JP5770169B2 - リチウム−二硫化鉄電池の設計 - Google Patents

Description

本発明は、リチウムベースの負極、集電体上に堆積した二硫化鉄を含むコーティングを有する正極、及びポリマーのセパレータを含むゼリーロール型電極組立体を有する１次電気化学電池に関する。より具体的には、本発明は、電解質の賢明な選択、より厚いリチウムアノード、及び電解質と協働するように選択された特定の特性を有するカソードに依存する電池設計に関する。得られる電池は、アノードとカソードの間の界面表面積を低減するが、驚くほど優れた高いドレーンレート機能を維持する。

電気化学電池は、現在、費用効果の高い携帯可能な電力を幅広い種類の消費者向けデバイスに提供する好ましい方法である。消費者向けデバイスの市場では、僅かに一握りの標準化された電池のサイズ（例えば、ＡＡ又はＡＡＡ）及び特定の公称電圧（典型的には１．５Ｖ）を提供することが要求される。更に、デジタルスチルカメラのような益々多くの消費者向け電子デバイスは、比較的高電力の作動要件で設計されている。市場での慣例であるが、消費者は、多くの場合に現在入手可能な充電式（すなわち、２次）バッテリと比較した時に１次バッテリをそれらの利便性、信頼性、持続的な保管寿命、及びより経済的なユニット当たり価格のために好み、これを使用する傾向がある。

この状況の中で、１次（つまり再充電不能）バッテリの製造業者に対して設計の選択肢が非常に制限されることが容易に明らかである。例えば、特定の公称電圧を使用する必要性により、潜在的な電気化学材料の選択肢が大幅に制限され、標準化された電池サイズを使用することにより、活物質、安全デバイス、及びこのような消費者向け製品に典型的に期待される他の要素に対して利用可能な全体的な利用可能内部容積が制限される。更に、消費者向けデバイスの種類及びこれらのデバイスの作動電圧範囲は、典型的に２次バッテリに関連するより高い電圧の電気化学的ペアリングと比較して、より小さい公称電圧の電池（別々に又はシリーズで提供することができ、それによってデバイス製造業者により多くの設計の選択肢を与える）をより多様にする。従って、アルカリ又はリチウム−二硫化鉄電池システムのような１．５Ｖシステムは、３．０Ｖ及びより高いリチウム−二酸化マンガンのような他のものよりも遥かに有望である。

１．５Ｖシステムの領域においては、リチウム−二硫化鉄バッテリ（ＬｉＦｅＳ₂、リチウムパイライト、又は黄鉄鉱リチウムとも呼ばれる）は、アルカリ、炭化亜鉛、又は他のシステムと比較すると、特に高いドレーンレートでより高いエネルギ密度を示している。しかし、リチウム（アノードにおける好ましい電気化学的に活性な材料）の量に対する現在の法的な制限は、ＦＲ０３（ＡＡＡのＬｉＦｅＳ₂電池）及びＦＲ６（ＡＡのＬｉＦｅＳ₂電池）のサイズを消費者市場におけるその化学的性質に対して最も重要な電池サイズにしている。

１．５Ｖ電気化学システム（例えば、アルカリ対リチウム−二硫化鉄、その他）に関する設計考慮事項は、有意に異なっている。例えば、アルカリ及びオキシ水酸化ニッケルシステムは、気体膨脹及び／又は漏出傾向を有する水性で高苛性の電解質に依存し、内部材料の選択、及び／又は容器及び閉鎖部との適合性の点で非常に異なる手法をもたらす。充電式の１．５Ｖシステム（リチウム−二硫化鉄システムは、消費者ベースの充電システムに適するとは現在考えられていない点に注意すべきである）においては、様々な非常に特化された電気化学的及び／又は電解質の組成物を使用して、リチウムイオン充電／放電サイクルに最も適合させることができる。ここで、こうした高額の構成要素は、２次システムが典型的にこれらの１次バッテリの均等物よりも高い小売価格で販売されるために、主要な設計問題ではない。更に、放電機構、電池の設計、及び安全性の考慮事項は、概して１次システムには重要でなく、及び／又は適用できない。

高電力デバイスに対するリチウム−二硫化鉄電池の固有の利点があっても（１次アルカリ電池と比較した時に）、ＬｉＦｅＳ₂電池の設計は、使用する材料の費用、必要な安全デバイスの組込みと、全体的な信頼性、設計された電池の供給容量、及び意図する用途との間の均衡を取る必要がある。通常、低電力設計は、活物質の量を重要視するが、高電力設計は、放電効率を高めるための構成により焦点をあてる。例えば、ゼリーロール型設計は、電極間の表面積を最大にし、より大きい放電効率を可能にするが、その際に、このような設計は、セパレータ及び集電体のようなより多くの不活物質を使用するために低電力及び低率放電における容量を犠牲にする可能性がある（両方とも内部容積を占有し、それによって活物質を電池の設計から除去することが必要になる）。

容量の改善に加えて、電池の設計者はまた、安全性及び信頼性のような他の重要な特性を考慮すべきである。安全デバイスは、通常、通気機構及び正の熱回路（ＰＴＣ）のような熱作動式「遮断」要素を含む。信頼性に対する改善は、主として、内部短絡を防ぐことに焦点をあてる。いずれの場合も、これらの特性は、内部容積を占める要素及び／又は電池の内部抵抗、効率、及び放電容量には通常逆効果である設計考慮事項を最後に必要とする。更に、運送規則によりリチウムバッテリが熱サイクル中に損失する可能性がある重量のパーセント量が制限されるために付加的な課題があり、ＡＡ及びＡＡＡのようなより小さい容器サイズの電池の設計は、総電池重量のうちの数ミリグラムを損失する可能性があるに過ぎないことを意味する（典型的には、電解質の蒸発による）。更に、非水性有機電解質の反応性及び揮発性の性質により、他の電気化学システムと比較して、潜在的な利用可能材料の領域が大幅に制限される（特に、電解質及び電池の閉鎖部、電池内に設けられるセパレータ及び／又は集電体の間の相互作用に関して）。

結局、特にカソードに関して最適の特性を維持しながら、リチウム−二硫化鉄バッテリの活物質の量を最大にすることは最も困難な課題であると考えられる。上述のように、ゼリーロール型電極組立体は、ＬｉＦｅＳ₂システムにおいて好ましい構成である。最も効率的に二硫化鉄に適合するように、二硫化鉄は、導体及び結合剤と共にスラリに混合され、次に、金属箔集電体上に被覆されるが、リチウムは、集電体なしに最も効率的に提供される。最後に、セパレータは、薄いポリマーの膜であり、その厚みは、好ましくは、電池内への不活性インプットを低減するために最小にされる。

反応最終生成物は、インプットよりも多くの容積を占めるために、電極組立体は、バッテリが放電するのに伴って膨張する。次に、膨張により、電池容器に望ましくない隆起を生じさせる可能性がある半径方向の力、並びにセパレータが損なわれた場合には短絡をもたらす。従来のこのような問題に対処するための手段は、電池のハウジングに強力な（多くの場合、より厚い）材料を使用し、電池内に不活性成分を使用することを含む。しかし、不活物質をより厚くすることにより、利用可能な内部容積が制限され、電極をより厚く、より丈夫にすることは、ゼリーロールに巻くことができる数が減り、結果として電極間の表面積が減り、より高いドレーンレートでの性能が比較的低くなると予想されるので、以前は必ずしも望ましいとは言えないと見なされた。

最適な内部容積の利用と、許容可能なＬｉＦｅＳ₂電池の容量／性能との間の適切な均衡を取るために、多くの他の手法が取られている。例えば、米国特許第４，３７９，８１５号明細書に開示されている膨張により生じる問題に対する１つの可能な解決法は、１つ又はそれよりも多くの他の活物質（ＣｕＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｐｂ₂Ｂｉ₂Ｏ₅、Ｐ₃Ｏ₄、ＣｏＳ₂など）をパイライトと混合することによりカソードの膨張とアノードの収縮との均衡を取ることであるが、これらの付加的な材料は、電池の放電特性に悪影響を与えかねず、電池全体の容量及び効率も悪影響を被ることがある。

ＬｉＦｅＳ₂電池の放電容量を改善する他の手段は、米国特許公開第２００５０１１２４６２号明細書及び第２００５０２３３２１４号明細書に開示するように、より薄いセパレータ及び／又は特定のカソードコーティング混合物及びコーティング技術の使用を考えている。

米国特許第６，８４９，３６０号明細書及び第７，１５７，１８５号明細書は、特定のカソードコーティング調製及びアノード集電体の必要性をなくすために、純リチウム（又はリチウム−アルミニウム合金）として提供されたアノードを開示している。次に、アノード及びカソードの量は、ＬｉＦｅＳ₂電池の高レート性能を高めるために、アノード対カソードの界面活物質の特定の比率（すなわち、理論的界面充填容量比）で提供される。

米国特許公開第２００９００７４９５３号明細書、第２００９００７０９８９号明細書、及び第２００８００５０６５４号明細書、並びに中国特許出願第２００４１００２６７５４．０号明細書の全ては、ＬｉＦｅＳ₂電池に関連する場合があるカソードを開示している。

米国特許第４，３７９，８１５号明細書 米国特許公開第２００５０１１２４６２号明細書 米国特許公開第２００５０２３３２１４号明細書 米国特許第６，８４９，３６０号明細書 米国特許第７，１５７，１８５号明細書 米国特許公開第２００９００７４９５３号明細書 米国特許公開第２００９００７０９８９号明細書 米国特許公開第２００８００５０６５４号明細書 中国特許出願第２００４１００２６７５４．０号明細書 米国特許公開２００９／０１０４５２０号明細書 米国特許出願公報第２００５／０２４４７０６号明細書 米国特許出願公報第２００８／０２１３６５１号明細書 米国特許公開第２００８／０２２６９８２号明細書 米国特許公開第２００５／００７９４０４号明細書 米国特許公開第２００８／００２６２９３号明細書 米国特許公開第２００７／０２７５２９８号明細書 米国特許公開第２００８／０２５４３４３号明細書 米国特許第５，２９０，４１４号明細書 米国特許公開第２００８／００７６０２２号明細書

「バッテリ仕様１５ＬＦ（ＡＡリチウム−二硫化鉄電池）、デジタルカメラ試験」、「ＡＮＳＩ Ｃ１８．３Ｍ，Ｐａｒｔ１−２００５」、「携帯型リチウム１次電池及びバッテリのための米国国内規格−一般及び仕様（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ−Ｇｅｎｅｒａｌ ａｎｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）」発行

容量の改善は、基本的に堅実なバッテリ設計を表すものである。すなわち、より大きい容量を供給するためには、放電中のリチウム−二硫化鉄バッテリにおける半径方向膨張力及び作用する他の力学について慎重に考慮すべきである。例えば、設計によりアノード又はカソード集電体の厚みが不十分である場合には、放電中の半径方向の力は、一方又は両方の電極が切断されるほどまでゼリーロールを圧縮する場合があり、この切断が生じた状態で、バッテリは、活物質が全て放電されたか否かに関わらず、容量の供給を停止する場合がある。同様の状況は、空隙容積（カソードコーティング及び全体として電池の内部の）、バッテリを通しての電気接続、セパレータ、及びバッテリの閉鎖／通気機構などに関して起こる。従って、ＬｉＦｅＳ₂電池の容量は、特に、電池の設計者が標準サイズの消費者向けバッテリ（例えば、ＡＡ又はＦＲ６、ＡＡＡ又はＦＲ０３、その他）の使用に制限される時に、電池の設計の全体的な実行可能性及び堅牢性に対する重要な測定基準である。

バッテリ設計に対する事実上の測定基準として作用する容量の結果として、当業者は、バッテリ全体を考慮して設計選択肢及び特に特定の構成要素の選択をする必要があることを認めるであろう。特定の組成物は、電池内の他の構成要素及び組成物に対して驚くべき予期しない又は意図しない影響を与える場合がある。同様に、標準サイズのバッテリにおいて、特定的な要素の選択は、そうでなければ他の要素に利用可能であった容器内の容積を占める。従って、設計選択のこの相互依存性は、容量のいずれの増加も、及び特に他の点でバッテリの安全性又は性能に悪影響を与えないいずれの増加も、より多くの活物質を加える簡単な行為以上のものであることを必然的に意味する。

例えば、本明細書に引用により組み込まれる米国特許公開２００９／０１０４５２０号明細書は、ＬｉＦｅＳ₂システムに対する電池の設計に「全体的な」手法を提供する。特に、この特許出願は、効率的に予期した膨張に適合する方式で容器及びカソード形成を選択することを熟練技術者に教示している。その際、電池全体は、安全性又は信頼性にいかなる悪影響も与えることなく容量の増加を受ける。

上述のように、より大きな電極の界面面積及びより効率的な電極は、高レート試験（例えば、ＡＮＳＩデジタルスチルカメラ試験、その他）でより良好な性能のバッテリをもたらすと期待された。より薄い電極は、より大きい電極界面表面積を提供するが、特に混合構成要素内で導体の使用が増加することで、電極効率が増大すると期待される。次に、これらの設計特徴の両方は、高レート試験で容量を増加させると期待される。

ＬｉＦｅＳ₂システムの電池の設計に関する更に別の重要な考慮事項は、電池の内部抵抗を最小にすることに関する。一般的に、内部抵抗は、電池を作るのに使用する構成要素によって生じ、以下のように表すことができる：

Ｒ_電池＝Ｒ_容器＋Ｒ_{電極組立体}

容器構成要素からの抵抗（Ｒ_容器）は、缶（外部接触端子を含む）、内部電気接続（例えば、溶接又は圧力接触）、内部安全デバイス（例えば、ＰＴＣ）などによって生じる抵抗を含む。典型的には、これらの容器構成要素からの抵抗は、比較的予測可能で制御しやすい方式で挙動することになり、それによってこの寄与を最小にするのを比較的簡単にする。

しかし、電極組立体によって生じた抵抗（Ｒ_{電極組立体}）は、この抵抗を予測して制御することが遥かに困難であるので、設計の全体の品質のインジケータとすることができる。更に、アノードが本質的に高導電性リチウム又はリチウムベースの合金から構成されるリチウム電池において、電極組立体の抵抗は、セパレータ及びカソードの選択に依存して殆ど完全に変わることになる。従って、適切なセパレータの選択と共に、カソード集電体上にどのように及び何を被覆するかは、電池の全体の抵抗に対する直接測定可能な効果を有すると見なすことができる。容器及びセパレータの構成要素が本質的に同一である一連の電池において、この概念を１段階更に拡張すると、電池の全体の抵抗は、これらの電池に対するカソードの望ましさに関して比較上の優れた代用として機能することになる。

本発明者は、ここで意外にも、一定のタイプのＬｉＦｅＳ₂電池について、電極間の界面表面積が実質的に減少した（すなわち、ＦＲ６電池において２００ｃｍ²未満）ゼリーロールの使用により優れた電池全体の性能を維持することができることを見出した。特に、このような電池は、本質的に低レート試験でパリティを維持しながら、「デジタルスチルカメラ試験」（以下で定める）でより大きな界面表面積を有する電池をしのぐことになる。更に、このような電池は、同様の容器構成要素、電気接続、セパレータ材料、及びリチウムアノードを有する電池と比較すると、その内部抵抗の大幅な低下を受けることになる。すなわち、Ｒ１０抵抗（以下で定めるような）の大幅な低下は、放電の約３分の２の深さにおける「デジタルスチルカメラ試験」中に起こる（これは、現在利用可能なＦＲ６電池に対するＤＳＣ試験で１７５分から２２０分である）。本発明者は、ＤＳＣ試験でのこのＲ１０抵抗の低下が、以下で詳細に説明するアノード、カソード、及び電解質特徴の組合せのための優れたインジケータとして機能すると判断した。

界面表面積の減少及び／又はＤＳＣ試験での改善は、通常よりも厚いリチウム合金アノード、特定のパイライト重量パーセントのカソードコーティング、及び最終固体充填比と組み合わせた装填量の使用により生じる。一定量のエーテルを含有する電解質の使用も、殆どのエーテルが、カソードコーティングと相互作用するように十分に低い粘性を保有すると考えられる限りにおいて重要である。

以上に鑑みて、本発明の１つの態様は、約５０．５ｍｍよりも大きくない高さ及び約１４．５ｍｍよりも大きくない直径を有するＲ６サイズの容器と、リチウム又はリチウムベースの合金から本質的に構成されたアノードと金属箔の集電体上に被覆されて少なくとも９１重量パーセントのパイライト及び５８％から７９％の最終固体充填比を有する混合物を含むカソードとの間の界面面積のうちの２００ｃｍ²未満を有するゼリーロール型電極組立体と、溶剤の全容量に基づいて１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも５０体積パーセントを含んでどの炭酸塩ベースの溶剤も含まない１つ又はそれよりも多くの溶剤中に解離した１つ又はそれよりも多くの電解質塩から本質的に構成された電解質とを含む電気化学電池に関する。

本発明の別の態様は、容器と、少なくとも２００ミクロンのリチウム又はリチウムベースの合金から本質的に構成されたアノードと金属箔集電体上に被覆されて５８％から７０％の固体充填比及び箔集電体の各側面上の混合物の少なくとも２８ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有する混合物を含むカソードとの間に配置された２５ミクロン又はそれ未満の厚みのセパレータを有するゼリーロール型電極組立体と、溶剤の全容量に基づいて１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも５０体積パーセントを有する１つ又はそれよりも多くの溶剤に解離した少なくとも１つのリチウムベースの塩を含む電解質とを含むリチウム−二硫化鉄電気化学電池に関し、電池は、「デジタルスチルカメラ試験」中に放電の約６６％の深さで２０％を超えるＲ１０抵抗のかなりの低下を受ける。

本発明の更に別の態様は、容器と、ｉ）１６ミクロンから２５ミクロンの厚みのセパレータ、ｉｉ）少なくとも１７５ミクロンの厚みのリチウム又はリチウムベースの合金から本質的に構成されたアノード、及びｉｉｉ）金属箔集電体上に被覆された少なくとも９１重量パーセントのパイライトを有し、５８％から７０％の最終固体充填比及び集電体の各側面上の混合物の少なくとも２４ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有する混合物を含むカソードを有するゼリーロール型電極組立体とを含むリチウム−二硫化鉄電気化学電池に関する。１つのリチウムベースの塩と、溶剤の全容量に基づいて１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも５０体積パーセントから構成された１つ又はそれよりも多くの溶剤とを含む電解質も使用される。

リチウム−二硫化鉄電気化学電池のための電池設計の一実施形態を示す図である。

別に定めない限り、本明細書で使用される場合、以下に列挙する用語は、本発明の開示全体にわたって以下のように定めて使用される。

周囲温度又は室温−約２０℃から約２５℃であり、別に定めない限り、全ての例、データ及び他の性能、並びに製造情報は、周囲温度において行われた。

アノード−負極であり、より具体的には、リチウム−二硫化鉄電池において、それは、１次電気化学活物質として、リチウム又はリチウムベースの合金（すなわち、重量で少なくとも９０％のリチウムを含有する合金）から本質的に構成される。

容量−典型的には、ミリアンペア時（ｍＡｈ）又はミリワット時（ｍＷｈ）で又はデジタルスチルカメラ試験で撮影される画像数により表された指定の組の条件（例えば、ドレーンレート、温度、その他）において放電中に単一の電極又は電池全体によって供給される容量。

カソード−正極であり、より具体的には、リチウム−二硫化鉄電池において、それは、金属集電体上に被覆された１つ又はそれよりも多くの流動性、ポリマー性、及び／又は導電性添加剤と共に１次電気化学活物質として二硫化鉄を含む。

電池ハウジング−完全に機能するバッテリを含む全ての内部封入安全デバイス、不活性成分、及び接続材料を含む電極組立体を物理的に封入する構造であり、典型的には、これらは容器（カップの形状に形成され、「缶」とも呼ばれる）及び閉鎖部（容器の開口部上に備え付けられ、通常、電解質の侵出及び湿度／気体の侵入を妨げるための通気及び密封機構を含む）を含むことになり、状況に応じて、缶又は容器という用語と交換可能に使用することができる。

円筒形電池サイズ−円筒の高さが円筒の直径よりも大きい円筒形の円筒体を有するあらゆる電池のハウジングであり、この定義は、特に、ボタン電池、ミニチュア電池、又は実験的な「ホッケーパック」電池を除くものである。

「デジタルスチルカメラ試験」（ＡＮＳＩ「デジタルスチルカメラ試験」とも呼ばれる）−「携帯型リチウム１次電池及びバッテリのための米国国内規格−一般及び仕様（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ−Ｇｅｎｅｒａｌ ａｎｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）」から発行され、「バッテリ仕様１５ＬＦ（ＡＡリチウム−二硫化鉄電池）、デジタルカメラ試験」という名称の「ＡＮＳＩ Ｃ１８．３Ｍ，Ｐａｒｔ１−２００５」に概説される試験手順に従ってバッテリ寿命がなくなるまで、カメラで毎分２枚の写真（画像）を撮影する。この試験は、ＡＡサイズのリチウム−二硫化鉄バッテリを１５００ｍＷで２秒間放電した後、６５０ｍＷで２８秒間放電し、この３０秒間のサイクルを５分の総サイクル（１０サイクル）の間繰返し、この後５５分間の休止期間（すなわち、０ｍＷ）を続けることから構成される。１時間当たりのサイクル全体を１日につき２４時間、最後に１．０５ボルト未満の電圧が記録されるまで繰り返す。各３０秒間のサイクルは、１つのデジタルスチルカメラ画像を表すことを意図したものである。

電気化学的活物質−電池の放電反応の一部であり、電池の放電容量に寄与し、不純物及び存在する少量の他の部分を含む１つ又はそれよりも多くの化合物である。

電極組立体界面面積−アノード、カソード、及びセパレータが全て電気化学的反応を可能にするように整列したゼリーロール型電極組立体の総面積である（例えば、円筒形に成形されたゼリーロール型電極組立体における電極組立体の界面高さは、アノード、カソード、及びセパレータがその軸上で互いに垂直に隣接する全ての点に沿った縦軸線により判断される）。

ＦＲ６電池−２０００年１１月以降に「国際電気標準会議」により発行された「国際規格」ＩＥＣ−６００８６−１を参照すると、約５０．５ｍｍの最大外部高さ及び約１４．５ｍｍの最大外径を有する円筒形電池サイズのリチウム−二硫化鉄電池バッテリ。

ＦＲ０３電池−２０００年１１月以降に「国際電気標準会議」により発行された「国際規格」ＩＥＣ−６００８６−１を参照すると、約４４．５ｍｍの最大外部高さ及び約１０．５ｍｍの最大外径を有する円筒形電池サイズのリチウム−二硫化鉄電池バッテリ。

「ゼリーロール」（又は「螺旋巻き」）電極組立体−アノード及びカソードのストリップを適切なポリマーのセパレータと共にその長さ又は幅に沿って、例えば、マンドレル又は中央コアの周りに巻き付けることにより組み合わせて組立体にしたものである。

装填量−箔集電体に被覆された最終乾燥及び高密度化カソード混合物に関して、典型的に、界面に整列したカソード集電体の１平方センチメートル部分の片面上に総カソード混合物（すなわち、パイライト、結合剤、導体、添加剤、その他）のミリグラムとして表された集電体の特定の区域の単一面に見出される特定の材料の量。

公称−典型的に製造業者により指定されてその特徴又は特性に何を期待することができるかを表す値である。

パイライト−典型的にバッテリで使用する時に少なくとも９５％の電気化学的に活性な二硫化鉄を含有する二硫化鉄の鉱物形態である。

固体充填比−集電体を除外したコーティングにおいて、典型的には、百分率として表されると共にコーティングの孔隙率の逆数（すなわち、１００％からコーティングの孔隙率百分率を差し引いたもの）としても表すことができるコーティングが乾燥して高密度化された後に測定したそのコーティングの全容積と比較した固体粒子（例えば、電気化学的に活性な材料、結合剤、導体、その他）によって占められるコーティングの容積比。

比エネルギ密度−一般的に、ワット時／キログラム（Ｗｈ／ｋｇ）又はミリワット時／グラム（ｍＷｈ／ｇ）で表わされる電池又はバッテリ全体の総重量で割った上述の条件（例えば、２００ｍＡの連続ドレーンで放電、界面容量に対する総インプット、その他）による電極、電池、又はバッテリの容量である。

理論的インプット容量−電極／電池を構成する材料の理論的に利用可能な電気化学容量に基づく単一の電極又は電池全体における電気化学材料の容量であり、電極における各活物質の重量にその活物質の理論的比容量を掛けることにより計算することができ、各活物質の理論的比容量は、［（９６，４８７アンペア秒／モル）／（活物質のグラム数／モル）］×（活物質の電子数／モル）／（３６００秒／時）×（１０００ミリアンペア時／アンペア時）により判断され、表１に、この公式により計算された例示的な理論的インプット容量の一覧を示している。

（表１）

理論的界面インプット容量−全体的な電池放電反応機構及び反対電極における活物質に隣接する活物質混合物の部分内に含有される活物質の総量に基づく電極又は電池全体の容量であり、活物質の全てが完全に反応すると仮定し、電極ストリップの２つの主要表面の一方だけが反対電極において隣接する活物質である場合には、電極のその側面上の活物質のみ、すなわち、固体の集電体シートの側面上の材料又は固体の集電体シートを持たない電極の半分の厚みのその材料のいずれかが界面容量の判断に含まれる。

本発明は、図１を参照するとより良く理解されるであろう。図１において、電池１０は、ＦＲ６（ＡＡ）型円筒形Ｌｉ／ＦｅＳ₂バッテリ電池の一実施形態であるが、本発明は、ＦＲ０３（ＡＡＡ）又は他の円筒形電池にも等しく適用可能である。一実施形態では、電池１０は、閉鎖底部と、電池カバー１４、及びガスケット１６により閉鎖された開放上端部とを有する缶１２の形態の容器を含むハウジングを有する。缶１２は、上端部の近くにビード又は直径を絞った段差を有し、ガスケット１６及びカバー１４を支持する。ガスケット１６は、缶１２とカバー１４の間で圧縮され、アノード、すなわち、負極１８、カソード、すなわち、正極２０、及び電解質を電池１０内に密封する。

アノード１８、カソード２０、及びセパレータ２６は、一緒に電極組立体に螺旋状に巻き付けられる。カソード２０は、電極組立体の上端部から延びて接触バネ２４によりカバー１４の内面に接続された金属集電体２２を有する。アノード１８は、金属リード（又はタブ）３６により缶１２の内面に電気的に接続される。リード３６は、アノード１８に締結され、電極組立体の底部から延び、電極組立体の底部にわたって及び側部に沿って上方に折り曲げられる。リード３６は、缶１２の側壁の内面と圧力接触する。電極組立体が巻き付けられた後に、電極組立体は、製造工程においてツールの挿入前に一緒に保持することができ、又は材料の外端（例えば、セパレータ又はポリマーフィルム外包３８）は、例えば、ヒートシール、のり付け、又はテーピングにより留めることができる。

一実施形態では、絶縁コーン４６を電極組立体の上部の周囲の周りに位置決めし、カソードの集電体２２が缶１２と接触するのを防止し、かつカソード２０の下縁と缶１２の底部の間の接触が、内向きに折り曲げられたセパレータ２６の延長部及び缶１２の底部に位置決めされた電気絶縁底部ディスク４４により防止される。

一実施形態では、電池１０は、個別の正極端子カバー４０を有し、これは、内向きに圧着された缶１２の上縁及びガスケット１６により所定位置に保持され、１つ又はそれよりも多くの通気開口（図示せず）を有する。缶１２は、負極接触端子として機能する。粘着ラベル４８のような絶縁ジャケットを缶１２の側壁に適用することができる。

一実施形態では、誤用電気条件下で電流の流れを実質的に制限する正の温度係数（ＰＴＣ）デバイス４２が、端子カバー１４０の周囲フランジと電池カバー１４の間に配置される。別の実施形態では、電池１０はまた、圧力逃し口を含むことができる。電池カバー１４は、ウェル２８の底部に通気孔３０を備えた内向きに突出する中央通気ウェル２８を含む開口を有する。開口は、通気孔ボール３２と、通気ウェル２８の垂直壁と通気孔ボール３２の周囲部との間で圧縮された薄壁型熱可塑性ブッシュ３４とによってシ密封される。電池の内圧が所定レベルを超えると、通気孔ボール３２又はボール３２及びブッシュ３４の両方が、開口の外に押し出され、電池１０から加圧されたガスを逃がす。他の実施形態では、圧力逃し口は、引用により組み込まれる米国特許出願公報第２００５／０２４４７０６号明細書及び第２００８／０２１３６５１号明細書に開示するようなラプチャ膜により閉鎖された開口とすることができ、又はシーリング板又は容器の壁のような電池の一部分に通気開口を形成するために裂けるか又はそうでなければ破損することができる鋳造溝のような比較的薄い区域とすることができる。

一実施形態では、電極組立体の側面と缶の側壁との間に配置された電極リード３６の終端部分は、電極組立体を缶に挿入する前の形状、好ましくは、缶の側壁との電気接触を高め、バネ様の力を与えてリードを缶の側壁に対して付勢する非平面を有することができる。電池の製造中、成形されたリードの終端部分は、例えば、電極組立体の側面の方向に変形し、缶へのその挿入を容易にすることができ、その後、リードの終端部分は、部分的に元の非平面形状にバネで戻ることができるが、少なくとも部分的に圧縮されたまま留まって缶の側壁の内面に力を印加し、それによって缶と良好な物理的及び電気的な接触を行う。代替的に、この接続及び／又は電池内の他のものも、溶接により維持することができる。

電池容器は、多くの場合、図１の缶のような底部が閉鎖された金属缶である。缶の材料及び容器壁の厚みは、電池に使用する活物質及び電解質の一部に依存することになる。一般的な材料のタイプは鋼である。例えば、缶は、冷間圧延鋼（ＣＲＳ）で作ることができ、少なくとも外側をニッケルでメッキして缶の外側を腐食から保護することができる。典型的には、本発明によるＣＲＳ容器は、ＦＲ６電池に対して約７から１０ミル、又はＦＲ０３電池には６から９ミルの壁厚を有することができる。メッキのタイプは、様々な程度の耐食性を与えるために、接触抵抗を改善するために、又は望ましい外観を与えるために変えることができる。鋼のタイプは、容器が形成される方式に部分的に依存することになる。引抜缶に対して、鋼は、ＡＳＴＭ９から１１の粒径を有し、僅かに細長い粒形に等軸にされた拡散焼鈍、低炭素、アルミニウムキルドのＳＡＥ１００６又は同等の鋼とすることができる。ステンレス鋼のような他の鋼は、特別の必要性を満たすために使用することができる。例えば、缶がカソードと電気接触する場合には、カソード及び電解質による耐食性を改善するためにステンレス鋼を使用することができる。

電池カバーは、金属とすることができる。ニッケルメッキ鋼を使用することができるが、多くの場合、特に、閉鎖部及びカバーがカソードと電気接触している時には、ステンレス鋼が望ましい。カバー形状の複雑さも、材料選択における１つのファクタになる。電池カバーは、厚い平らなディスクのような簡単な形状を有してもよく、又は電池カバーは、図１に示すカバーのようなより複雑な形状を有してもよい。カバーが図１のカバーのように複雑な形状を有する時は、ＡＳＴＭ８−９粒径のタイプ３０４の軟性焼鈍ステンレス鋼を使用し、望ましい耐食性を与えて金属形成を容易にすることができる。形成されたカバーも、例えば、ニッケルでメッキしてもよく、又はステンレス鋼又は他の公知の金属及びこれらの合金から作ることができる。

端子カバーは、周囲環境中の水による腐食又はバッテリ製造及び使用中に一般的に遭遇する他の腐食に対する良好な抵抗性を有し、良好な導電性、及び消費者向けバッテリ上で目に見える時に魅力的な外観を有するべきである。端子カバーは、多くの場合、ニッケルメッキ冷間圧延鋼又はカバーが形成された後でニッケルメッキされた鋼から作られる。端子が圧力逃し口上に位置決めされる場合に、端子カバーは、一般的に、電池の通気を容易にするために１つ又はそれよりも多くの孔を有する。

缶と閉鎖／端子カバーとの間でシールを仕上げるのに使用するガスケットは、望ましいシール特性を与えるあらゆる適切な熱可塑性材料から作ることができる。材料の選択は、部分的に、電解質の組成に基づいている。適切な材料の例は、ポリプロピレン、硫化ポリフェニレン、四フッ化−ペルフルオロアルキルビニルエーテルコポリマー、ポリブチレンテレフタレート、及びその組合せを含む。好ましいガスケット材料は、ポリプロピレン（例えば、米国デラウェア州のウィルミントン所在の「Ｂａｓｅｌｌ Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｓ」からのＰＲＯ−ＦＡＸ（登録商標）６５２４）、及び硫化ポリフェニレン（米国テキサス州のザウッドランズ所在の「Ｃｈｅｖｒｏｎ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ」からのＸＴＥＬ（登録商標）ＸＥ３０３５又はＸＥ５０３０）を含む。少量の他のポリマー、強化無機充填物、及び／又は有機化合物も、ガスケットのベースの樹脂に加えてもよい。適切な材料の例は、引用により組み込まれる米国特許公開第２００８／０２２６９８２号明細書及び第２００５／００７９４０４号明細書に見出すことができる。

ガスケットは、シーラントで被覆して最良のシールを設けることができる。エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）が適切なシーラントであるが、他の適切な材料を使用することができる。

アノードは、時にリチウム箔と呼ばれるリチウム金属のストリップを含む。リチウムの組成は、様々であるとすることができるが、バッテリ等級のリチウムについては、純度は常に高い。リチウムは、アルミニウムのような他の金属と合金にして望ましい電池の電気性能を与え、又は取り扱いを容易にすることができるが、あらゆる合金のリチウム量をそれでもなお最大にすべきであり、高温（すなわち、純リチウムの融点を超える）用途に対して設計された合金は考えていない。０．５重量パーセントのアルミニウムを含有する適切なバッテリ等級のリチウム−アルミニウム箔は、米国ノースカロライナ州のキングスマウンテン所在の「Ｃｈｅｍｅｔａｌｌ Ｆｏｏｔｅ Ｃｏｒｐ．」から入手可能である。本質的に、リチウム又はリチウム合金（例えば、０．５重量パーセントのアルミニウム及び９９＋重量パーセントのリチウム）から構成されたアノードが好ましく、いずれのこのような合金においても活物質（すなわち、リチウム）の量を最大にすることに重点が置かれる。

図１の電池におけるように、リチウムは高い導電性を有するので、アノードには、個別の集電体（すなわち、アノードが溶接又は被覆された金属箔のような導電性部材、又は集電体がゼリーロール内で螺旋状に巻き付けられるようにアノードの長さの大部分に沿って延びる導電性ストリップ）は必要ない。このような集電体を利用しないことにより、活物質のような他の構成要素に対してより多くの空間が容器内で利用可能になる。使用する場合、アノード集電体は、電池の他の内部構成要素（例えば、電解質）に露出された時に安定である銅及び／又は他の適切な高導電性金属で作ることができる。

電気接続は、電極の各々と、ハウジングに近接するか又はハウジングと一体の対向する外部バッテリ端子との間で維持される。電気リード３６は、アノード又は負極を電池端子の一方（図１に示すＦＲ６電池の場合の缶）に接続する薄い金属ストリップから作ることができる。これは、アノードの一部分の中にリードの端部を埋め込むことにより、又はリードの端部のような一部分を単にリチウム箔の表面上に押しあてることによって達成することができる。リチウム又はリチウム合金は、粘着特性を有し、一般的に、リードと電極の間の少なくとも僅かで十分な圧力又は接触により、構成要素を互いに溶接することになる。負極には、ゼリーロール構成に巻き付けられる前にリードを設けることができる。リードも、適切な溶接により接続することができる。

リード３６を含む金属ストリップは、多くの場合、リードを通して十分な電流の伝達を可能にするために十分に低い抵抗（例えば、ほぼ１５ｍΩ／ｃｍ未満、好ましくは、４．５ｍΩ／ｃｍ未満）のニッケル又はニッケルメッキ鋼から作られる。適切な負極リード材料の例は、以下に限定されるわけではないが、銅、銅合金、例えば、銅合金７０２５（約３％のニッケル、約０．６５％のシリコン、及び約０．１５％のマグネシウムを含む銅とニッケルの合金であり、残りは、銅及び微量の不純物である）、及び銅合金１１０、並びにステンレス鋼を含む。リード材料は、組成物が非水性電解質を含む電気化学電池内で安定であるように選択すべきである。

カソードは、集電体と、通常は微粒子の形態の１つ又はそれよりも多くの電気化学的活物質を含む混合物とを含むストリップの形態である。二硫化鉄（ＦｅＳ₂）は１次活物質である。カソードも、望ましい電池電気特性及び放電特性に応じて、少量の１つ又はそれよりも多くの付加的な活物質を含有することができる。付加的な活性カソード材料は、あらゆる適切な活性カソード材料とすることができる。その例には、金属酸化物であるＢｉ₂Ｏ₃、Ｃ₂Ｆ、ＣＦｘ、（ＣＦ）ｎ、ＣｏＳ₂、ＣｕＯ、ＣｕＳ、ＦｅＳ、ＦｅＣｕＳ₂、ＭｎＯ₂、Ｐｂ₂Ｂｉ₂Ｏ₅、及びＳが含まれる。好ましくは、Ｌｉ／ＦｅＳ₂電池のカソードの活物質は、少なくとも約９５重量パーセントのＦｅＳ₂を含み、最も好ましくは、ＦｅＳ₂は唯一の活性カソード材料である。少なくとも９５重量パーセントのＦｅＳ₂の純度レベルを有するパイライトは、米国マサチューセッツ州のノースグラフトン所在の「Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｍｉｌｌｓ」、オーストリア国のウィーン所在の「Ｃｈｅｍｅｔａｌｌ ＧｍｂＨ」、及び米国バージニア州のディルウィン所在の「Ｋｙａｎｉｔｅ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏｒｐ．」から入手可能である。ＦｅＳ₂の「純度」に関する説明は、パイライトがＦｅＳ₂の特定の及び好ましい鉱物形態であることを認めていることに注意されたい。しかし、パイライトは、多くの場合、低いレベルの不純物（典型的には酸化珪素）を有し、ＦｅＳ₂だけがパイライトにおいて電気化学的に活性であるために、ＦｅＳ₂の純度百分率に対する参照は、パイライトの総量に関して通常は重量百分率に基づいて行われる。すなわち、パイライト及びＦｅＳ₂は、適正な関連で読む時に同意語ではない場合がある。カソード、カソードの調製、及びカソードの製造方法に関するより網羅的な説明は、以下に提供される。

カソード混合物は、カソード集電体として機能する薄い金属ストリップの片側又は両側上に被覆される。アルミニウムは、一般的に使用する材料であるが、チタン、銅、鋼、他の金属箔、及びこれらの合金も可能である。集電体は、カソード混合物を含有するカソードの部分を超えて延びることができる。集電体のこの拡張部分は、正端子に、好ましくは、リード及び／又は溶接接触の必要性をなくすバネ又は圧力接触を通じて接続した電気リードと接触するのに好都合な区域を提供することができる。電池の内部容積の多くを活物質及び電解質に利用可能にするために集電体の拡張部分の容積を最小に保つことが望ましい。カソードに対する典型的なコーティング構成の例は、引用により組み込まれる米国特許公開第２００８／００２６２９３号明細書に見出すことができる。

カソードは、電池の正端子に電気的に接続される。これは、図１に示すように、多くの場合、薄い金属ストリップ又はバネの形態の電気リードによって達成することができるが、溶接による接続も可能である。使用する場合、このリードは、ニッケルメッキステンレス鋼又は他の適切な材料から作ることができる。その場合には、標準ＰＴＣのような任意的な減流デバイスが安全機構として利用され、電池の迷走放電／加熱を防ぎ、適切なＰＴＣは、米国カリフォルニア州のメンローパーク所在の「Ｔｙｃｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ」により販売されている。典型的な標準ＰＴＣデバイスは、一般的に、約３６ｍΩ／ｃｍの抵抗を含む。約１８ｍΩ／ｃｍのより低い抵抗デバイスを含む他の代替形態も利用可能である。代替の減流デバイスは、引用により組み込まれる米国特許公開第２００７／０２７５２９８号明細書及び第２００８／０２５４３４３号明細書に見出すことができる。

セパレータは、イオン透過性及び非導電性の薄い微小孔性膜である。それは、セパレータの孔隙の中に少なくとも何らかの電解質を保持することができる。セパレータは、アノードとカソードの隣接する面の間に配置されて電極を互いに電気的に分離する。セパレータの各部分はまた、電池端子と電気的に接触した他の構成要素を絶縁して内部短絡を防止することができる。セパレータの縁部は、多くの場合、少なくとも１つの電極の縁部を超えて延び、アノード及びカソードが、互いに完全に整列していない場合であっても電気的に接触しないことを保証する。しかし、電極を超えて延びるセパレータの量を最小にすることが望ましい。

良好な高電力放電性能を提供するために、セパレータは、本明細書において引用により組み込まれている１９９４年３月１日に付与された米国特許第５，２９０，４１４号明細書に開示された特徴（少なくとも約０．００５μｍの最小寸法と約５μｍ直径よりも大きくない最大寸法を有する孔隙、約３０パーセントから７０パーセントの範囲の空隙率、２から１５ｏｈｍ−ｃｍ²までの面積比抵抗、及び２．５未満の捩れ）を有することが望ましい。他の望ましいセパレータの特性は、本明細書において引用により組み込まれている米国特許公開第２００８／００７６０２２号明細書に説明されている。

セパレータは、多くの場合、ポリプロピレン、ポリエチレン、又はその両方で作られる。セパレータは、二軸配向微小孔性膜の単層とすることができ、又は２つ又はそれよりも多くの層を互いに積層し、直交する方向に望ましい引張強度を与えることができる。費用を最小にするには単層が好ましい。膜は、本明細書に開示するカソード調製及び容器強度に関する制約に応じて１６ミクロンと２５ミクロンの間の厚みを有すべきである。適切なセパレータは、「Ｔｏｎｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐ．」、米国ニューヨーク州のマケドニア所在の「ＥＸＸＯＮ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏ．」、及び米国オレゴン州のレバノン所在の「Ｅｎｔｅｋ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ」から入手可能である。

不純物として非常に少量（例えば、使用される電解質塩に応じて、重量で約５００ｐｐｍよりも多くない）の水のみを含有する非水性電解質は、本発明のバッテリ電池に使用される。電解質は、１つ又はそれよりも多くの有機溶剤中に解離した１つ又はそれよりも多くのリチウムベースの電解質塩を含有する。適切な塩は、臭化リチウム、過塩素酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸リチウム、ヘキサフルオロリン酸カリウム、ヘキサフルオロヒ酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、及びヨウ化リチウムのうちの１つ又はそれよりも多くを含むが、塩は、好ましくは、Ｉ^-（例えば、溶剤混合物中のＬｉＩの解離による）を含む。適切な有機溶剤は、ギ酸メチル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、アセトニトリル、３，５−ジメチルイソキサゾール、ｎ，ｎ−ジメチルホルムアミド、及びエーテルのうちの１つ又はそれよりも多くを含むが、全溶剤のうちの少なくとも５０体積パーセントは、エーテルの低い粘性及び湿潤機能が以下に説明するより厚い電極構造に良い影響を与えると考えられるのでエーテルでなければならない。好ましいエーテルは、非環式（例えば、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、ジ（メトキシエチル）エーテル、トリグリム、テトラグリム、及びジエチル）、及び／又は環式（例えば、１，３−ジオキソラン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、及び３−メチル−２−オキサゾリジノン）とすることができる。１，３−ジオキソラン及び１，２−ジメトキシエタンは、好ましい溶剤であり、一方、ヨウ化リチウムは好ましい塩であるが、ヨウ化リチウムは、リチウムトリフレート、リチウムイミド、又は過塩素酸リチウムと共に使用することができる。溶剤混合物中に解離したＩ^-の生成をもたらす添加剤を使用することができる。

アノード、カソード、及びセパレータのストリップは、電極組立体に互いに組み合わされる。電極組立体は、巻き付けが完了する時に電極組立体から取り出されるマンドレルの周りにカソード、セパレータ、アノード、及びセパレータのストリップを交互に巻き付けることによって作られる図１に示すような螺旋巻き設計とすることができる。少なくともセパレータの１層及び／又は少なくとも電気絶縁フィルムの１層（例えば、ポリプロピレン）は、一般的に、電極組立体の外側の周りに巻かれる。これは、組立体を互いに保持する助けになり、組立体の幅又は直径を望ましい寸法に調節するのに使用することができるなどの多くの目的を果たす。セパレータの最外端部又は他の外側フィルム層は、１枚の粘着テープ又はヒートシールで押さえ付けることもできる。図１に示すように、アノードを最外電極としてもよく、又はカソードを最外電極とすることもできる。いずれの電極も電池容器と電気接触状態にすることができるが、最外電極と容器の側壁の間の内部短絡は、電極組立体の最外巻線の極性を缶の極性に適合させることによって回避することができる。

電池は、あらゆる適切な工程を使用して閉鎖して密封することができる。このような工程は、以下に限定されるわけではないが、圧着、再絞り、収集、及びこれらの組合せを含むことができる。例えば、図１の電池については、電極及び絶縁コーンが挿入された後、缶の中にビードが形成され、ガスケット及びカバー組立体（電池カバー、接触バネ、及び通気孔ブッシュを含む）が缶の開放端に設けられる。電池は、ガスケット及びカバー組立体がビードに対して押し下げられる間、ビードにおいて支持される。ビードの上の缶の上部の直径は、セグメント化されたコレットを使用して絞られ、ガスケット及びカバー組立体を電池内の所定位置に保持する。電解質が、通気孔ブッシュ及びカバーの開口を通して電池内に分配された後で、通気孔ボールをブッシュに挿入し、電池カバーの開口を密封する。ＰＴＣデバイス及び端子カバーが、電池カバー上の電池の上に設けられ、缶の上縁に圧着ダイで内向きに曲げられ、ガスケット、カバー組立体、ＰＴＣデバイス、及び端子カバーを保持及び維持し、ガスケットによって缶の開放端のシールが完成する。

カソードに関しては、カソードは、金属箔集電体、典型的には約１６μｍから２０μｍの厚みのアルミニウム箔の上に被覆される。カソードは、コーティングの加工性、導電性、及び全体的な効率の均衡を取るように慎重に選択する必要があるいくつかの材料を含有する混合物として形成される。これらの成分は、トリクロロエチレンのような溶剤の存在下でスラリ中に混合され、次に、集電体上に被覆される。得られるコーティングは、好ましくは、コーティング後に乾燥して高密度化され、かつコーティングは、主として、二硫化鉄（及びその不純物）、粒子状物質を一緒に保持し、混合物を集電体に接着するのに使用する結合剤、混合物に改善された導電性を提供する金属、グラファイト及びカーボンブラック粉末のような１つ又はそれよりも多くの導体材料、並びにヒュームドシリカ及び／又は過塩基性スルホン酸カルシウム錯体のような様々な加工又は流動助剤から構成される。好ましいカソード調製は、引用により組み込まれる米国特許公開２００９／０１０４５２０号明細書に開示されている。更に、高レート用途向きのリチウム−二硫化鉄バッテリは、本明細書に引用により組み込まれる米国特許第７，１５７，１８５号明細書に説明するように、それに関連するアノードの理論的界面インプット容量と比較してカソードにおける過度の理論的界面インプット容量を提供することによって効力の恩典があることが判断されている。従って、一実施形態では、本発明の電池は、１．００未満の界面アノード対カソードインプット比を有する。

以下は、９４重量パーセントから９９重量パーセントのパイライト、０．１〜３．０重量パーセントの導体、約０．１〜３．０重量パーセントの結合剤、及び約０〜１．０重量パーセントの加工助剤の好ましいカソード調製に利用する代表的な材料である。約９５〜９８重量パーセントのパイライト、約０．５〜２．０重量パーセントの導体、０．５〜２．０重量パーセントの結合剤、及び約０．１〜０．５重量パーセントの加工助剤のカソード混合物を有することがより望ましい。約９６〜９７重量パーセントのパイライト、約１．０〜２．０重量パーセントの導体、約１．０〜１．５重量パーセントの結合剤、及び約０．３〜０．５重量パーセントの加工助剤のカソード混合物を有することがなお一層望ましい。導体は、米国イリノイ州のシカゴ所在の「Ｓｕｐｅｒｉｏｒ Ｇｒａｐｈｉｔｅ」からのＰｕｒｅＢｌａｃｋ（登録商標）（カーボンブラック）２０５−１１０、及び／又は米国オハイオ州所在の「Ｔｉｍｃａｌ Ｗｅｓｔｌａｋｅ」からのＭＸ１５を含むことができる。結合剤／加工助剤は、米国テキサス州のヒューストン所在の「Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」からのｇ１６５１、及びオランダ国のヘーレンフェーン所在のＣｉｂａから以前に入手可能であったＥＦＫＡ（登録商標）６９５０過塩基性スルホン酸カルシウム錯体、又は独国のエッセン所在の「Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ」からのＡＥＲＯＳＩＬ（登録商標）２００ヒュームドシリカのようなスチレン−エチレン／ブチレン−スチレン（ＳＥＢＳ）ブロックコポリマーを含むポリマーの結合剤を含むことができる。

小さい粒径のカソード材料を使用して、セパレータに穴を開ける危険を最小にすることも望ましい。例えば、ＦｅＳ₂は、少なくとも２３０メッシュ（６２μｍ）スクリーン又はそれ未満のメッシュのスクリーンでフィルタリングすることができる。より好ましくは、ＦｅＳ₂は、本明細書に引用により組み込まれる米国特許公開第２００５／０２３３２１４号明細書で上述のように、１０μｍ未満の平均ｄ５０粒径を有するように粉砕又は加工することができる。

カソード混合物は、スリーロールリバース、コンマコーティング、又はスロットダイコーティングなどのようなあらゆる数の適切な工程を使用して、箔導体に付加される。あらゆる不要な溶剤を除去するための乾燥後又は乾燥と同時に、得られるカソードストリップは、カレンダ加工などにより高密度化され、正極全体を更に圧密する。このストリップは、次に、セパレータと同様の（必ずしも同一である必要はない）サイズのアノードストリップと共に螺旋状に巻き付けられ、ゼリーロール型電極組立体を形成することになるという事実に照らし合わせて、この高密度化は、ゼリーロール型電極組立体における電気化学材料の装填量を最大にする。特別の利点は、以下の例で示すように、カソードの装填量が、集電体の一方の面（すなわち、片側）上で混合物の少なくとも２８ｍｇ／ｃｍ²を超え、より好ましく３０ｍｇ／ｃｍ²を超え、最も好ましくは、３２ｍｇ／ｃｍ²を超える時に本発明の一実施形態おいて立証されている。

しかし、一部の内部カソード空隙は、放電中の二硫化鉄の膨張及び有機電解質による二硫化鉄の湿潤化を可能にするのに必要であるので、カソードを過度に高密度化することはできない。より具体的には、コーティングを高密度に圧密するために印加することができる力の量のような作動的限界もあり、このような力によって生成される集電体上の応力は、コーティングの不用な延伸及び／又は実際に層間剥離をもたらす可能性がある。従って、最終高密度化カソードにおける固体充填比百分率は、電気化学反応が進行するのを可能にするのに十分であることが好ましい。好ましくは、最終固体充填比は、約５８％から７０％でなければならない。

電気化学電池の改良は、様々な異なる高レート試験の下で電気化学電池の性能に基づいて測定することができる。最後に、本発明者に既知の最高性能の従来技術のＦＲ６電池は、約３３０分のＤＳＣ性能を有した。この従来技術の電池も、両面のカソード集電体のうちの片面上のｃｍ²当たり９２重量パーセントのパイライトと、電極間の２２０ｃｍ²の総界面表面積とを含む約２２ｍｇのカソード混合物を有し、ＤＳＣ試験で約１８ｍＷｈ／ｃｍ²の界面表面積をもたらした。他の公知のＦＲ６電池は、カソードの片面の混合物の約１８ｍｇから２５ｍｇ／ｃｍ²と界面表面積の２００ｃｍ²から２２０ｃｍ²との間で変化したが、これらの電池は、ＤＳＣ試験で有意に悪化し、典型的には、約２６０分から２８５分及び約１５ｍＷｈ／ｃｍ²から１７ｍＷｈ／ｃｍ²をもたらしたに過ぎない。極端な場合には、電池は、混合物の２８ｍｇ又はそれよりも多く／ｃｍ²の装填量を有することが観察されたが、これらの電池は、電解質、固体充填比、及び／又は比較的低重量パーセントのパイライトのそれらの選択によって説明することが可能なＤＳＣ試験で全ての公知の従来技術のうちの最悪の性能であった（例えば、通常は２５０分未満、時にサービス不能も）。いかなる場合も、全ての公知の従来技術のＦＲ６電池は、約１６５ミクロン又はそれ未満の厚みの少なくとも９９．５重量パーセントのリチウムから構成されたアノードと、９３重量パーセントのパイライトを有するカソードコーティングとを有した。同様に、これらの電池の全ては、放電の３分の２（すなわち、６６％）の深さでＤＳＣ中にＲ１０抵抗の２０％未満の減少を示している。注意すべき点は、放電の３分の２の深さは、この抵抗の最大減少が観察される範囲である。

このデータは、電極間の界面表面積を最大にし、ＤＳＣ試験のような高レート用途に対する電池の性能を最適にすべきであるという当業技術における考えを反映している。ＦＲ６缶のような固定空間において、電極の厚みは、界面表面積の量に影響を与える。電極をより厚くすることにより、ゼリーロール内の巻線をより少なくし、拡張により、内面積の減少及びＤＳＣ性能の低下の期待をもたらすことになる。付加的な加工及び製造の難しさも起こる可能性があり、例えば、カソード混合調製、コーティング、及び高密度化操作は、電極厚みが変化する時のゼリーロール巻き付けのようにカソード厚みが増加すると全てが影響を受けることになる。その結果、１４０ミクロンから１６５ミクロンのアノード厚み、１６ミクロンから２５ミクロンのセパレータ厚み、及び１８０ミクロンから２２０ミクロンのカソード厚み（集電体を含めて）に対応するＦＲ６電池において約２００ｃｍ²から２２０ｃｍ²のゼリーロールの界面面積を維持することが望ましいと考えられていた。

本発明者は、ここで意外にも、特定の範囲のコーティング固体充填比を維持しながら、混合物中の重量パーセントのパイライトの増加及び／又は集電体の混合物の装填量を組み合わせてアノードの厚みを増加させることで、これらの変化が電極組立体における界面表面積全体を必然的に低減するという事実にも関わらず、電池の他の性能特性に殆ど影響を与えないか又は全く与えない状態で次第に高レート性能の改善をもたらすことを見出した。特に、２００ｃｍ²未満の界面表面積が考えられており、これは、ＦＲ６電池において少なくとも１７５ミクロンの厚みのアノードに対応する。カソードの最終固体充填比は、５８％から７０％である必要があるが、カソードコーティングは、集電体の片面当たりの混合物の少なくとも２４ｍｇ、及び／又はより好ましくは、２８ｍｇを超え、及び／又はパイライトの少なくとも９１重量パーセント、より好ましくは、９３重量パーセントを超える。各々の場合に、少なくとも５０％のエーテルを有して実質的に炭酸塩を含まない電解質が必要である。好ましくは、電解質溶液は、その解離した電解質塩のうちの１つとして、又は電解質添加剤としてＩ^-を有することになる。Ｉ^-は、好ましくは、１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも９０重量パーセント（溶剤の総容積に基づいて）を有する溶剤混合物中に解離されているリチウムベースの塩のヨウ化リチウムの使用によって形成することができる。しかし、炭酸塩は、通常混合物中で使用することはできない。どのような特定の理論にも拘束されるものではないが、炭酸塩は、上述の好ましいカソードと有益に相互作用するような比較的高い粘性の湿潤特性を保有すると考えられる。

カソードコーティング中のＦｅＳ₂の量は、バッテリの製作前に混合物を分析することにより、又は調製後の鉄含有量を判断して、鉄の検出レベルをカソード中のパイライトの重量パーセントに関連付けることにより判断することができる。製作後の鉄含有量を試験する方法は、既知の量（質量及び容積／面積を単位として）のカソードを酸に溶解することにより行うことができ、次に、誘導結合プラズマ原子発光分析又は原子吸光分析法のような一般的な定量分析技術を使用してその溶解試料中の鉄の総量について試験する。この方法により既知の被覆カソード調製を試験することで、鉄の総量が電池中のＦｅＳ₂を表すことが検証された（特に、カソードコーティングにおけるＦｅＳ₂の純度を最大にすることが望ましいという点で）。ピクノメータを使用してカソード密度を判断することができる場合があるが、ある一定の結合剤は、リチウム−二硫化鉄電池の内部環境に露出される時に容積変化を受けることがあるために、このような方法により確立された密度は、カソードの乾燥混合密度に達するように更に調節することが必要になる。

注意すべき点は、試料中のアルミニウム量の試験は、同様の方式（例えば、ＩＣＰ−ＡＥＳ又はＡＡ分光法）で集電体（導体がアルミニウムである時の）の厚みの計算を可能にすることになる。他の同様の分析技術は、これらの成分の原子及び／又は分子組成に応じて結合剤、加工助剤などの試験に使用することができ、かつアノード及び／又はセパレータの分析は、同様の分析及び定量／定性技術を使用して可能である。

カソードの単位面積当たりの重量が製作後から判断される限り、カソードは、あらゆる電解質残遺物を除去するために濯いで溶剤が測定重量に寄与しないことを保証するように完全に乾燥すべきである。次に、集電体からの重量寄与は、上述の導体の適切な経験的分析によるこの測定値から差し引くことができる。

Ｒ１０抵抗は、本明細書を通して使用される場合に電流遮断法を使用する特定の電池抵抗測定技術である。Ｒ１０抵抗は、主として電池のオーム抵抗（すなわち、「オーム」の法則に従う電流に対する抵抗）を反映する。

Ｒ１０抵抗は、あらゆるサービス試験中に測定することができるが、本明細書で使用される場合、Ｒ１０抵抗は、「デジタルスチルカメラ試験」中に測定される。特に、二重パルス技術は、ＤＳＣ試験の各サイクルにおける１０番目の高電力パルス段階（例えば、ＦＲ６ＤＳＣ試験の１０番目の１５００ｍＷパルス）、及び同じくその同じサイクル（例えば、６５０Ｗパルス）の対応する低電力段階の１００ミリ秒間隔において最初に観察される測定電圧及び電流データで使用される。同様の測定値は、ＤＳＣ試験全体に対して各サイクルの１０番目のパルス上に記録される。次に、第１の測定値（すなわち、試験中約５分経過した時に取ったもの）は、放電様式中に所定点における別の測定値と比較することができる。本明細書を通して使用される場合、第１のサイクルのＲ１０抵抗は、ＤＳＣ試験中に放電点の約３分の２の深さにおける第２の測定値と比較されることになる。

２つの比較測定値（すなわち、第１のサイクルの１０番目のパルスである第１の間隔、及び放電点の３分の２の深さに最も近いサイクルの１０番目のパルスである第２の間隔）の正確な計算は、以下の通りであり、Ｖ_hp及びＩ_hpは、放電サイクル（例えば、放電の５分又は６６％の深さ）の１０番目のパルスの端部における高電力段階の電圧及び電流であり、Ｖ_lp及びＩ_lpは、それぞれ、上述の高電力段階の直後に低電力パルスへの電圧及び電流１００ミリ秒である。

Ｒ１０_間隔＝｜Ｖ_hp−Ｖ_lp(t=100ms)／Ｉ_hp−Ｉ_lp(t=100ms)｜

データが、放電点の３分の２の深さで正確に記録することができない範囲で、必要値を正確にかつ有効に判断するために２つの最も近いデータ点の間で補完することができる。ＤＳＣ試験は、本明細書で企図したＲ１０抵抗測定値に固有の比較点を確実に確立するためにその完了に達する必要があることも明らかであるべきである。同様に、ＦＲ０３電池のＲ１０抵抗（又はあらゆる他のサイズ）は、結果的にとしてＦＲ６に対して同じ方法を使用するが、「ＡＮＳＩ Ｃ１８．３Ｍ，Ｐａｒｔ１ ２００５」規格（又は適切規格）によりＡＡＡサイズに対して調節された高及び低電力パルスによって判断することができる。

上記説明の全体は、特にＦＲ６及びＦＲ３電池に関するものである。しかし、本発明はまた、側壁の高さが容器の直径を超える他の円筒形電池サイズ、他のカソードコーティング手法、及び／又はシール及び／又は圧力逃し口の設計を有する電池に適応させることができる。

本発明の特徴及びその利点は、本発明を実施する者により更に認められるであろう。更に、上述のように組み立てられた電池の構成要素及び性能のある一定の実施形態が実現されるであろう。開示した概念の教示から逸脱することなく本発明に様々な変更及び改良を加えることができることは、本発明を実施する者及び当業者により理解されるであろう。与えられる保護の範囲は、特許請求の範囲及び法律によって許される解釈の幅により判断すべきである。

ここで、以下の非限定な実施例を参照して本発明を説明する。

実施例
一連のＦＲ６電池は、以下の表１ａ及び表１ｂに示すように構成される。ロット１〜８に対して、リチウムの厚み、カソードの固体充填比、及び装填量、並びにセパレータ製造業者のみをかなり変更するように、同一の電池ハウジング、電解質溶液、及びセパレータ厚みが使用された。ロット１及びロット３は、本発明者によって生成された比較例を表すが（すなわち、これらの電池は、従来技術の例を表さない）、ロット２は、本発明者に既知の最高の性能の従来技術のＦＲ６電池を表す（上述のように）。ロット４、５、６、７、及びロット８は、本発明の様々な実施形態である。このようにして、ロット１〜８に対してアノード厚み及びカソード調製の影響に関して直接比較することができる。

付加的な比較の例は、ロットＡ、Ｂ、及びロットＣに示されている。ロットＡ〜Ｃは、従来技術からの他のＦＲ６電池である。ロットＡ〜Ｃに対して電池ハウジング材料及びアノードを含む構成要素の多くは、ロット１〜８に使用するものと実質的に類似していると考えられるが、ロットＡ〜Ｃは、異なる／未知の電解質調製（場合によっては、全てのエーテル溶剤中に溶解されたリチウムトリフラート、リチウムイミド、及び／又は過塩素酸リチウム塩に基づくもの）、より厚いセパレータ、及び異なるカソード調製を有する。このようにして、これらの点の更に別の比較は、ロット４〜８、並びにロットＡ及びロットＢ間で行うことができる。

（表１ａ）

（表１ｂ）

全ての電池は、１．００未満のアノードの理論的界面インプット容量比対カソードの理論的界面入力比で構成され、それによって高レート試験の公正な比較を可能にした。次に、これらの電池は、これらのＲ１０抵抗をモニタしながら、「デジタルスチルカメラ」試験で試験された。これらの試験の結果は、表２ａ及び表２ｂに示されている。

（表２ａ）

（表２ｂ）

上述の結果を参照すると、ロット１の高界面表面積の設計は、ロット１が必要なカソード装填量を利用しない可能性が最も高いので、依然としてロット４〜８よりも劣っている点に注意すべきである（ＤＳＣ試験結果の点で）。同様に、ロット３は、比較的高いカソード装填量及び低界面表面積を保有するが、ロット３は、十分な重量パーセントのパイライトがないそのカソード混合物によりロット４〜８よりも劣っている。ロット３のパイライトの代わりとして、グラファイト導体は、この特定的な調製物の約１２重量パーセントに起因したが、余分な導体から予期したカソード効率の改善の期待にも関わらず、ロット３は、ロット４〜８の高レート結果に接近できなかった。このようにして、リチウム厚み、カソード最終固体充填比、カソード混合物中のパイライトの重量パーセント、及びカソード装填量の適切な組合せを保有する電池のみが、高レート性能特性の改良を達成することを見ることができる。

以上に鑑みて、以下の特徴のあらゆる組合せを含む電気化学電池が考えられている。
・約５０．５ｍｍよりも大きくない高さ及び約１４．５ｍｍよりも大きくない直径を有するＲ６サイズの容器、
・リチウム又はリチウムベースの合金から本質的に構成されたアノードと、金属箔集電体上に被覆されて少なくとも９１重量パーセントのパイライト及び５８％から７０％の最終固体充填比を有する混合物を含むカソードとの間に２００ｃｍ²未満の界面面積を有するゼリーロール型電極組立体、
・溶剤の全容積に基づいて１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも５０体積パーセントを含み、どの炭酸塩ベースの溶剤も含まない１つ又はそれよりも多くの溶剤に解離された１つ又はそれよりも多くの電解質塩から本質的に構成された電解質、
・電池は、「デジタルスチルカメラ試験」で２１ｍＷｈ／ｃｍ²を超える界面面積の単位当たりのエネルギを有すること、
・「デジタルスチルカメラ試験」で２３ｍＷｈ／ｃｍ²を超える界面面積の単位当たりのエネルギを有すること、
・電池は、「デジタルスチルカメラ試験」で２７ｍＷｈ／ｃｍ²を超える界面面積の単位当たりのエネルギを有すること、
・界面面積が、１８５ｃｍ²未満であること、
・界面面積が、１７５ｃｍ²未満であること、
・混合物が、少なくとも９３重量パーセントのパイライトを有すること、
・混合物が、少なくとも９６重量パーセントのパイライトを有すること、
・１つ又はそれよりも多くの溶剤が、１つ又はそれよりも多くのエーテルの９０体積パーセントよりも大きい部分を含むこと、及び／又は
・１つ又はそれよりも多くの溶剤中に解離された時に１つ又はそれよりも多くの電解質塩がＩ^-を含むこと。

更に、以下の特徴のあらゆる組合せを含む電気化学電池が考えられている。
・容器、
・少なくとも２００ミクロンの厚みのリチウム又はリチウムベースの合金から本質的に構成されたアノードと、金属箔集電体上に被覆されて、５８％から７０％の間の最終固体充填比を含み、かつ集電体の両面のうちの各側面上の混合物の少なくとも２８ｍｇ／ｃｍ²（すなわち、両面の導体の両側が考えられる時には５６ｍｇ）の装填量を有する混合物を含むカソードとの間に配置された２５ミクロン又はそれ未満の厚みのセパレータを有するゼリーロール型電極組立体、
・少なくとも１つのリチウムベースの塩と、溶剤の全容積に基づいて１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも５０体積パーセントを有する１つ又はそれよりも多くの溶剤とを含む電解質、
・電池が、「デジタルスチルカメラ試験」中に放電の約６６％の深さで２０％を超えるＲ１０抵抗のかなりの低下を受けること、
・Ｒ１０抵抗の低下が、３０％を超えること、
・Ｒ１０抵抗の低下が、４５％を超えること、
・リチウムの厚みが、少なくとも２２５ミクロンであること、
・リチウムの厚みが、少なくとも２５０ミクロンであること、
・セパレータの厚みが、１６ミクロンよりも大きいこと、
・混合物が、少なくとも３０ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有すること、
・１つ又はそれよりも多くの溶剤が、１つ又はそれよりも多くのエーテルの９０体積パーセントよりも大きい部分を含むこと、
・１つ又はそれよりも多くの溶剤が、どの炭酸塩も含有しないこと、及び／又は
・電解質が、１つ又はそれよりも多くの溶剤中に解離されたＩ^-を更に含むこと。

最後に、以下の特徴のあらゆる組合せを含む電気化学電池が考えられている。
・容器、
・ｉ）１６ミクロンから２５ミクロンの厚みのセパレータと、ｉｉ）少なくとも１７５ミクロンの厚みのリチウム又はリチウムベースの合金から本質的に構成されたアノードと、ｉｉｉ）金属箔集電体上に被覆された少なくとも９１重量パーセントのパイライトを有し、５８％から７０％の最終固体充填比及び集電体の両面の各側面上の混合物の少なくとも２４ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有する混合物を含むカソードとを有するゼリーロール型電極組立体、
・少なくとも１つのリチウムベースの塩と、溶剤の全容積に基づいて１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも５０体積パーセントを構成する１つ又はそれよりも多くの溶剤とを含む電解質、
・ゼリーロール型電極組立体が、１．００未満のアノードの理論的界面インプット容量比対カソードの理論的界面インプット比を有すること、
・ゼリーロール型電極組立体が、０．９０未満又はそれに等しい比率を有すること、
・ゼリーロール型電極組立体が、０．８５未満又はそれに等しい比率を有すること、
・アノードの厚みが、少なくとも２００ミクロンであり、混合物が、少なくとも９４重量パーセントのパイライトを含み、混合物が、少なくとも２８ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有すること、
・アノードの厚みが、少なくとも２２５ミクロンであり、混合物が、少なくとも９６重量パーセントのパイライトを含み、混合物が、少なくとも３０ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有すること、
・電池が、ｉ）放電の約６６％の深さで２０％を超えるＲ１０抵抗のかなりの低下、及びｉｉ）２１ｍＷｈ／ｃｍ²を超える界面面積の単位当たりのエネルギから構成された群から選択された「デジタルスチルカメラ」試験中の少なくとも１つを有すること、
・電池が、ｉ）放電の約６６％の深さで３０％を超えるＲ１０抵抗のかなりの低下、及びｉｉ）２３ｍＷｈ／ｃｍ²を超える界面面積の単位当たりエネルギから構成された群から選択された「デジタルスチルカメラ」試験中の少なくとも１つを有すること、
・１つ又はそれよりも多くの溶剤が、どの炭酸塩も含有せず、かつ１つ又はそれよりも多くのエーテルの９０体積パーセントよりも大きい部分から構成され、及び／又は
・電解質が、１つ又はそれよりも多くの溶剤中に解離されたＩ^-を更に含むこと。

１０ 電池
１２ 缶
１６ ガスケット
１８ アノード、負極
２０ カソード、正極
２２ 集電体

Claims (10)

1. 容器と、
   ｉ）１６ミクロンと２５ミクロンの間の厚みを有するセパレータと、ｉｉ）少なくとも２２５ミクロンの厚みを有するリチウム又はリチウムベースの合金から構成されたアノードと、ｉｉｉ）金属箔集電体上に被覆された少なくとも９６質量パーセントのパイライトを有し、５８％から７０％の最終固体充填比及び該集電体の各側面上の混合物の少なくとも２８ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有する混合物を含むカソードとを有するゼリーロール型電極組立体と、
   溶剤の全容積に基づいて１つ又はそれよりも多くのエーテルの少なくとも５０体積パーセントを有してどの炭酸塩も含有しない１つ又はそれよりも多くの溶剤中に解離された少なくとも１つのリチウムベースの塩を含む電解質と、
   を含み、
   前記混合物は、前記集電体の各側面上に混合物の少なくとも３０ｍｇ／ｃｍ²の装填量を有することを特徴とする電気化学電池。
2. 「デジタルスチルカメラ試験」中に放電の６６％の深さで２０％を超えるＲ１０抵抗の低下を受けることを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
3. 前記ゼリーロール型電極組立体は、１．００未満である前記アノードの理論的界面インプット容量比対前記カソードの理論的界面インプット比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
4. 前記電解質は、前記１つ又はそれよりも多くの溶剤中に解離されたＩ^-を更に含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電気化学電池。
5. 前記１つ又はそれよりも多くの溶剤は、１つ又はそれよりも多くのエーテルの９０体積パーセントよりも大きい容積を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電気化学電池。
6. 前記容器は、５０．５ｍｍよりも大きくない高さ及び１４．５ｍｍよりも大きくない直径を有するＲ６サイズの容器であり、
   前記ゼリーロール型電極組立体は、前記アノードと前記カソードの間の界面面積の２００ｃｍ²未満を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気化学電池。
7. 前記混合物は、少なくとも９６質量パーセントのパイライトを有することを特徴とする請求項６に記載の電気化学電池。
8. 前記電解質は、前記１つ又はそれよりも多くの溶剤中に解離されたＩ^-を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の電気化学電池。
9. 前記１つ又はそれよりも多くの溶剤は、１つ又はそれよりも多くのエーテルの９０体積パーセントよりも大きい容積を有することを特徴とする請求項６に記載の電気化学電池。
10. 「デジタルスチルカメラ試験」に対して２１ｍＷｈ／ｃｍ²を超える界面面積の単位当たりのエネルギを有することを特徴とする請求項６に記載の電気化学電池。

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