[发明专利]包含多层聚合物片形式的用于吸收有害物质的装置的可再充电锂电池

说明书

本申请是优先权日为2007年6月5日、发明名称为“包含多层聚合物片形式的用于吸收有害物质的装置的可再充电锂电池”的中国发明专利申请200880018464.8(国际专利申请号PCT/EP2008/148778)的分案申请。 

技术领域

本发明涉及可再充电锂电池，其含有能够吸收由这些电池在使用期间产生的有害物质的装置。 

背景技术

由于可再充电锂电池具有较大容量和功率及能量密度，因此它们用于若干电子设备中。这些电池的最近发展进一步改善了其性能，也允许将它们用于混和动力车辆和完全电动车辆。 

可再充电锂电池以及它们的工作原理是众所周知的。具体地，锂电池包含由分隔体隔开并浸入电解质中的两个电极(阳极和阴极)。氧化反应发生在阳极上并允许将电子释放入电路中，而还原反应发生在阴极上并允许通过电路将电子重新引入电池中。电解质的作用是使电池的电路完整，从而允许离子从一个电极转移到另一个电极，而分隔体具有防止阴极和阳极之间发生短路的功能。 

因此，锂电池基本由密封容器以及电触头组成，在该容器内设置有浸注或浸含特定电解质溶液且通过分隔体隔开的电极(阳极和阴极)，该电触头的作用是将这些电极的一部分与电池外部相连。 

对于阴极，典型是涂覆有氧化物例如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄的20μm厚的铝片；依照式LiCo_xNi_1-xO₂的Co和Ni的混和氧 化物也可用于此目的。而阳极典型由涂覆有石墨的铜片制成。在本发明的说明书剩余部分中，将不再区分阳极和阴极，而用术语电极来统称这些元件。 

对于电解质溶液，它们典型由有机溶剂和离子盐形成。对于离子盐，六氟磷酸锂(LiPF₆)是最常用的离子盐，而对于溶剂，最常用的是碳酸丙稀酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙酯(EC)和二甲基乙烷(DME)，单独使用或者更通常使用两种或更多种组分的混合物。 

分隔体通常由可渗透锂离子的多孔聚合物材料制成。 

在使用期间可能在锂电池内部产生通常为气态形式的有害物质，这甚至可能以不能恢复的方式损坏电池。有害物质的另一种可能来源可归因于在电池内部使用的一些材料的解吸。关于在锂电池内部产生有害物质的机理的更多细节可参见如下文章：“Gas generation mechanism due to electrolyte decomposition in commercial lithium-ion cell”，Kumai等人于1999年发表在Journal of Power Sources上，第715-719页；和“In situ study on CO2evolution at lithium-ion battery cathodes”，Vetter等人于2006年发表在Journal of Power Sources上，第277-281页。 

二氧化碳(CO₂)、一氧化碳(CO)、饱和烃与不饱和烃、氧气(O₂)和氢氟酸(HF)是最有害的气态物质，而水(H₂O)(是另一种很有害的物质)通常以溶于电解质溶液的液相形式存在。CO₂也可能以液相存在，然而与它在电池内的存在相关的主要风险归因于它的气相。 

在根据现有技术的锂电池中，吸气材料用于制备复合电池，即，它们的功能是抑制杂质进入电化学电池而非吸收其中存在或产生的气体。 

特别地，专利申请US2007/0042264提及在密封电池的区域中存在用于吸收H₂O的阻挡层，然而在该文献中，在锂电池中存在吸气材料被视为有用，但未描述将吸气材料引入电化学器件中的方法。 

在专利申请WO2005/067645和专利申请US2006/0286448中也 记载了可在锂电池中使用由吸气材料制成的阻挡层。