[发明专利]耐热性增强的锂二次电池

说明书

本申请是题为“耐热性增强的锂二次电池”的第200780005767.1号发明专利申请的分案申请。母案对应国际申请为PCT/KR2007/000849，申请日为2007年2月16日，优先权日为2006年2月16日。

技术领域

本发明涉及一种含有吸热性多孔涂层的电极，所述涂层自发地吸收或消耗电化学装置内产生的热能；一种使用吸热性无机粒子作为形成或涂覆成分的隔膜；和一种使用所述电极和/或所述隔膜且具有极佳热稳定性的电化学装置。

背景技术

近来，人们对储能技术越来越感兴趣。电池作为能源已经被广泛地应用于手提电话、摄像机、笔记本电脑、个人电脑及电动汽车当中，导致了对其的深入研发。在这方面，电化学装置受到高度关注。特别是可再充电的二次电池的开发已经成为关注的焦点。近来，为了改善电池的容量密度和比能量，具有新颖设计的电极及电池的研发已经提上日程。

近来所使用的二次电池中，20世纪90年代初期发展起来的锂二次电池在驱动电压和能量密度上皆高于使用水性电解质的常规电池(如Ni-MH电池、Ni-Cd电池和H₂SO₄-Pb电池)，因而在二次电池领域备受关注。然而，锂二次电池存在因使用有机电解质引起燃烧和爆炸而造成的与安全性有关的问题，而且制造工艺复杂。

电池安全的评估与保障是需要考虑的非常重要的问题。特别是应当保护使用者避免因电池发生故障而受伤。因此，电池的安全性在起火和燃烧方面受到安全标准的严格限制。已经进行了很多尝试来解决与电池安全有关的问题。

更主要的是，目前已有的锂离子电池和锂离子聚合电池使用基于聚烯烃的隔膜以防止阴极和阳极之间的短路。然而，由于这种基于聚烯烃的隔膜使用熔点在200℃或以下的聚合物组分，并且为了控制其孔径和孔隙度以便用作隔膜而经过拉伸步骤处理，故其具有暴露于高温后会表现出热收缩性高的缺点。换句话说，当电池温度由于内部和/或外部因素而升高时，这种隔膜可能会收缩或熔化。因此，由于隔膜收缩或融化导致阴极和阳极直接接触而引起短路的几率很大，从而导致由于快速放电而造成诸如电池燃烧或爆炸的事故。因此，有必要开发一种在高温下不会发生热收缩的隔膜。

为解决上述有关基于聚烯烃的隔膜的问题，人们做了许多尝试来开发一种可以代替常规隔膜的无机材料电解质。

美国专利No.6,432,586公开了一种涂覆有诸如碳酸钙、氧化硅等的无机层的基于聚烯烃的隔膜。然而，由于此复合膜仍然使用基于聚烯烃的隔膜，故在电池的安全方面并未得到显著改善，尤其是在防止高温热收缩方面。

另外，Creavis公司(德国)已经开发了一种含有涂覆有二氧化硅(SiO₂)或氧化铝(Al₂O₃)的非织造聚酯支持物的有机/无机复合隔膜。然而，对于上述隔膜来说，非织聚酯支持物本身并不具备优良的力学及物理性能，而且聚酯的化学结构容易发生电化学反应。因此，上述隔膜在实际使用中存在许多问题。

因此，迫切需要开发一种可以改善电化学装置质量与安全性的隔膜，或同样充当这样的隔膜的复合电解质。

附图说明

通过以下具体说明与附图相结合，本发明的前述及其它目的、特征和优点将会显而易见，其中：

图1为本发明使用的吸热粒子(Al(OH)₃)的吸热反应图；

图2为本发明使用的含吸热性有机/无机复合多孔涂层的电极剖面照片，系由SEM(扫描电子显微镜)所摄得，该电极包括一个集电器(Al箔)，一个在此集电器上形成的电极活性材料层以及一个在此电极活性材料层上形成的吸热性有机/无机复合多孔涂层，顺次堆叠；

图3为由SEM所摄得的图像，示出在初步形成的电极上所形成的吸热性有机/无机复合多孔涂层的表面；

图4为本发明的有机/无机复合多孔隔膜的剖面示意图；

图5为由SEM所摄得的图像，示出含有作为涂层形成组分的吸热性无机粒子的多孔隔膜表面；

图6示出在电池中造成人为内部短路(钉穿透)后，使用根据对比例1的基于聚烯烃的隔膜所得到的锂二次电池的电压和温度变化；

图7示出在电池中造成人为内部短路(钉穿透)后，使用根据对比例2的含有非吸热性无机粒子的复合隔膜所得到的锂二次电池的电压和温度变化；

图8示出在电池中造成人为内部短路(钉穿透)后，使用根据实施例1的含吸热性无机粒子的有机/无机复合多孔隔膜所得到的锂二次电池的电压和温度变化；