi)部短路。或者，如果陽極極耳(tab)被適 當?shù)亟^緣或以其他方式—皮嵌入在保護性包裹(wrap)或包帶(tape)中，絕 緣錐體146可全部^皮除去，同時維持或者可能甚至改善電池110的總 體可靠性。
如上所述，導電元件122作為電導線或極耳以將負電極120電連 接至電池封閉件114的一部分，這又賦予電池封閉件114(更具體地是 端蓋115)負極性。導電元件122是由優(yōu)選為金屬或金屬合金的材料制 成，它們因其延性、機械強度、電導率和與電池IIO內(nèi)的電化活性物 質(zhì)(包括電解質(zhì))的相容性而被選擇。導電元件優(yōu)選由金屬條帶形成， 其被制成一定大小以適應(yīng)電池封閉件114的特定尺寸，優(yōu)選為 0.025-0.125 mm厚、4.5-6.5 mm寬，且長度足以橋接電極118和電池 封閉件114之間的距離并適應(yīng)所使用的特定形狀(見下文)。雖然鋼、 鎳、銅和其他類似材料可能是可行的，但其中一個優(yōu)選的材料是鍍鎳 冷軋鋼。
導電元件122沿電極118的至少一部分而4皮固定連接至負電才及 118。由于鋰的性質(zhì)，這種連接可通過簡單的壓力接觸來實現(xiàn)，所述 壓力接觸將導電元件122的一端嵌入負電極的一部分，或通過將元件 的一端壓在鋰箔的表面上來實現(xiàn)。雖然元件可被連接至電極118上的 其他和/或多個位置，但在優(yōu)選的實施方式中，導電元件122在靠近螺
16旋纏繞的中心或核心(core)處被連接至負電極。
導電元件的第二部分，優(yōu)選其相對末端，通過固定連接或通過非 固定連接而被連接至電池蓋的 一部分。固定連接的例子包括將導電元 件鉚接、巻褶(crimping)或焊接至電池蓋，而非固定連接可通過壓力接 觸、靜配合或其他設(shè)計方案來實現(xiàn)，所述設(shè)計方案不需要粘性介質(zhì)(例 如焊接熔體(weld melt))或者導電元件和電池蓋的彎曲/其他金屬加工 (例如巻褶)。
例如，如圖2所示，通過將導電元件222的末端部分焊接至電池 蓋214或任何其未明確顯示在圖2中的組成部件(例如接觸彈簧、PTC 等)來實現(xiàn)固定連接。元件222的相對末端如以上所述被連接至負電極 218(注意，正電極220未顯示在圖2中)。此外，如在整個附圖中所使 用的，已注意使用參考數(shù)字的最后兩位數(shù)字，以使共同部件彼此相對 應(yīng)(例如，圖1中的參考數(shù)字122對應(yīng)圖2中的222、圖3中的322， 等等)。
如在圖3中所看到的，非固定連接可通過壓力接觸而被連接在導 電元件322和電池蓋314的一部分之間，其中使用彈簧和/或壓縮力來 維持電連接。力可通過電池蓋314的部件(例如彈簧324)或通過導電元 件322(可能偏向電池的上端、偏向蓋314,或偏向兩者)來施加。元件 322如以上所述被固定至電極318,而電極320未繪出。使用這種壓 力接觸使得可以省略例如在上述焊接步驟中所使用的加工步驟和設(shè) 備(對應(yīng)于制造成本方面的相當大的節(jié)約和復雜性方面的相當大的減 小)，并且為使用封閉式真空或開放式真空填充(vacuum fill)來填充電 池提供靈活性。壓力接觸的另一優(yōu)點在于，通過壓力接觸，電極組件 被牢固地保持在罐中想要的位置。壓力接觸額外的好處包括在正電極 和容器底部之間提供良好的接觸，和在受撞擊和震動期間將電極組件 保持在適當位置，后者使得錐體(在圖3中未示出)可被減小尺寸或者 在某些實施方式中可被除去。雖然顯示的是折疊狀導電元件322,但 導電元件322不需要具有特殊的形狀，只要彈簧324為這樣的非固定接觸提供足夠的偏向力(biasing force)以達到所述目的即可。
非固定壓力接觸的另一實施例顯示在圖4中。此處，導電元件422 被提供有末端部分424，末端部分424具有巻曲(coil)的形狀，其通過 壓力而接觸蓋子414。導電元件422被連接至負電極418。巻曲可通 過任何合適的方法形成，例如彎曲，使得巻曲有彈性，并且當被組裝 在電池410中時向蓋子414的一部分施加偏向力或類似彈力的力。
值得注意的是，在圖3和4所示的優(yōu)選實施方式中，元件322、 422促成了這些非固定連接所需的壓縮力。特別地，導電元件322、 422沿著至少兩個不同的位點而與由A-A線和B-B線界定出的單獨的 縱軸相交。在此結(jié)構(gòu)中，元件322、 422被賦予類似彈簧的性質(zhì)。但 是，相同的類似彈簧的性質(zhì)可通過選擇適當?shù)牟牧虾?或通過將元件 322、 422成形為沿著至少兩個不同位點而與單個軸相交而產(chǎn)生。特別 地，導電元件通常被沿著在電極組件的負電極和具有偏向元件(biasing member)的電池蓋之間的軸而定向，在優(yōu)選的實施方式中，導電元件 是非線性的，且在其不同位點多次與軸相交，其中軸優(yōu)選基本平行于 容器的縱軸。但是，如果被使用，只是與彈簧124接觸即可施加足夠 的軸向力，以維持非固定連接，而不需要特別地設(shè)計元件322、 422。 正電極118可包含附著在導電箔的一側(cè)或兩側(cè)的電化活性物質(zhì)， 所述導電箔例如鋁或其他具有適當?shù)牧髯冃再|(zhì)以粘附電化活性物質(zhì) 的合適的材料。電化活性物質(zhì)優(yōu)選為二硫化鐵。值得注意的是，正電 極118沿著容器的軸向側(cè)壁和/或通過與罐的底部接觸而電連接至容 器112。如在以下更深入地討論的，電化活性物質(zhì)以增強正電極118 和容器112之間的電連接的方式附著至箔。絕緣材料(在圖1中未示出) 也可4皮用來防止正電極118的導電元件122與負極化的電池封閉件 114接觸，以防止內(nèi)部短^各。 一個或多個導電集流體(collector)極耳 (tab)(在圖1中同樣未示出)也可^支附著至正電極118并#:定位或彎曲 以進一步維持并增強在電池整個壽命期間的這種正性電接觸。在一個 優(yōu)選的實施方式中，由導電材料(例如銅、鎳或鍍鎳冷軋鋼)制成的集
18流體極耳被附著在電極118的軸向邊緣或其附近并被定向，其中集流 體極耳被向后圍繞其自身彎曲并超出凍輥的外圍，使得與容器112的 軸向側(cè)壁實現(xiàn)并維持電接觸。此集流器極耳與容器間的其他連接也是
可能的，包括但不限于，在容器112的底部連接和/或經(jīng)由一個或多個
集流體極耳的多個這樣的連接。但是，交替使用集流體極耳可能增加 電池內(nèi)的內(nèi)電阻、增加制造的復雜性、增加材料成本等等。因此，最 優(yōu)選的是，實行不需要這種集流體極耳的設(shè)計。
圖5A和5B提供了正極性罐的優(yōu)選的凍輥結(jié)構(gòu)如何不同于之前可 獲得負極性結(jié)構(gòu)的對比圖示。在圖5A的現(xiàn)有電池10中，電極組件 19包括正電極18和負電極20，它們被螺旋纏繞在一起并被設(shè)置在容 器12中。隔離物(未示出)被設(shè)置在正電極18和負電極20之間。注意， 與正電極相比，必須使用過量長度的負電極，因為負電極形成組件19 的最外層。在通常的AA尺寸容器(使用含鋰的負電極和具有二硫化鐵 的正電極)中，當完全松開時，負電極的長度(即，圍繞核心徑向地纏 繞的部分)最佳約為30.6cm，而正電極的長度最佳為28.8cm。因此， 在圖5A的現(xiàn)有電池10中，負電極20的長度被過量提供，其中徑向 松開的正電極與負電極的比例總是為l.O或更小，并導致沿電極組件 19的最外層的鋰的不完全利用，在那里不能與正電極18中對應(yīng)的二 石克化鐵層反應(yīng)。
圖5B顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的電池110。此處，正電 極118形成電極組件119的最外層。因此，負電極120的長度將短些。 例如，在利用鋰和二硫化鐵的AA尺寸容器中，與基于二硫化鐵的正 電極118的33.1 cm的長度相比，負電極120的徑向松開長度可被縮 短至29.9 cm。因此，電池110的徑向+〉開的正電才及與負電才及的比例 將超過1.0。盡管提供給電池110的鋰的量減少了 5%(與電池IO相比), 但獲得了相同的或改善的使用壽命，因為電池IIO內(nèi)的鋰在放電期間 會被充分利用。
在正電極118形成電極118、 120的凍輥結(jié)構(gòu)的最外層纏繞時，
19如上所迷，容器112將沿容器的軸向側(cè)壁和/或底部用作電化電池110 的正極端。電極118、 120的軸向長度基本上與容器112的縱向長度(通 常沿其中心軸)平行地延伸。正電極118的上端和負電極120的上端優(yōu) 選是同延的(coextensive)，且正電極集流體具有與所使用的隔離物的上 軸向末端(upper axial end)高度基本相等的上軸向末端且并不伸出?；?者，其中一個電極可被故意地制成比另一個大，以利于增強與電池封 閉件114或容器112的底部的電連接。
電池110的正電極118可含有一種或多種活性物質(zhì)，通常是微粒 形式。如果電化活性物質(zhì)不是唯一的，二硫化鐵(FeSO優(yōu)選作為主要 成分，但可使用任何合適的活性陰極物質(zhì)，且可包括例如FeS2、 CuO、 Mn02、 CFx和(CF)n。陰極物質(zhì)的選擇將直接影響最佳電解質(zhì)的化學相 容性和總體電池性能，頭部組件(header assembly)必須被特定地根據(jù)所 選擇的物質(zhì)進行設(shè)計，但其它陰極物質(zhì)也可使用，。
正電極118優(yōu)選為箔載體(foil carrier)形式，例如用化學活性物質(zhì) (通常為微粒形式)涂布的鋁。二硫化鐵是優(yōu)選的活性物質(zhì)。在Li/FeS2 電池中，活性物質(zhì)包含大于50重量。/。的FeS2。正電極18還可含有一 種或多種額外的活性物質(zhì)，這取決于所需的電池的電特性和放電特 性。額外的活性正電極物質(zhì)可以是任何合適的活性正電極物質(zhì)。例子 包括Bi203、 C2F、 CFX、 (CF)n、 CoS2、 CuO、 CuS、 FeS、 FeCuS2、 Mn02、 Pb2Bi20> S。
更優(yōu)選地，Li/FeS2電池正電極的活性物質(zhì)通常包含至少95重量 。/o的FeS2，理想的是包含至少99重量％的FeS2，且優(yōu)選地，F(xiàn)eS2是唯 一的活性正電極物質(zhì)。具有純度至少為95重量％的電池級FeS2可從 American Minerals, Inc., Camden, NJ, USA; Chemetall GmbH, Vienna, Austria; Washington Mills, North Grafton, MA;和Kyanite Mining Corp., Dillwyn, VA， USA獲得。
除了活性物質(zhì)，正電極混合物含有其他物質(zhì)。通常使用粘合劑來 將微粒物質(zhì)結(jié)合在一起，并將混合物粘附至集流體?？商砑右环N或多種導電物質(zhì)，例如金屬、石墨和炭黑粉末，以給混合物提供改善的電導率。所使用的導電物質(zhì)的量可取決于以下因素，例如活性物質(zhì)和粘合劑的電導率、在集流體上的混合物的厚度和集流體設(shè)計。也可使用
少量的多種添加劑以促進正電極制造和電池性能。以下是用于Li/FeS2電池正電極的活性物質(zhì)混合物材料的例子。石墨來自Timcal America,Westlake, OH, USA的KS-6和TIMREX MX1 5級合成石墨。炭黑來自Chevron Phillips Company LP, Houston, TX， USA的C55級乙炔黑。粘合劑由Polymont Plastics Corp.(之前的Polysar, Inc.)制造并可從Harwick Standard Distribution Corp., Akron, OH, USA獲得的乙烯/丙烯共聚物(PEPP);非離子水溶性聚環(huán)氧乙烷(PEO):來自DowChemical Company, Midland, MI, USA的POLYOX ;和來自KratonPolymers, Houston, TX的G1651級苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物。添加劑由Micro Powders Inc., Tarrytown, NY, USA制造的FLUO HT 微粉化聚四氟乙烯(PTFE)(可購自Dar-Tech Inc.,Cleveland, OH, USA)和來自 Degussa Corporation Pigment Group,Ridgefield. NJ的AEROSIL 200級火成二氧化石圭。
優(yōu)選的制造FeS2正電極的方法是將在高揮發(fā)性有機溶劑(例如三氯乙烯)中的活性物質(zhì)混合物材料的淤漿輥涂在鋁箔片的兩個側(cè)面上、干燥涂層以除去溶劑、砑光被涂布的箔以壓緊涂層、將被涂布的箔分裂成所需寬度并將分裂的正電極材料的條帶切割成所需長度。使用小粒度的正電極物質(zhì)以使刺破隔離物的風險最小化是合乎需要的。例如，在使用前，優(yōu)選通過230目(63pm)的篩子來篩選FeS2。通常的涂層厚度是100pm和更小。
在另一實施方式中，正電極包含具有預定平均粒度的FeS2顆粒，其由濕磨法(例如介質(zhì)研磨(media mill))或利用非機械研磨裝置的干磨法(例如噴射研磨(jet mill))制成。由平均粒度減小的FeS2顆粒制備的電化電池，無論電池尺寸，在任何給定的放電深度都表現(xiàn)出增加的電池電壓。較小的FeS2顆粒還使得在集流體上的正電極物質(zhì)的涂層可能較?。焕?，可使用約lOitim薄的涂層。優(yōu)選的FeS2材料及其制備方法已在美國專利申請系列笫11/020,339號和第11/155,352號中揭露，通過引用將兩篇申請全部合并至此文中。
箔載體可用作正電極的集流體，或者集流體可以其他方式坤皮設(shè)置在或被嵌入到正電極表面內(nèi)。就使用箔載體來說，正電極混合物可4皮涂布在薄金屬條帶或箔的一個側(cè)面或兩個側(cè)面上，且鋁是優(yōu)選的材料。只有箔的棵露的部分可延伸超過涂布有正電極混合物的部分，以使得與此文所述的容器12的各個部分(例如，容器的軸向側(cè)壁、容器的底部，等等)的電接觸更良好。
用于鋰電池，特別是鋰二硫化鐵電池的電解質(zhì)是非水電解質(zhì)且4又含有作為污染物的非常少量的水，例如，以重量計為每百萬份約500份不到。合適的非水電解質(zhì)含有一種或多種溶解在有機溶劑中的電解質(zhì)鹽?？墒褂萌魏芜m合的鹽，這取決于陽極和陰極活性物質(zhì)和所需的電池性能。例子包括溴化鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟石岸酸鉀、六氟胂酸鋰、三氟甲^t酸鋰和碘化鋰。合適的有機溶劑包括一種或多種以下溶劑碳酸二曱酯；碳酸二乙酯；碳酸二丙酯；碳酸甲'乙酯；碳酸乙二醇@旨(ethylene carbonate)、 碳酸丙二醇酉旨(propylenecarbonate);碳酸-l,2-丁二醇酯(l,2-butylene carbonate);》友酸誦2,3-丁二醇酯；甲酸甲酯(methaformate); "丁內(nèi)酯；環(huán)丁砜；乙腈；3,5-二甲基異噁唑；n,n-二甲基甲酰胺；和醚。鹽和溶劑混合應(yīng)提供足夠的電解電導率和電導率以滿足在所需溫度范圍內(nèi)的電池^:電需求。當醚凈皮用在溶劑中時，它們通常提供低粘度、良好的濕潤能力、良好的低溫放電性能和高速放電性能。合適的醚包括，但不限于，無環(huán)醚(例如1,2-二甲氧基乙烷(DME);l,2-二乙ll^乙烷；雙(甲氧基乙基)醚；三甘醇二甲醚、四甘醇二曱醚和二乙醚)、環(huán)醚(例如1，3-二氧戊環(huán)(DIOX)、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃和3-甲基-2-噁唑烷酮)和它們的混合物。
僅含作為污染物的非常少量的水(例如，以重量計每百萬份不超過
22池組電池中?？墒褂萌魏芜m合與鋰和活性正電極物質(zhì)一起使用的非水電解質(zhì)。電解質(zhì)含有一種或多種溶解在有機溶劑中的電解質(zhì)鹽。對于
Li/FeS2電池，合適的鹽的例子包括溴化鋰、高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟磷酸鉀、六氟胂酸鋰、三氟甲磺酸鋰和碘化鋰；且合適的有機溶劑包括一種或多種以下溶劑碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲'乙酯、碳酸乙二醇酯、碳酸丙二醇酯、碳酸-l,2-丁二醇酯、碳酸-2,3-丁二醇酯、甲酸曱酯、y-丁內(nèi)酯、環(huán)丁砜、乙腈、3,5-二甲基異噁唑、n,n-二曱基甲酰胺和醚。鹽/溶劑混合將提供足夠的電解電導率和電導率以滿足在所需溫度范圍內(nèi)的電池放電需求。醚通常是合乎需要的，因為它們通常具有低粘度、良好的濕潤能力、良好的低溫放電性能和良好的高速》文電性能。在Li/FeS2電池中尤其如此，因為醚比使用Mn02正電極更穩(wěn)定，因此可使用更高含量的醚。合適的醚包括，但不限于，無環(huán)醚，例如1，2-二曱氡基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、雙(甲氧基乙基)醚、三甘醇二甲醚、四甘醇二甲醚和二乙醚；環(huán)醚，例如1,3-二氧戊環(huán)、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃和3-甲基-2-噁唑烷酮。
池的電解質(zhì)。可改變電解質(zhì)鹽的摩爾濃度來改變電解質(zhì)的導電性。合適的含有一種或多種溶解在有機溶劑中的電解質(zhì)鹽的非水電解質(zhì)的例子包括，但不限于，在l,3-二氧戊環(huán)、1,2-二乙氧基乙烷和3,5-二甲基異噁唑(以重量計為24.80:60.40:0.20%)的溶劑混合物中的、濃度為1摩爾/升溶劑的三氟曱磺酸鋰(以重量計為14.60%)，其具有2.5 mS/cm的導電率；在1,3-二氧戊環(huán)、1,2-二乙氧基乙烷和3,5-二曱基異噁唑(以重量計為23.10:56.30:0.20%)的溶劑混合物中的、濃度為1.5摩爾/升溶劑的三氟曱磺酸鋰(以重量計為20.40%),其具有3.46 mS/cm的導電率；和在1，3-二氧戊環(huán)、1,2-二乙氧基乙烷和3,5-二甲基異噁唑(以重量計為63.10:27.60:0.20。/。)的溶劑混合物中的、濃度為0.75摩爾/升溶劑的硤化鋰(以重量計為9.10%)，其具有7.02 mS/cm的導電率。被用在本發(fā)明的電化電池中的電解質(zhì)具有的電導率通常大于約2.0 mS/cm,理
23想的是大于約2.5或約3.0 mS/cm，且優(yōu)選的是大于約4、約6或約7 mS/cm。
合適的隔離物材料是離子透過性的且是不導電的。合適的隔離物 的例子包括由例如聚丙烯、聚乙烯和超高分子量聚乙烯的材料制成的 微孔膜。用于Li/FeS2電池的合適隔離物材料可為得自Charlotte,North Carolina, USA的Celgard Inc.的CELGARD 2400微孔聚丙烯膜，和 Macedonia, New York, USA的Exxon Mobil Chemical Company的 Setella F20DHI微孔聚乙烯膜。固體電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)層也可尋皮 用作隔離物。
隔離物是薄微孔膜，它是離子透過性的且是不導電的。它能夠?qū)?至少一些電解質(zhì)保持在隔離物的孔中。隔離物被設(shè)置在陽極和陰極的 相鄰表面之間，以使電極彼此電絕緣。隔離物的多個部分也可使其他 與電池接線端電接觸的部件絕緣，以防止內(nèi)部短路。隔離物的邊緣通 常超出至少 一個電極的邊緣，以確保即使陽極和陰極彼此沒有完美地 排列，它們也不會電接觸。但是，使超出電極的隔離物的量最小化是 合乎需要的。
為提供良好的高功率放電性能，合乎需要的是，隔離物具有在美 國專利第5,290,414號中揭露的特性(孔的最小尺寸為至少0.005 且 最大尺寸不大于5 |am，孔隙率為30至70%,面積比電阻(area specific resisitance)為2至15歐姆-cm2，且曲率小于2.5)，通過引用據(jù)此并入 此文中。合適的隔離物材料還應(yīng)當足夠牢固，以經(jīng)受電池制造過程以 及在電池放電期間可能施加在隔離物上的壓力，且沒有裂縫(tear)、裂 痕、洞或其他繼續(xù)發(fā)展可導致內(nèi)部短路的缺口。另外的合適的隔離物 材料已在美國專利申請系列第11/020,339號和第11/155,352號中描 述，它們要求美國專利申請系列第10/719,425號的優(yōu)先權(quán)，此處通過 引用將其全部合并至此文中。
為使電池中的總隔離物體積最小化，隔離物應(yīng)當盡可能地薄，但 至少為約1 (iim或以上，以便在陰極和陽極之間存在物理性屏障，以防止內(nèi)部短路。即，隔離物厚度為約1 pm至約50 pm,理想的是約5 至約25 且優(yōu)選的是約10 至約16或約20 pm。所需的厚度將 部分取決于隔離物材料的強度和可能施加在提供電絕緣的隔離物上 的力的大小和位置。
用于鋰電池組的隔離膜通常由聚丙烯、聚乙烯或超高分子量聚乙 烯制成，優(yōu)選由聚乙烯制成。隔離物可以是單層雙軸取向的微孔膜， 或者兩層或多層可被層壓在一起以提供在正交方向所需的拉伸強度。 優(yōu)選為單層，以使成本最小化。合適的單層雙軸取向的聚乙烯微孔隔 離物可從Tonen Chemical Corp.獲得、可從EXXON Mobile Chemical Co., Macedonia, N.Y.， USA獲得。Setela F20DHI級隔離物具有20 的標稱厚度，而Setela 16MMS級具有16 的標稱厚度。
可使用任何合適的方法來封閉并密封電池。這樣的方法可包括， 但不限于，巻褶、重拉伸、夾持(colleting)和它們的組合。例如，對于 在圖1中的電池，在電極和絕緣錐體被插入后，在罐中形成凸緣(bead), 而襯墊和蓋子組件(包括電池蓋、接觸彈簧和排氣襯套)^t改置在罐的 開口端。當襯墊和蓋子組件被相對凸緣向下推動時，電池被支撐在凸 緣上。利用分段式套爪(segmented collet)來減小凸緣上方的罐的頂部的 直徑，以將襯墊和蓋子組件保持在電池中的適當位置。在電解質(zhì)^支通 過排氣襯套和蓋子中的孔洞分配至電池中后，將排氣球插入村套中以 密封在電池蓋中的孔洞。將PTC器件和端蓋;^文置在電池的電池蓋上 方，且使用巻褶模(crimping die)來使罐的頂部邊緣向內(nèi)彎曲，以保持 住襯墊、蓋子組件、PTC器件和端蓋，并通過襯墊來完成罐的開口端 的密封。
通過給電化電池提供上述電極組件，與相同尺寸的容器負性電池 相比較，可減少鋰或隔離物的量(優(yōu)選兩者都減少)，且可增加電池容 量。需要較少的鋰的一個原因是因為在容器負性電池的螺旋纏繞電極 的外包裏物上的鋰只從一側(cè)消耗或排放。實際上，與相似設(shè)計的負性 容器電池相比，AA尺寸正性容器電池所需的鋰的量可被減少約2.5y。，從而導致大量的材料節(jié)省。
由上述優(yōu)選的材料構(gòu)建三組電池。第 一組使用"標準的"負極性罐 制造，下文稱為對照組。第二組使用正極性罐且在正電極和罐之間只 有沿罐底部的電連接。第三組具有正極性罐和在正電極和罐之間的軸 向側(cè)壁電連接。
這些電池隨后在如下表1所示的持續(xù)耗電條件下被測試使用期限
(service tested)。注意，表1中的結(jié)果是作為總使用期限來記錄的，括 號內(nèi)的數(shù)字代表與對照組相比改善的百分數(shù)。
表l持續(xù)耗電性能
測試對照底部接觸壁接觸
500 mW至1.0 V506 min529 min (105%)543 min (107%)
1000 mW至1.0 V230 min244 min(106%)252 min (110%)
1500 mW至1.0 V132 min143 min (107%)148 min (110%)
明顯地，使用正極性容器制造的電池表現(xiàn)出高出對照組5-10%的 增加的性能。也可實現(xiàn)其他的好處，包括增加的低溫時性能、改善的 儲存壽命等等。
實施本發(fā)明的人和本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可對本發(fā)明作出各 種修改和改進，而不違背所揭露的想法的精髓。所提供的保護的范圍 由權(quán)利要求以及法律所允許的解釋的廣度來決定。
權(quán)利要求
1.一種電化電池，其包括具有開口端的容器；包含二硫化鐵的正電極；包含鋰的負電極；非水電解質(zhì)；設(shè)置在正電極和負電極之間的隔離物，其中隔離物、電解質(zhì)、正電極和負電極被設(shè)置在所述容器中；封住所述容器開口端的蓋子，所述蓋子不與所述容器電接觸；且其中所述正電極與所述容器電接觸，且所述負電極與所述蓋子的一部分電接觸。
2. 權(quán)利要求1的電化電池，其中所述蓋子進一步包含將蓋子密封 至容器的不導電部分。
3. 權(quán)利要求1的電化電池，其中所述蓋子進一步包含定向于所述 負電極和所述蓋子之間的導電元件。
4. 權(quán)利要求3的電化電池，其中所述導電元件被壓縮性地保持在 所述負電極和所述蓋子之間。
5. 權(quán)利要求4的電化電池，其中所述導電元件被成形為沿著至少 兩個單獨的位點與軸相交，所述軸通過所述蓋子和所述容器。
6. 權(quán)利要求4的電化電池，其中所述導電元件具有選自巻曲狀和 折疊狀的形狀。
7. 權(quán)利要求1的電化電池，其中所述正電極、所述負電極和所述 隔離物被纏繞在凍輥結(jié)構(gòu)中。
8. 權(quán)利要求7的電化電池，其中所述二硫化鐵被涂布在箔載體上， 且其中所述箔載體與所述容器直接電接觸。
9. 權(quán)利要求1的電化電池，其中所述二硫化鐵^皮涂布在箔載體 上，且其中所述箔載體與所述容器直接電接觸。
10. 權(quán)利要求1的電化電池，其中所述容器包含具有開口端的圓柱體。
11. 一種電化電池，其包括具有開口端的圓柱形容器；位于所述容器內(nèi)、用于原電化電池的螺旋纏繞的電極組件，所述 電極組件具有包含二硫化鐵的正電極、基于鋰的負電極、電解質(zhì)和設(shè) 置在所述電極之間的隔離物，所述二硫化鐵至少部分地被涂布在集流體上；端帽，其纟支制成一定大小以封住所述容器的開口端，其中所述端帽包括具有負極性的端蓋，且所述容器具有正極性；且其中所述圓柱形容器具有比所述端帽更大的內(nèi)部體積容量。
12. 權(quán)利要求11的電化電池，其中所述二硫化鐵被涂布在所述集 流體的相對側(cè)面。
13. 權(quán)利要求11的電化電池，其中所述集流體是金屬箔。
14. 權(quán)利要求11的電化電池，其中所述端帽包括不導電襯墊，所 述不導電襯墊在所述端帽和所述容器之間形成密封。
15. 權(quán)利要求11的電化電池，其進一步含有位于所迷電極組件和 所迷端帽之間的陽極極耳。
16. 權(quán)利要求15的電化電池，其中所述陽極極耳不與所述端帽有 任何固定連接。
17. 權(quán)利要求15的電化電池，其中所述圓柱形容器的側(cè)壁界定出 基本上平行于所述側(cè)壁的軸，且其中所述陽極極耳在至少兩個單獨的 位點與所述軸縱向相交。
18. 權(quán)利要求15的電化電池，其中所述陽極極耳具有選自巻曲狀 和折疊狀的形狀。
19. 權(quán)利要求11的電化電池，其中所述陽極極耳是電絕緣的。
20. 權(quán)利要求11的電化電池，其中所述容器包含鋁。
21. 權(quán)利要求11的電化電池，其中所述端帽包括與所述電才及組件電接觸的接觸彈簧。
22. 權(quán)利要求11的電化電池，其中所述端帽包括電絕緣錐體。
23. —種電化電池，其包括 具有開口端的圓柱形容器；橫越安裝在所述開口端但與任何與容器的電接觸絕緣的蓋子； 位于所述容器內(nèi)的螺旋纏繞的電極組件，所述電極組件具有正電 極、負電極、電解質(zhì)和設(shè)置在所述正電極和負電極之間的隔離物，其 中所述正電極與所述容器正性電接觸，而所述負電極與所述蓋子負性 電4妾觸；和設(shè)置在所述蓋子和所述電極組件之間的接觸組件，其中所述"t妄觸 組件與所述負電極電接觸。
24. 權(quán)利要求23的電化電池，其中所述正電極被涂布在箔載體上， 所述箔載體與所述容器電接觸。
25. 權(quán)利要求23的電化電池，其中所述接觸組件與所述蓋子非固 定電連接。
26. 權(quán)利要求23的電化電池，其中所述正電極和所述負電極各自 具有徑向松開的長度，且其中正電極的長度與負電極的長度的比率超 過1.0。
27. 權(quán)利要求1的電化電池，其中所述容器包含鋁。
28. —種制造電化電池的方法，其包括 提供具有開口端的圓柱形容器；螺旋纏繞包含正電極、含鋰負電極和隔離物的電極組件，所述隔 離物設(shè)置在所述正電極和負電極之間，使得所述正電極形成所述電極 組件的最外層；將所述電極組件放置在所述容器內(nèi)，使得所述容器與所述電極組 件正性電4妄觸；和用蓋子密封所述容器，使得所述蓋子與所述電極組件負性電接觸。
29. 權(quán)利要求28的方法，其中所述正電極包含二硫化鐵。
30. 權(quán)利要求28的方法，其中所述正電極和所述負電極各自具有徑向松開的長度，且其中所述正電極的長度與所述負電極的長度的比率超過1.0。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電化電池，特別是一種具有帶正極性的容器的電化電池。在一個實施方式中，所述電池是原電池，其包括具有鋰負電極和優(yōu)選包含二硫化鐵的正電極的電極組件。該電池被提供有螺旋纏繞的電極組件，其中正電極的一部分接觸容器。在一個實施方式中，正電極集流體接觸容器。負電極包括導電元件，其與電池的蓋子電接觸并給蓋子提供負極性。在優(yōu)選的實施方式中，導電元件與電池蓋的一部分壓力接觸。本發(fā)明還提供一種制造這樣的電池的方法。
文檔編號H01M2/02GK101517774SQ200780035303
公開日2009年8月26日 申請日期2007年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月26日
發(fā)明者D·A·凱普林, J·W·馬普爾 申請人:永備電池有限公司