CN1415125A - 锂电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种锂电池组，其中负极含有含硫的电化学活性物质，电解液含有锂盐、非水溶剂和一种或多种提高电量的活性组分。合适的活性组分包括电子迁移介体。本发明还提供一种制造锂电池组的方法。

Description

锂电池组
发明领域
本发明总的来说属于电化电池的领域。更具体地说，本发明涉及锂电池组，其中的阴极包含含硫的电化学活性物质，电解液包含能提高锂电池组电量的活性组分。
发明背景
在本文中，引用了各种公开的专利和公开的专利申请。本文中引用的所述公开专利和公开的专利申请的内容结合都于此，以更全面地描述本发明所属领域的该行业状况。
随着电池组的持续发展，尤其锂电池组越来越广泛地用于多种用途，需求长期保持高能量的安全电池组越来越重要。近年来，开发高能量密度的阴极活性物质用于具有含锂阳极的高能量一次和二次电池组有相当大的重要性。用于制造锂电池组的多种阴极物质是本行业内已知的。
本行业内已知的一种锂电池组是可再充电的锂电池组，该电池组能够进行多次放电和再充电循环。在锂电池放电期间，形成锂离子并从阳极析出，然后插入阴极。再充电时，发生相反的过程。用于这些电池组的电极对电池组的性能尤其对其循环周期能够产生意外的作用。
本行业内已知的另一种锂电池组是一次锂电池组。一次电池组与可再充电电池组的不同在于它设计成仅放电一次。实际上，由于该种设计，要对一次电池组再充电就会产生安全性问题，而且仅对有限的循环次数部分地有效。Nishio等人曾在电池组物质手册，第2章，″实用的电池组″，第31-40页，(Elsevier，阿姆斯特丹，(1999))，又Linden曾在电池组手册，第14章，第5-6页(McGraw-Hill，纽约(1995))描述了一次锂电池的例子。不可再充电的一次电池，只能放电一次，具有很短的使用寿命，它们的处置负担很重，这就使得选择阴极物质及其对环境的影响很重要。硫是用于一次电池的具有吸引力的阴极活性物质，从环境角度和它在锂-硫对中很高理论比电量1675mAh/g这两者考虑，都是如此。
美国专利No4,410,609(Peled等人)描述了这样的一次电池，它包括由锂或可放电锂合金组成的阳极，含有溶剂以溶解电解质盐和低浓度多硫醚的电解液，和惰性的可载硫的多孔阴极集电器。Yamin等人在Electrochemical Society Proceedings，1984，卷84-1，301-310，中描述了低等级锂/硫电池组，该一次电池具有用硫浸渍的多孔碳阴极集电器，而且其电解液是锂多硫醚在四氢呋喃-甲苯混合物中的1M LiClO4饱和溶液。这些电池的室温能量密度据报道为730Wh/Kg。
在研究锂-硫电池组用的二氧戊环基的溶剂时，Peled等人在J.Electrochem.Soc.，1989，136，1621-1625中，报导了富含二氧戊环的溶剂可与锂相容，但是由于最终的还原(放电)产物Li2S2，硫的利用率仅为50％。
目前需要提高一次和可再充电锂电化电池的性能。在研究锂/亚硫酰氯电池的过程中，加入卤化物添加剂就可以提高性能。例如Linden在电池组手册，第14章，第44-47页(McGraw-Hill，纽约(1995))中总结了通过向锂/亚硫酰氯电池加入BrCl提高电池电压和能量密度的数据。在美国专利№4,784,925和4,784,927(Klinedinst等人)中报导了加入少量碘或一氯化碘用作催化剂可提高锂/亚硫酰氯电池的输出电压和电量。
钠-硫电池，一般在高温例如300℃-350℃下工作，也一般在低于理论电量的电量下工作，能够避免不溶的Na2S和Na2S2沉淀。美国专利№4,018,969(Fisher等人)和美国专利№4,184,013，4,216,276，和4,238,553(Weddigen等人)描述了一种，能提高Na2S和Na2S2在液体硫阴极中的溶解度，并由此提高高温钠-硫电池电量的添加剂。
尽管有人提出了多种制造锂电池的方法，但是仍然需求能量密度更高、更安全的并为环境更可接受的一次和可再充电的锂电池。
因此，本发明的一个目的是提供能量密度的锂电池。
本发明的另一个目的是提供安全并包含环境可接受的物质的电池。
本发明的概述
本发明涉及一种锂电化电池，它包括：(a)固体锂阳极；(b)固体阴极，包含含硫的电化学活性物质；(c)插在固体阳极与固体阴极之间的非水电解液，该电解液包含：(i)一种或多种锂盐；(ii)一种或多种非水溶剂；(iii)一种或多种提高电量的活性组分。
在一个实施方式中，一种或多种提高电量的活性组分包含一种阴离子受体。在一个实施方式中，一种或多种提高电量的活性组分包含一种电子迁移介体。
在一个实施方式中，阴离子受体包含具有式(-N(R)-CH2-CH2-)q的聚亚烷基胺化合物，式中q是等于或大于2的整数，R是选自CF3SO2、CF3CO、CN、SO2CN和(-CH2-CH2-N(R’)-)p的取代基，其中R’选自H、CF3SO2、CF3CO、CN和SO2CN，p是整数1-4。
在一个实施方式中，阴离子受体是含硼部分BX3，其中每个X相同或不同，是选自F、全氟烷基、CF2＝CF-、五氟苯基、3、4、5-三氟苯基、CF3SO2、N(CF3SO2)2，C(CF3SO2)3和的吸电子基团，其中每个R2相同或不同，选自H、F、CF3、COCF3、SO2CF3和SO2F。
在一个实施方式中，阴离子受体的含量为电解液的0.2-25重量％。在一个实施方式中，阴离子受体的含量为电解液的0.5-10重量％。
在一个实施方式中，提高电量的活性组分包含下式组分：其中每个R4相同或不同，选自H、烷基、烯基、芳基或它们的取代的衍生物；
每个E相同或不同，选自O、NR5和S、其中R5是烷基、芳基或它们的取代的衍生物；
a是0-1的整数；
r是2-5的整数。
在一个实施方式中，电子迁移介体具有式：其中每个Z相同或不同，选自O、S、Se和NR5，其中R5是烷基、芳基或它们的取代的衍生物；
每个R相同或不同，选自烷基、芳基、F、Cl、CF3、CF3SO2和N(R5)2；其中R5是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
Y是-C＝C-或
t是整数0-4。
在另一个实施方式中，电子迁移介体具有式：
Figure A0081805100082
其中：
每个Z相同或不同，选自O、S、Se和NR5，其中R5是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
每个R相同或不同，选自烷基、芳基、F、Cl、CF3、CF3SO2和N(R6)2；其中R6是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
Y是-C＝C-或
Figure A0081805100083
u是整数1-6。
在一个实施方式中，电子迁移介体的含量为电解液的0.2％-25重量％。在一个实施方式中，电子迁移介体的含量为电解液的0.5％-10重量％。
在一个实施方式中，电子迁移介体的氧化还原电势小于2.2V。在一个优选的实施方式中，电子迁移介体的氧化还原电势为1.5V-2.0V。
在一个实施方式中，一种或多种非水溶剂选自醚、环醚、聚醚、砜和环丁砜。
在一个实施方式中，一种或多种锂盐选自LiBr，LiI，LiSCN，LiBF4，LiPF6，LiAsF6，LiSO3CF3，LiN(SO2CF3)2，LiC(SO2CF3)3，(LiSx)zR和Li2Sx，其中x是1-20的整数，z是1-3的整数，R是有机基团。
在一个实施方式中，电化学活性的含硫物质含有元素硫。在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质，在其氧化态时，包含一种或多种多硫醚部分，-Sm-，其中m是等于或大于3的整数。在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质在其氧化态时，包含一种或多种多硫醚部分-Sm-，其中m是等于或大于3的整数。在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质在其氧化态时，包含一种或多种多硫醚部分Sm2-，其中m是等于或大于3的整数。。
在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质在其氧化态时，具有通式：其中x是从大于2.5至约50，n是等于或大于2的整数。
在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质在其氧化态时，包含一种或多种多硫醚部分：
Figure A0081805100092
其中每个m相同或不同，是整数且大于2，每个y相同或不同，是整数且等于或大于1。
在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质在其氧化态时，包含一种或多种下述部分：其中每个m相同或不同，且大于2。
在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质是含有下式聚合物链节的聚合物：其中：
Q是一个碳环重复单元，它包含具有3-12环碳原子的碳环；
S是硫原子；
m是给定的多硫醚键内的硫原子数，是整数3-10，每个m相同或不同；
n是交联的多硫醚键的数目，是1-20的整数，每个相同或不同；
v是大于1的整数。
在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质包含多于50重量％的硫。在一个优选的实施方式中，含硫的电化学活性物质包含多于75重量％的硫。在一个更优选的实施方式中，含硫的电化学活性物质包含多于90重量％的硫。
在一个实施方式中，锂阳极选自锂金属、锂铝合金、锂锡合金、插入有锂的碳和插入有锂的石墨。
在一个实施方式中，电池的能量密度高于1000Wh/Kg。在一个实施方式中，电池能量密度高于1200Wh/Kg。在一个实施方式中，电池能量密度高于1500Wh/Kg。
在本发明的一个实施方式中，提高电量的活性组分将电池第一充放电循环的放电量提高10％以上。在本发明的一个实施方式中，提高电量的活性组分将电池的30次充放电循环的总放电量提高10％以上。在一个实施方式中，提高电量的活性组分将电池的30次充放电循环的总放电量提高30％以上。
在一个实施方式中，电池是二次电化电池。在一个实施方式中，电池是原电池。
本发明的另一方面涉及制造锂电化电池的方法，它包括如下步骤：
(a)提供固体锂阳极；
(b)提供固体阴极，它包含含硫的电化学活性物质；
(c)在阳极和阴极之间插入非水电解液，该电解液包含：
(i)一种或多种锂盐；
(ii)一种或多种非水溶剂；
(iii)一种或多种提高电量的活性组分，如下所述。
本行业内的普通技术人员会明白，本发明一个方面或一个实施方式的特征也可以应用到本发明的其他方面和实施方式中。
发明的详细说明
本发明的一个方面涉及电化电池，它包含：
(a)固体锂阳极；
(b)固体阴极，包含含硫的电化学活性物质；
(c)插入阳极和阴极之间的非水电解液，其中电解液包含：
(i)一种或多种锂盐；
(ii)一种或多种非水溶剂；
(iii)一种或多种提高电量的活性组分。
在一个实施方式中，一种或多种提高电量的活性组分包含阴离子受体。在一个实施方式中，一种或多种提高电量的活性组分包含电子迁移介体。提高电量的活性组分可以是非电化学活性的或电化学活性的。本文中使用的术语″非电化学活性的″，指这样的电池组分物质，在没有电化学活性的含硫阴极物质存在条件下，它不参与放电的电化学反应。
提高电量的电解液的活性组分
在本发明中，提高电量的活性组分被加入到锂/电化学活性含硫物质的电化电池的非水电解液中，用以提高电池的电化学电量。对于以锂和元素硫为基础的电化电池，理论能量密度是2,600Wh/Kg。在一种实施例中，据Yamin等人在Electrochemical Society Proceedings，1984，卷84-1，301-310中所述，锂/元素硫电池的电量极限约为730Wh/Kg(根据所有电池组分算得，不包括箱体)。电量一般受电池的还原产物Li2S2的不溶度和非导电性限制，它会阻止S8完全还原成Li2S。可以看到，如果电化学反应停止于Li2S2，那么就会损失理论电量的约50％。也就是说，为了从电池中产生最大的电量，Li2S2必须还原成Li2S。
本发明提高电量的活性组分提高本发明锂/硫类型电池的理论电量的一种途径是增大Li2S2的溶解度。Li2S2的溶解度可以使用阴离子受体与在放电期间形成的Li2S2反应或络合来提高。合适的阴离子受体包括而不局限于Dietrich在Pure and Applied Chemistry，1993，65，1457-1464，中描述的铵，酰胺和路易斯酸物质，例如聚大环铵、聚大双环铵、聚大三环铵、胍鎓(guanidinium)物质、酰胺官能的分子和路易斯酸物质。Lee等人在美国专利№5,705,689和5,789,585中描述了聚亚烷基胺衍生物作为提高锂盐在非水溶剂中的溶液的离子导电性的阴离子受体，例如LiCI和LiBr在四氢呋喃中的溶液。Lee等人在J.Electrochem.Soc.，1998，145，2813-2818中描述了能提高锂盐溶液离子导电性的硼酸酯阴离子受体，例如三氟乙酸锂、LiF、LiCI和Lil在二甲氧基乙烷中的溶液。
本发明用作阴离子受体的合适的提高电量的活性组分包括而不局限于具有式(-N(R)-CH2-CH2-)q的直链、支链和环状聚亚烷基胺，其中R是一个选自吸电子基团例如CF3SO2、CF3CO、CN、SO2CN的部分，q是1-20的整数；或R是(-CH2-CH2-N(R’)-)p，其中R’是H，CF3SO2、CF3CO、CN和SO2CN，p是整数1-4，例如如Lee等人在美国专利№5,705,689和5,789,585中所述。用作阴离子受体的其他合适的提高电量的活性组分包括具有NCF3、NSO2F、NSO2CF3和NCF2N官能的组分，例如美国专利№4,216,276(Weddigen等人)中所述。
合适的路易斯酸阴离子受体包括而不局限于硼，锡和硅部分。例如，含硼部分BX3，其中每个X相同或不同，是选自F、全氟烷基、CF2＝CF-、五氟苯基、3，4，5-三氟苯基、CF3SO2、N(CF3SO2)2、C(CF3SO2)3和
Figure A0081805100121
的吸电子部分，其中每个R2相同或不同，选自H、F、CF3、COCF3、SO2CF3和SO2F。
阴离子受体的含量可以在很宽的范围内变化，约占电解液所有组分的0.2重量％-25重量％。优选的含量约为0.5重量％-约10重量％。更优选的含量约为1重量％-约5重量％。
虽然可以使用任何合适的阴离子受体，但是在每种情形下，最有效的是根据具体的电解液溶剂体系和电解质盐进行选择。
另一种提高本发明锂/硫类型电池的理论电量的途径是加入电子迁移介体到电解液中，以便将Li2S2还原成Li2S。此有效介体的氧化还原电势低于2.2V。最优选介体的氧化还原电势为1.5V-2.0V。
虽然不想受到理论的束缚，但可以认为电子迁移介体这样起作用，在1.5V-2.0V电压范围内，在电化学还原反应过程中它接受一对电子，转而将电子转移给Li2S2，形成硫化锂Li2S，释放出硫离子S2-，并再生出介质M。该过程描述如下：
另外，电子迁移介体也可以这样起作用，在1.5V-2.0V电压范围内，在电化学还原反应过程中它接受一个电子，转而将电子转移给Li2S2。在随后的过程中，发生第二个电子的迁移，完成Li2S2向Li2S+S2-的还原。介质在该循环中保持不变。该过程可以描述如下：
Figure A0081805100133
其中M是电子迁移介体。
合适的电子迁移介体包括而不局限于具有下式I的介质：
Figure A0081805100134
其中：
每个R4相同或不同，选自H、烷基、烯基、芳基或它们的取代衍生物：
每个E相同或不同，选自O、NR5和S，其中R5是烷基、芳基或它们的取代衍生物：
a是0-1的整数；
r是2-5的整数。
合适的具有式I的电子迁移介体，包括而不局限于二(甲氧基甲基)二硫醚、二(甲氧基甲基)三硫醚、二(甲氧基甲基)多硫醚、二(甲氧基乙基)二硫醚、二(甲氧基乙基)三硫醚、二(甲氧基乙基)多硫醚、二(3-烯丙氧基-2-羟丙基)二硫醚、二(3-烯丙氧基-2-羟丙基)三硫醚、二(3-烯丙氧基-2-羟丙基)四硫化物、二(乙烯氧基乙氧基-2-羟丙基)二硫醚、二(乙烯氧基乙氧基-2-羟丙基)三硫醚、二(乙烯氧基乙氧基-2-羟丙基)多硫醚、二(2-羟基-2-苯基乙基)二硫醚、二(2-羟基-2-苯基乙基)三硫醚、二(2-羟基-2-苯基乙基)多硫醚、二(N，N-二甲基氨基乙基)二硫醚、二(N，N-二乙基氨基乙基)二硫醚、二(N，N-二甲基氨基乙基)三硫醚、二(N，N-二乙基氨基乙基)三硫醚和二(N，N-二甲基氨基乙基)多硫醚。
合适的电子迁移介体还包括而不局限于具有下式II的介体：
Figure A0081805100141
其中：
每个Z相同或不同，并选自O、S、Se和NR5，其中R5是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
每个R可相同或不同，并选自烷基，芳基，F，Cl，CF3，CF3SO2和N(R5)2，其中每个R5相同或不同是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
Y是-C＝C-或
Figure A0081805100142
t是整数0-4。
合适的电子迁移介体还包括而不局限于具有下式III的介体：
Figure A0081805100143
其中每个Z相同或不同，并选自O、S、Se和NR5，其中R5是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
每个R相同或不同，并选自烷基、芳基、F、Cl、CF3、CF3SO2、和N(R5)2，其中每个R5是相同或不同烷基、芳基、或它们的取代的衍生物；
Y是-C＝C-或；
Figure A0081805100151
u是整数1-6。
合适电子迁移介体的其他例子包括过渡金属络合物，包括而不局限于酞菁和卟啉与过渡金属的络合物，所述过渡金属包括而不局限于铁、钴、锰、钒、铜、铬和镍，该络合物可溶解于电解液。
合适的电子迁移介体的其他例子包括也称为堇菜属堇(viologens)的二吡啶盐和能在还原时形成自由基阴离子的多环芳烃，其中二吡啶盐和多环芳烃可溶解于电解液。
虽然可以使用任何合适的电子迁移介体，但是在各情形下，最有效的是根据电子迁移介体在具体电解液溶剂体系、电解质盐和含硫阴极物质的还原产物中的溶解度以及与它们的相容性进行选择。
电子迁移介体的含量可以在宽范围内变化，约占电解液所有组分的0.2重量％-25重量％。优选的含量约为0.5重量％-10重量％。更优选的含量约为1重量％-5重量％。
在本发明的另一个实施方式中，电子迁移介体可以由含硫阴极物质的还原产物与前体部分的反应形成于电化电池中。合适的前体部分具有向阴极还原产物例如多硫醚阴离子转化的高反应性，但是不会向电解液组分转化，或者向其转化的反应性低。合适的前体部分的例子包括而不局限于卤代烷基醚、卤代烷基胺、烷基环氧化物、芳基环氧化物和缩水甘油醚。卤代烷基醚包括氯甲基甲基醚、氯甲基乙基醚、氯甲基苄基醚、氯乙基甲基醚、二(氯甲基)醚和相应的溴代衍生物。卤代烷基胺包括N，N-二甲基-2-氯乙基胺、N，N-二乙基-2-氯乙基胺和N，N-二甲基-2-溴乙基胺。环氧化物包括环氧丙烷、氧化丁烯和氧化苯乙烯。缩水甘油醚包括甲基缩水甘油醚、乙基缩水甘油醚和乙二醇甲基缩水甘油醚。
本发明提高电量的活性组分被加入到电解液中，电解液包含一种或多种非水溶剂和一种或多种离子电解质盐。
在本发明的一个实施方式中，电池的能量密度高于1000Wh/Kg。在另一个实施方式中，电池的能量密度高于1200Wh/Kg。在一个优选的实施方式中，电池的能量密度高于1500Wh/Kg。本文中使用的术语“能量密度”，是指基于阳极活性组分、阴极活性组分和提高电量的活性组分的总重量的电池能量。
在本发明的一个实施方式中，提高电量的活性组分将电池第一充放电循环的放电量提高10％以上。在本发明的一个实施方式中，提高电量的活性组分将电池30次充放电循环的总放电量提高10％以上。在一个优选的实施方式中，提高电量的活性组分将电池的30次充放电循环的总放电量提高30％以上。
本发明包含一种或多种提高电量的活性组分的电化电池电解液还可以包含提高电压的活性组分，例如象待审的美国专利申请″一次锂电池组″(Mikhaylik等人同一天申请，共同转让)中所述。
阴极
本文中使用的术语″电化学活性的含硫物质″是指这样的阴极活性物质，它包含任意形式的元素硫，此处所述的电化学活性涉及断开或形成硫-硫共价键。
合适的含硫的电化学活性物质的例子包括而不局限于元素硫和包含硫原子和碳原子两者的有机物质，它可以是或不是聚合物。合适的有机物质包括还含有杂原子、导电聚合链段、复合物和导电聚合物的物质。
在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质包含元素硫。在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质包含元素硫与含硫聚合物的混合物。
在一个实施方式中，含硫物质在其氧化态时，包含多硫醚部分Sm，选自共价-Sm-部分、离子-Sm -部分和离子Sm 2-部分，其中m等于或大于3的整数，例如元素硫和含硫聚合物。在一个实施方式中，多硫醚部分Sm的m，是等于或大于6的整数。在一个实施方式中，多硫醚部分Sm的m，是等于或大于8的整数。在一个实施方式中，含硫物质是含硫聚合物。在一个实施方式中，含硫聚合物具有聚合物主链，其多硫醚部分Sm由作为聚合物主链的侧基的一个或两个末端硫原子以共价键方式连接。在一个实施方式中，含硫聚合物具有聚合物主链，其多硫醚部分Sm由多硫醚部分的末端硫原子以共价键方式连接到聚合物主链上。
含硫的电化学活性物质中的比电量(mAh/g或Ah/Kg)或能量密度(Wh/Kg)直接与参与还原/氧化(放电/充电)过程的电子数目有关。对于二硫醚基团(R’-S-S-R″，其中R’和R″各为有机基团)，有两个电子参与放电/充电过程。对于更高的多硫醚，两个电子参与每个硫-硫键的还原。能够容易明白，与二硫醚相比，在更高的多硫醚中可获得提高的能量密度。
在一个实施方式中，含硫的电化学活性物质包含高于50重量％的硫。在一个优选的实施方式中，含硫的电化学活性物质包含高于75重量％的硫。在一个更优选的实施方式中，含硫的电化学活性物质包含高于90重量％的硫。
用于本发明实施的含硫的电化学活性物质的种类可以变化很大。含硫的电化学活性物质的其他合适例子包括而不局限于：
(a)电化学活性的多碳-硫化物物质，在氧化态时具有通式：
Figure A0081805100171
其中x的范围的从大于2.5至约50，n是等于或大于2的整数，如美国专利№5,601,947和5,690,702(Skotheim等人)所述，在其氧化态时，它可以包含一个或多个多硫部分：
Figure A0081805100172
其中每个m相同或不同，是整数而且大于2，每个y可相同或不同，是等于或大于1的整数；
(b)电化学活性的聚乙炔多硫共聚物物质，在其氧化态时，具有通式：
Figure A0081805100173
其中x的范围是从大于1至约100，n是整数等于或大于2，如美国专利№5,529,860和6,117,590(Skotheim等人)所述，在氧化态时，它可以包含一个或多个下述部分：
Figure A0081805100174
其中每个m可相同或不同，大于2；
(c)电化学活性的高度交联的有机聚合物，它包含具有下式的聚合链段：
Figure A0081805100181
其中
Q是包含碳环的碳环重复单元，所述碳环具有3-12环碳原子；
S是硫原子；
m是给定多硫醚键内的硫原子数目，是整数3-10，每个相同或不同；
n是交联的多硫醚键的数目，是1-20的整数，每个相同或不同；
v是大于1的整数；如美国专利申请№08/995,112(Gorkovenko等人，共同转让，PCT公开No.WO99/33130)所述。
其他合适的含硫的电化学活性物质含有多硫醚键，包括而不局限于美国专利№4,664,991(Perichaud等人)和美国专利№5,723,230，5,783,330，5,792,575和5,882,819(Naoi等人)中所述的那些。
电化学活性的含硫聚合物的其他合适例子，包括包含二硫醚键的有机硫物质，虽然与相应的含多硫醚键的物质相比，它们的比电量低，使得获得电化学电池实际所要求的高电量非常困难。但是，它们可以与元素硫和/或与本发明阴极内的含有多硫醚部分的含硫聚合物共混使用，而且可以通过它们的电化学性能，通过它们与在电池循环期间产生的多硫化锂和硫化锂的相互作用，有时还通过它们在电池制备期间的熔融性能，来获得本发明电化电池或电池组所要求的高电量。包含二硫醚基团的含硫电化学活性物质的例子包括美国专利№4,739,018(Armand等人)、美国专利№4,833,048和4,917,974(两者都是DeJonghe等人)、美国专利№5,162,175和5,516,598(两者都是Visco等人的)和美国专利№5,324,599(Oyama等人)所述的那些。
本发明锂电池的阴极还可以包含一种或多种导电填料，以提供提高的导电性。导电填料的例子包括而不局限于选自导电碳、石墨、活化的碳纤维、非活化的碳纳米纤维、金属片、金属粉、金属纤维、碳织物、金属网和导电聚合物。导电填料如果存在，其用量优选2-30重量％。本发明的阴极还可以包含其他添加剂例如金属氧化物、氧化铝、二氧化硅和过渡金属硫属元素化物。
本发明锂电池的阴极还可以包含粘合剂。粘合剂物质的选择可以很宽，只要它对阴极中的其他物质呈惰性即可。有用的粘合剂是通常为聚合物的那些物质，它能使电池组电极复合物的加工容易进行，并对于本行业制备电极的普通技术人员是已知的。有用的粘合剂的例子包括而不局限于选自聚四氟乙烯(Teflon)、聚1，1-二氟乙烯(PVF2或PVDF)、乙烯-丙烯-二烯(EPDM)橡胶、聚环氧乙烷(PEO)、UV可固化丙烯酸酯、UV可固化甲基丙烯酸酯和可热固化二乙烯基醚等。粘合剂如果存在，其含量优选为2-30重量％。
本发明锂电池的阴极还可以包含本行业内已知的集电器。集电器用于高效地收集通过阴极产生的电流，并提供通向外电路电连接的有效表面，也用作阴极载体。有用的集电器的例子，包括而不局限于选自金属化塑料膜、金属箔、金属栅格、膨胀的金属栅格、金属网、金属纤维、机织碳织物、机织碳网、非织造碳网和碳毡的物质。
本发明锂电池的阴极可以用多种方法制备。例如一种合适的方法包括如下步骤：(a)在液态介质中分散或悬浮含硫的电化学活性物质，如本文所述；(b)还可以向步骤(a)中的混合物加入导电填料，粘合剂或其他阴极添加剂；(c)将由步骤(b)形成的组合物混合，以便分散含硫的电化学活性物质；(d)将从步骤(c)形成的组合物流延到合适的基材上；(e)从步骤(d)形成的组合物除去部分或全部液体，形成阴极。
制备本发明阴极的液态介质的合适例子包括水性液体、非水液体和它们的混合物。尤其优选的液体是非水液体例如甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、二甲氧基乙烷、丙酮、甲苯、二甲苯、乙腈和环己烷。
多种组分的混合能够采用本行业内已知的多种方法中的任意一种实施，只要可获得所要求的组分溶解或分散。合适的混合方法包括而不局限于机械搅拌、研磨、超声波处理、球磨、砂磨和冲击磨。
配成的分散液能够以本行业内已知的多种施涂方法中的任意一种施涂到基质上。然后采用本行业内已知的技术干燥，形成本发明锂电池的固体阴极。合适的手涂技术包括而不局限于使用绕线涂棒或有缝涂棒。合适的机器施涂方法包括而不局限于采用辊涂，凹槽辊涂，缝模挤出施涂，帘流涂布和珠粒料涂布。从混合物中去除部分或全部液体能够采用本行业内已知的多种方法中的任意一种实施。从混合物中脱除液体的合适方法的例子，包括而不局限于热空气对流、加热、红外线辐射、气流、真空、降压和简单的空气干燥。
制备本发明阴极的方法还可以包括将含硫的电化学活性物质加热至其熔点以上的温度，接着重新固化熔化的含硫的电化学活性物质，形成阴极活性层，该层含有重新分布的含硫物质，其体积密度比熔融之前高。
电解液，隔板和电化电池。
用于电化电池或电池组电池的电解液用作存储和输送离子的介质，在固体电解质和凝胶电解质的特殊情形下，这些物质还可以用作在阳极和阴极之间的隔板。任何能够存储和输送离子的液体、固体或凝胶物质都可以使用，只要该物质是电化学性的，不与阳极和阴极起化学反应，而且该有利于在阳极和阴极之间输送锂离子。电解液还必须是不电子导电性的，以防止在阳极和阴极之间短路。
一般，电解液包含一种或多种离子电解质盐，提供离子导电性，还包含一种或多种电解液用的非水液态溶剂、凝胶聚合物或聚合物。用于本发明的合适的非水电解液包括而不局限于有机电解液，它包括选自液态电解质，凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质中的一种或多种。锂电池组的非水电解液的例子在Dominey的《锂电池组，新物质，进展和前景》，第4章，pp137-165，Elsevier，阿姆斯特丹(1994)中有描述。凝胶聚合物电解质和固体聚合物电解质的例子在Alamgir等人的《锂电池组，新物质，进展和前景》，第三章，pp。93-136，Elsevier，阿姆斯特丹(1994)中有描述。
有用的电解液用的非水液态溶剂的例子包括而不局限于非水有机溶剂，例如N-甲基乙酰胺、乙腈、乙缩醛、酮缩酮、砜、环丁砜、脂肪醚、环醚、甘醇二甲醚、聚醚、磷酸酯、硅氧烷、二氧戊环、N-烷基吡咯烷酮、上述物质的被取代物和共混物。也可以使用上述物质的氟化衍生物。
醚的例子包括而不局限于二甲基醚、二乙基醚、甲基乙基醚、二丙基醚、二异丙基醚、二丁基醚、二甲氧基甲烷、三甲氧基甲烷、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、1、3-二甲氧基丙烷、四氢呋喃、四氢吡喃、1、4-二噁烷和1，3-二氧戊环。
聚醚的例子包括而不局限于二甘醇二甲醚、三甘醇二甲醚、更高的甘醇二甲基醚、二甘醇二乙烯基醚、和三甘醇二乙烯基醚。
砜的例子包括而不局限于环丁砜、3-甲基环丁砜、3-环丁烯砜、和非对称非环砜、以及上述物质的氟化或部分氟化的衍生物。
溶剂具体根据包括自放电的几个因素来选择。本文中使用的术语″自放电″是指没有外部负荷施加到电池上时电量的损失或充电。包含一种或多种电解质用的非水溶剂和一种或多种电解质盐的电解液一般与锂阳极表面相互作用，形成固体和电解液的界面(SEI)。所述SEI在电池放电时允许锂离子通过，同时要求SEI保护锂表面进一步与电解液、阴极放电产物或阴极的其他可溶组分反应。在包含含硫的电化学活性物质的电池中，SEI应当保护锂发生自放电，例如发生可能与阴极放电产物例如硫化物离子，多硫醚离子和其他含硫离子，以及可溶的阴极组分例如硫的反应。优选的电解液溶剂应能提供低的自放电率。
这些电解液态溶剂自身可用作凝胶聚合物电解液的增塑剂。有用的凝胶聚合物电解液的例子包括而不局限于这样的电解液，它包含一种或多种聚合物，所述聚合物选自聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚硅氧烷、聚酰亚胺、聚磷腈、聚醚、磺化聚酰亚胺、全氟化膜(NAFIONTM树脂)、聚二乙烯基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、上述物质的衍生物、上述物质的共聚物、上述物质的交联和网络结构以及上述物质的共混物和可用的增塑剂。
有用的固体聚合物电解液的例子包括而不局限于这样的电解液，它包含一种或多种聚合物，所述聚合物选自聚醚、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚酰亚胺、聚磷腈、聚丙烯腈、聚硅氧烷、上述物质的衍生物、上述物质的共聚物、上述物质的交联和网络结构、和上述物质的共混物。
除了本行业内已知的溶剂凝胶剂和聚合物用于构成非水电解液，非水电解液还可以包含也是本行业内已知的一种或多种离子电解质盐，来提高离子导电性。
用于本发明的离子电解质盐的例子包括而不局限于LiSCN、LiBr、Lil、LiClO4、LiAsF6、LiSO3CF3LiSO3CH3、LiBF4、LiB(Ph)4、LiPF6、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2CF3)2。在本发明的操作中的有用的其他电解质盐包括多硫化锂(Li2Sx)和有机离子多硫醚(LiSxR)n的锂盐，其中x是1-20的整数，n是1-3的整数，R是有机基团，以及美国专利№5,538,812(Lee等人)中所述的那些。多硫化锂Li2Sx，可以在Li/S电池中由电池的自放电或在电池的放电过程中就地形成。优选的离子电解质盐是LiBr、Lil、LiSCN、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2和LiC(SO2CF3)3。
本发明电化电池还可以包括插入阴极和阳极之间的隔板。隔板一般是固体非导电或绝缘物质，它对阳极和阴极起分隔或绝缘作用，避免它们彼此短路，并让离子在阳极和阴极之间迁移。
隔板的孔隙可以部分或基本被电解液填充。隔板可以是带孔隙的自由直立膜，在电池的制造过程中与阳极和阴极交叉放置。多孔隔板层也可以直接施加到一种电极的表面，例如如PCT公开No.WO99/33125(Carlson等人)和美国专利№5,194,341(Bagleyc等人)中所述。
本行业内已知有多种隔板物质。合适的固体多孔隔板物质包括而不局限于聚烯烃例如聚乙烯和聚丙烯、玻璃纤维过滤纸和陶瓷物质。适用于本发明的隔板和隔板物质的其他例子包括微孔假勃姆石层，它可以提供为自由直立膜的形式或直接涂布到一个电极上，如美国专利申请№08/995,089和09/215,112(Carlson等人，共同转让)所述。固体电解质和凝胶电解质除了它们的电解质功能外也可以用作隔板。
在一个实施方式中，固体多孔隔板是多孔聚烯烃隔板。在一个实施方式中，固体多孔隔板包括微孔假勃姆石层。
本发明的电池和电池组可以制成一次和二次类型，具有本行业内普通技术人员所知的多种尺寸和结构。这些电池组的设计结构包括而不局限于平面形，棱镜形，果冻卷形，w折叠形，堆叠形等。虽然本发明的方法尤其适于与薄膜电极一同使用，但是它们也可以在厚膜设计中有效。
通常所接受的观点是，要求低电流时，电池内的电极就应当具有尽可能大的质量和尽可能小的表面积。以损失功率密度为代价，这就提供了增大的能量密度，同时小的电极表面积使不好的自-放电反应尽量避免。相反，要求较大的放电电流时，以能量密度的损失和自-放电率为代价，电极表面积和功率密度达到最大。薄膜电极提供大的表面积和由此高的功率密度。薄膜电极可以结合到许多电池组设计结构中，例如棱镜形、果冻卷形、w折叠形和堆叠型结构。另外，既具有小表面积又具有大表面积区域的设计，如美国专利№5,935,724和5,935,728(Spillman等人)所述，可以结合到果冻卷形和其他的结构中。
薄膜电极，尤其可以制成棱镜形结构。为了减少重量，尤其优选薄膜屏障物质，例如箔。例如公开的PCTNo.WO99/30133(Thibault等人)描述了制备棱镜形电池的方法，其中描述了用来密封箱体的合适屏障物质，用电解液填充电池的方法以及密封箱体的方法。
实施例
下面的实施例描述了本发明的几种实施方式，它们仅是说明性的，而非限制性的。
实施例1
二(甲氧基甲基)多硫醚。用NasS·9H2O(12g)和硫(1.6g)在水(20mL)和乙醇(10mL)混合溶剂中制备多硫化钠的溶液。在25-27℃缓慢搅拌条件下，向16mL多硫化钠溶液中加入氯甲基甲基醚(3.9g)。过滤固体(NaCl)并用醚萃取，就分离出粘性油形式的二(甲氧基甲基)多硫醚(2.6g)。由H1nmr测得二(甲氧基甲基)多硫醚是二(甲氧基甲基)单、二和三硫醚的混合物。此油的分析结果如下所述：C，31.0％；H，5.20％；S，45.08％。对C4H10O2S2计算得到的是：C，31.16％；H，6.49％；S，41.56％。
实施例2
二(甲氧基乙基)二硫醚。在搅拌条件在22-25℃向8mL实施例1的多硫化钠溶液中加入1-溴-2-甲氧基乙烷(3.7g)。用醚萃取反应混合物，用水洗涤醚制的溶液，并浓缩形成油。油的蒸馏形成1.0g二(甲氧基乙基)二硫醚。油的分析结果如下所述：C，38.27％；H，7.82％；S，36.18％。对C6H14O2S2计算得到的是：C，39.56％；H，7.69％；S，35.16％。
实施例3
二(3-烯丙氧基-2-羟丙基)三硫醚。用NasS·9H2O(48g)和硫(25.6g)在水(40mL)和乙醇(8mL)的混合溶剂中制备多硫化钠的溶液。在27-35℃在1.5小时内，将该溶液逐份加入到含NaHCO3(40g)的烯丙基缩水甘油醚(76g)的乙醇(40mL)溶液中。蒸发乙醇后，用醚进行萃取。干燥后，将此醚制的溶液浓缩，形成二(3-烯丙氧基-2-羟丙基)三硫醚(89.3g)。此油的分析结果如下所述：C，44.3％；H，5.02％；S，28.9％。对C12H22O4S3算得的是：C，44.16％；H，6.80％；S，29.42％。
实施例4
二(乙烯氧基乙氧基-2-羟丙基)多硫醚。用NasS·9H2O(54.8g)和硫(21.9g)在水中制备多硫化钠的溶液。在20℃在3小时内，搅拌下将该多硫醚的溶液加入到乙二醇乙烯基缩水甘油醚(82.3g)、三乙基苄基氯化铵(5.7g)和NaHCO3(82.3g)的混合物中。24小时后，加入水(200mL)，用醚萃取该含水的混合物。脱除醚后，制成二(乙烯氧基乙氧基-2-羟丙基)多硫醚(86.4g)。此油的分析结果如下所述：C，43.62％；H，6.99％；S，24.10％。对C14H26O6S3算得的是：C，43.50％；H，6.78％；S，24.89％。
实施例5
二(2-羟基-2-苯基乙基)多硫醚。在20-25℃在1.5小时内，向苯基环氧乙烷(10g)、乙醇(5mL)和NaHCO3(5g)的混合物中加入8mL实施例3的多硫醚溶液。用水稀释，并用醚萃取获得黄色油，从中蒸馏得到未反应的苯基环氧乙烷(2.8g)。残留物(5g)是二(2-羟基-2-苯基乙基)多硫醚。
实施例6
在80％异丙醇、12％水、5％1-甲氧基-2-丙醇和3％二甲基乙醇胺(重量)的混合溶剂中，制备固体含量为14重量％的阴极浆料。该固体浆料组分是元素硫(购自AldrichChemicalCompany，Milwaukee，威斯康星州)，65重量％；Printex XE-2(导电碳的商品名，购自DegussaCorporation，Akron，俄亥俄州)，15重量％；石墨(购自Fluka/Sigma-Aldrich，Milwaukee，威斯康星州)，15重量％；TA22-8树脂(丙烯酸乙酯-丙烯酸的共聚物的商品名，购自DockResinsCorporation，Linden，新泽西州)，4重量％；和lonacPFAZ-322(三羟甲基丙烷三[β-(N-2-甲基氮丙啶基)丙酸酯]的商品名，购自SybronChemicalsInc.，Birmingham，新泽西州)，1重量％。用缝模施涂器将浆料涂到覆有18微米厚导电碳的铝箔(产品号No.60303购自RexamGraphics，SouthHadley，马萨诸塞州)的两面，作为集电器。在缝模施涂器的烘箱中将涂层干燥。在集电器的每面上形成的干阴极活性层的厚度约为26微米，载有的阴极电化学活性物质约为1.1mg/cm2。
用有覆层的此阴极制成电池。阳极是约厚50微米的锂箔。电解液是1.4M的锂二(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(锂酰亚胺购自3MCorporation，St.Paul，明尼苏达州)在体积比为42∶58的1，3-二氧戊环和二甲氧基乙烷的混合物中的溶液。所用的多孔隔板是16微米的E25SETELA(聚烯烃隔板的商标，购自MobilChemicalCompany，FilmsDivision，Pittsford，纽约州)。将上述部件组装成层状的阴极/隔板/阳极结构，将该结构卷起来，浸在液体电解液中，并塞入瓶子，形成瓶状电池，其电极面积约为20cm2。将该电池在0.25mA/cm2下自1.25至2.80伏充电和放电。
实施例7
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将1体积％(0.8重量％)实施例1的多硫醚加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例8
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将1体积％(0.81重量％)实施例2的二硫醚加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例9
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将1体积％(0.8重量％)实施例3的三硫醚加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例10
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将5体积％(4.9重量％)实施例3的三硫醚加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例11
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将3体积％(3.2重量％)实施例4的多硫醚加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例12
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将10体积％(10.1重量％)实施例4的多硫醚加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例13
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将1体积％(1.0重量％)实施例5的多硫醚加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例14
用实施例6所述方法制备瓶状电池，不同的是在浸渍之前将1体积％(0.89重量％)氯甲基甲基醚(CH3OCH2Cl)加入到电解液中。用实施例6所述方法对电池进行充电和放电。
实施例6作为一个对比例的电池以及有本发明提高电量的电解液添加物即实施例7-14的电池的比放电电量，如表1所示。
               表1比放电电量与电解液添加物之间的关系
          比放电电量(mAh/g)   累积的比放电电量(mAh/g)
实施例 添加物的体积％   循环1次     循环10次   循环30次   30次循环   提高％
实施例6     0   1084     672   581   20009     1
实施例8     1   1080     561   -    -     -
实施例9     1   1238     760   624   22109     11
实施例10     5   1238     927   773   26888     34
实施例11     3   1238     827   665   23639     18
实施例12     10   1298     819   -    -     -
实施例13     1   1205     718   -    -     -
实施例7     1   1233     678   543   20538     3
实施例14     1   1184     785   593   22212     11
实施例15
用实施例6所述步骤制备电池，不同的是将层状结构的阴极/隔板/阳极卷起来，并与填充液态电解液的隔板和阴极一起压制，形成棱镜形电池，其电极面积约为840cm2，这些电池的放电-充电循环在0.42/0.24mA/cm2下进行，分别在1.5V电压下停止放电，而在2.8V电压(110％超载充电)下停止充电。
实施例16
电解液以这样的方式制备：将氢氯化2-(二乙基氨基)乙硫醇(0.86g)溶解于实施例6的锂酰亚胺电解液(48g)，将锂箔(0.15g)放入溶液，并在4天时间内让氢气放出。过滤后，形成的电解液就是含1.4重量％2-(二乙基氨基)乙硫醇锂的锂酰亚胺溶液。用实施例15所述步骤制备棱镜形电池，不同的是上述含2-(二乙基氨基)乙硫醇锂的电解液代替实施例15的锂酰亚胺电解液。用实施例15所述方法对电池进行放电-充电循环。
表2示出了实施例15(没有提高电量的添加物)和具有本发明提高电量的添加物的实施例16的棱镜形电池的放电电量与循环次数之间的关系。
            表2放电电量与循环次数之间的关系
           放电电量mAh
实施例 添加物重量％     20循环     40循环     60循环
实施例15     0     612     600     543
实施例16     1.4     638     638     620
实施例17
采用循环伏安法，将1.4M二(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锂在二甲氧基乙烷和二氧戊环的混合物中的溶液用作电解液，采用镍电极，在10mV/sec扫描速率下，显示出Li2S2存在时2-(二乙基氨基)乙硫醇的氧化还原活性提高，这说明2-(二乙基氨基)乙硫醇提高了Li2S2的溶解度。
虽然上面参照一些具体实施方式详细说明了本发明，但是本行业内普通技术人员不难明白，在不脱离本发明的精神和范围情形下，还可以进行各种变化和改变。

Claims (24)

1.一种电化学电池，它包括：
(a)固体锂负极；
(b)包含含硫电化学活性物质的固体正极；
(c)插入所述正极和负极之间的非水电解液，所述电解液包含：
(i)一种或多种锂盐；
(ii)一种或多种非水溶剂；
(iii)一种或多种提高电量的活性组分；
其中所述提高电量的活性组分包含具有下式的电子迁移介体：其中每个R4相同或不同，选自H、烷基、烯基、芳基或它们的取代衍生物；
每个E相同或不同，选自O，NR5，和S；其中R5是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
a是0-1的整数；
r是2-5的整数。
2.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电子迁移介体占所述电解液的0.2-25重量％。
3.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电子迁移介体的氧化还原电势低于2.2V。
4.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电子迁移介体的氧化还原电势为1.5V至约2.0V。
5.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述一种或多种提高电量的活性组分将所述电池的第一次充放电循环的放电容量提高10％以上。
6.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述一种或多种提高电量的活性组分将所述电池的30次充放电循环的总放电容量提高10％以上。
7.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述一种或多种提高电量的活性组分将所述电池的30次充放电循环的总放电容量提高30％以上。
8.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述一种或多种非水溶剂选自醚、环醚、聚醚、二氧戊环、砜和环丁砜。
9.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述一种或多种锂盐选自LiBr、LiI、LiSCN、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3CF3、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3、(LiSx)zR和Li2Sx，其中x是1-20的整数，z是1-3的整数，R是有机基团。
10.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质包含元素硫。
11.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质，在其氧化态时，包含一种或多种多硫醚部分-Sm-，其中m是等于或大于3的整数。
12.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质，在其氧化态时，包含一种或多种多硫醚部分-Sm -，其中m是等于或大于3的整数。
13.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质，在其氧化态时，包含一种或多种多硫醚部分Sm 2-，其中m是等于或大于3的整数。
14.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质，在其氧化态时，具有通式
Figure A0081805100031
其中x的范围是大于2.5至约50，n是等于或大于2的整数。
15.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质包含50重量％以上的硫。
16.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质包含75重量％以上的硫。
17.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述含硫的电化学活性物质包含90重量％以上的硫。
18.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述锂负极选自锂金属、锂铝合金、锂锡合金、嵌有锂的碳和嵌有锂的石墨。
19.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池的能量密度高于1000Wh/Kg。
20.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池的能量密度高于1200Wh/Kg。
21.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池的能量密度高于1500Wh/Kg。
22.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池是二次电化学电池。
23.如权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池是原电池。
24.一种制造电化学电池的方法，它包括如下步骤：
(a)提供固体锂负极；
(b)提供包含含硫的电化学活性物质的固体正极；
(c)在所述正极和负极之间插入非水电解液，
所述电解液包含：
(i)一种或多种锂盐；
(ii)一种或多种非水溶剂；
(iii)一种或多种提高电量的活性组分；
其中所述提高电量的活性组分包含具有下式的电子迁移介体：其中每个R4相同或不同，选自H、烷基、烯基、芳基或它们的取代衍生物；
每个E相同或不同，并选自O、NR5和S，其中R5是烷基、芳基或它们的取代衍生物；
a是0-1的整数；
r是2-5的整数。
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