專利名稱：一種保護鋰離子動力電池過充電和過放電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種防止電池過充電和過放電的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池可認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色二次電池。它具有電壓高、 比能量大、充放壽命長、放電性能穩(wěn)定、無污染等特點。但目前最大 的挑戰(zhàn)是電池在使用過程中的安全問題，安全性問題對鋰離子動力電 池至關(guān)重要，尤其在高溫、短路、過充、振動、擠壓和撞擊等，容易出 現(xiàn)冒煙、著火甚至爆炸等情況。其安全隱患可歸納為外部短路、內(nèi)部 短路、及過充三種。鋰離子電池在過充條件下的安全性是一大問題。 鋰離子電池過充時，電池電壓隨極化增大而迅速上升，會引起正極活 性物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不可逆變化及電解液的分解，產(chǎn)生大量氣體，放出大量 的熱，使電池溫度和內(nèi)壓急劇增加，存在爆炸、燃燒等隱患。為防止 過充，通常是
1) 采用專用的充電電路，或者安裝安全閥，以提供更大程度的 過充保護；
2) 采用正溫系數(shù)電阻器。當(dāng)過充而升溫時，增大電池的內(nèi)阻， 限制過充電流；
3) 采用專用的隔膜，電池發(fā)生異常使隔膜溫度過高時，隔膜孔
3隙收縮閉塞，阻止鋰離子的遷移，防止過充。
上述方法都有一定的效果，但增加了電池的成本與復(fù)雜性。
4) 通過電池電壓的監(jiān)測來確定電池的過充電狀態(tài)的方法，但該
方法的監(jiān)測結(jié)果往往不準(zhǔn)確，且不能徹底解決過充造成的安全問題。
5) 在電解液中加入還原電位比負(fù)極高的保護物種，在充電過程 中，當(dāng)電位達到電池的過充電電位時，保護物種會在正極被氧化或在 負(fù)極被還原，從而保護電池的過充電。
迄今為止，還沒有使用還原電位比正極低的保護物種，大多數(shù)研 究集中于還原電位比負(fù)極高的保護物種，采用還原電位比負(fù)極高的保 護物種只能解決鋰離子動力電池過放的問題，不能解決鋰離子動力電 池過充的問題；本發(fā)明解決鋰離子動力電池在過充的狀況下的安全問 題，從而解決了鋰離子電池在使用過程中的安全問題，提高了電池的 安全性及循環(huán)壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種保護鋰離子動力電池過充電和過 放電的方法。
為實5見上述目的，目前采用的添加劑保護方法，主要有氧化還 原法保護，通過添加劑實現(xiàn)電池過充的內(nèi)部保護，對簡化電池制造工 藝、降低生產(chǎn)成本有重要意義。在電解液中加入一種還原電位比正極 低的保護物種4-吡P定醛N-氧化物，保護電池的過充電。改善電池的 安全性。
本發(fā)明是在電解液中加入還原電位比正極低的保護物種4-吡啶醛N-氧化物(S);該電解液溶劑為乙烯碳酸脂(EC) +二乙基碳酸脂 (DEC) +二甲基碳酸脂(DMC)，體積比為h 1: 1，溶質(zhì)為六
氟磷酸鋰，濃度為1 1.2mol/L，保護物種的加入量相對于溶液的質(zhì)量 比為0.5~1%，電解液水分含量低于10ppm。
本發(fā)明在電解液中加入一種還原電位比正極低的保護物種，形成 氧化還原對，在正常充電時，該氧化還原對不參加反應(yīng)，當(dāng)充電電壓超 過電池的正常充電終止電壓時，添加劑開始在負(fù)極上還原，還原產(chǎn)物 擴散到正極被氧化，氧化產(chǎn)物再擴散到負(fù)極被還原，整個過程循環(huán)進 行，直到電池的過充電結(jié)束。通過添加劑實現(xiàn)電池過充的內(nèi)部保護， 對簡化電池制造工藝、降低生產(chǎn)成本有重要意義。目前采用的添加劑 保護方法，主要有氧化還原保護。解決了鋰離子電池在使用過程中的 安全問題，提高了電池的安全性及循環(huán)壽命。此工作主要集中于合成 穩(wěn)定性好、循環(huán)壽命長、對電解液無影響的氧化-還原對分子。


圖1為鋰離子動力電池氧化還原電位過充電時對正極保護示
意圖
圖1中(a)為加入的4-吡啶醛N-氧化物對正極過充電的保護 圖1中(b)為鋰離子動力電池充放電狀態(tài)下氧化還原對正極的保 護示意
從圖中可見(b)可以看出，當(dāng)充電電壓超過電池的正常充電終 止電壓時,添加劑開始在負(fù)極上還原，還原產(chǎn)物擴散到正極被氧化，氧 化產(chǎn)物再擴散到負(fù)極被還原，從而阻止繼續(xù)對蓄電池進行充電，從而保護電池不至于由于過充電而造成安全事故，提高鋰離子動力電池的
安全性。
具體實施例方式
本發(fā)明選用的電解液溶劑為乙烯碳酸脂(EC) +二乙基碳酸脂
(DEC) +二甲基碳酸脂(DMC)，體積比為1: 1: 1，溶質(zhì)為六
氟磷酸鋰，濃度為1 1.2mol/L，電解液水分含量低于10ppm，均屬公 知技術(shù)，加入的保護物種4-吡啶醛N-氧化物，為廣州偉伯化工有限 公司生產(chǎn)，產(chǎn)品編號35024的市售產(chǎn)品，因此，不做更多描述。 實施例1
在電解液為六氟磷酸鋰的乙烯碳酸脂(EC) +二乙基碳酸脂 (DEC) +二甲基碳酸脂(DMC)溶液，溶質(zhì)六氟磷酸鋰，加入4-吡啶醛N-氧化物，加入量相對于溶液的質(zhì)量比為0.5%，電解液水 分含量6ppm，形成保護鋰離子動力電池過充電和過放電的電解 液；用1C(160A)電流對電解液中加入4-吡啶醛N-氧化物的160AHA 電池進行充電，單體電池電壓到達3.6V時，充電電流開始減少，單 體電池電壓升到3.8V時，測量充電電流，降至20A左右。
實施例2
在電解液為六氟磷酸鋰的乙烯碳酸脂(EC) +二乙基碳酸脂 (DEC) +二甲基碳酸脂(DMC)溶液，溶質(zhì)六氟磷酸鋰，加入4-吡啶醛N-氧化物，加入量相對于溶液的質(zhì)量比為0.75%，電解液水 分含量7ppm，形成保護鋰離子動力電池過充電和過放電的電解 液。用1C(160A)電流對電解液中加入4-吡啶醛N-氧化物的160AHA電池進行充電，單體電池電壓到達3.6V時，充電電流開始減少，單 體電池電壓升到3.8V時，測量充電電流，幾乎降至18A左右。 實施例3
在電解液為六氟磷酸鋰的乙烯碳酸脂(EC) +二乙基碳酸脂 (DEC) +二甲基碳酸脂(DMC)溶液，溶質(zhì)六氟磷酸鋰，加入4-吡啶醛N-氧化物，加入量相對于溶液的質(zhì)量比為1%，電解液水分 含量10ppm，形成保護鋰離子動力電池過充電和過放電的電解液。 用1C (160A)電流對電解液中加入4-吡啶醛N-氧化物的160AHA 電池進行充電，單體電池電壓到達3.6V時，充電電流開始減少，單 體電池電壓升到3.8V時，測量充電電流，幾乎降至15A左右。
權(quán)利要求
1、一種保護電池過放電和過充電的方法，在電解液中加入還原電位比正極低的保護物種，保護物種的加入量相對于溶液的質(zhì)量比為0.5～1％。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，還原電位比正極低的保 護物種為4-吡啶醛N-氧化物(S)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種防止電池過充電和過放電的方法。安全性問題對鋰離子動力電池至關(guān)重要，尤其在高溫、短路、過充、振動、擠壓和撞擊等，容易出現(xiàn)冒煙、著火甚至爆炸等情況。本發(fā)明在電解液中加入一種還原電位比正極低的保護物種4-吡啶醛N-氧化物(S)，保護物種的加入量相對于溶液的質(zhì)量比為0.5～1％，在電解液中形成氧化還原對，在正常充電時，該氧化還原對不參加反應(yīng)，當(dāng)充電電壓超過電池的正常充電終止電壓時，添加劑開始在負(fù)極上還原，還原產(chǎn)物擴散到正極被氧化，氧化產(chǎn)物再擴散到負(fù)極被還原，整個過程循環(huán)進行，直到電池的過充電結(jié)束。通過添加劑實現(xiàn)電池過充的內(nèi)部保護，提高了電池的安全性，對簡化電池制造工藝、降低生產(chǎn)成本有重要意義。
文檔編號H01M10/04GK101635367SQ200910067450
公開日2010年1月27日 申請日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者康書文, 李再志 申請人:長春鋰源新能源科技有限公司