CN105934841A - 利用复合电解液的锂一次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开利用复合电解液的锂一次电池，其为了最大化锂亚硫酰氯电池和锂硫酰氯电池的优点，通过混合两个电池的电解液来进行2级放电，从而能够确认电池的使用量。

Description

利用复合电解液的锂一次电池
技术领域
本发明涉及锂一次电池，更加具体地涉及利用复合电解液的锂一次电池，其为了最大化锂亚硫酰氯电池和锂硫酰氯电池的优点，通过混合两个电池的电解液来进行2级放电，从而能够确认电池的使用量。
背景技术
锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池的工作电压大致为3.5V，从而具有有高工作电压及容量和年低于1％的低自放电率的特性，并且，因亚硫酰氯(SOCl2)电解液的冰点为-105℃的特性，具有可使用于-55℃～85℃的广泛的使用温度的特性，从而广泛应用于需要10年以上的长期特性的装备的一次电池电源，但是，存在在高电流条件下出现电池容量急速减少的现象。
相反，锂硫酰氯(Li/SOCl2)电池的工作电压约为3.8V，相比锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池，具有在高工作电压和高电流条件下也能维持放电容量的优点，因硫酰氯(SOCl2)电解液的冰点为-54℃的物理特性，在低温下，出现容量急速减少的现象，因而，存在使用环境为-20℃～85℃的温度范围的制约问题。
并且，锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池和锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池均在放电过程中电压非常平坦，从而不能确认使用过程中的电池的剩余容量，因此存在不能正确把握电池的更换时期的缺点。
作为现有文献，有韩国公开专利特2001-0104540号(2001.11.26.公开)，上述文献中记载着锂一次电池。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供为了最大化锂亚硫酰氯电池和锂硫酰氯电池的优点，通过混合两个电池的电解液来进行2级放电，从而能够确认电池的使用量的利用复合电解液的锂一次电池。
技术方案
为了实现上述目的的本发明实施例的利用复合电解液的锂一次电池，使用包含金属锂而成的锂负极与包含碳粉而成的正极，并呈复合电解液浸渍于电池外壳的内部的骨架形态上述利用复合电解液的锂一次电池的特征在于，上述复合电解液混合有硫酰氯(SO2Cl2)电解液和亚硫酰氯( SOCl2)电解液，上述复合电解液中，硫酰氯(SO2Cl2)电解液和亚硫酰氯(SOCl2)电解液以6：4～9：1的重量比混合，上述锂一次电池具有在初期驱动时借助上述硫酰氯(SO2Cl2)电解液来将电池电压维持为3.8V±0.2V之后借助上述亚硫酰氯(SOCl2)电解液来将电池电压维持为3.5V±0.2V的2级放电电压，从而能够确认使用过程中的电池的剩余容量。
有益效果
根据本发明的利用复合电解液的锂一次电池，使用混合有锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池和锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池的电解液的复合电解液，从而在初期驱动时借助硫酰氯(SO2Cl2)电解液来将电池电压维持为3.8V，此后，硫酰氯(SO2Cl2)电解液被消耗之后，借助亚硫酰氯(SOCl2)电解液，并以3.5V的电压来进行级别放电，从而能够确认电池的使用量。
并且，根据本发明的利用复合电解液的锂一次电池具有2级放电电压，从而可确认使用过程中的电池的剩余容量，由此可掌握电池的更换时期，而且，能够提高作为锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池的缺点的放电容量，并可弥补作为锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池的缺点的在低温下容量急速下降的问题。
附图说明
图1为表示根据本发明实施例的利用复合电解液的锂一次电池的剖视图。
图2为表示在温度为20℃、电流强度为1mA/cm2的条件下，对根据实施例1及比较例1～2制造的电池的放电特性做出的实验结果的图。
图3为表示在温度为20℃、电流强度为5mA/cm2的条件下，对根据实施例1及比较例1～2制造的电池放电特性做出的实验结果的图。
图4为表示在温度为-30℃、电流强度为1mA/cm2的条件下，对根据实施例1及比较例1～2制造的电池放电特性做出的实验结果的图。
具体实施方式
以下参照附图详细说明的实施例会让本发明的优点及特征及实现这些优点和特征的方法更加明确。但是，本发明并不局限于以下所公开的实施例，能够以互不相同的各种方式实施，本实施例只用于使本发明所属技术领域的普通技术人员完整地理解本发明的范畴，本发明仅由发明要求保护范围定义。在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的结构要素。
以下，参照附图详细说明根据本发明的优选实施例的利用复合电解液的锂一次电池。
图1为表示根据本发明实施例的利用复合电解液的锂一次电池的剖视图。
参照图1，所示出的本发明实施例的利用复合电解液的锂一次电池100可呈包括电池外壳110、复合电解液120、锂负极130、正极140及头销160的骨架结构的电池形态，但是并不局限于此。
虽然附图上未详细示出，但是本发明实施例的利用复合电解液的锂一次电池100可呈通过将锂负极130和正极140卷绕成凝胶-卷(jelly-roll)形态而制造的螺旋结构的电池形态，在此情况下，可相同地适用复合电解液120。
复合电解液120收容于电池外壳110的内部。此时，复合电解液120中，混合硫酰氯(SO2Cl2)电解液和亚硫酰氯(SOCl2)电解液。利用如上所述的复合电解液120的方式是本发明的核心，下面，对此进行具体说明。
骨架形态的锂负极130附着于电池外壳110的内壁。此时，骨架形态的锂一次电池100通过如下方式制造：将锂负极130附着于电池外壳110的内部之后，在电池外壳110的内部分别插入下部绝缘体152及侧面绝缘体154，然后追加插入锂正极130及上部绝缘体156，通过将头销160插入于与玻璃170相结合的头部绝缘板190来紧贴于电池外壳110之后进行焊接。
此后，将复合电解液120浸渍于电池外壳110的内部之后，最终，焊接成作为饰面材料的不锈钢球180来进行密封。
此时，正极150由包括碳和粘结剂的物质形成，作为粘结剂可使用聚四氟乙烯(PTFE，Polytetrafluoroethylene)，但是并不局限于此。
上述的本发明实施例的利用复合电解液的锂一次电池100的特征在于，利用混合有硫酰氯(SO2Cl2)电解液和亚硫酰氯(SOCl2)电解液的复合电解液120。此时，可利用硫酰氯(SO2Cl2)电解液中添加亚硫酰氯(SOCl2)电解液的复合电解液120。与此相反，可利用亚硫酰氯(SOCl2)电解液中添加硫酰氯(SO2Cl2)电解液的复合电解液120。
如上所述的复合电解液120中，硫酰氯(SO2Cl2)电解液和亚硫酰氯(SOCl2)电解液优选以6：4～9：1的重量比混合。此时，使用60％、70％、80％及90％的放电剩余容量之后，如需确认，将复合电解液120组份分别以SO2Cl2 60％+SOCl2 40％、SO2Cl2 70％+SOCl2 30％、SO2Cl2 80％+SOCl2 20％、SO2Cl2 90％+SOCl2 10％制备即可。
如果，在硫酰氯(SO2Cl2)电解液和亚硫酰氯(SOCl2)电解液的重量比小于6：4的情况下，因亚硫酰氯电解液的比重相对增加，可能会导致在高电流条件下电池容量急速减少的问题。相反，在硫酰氯(SO2Cl2)电解液和亚硫酰氯(SOCl2)电解液的重量比大于9：1的情况下，因亚硫酰氯电解液的比重甚微，可确认电池的剩余容量，但是，低温特性可能会相对地降低。
此时，所使用的复合电解液120内的锂盐由四氯化铝锂(LiAlCl4)及四氯化镓锂(LiGaCl4)中的一种形成，优选地利用具有0.1～3.0M的浓度的锂盐。
尤其是，得知了本发明实施例的利用复合电解液的锂一次电池100具有在初期驱动时借助硫酰氯(SO2Cl2)电解液来将电池电压维持为3.8±0.2V之后借助亚硫酰氯(SOCl2)电解液来将电池电压维持为3.5±0.2V的2级放电。
上述的本发明的利用复合电解液的锂一次电池使用混合有锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池和锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池的电解液的复合电解液，从而在初期驱动时借助硫酰氯(SO2Cl2)电解液来将电池电压维持为3.8V，此后，硫酰氯(SO2Cl2)电解液被消耗之后，借助亚硫酰氯(SOCl2)电解液，并以3.5V的电压来进行级别放电，从而能够确认电池的使用量。
并且，本发明的利用复合电解液的锂一次电池具有2级放电电压，从而可确认使用过程中的电池的剩余容量，由此可把握电池的更换时期，而且，能够提高作为锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池的缺点的放电容量，并可弥补作为锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池的缺点的在低温下容量急速下降的问题。
实施例
以下，通过本发明的优选实施例更加详细说明本发明的结构及作用。只是，此是以本发明的优选示例而提出的，无论什么意义都不能解释为本发明局限于此。
只要是本领域技术人员就能充分地技术性类推出未记载于此说明书的内容，因此，省略此说明。
1.锂一次电池的制造
以表1中所记载的电解液组份及锂盐浓度条件，制造了根据实施例1及比较例1～2的锂一次电池。
表1
区分 电解液 锂盐浓度
实施例1 SO2Cl2 70％+SOCl2 30％ 1M LiAlCl4
比较例1 SOCl2 100％ 1M LiAlCl4
比较例2 SO2Cl2 100％ 1M LiAlCl4
2.放电特性的评价
表2表示根据实施例1及比较例1～2的锂一次电池的放电特性的评价结果。并且，图2为表示在温度为20℃、电流强度为1mA/cm2的条件下，对根据实施例1及比较例1～2制造的电池放电特性做出的实验结果的图。
表2
参照表1及表2和图2可确认到，使用SO2Cl2 70％+SOCl2 30％的复合电解液的实施例的锂一次电池从开始放电至消耗约70％的放电容量，呈现作为SO2Cl2电池的特性的3.8V的工作电压，并进行放电，耗尽SO2Cl2电解液之后，以作为SOCl2电池的特性的3.4V电压来进行级别放电之后结束的曲线图特性。
相反，可确认到使用SOCl2 100％的电解液的比较例1的锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池以一般的放电特性，直到结束放电为止呈现出3.4V的稳定电压，此后结束放电现象。
并且，可确认到使用SO2Cl2 100％的电解液的比较例2的锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池以一般的放电特性，直到结束放电为止呈现出3.8V的稳定电压，此后结束放电现象。
因此，实施例1的锂一次电池通过使用SO2Cl2 70％+SOCl2 30％组份的复合电解液来呈现放电过程中的级别电压差，从而在电池的常用量达到约70％时可确认电池的剩余容量。
尤其是，如表2所示，比较实施例1及比较例1～2的锂一次电池的放电时间的结果，实施例1的锂一次电池呈现级别电压的特性，从而能够确认电池的使用量，并且能够改善作为锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池的缺点的低温性能及作为锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池的缺点的高效率特性。
另一方面，图3为表示在温度为20℃、电流强度为5mA/cm2的条件下，对根据实施例1及比较例1～2制造的电池的放电特性做出的实验结果的图。此时，图3表示为了比较在高电流下的电池性能，施加比图2的实验条件高出5倍以上的5mA/cm2强度的电流时的放电特性的实验结果。
如图3所示，可确认到，因实施例1中使用SO2Cl2 70％+SOCl2 30％的复合电解液，呈现两个级别的放电特性并放电。
此时，将实施例1的锂一次电池与使用SOCl2 100％的电解液的比较例1进行比较时，放电时间达到190％水准的容量，从而可改善作为锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池的缺点的高效率特性，与使用SO2Cl2 100％的电解液的比较例2进行比较时，也能够呈现95％水准的容量。
并且，图4为表示在温度为-30℃、电流强度为1mA/cm2的条件下，对根据实施例1及比较例1～2制造的电池的放电特性做出的实验结果的图。此时，图4表示为了比较低温下的电池性能，在-30℃下施加1mA/cm2强度的电流时的放电特性的实验结果。
如图4所示，使用SO2Cl2 70％+SOCl2 30％组份的复合电解液的实施例1的锂一次电池如图3所示呈现出两个级别的电压特性并放电，与使用SOCl2 100％的电解液的比较例1的锂亚硫酰氯(Li/SOCl2)电池比较放电时间时，呈现出110％水准的容量，与使用SO2Cl2100％的电解液的比较例2的锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池比较时，呈现出150％水准的容量，从而可确认出改善了作为锂硫酰氯(Li/SO2Cl2)电池的缺点的低温特性。
以上，主要说明了本发明的实施例，但是，以本发明所属技术领域的普通技术人员的水准能够进行多种变更及变形，只要不脱离本发明所提供的技术思想的范围内，这些变更及变形可被视为属于本发明。因此，本发明的权利范围应根据所记载的发明要求保护范围而判断。

Claims (5)

1.一种利用复合电解液的锂一次电池，使用包含金属锂而成的锂负极与包含碳粉而成的正极，并呈复合电解液浸渍于电池外壳的内部的骨架形态，
所述利用复合电解液的锂一次电池的特征在于，
所述复合电解液混合有硫酰氯电解液和亚硫酰氯电解液，所述复合电解液中，硫酰氯电解液和亚硫酰氯电解液以6：4～9：1的重量比混合，
所述锂一次电池具有在初期驱动时借助所述硫酰氯电解液来将电池电压维持为3.8V±0.2V之后借助所述亚硫酰氯电解液来将电池电压维持为3.5V±0.2V的2级放电电压，从而能够确认使用过程中的电池的剩余容量。
2.一种利用复合电解液的锂一次电池，使用包含金属锂而成的锂负极与包含碳粉而成的正极，并呈复合电解液浸渍于电池外壳的内部的螺旋形态，
所述利用复合电解液的锂一次电池的特征在于，
所述复合电解液混合有硫酰氯电解液和亚硫酰氯电解液，所述复合电解液中，硫酰氯电解液和亚硫酰氯电解液以6：4～9：1的重量比混合，
所述锂一次电池具有在初期驱动时借助所述硫酰氯电解液来将电池电压维持为3.8V±0.2V之后借助所述亚硫酰氯电解液来将电池电压维持为3.5V±0.2V的2级放电电压，从而能够确认使用过程中的剩余容量。
3.根据权利要求1或2所述的利用复合电解液的锂一次电池，其特征在于，所述复合电解液中，硫酰氯电解液和亚硫酰氯电解液以6：4～7：3的重量比混合。
4.根据权利要求1或2所述的利用复合电解液的锂一次电池，其特征在于，所述复合电解液内的锂盐由四氯化铝锂及四氯化镓锂中的一种锂盐形成，所述锂盐具有0.1～3.0M的浓度。
5.根据权利要求1或2所述的利用复合电解液的锂一次电池，其特征在于，所述复合电解液中，在所述硫酰氯电解液中直接添加亚硫酰氯电解液，或者在亚硫酰氯电解液中直接添加硫酰氯电解液。
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