專利名稱：鋰電池與極板結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池，且尤其涉及一種鋰電池。
背景技術(shù)：
由于一次電池不符環(huán)保需求，因此近年來可充電的二次電池系統(tǒng)逐漸受到重視。 隨著可攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展和普遍化，這種可重復(fù)充電放電的鋰電池因兼具重量輕、 高電壓值與高能量密度等特點(diǎn)，使得其市場需求量與日遽增。鋰電池與鎳氫、鎳鋅、鎳鎘電池相比，具有工作電壓高、能量密度大、重量輕、壽命長及環(huán)保性佳等優(yōu)點(diǎn)，也是未來應(yīng)用在可撓式電池的最佳選擇。鋰電池在計(jì)算機(jī)(Computer，即信息產(chǎn)品)、通信(Communication)及消費(fèi)性電子 (Consumer electronics)等3C產(chǎn)品上的運(yùn)用已漸為普及，對(duì)鋰電池性能的要求也越來越高，諸如輕質(zhì)耐用、高電壓、高能量密度與高安全性等，尤其在輕型電動(dòng)車、電動(dòng)車、大型儲(chǔ)電產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用及拓展?jié)摿O高。不過，由于鋰電池系統(tǒng)使用的耐高電壓有機(jī)溶劑(此有機(jī)溶劑大都為酯類有機(jī)分子)具可燃性，且高電容量正/負(fù)極活性物質(zhì)在溫度上升時(shí)，會(huì)分解放出大量熱量，使得鋰電池在不當(dāng)使用時(shí)所產(chǎn)生的熱，可能會(huì)引燃有機(jī)溶劑，有較高的危險(xiǎn)性，甚至起火爆炸。此外，鋰離子電池在充放電過程中，由于正極材料結(jié)構(gòu)的崩解或產(chǎn)生相變化，都會(huì)使正極材料結(jié)構(gòu)中的氧脫出，而這些脫出的氧會(huì)與電解液起反應(yīng)作用，使電池內(nèi)部溫度瞬問升高，造成鋰電池的安全問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鋰電池，可在鋰電池溫度升高時(shí)，降低導(dǎo)電度。本發(fā)明提供一種極板結(jié)構(gòu)，可提高鋰電池的使用安全性。本發(fā)明提出一種鋰電池，包括一正極極板、一負(fù)極極板、一第一熱阻絕層與一隔離膜。正極極板具有一第一表面。負(fù)極極板具有一第二表面，且該第二表面面對(duì)該正極極板的該第一表面。第一熱阻絕層位于該第一表面與第二表面其中之一上，其中該第一熱阻絕層由一無機(jī)材料、一熱動(dòng)材料(thermalactivation material)與一粘結(jié)材料所組成。隔離膜位于該正極極板與該負(fù)極極板之間。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，還包括一第二熱阻絕層，其中當(dāng)該第一熱阻絕層位于該第一表面時(shí)，則該第二熱阻絕層位于該第二表面，而當(dāng)該第一熱阻絕層位于該第二表面時(shí)，則該第二熱阻絕層位于該第一表面。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該第二熱阻絕層與該第一熱阻絕層的材質(zhì)相同。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該第二熱阻絕層的厚度介于0. 1 20微米。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該無機(jī)材料包括Al、Mg、Si、Zr、Ti、 Zn、Li、Co或上述材料的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、商化物或其組合。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該熱動(dòng)材料包含一含氮高分子。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該含氮高分子由雙馬來酰亞胺 (bismaleimide)單體與巴比土酸(barbituric acid)反應(yīng)所形成。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該含氮高分子是由胺(amines)、酰胺 (amides)、酰亞胺(imides)、馬來酰亞胺(maleimides)分子與亞胺(imines)所組成的群組其中之一與二酮化合物(diones)反應(yīng)而成。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該二酮化合物包括巴比土酸 (barbituric acid)、巴比土酸衍生物、乙酰丙酮(acetylactone)或乙酰丙酮衍生物。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該無機(jī)材料與該熱動(dòng)材料分別以復(fù)數(shù)個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該熱動(dòng)材料以多個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中，且該熱動(dòng)材料的每一該些顆粒表面具有一高分子薄膜。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該高分子薄膜的材質(zhì)包括聚烯烴或聚乙烯。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該第一熱阻絕層含該熱動(dòng)材料的重量百分比介于0. 1 40wt%。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的鋰電池，其中該第一熱阻絕層的厚度介于0. 1 20微米。本發(fā)明更提出一種電極板結(jié)構(gòu)，包括一極板與一熱阻絕層。極板具有一充放電表面。熱阻絕層位于該充放電表面，其中該熱阻絕層由一無機(jī)材料、一熱動(dòng)材料與一粘結(jié)材料所組成。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該極板包括一正極極板或一負(fù)極極板。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該熱阻絕層的厚度介于0. 1 20微米。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該無機(jī)材料包括Al、Mg、Si、Zr、 Ti、Zn、Li、Co或上述材料的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、商化物或其組合。具體實(shí)例包括二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎂(MgO)、二氧化鈦 (TiO2)、鈦酸鋰(LiTiO2)或沸石(zeolite)。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該熱動(dòng)材料包含一含氮高分子。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該含氮高分子系由雙馬來酰亞胺(bismaleimide)單體與巴比土酸(barbituric acid)反應(yīng)所形成。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該含氮高分子是由胺(amines)、 酰胺(amides)、酰亞胺(imides)、馬來酰亞胺(maleimides)分子與亞胺(imines)所組成的群組其中之一與二酮化合物(diones)反應(yīng)而成。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該二酮化合物包括巴比土酸 (barbituric acid)、巴比土酸衍生物、乙酰丙酮(acetylactone)或乙酰丙酮衍生物。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該無機(jī)材料與該熱動(dòng)材料分別以多個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該熱動(dòng)材料以多個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中，且該熱動(dòng)材料的每一該些顆粒表面具有一高分子薄膜。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該高分子薄膜的材質(zhì)包括聚烯烴或聚乙烯。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述的電極板結(jié)構(gòu)，其中該第一熱阻絕層含該熱動(dòng)材料的重量百分比介于0. 1 40wt%。本發(fā)明中，在鋰電池的兩電極極板其中之一覆蓋一層熱阻絕層或是兩電極極板表面上均覆蓋一層熱阻絕層，而此熱阻絕層中包括在鋰電池溫度升高時(shí)，會(huì)啟動(dòng)熱動(dòng)的熱動(dòng)材料。當(dāng)鋰電池溫度升高時(shí)，熱動(dòng)材料產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)形成高分子，進(jìn)而阻礙鋰離子的擴(kuò)散移動(dòng)，使導(dǎo)電度降低。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。


圖1繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的一種鋰電池的局部剖面示意圖。圖IA繪示依照本發(fā)明圖1的鋰電池的圓圈部分A的剖面局部放大示意圖。圖IB繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的一種鋰電池的剖面局部放大示意圖。圖IC繪示依照本發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池的剖面局部放大示意圖。圖2繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的一種鋰電池中熱阻絕層的剖面示意圖。圖3繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的一種鋰電池中熱阻絕層的剖面示意圖。圖4繪示內(nèi)阻隨溫度變化曲線圖。其中，附圖標(biāo)記100、300:鋰電池102 正極極板102a 第一表面104 負(fù)極極板104a 第二表面106 第一熱阻絕層108:隔離膜110:電解質(zhì)溶液114 孔隙306:第二熱阻絕層400、500 熱阻絕層402 無機(jī)材料404、504 熱動(dòng)材料406、506 粘結(jié)材料508 高分子薄膜
具體實(shí)施例方式圖1繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的一種鋰電池的局部剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1，本實(shí)施例的鋰電池100，包括數(shù)個(gè)正極極板102、數(shù)個(gè)負(fù)極極板104、數(shù)層隔離膜108與一電解質(zhì)溶液110。正極極板102與負(fù)極極板104 —對(duì)一且連續(xù)的相互堆棧，且正極極板102 與負(fù)極極板104之間配置一隔離膜108。每一隔離膜108例如是一多孔結(jié)構(gòu)，其開孔率 (Porosity)約介于40 55%之間，孔隙均勻分布在整片隔離膜中。而正極極板102、隔離膜108與負(fù)極極板104的相互堆棧結(jié)構(gòu)則是浸泡于電解溶液110中。也就是電解溶液110 是充斥于整個(gè)電池體內(nèi)。正極極板102的材質(zhì)包括鋰金屬復(fù)合氧化物(lithium mixed metal oxide)，例如 LiMnO2, LiMn2O4, LiCoO2, Li2Cr2O7^ Li2CrO4, LiNiO2, LiFeO2, LiNixCo1^xO2 (0 < χ < 1)、 LiMPO4 (Μ = transition metal :M )、LiMn0.5Ni0 502、LiNixCoyMnzO2 (x+y+z = 1)、 LiNixCoyAlzO2 (x+y+z = 1), LiMc0.5MnL504 或上述的組合，且 Mc 為二價(jià)金屬。負(fù)極極板104的材質(zhì)包括碳化物及鋰合金。碳化物可為碳粉體、石墨、碳纖維、納米碳管、或上述的混合物。在本發(fā)明一實(shí)施例中，碳化物為碳粉體，粒徑約介于1微米至30 微米之間。另外，于另一實(shí)施例中，負(fù)極極板104的材質(zhì)包括金屬材質(zhì)，例如Al、Zn、Bi、Cd、 Sb、Si、Pb、Sn、Li3FeN2, Li2.6Co0.4N、Li2.6Cua4N或上述的組合。再者，其它實(shí)施例中，負(fù)極極板 104 包含金屬氧化物，例如 SnO、Sn02、GeO、GeO2, In2O, In203、PbO、PbO2,Pb2O3, Pb3O4Ug2O, AgO, Ag2O3, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, SiO、ZnO, Co0、NiO、FeO、TiO2, Li3Ti5O12 或上述的組合。圖IA繪示依照本發(fā)明圖1的鋰電池的圓圈部分A的剖面局部放大示意圖。更明確的說，請(qǐng)參照?qǐng)D1A，本實(shí)施例的鋰電池還包括一第一熱阻絕層106。也就是正極極板102與負(fù)極極板104互相面對(duì)擺放，且正極極板102具有面對(duì)負(fù)極極板104的一第一表面102a (亦即在鋰電池充放電過程中，鋰離子擴(kuò)散進(jìn)入或是離開極板的表面，稱為充放電表面)，而負(fù)極極板具有面對(duì)正極極板102的一第二表面104a(亦即充放電表面)。也就是第二表面 104a面對(duì)正極極板102的第一表面10加。第一熱阻絕層106位于第一表面10 或第二表面10 上。其中，第一熱阻絕層 106的厚度介于0. 1 20微米。于本實(shí)施例中，第一熱阻絕層106位于正極極板102的第一表面10 上。然而，本發(fā)明并不受限于此。請(qǐng)參照?qǐng)D1B，其繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的一種鋰電池的剖面局部放大示意圖，其中第一熱阻絕層106配置于負(fù)極極板104上。也就是第一熱阻絕層可以配置于第一表面10 與第二表面10 其中之一上。另外，圖IC繪示依照本發(fā)明又一實(shí)施例的一種鋰電池的剖面局部放大示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D1C，此實(shí)施例中的鋰電池300還包括一第二熱阻絕層306，其材質(zhì)與第一熱阻絕層 106相同，且第一熱阻絕層106與第二熱阻絕層306分別位于正極極板102的第一表面10 上與負(fù)極極板104的第二表面10 上。其中，第二熱阻絕層306的厚度介于0. 1 20微米。于再一實(shí)施例中(未繪示)，第一熱阻絕層106位于負(fù)極極板104的第一表面10 上， 且第二熱阻絕層306位于正極極板102的第一表面10 上。也就是正極極板102與負(fù)極極板104的充放電表面上，均覆蓋有一層熱阻絕層。圖2繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的一種鋰電池中熱阻絕層的剖面示意圖。請(qǐng)參照?qǐng)D 2，熱阻絕層400例如是由一無機(jī)材料402、一熱動(dòng)材料404與一粘結(jié)材料(binder) 406所組成。其中，無機(jī)材料402包括Al、Mg、Si、Zr、Ti、Zn、Li、Co或上述材料組合的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、商化物或其組合。較佳的是二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、 二氧化鋯(ZrO2)、氧化鎂(MgO)、二氧化鈦(TiO2)、鈦酸鋰(LiTiO2)或沸石(zeolite) 0而粘結(jié)材料406包括聚二氧乙烯(polyvinylidene fluoride，PVdF)、苯乙烯丁二烯橡膠 (styrene-butadienerubber, SBR)、聚酉先胺(polyamide)、三聚氰胺樹月旨(melamine resin) 或上述的組合。另外，熱動(dòng)材料404包括一含氮高分子。值得注意的是，此含氮高分子包括數(shù)量平均分子量1500以上的含氮化合物或數(shù)量平均分子量200至四99的含氮寡聚物。于一實(shí)施例中，熱動(dòng)材料404包含含氮高分子，其例如是由胺(amines)、酰胺(amides)、酰亞胺(imides)、馬來酰亞胺(maleimides)分子與亞胺(imines)所組成的群組其中之一與二酮化合物(diones)反應(yīng)而形成的超分歧高分子(hyper branched polymers)。更明確的說，上述二酮化合物包括巴比土酸(barbituric acid)、巴比土酸衍生物、乙酰丙酮 (acetylactone)或乙酰丙酮衍生物。于又一實(shí)施例中，熱動(dòng)材料404包含含氮高分子，其例如是由雙馬來酰亞胺(bismaleimide)單體與巴比土酸(barbituric acid)反應(yīng)所形成。上述胺(amines)的化學(xué)結(jié)構(gòu)為
權(quán)利要求
1.一種鋰電池，其特征在于，包括一正極極板，其中該正極極板具有一第一表面；一負(fù)極極板，其中該負(fù)極極板具有一第二表面，且該第二表面面對(duì)該正極極板的該第一表面；一第一熱阻絕層，位于該第一表面與第二表面其中之一上，其中該第一熱阻絕層由一無機(jī)材料、一熱動(dòng)材料與一粘結(jié)材料所組成；一隔離膜，位于該正極極板與該負(fù)極極板之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于，還包括一第二熱阻絕層，其中當(dāng)該第一熱阻絕層位于該第一表面時(shí)，該第二熱阻絕層位于該第二表面，當(dāng)該第一熱阻絕層位于該第二表面時(shí)，該第二熱阻絕層位于該第一表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池，其特征在于，該第二熱阻絕層與該第一熱阻絕層的材質(zhì)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池，其特征在于，該第二熱阻絕層的厚度介于0.1 20 微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于，該無機(jī)材料包括Al、Mg、Si、Zr、Ti、Zn、 Li、Co或上述材料的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、商化物或其組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于，該熱動(dòng)材料包含一含氮高分子。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰電池，其特征在于，該含氮高分子由雙馬來酰亞胺單體與巴比土酸反應(yīng)所形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰電池，其特征在于，該含氮高分子是由胺、酰胺、酰亞胺、馬來酰亞胺分子與亞胺所組成的群組其中之一與二酮化合物反應(yīng)而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池，其特征在于，該二酮化合物包括巴比土酸、巴比土酸衍生物、乙酰丙酮或乙酰丙酮衍生物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于，該無機(jī)材料與該熱動(dòng)材料分別以多個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于，該熱動(dòng)材料以多個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中，且該熱動(dòng)材料的每一該些顆粒表面具有一高分子薄膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰電池，其特征在于，該高分子薄膜的材質(zhì)包括聚烯烴或聚乙烯。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于，該第一熱阻絕層含該熱動(dòng)材料的重量百分比介于0. 1 40wt%。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池，其特征在于，該第一熱阻絕層的厚度介于0.1 20 微米。
15.一種電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一極板，其中該極板具有一充放電表面；以及一熱阻絕層，位于該充放電表面，其中該熱阻絕層由一無機(jī)材料、一熱動(dòng)材料與一粘結(jié)材料所組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該極板包括一正極極板或一負(fù)極極板。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該熱阻絕層的厚度介于0.1 20微米。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該無機(jī)材料包括Al、Mg、Si、Zr、 Ti、Zn、Li、Co或上述材料的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、鹵化物或其組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該熱動(dòng)材料包含一含氮高分子。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該含氮高分子由雙馬來酰亞胺單體與巴比土酸反應(yīng)所形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該含氮高分子是由胺、酰胺、酰亞胺、馬來酰亞胺分子與亞胺所組成的群組其中之一與二酮化合物反應(yīng)而成。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該二酮化合物包括巴比土酸、巴比土酸衍生物、乙酰丙酮或乙酰丙酮衍生物。
23.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該無機(jī)材料與該熱動(dòng)材料分別以多個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中。
24.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該熱動(dòng)材料以多個(gè)顆粒形式分散于該粘結(jié)材料中，且該熱動(dòng)材料的每一該些顆粒表面具有一高分子薄膜。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該高分子薄膜的材質(zhì)包括聚烯烴或聚乙烯。
26.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極板結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一熱阻絕層含該熱動(dòng)材料的重量百分比介于0. 1 40wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰電池及極板結(jié)構(gòu)，包括一正極極板、一負(fù)極極板、一第一熱阻絕層與一隔離膜。正極極板具有一第一表面。負(fù)極極板具有一第二表面，且該第二表面面對(duì)該正極極板的該第一表面。第一熱阻絕層位于該第一表面與第二表面其中之一上，其中該第一熱阻絕層由一無機(jī)材料、一熱動(dòng)材料與一粘結(jié)材料所組成。隔離膜位于該正極極板與該負(fù)極極板之間。本發(fā)明中，在鋰電池的兩電極極板其中之一覆蓋一層熱阻絕層或是兩電極極板表面上均覆蓋一層熱阻絕層，而此熱阻絕層中包括在鋰電池溫度升高時(shí)，會(huì)啟動(dòng)熱動(dòng)的熱動(dòng)材料。當(dāng)鋰電池溫度升高時(shí)，熱動(dòng)材料產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)形成高分子，進(jìn)而阻礙鋰離子的擴(kuò)散移動(dòng)，使導(dǎo)電度降低。
文檔編號(hào)H01M10/0525GK102569875SQ20101062400
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者吳平耀, 彭裕民, 朱文彬, 李仁杰, 楊長榮, 潘金平, 王宗雄 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院