[发明专利]通过引入可交联聚合物来改进安全性的电极以及含有该电极的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可改进电池安全性且不会不利地影响电池质量的电极、制造该电极的方法和包括该电极的电化学装置。

背景技术

近来，人们对于能源储存技术的兴趣逐渐升高。电池被广泛地用作可携式电话、摄录像机、笔记型计算机、个人计算机和电车中的能源，导致对于它们的发展和研究日益增加。在这方面，电化学装置为主要的研究课题。特别是对于可充电式二次电池的发展为注目的焦点。近来，对于新颖的电极和具有改进的电容量密度水平和特定能量的电池已被持续地研究和实施。

在目前使用的二次电池中，发展于90年代早期的锂二次电池相较于使用水性电解质(例如镍氢(Ni-MH)化物电池、镍镉(Ni-Cd)电池、铅酸(H₂SO₄-Pb)电池)的常规电池，具有更高的驱动电压和能量密度，因此在二次电池中受到大家的瞩目。然而，锂二次电池具有与安全性相关的问题，这是因为使用有机电解质会导致燃烧和爆炸。此外，锂二次电池的缺点在于，它们是由相对复杂的制造工艺获得的。

电池安全性的评估和保证是非常重要的。首先应考虑，使用者必须被保护，防止因电池故障所造成的危险。为满足这点，电池的安全性通过安全标准在点火和燃烧方面被严格地限制。因此，进行了许多解决电池安全性相关问题的尝试。

为了防止电池的热放射，已建议采用许多方法，其包括：使用保护性电路、使用分离器的热闭塞(heat occlusion)等。然而，使用保护电路限制了电池组的尺寸缩小和成本的降低。当热放射产生得太快时，通过分离器的热闭塞机制常常会没有效率。近来，已建议使用有机电解质添加剂来解决上述问题。然而，基于电解质添加剂的安全机制的缺点在于，因为热放射(J)可能会随着充电电流或电池内阻而变化，且时序(timing)不一致。因此这种安全机制常常会伴随有电池整体质量的劣化。

已尝试使用聚合物电解质作为解决上述问题的基础。一般而言，电池安全性是依照以下顺序增加：液体电解质＜凝胶型聚合物电解质＜固态聚合物电解质。换言之，电池质量的降低也依照相同的顺序。因如这些差的电池质量，已知使用固态聚合物电解质的电池并未商品化。然而近来Sony Corp.(日本，参见美国专利6,509,123号)和SanyoCorp.(日本，参见日本专利申请公开号2000-299129)已开发了通过独特工艺得到的凝胶型聚合物电解质，且已生产使用该电解质的电池。简单说来，各种凝胶型聚合物电解质具有以下的特性。

在Sony的电池中，利用聚乙烯(polyvinylidene)-六氟丙烯共聚物作为聚合物，而LiPF₆溶解于EC(碳酸亚乙酯)和PC(碳酸亚丙酯)的混合溶剂中作为电解质。聚合物和电解质混合在DMC(碳酸二甲酯)中作为溶剂，所得的混合物涂覆于电极表面上，使DMC蒸发，从而提供了具有引入其中的凝胶型聚合物的电极。然后，为了提供电池，用基于聚烯烃的隔膜一起缠绕电极，该隔膜是为了防止电池的短路。

同时，对于Sanyo的电池，单元电池(cell)通过缠绕阴极、阳极和基于聚烯烃的隔膜而初步形成。接着，将PVdF(聚偏氟乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、PEGDMA(聚乙二醇二甲基丙烯酸酯)和引发剂与合适的有机碳酸酯混合物混合，将所得混合物注入到初步形成的单元电池中，随后在合适的条件下交联，从而提供凝胶型聚合物电解质。在这种情况下，在电池组装后，在电池中原位形成凝胶型聚合物电解质。

然而，已知两种凝胶型聚合物电解质的制备均为非常复杂的工艺，而在量产的过程中均在某些方面会遇到问题。此外，在多数状况下，凝胶型聚合物电解质在一定程度上改进了电池的安全性。然而，使用凝胶型聚合物电解质会伴随有电池质量的劣化。

附图简述

根据下面的详细描述并结合附图，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更显而易见，其中：

图1是示意图，显示了依据本发明制造包括引入其中的交联聚合物的电极的工艺；

图2是示意图，显示了依据现有技术的制备凝胶型聚合物电解质的常规工艺；

图3是由实施例1和比较例1所获得的阴极利用扫描电子显微镜(SEM)得到的影像图；

图4是显示介于阴极和电解质之间的反应的热值关系图，其中电池分别是由实施例1和比较例1和2所获得的；以及

图5显示了分别依据实施例1和比较例1和2的电池的充放电电容量。

发明内容