CN106663806B - 用于在存储期间使锂/一氟化碳电池稳定化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括：在CFx阴极的形成期间利用碱来处理CFx材料；以及将经处理的CFx材料装配到阴极电极中并且将阴极电极与锂阳极电极和电解质一起装配到单元中。

Description

用于在存储期间使锂/一氟化碳电池稳定化的方法
要求优先权
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2014年7月8日提交的美国临时专利申请序列号62/021,814的优先权的权益，将其通过引用整体并入本文。
背景技术
诸如心脏节律管理设备的脉冲发生器(可植入医学设备或IMD)能够包括容纳各种电子和电化学组件的密封壳体。例如，电池通常在可植入设备中被需要。
诸如锂/一氟化碳(Li/CFx)电池的一些电池能够在电池的存储之后发展电池电阻的增大。这能够得到较低负载的电压。
发明内容
在示例1中，本文档描述了一种方法，其包括：在CFx阴极的形成期间利用碱来处理CFx材料；以及将经处理的CFx材料装配到阴极电极中并且将所述阴极电极与锂阳极电极和电解质一起装配到单元中。
在示例2中，示例1的主题能够任选地包括其中所述碱能够包括LiOH。
在示例3中，示例1或2中的任一项的主题能够任选地包括其中所述碱包括KOH。
在示例4中，示例1-3中的任一项的主题能够任选地包括其中所述碱包括聚合有机碱。
在示例5中，示例4的主题能够任选地包括其中所述聚合有机碱包括胺，所述胺包括H2N-(CH2)n-NH2或者H2N-[(CH2)n-NH-(CH2)n]m-NH2。
在示例6中，示例4的主题任选地包括其中所述聚合有机碱包括吡啶或咪唑。
在示例7中，示例6的主题能够任选地包括其中所述聚合有机碱包括聚4乙烯基吡啶或聚1乙烯基咪唑。
在示例8中，示例1-7中的任一项的主题能够任选地包括其中所述碱包括阴离子盐。
在示例9中，示例8的主题能够任选地包括其中所述阴离子盐包括Li2SiO3、Li2B4O7、Li2CO3或Li3PO4。
在示例10中，示例1-9中的任一项的主题能够任选地包括其中所述碱包括金属氧化物。
在示例11中，示例10的主题能够任选地包括其中所述金属氧化物包括Li2O或Al2O3。
在示例12中，示例1-11中的任一项的主题能够任选地包括其中处理所述CFx材料包括在中和过程期间将所述碱与所述CFx材料进行混合。
在示例13中，示例1-12中的任一项的主题能够任选地包括其中处理所述CFx材料包括在阴极制造过程期间将所述碱与所述阴极材料进行混合。
在示例14中，示例1-13中的任一项的主题能够任选地包括其中处理所述CFx材料是在中和过程和阴极制造过程两者期间被执行的。
在示例15中，一种方法包括：在形成阴极的中和过程期间利用碱来处理CFx材料；在其中添加剂被添加到经处理的CFx材料的阴极制造过程期间进一步利用碱来处理经处理的CFx材料以形成阴极粉末；将所述阴极粉末装配到阴极中；并且通过将所述阴极与锂阳极和电解质一起装配到壳体中来形成电池单元。
附图说明
附图总体上通过举例的方式但是不是通过限制的方式说明本文档中讨论的各种实施例。
图1示出了根据一个实施例的电池的示意性横截面。
图2示出了根据一个实施例的用于制造电池的过程流的示例。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的电池100的示意性横截面。电池100能够被使用在可植入医学设备中或者例如用于其他用途。在该示例中，电池包括能够例如由金属形成的壳体110。在壳体110内是一系列交替的阳极112、114、116和阴极113、115。例如，每个相邻的阳极和阴极由诸如微孔聚丙烯或聚乙烯(或两者的组合)分离器117分开。阳极112、114、116被连接在一起并且被连接到端子122。阴极113、115被连接在一起并且被连接到端子124。端子122、124中的任一个或两者能够与壳体110绝缘。壳体被填充有电解质溶液，例如二甲氧基乙烷(DME)。
在一些实施例中，电池100是Li/CFx电池，其中阳极112、114、116包括锂，并且阴极包括CFx(例如，例如，其中x能够在.5与1.1之间)。在一些示例中，在阴极构建过程的一个或多个步骤处利用碱来处理CFx以便中和能够降低电解质中的DME溶液的CFx中的酸性部位。利用碱来处理CFx能够防止退化产品形成DME，其能够导致薄膜被形成在阴极上，从而增大其电阻。另外，经退化的DME产品还能够迁移到阳极，其中锂能够减少DME退化产品，从而得到较高的阳极电阻并且得到单元电阻的总体增大。
图2示出了根据本公开内容的一些实施例的用于制造电池100的过程流的示例。在图2中，过程被示意性地分解以示出五个基本步骤，中和步骤200、阴极制造步骤220、真空烘烤阴极粉末步骤230、制丸步骤240以及单元装配步骤250。在一些示例中，能够省略这些步骤中的一个或多个。
在过程流的一个示例中，在中和步骤200中，将CFx 212与碱溶液214一起混合。碱溶液214能够包括碱218和异丙醇(IPA)/去离子的(DI)水混合物216。在一个实施例中，氢氧化锂(LiOH)被用作用于中和的碱。在这样的实施例中，0.5摩尔(M)LiOH溶液被用于中和CFx上的酸性部位并且用于具有特定额外碱以中和可以在单元的放电期间存在的任何额外的酸性部位。例如，100克(g)的CFx 212能够与0.5M LiOH溶液(500毫升(ml)，按体积80％的去离子(DI)水以及按体积的20％的异丙醇)混合在一起。在一个示例中，混合物219被搅拌4小时到6小时。混合物219的最终pH为大约12.5。CFx混合物219之后利用布氏漏斗和沃特曼#1过滤器来过滤。得到的CFx块状物之后在强制空气或真空炉中以120℃被烘干。
在一个示例中，在阴极制造步骤220中，CFx阴极(83％CFx/10％乙炔黑/7％PTFE，作为一个示例)能够被制作如下。碱202(例如，LiOH)与DI水一起被混合并且被搅拌至溶解。IPA被添加到混合物并且来自中和步骤200的经中和的CFx被添加。溶液被混合并被烘干。之后，进一步碱202与DI水一起被混合并被溶解。之后，CFx、AB碳204以及碱/DI水/IPA溶液201被混合在一起。
之后，PTFE粘合剂205能够与CFx/AB浆体混合在一起。混合物被烘干和冷却。烘干的块状物被分解、被融合、以及被筛选一次或多次直到得到阴极粉末。阴极粉末被烘烤并且被真空烘230。阴极粉末能够在期望时被按压成丸240。阴极粉末或丸通过利用当前收集器按压或以其他方式与当前收集器组合来形成到阴极中。
利用碱来处理CFx并且在阴极粉末过程期间使碱存在于DI水/IPA溶液中得到将在由于碱与CFx起反应的升高的温度的多个存储时间段期间在电阻方面保持稳定的单元。
在各种示例中，取决于原始CFx材料的质量，例如，利用碱来处理CFx材料能够在中和步骤200或者阴极制造步骤220中被省略，因为足够的残余碱能够存在以与CFx起反应以防止进一步退化。
在一个示例中，在单元装配步骤250中，单元能够被形成为具有由本文中描述的CFx阴极材料形成的两个阴极和被形成为包括锂的三个阳极。一个示例包括在阳极与阴极之间的分离器的两层。阳极和阴极能够被放置在壳体252中。电解质能够被添加到壳体。在一些实施例中，电解质能够为γ丁内酯中的1M LIBF4/DME(按体积为50/50)。
在一个示例中，电解质还能够包括添加剂，例如3,5-二甲基异恶唑(DMI)，其能够清除酸性标本。例如，添加剂能够包括γ丁内酯(GBL)中的1M LiBF4/1,2二甲氧基乙烷(DME)(按体积为1:1)，其中按重量0.5％的DMI。
除了以上示例，能够使用其他形式的中和剂。例如，酸类能够使用质子受体来中和，质子受体还被称为占据形成盐的质子的碱或缓冲。对中和剂的使用能够去除一些材料中的酸性标本的不期望的量。该过程的示例是使用LiOH或KOH来中和电解地产生的二氧化锰中的残余酸类，其能够由CFx与电解质起反应来产生。
中和过程的另一示例是氢氟酸(HF)与氢氧化锂的中和。该过程由以下化学反应来示出：
HF+LiOH→LiF+H2O
如所示出的，来自酸性HF的质子与碱LiOH中的氢氧化物组进行组合以形成盐LiF和水。
在其他示例中，未形成水的作为反应产物的其他碱能够被使用。这些包括可溶解于电解质中的有机碱。
另一备选方案是使用不可溶解的聚合有机碱来中和存在或被形成的酸性标本。例如，聚合有机碱能够被包含于碳混合物中。结果是已经为固体并且不以将关闭气孔的方式沉淀的聚合盐。聚合型有机碱的示例包括但不限于诸如H2N-(CH2)n-NH2和H2N-[(CH2)n-NH-(CH2)n]m-NH2的胺、诸如聚4乙烯基吡啶的吡啶、诸如聚1乙烯基咪唑的咪唑以及用作具有相对高的酸解离常数pKa的质子碱或缓冲制剂的类似的化合物。聚合物能够例如为单链的、线性的或分支的、交叉链接的或共聚合物。
中和酸性标本的另一备选方案能够是使用不可溶解的阴离子金属盐和金属氧化物。锂离子是阴离子金属盐的阳离子。使用不可溶解的阴离子金属盐和金属氧化物的结果是已经为固体的并且不以将关闭气孔的方式沉淀的化合物。阴离子金属盐的示例包括但不限于Li2SiO3、Li2B4O7、Li2CO3或Li3PO4。金属氧化物的一些示例包括但不限于Li2O或Al2O3。
金属盐、金属氧化物或本文中讨论的这些添加剂的组合能够直接与阴极材料一起混合。这些添加剂能够在有效地中和酸性标本但是不显著地影响电池的性能的量上被添加。此外，其能够在粘合剂包含用作质子碱或缓冲制剂的合适的组时有帮助。这能够限制在阴极中不是电化学活性的材料的量。
以上详细描述包括对附图的引用，其形成详细描述的一部分。附图通过说明的方式示出本发明能够被实践在其中的具体实施例。这些实施例也在本文中被称为“示例”。这样的示例能够包括除了示出或描述的元件之外的元件。然而，本发明人还预见到其中仅仅示出或描述的那些元件被提供的示例。此外，本发明人还预见到使用示出或描述的那些元件的任何组合或排列(或其一个或多个方面)的示例，无论是关于特定示例(或其一个或多个方面)，还是关于本文中示出或描述的其他示例(或其一个或多个方面)。
在本文档与通过引用并入的任何文档之间的不一致用法的情况下，本文档中的用法控制。在本文档中，如专利文档中常见的，使用术语“一”或“一个”以包括一个或多于一个，独立于对“至少一个”或“一个或多个”的任何其他实例或用法。在本文档中，术语“或者”被用于指代非排他性的，或者使得“A或B”包括“A但是非B”、“B但是非A”以及“A和B”，除非另行指示。在本文档中，术语“包括(including)”和“其中(in which)”被用作各自的术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的普通英语等效词。此外，在下面的权利要求中，术语“包括(including)”和“包括(comprising)”为开放式的，即，包括除了在权利要求中被列出在这样的术语之后的元件之外的元件的系统、设备、产品、组成、形成或过程仍然被认为落入该权利要求的范围内。此外，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等等仅仅被用作标签，并且不旨在对它们的对象施加数字要求。
以上描述旨在为说明性的而非限制性的。以上描述的示例(或其一个或多个方面)可以与彼此组合地来使用。能够例如由本领域普通技术人员在审查以上描述后使用其他实施例。摘要被提供以符合37C.F.R.§1.72(b)以允许读者快速地确定技术公开内容的性质。其以如下理解来提交：其将不被用于解释或限制权利要求的范围或意义。此外，在以上详细描述中，各种特征可以被分组在一起以使本公开内容设计为流线型。这不应当被解释为意图未要求保护的所公开的特征是任何权利要求必要的。相反，发明的主题可以位于特定的所公开的实施例的少于所有的特征中。因此，以下权利要求在此被并入到详细描述中作为示例或实施例，其中每个权利要求本身用作单独的实施例，并且预见到这样的实施例能够在各种组合或排列中与彼此进行组合。本发明的范围应当参考随附权利要求连同这样的权利要求被授予的等效方案的完整范围来确定。

Claims (15)

1.一种用于在存储期间使电池稳定化的方法，包括：
在CFx阴极的形成期间利用碱来处理CFx材料并使所述碱存在于DI水和IPA的混合物中；以及
将经处理的CFx材料装配到阴极电极中并且将所述阴极电极与锂阳极电极和电解质一起装配到单元中；
其中利用所述碱来处理所述CFx材料是在将经处理的CFx材料装配到阴极电极中之前所进行的，使得在所述阴极被装配之前中和所述CFx材料中的酸性部位。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碱包括LiOH。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，所述碱包括KOH。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，所述碱包括聚合有机碱。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述聚合有机碱包括胺，所述胺包括H2N-(CH2)n-NH2或者H2N-[(CH2)n-NH-(CH2)n]m-NH2。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述聚合有机碱包括吡啶或咪唑。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述聚合有机碱包括聚4乙烯基吡啶或聚1乙烯基咪唑。
8.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，所述碱包括阴离子盐。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述阴离子盐包括Li2SiO3、Li2B4O7、Li2CO3或Li3PO4。
10.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，所述碱包括金属氧化物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述金属氧化物包括Li2O或Al2O3。
12.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，处理所述CFx材料包括在中和过程期间将所述碱与所述CFx材料进行混合。
13.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，处理所述CFx材料包括在阴极制造过程期间将所述碱与阴极材料进行混合。
14.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中，处理所述CFx材料是在中和过程和阴极制造过程两者期间被执行的。
15.一种用于在存储期间使电池稳定化的方法，包括：
在形成阴极的中和过程期间利用碱来处理CFx材料并使所述碱存在于DI水和IPA的混合物中；
在阴极制造过程期间进一步利用碱来处理经处理的CFx材料以形成阴极粉末；
将所述阴极粉末装配到阴极中；并且
通过将所述阴极与锂阳极和电解质一起装配到壳体中来形成电池单元；
其中利用所述碱来处理所述CFx材料是在将经处理的CFx材料装配到阴极电极中之前所进行的，使得在所述阴极被装配之前中和所述CFx材料中的酸性部位。
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