專利名稱：一種安全鋰離子電池、改善方法及其陽極片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特指一種安全鋰離子電池、改善方法及其陽極片的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，目前電子消費品和一些專業(yè)的電子設(shè)備逐步的向小型化和便攜化發(fā)展，并且功能也在不斷的增加，這就對電池的能量提出了越來越高的要求。另外由于環(huán)保意識的增強(qiáng)，對電池的環(huán)保也提出越來越高的要求。鋰離子電池就是一種具有較高的能量密度和良好的環(huán)保性能的電池，其被廣泛的應(yīng)用于各類的便攜電子設(shè)備中。鋰離子電池以其高能量、高可靠性、很好的加工性和無環(huán)境污染等優(yōu)點，自其問世以來一直強(qiáng)烈吸引著電池研究者和制造者。通常的鋰離子電池是由若干個依次疊加的電池單體組成，每個單體包括相互卷繞或疊加的陰極片、隔離膜和陽極片，其中陰極片包括陰極集流體和附著在其上的、具有陰極活動物質(zhì)的膜片；陽極片包括陽極集流體和附著在其上的、具有陽極活動物質(zhì)的膜片。其中陰極集流體一般采用鋁箔制作，陽極集流體一般采用銅箔制作，隔離膜片采用塑化、萃取等工藝制成微孔的薄膜，這樣含有鋰鹽的有機(jī)溶劑電解質(zhì)可灌入其中。將若干層電池單體形成電池芯后，在電池芯的外面包裹上包裝薄膜，并向其內(nèi)注入電解液，抽空、密封后形成電池。但目前鋰離子電池所使用的有機(jī)電解液易燃，所以二次鋰離子電池的比能量雖高，但安全性要求很高。通常制作的電池必須通過短路實驗、穿釘實驗、過充實驗、高溫實驗等一系列安全測試，并且在實驗中不發(fā)生著火，以保證電池在使用時，若遇到意外情況，特別是因電池內(nèi)部存在的金屬顆粒刺穿隔離膜而導(dǎo)致陰極集流體——鋁箔與陽極膜相接觸時，不至于發(fā)生著火的情況，從而提高產(chǎn)品的安全性能。見下表，這是目前我們進(jìn)行短路測試的結(jié)果

在上述實驗中，分別將陰極集流體、陰極膜片與陽極片中陽極集流體、陽極膜片直接接觸，然后分別將測試結(jié)果記錄下來。根據(jù)上述測試的結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)陰極片中陰極集流體(鋁箔)與陽極膜片之間短路時，電池的溫度會快速升高，開始冒煙，產(chǎn)生明火。之所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象是因為普通的鋰離子電池中陰極膜片的電阻約為10389mΩ·cm2，而陽極膜片的電阻才約為143mΩ·cm2，兩者相差懸殊。當(dāng)鋁箔與陽極膜片短路后，電阻較小，其電流量較大，導(dǎo)致熱量產(chǎn)生，此時電流產(chǎn)生的大量的熱集中于此，十分容易引起燃燒，造成電池?zé)o法通過短路測試，安全系數(shù)難以達(dá)標(biāo)。
為了克服這個問題，發(fā)明人考慮到提高陽極片表面的電阻來提高其安全性。具體可采用如下三種方式1、降低石墨的導(dǎo)電性；2、降低導(dǎo)電媒介的導(dǎo)電性；3、在陽極表面的覆蓋一層材料。而前兩種方式是難以實現(xiàn)的，故本發(fā)明人考慮采用第三種方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就在于克服目前產(chǎn)品之缺點，提供一種具有較高安全系數(shù)的安全型鋰離子電池，以防止鋰離子電池在陰極片中金屬集流體與陽極膜片之間短路時造成的鋰離子電池出現(xiàn)溫度驟然升高、起火等危險情況。
本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題就在于提供該安全型鋰離子電池安全性能的改善方法。
本發(fā)明所要解決的第三個技術(shù)問題就在于提供該安全型鋰離子電池中陽極片的制作方法。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明中安全型鋰離子電池采用了如下的技術(shù)方案該電池的陽極片的表面覆蓋有一層用于提高陽極片表面電阻并同時降低陽極片熱傳導(dǎo)率的材料膜層，該材料膜層采用金屬氧化物。
上述的金屬氧化物形成的材料膜層內(nèi)形成有可容鋰離子通過的孔隙。例如，該金屬氧化物為以下材料的一種AL2O3、Li2O。
本發(fā)明中安全型鋰離子電池改善方法所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明提高鋰離子電池安全性的方法為提高陽極片的表面的電阻，即在鋰離子電池陽極片的表面覆蓋一層用于提高陽極片表面電阻并同時降低陽極片熱傳導(dǎo)率的材料膜層。
所述的材料膜層采用金屬氧化物。例如金屬氧化物為以下材料的一種AL2O3、Li2O。
本發(fā)明中該安全型鋰離子電池陽極片的制作方法所采用的技術(shù)方案如下該陽極片制作方法包括以下步驟1、制作陽極片基體，該陽極片基體包括陽極集流體和附著在其上的、具有陽極活動物質(zhì)的膜片；2、制作漿料，將金屬氧化材料與溶劑以及粘合劑混合制作成漿料；3、將陽極片基體浸入漿料中或者采用涂布設(shè)備將漿料涂布在陽極片基體表面，然后干燥，令金屬氧化材料在陽極片基體表面覆蓋形成一層薄膜。
所述的形成于陽極片基體表面的材料膜層的金屬氧化物為以下材料的一種AL2O3、Li2O。
上述制作陽極片過程中，制作漿料時將粉末狀的金屬氧化物與粘合劑混合，并溶于溶劑中形成漿料，其中金屬氧化物與粘合劑混合質(zhì)量比例為955；溶劑采用N，N-二甲基吡咯烷酮或其它有機(jī)溶劑。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案是提高鋰離子電池陽極片的表面的電阻，這樣當(dāng)鋁箔與陽極膜片短路后，電阻較大，其電流量較小，致使產(chǎn)生的熱量減少，這樣就可以令所制造的電池順利通過短路測試，安全系數(shù)達(dá)標(biāo)。本發(fā)明具體所采用方式是在鋰離子電池陽極片的表面覆蓋一層用于提高陽極片表面電阻和降低陽極熱傳導(dǎo)率的金屬氧化物材料膜層。該金屬氧化物在陽極片的表面形成一層膜層，以提高陽極片表面電阻和降低陽極熱傳導(dǎo)率。同時采用金屬氧化物所形成的膜層，其材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有可容鋰離子通過的孔隙，不會影響電池的電化學(xué)性能。采用本發(fā)明制作的鋰離子電池其安全性能較目前普通的鋰離子電池具有更高的安全性。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明
圖1是本發(fā)明中鋰離子電池陽極片的結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式本發(fā)明是通過在陽極片的表面覆蓋一層材料膜層，以提高陽極電阻，提升鋰離子電池的安全性。
本發(fā)明所選擇的覆蓋在陽極片表面的材料為一種金屬氧化物，例如采用的如下兩種AL2O3、Li2O。
實施例一見圖1，下面以AL2O3、為例對本發(fā)明進(jìn)行說明。如上所述，本發(fā)明所采用的提高鋰離子電池安全性能的方式就是提高陽極片表面的電阻和降低陽極熱傳導(dǎo)率，這樣可以令鋰離子電池順利通過短路測試，提高產(chǎn)品的安全性能。在制作這種鋰離子電池時，其他步驟與目前普通鋰離子電池制作的工藝相同，所不同的是在制作陽極片時需要采用以下方法首先，制作陽極片基體。該陽極片基體包括陽極集流體11和附著在其上的、具有陽極活動物質(zhì)的膜片12。陽極集流體11一般采用銅箔制作。將活性物質(zhì)混合在溶劑中形成均勻漿體，并將其涂在銅箔上。待干燥后，制成陽極片基體。
其次，制作準(zhǔn)備涂覆的漿料。將粉末狀的AL2O3與粘合劑混合，并溶于溶劑中形成漿料。溶劑可采用NMP(N，N-二甲基吡咯烷酮)或其他有機(jī)溶劑。其中AL2O3與粘合劑混合質(zhì)量比例為90～95∶10～5。
最后，將已制作的陽極片基體浸入漿料中進(jìn)行浸蘸，接著對陽極片1進(jìn)行干燥，讓溶劑揮發(fā)，這樣陽極片基體表面形成一層材料膜層13。干燥的溫度可根據(jù)需要選擇。另外，除采用浸蘸的方式以外，還可采用涂布設(shè)備將漿料涂布在銅箔表面，形成材料膜層13。
按照上述實施例制作出的陽極片1各方面的測試性能如下一、將形成由材料膜層的陽極片浸在電解液(DMC二甲基碳酸酯)中，陽極片上所形成的膜層沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，性能穩(wěn)定。
二、測試陽極片上所形成的材料膜層的孔隙率。為了不影響鋰離子電池的電化學(xué)性質(zhì)，陽極片上所形成的材料膜層，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)必須具有可容鋰離子通過的孔隙。
測試結(jié)果(見表1)表1

由表1中的測試數(shù)據(jù)可以看出，覆蓋上AL2O3膜層后的陽極片與未覆蓋膜層的陽極片其在孔隙率上差別不大，覆蓋膜層的陽極片沒有明顯對電化學(xué)性質(zhì)及孔隙率造成影響，不會對鋰離子電池的電化學(xué)性質(zhì)造成影響。
三、測量陽極片表面電阻表2

由表2中測試數(shù)據(jù)看出，在陽極片表面覆蓋一層AL2O3膜層可以明顯提高陽極片表面的電阻。
實施例二下面以Li2O為例對本發(fā)明進(jìn)行說明。如上所述，實施例與上述實施例的陽極片制作過程相同，同樣包括以下三個步驟首先，制作陽極片基體。該陽極片基體包括陽極集流體和附著在其上的、具有陽極活動物質(zhì)的膜片。
其次，制作準(zhǔn)備涂覆的漿料。將粉末狀的Li2O與粘合劑溶劑混合，并溶于溶劑中形成漿料。溶劑采用有機(jī)溶劑。其中AL2O3與粘合劑混合質(zhì)量比例為90～95∶10～5。
最后，將制作的陽極片基體浸入漿料中進(jìn)行浸蘸或者涂布，接著對陽極片進(jìn)行干燥，讓溶劑揮發(fā)，這樣陽極片基體表面形成一層漿料薄膜。干燥的溫度可選擇在室溫下干燥即可。
對本實施例制作的陽極片進(jìn)行測試，其各項性能參數(shù)同樣達(dá)標(biāo)，沒有對電池性能產(chǎn)生影響。
將上述兩種實施例所制作的陽極片用于鋰離子電池制作工藝中。同時將所制作的兩種鋰離子電池單體與未在陽極片上覆蓋膜層的普通鋰離子單體進(jìn)行對比，以測試本發(fā)明在實際應(yīng)用的效果。所制作鋰離子電池的均按照以下表3的參數(shù)進(jìn)行制作表3

電池的容量為730mAh。
其中上述三種鋰離子電池單體中各自的陽極片所具備的參數(shù)信息如下表4為三種鋰離子電池制作陽極片時漿料的配比參數(shù)表4

對上述A、B、C三種鋰離子電池進(jìn)行測試，分別測量三種鋰離子電池的電化學(xué)交流阻抗、電池化成參數(shù)，老化測試。結(jié)果表明三種鋰離子電池的電化學(xué)性能性能無明顯差異，即在陽極片上覆蓋材料膜層不會對鋰離子電池的性能產(chǎn)生影響。
上述三種鋰離子電池經(jīng)過老化測試后，充電至4.2V，然后進(jìn)行短路測試，即將陰極片中鋁箔與陽極膜片之間短接，測量10次的結(jié)果表明，在陽極片表面覆蓋由材料膜層的鋰離子電池單體順利通過全部10次測試，該材料膜層有效的提高了陽極片表面的電阻。
權(quán)利要求
1.一種安全型鋰離子電池，該鋰離子電池包括一電極組，電極組設(shè)有陽極片以及陰極片，其特征在于該電池中陽極片的表面覆蓋有一層用于提高陽極片表面電阻和降低陽極片熱傳導(dǎo)率的材料膜層，該材料膜層采用金屬氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全型鋰離子電池，其特征在于所述金屬氧化物形成的材料膜層內(nèi)形成有可容鋰離子通過的孔隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全型鋰離子電池，其特征在于所述的金屬氧化物為AL2O3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種安全型鋰離子電池，其特征在于所述的金屬氧化物為Li2O。
5.一種安全型鋰離子電池改善方法，其特征在于提高鋰離子電池安全性的方法為提高陽極片的表面的電阻，即在鋰離子電池陽極片的表面覆蓋一層用于提高陽極片表面電阻的材料膜層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種安全型鋰離子電池改善方法，其特征在于所述的材料膜層采用金屬氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種安全型鋰離子電池改善方法，其特征在于所述的材料膜層采用的金屬氧化物為AL2O3。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種安全型鋰離子電池改善方法，其特征在于所述的材料膜層采用的金屬氧化物為Li2O。
9.一種安全型鋰離子電池陽極片的制作方法，其特征在于該陽極片制作方法包括以下步驟
1.制作陽極片基體，該陽極片基體包括陽極集流體和附著在其上的、具有陽極活動物質(zhì)的膜片；
2.制作漿料，將金屬氧化材料與溶劑混合制作成漿料；
3.將陽極片基體浸入上述漿料中或者將漿料涂布在陽極片基體表面，然后干燥，令金屬氧化材料在陽極片基體表面覆蓋形成一層薄膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種安全型鋰離子電池陽極片的制作方法，其特征在于所述的于陽極片基體形成的材料膜層采用金屬氧化物為AL2O3。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種安全型鋰離子電池陽極片的制作方法，其特征在于所述的于陽極片基體形成的材料膜層采用金屬氧化物為Li2O。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種安全型鋰離子電池陽極片的制作方法，其特征在于將粉末狀的金屬氧化物與粘合劑混合，并溶于溶劑中形成漿料，其中金屬氧化物與粘合劑混合質(zhì)量比例為90～95∶10～5；溶劑采用N，N-二甲基吡咯烷酮。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，特指一種安全的鋰離子電池、改善方法及其陽極片的制作方法。本發(fā)明提高鋰離子電池安全性的方法為提高陽極片的表面的電阻和降低陽極片的熱傳導(dǎo)率，即在鋰離子電池陽極片的表面覆蓋一層用于提高陽極片表面電阻和降低陽極片熱傳導(dǎo)率的金屬氧化物材料膜層。采用本發(fā)明可提高鋰離子電池陽極片的表面的電阻，這樣當(dāng)陰極集流體與陽極膜片短路后，電阻較大，其電流量較小，致使產(chǎn)生的熱量減少，這樣就可以令所制造的電池順利通過短路測試，安全系數(shù)達(dá)標(biāo)。同時采用金屬氧化物所形成的膜層，其材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有較好的可容鋰離子通過的孔隙，不會影響電池的電化學(xué)性能。采用本發(fā)明制作的鋰離子電池其安全性能較目前普通的鋰離子電池具有更高的安全性。
文檔編號H01M10/40GK101055925SQ20071002667
公開日2007年10月17日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者趙豐剛, 胡學(xué)山 申請人:東莞新能源電子科技有限公司