CN100490230C - 包括铝部件的电池 - Google Patents

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Abstract

一种一次锂电池可以包括：包含铝的集电器、包含铝的正极引线或者两者。该铝电池部件可以具有高的机械强度和低的电阻。

Description

包括铝部件的电池
本发明涉及包含铝部件的电池。
电池是普遍使用的电能源。一个电池包含一个负极，其通常称为阳极，和一个正极，其通常称为阴极。阳极含有可被氧化的活性材料；阴极含有或者消耗可被还原的活性材料。阳极活性材料能够将阴极活性材料还原。
当将电池用作器件中的电能源时，使阳极和阴极进行电接触，这使得电子流动通过器件并且使得能够发生相应的氧化和还原反应而提供了电力。与阳极和阴极接触的电解质含有一些离子，这些离子流动通过电极之间的隔膜(separator)而在放电期间保持贯穿电池的电荷平衡。
一般而言，一次锂电池包括可以包含铝的正极引线(lead)。该正极引线与电池的阴极电接触。阴极包括可以包含铝的集电器。
在一个方面中，一次锂电池包括：包括含锂的阳极活性材料的阳极、阴极、阳极与阴极之间的隔膜，和与一部分阴极接触的包含铝的正极引线。在另一个方面中，一次锂电池包括：包括含锂的阳极活性材料的阳极、包括包含铝的集电器的阴极、阳极与阴极之间的隔膜，和与阴极接触的包含铝的正极引线。在另一个方面中，一种制备一次锂电池的方法包括：将阴极放置在外壳内，和使阴极与包含铝的正极引线接触。
含锂的阳极活性材料可以是锂或锂合金。正极引线可以包括1000系列铝、2000系列铝合金、3000系列铝合金、5000系列铝合金、6000系列铝合金或7000系列铝合金。正极引线可以包括包含0-0.4wt％的铬、0.01-6.8wt％的铜、0.05-1.3wt％的铁、0.1-7wt％的镁、0-2wt％的锰、0-2wt％的硅、小于0.25wt％的钛、0-2.3wt％的镍和0-8.2wt％的锌的铝合金。正极引线可以包括朝向阴极的延伸部分(extension)。正极引线可以包括四个或更多个朝向阴极的延伸部分。正极引线可以包括六个或更多个朝向阴极的延伸部分。正极引线可以被焊接到一部分阴极上。
阴极可以包括包含铝的集电器。集电器可以包括1000系列铝、2000系列铝合金、3000系列铝合金、5000系列铝合金、6000系列铝合金或7000系列铝合金。集电器可以包括包含0-0.4wt％的铬、0.01-6.8wt％的铜、0.05-1.3wt％的铁、0.1-7wt％的镁、0-2wt％的锰、0-2wt％的硅、小于0.25wt％的钛、0-2.3wt％的镍和0-8.2wt％的锌的铝合金。阴极可以包括二氧化锰、氟化碳例如单氟化碳、聚单氟化碳、氟化石墨，或CFx、二硫化铁或钒酸盐。
该电池可以包括与阳极、阴极和隔膜接触的电解质。该方法可以包括将非水电解质放置在外壳内。在该方法中，接触可以包括焊接。非水电解质可以包含有机溶剂。非水电解质可以包含高氯酸盐。电池可以是圆柱形电池。该电池的阻抗小于0.150Ω，或者小于0.130Ω。在使电池从1米的高度下落到硬表面上6次之后，该电池的阻抗可以增加少于0.20Ω。该外壳可以是圆柱形外壳。
包括含有铝的正极引线的一次锂电池可以具有比包括不同材料例如不锈钢的正极引线的电池更低的阻抗。包含铝的阴极集电器和包含铝的正极引线的组合与包含铝的集电器和不锈钢的正极引线的组合相比可以在电池中提供更大的耐蚀性和电导率。铝或铝合金可以比不锈钢更便宜。
在下面的附图和说明书中阐述了一个或多个实施方案的细节。其他的特征、目的和优点将从说明书和附图中并且从权利要求书中变得明显。
图1是电池的示意图。
图2是栅网(grid)的示意图。
图3A和3B是电池的正极引线的示意图。
图4是描述在下落试验之后电池的阻抗变化的图。
图5是描述在下落试验之后电池性能的图。
图6是描述在下落试验之后电池性能的图。
参考图1，一次锂电化学电池10包括与负极引线14电接触的阳极12、与冠18电接触的阴极16、隔膜20和电解质。阳极12、阴极16、隔膜20和电解质被包含在外壳22内。电解质可以是包含溶剂体系和至少部分溶于该溶剂体系中的盐的一种溶液。外壳22的一端被正极外接触部分24和环形的绝缘垫圈26封闭，这可以提供不透气且不漏流体的密封。冠18和正极引线28使阴极16与正极外接触部分24相连。安全阀被放置在正极外接触部分24的内侧，并且被构造成使得当压力超过某一预定值时降低电池10内的压力。在某些情况下，正极引线可以是圆形的或者环形的并且与圆柱体同轴布置，并且包括在阴极方向上的径向延伸部分。电化学电池10可以是例如，圆柱形卷绕的电池、钮扣电池或硬币电池、棱柱形电池、刚硬的薄片电池，或者柔韧的囊式电池、封套式电池或袋式电池。
阳极12可以包含碱金属和碱土金属，例如锂、钠、钾、钙、镁或其合金。阳极可以包含碱金属或碱土金属与另一种金属或者其他金属例如铝的合金。包含锂的阳极可以包含元素锂或者锂合金或其组合。
电解质可以是包含溶剂和盐的非水电解质溶液。该盐可以是碱金属盐或碱土金属盐，例如锂盐、钠盐、钾盐、钙盐、镁盐或其组合。锂盐的例子包括：六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、高氯酸锂、碘化锂、溴化锂、四氯铝酸锂、三氟甲磺酸锂、LiN(CF3SO2)2和LiB(C6H4O2)2。高氯酸盐例如高氯酸锂可以包含在电解质中以帮助抑制电池中，例如集电器中的铝或铝合金腐蚀。电解质溶液中盐的浓度可以为0.01摩尔(molar)-3摩尔、0.5摩尔-1.5摩尔，并且在一些实施方案中可以为1摩尔。
溶剂可以是有机溶剂。有机溶剂的例子包括碳酸酯、醚、酯、腈和磷酸酯。碳酸酯的例子包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯。醚的例子包括二乙醚、二甲醚、二甲氧基乙烷和二乙氧基乙烷。酯的例子包括丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯和γ-丁内酯。腈的例子包括乙腈。磷酸酯的例子包括磷酸三乙酯和磷酸三甲酯。电解质可以是聚合物电解质。
隔膜20可以由用于锂一次或二次电池隔膜的任何隔膜材料形成。例如，隔膜20可以由聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚酰胺(例如尼龙)、聚砜、聚氯乙烯或其组合形成。隔膜20可以具有约12微米-约75微米，更优选12-约37微米的厚度。可以将隔膜20切割成与阳极12和阴极16类似大小的片并且如图1中所示那样放置在其之间。尤其对于圆柱形电池的应用而言，可以将阳极、隔膜和阴极一起辊压。然后可以将阳极12、阴极16和隔膜20放置在外壳22内，该外壳可以由金属例如镍或镀镍的钢、不锈钢、铝包覆的不锈钢、铝或铝合金或者塑料例如聚氯乙烯、聚丙烯、聚砜、ABS或聚酰胺制成。可以将电解质溶液装入包含阳极12、阴极16和隔膜20的外壳22，并且随后用正极外接触部分24和环形的绝缘垫圈26气密地密封。
阴极16包括包含阴极活性材料的组合物，该阴极活性材料在电池10的放电期间可以经历碱离子的插入。该活性材料可以是例如金属氧化物、卤化物或者硫属元素化物；作为选择，该活性材料可以是硫、有机硫聚合物或者导电聚合物。特定的例子包括二氧化锰、三氟化钴、硫化钼、二硫化铁、亚硫酰氯、三氧化钼、硫、(C6H5N)n和(S3N2)n，其中n至少为2。活性材料可以是钒酸盐材料，例如五氧化钒。钒酸盐材料描述于例如美国专利No.6322928和No.5567548中，这些专利的每一个以它们的整体在此引入作为参考。活性材料还可以是单氟化碳，例如具有式CFx的化合物，其中x为0.5-1.0。该阴极组合物还可以包括粘合剂例如聚合物粘合剂，例如为PTFE、PVDF、Kraton或Viton(例如偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物)。该阴极组合物还可以包括碳源，例如炭黑，合成的石墨(包括膨胀石墨)或者非合成的石墨(包括天然石墨)，炔属中间相碳，焦炭，石墨化的碳纳米纤维或聚炔属半导体。
该阴极包括可以将阴极活性材料涂覆或者另外沉积在其上的集电器。该集电器可以具有一个与正极引线28接触的区域和一个与活性材料接触的第二区域。集电器的作用是在正极引线28与活性材料之间导电。集电器可以由坚固的并且作为优良导电体(即具有低的电阻率)的材料，例如金属如不锈钢、钛、铝或者铝合金制成。更特别地，集电器有利地由具有例如大于50MPa的高屈服强度、例如大于100MPa的高拉伸强度和例如小于10-4Ω·cm或者小于10-5Ω·cm的低电阻率的材料制成。与不锈钢或钛的一类相比，铝或铝合金集电器可以具有更低的成本并且具有更低的电阻率。
根据存在于该材料中的其他元素，通常将铝和铝合金归类于系列。例如，1000系列的铝是最纯的铝，2000系列的铝合金主要含有铝和铜，6000系列的铝合金主要含有铝、镁和硅，7000系列的铝合金主要含有铝和锌。1000系列、2000系列、3000系列、5000系列、6000系列或7000系列的铝合金可适用于集电器或正极引线。特别地，铝合金可以是2024、6061或7075铝合金。几种基于铝的材料的组成示于表1中。其他铝合金的组成可以在例如金属手册，2卷-性能和选择：非-铁合金和特殊目的的材料，ASM International第10版，1990(MetalsHandbook，Vol.2-Properties and Selection：Nonferrous Alloysand Special-Purpose Materials，ASM International 10th Ed.1990)中找到，该文献以它的整体在此引入作为参考。
表1
 
组分(wt％) 铝1145 铝2024 铝3003 铝5052 铝6061 铝7075
铝 最少99.45 93.5 98.7 97.5 98(余量) 90
氯化物 - - - - 最多50ppm -
铬 - 最多0.1 0.15-0.35 0.04-0.35％ 0.18-0.28
铜 最多0.05 3.8-4.9 0.05-0.2 最多0.1 0.15-0.4％ 1.2-2
铁 最多0.55(w/硅) 最多0.5 最多0.7 最多0.4 最多0.7 最多0.5
镁 最多0.05 1.2-1.8 - 2.2-2.8 0.8-1.2 2.1-2.9
锰 最多0.05 0.3-0.9 1-1.5 最多0.1 最多0.15 最多0.3
硅 最多0.55(w/铁) 最多0.5 最多0.6 最多0.25 0.4-0.8 最多0.4
钛 最多0.03 最多0.15 - - 最多0.15 最多0.2
钒 最多0.05 - - - - -
锌 最多0.05 最多0.25 0.1 最多0.1 最多0.25 5.1-6.1
锆+Ti - - - - - 最多0.25
可以采用的集电器的一种形式是多孔(expanded)金属筛网或栅网，例如非织造多孔金属箔。不锈钢、铝或铝合金栅网可从DexmetCorporation(Branford，CT)获得。与由不锈钢组成的栅网相比，由铝或铝合金组成的栅网可以更轻并且更便宜、具有较低的电阻并且具有类似的强度。为了加工以用于电池的最终应用，重要的是使栅网可以具有高的屈服强度，例如对于一英寸宽的样品而言大于2.5磅/英寸(45.5kg/m)或者大于5磅/英寸(91kg/m)，和高的拉伸强度，例如对于一英寸宽的样品而言大于5磅/英寸(91kg/m)或者大于7磅/英寸(127.3kg/m)，以承受在阴极制造期间施加到其上的力。屈服强度是在集电器变形至一定的程度(例如对于最初22英寸长的样品而言长度增加1.14英寸)之前可以施加到集电器上的最大拉力。拉伸强度是在集电器断裂之前可以施加到集电器上的最大拉力。
栅网的机械性能和电性能例如硬度、屈服强度、拉伸强度和电阻率可能受到栅网的组成、材料厚度、导线束(strand)宽度以及栅网的长尺寸(LWD)和短尺寸(SWD)的影响。栅网的LWD和SWD可以反映出栅网的纵向。图2描绘了栅网和栅网的各种尺寸。在LWD上栅网的电导率不同于在SWD上栅网的电导率。另外，栅网的处理例如退火、拉平或者拉伸可能影响其机械性能。退火或者热处理可能改变材料的硬度或者韧度。借助于使栅网通过辊子之间拉平可以减小栅网的厚度、使其变平并且通过应变硬化而提高其韧度。在一些情况下，T3、H36或H38韧度可能是所希望的。将栅网拉伸涉及到施加力例如通过提高SWD而改变栅网的尺寸。改变栅网尺寸可以改变穿过栅网的电流路径，因此改变了在纵向和/或横向上的电阻率。将栅网拉伸可以降低材料的塑性并且提高材料的拉伸强度。栅网被拉伸得越多，则其可能变得更硬和更脆。
一般而言，通过将阴极材料涂覆到集电器上、干燥并且然后将被涂覆的集电器压延而制备阴极。通过将活性材料与其他组分例如粘合剂、溶剂/水，和碳源一起混合而制备阴极材料。集电器可以包含金属例如钛、不锈钢、铝或铝合金。集电器可以是多孔金属栅网。
为了形成阴极材料，可以将活性材料例如二氧化锰与碳例如石墨和/或乙炔黑组合并且与少量的水混合以形成研糊混合物。该研糊混合物中总的碳可以为1％-10％，例如为5％-7.5％。该研糊混合物中水的量可以少于5％，例如1％-3％。可以将粘合剂与该研糊混合物混合，该粘合剂可以是水/聚合物混合物例如水/聚乙烯醇溶液。粘合剂可以包含小于10wt％的聚合物，例如为5％-7.5％。进一步将研糊混合物和粘合剂与聚合物悬浮液例如于水中的聚四氟乙烯(例如Teflon 30)混合，以形成阴极浆料。
然后通过将集电器浸渍于装有该浆料的罐中而用阴极浆料涂覆集电器。可以在涂覆之前将浆料混合。在通过罐之后，可以借助于使集电器通过以固定间隙保持的刀片之间而将过剩的浆料除去，该间隙由在集电器上所希望的浆料厚度而确定。涂覆的集电器借助于使其通过加热烘箱而干燥。一旦干燥，可以借助于使其通过辊子之间以将其挤压至所希望的厚度而将涂覆的集电器压延。压延之后的最终厚度可以为10-30密耳(0.254-0.762mm)，例如为12-20密耳(0.305-0.508mm)。压延可以提高栅网的强度并且使其延长5-40％。重要的是使集电器可以具有高的屈服强度以承受压延。可以通过调节压延的阴极的最终厚度而控制阴极的孔隙度。在压延之后，可以将涂覆的集电器切割至所希望的尺寸。可以将定尺寸的阴极的一个边缘清除掉阴极材料以形成一个用于集电器接触正极引线的区域。在边缘清理之后，可以在100-250℃的温度下在再循环的空气下将阴极热处理30-180分钟范围的可变化的时间。总的时间可以少于10小时。可以在被转移到用于电池组装的干燥房间之前在100-250℃的温度下在真空下将阴极进一步干燥。最终的集电器上阴极材料的量可以为80-140mg/cm2。
在圆柱形电池中，将阳极和阴极与从辊子的一端轴向延伸的一部分阴极集电器螺旋卷绕在一起。从辊子上延伸的该部分集电器可以不含阴极活性材料。为了使集电器与外接触部分连接，可以将集电器的暴露端焊接到与外电池接触部分电接触的金属接头(tab)上。栅网可以在纵向上、拉伸方向上、垂直于纵向或者垂直于拉伸方向辊压。可以将接头焊接到栅网上以将栅网和接头组合的导电性减少到最小。作为选择，可以使集电器的暴露端和与外电池接触部分电接触的正极引线机械接触(即不焊接)。与具有焊接接触的电池相比，具有机械接触的电池可能需要更少的部件和制备步骤。当暴露的栅网朝着辊子的中心弯曲以形成在辊子轴线上冠的最高点对应于圆柱形电池的中心的圆顶或冠时，机械接触可能更有效。在该冠结构中，与未成形的形式相比，栅网可以具有更稠密的导线束排列。可以将冠有序地折叠并且可以准确地控制冠的尺寸。
正极引线28可以包含不锈钢、铝或铝合金。由铝或铝合金组成的正极引线可以更轻和更便宜，并且具有比由不锈钢组成的正极引线更低的电阻。正极引线的形状可以是环形的，并且可以与柱体同轴布置。正极引线还可以包括在阴极方向上的径向延伸部分，这可以接合集电器。延伸部分可以是圆形(例如环形或椭圆形)、直角形、三角形或者其他形状。正极引线可以包括具有不同形状的延伸部分。正极引线与集电器电接触。可以优选的是使集电器和正极引线都包含铝。正极引线与集电器之间的电接触可以通过机械接触而实现。作为选择，可以将正极引线和集电器焊接在一起。可能重要的是使机械接触是坚固的，换句话说，当经受突然的冲击例如当电池下落到硬表面上时使部件保持机械接触(并且因此还保持电接触)。正极引线可以具有在阴极方向上从正极引线的平整表面上突出的延伸部分例如冠，这可以机械地结合集电器。当正极引线包括一个或多个延伸部分时，电池可以更加坚固，即是说电池当下落到硬表面上时不容易受损。可以通过将具有互补的形状的工具压制成扁坯而形成延伸部分。正极引线可以具有一个或多个延伸部分，例如4个、6个或者更多的延伸部分。图3A和3B描绘了具有6个延伸部分30的正极引线28。图3A表示底视图(即接触集电器的表面的视图)，图3B表示正极引线的侧视图。
正极引线与阴极集电器电接触。该电接触可以由正极引线与集电器之间机械接触产生。取决于正极引线和集电器的组成，该机械接触可以是不锈钢-不锈钢接触、铝-不锈钢接触，或者铝-铝接触。横越铝-铝接触的电阻可以比横越不锈钢-不锈钢接触或者铝-不锈钢接触的更低。如例如通过电池承受使用者的下落试验的能力所度量的那样，在电池中铝-铝接触可以比铝-不锈钢接触更坚固。参见下面的实施例3和4。
实施例1
在栅网沿其拉伸的纵向(MD)和垂直于纵向的横向(TD)上测量5个金属栅网的拉伸强度、屈服强度和电阻率。在涂覆和压延之后，测量栅网的厚度和伸长率。栅网由1145铝(Al 1145)、6061铝合金(Al 6061)或者316L不锈钢(SS 316L)制成。如表2中的结果证明的那样，6061铝合金的栅网可以具有比1145铝合金的一类更高的屈服强度和拉伸强度。
表2
Figure C200480034686D00121
*测量的1-cm宽样品的电阻率。
实施例2
制备带有包括6061铝合金栅网的集电器的阴极，并且将其组装在接头的电池中(即通过焊接的接头将集电器与外接触部分连接)。该阴极具有表3中列出的性能。在环境条件下采用被设定为1000Hz的频率并且能够将电压测量至±1％的精确度的阻抗计测量阻抗。在3A的恒定电流下将电池放电0.5秒之后立即测量闭路电压。
表3
Figure C200480034686D00131
实施例3
测量三个不同的金属-金属接触的12cm的500g重量6061铝合金条的接触电阻。两个6061铝合金样品之间的接触电阻为29±5mΩ，比两片不锈钢之间的接触的265±28mΩ，或者比不锈钢与6061铝合金之间的372±64mΩ低一个数量级。
实施例4
使一系列的2/3A电池构造有集电器和正极引线材料的不同组合。集电器为Al 6061(拉伸或者未拉伸)，或者316不锈钢(SS 316)。正极引线为Al 1145。参见表4。为了测量该集电器-正极引线接触的坚固性，在下落试验之前和之后测量每种电池的阻抗、闭路电压和高端照相机(HEC)测试性能。在下落试验中，使电池从1米的高度下落到刚硬的混凝土地面上6次(每两次在顶部、底部和侧面方向上)。在环境条件下采用被设定为1000Hz的频率并且能够将电压测量至±1％的精确度的阻抗计测量阻抗。在下落试验之后测量的不同类型电池的阻抗变化示于图4中。在3A的恒定电流下将电池放电0.5秒之后立即测量闭路电压。在下落试验之前和之后的不同类型电池的闭路电压示于表4中。HEC测试模拟高端照相机中的放电条件。在1.8A的电流下将电池重复放电3秒，接着是7秒的休止周期。在放电周期的末尾记录电压。重复放电-休止循环直到电池达到预定的截止电压。在达到2.2V和2.0V的截止电压之前的脉冲数分别示于图5和6中。这些结果概述于表4中。在图4、5和6中，正方形表示单个电池的性能，竖条表示平均值，横条表示每种电池的标准偏差。列于表4的第一栏中的电池编号对应于图4、5和6中的编号。在一种情况下，在表4中将用朝着阴极突起的延伸部分而使正极引线改进表示为“ext”。符号“DB”表示栅网被拉伸。“DDB”表示与被标记为“DB”的栅网相比栅网被更多地拉伸。
表4
 
电池# 栅网材料 正极引线材料 阻抗，新近的(Ω) 下落之后的阻抗变化(Ω) CCV，新近的(V) 下落之后的CCV变化(V)
1 Al 6061 SS 316 0.144 0.28 2.45 -0.25
2 Al 6061 DB SS 316 0.206 15.9 2.29 -0.90
3 Al 6061 DB Al(没有ext) 0.130 3.57 2.54 -0.92
4 Al 6061 DB Al(ext) 0.127 0.06 2.56 -0.14
5 Al 6061 DDB SS 316 0.201 10.7 2.25 -0.92
对照 SS 316 SS 316 0.150 0.14 2.42 -0.23
实施例5
使一系列的2/3A电池构造有集电器和正极引线材料的不同组合，并且经受如上所述的下落试验。集电器是Al 6061或者不锈钢316L。正极引线是Al 3003、Al 5052 H36，或者不锈钢316L。在下落试验之前和之后测量电池的闭路电压。参见表5。
表5
 
栅网材料 正极引线材料 CCV，新近的(V) 下落之后的CCV变化(V)
Al 6061 Al 3003 2.420 0.073
Al 6061 Al 5052 H36 2.430 0.042
SS 316 SS 316 2.493 0.200
已经描述了许多实施方案。然而将理解的是可以作出各种改进。因此，其他实施方案处于下面的权利要求书的范围内。

Claims (26)

1.一种一次锂电池，其包括：
外壳；
包括含锂的阳极活性材料的阳极；
在外壳内的包括集电器的阴极，所述集电器具有成形为冠的暴露端，所述冠包含铝；
在外壳内的阳极与阴极之间的隔膜；
在外壳内的与冠接触的包含铝的正极引线；和
与正极引线电接触的、在外壳一端的正极外接触部分，所述集电器的暴露端和正极引线机械接触；
其中在使电池从1米的高度下落到硬表面上6次之后该电池的阻抗增加少于0.20Ω。
2.权利要求1的电池，其中含锂的阳极活性材料是锂或锂合金。
3.权利要求1的电池，其中正极引线包括1000系列铝、2000系列铝合金、3000系列铝合金、5000系列铝合金、6000系列铝合金或7000系列铝合金。
4.权利要求1的电池，其中正极引线包括5000系列铝合金。
5.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0-0.4wt％铬的铝合金。
6.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0.01-6.8wt％铜的铝合金。
7.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0.05-1.3wt％铁的铝合金。
8.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0.1-7wt％镁的铝合金。
9.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0-2wt％锰的铝合金。
10.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0-2wt％硅的铝合金。
11.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含小于0.25wt％钛的铝合金。
12.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0-2.3wt％镍的铝合金。
13.权利要求1的电池，其中正极引线包括包含0-8.2wt％锌的铝合金。
14.权利要求1的电池，其中集电器包含铝。
15.权利要求14的电池，其中集电器包括6000系列铝合金。
16.权利要求1的电池，其中正极引线包括朝向阴极的延伸部分。
17.权利要求1的电池，其中正极引线包括四个或更多个朝向阴极的延伸部分。
18.权利要求1的电池，其中正极引线包括六个或更多个朝向阴极的延伸部分。
19.权利要求1的电池，其进一步包括与阳极、阴极和隔膜接触的非水电解质。
20.权利要求19的电池，其中非水电解质包含有机溶剂。
21.权利要求19的电池，其中非水电解质包含高氯酸盐。
22.权利要求1的电池，其中阴极包括二氧化锰、二硫化铁、CFx或钒酸盐。
23.权利要求1的电池，其中该电池是圆柱形电池。
24.权利要求1的电池，其中该电池的阻抗小于0.150Ω。
25.权利要求1的电池，其中该电池的阻抗小于0.130Ω。
26.权利要求1的电池，其中正极引线被焊接到一部分阴极上。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100433425C (zh) * 2004-02-09 2008-11-12 松下电器产业株式会社 非水电解液二次电池
KR100922352B1 (ko) * 2007-10-02 2009-10-21 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
EP2270908A4 (en) * 2008-01-03 2013-01-30 Huizhou City Desay Lithium Battery S & T Co Ltd HIGH-ENERGY BATTERY AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US10536016B2 (en) * 2008-10-02 2020-01-14 Duracell U.S. Operations, Inc. Battery
US20100203370A1 (en) * 2009-02-12 2010-08-12 Michael Pozin Lithium cell with iron disulfide cathode
JP5532424B2 (ja) * 2009-09-28 2014-06-25 株式会社神戸製鋼所 電池集電体用アルミニウム合金硬質箔
US20110143218A1 (en) * 2009-12-14 2011-06-16 Issaev Nikolai N Battery
KR101202998B1 (ko) * 2010-03-26 2012-11-20 토요 알루미늄 치바 가부시키가이샤 전지 집전체용 순알루미늄 경질 박
JP5639398B2 (ja) * 2010-07-16 2014-12-10 株式会社神戸製鋼所 電池集電体用アルミニウム硬質箔
JP7125701B2 (ja) * 2017-09-22 2022-08-25 矢崎総業株式会社 端子付き電線
JP6794973B2 (ja) * 2017-10-31 2020-12-02 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池
CN109694963B (zh) * 2018-12-27 2020-12-25 中铝东南材料院（福建）科技有限公司 新能源电池铝塑膜铝箔用冷轧带材及其制备方法
CN112864540B (zh) * 2021-01-12 2023-11-03 惠州亿纬锂能股份有限公司 一种锂离子电池及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6190803B1 (en) * 1996-07-26 2001-02-20 Fuji Photo Film Co., Ltd. Nonaqueous secondary battery
US6521374B1 (en) * 1998-09-02 2003-02-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Lithium secondary cell
CN2582182Y (zh) * 2002-12-06 2003-10-22 东莞新能源电子科技有限公司 聚合物锂离子电池的集流体

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1415519A (fr) 1963-07-18 1965-10-29 Accumulateurs Fixes Procédé d'aménagement de cellules électrolytiques et d'accumulateurs électriques, et cellules et accumulateurs obtenus par ce procédé
FR2094491A5 (zh) * 1970-06-23 1972-02-04 Accumulateurs Fixes
FR2097301A5 (zh) * 1970-07-01 1972-03-03 Accumulateurs Fixes
IL60238A (en) * 1980-06-05 1983-07-31 Tadiran Israel Elect Ind Ltd Cathode and electric cell containing same
DE3242139C2 (de) 1982-11-13 1984-09-06 Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn GmbH & Co KG, 5790 Brilon Verfahren zur Herstellung positiver Elektroden für elektrochemische Elemente, insbesondere Li/Mn0↓2↓-Zellen und nach diesem Verfahren hergestellte Elektroden
US4529675A (en) * 1984-11-21 1985-07-16 General Electric Company Rechargeable electrochemical cell having improved current collector means
JPH0256849A (ja) 1988-08-23 1990-02-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 有機電解液電池
US4963446A (en) 1989-04-05 1990-10-16 Eveready Battery Co., Inc. Inwardly indented edge electrode assembly
JP2970086B2 (ja) 1991-06-28 1999-11-02 ソニー株式会社 非水電解液電池
US5418084A (en) * 1992-11-23 1995-05-23 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell having a safety vent closure
US5432030A (en) 1993-12-02 1995-07-11 Eveready Battery Company, Inc. Li/FeS2 cell employing a solvent mixture of diox, DME and 3ME20X with a lithium-based solute
US5496663A (en) * 1994-08-19 1996-03-05 Tracor Applied Sciences, Inc. Lithium ion battery with lithium vanadium pentoxide positive electrode
JP3632968B2 (ja) 1996-04-01 2005-03-30 日本電池株式会社 非水電解質二次電池
JPH10116633A (ja) 1996-08-22 1998-05-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解液二次電池
JP3464750B2 (ja) 1997-01-21 2003-11-10 東芝電池株式会社 リチウム二次電池
JP4712139B2 (ja) 1997-10-27 2011-06-29 パナソニック株式会社 リチウム二次電池
JPH11219720A (ja) * 1998-02-03 1999-08-10 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 電池及びリチウムイオン電池
JPH11265706A (ja) * 1998-03-16 1999-09-28 Mitsubishi Cable Ind Ltd 電 池
US6322928B1 (en) * 1999-09-23 2001-11-27 3M Innovative Properties Company Modified lithium vanadium oxide electrode materials and products
JP2001126684A (ja) * 1999-10-28 2001-05-11 Sony Corp 非水電解液電池
JP2001143717A (ja) * 1999-11-10 2001-05-25 Sony Corp 非水電解液電池
JP4817484B2 (ja) * 2000-09-26 2011-11-16 パナソニック株式会社 非水電解液およびそれを含む非水電気化学装置
US6797019B2 (en) * 2000-12-15 2004-09-28 Wilson Greatbatch Ltd. Electrochemical cell having an electrode of silver vanadium oxide coated to a current collector
US20030031933A1 (en) * 2001-08-08 2003-02-13 Shembel Elena M. Solid polymer electrolyte lithium battery
US20030113622A1 (en) * 2001-12-14 2003-06-19 Blasi Jane A. Electrolyte additive for non-aqueous electrochemical cells
JP2003249208A (ja) 2002-02-25 2003-09-05 Sanyo Electric Co Ltd 電気部品付き電池
US6849360B2 (en) * 2002-06-05 2005-02-01 Eveready Battery Company, Inc. Nonaqueous electrochemical cell with improved energy density

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6190803B1 (en) * 1996-07-26 2001-02-20 Fuji Photo Film Co., Ltd. Nonaqueous secondary battery
US6521374B1 (en) * 1998-09-02 2003-02-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Lithium secondary cell
CN2582182Y (zh) * 2002-12-06 2003-10-22 东莞新能源电子科技有限公司 聚合物锂离子电池的集流体

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
简明铝合金手册. 张士林,任颂赞，28-29，上海科学技术文献出版社. 2001
简明铝合金手册. 张士林,任颂赞，28-29，上海科学技术文献出版社. 2001 *

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Publication number Publication date
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BRPI0416860A (pt) 2007-02-27

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