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ES2304697T3

High discharge capacity lithium battery

Abstract

An electrochemical battery cell comprising: a wrapper; a negative electrode comprising lithium; a positive electrode comprising an active material, said active material comprising more than 49 weight percent iron disulfide, said iron disulfide having an average particle size of 1 to 19 mum; an electrolyte mixture comprising at least one salt dissolved in a non-aqueous electrolyte, disposed within the shell; and a separator disposed between the negative electrode and the positive electrode.

ES2304697T3, drawing sheet 1
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32 claims: 6 independent, 26 dependent

  1. 1
    ES 2 304 697 T3 REIVINDICACIONES 1. Una pila electroquímica de batería que comprende:una envoltura;un electrodo negativo que comprende litio;un electrodo positivo que comprende un material activo, comprendiendo dicho material activo más de 49 por ciento en peso de disulfuro de hierro, teniendo dicho disulfuro de hierro un tamaño medio de partículas de 1 a 19 pm;una mezcla de electrolito que comprende al menos una sal disuelta en un electrolito no acuoso, dispuesta dentro de la envoltura;y un separador dispuesto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo.
  2. 2
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que el intervalo de tamaños medios de partículas del disulfuro de hierro es de 1 a 17 μιη, preferiblemente de 1,5 a 15 pm, y más preferiblemente de 2 a 6 pm, y en la que el disulfuro de hierro es natural.
  3. 3
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que la pila es una pila de tipo FR6, y es capaz de proporcionar una capacidad en descarga de al menos 3000 mAh cuando se descarga continuamente a un régimen de 200 mA hasta 1,0 V, a temperatura ambiente.
  4. 4
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que la pila es una pila de tipo FR6, y tiene una tensión superior a 1,25 V al 50% de profundidad de descarga a temperatura ambiente, utilizando una densidad de corriente de 5 mA/cm 2 , y ciclando la pila durante 2 minutos a 1 A y 5 minutos a 0 A.
  5. 5
    La pila conforme a la reivindicación 2, en la que el separador tiene un grosor desde 1 hasta 50 pm.
  6. 6
    La pila conforme a la reivindicación 5, en la que el grosor del separador es desde 5 hasta 25 pm.
  7. 7
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que el disulfuro de hierro comprende más de 80% del material activo del electrodo positivo, y en la que el disulfuro de hierro es natural.
  8. 8
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que la pila es una pila de tipo FR6, y es capaz de proporcionar una capacidad en descarga de al menos 2700 mAh cuando se descarga continuamente a un régimen de 1 A hasta 1,05 V, a temperatura ambiente.
  9. 9
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que la pila es una pila de tipo FR6 que tiene un tiempo de descarga de al menos 320 minutos hasta 1,05 V, conforme al ensayo de “Digital Still Camera” (DSC) a 1500/650 mW 2/28 s x 10 por hora, a temperatura ambiente.
  10. 10
    La pila conforme a la reivindicación 7, en la que el disulfuro de hierro comprende más de 95% del material activo del electrodo positivo, en la que el tamaño medio de partículas del disulfuro de hierro es desde 2 hasta 6 pm, y en la que la distancia entre electrodos entre los electrodos negativo y positivo es desde 15 pm hasta 49 pm.
  11. 11
    La pila conforme a la reivindicación 10, en la que el separador tiene un grosor inferior a 16 pm, y en la que la pila es una pila de tipo FR6, y tiene una tensión superior a 1,3 V al 50% de profundidad de descarga a temperatura ambiente, utilizando una densidad de corriente de 5 mA/cm 2 , y ciclando la pila durante 2 minutos a 1 A y 5 minutos a 0 A.
  12. 12
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que las partículas de disulfuro de hierro tienen una distribución de tamaños de partículas en la que 80% de las partículas totales están entre 1 y 10 pm, y en la que el disulfuro de hierro es natural.
  13. 13
    La pila conforme a la reivindicación 1, en la que el electrodo negativo, el electrodo positivo, y el separador, forman un montaje de electrodos cilíndrico, enrollados en espiral, con una superficie exterior radial dispuesta de manera adyacente a una superficie interior de la pared lateral de la envoltura.
  14. 14
    La pila conforme a la reivindicación 10, en la que el electrodo negativo, el electrodo positivo, y el separador, forman un montaje de electrodos cilíndrico, enrollados en espiral, con una superficie exterior radial dispuesta de manera adyacente a una superficie interior de la pared lateral de la envoltura.
  15. 15
    La pila conforme a la reivindicación 14, en la que el electrodo positivo comprende un sustrato colector de corriente, y un revestimiento sobre cada una de las caras del sustrato, comprendiendo dicho revestimiento el material ES 2 304 697 T3 activo, en la que cada revestimiento tiene un grosor de 0,0010 cm a 0,010 cm, y en la que el disulfuro de hierro comprende más de 95% del material activo del electrodo positivo.
  16. 16
    La pila conforme a la reivindicación 9, en la que al menos 50% del tiempo total de descarga se obtiene a una tensión superior a, o igual a, 1,2 V.
  17. 17
    Una pila electroquímica de batería que comprende:una envoltura;un electrodo negativo que comprende litio;un electrodo positivo que comprende un material activo, comprendiendo dicho material activo más de 49 por ciento en peso de disulfuro de hierro;una mezcla de electrolito que comprende al menos una sal disuelta en un electrolito no acuoso, dispuesta dentro de la envoltura;y un separador dispuesto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, en la que (a) el electrolito tiene una conductividad superior a 2,5 mS/cm y el separador tiene un grosor de 1 a 25 pm;o (b) el electrolito tiene una conductividad superior a 2,5 mS/cm, y el disulfuro de hierro tiene un tamaño medio de partículas de 1 a 19 pm;o (c) el separador tiene un grosor de 1 a 25 pm y el disulfuro de hierro tiene un tamaño medio de partículas de 1 a 19 pm.
  18. 18
    La pila conforme a la reivindicación 17, en la que la conductividad de la mezcla de electrolito es superior a 4 mS/cm, preferiblemente superior a 6 mS/cm.
  19. 19
    La pila conforme a la reivindicación 17, en la que el grosor del separador es de 5 a 20 pm, preferiblemente de 10 a 20 pm.
  20. 20
    La pila conforme a la reivindicación 17, en la que el grosor del separador es de 10 a 16 pm, y en la que la conductividad de la mezcla de electrolito es superior a 6 mS/cm.
  21. 21
    La pila conforme a la reivindicación 17, en la que la sal del electrolito comprende trifluorometanosulfonato de litio o ioduro de litio, y en la que el electrolito no acuoso comprende 1,3-dioxolano, 1,2-dietoxietano, y 3,5dimetilisoxazol.
  22. 22
    La pila conforme a cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, en la que la sal del electrolito comprende ioduro de litio, y en la que el electrolito no acuoso comprende 1,3-dioxolano, 1,2-dietoxietano, y 3,5-dimetilisoxazol.
  23. 23
    La pila conforme a cualquiera de las reivindicaciones 17 a 22, en la que dicho disulfuro de hierro tiene un tamaño medio de partículas desde 2 hasta 15 pm, preferiblemente desde 2 hasta 6 pm.
  24. 24
    La pila conforme a cualquiera de las reivindicaciones 17 a 23, en la que el grosor del separador es de 5 a 20 pm, preferiblemente de 10 a 16 pm.
  25. 25
    La pila conforme a cualquiera de las reivindicaciones 17 a 24, en la que la tensión del ánodo de la pila es inferior a 190 mV, preferiblemente inferior a 170 mV, más preferiblemente inferior a 100 mV al 50% de profundidad de descarga, a temperatura ambiente, utilizando una densidad de corriente de 5 mA/cm 2 , y ciclando la pila durante 2 minutos a 1 A y 5 minutos a 0 A.
  26. 26
    Un procedimiento para preparar un cátodo, que comprende las etapas de formar una suspensión que comprende un agente humectante y partículas de disulfuro de hierro con un tamaño medio de partículas superior a 20 pm, moler la suspensión utilizando un molino de medios que comprende medios de trituración, para reducir el tamaño de partículas de las partículas de disulfuro de hierro hasta un tamaño medio de partículas de 1 a 19 pm, aplicar la suspensión del cátodo molida a un sustrato de un cátodo, para formar un cátodo, y secar el cátodo. ES 2 304 697 T3
  27. 27
    El procedimiento conforme a la reivindicación 26, en el que el agente humectante está presente en una cantidad desde 0,1 cm 3 hasta 5,0 cm 3 por gramo de componentes sólidos de la suspensión, y en el que las partículas molidas de disulfuro de hierro tienen un tamaño medio de partículas de 2 a 15 pm.
  28. 28
    El procedimiento conforme a la reivindicación 27, en el que el agente humectante es tricloroetileno, N-metil-2pirrolidona, acetato de butilglicol, alcoholes minerales, o agua, o una de sus combinaciones, y en el que las partículas molidas de disulfuro de hierro tienen un tamaño medio de partículas de 2 a 6 pm.
  29. 29
    Una pila electroquímica de batería que comprende:una envoltura;un electrodo negativo que comprende litio;un electrodo positivo que comprende un material activo, comprendiendo dicho material activo más de 49 por ciento en peso de disulfuro de hierro;una mezcla de electrolito que comprende al menos una sal disuelta en un electrolito no acuoso, dispuesta dentro de la envoltura;y un separador dispuesto entre el electrodo negativo y el electrodo positivo, en la que la pila es una pila de tipo FR6 que tiene un tiempo de descarga de al menos 320 minutos hasta 1,05 V, conforme al ensayo de DSC a 1500/650 mW 2/28 s x 10 por hora, a temperatura ambiente.
  30. 30
    La pila conforme a la reivindicación 29, en la que el tiempo de descarga es de al menos 330 minutos, preferiblemente de al menos 340 minutos.
  31. 31
    La pila conforme a la reivindicación 29, en la que el disulfuro de hierro tiene un tamaño medio de partículas de 1 a 15 pm, y en la que la mezcla de electrolito tiene una conductividad superior a 4 mS/cm.
  32. 32
    La pila conforme a la reivindicación 31, en la que la sal del electrolito comprende trifluorometanosulfonato de litio o ioduro de litio, y en la que el electrolito no acuoso comprende 1,3-dioxolano, 1,2-dietoxietano, y 3,5dimetilisoxazol.
Independent claims32