CN101485016A - 锂电池 - Google Patents

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Abstract

一次电池，该一次电池具有包含锂的阳极和包括二硫化铁(FeS2)与碳颗粒的阴极。电解质包含溶解于非水溶剂混合物中的锂盐，所述非水溶剂混合物包括环状碳酸酯，其包含抑制电压滞后的添加剂，碘或溴。制备的阴极浆液包含二硫化铁粉末、碳、粘合剂、以及液体溶剂。将混合物涂覆到导电基底上，溶剂蒸发而在基底上留下干燥的阴极涂层。将隔板位于其间的阳极与阴极螺旋卷绕并插入到电池壳体中，随后添加电解质。

Description

锂电池
发明领域
本发明涉及锂电池，所述锂电池具有包含锂的阳极和包含二硫化铁的阴极以及包含锂盐和非水溶剂的电解质，所述非水溶剂包含元素碘。
发明背景
含有锂阳极的一次(不可充电)电化学电池为众人所知并具有广泛的商业应用。阳极基本上由锂金属组成。此类电池通常具有包含二氧化锰的阴极和包含溶解在非水溶剂中的锂盐的电解质，所述锂盐为例如三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)。
该种电池就是本领域中提及的一次锂电池(一次Li/MnO2电池)，其一般不旨在为可充电的。具有锂金属阳极但具有不同阴极的另外一种一次锂电池也为人们所知。此类电池例如具有包含二硫化铁(FeS2)的阴极并被指定为Li/FeS2电池。二硫化铁(FeS2)也称硫铁矿。Li/MnO2电池或Li/FeS2电池通常为圆柱形电池形式，通常为AA号电池或2/3A Li/MnO2电池。Li/MnO2电池具有约3.0伏的电压，该电压是常规Zn/MnO2碱性电池的两倍，Li/MnO2电池还具有高于碱性电池的能量密度(每立方厘米电池体积的瓦特-小时数)。Li/FeS2电池具有介于约1.2和1.5伏之间的电压(新制的)，这一电压大约与常规的Zn/MnO2碱性电池相同。然而，Li/FeS2电池的能量密度(每立方厘米电池体积的瓦特-小时数)也远高于对等尺寸的Zn/MnO2碱性电池。锂金属的理论比容量高，为3861.7毫安小时/克，而FeS2的理论比容量为893.6毫安小时/克。FeS2的理论容量是基于每个FeS2对4Li的4个电子转移，导致的反应产物为元素铁Fe和2Li2S。也就是说，4个电子中的2个使FeS2中的Fe+2价态还原为Fe，而余下的2个电子使硫的化合价从FeS2中的-1还原至Li2S中的-2。
整体Li/FeS2电池比相同尺寸的Zn/MnO2碱性电池能量大得多。也就是说，对于给定的连续耗用电流，尤其是超过200毫安的较高耗用电流，在电压对时间的曲线中，Li/FeS2电池比Zn/MnO2碱性电池的电压下降慢很多。导致的结果是，可以由Li/FeS2电池得到的能量大于可以由相同尺寸的碱性电池得到的能量。从能量(瓦特-小时数)对恒定功率(瓦特)下的连续放电的图表中也更直接清楚地显示出了Li/FeS2电池的高能量输出，其中新电池在低至0.01瓦特到5瓦特的固定连续功率输出下放电至完全。在此类测试中，功率消耗维持在选定的0.01瓦特与5瓦特之间的恒定连续功率输出。(由于放电期间电池的电压下降，负载电阻逐渐减小，提高了耗用电流，从而维持固定的恒功率输出)。在能量(瓦特-小时数)对功率输出(瓦特)的图表中，Li/FeS2电池显著地高于相同尺寸的碱性电池。尽管两个电池(新制)的起始电压大约相同，即介于约1.2和1.5伏之间。
因此，Li/FeS2电池与例如AAA、AA、C或D尺寸或任何其它尺寸电池的相同尺寸的碱性电池相比具有以下优点：Li/FeS2电池可以与常规的Zn/MnO2碱性电池互换使用，并且将具有更长的使用寿命，尤其是在高功率要求的情况下。同样，作为一次(非再充电)电池的Li/FeS2电池可以用来替换相同尺寸的可充电镍金属氢化物电池，后者具有与Li/FeS2电池大约相同的电压(新制)。
Li/MnO2电池与Li/FeS2电池均需要非水电解质，因为锂阳极会与水高度反应。与Li/FeS2电池制造有关的困难之一为需要将上等的粘合材料添加到阴极制剂中，以将Li/FeS2与碳颗粒在阴极中粘合在一起。粘合材料还必须具有足够粘性，以使得阴极涂层均匀且牢固地粘附到其所涂敷的金属导电基底上。
阴极材料可最初以例如浆液混合物的形式制备，所述浆液混合物可容易通过常规的涂覆方法涂覆到金属基底上。添加到电池中的电解质必须为用于Li/FeS2体系的适当的非水电解质，使得在所需的高功率输出范围内有效发生必要的电化学反应。电极必须表现出良好的离子电导性，并且还要对未放电的电极材料(阳极和阴极)以及对所得放电产物足够稳定。这是由于电解质与电极材料(已放电的或未放电的)之间不可取的氧化/还原反应可能会逐渐污染电解质并将降低其有效性或导致过量放气。这继而会导致对电池的灾害性破坏。因此，用于Li/FeS2电池中的电解质除了促进必要的电化学反应之外，还应对已放电和未放电的电极材料稳定。
一次锂电池用作数码闪光照相机的电源，这种相机需要在比单独的碱性电池所提供的较高的功率需量下操作。一次锂电池常规上由电极复合材料形成，所述材料包括由锂片形成的阳极、由在导电金属基底(阴极基底)上包含FeS2的阴极活性材料涂层形成的阴极、以及位于其间的电解质可渗透的隔离材料片。可将电极复合材料螺旋卷绕并插入到电池壳体中，例如，如美国专利4,707,421所示。用于Li/FeS2电池的阴极涂层混合物描述于U.S.6,849,360中。阳极片的一部分通常电连接到电池壳体上形成电池的负端子。用与壳体绝缘的端帽封闭电池。阴极片可电连接到端帽上形成电池的正端子。通常将壳体卷曲在端帽的周边边缘上以密封壳体的开口端。
可通过将一层锂层压到诸如铜的金属基底上形成Li/FeS2电池中的阳极。然而，阳极也可在不用任何基底的情况下由锂片形成。
用于一次Li/FeS2电池中的电解质由溶解于“有机溶剂”中的“锂盐”形成。可在用于Li/FeS2一次电池的电解质中使用的代表性锂盐参考于美国专利5,290,414和美国专利6,849,360 B2中，并包括诸如以下的盐：三氟甲基磺酸锂，LiCF3SO3(LiTFS)；二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂，Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)；碘化锂，LiI；溴化锂，LiBr；四氟溴化锂，LiBF4；六氟磷酸锂，LiPF6；六氟砷酸锂，LiAsF6；Li(CF3SO2)3C，以及各种混合物。
在本领域中参考以用于与有机溶剂(所述溶剂用于一次Li/FeS2电池的电解质中)相关的可能用途的一些有机溶剂的实例如下：碳酸丙二酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)、碳酸丁二酯(BC)、二甲氧基乙烷(DME)、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚和三乙二醇二乙醚、二甲氧基丙烷(DMP)、二氧戊环(DIOX)、3，5-二甲基异唑(DMI)、四氢呋喃(THF)、碳酸二乙酯(DEC)、亚硫酸乙二醇酯(EGS)、二氧戊环、硫酸二甲酯(DMS)、3-甲基-2-噁唑烷酮和环丁砜(SU)，以及各种混合物。(参见例如美国专利5,290,414和U.S.6,849,360B2)。
美国专利5,290,414中具体报导了用于FeS2电池的有益电解质的使用，其中所述电解质包含溶解于溶剂中的锂盐，所述溶剂包含与无环(非环)酯基溶剂混合的二氧戊环。所参考的无环(非环)酯基溶剂可以为二甲氧基乙烷、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚和三乙二醇二乙醚，其中优选1-2二甲氧基乙烷(DME)。在此类溶剂混合物中可电离的具体锂盐给定为LiCF3SO3(LiTFS)或Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)，或它们的混合物。共溶剂选自3，5-二甲基异唑(DMI)、3-甲基-2-噁唑烷酮、碳酸丙二酯(PC)、碳酸乙二酯(EC)、碳酸丁二酯(BC)、和环丁砜。
美国专利6,849,360B2中具体描述了用于Li/FeS2电池的电解质，其中所述电解质包含溶解于有机溶剂混合物中的碘化锂盐，所述有机溶剂混合物包含1，3-二氧杂环戊烷(DIOX)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、以及少量的3，5-二甲基异唑(DMI)。
因此，由以上代表性参考显而易见的是用来与任何一种或多种锂盐联合以生产用于Li/FeS2电池的合适电解质的具体有机溶剂或不同有机溶剂的混合物的选择具有挑战性。这并不是说锂盐与有机溶剂的许多组合使得Li/FeS2电池完全不工作。而是与利用仅仅用锂盐和有机溶剂的任何组合形成的电解质的此类电池相关的问题是所遇到的问题将有可能非常棘手，因此使得电池对于商业惯例不切实际。锂电池(一般来讲无论是锂一次电池，如Li/MnO2、Li/FeS2、或可充电锂或锂离子电池)的开发历史表明仅仅锂盐与有机溶剂的任何组合不会期望得到优良的电池，即表现出优良可靠的性能。
作为声称有利电解质混合物的实例，以上参考显示出与无环(非环)酯基溶剂(优选地1，2-二甲氧基乙烷(DME))组合的二氧戊环的有利使用，以生产与常规锂盐利用相关的有效电解质。然而，二氧戊环具有成本和处理的缺点。
因此，期望采用用于Li/FeS2电池电解质的溶剂，所述溶剂比二氧戊环具有更高的性价比和更容易处理。此类溶剂为例如碳酸乙二酯(EC)和碳酸丙二酯(PC)，它们比二氧戊环更廉价且更易存储和处理。单独的或混合的并且也可与二甲氧基乙烷(DME)混合的碳酸乙二酯(EC)和碳酸丙二酯(PC)已生产出用于电解质(用于与Li/MnO2电池相关的电池中)的非常合适的溶剂，尤其是当用于电解质的锂盐包括LiCF3SO3(LITFS)时(参见例如U.S.6,443,999 B1)。
然而，用此类电解质和电解质溶剂体系(即，包括碳酸乙二酯(EC)和碳酸丙二酯(PC)溶剂，同时在Li/MnO2电池中有效)实验导致在Li/FeS2电池情况下采用时的本身缺陷。困难之一为此类碳酸乙二酯/碳酸丙二酯电解质溶剂混合物趋于造成或加剧锂钝化的问题，所述钝化通常在Li/FeS2电池放电过程期间至少在一定程度上发生。由于阳极中锂金属表面与电解质(尤其是电解质溶剂)逐渐反应，在Li/FeS2电池放电或存储期间发生锂钝化。在锂金属表面上逐渐形成不溶性层，其趋于钝化锂金属表面。此类表面层(一些比其它更具削弱力)可降低电池放电期间涉及锂阳极金属的电化学反应速率，从而干扰正常的电池性能。
用于Li/FeS2电池的碳酸乙二酯/碳酸丙二酯电解质溶剂混合物的使用所遇到的另一个问题为此类溶剂趋于造成或加剧最初电压滞后(电压降低)的问题，该问题可通常发生在电池使用的初始阶段或初始期。可发生在新的电池使用周期开始时的此类电压下降可短期内降低电池的工作电压，从而妨碍达到所预期的一致、可靠的电池性能。电压滞后通常与电池的内阻增加有关，并通常与锂阳极上钝化层的电阻有关。
因此期望生产其内采用有效电解质的Li/FeS2电池，所述电解质通过阻止或延迟锂阳极表面上削弱性钝化层的形成而降低或压制锂阳极钝化速率。
期望生产其内含有有效电解质的Li/FeS2电池，所述电解质减少任何新放电阶段开始时电压滞后(电压降低)的量，或者防止正常电池使用期间任何显著的电压滞后。
具体地讲，期望生产用于Li/FeS2电池的电解质，其中所述电解质包含环状有机碳酸酯溶剂，具体地讲为环状碳酸二酯，例如但不限于碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸丁二酯、以及它们的混合物。(应当理解，尽管这些上述碳酸酯为环状碳酸二酯，但它们在本领域常规上参考为以上命名的碳酸乙二酯、碳酸丙二酯和碳酸丁二酯。)
期望生产用于Li/FeS2电池的电解质，其中所述电解质包含不含二氧戊环的溶剂。
发明概述
本发明涉及锂一次电池，其中阳极包含锂盐。锂可与少量其它金属(例如铝)形成合金，所述锂通常包含小于约1％重量的锂合金。形成阳极活性材料的锂优选为薄箔形式。电池具有包含阴极活性材料二硫化铁(FeS2)，通常被称作“硫铁矿”的阴极。电池可为纽扣(硬币)电池或扁平电池。理想地，电池可为螺旋卷绕电池形式，所述螺旋绕卷电池包括螺旋卷绕的阳极片和阴极复合材料片以及位于所述阳极片和所述阴极复合材料片之间的隔板。利用浆液法将包含二硫化铁(FeS2)颗粒的阴极混合物涂覆到导电金属基底上来生产阴极片。期望利用弹性体，优选地诸如Kraton G1651弹性体(Kraton Polymers，Houston，Texas)的苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物将FeS2颗粒粘附到导电金属基底上。这种聚合物为成膜剂，并对阴极混合物中的FeS2颗粒以及导电性碳粒添加剂具有良好的亲和力和粘结性。
在本发明的一个方面，阴极由包含二硫化铁(FeS2)粉末、导电性碳粒、粘合剂材料和溶剂的阴极浆液形成。(如本文所用，术语“浆液”将具有其平常的字典意义，并因此可被理解为是指包含固体颗粒的润湿混合物。)将润湿阴极浆液涂覆到诸如铝片或不锈钢片的导电基底上。导电基底用作阴极集电器。随后蒸发溶剂，留下包含彼此粘附性连接的二硫化铁材料和碳颗粒(优选地包括炭黑)的干燥阴极涂层混合物，其中干燥涂层粘附到导电基底上。优选的炭黑为乙炔黑。碳可任选包括共混在其内的石墨颗粒。
在润湿阴极浆液涂覆到导电基底上之后，将被涂覆的基底置于烘箱内并高温加热直至溶剂蒸发。所得产物为粘附到导电基底上的包含二硫化铁和碳颗粒的干燥的阴极涂层。基于干重，阴极优选包含按重量计不超过4％的粘合剂，以及按重量计介于85％和95％之间的FeS2。润湿阴极浆液中的固体(即FeS2颗粒与导电性碳粒)含量按重量计介于55％和70％之间。阴极浆液的粘度范围为约3500至15000mPas。(mPas＝mNewton x sec/m2)
在本发明的另一方面，理想的非水电解质包含溶解于有机溶剂中的锂盐。电解质溶剂包括环状有机碳酸酯、优选为环状碳酸二酯，例如碳酸乙二酯、碳酸丙二酯或碳酸丁二酯以及它们的混合物。(电解质溶剂也可包括碳酸二甲酯和/或碳酸甲乙酯)。
优选的电解质溶剂理想地包括与二甲氧基乙烷(DME)(分子式C4H10O2)混合的碳酸丙二酯(PC)(分子式C4H6O3)和/或碳酸乙二酯(EC)(分子式C3H4O3)。碳酸丙二酯和碳酸乙二酯为环状有机碳酸酯。这些溶剂的基本物性数据易得，例如，在由Gessner G.Hawley，Van NostrandReinhold Company修订的Condensed Chemical Dictionary，第10版中。也可获得另外的性质和分子式，例如，通过将以上溶剂名称碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸丁二酯和二甲氧基乙烷输入到Google搜索网址：www.Google.com中。优选的电解质溶剂包括与1，2-二甲氧基乙烷(DME)混合的碳酸丙二酯(PC)和碳酸乙二酯(EC)的混合物。这些溶剂中的每一种耐FeS2的氧化并且对Li/FeS2体系的放电产物稳定。此类溶剂混合物不会不利地干扰粘合剂材料的性能。例如，此类溶剂混合物不会以显著干扰粘合剂性能的足够程度与弹性体粘合剂(如Kraton G1651苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)反应。优选地，电解质溶剂混合物包含介于约50％和95％体积之间的二甲氧基乙烷(DME)、介于约2％和30％体积之间的碳酸丙二酯(PC)、以及介于约1％和30％体积之间的碳酸乙二酯(EC)。电解质溶剂混合物可以不含二氧戊环，换句话讲，可以包含检测不到其含量的二氧戊环。电解质溶剂混合物可以基本上不含二氧戊环，换句话讲，仅仅包含痕量二氧戊环，例如小于溶剂混合物的100ppm，例如小于50ppm的二氧戊环，例如小于25ppm的二氧戊环。在如此低的浓度下，将预料到痕量二氧戊环不会起到任何具体作用。
已确定用于本发明的Li/FeS2电池的理想电解质混合物包含溶解于有机溶剂混合物中的锂盐：三氟甲基磺酸锂，LiCF3SO3(LiTFS)与二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂，Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)，所述有机溶剂混合物包含二甲氧基乙烷(DME)、碳酸丙二酯(PC)、和碳酸乙二酯(EC)。(二甲氧基乙烷通常为1，2-二甲氧基乙烷。)已确定优选的电解质混合物为包含溶解于有机溶剂混合物中的以下组分的电解质溶液：0.9摩尔浓度(0.9摩尔/升)的LiCF3SO3(LiTFS)和/或Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)盐，所述有机溶剂混合物包含约75％体积的二甲氧基乙烷(DME)、15％体积的碳酸丙二酯(PC)、以及10％体积的碳酸乙二酯(EC)。期望将元素碘(I2)添加到此类用于Li/FeS2电池的电解质混合物中。作为另外一种选择，可将元素溴或元素碘与溴的混合物添加到此类用于Li/FeS2电池的电解质混合物中。优选地将元素碘添加到电解质混合物中，以便其含量介于电解质混合物的约0.01％和5％重量之间，优选地为电解质混合物的约0.5％重量。(也可以将元素溴或元素碘与溴的混合物添加到电解质混合物中，以便其含量介于电解质混合物的约0.01％和5％重量之间，优选地为电解质混合物的约0.5％重量。)几乎所有添加到电解质混合物中的元素碘保持其元素形式，换句话讲，在添加时不转化成离子形式。据估计至少90％的添加元素碘(或溴)在添加到以上电解质溶剂混合物中时保持元素形式。(如本文所用，术语“元素碘”包括碘I0，以及标准二价态的碘I2。同样，如本文所用，术语“元素溴”包括溴Br0，以及标准二价态的溴Br2。)
已确定此类包含元素碘的电解质混合物解决了电压滞后(电压降低)的问题，否则该问题会在采用包含诸如碳酸乙二酯(EC)和/或碳酸丙二酯(PC)的环状有机碳酸酯溶剂的电解质的新Li/FeS2电池放电开始时发生。换句话讲，当将元素碘(I2)添加到以上包含二甲氧基乙烷(DME)、碳酸丙二酯(PC)和碳酸乙二酯(EC)的电解质溶剂混合物中时，基本上未观察到电压滞后或电压滞后大大降低。
已确定与包含碳酸乙二酯和/或碳酸丙二酯溶剂而无元素碘添加到其上的电解质混合物相比，此类已添加元素碘的电解质混合物还降低了Li/FeS2电池阳极中锂钝化的速率。
如果将包含FeS2粉末和导电性碳的阴极浆液涂覆到铝基片(阴极集电器)上，则电解质中元素碘的存在还可延迟铝表面腐蚀的速率，该腐蚀可在Li/FeS2电池正常使用或存储期间发生。
不能确切地知道为什么将少量的游离元素碘添加到包括环状有机碳酸酯(例如碳酸乙二酯和碳酸丙二酯)的电解质溶剂中可用来延迟电压滞后并降低Li/FeS2电池中锂阳极钝化的速率。据推理，所述有益效果可能是由于添加的碘影响了Li阳极上钝化层的组成及电阻。这看来是有利的，尤其是在Li/FeS2电池放电时，特别是在脉冲放电方案下。这继而可降低脉冲放电方案初始阶段电压滞后(电压降低)的可能。(如果发生的话，Li/FeS2电池中的此类电压滞后通常将发生在初始阶段内，例如在脉冲放电方案的前50次脉冲内。)
包含环状有机碳酸酯(例如碳酸乙二酯和碳酸丙二酯)的电解质溶剂混合物中元素碘的存在还表现出改变钝化层的化学性质，该钝化层在Li/FeS2电池放电时逐渐在锂阳极表面上形成。与使用不含碘添加剂的相同的碳酸酯电解质溶剂相比，锂阳极上表面层改变的组成表现出延迟的锂阳极钝化速率。
据预测可通过将元素溴或少量元素溴与碘的混合物添加到碳酸乙二酯/碳酸丙二酯电解质溶剂中而获得类似的有益效果。尽管还未进行溴添加剂对用于Li/FeS2电池的此类电解质溶剂的真实测试，但是可预测到类似于用碘添加剂获得的有益效果，因为元素溴的性质类似于碘的性质。据预测溴(或溴与碘的混合物)将类似于碘影响Li上钝化层的组成。
本发明的电解质溶剂混合物也不会与电极材料或放电产物反应或者导致正常使用期间的过量放气。本发明的电解质混合物可有利地在用于Li/FeS2电池体系的硬币(纽扣)电池或卷绕电池中采用。
附图概述
图1A为本发明改善的Li/FeS2电池(如纽扣电池实施方案中所列出的)的剖面图。
图1为本发明改善的Li/FeS2电池(如圆柱形电池实施方案中所列出的)的等轴视图。
图2为沿图1的视准线2-2截取的电池的局部横截面剖视图，以示出电池的顶部和内部。
图3为沿图1的视准线2-2截取的电池的局部横截面剖视图，以示出螺旋卷绕电极组件。
图4为显示包括电极组件的各层设置的示意图。
图5为图4的电极组件的平面图，其各层中的每层都有部分剥离，以示出下面的层。
发明详述
本发明的Li/FeS2电池可为扁平纽扣电池或螺旋卷绕电池形式。理想的纽扣电池100构型示于图1A中，所述构型包括锂阳极150和包含二硫化铁(FeS2)的阴极170，隔板160置于其间。
如同电池100的Li/FeS2电池具有以下基本放电反应(一步机理)：
阳极：
4Li＝4Li++4e              式1
阴极：
FeS2+4Li++4e＝Fe+2Li2S     式2
总反应：
FeS2+4Li＝Fe+2Li2S         式3
Li/FeS2测试载体的实例为图1A所示的纽扣电池100，其可为一次(非再充电)电池形式。在纽扣电池100(图1A)中，盘型圆柱形阴极外壳130形成为具有开口端132和封闭端138。阴极外壳130优选由镀镍钢形成。将优选为具有空核的塑料圆柱形构件的电绝缘构件140插入到外壳130中，以便绝缘构件140的外表面与外壳130的内表面邻接并对齐。作为另外一种选择，外壳130的内表面可涂覆有固化到绝缘体140中的聚合材料，绝缘体140邻接外壳130的内表面。绝缘体140可形成于多种热稳定绝缘材料，例如尼龙或聚丙烯。
得自Dexmet Corporation(Branford，CT))(316L-SS x-met，得自Dexmet Corporation(Branford，CT))(316L-SS x-met，得自DexmetCorporation(Branford，CT))(316L-SS x-met，得自DexmetCorporation(Branford，CT))。包含分散于其内的二硫化铁(FeS2)粉末的阴极170可以浆液形式制备，所述浆液被涂覆到导电基片115上以形成阴极复合材料。优选地，导电基片115由如上所述的铝(或铝合金)片形成，并且可在其内具有多个小孔，因此形成网格。作为另外一种选择，导电基片115可为不锈钢片，理想地为其内具有多个小孔的膨胀不锈钢金属箔形式。
阴极浆液包含2％至4％重量的粘合剂(Kraton G1651弹性体粘合剂，得自Kraton Polymers，Houston Texas)；50％至70％重量的活性FeS2粉末；4％至7％重量的导电性碳(炭黑与石墨)；以及25％至40％重量的溶剂。(炭黑可全部或部分包含乙炔黑碳颗粒。因此，如本文所用，术语将被理解为延伸至并包括炭黑和乙炔黑碳颗粒。)Kraton G1651粘合剂为弹性体嵌段共聚物(苯乙烯-乙烯/丁烯(SEBS)嵌段共聚物)，其为成膜剂。该粘合剂对于活性FeS2及炭黑颗粒具有足够的亲和力，以有利于润湿阴极浆液的制备并保持这些颗粒在溶剂蒸发之后彼此接触。FeS2粉末可具有介于约1和100微米之间，理想地介于约10和50微米之间的平均粒度。理想的FeS2粉末以商业命名Pyrox Red 325粉末得自Chemetall GmbH，其中FeS2粉末具有足够小的粒度以至于颗粒将通过目尺寸为325(0.045mm的筛孔)的泰勒筛。(未通过325目筛网的FeS2颗粒的残余量为最多10％。)石墨以商业命名Timrex KS6石墨得自TimcalLtd.。Timrex石墨为高度结晶的人造石墨。(可采用的其它石墨选自天然石墨、人造石墨、或膨胀石墨以及它们的混合物，但Timrex石墨由于其高纯度而优选。)炭黑以商业命名Super P导电炭黑(62m2/g的BET表面)得自Timcal Co.。
溶剂优选地包括以商品名ShellSol A100烃溶剂(Shell ChemicalCo.)购得的C9-C11(主要为C9)芳烃的混合物以及以商品名Shell SolOMS烃溶剂(Shell Chemical Co.)购得的主要异链烷烃(平均分子量166，芳族含量小于0.25％重量)的混合物。ShellSol A100与ShellSolOMS溶剂的重量比率理想地为4:6的重量比率。ShellSol A100溶剂为主要包含芳烃(超过90％重量的芳烃)，主要为C9至C11芳烃的烃混合物。ShellSol OMS溶剂为异链烷烃(98％重量的异链烷烃，分子量约166)，其中具有小于0.25％重量的芳烃含量。可利用双行星搅拌器分散浆液制剂。干燥粉末在添加到搅拌钵内的粘合剂溶液中之前首先共混以确保均匀性。
优选的阴极浆液混合物列于表1中：
表I
阴极浆液
 
润湿浆液(重量％)
粘合剂(Kraton G1651) 2.0
烃溶剂(ShellSol A100) 13.4
(ShellSol OMS) 20.2
FeS2粉末(Pyrox Red 325) 58.9
石墨(Timrex KS6) 4.8
炭黑(Super P) 0.7
总共 100.0
润湿阴极浆液混合物170中的总固体含量示于上表1中，为66.4％重量。
利用间歇辊涂技术将润湿阴极浆液170施加到集电器115上。如上所指出，集电器片115在施加润湿阴极浆液之前任选地用碳基底层172预涂覆。在烘箱中逐渐调整或增加温度由40℃的初温至约130℃的终温以干燥涂覆在金属基底115上的阴极浆液，直至溶剂已全部蒸发。(以这种方式干燥阴极浆液避免断裂。)这样就在金属基底115上形成了包含FeS2、碳颗粒和粘合剂的干燥阴极涂层170。随后使涂覆的阴极在压延辊之间通过以获得理想的阴极厚度。干燥阴极涂层170的代表性理想厚度介于约0.172mm和0.188mm之间，优选地约0.176mm。干燥的阴极涂层170因此具有以下理想配方：FeS2粉末(89％重量)；粘合剂(Kraton G1651)，3％重量；石墨(Timrex KS6)，7％重量；以及炭黑(Super P)，1％重量。炭黑(Super P炭黑)形成改善导电性的碳网络。
随后，可将包括集电器片115、阴极基底层172、以及其上的干燥阴极涂层170的阴极复合材料插入到阴极外壳130中。接着，可将优选包括微孔聚丙烯的隔离膜板160插在阴极涂层170之上。
可添加非水电解质混合物以便其被吸收到隔板和阴极涂层中。理想的非水电解质包括溶解于有机溶剂中的锂盐或锂盐的混合物。理想的溶剂包含二甲氧基乙烷(DME)、碳酸亚丙酯(PC)、和碳酸乙二酯(EC)。优选地，二甲氧基乙烷(DME)的含量介于电解质溶剂混合物的约50％和95％体积之间，碳酸丙二酯(PC)的含量介于电解质溶剂混合物的2％和30％体积之间，而碳酸乙二酯(EC)的含量介于电解质溶剂混合物的1％和30％体积之间。已确定用于Li/FeS2电池的理想电解质包括溶解于如上有机溶剂混合物中的锂盐：具有化学式LiCF3SO3的三氟甲基磺酸锂，其可简称为LiTFS，和/或具有化学式Li(CF3SO2)2N的二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂，其可简称为LiTFSI，优选以混合形式，所述有机溶剂混合物包含二甲氧基乙烷(DME)、碳酸丙二酯(PC)、和碳酸乙二酯(EC)。
已确定，优选的电解质为包含溶解于有机溶剂混合物中的以下组分的电解质溶液：0.9摩尔浓度(0.9摩尔/升)的LiCF3SO3(LiTFS)和/或Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)盐，所述有机溶剂混合物包含约75％体积的二甲氧基乙烷(DME)、15％体积的碳酸丙二酯(PC)、以及10％体积的碳酸乙二酯(EC)。优选地，两种锂盐LiCF3SO3(LiTFS)和Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)以约4:5的重量比率溶解于以上优选的电解质中。电解质混合物理想地基于每克FeS2约0.4克电解质溶液添加。
在另一个实施方案中，Li/FeS2电池可为如图1所示的圆柱形电池10的构型。圆柱形电池10可具有螺旋卷绕的阳极片40、阴极60，隔离膜板50位于阳极片和阴极之间，如图2至5所示。除了阴极组合物的差异之外，Li/FeS2电池10的内部构型可类似于美国专利6,443,999中所示出并描述的螺旋卷绕构型。如图中所示的阳极片40包括锂金属，而阴极片60包括通常被称作“硫铁矿”的二硫化铁(FeS2)。电池优选为如图中所示的圆柱形，并且可为任何尺寸，例如AAAA号(42 x 8mm)、AAA号(44 x9mm)、AA号(49 x 12mm)、C号(49 x 25mm)和D号(58 x 32mm)。因此，图1中所描画的电池10也可为2/3A电池(35 x 15mm)。然而，并不旨在将电池构型局限于圆柱形形状。作为另外一种选择，本发明的电池可具有包含锂金属的阳极和包含二硫化铁(FeS2)的阴极，具有如本文所述的组合物和非水电解质，以螺旋卷绕棱柱状电池形式，例如具有总体立方体形状的矩形电池。
对于螺旋卷绕电池，电池壳体(外壳)20的优选形状为如图1所示的圆柱形。壳体20优选由镀镍钢形成。电池壳体20(图1)具有连续的圆柱形表面。包括阳极40和阴极复合材料62(其间具有隔板50)的螺旋卷绕电极组件70(图3)可通过螺旋卷绕扁平的电极复合材料13(图4和5)制备。阴极复合材料62包括阴极层60，所述阴极层60包含涂覆到金属基底65上的二硫化铁(FeS2)(图4)。
电极复合材料13(图4和5)可以如下方式制备：包含分散在其内的二硫化铁(FeS2)粉末的阴极60可最初以涂覆到导电基片65(优选为铝片或不锈钢膨胀金属箔片)上的润湿浆液的形式制备，以形成阴极复合材料片62(图4)。
通过混合表1中所示组分直至获得均匀混合物来制备具有以上表1中所示组成的润湿阴极浆液混合物，所述混合物包含二硫化铁(FeS2)、粘合剂、导电性碳和溶剂。
以上组分量(表1)当然可按比例变化，以便可以制备或多或少的阴极浆液批料。润湿阴极浆液因此优选地具有以下组成：FeS2粉末(58.9％重量)；粘合剂，Kraton G1651(2％重量)；石墨，Timrex KS6(4.8％重量)；乙炔黑，Super P(0.7％重量)；烃溶剂，ShellSol A100(13.4％重量)和ShelSol OMS(20.2％重量)。
将阴极浆液涂覆到导电基底或网格65(优选地为铝片，或不锈钢膨胀金属箔)的一侧(任选地两侧)上。在烘箱中干燥涂覆在金属基底65上的阴极浆液，优选地逐渐调整或增加温度由40℃的初温至不超过130℃的终温约1/2小时，或者直至溶剂已全部蒸发。这样，在金属基底65上形成了包含FeS2、碳颗粒和粘合剂的干燥的阴极涂层60，并因此形成最终阴极复合材料片62，如图4中所最佳示出。随后将压延辊施加到涂层上以获得理想的阴极厚度。对于AA号电池，干燥阴极涂层60的理想厚度介于约0.172mm和0.188mm之间，优选约0.176mm。干燥的阴极涂层因此具有以下理想配方：FeS2粉末(89.0％重量)；粘合剂，Kraton G1651弹性体(3.0％重量)；导电性碳粒，优选以商品名Timrex KS6石墨得自TimcalLtd的石墨(7％重量)和以商品名Super P导电性炭黑得自Timcal的导电性炭黑(1％重量)。炭黑形成改善导电性的碳网络。任选地，按总碳颗粒的重量计介于约0％和90％之间的可以为石墨。如果添加，则石墨可以为天然石墨、人造石墨或膨胀石墨以及它们的混合物。干燥的阴极涂层通常可包含介于约85％和95％重量之间的二硫化铁(FeS2)；介于约4％和8％重量之间的导电性碳；并且所述干燥涂层的剩余部分包含粘合剂材料。
阴极基底65可为导电金属箔片，例如铝或不锈钢片，其内含有小孔或不含小孔。阴极导电基底65优选为铝片。铝片65可理想地在其内具有多个小孔，因此形成网格或筛网。作为另外一种选择，阴极导电基底65可由一片不锈钢膨胀金属箔(EXMET不锈钢箔，得自Dexmet Company，Branford，Conn.)形成，以形成其内具有开孔的网丝或筛网，所述金属箔具有约0.024g/cm2的基重。阴极导电基底65保护阴极涂层60并在电池放电期间用作阴极集电器。
阳极40可由实心锂金属片制备。阳极40理想地由连续的锂金属(99.8％纯度)形成。作为另外一种选择，阳极40可以为锂与合金金属的合金，例如锂与铝的合金。在此类情况下，合金金属的量非常少，优选地按锂合金重量计小于1％。因此在电池放电时，合金中的锂在电化学方面用作纯锂。因此，如本文及权利要求中所用，术语“锂或锂金属”就其本意旨在包括此类锂合金。形成阳极40的锂片无需基底。锂阳极40可有利地由挤出锂金属片形成，对于螺旋卷绕电池，所述锂金属片具有理想地介于约0.10mm和0.20mm之间(理想地介于约0.12mm和0.19之间，优选地约0.15mm)的厚度。
将单独的电解质可渗透的隔离材料片50，优选为具有约0.025mm厚度的微孔聚丙烯，插在锂阳极片40的每一侧上(图4和5)。微孔聚丙烯理想地具有介于约0.001和5微米之间的孔径。可将第一(顶部)隔离膜板50(图4)指定为外隔离膜板，而将第二隔离膜板50(图4)指定为内隔离膜板。然后将在导电基底65上包括阴极涂层60的阴极复合材料片62靠着内隔离膜板50放置，以形成图4所示的扁平电极复合材料13。螺旋卷绕扁平复合材料13(图4)以形成电极螺旋组合件70(图3)。可利用轴柄夹牢电极复合材料13的伸出隔板边缘50b(图4)并随后顺时针螺旋卷绕复合材料13实现卷绕，以形成卷绕电极组件70(图3)。
当卷绕完成时，隔板部分50b出现在卷绕电极组件70的芯98内，如图2和3所示。作为非限制性实例，每圈隔板的底部边缘50a可热成形为连续膜55，如图3所示和美国专利6,443,999中所提出的。如可由图3所看出的，电极螺旋体70具有介于阳极片40与阴极复合材料62之间的隔板材料50。螺旋卷绕电极组件70具有适形于壳体主体形状的构型(图3)。将螺旋卷绕电极组件70插入到壳体20的开口端30内。当卷绕时，电极螺旋体70的外层包括图2和3中所示的隔板材料50。可将另外的绝缘层72，例如塑料薄膜(如聚酯带)在电极复合材料13卷绕之前理想地置于外隔板层50之上。在此类情况下，当将卷绕的电极复合材料插入到壳体中时，螺旋卷绕的电极70将具有接触壳体20内表面的绝缘层72(图2和3)。作为另外一种选择，壳体20的内表面可在卷绕的电极螺旋体70插入到壳体中之前涂覆有电绝缘材料72。
随后可在卷绕的电极螺旋体70插入到电池壳体20中之后将非水电解质混合物添加到其上。理想的非水电解质包含溶解于有机溶剂中的锂盐。
理想的溶剂包含二甲氧基乙烷(DME)、碳酸丙二酯(PC)、和碳酸乙二酯(EC)。优选地，二甲氧基乙烷(DME)的含量介于电解质溶剂混合物的约50％和95％体积之间，碳酸丙二酯(PC)的含量介于电解质溶剂混合物的2％和30％体积之间，而碳酸乙二酯(EC)的含量介于电解质溶剂混合物的1％和30％体积之间。已确定用于Li/FeS2卷绕电池的理想电解质包含溶解于有机溶剂混合物中的锂盐LiCF3SO3(LiTFS)和Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)，所述有机溶剂混合物包含二甲氧基乙烷(DME)、碳酸丙二酯(PC)、和碳酸乙二酯(EC)。
已确定，优选的电解质为包含溶解于有机溶剂混合物中的0.9摩尔浓度(0.9摩尔/升)的LiTFS和/或LiTFSI盐的电解质溶液，所述有机溶剂混合物包含约75％体积的二甲氧基乙烷(DME)、15％体积的碳酸丙二酯(PC)、以及10％体积的碳酸乙二酯(EC)。对于螺旋卷绕电池(图2)，电解质混合物理想地基于每克FeS2 0.4克电解质溶液添加。
形成电池正端子17的端帽18可具有金属插片25(阴极插片)，所述插片的一侧可被焊接到端帽18的内表面上。金属插片25优选为铝或铝合金。阴极基底65的一部分可沿其顶部边缘展开，形成由卷绕螺旋体的顶部延伸的伸出部分64，如图2所示。在将壳体周边边缘22卷曲在端帽18周围(绝缘盘80的周边边缘85位于其间)之前，可将展开的阴极基底部分64焊接到金属插片25的暴露侧上以封闭电池的开口端30。端帽18理想地具有包含可破裂膜的排气口19，所述膜被设计成如果电池内的气体压力超过预定水平则破裂并允许气体逸出。正端子17理想地为端帽18的整体部分。作为另外一种选择，端子17可形成美国专利5,879,832中所述类型的端帽组件的顶部，可将该组件插入到端帽18表面上的开口内并随后焊接到其上。
将优选为镍的金属插片44(阳极插片)压制到锂金属阳极40的一部分上。可将阳极插片44在螺旋体内的任何位置处压制到锂金属上。例如，可在螺旋体的最外层将其压制到锂金属上，如图5所示。阳极插片44可在一侧被压花，在被压制到锂上的插片一侧上形成多个凸起部分。可将插片44的相对侧焊接到壳体的内表面上，所述内表面为壳体侧壁24的内表面或者更优选地为壳体20的封闭端35的内表面，如图3所示。优选将阳极插片44焊接到壳体封闭端35的内表面上，因为这可易于通过将电点焊探针(细长的电阻焊接电极)插入到电池芯98内来实现。应小心避免焊接探针接触沿着电池芯98外边界的一部分存在的隔板起动插片50b。
一次锂电池10还可任选地具有PTC(正导热系数)装置95，其位于端帽18之下，并串联连接在阴极60与端帽18之间(图2)。此类装置保护电池免于在高于预定水平的耗用电流下放电。因此，如果电池长期在反常的高电流(例如高于约6至8Amp)下耗电，PTC装置的电阻急剧增加，从而切断反常的高消耗。应当理解，可采用不同于排气口19和PTC装置95的装置以保护电池被过度使用或放电。
实施例
具有包含FeS2的阴极试验测试
锂硬币电池
如下制备试验测试Li/FeS2硬币电池100(图1A)：
试验测试电池组件：
硬币形状的镀镍钢阴极外壳130和硬币形状的镀镍钢阳极外壳(覆盖件)120由图1A中所示的类似构型形成。成品电池100具有约25mm的最大直径和约3mm的厚度。阴极外壳130中FeS2的重量为0.125g。锂电化学过量。
在形成每个电池100中，利用具有0.780英寸冲模的手扳压机冲出两个不锈钢网格(316L-SS EXMET膨胀金属箔)。一个不锈钢网格在硬币电池阴极外壳130的内部居中形成阴极集电器片115。另一个不锈钢网格(未示出)被电阻焊接到阳极外壳(覆盖件)120封闭端的内表面上。利用Hughes对头钳式焊接器将网格焊接到它们各自的外壳上。将焊接器设定为20瓦-秒和中等脉冲。形成的焊接在网孔股线交点之上的网格周边周围均匀间隔开。对于每个电池，每个网格形成六乘八的焊接。
随后将塑料绝缘盘(索环)140连接到阳极覆盖件120的边缘上(图1A)。利用手扳压机和0.75英寸的手动穿孔器将由0.032英寸(0.813mm)厚度的锂金属片形成的锂盘150在干燥箱内穿孔。随后利用手扳压机将形成电池阳极的锂盘150对着阳极覆盖件120封闭端的内表面压制到不锈钢网格上。
将微孔聚丙烯隔板160(Celgard CG2400隔板，得自Celgard，Inc.)切成八英寸的条带，利用具有0.9375英寸直径的手动穿孔器穿孔并放置一边。
阴极导电基底层172如下制备：
将75g石墨(Timrex KS6石墨)和25g四氟乙烯(特氟隆)粉末添加到转筒内(用砝码)并加盖过夜。将内容物添加到搅拌器中(一次～10g)并高速搅拌1分钟。将共混的内容物倾倒入容器中，贴上标签，并存储备用。当准备涂覆阴极基底层172时，将阴极外壳130置于冲模内。通过利用连接到Carver液压机上的锤杆将阴极基底层172(0.500g)压紧到不锈钢网格115上。阴极基底层172具有75％重量的石墨和25％重量的特氟隆粉末的组成。
随后制备阴极浆液并涂覆到铝片的一侧上(未示出)。将包含二硫化铁(FeS2)的阴极浆液中的组分以如下比例混合在一起：
FeS2粉末(58.9％重量)；粘合剂，苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯弹性体(Kraton G1651)(2％重量)；石墨(Timrex KS6)(4.8％重量)；炭黑(Super P炭黑)(0.7％重量)；烃溶剂，ShellSol A100溶剂(13.4％重量)和ShelSol OMS溶剂(20.2％重量)。
随后将铝片上的润湿阴极浆液在介于40℃和130℃之间的烘箱内干燥，直至阴极浆液中的溶剂全部蒸发，从而在铝片的一侧上形成包含FeS2、导电性碳和弹性体粘合剂的干燥阴极涂层。铝片为20微米厚的铝箔。随后将相同组成的润湿阴极浆液涂覆到铝片的相对侧上并同样进行干燥。接着将铝片每侧上干燥的阴极涂层压光，以形成具有约0.176mm的最终总厚度的干燥阴极170，其包括20微米厚的铝箔。干燥阴极涂层170具有以下组成：
FeS2粉末(89.0％重量)；粘合剂Kraton G1651弹性体(3.0％重量)；导电性碳粒，石墨Timrex KS6(7％重量)和炭黑，Super P(1％重量)。
然后将涂覆在铝片两侧上的干燥阴极涂层170的复合材料模冲到阴极外壳130内至碳基底层172上。这可通过将阴极外壳130置于冲模内实现。接着将两侧涂覆有干燥的阴极涂层170切削至一定尺寸的铝片复合材料在外壳130内的阴极基底层172之上笔直对齐。然后将锤杆插入到持有外壳130的冲模内，并将冲模移至液压机内。利用液压机施加四公吨的力以将复合材料冲压到阴极外壳130内，以便将其对着阴极基底层172压紧。然后倒转冲模并将外壳130轻轻地由冲模中移除。暴露的阴极层170的表面具有光滑一致的纹理。然后将成品阴极硬币置于真空烘箱内并于150℃下加热16小时。
制备本发明优选的电解质制剂。优选的电解质包含溶解于有机溶剂混合物中的0.9摩尔浓度(0.9摩尔/升)的LiCF3SO3(LiTFS)和/或Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)盐，所述有机溶剂混合物包含约75％体积的二甲氧基乙烷(DME)、15％体积的碳酸丙二酯(PC)、以及10％体积的碳酸乙二酯(EC)。在用于测试电池的电解质中，LiCF3SO3(LiTFS)和Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)均以约0.2至0.8的重量比率存在。在测试电池的制备中，将约0.5％重量的元素碘(I2)添加到电解质溶液中。
将其内具有干燥阴极170的阴极硬币(即，阴极外壳130)置于玻璃硬币固定器内，用于真空填充电解质。将具有附连的滴定注入管的橡皮塞置于阴极硬币固定器的顶部。关闭管道上的注入阀并打开真空阀大约一分钟。
利用吸移管缓慢添加本发明上述制剂中包含0.5％重量元素碘的电解质。关闭真空阀并打开滴定阀。大约一分钟后，关掉真空阀，并缓慢打开注入阀以填充阴极外壳130并使阴极170吸收大部分的电解质。
利用塑料镊子移除填充的阴极硬币，并置于卷缩机的基座上以便其安全地位于基座上。利用吸移管用留在玻璃固定器内的过量电解质注满硬币。
将微孔聚丙烯隔板(Celgard CG2400隔板)置于电解质润湿阴极层170的顶部并居中。随后用电解质再次注满阴极外壳130。
将阳极硬币(即，其内具有锂阳极片150的阳极覆盖件120)置于阴极外壳130的顶部并在机械卷边机内居中，直至阳极覆盖件120均匀地贴合在阴极外壳130的内部。随后使机械卷边机臂一直下降以将阴极外壳130的周边边缘135卷曲在绝缘盘140的边缘之上。对每个电池重复该过程。在每个电池形成之后，用甲醇将电池外壳的外表面擦拭干净。
对照(比较)电池
制备完全相同的硬币电池对照组，其具有与试验测试电池相同的尺寸以及完全相同的阳极和阴极组合物，并具有相同的电池构造，但只有一个例外。对照电池与上述试验测试电池之间的唯一差别为用于对照电池中的电解质不包含任何添加的元素碘。其它方面，电解质配方与小表2中所述的完全相同。
与对照电池相比的试验测试电池的电化学性能：
在电池已形成之后，利用有意模仿基于阴极活性材料的重量按比例缩小的数字照相机内电池的使用的测试对每个电池的放电容量进行测试。
数字照相机测试由以下脉冲测试方案组成：步骤1：10个循环，其中每个循环由2秒钟的1500毫瓦的脉冲和紧接着28秒钟的650毫瓦的脉冲组成；步骤2为随后55分钟的停顿。继续步骤1和2直至达到1.05伏的截止电压。通过以上步骤装配两组硬币电池。对照电池组填充有以下电解质：
电解质
表2
 
组成 限度
碳酸乙二酯(重量％) 8.7±1％
碳酸丙二酯(重量％) 33.0±1％
二甲氧基乙烷(重量％) 65.2±1％
LiCF3SO3(LiTFS)(重量％) 7.9±0.5％
Li(CF3SO2)N(LiTFSI)(重量％) 5.2±0.5
用以上包含0.5％元素碘I2的电解质填充试验测试电池组。因此，对照电池组与试验电池组在各方面完全相同，不同的是试验组中的电解质包含0.5％重量的添加元素碘I2。每组装配十个电池。
通过利用具有频率响应分析仪1255的Solartron电化学界面1287测量每个硬币电池的复阻抗。
使试验测试电池与对照电池组经历以下放电脉冲测试方案：
步骤1：10个循环，其中每个循环由2秒钟的1500毫瓦的脉冲和紧接着28秒钟的650毫瓦的脉冲组成；步骤2为随后55分钟的停顿。继续步骤1和2直至达到1.05伏的截止电压。
在Maccor 4000循环设备上进行电池放电。如果发生的话，电压滞后将发生在对新(未放电)电池进行脉冲放电测试时的前50次脉冲内。前50次脉冲之后，如果具有电压滞后(电压降低)，工作电压将快速恢复至正常稳定水平。因此，如本文所用，术语电压滞后是指脉冲测试的前50次脉冲期间达到的“最大压降”。
在电解质中包含0.5％I2的试验测试电池组在前50次脉冲期间的工作电压为平均1.27伏。试验测试电池组在前50次脉冲期间表现出基本不可觉察的电压降。换句话讲，试验电池在前50次脉冲期间的工作电压处于稳定水平，并且与前50次脉冲已过去之后紧接着的电池工作电压几乎完全相同(10mV内)。相比之下，对照电池组在测试的前50次脉冲期间表现出明显的电压降低(电压滞后)，并在前50次脉冲期间达到平均1.12V的工作电压。
因此，用其它术语表达，对照电池组在前50次脉冲期间具有的平均工作电压比该阶段内试验测试组的平均工作电压低150mV。利用相同的脉冲放电测试使电池放电至1.05V的相同截止电压。与对照组相比，试验组电池寿命期间的工作电压和脉冲总释放次数平均高10％。换句话讲，以上脉冲测试表明试验电池的使用寿命比对照电池组高10％。
在电解质组合物中含有0.5％I2的试验电池组表现出平均10.6Ω的Li钝化层阻抗，而填充有表2中所述电解质的对照电池组表现出约10倍高(平均105Ω)的Li钝化层电阻。这种电阻的差别是由锂金属阳极表面上积聚的涂层(钝化层)的化学性质和数量造成的，所述积聚的涂层由锂金属阳极和电解质溶剂混合物之间的副反应促成。这种涂层的阻抗越大，则锂钝化(锂的电化学反应活性降低的速率)程度越强。与不含任何元素碘的对照电池相比，添加0.5％重量的元素碘至电解质溶剂中导致试验电池中较少的锂钝化。这在试验电池的锂钝化层可测量的明显减少阻抗(与对照电池相比)中反映出来。
此外，在电池存储或完全放电之后，试验电池表现出具有比对照电池组较少的铝基底(阴极170如上所述涂覆到其上)腐蚀。
尽管已用具体的实施方案描述了本发明，但应当理解的是，在不脱离本发明概念的情况下其它实施方案也是可能的，因此也在权利要求及其等价内容的范围内。

Claims (10)

1.一种一次电化学电池，所述一次电化学电池包括：外壳；正端子和负端子；包含锂的阳极；包含二硫化铁(FeS2)和导电性碳的阴极，所述电池还包括非水电解质，所述非水电解质包含溶解于非水溶剂混合物中的锂盐，所述非水溶剂混合物包含环状有机碳酸酯和元素碘。
2.如权利要求1所述的电池，其中所述锂盐选自由下列组成的组：LiCF3SO3(LITFS)、Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)、以及它们的混合物。
3.如前述任一项权利要求所述的电池，其中所述环状有机碳酸酯选自由下列组成的组：碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸丁二酯、以及它们的混合物。
4.如前述任一项权利要求所述的电池，其中所述电解质包含锂盐，所述锂盐包括溶解于非水溶剂混合物中的LiCF3SO3(LITFS)与Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)的混合物，所述非水溶剂混合物包含碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙二酯(PC)、二甲氧基乙烷(DME)、以及元素碘。
5.如前述任一项权利要求所述的电池，其中所述元素碘的含量按所述电解质的重量计介于0.01％和5％之间。
6.如前述任一项权利要求所述的电池，其中所述包含二硫化铁(FeS2)和导电性碳的阴极被涂覆到包含铝的基片上。
7.如前述任一项权利要求所述的电池，其中所述阳极包括锂片或锂合金片。
8.如前述任一项权利要求所述的电池，其中所述导电性碳包括炭黑与石墨的混合物。
9.一种一次电化学电池，所述一次电化学电池包括：外壳；正端子和负端子；包含锂的阳极；包含二硫化铁(FeS2)和导电性碳的阴极，所述电池还包括非水电解质，所述非水电解质包含溶解于非水溶剂混合物中的锂盐，所述非水溶剂混合物包含环状有机碳酸酯和元素溴。
10.如权利要求13所述的电池，其中所述电解质包含锂盐，所述锂盐包括溶解于非水溶剂混合物中的LiCF3SO3(LITFS)与Li(CF3SO2)2N(LiTFSI)的混合物，所述非水溶剂混合物包含碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙二酯(PC)、二甲氧基乙烷(DME)、以及元素溴，其中所述元素溴的含量按所述电解质的重量计介于0.01％和5％之间。
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