本發(fā)明涉及一種鋰二次電池。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，正在積極地研發(fā)和生產(chǎn)移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦、攝錄機(jī)等緊湊(Compact)且輕量化的電氣/電子設(shè)備，而這種電氣/電子設(shè)備內(nèi)置有電池組，以便在沒(méi)有其他電源的場(chǎng)所也能夠運(yùn)行。

并且，正在研發(fā)和生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車(chē)(Hybrid Vehicles，HV)、電動(dòng)汽車(chē)(Electric Vehicles，EV)等利用馬達(dá)的汽車(chē)，而這種汽車(chē)中也內(nèi)置有能夠驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電池組。為了驅(qū)動(dòng)一段時(shí)間的電氣/電子設(shè)備或汽車(chē)，如上所述的電池組具備至少一個(gè)電池，以便輸出預(yù)定電平的電壓。

從經(jīng)濟(jì)方面考慮，近年來(lái)電池組使用能夠充電/放電的二次電池。在二次電池中，鋰二次電池是現(xiàn)有二次電池中單位電池電壓(3.0至3.7V)最高、能量密度高、無(wú)記憶效應(yīng)、在不使用時(shí)發(fā)生自然放電的程度小且非常輕的電池，因此廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、照相機(jī)、移動(dòng)電話(huà)等便攜式電子設(shè)備中。除此之外，基于能量密度高的特性，在國(guó)防工業(yè)或自動(dòng)化系統(tǒng)以及汽車(chē)、航空工業(yè)領(lǐng)域中也呈現(xiàn)出了使用頻率逐漸增加的趨勢(shì)。

另外，隨著電池使用的增加，對(duì)其安全性的要求也不斷提高，例如，有可能出現(xiàn)受外部沖擊而變形或者尖銳物貫穿電池組等問(wèn)題。尤其，如電動(dòng)汽車(chē)在發(fā)生事故等狀況時(shí)，電池組被貫穿的可能性變高。

在這種電池組被貫穿的情況下，當(dāng)充電狀態(tài)的陰極和陽(yáng)極物理性接觸且高電流瞬間流過(guò)貫穿的周邊時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電池組異常發(fā)熱以及熱失控的現(xiàn)象。即，有機(jī)電解液用作電池燃燒反應(yīng)的燃料，當(dāng)自發(fā)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，且燃燒熱在電池單元內(nèi)部積累時(shí)，溫度不斷上升，從而誘導(dǎo)連續(xù)的熱解反應(yīng)。因此，可導(dǎo)致安裝有電池組的設(shè)備或裝置的起火或爆炸。

尤其，對(duì)于如電動(dòng)汽車(chē)等的運(yùn)輸裝置，貫穿安全性是與利用運(yùn)輸裝置的人命直接相關(guān)的問(wèn)題，因此，無(wú)法確保貫穿安全性時(shí)，只能對(duì)鋰二次電池應(yīng)用在運(yùn)輸裝置中的情況進(jìn)行限制，在如汽車(chē)等需要供給大容量電源的領(lǐng)域中，電池的安全性成為越來(lái)越重要的因素。

在此方面，韓國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利第2013-0042920號(hào)中公開(kāi)了具備一個(gè)以上的包含起泡劑的袋的二次電池，但其并沒(méi)有提出針對(duì)上述問(wèn)題的對(duì)策。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專(zhuān)利文獻(xiàn)】

(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)韓國(guó)公開(kāi)專(zhuān)利第2013-0042920號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠迅速分散因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，從而降低溫度的上升，提高安全性的鋰二次電池。(二)技術(shù)方案

本發(fā)明的實(shí)施例的鋰二次電池包括：外裝材料；膠狀卷層疊體，容納于所述外裝材料內(nèi)部，層疊有膠狀卷，所述膠狀卷包括多個(gè)電極板和配置在所述多個(gè)電極板之間的隔膜；以及導(dǎo)熱板，設(shè)置在至少一個(gè)膠狀卷之間。

在部分實(shí)施例中，所述膠狀卷的與所述導(dǎo)熱板接觸的部分可配置有隔膜。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板兩側(cè)的膠狀卷的導(dǎo)熱板側(cè)的最外側(cè)電極可以相同。

在部分實(shí)施例中，導(dǎo)熱板可具有導(dǎo)電性。

在部分實(shí)施例中，導(dǎo)熱板可包括金屬。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板的厚度可為1至20μm。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板可包括多個(gè)貫穿孔。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板可以是多個(gè)單位板的層疊體。

(三)有益效果

本發(fā)明的鋰二次電池能夠迅速分散因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，從而降低溫度的上升，提高安全性。

并且，本發(fā)明的鋰二次電池中，在導(dǎo)熱板還具有導(dǎo)電性的情況下，提供因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)的短路電流路徑，從而能夠進(jìn)一步有效抑制電池內(nèi)部溫度的上升。

并且，本發(fā)明的鋰二次電池中，在導(dǎo)熱板兩側(cè)的膠狀卷的導(dǎo)熱板側(cè)的最外側(cè)電極相同的情況下，可通過(guò)減少短路電流的量來(lái)進(jìn)一步抑制溫度的上升。

附圖說(shuō)明

圖1是示意表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰二次電池的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

10：鋰二次電池 100：外裝材料

200：膠狀卷 201：陽(yáng)極板

202：陰極板 203：隔膜

300：導(dǎo)熱板

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種安全性提高的鋰二次電池，更詳細(xì)地，涉及一種鋰二次電池，其包括：外裝材料；膠狀卷層疊體，容納于所述外裝材料內(nèi)部，層疊有膠狀卷，所述膠狀卷包括多個(gè)電極板和配置在所述多個(gè)電極板之間的隔膜；以及導(dǎo)熱板，設(shè)置在至少一個(gè)膠狀卷之間，從而迅速分散內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，以降低溫度的上升，提高安全性。

下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更具體地說(shuō)明。但是，本說(shuō)明書(shū)中附加的下列附圖是用于例示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其作用是結(jié)合前述的發(fā)明內(nèi)容，幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明技術(shù)思想，因此，本發(fā)明不能僅限于所述附圖中記載的內(nèi)容來(lái)解釋。

圖1是示意表示本發(fā)明的鋰二次電池10的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。圖1中示意表示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外裝材料100內(nèi)包括至少一個(gè)設(shè)置在膠狀卷200之間的導(dǎo)熱板300的鋰二次電池。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰二次電池10包括設(shè)置在膠狀卷200之間的導(dǎo)熱板300，從而能夠通過(guò)導(dǎo)熱板300迅速分散因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，因此能夠降低溫度的上升，并提高安全性。

對(duì)于本發(fā)明的導(dǎo)熱板300并沒(méi)有特別的限定，只要是由具有導(dǎo)熱性的材料制成即可，優(yōu)選地，可使用包含導(dǎo)熱性?xún)?yōu)異的材料制作。這種材料可例舉金屬、導(dǎo)熱陶瓷、導(dǎo)熱碳基材料、導(dǎo)熱聚合物等，但并不限定于此。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，導(dǎo)熱板300還可具有導(dǎo)電性。當(dāng)導(dǎo)熱板300具有導(dǎo)電性時(shí)，除了用作導(dǎo)熱介質(zhì)以外，還可提供因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)的短路電流路徑，從而能夠進(jìn)一步有效抑制電池內(nèi)的溫度上升。從這一方面考慮，導(dǎo)熱板300材料優(yōu)選為金屬，作為優(yōu)選例，可以是銅、鋁等。

對(duì)于導(dǎo)熱板300的厚度并沒(méi)有特別的限定，優(yōu)選地，可以是1至20μm。當(dāng)厚度在上述范圍內(nèi)時(shí)，可在不引起能量密度大幅下降的前提下確保導(dǎo)熱性，從而能夠迅速分散內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱。

對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)熱板300可包括多個(gè)貫穿孔。當(dāng)電解液注入鋰二次電池內(nèi)時(shí)，貫穿孔起到承載電解液的作用。即，除了膠狀卷200內(nèi)含浸電解液之外，導(dǎo)熱板300的貫穿孔也能夠承載電解液。

具體地，注入電解液時(shí)，使電解液還能夠注入到導(dǎo)熱板300所占有的區(qū)域，從而在完成電解液的注入時(shí)，可呈現(xiàn)導(dǎo)熱板300的貫穿孔中承載有電解液的狀態(tài)。

這種基于導(dǎo)熱板300的電解液的承載，最終會(huì)增加鋰二次電池內(nèi)的電解液注入量，從而能夠進(jìn)一步提高鋰二次電池的長(zhǎng)期可靠性。

導(dǎo)熱板300上形成的貫穿孔可形成為圓形或多邊形。

本發(fā)明的導(dǎo)熱板300可使用單層，還可根據(jù)需要使用多個(gè)單位板的層疊體。導(dǎo)熱板為層疊體時(shí)，例如可以層疊1至5張。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膠狀卷200可以是單位陽(yáng)極板201和單位陰極板202夾著隔膜203交替配置的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，外裝材料10內(nèi)容納有多個(gè)膠狀卷200，膠狀卷200之間設(shè)置有導(dǎo)熱板300，其中，為了防止電極板201、202與導(dǎo)熱板300直接接觸，可在膠狀卷200中的與導(dǎo)熱板300接觸的部分配置隔膜203。更詳細(xì)地，所述膠狀卷200可具有最外側(cè)電極與導(dǎo)熱板300之間設(shè)置有隔膜203的形態(tài)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板300兩側(cè)的膠狀卷200的導(dǎo)熱板側(cè)的最外側(cè)電極可以相同。所述最外側(cè)電極可以是陽(yáng)極板201和陰極板202，但是優(yōu)選為陰極板202。

本發(fā)明的陽(yáng)極板201和陰極板202是通過(guò)向集電體的至少一面分別涂覆陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層而形成。對(duì)于陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層的各活性物質(zhì)沒(méi)有特別的限定，只要是本領(lǐng)域中通常使用的物質(zhì)即可。

對(duì)于陰極活性物質(zhì)并沒(méi)有特別的限定，可使用通常用作陰極活性物質(zhì)的物質(zhì)。例如，可使用炭材料、鋰金屬、鋰與其他元素的合金、硅或錫等，所述碳材料為如結(jié)晶碳、非晶碳、碳復(fù)合物、碳纖維等。非晶碳有硬碳、焦炭、在1500℃以下的溫度下焙燒的中間相炭微球(mesocarbon microbead，MCMB)、中間相瀝青基碳纖維(mesophase pitch-based carbon fiber，MPCF)等。結(jié)晶碳有石墨系材料，具體有天然石墨、石墨化焦炭、石墨化MCMB、石墨化MPCF等。作為與鋰構(gòu)成合金的其他元素，可使用鋁、鋅、鉍、鎘、銻、硅、鉛、錫、鎵或銦。

對(duì)于所述陽(yáng)極活性物質(zhì)并沒(méi)有特別的限定，可使用通常用作陽(yáng)極活性物質(zhì)的物質(zhì)。作為一個(gè)具體例子，優(yōu)選為，選自鈷、錳、鎳中的至少一種和鋰的復(fù)合氧化物中的一種以上，作為其代表性例子，可以?xún)?yōu)選使用下面記載的含鋰化合物。

Li_xMn_1-yM_yA₂ (1)

Li_xMn_1-yM_yO_2-zX_z (2)

Li_xMn₂O_4-zX_z (3)

Li_xMn_2-yM_yM'_zA₄ (4)

Li_xCo_1-yM_yA₂ (5)

Li_xCo_1-yM_yO_2-zX_z (6)

Li_xNi_1-yM_yA₂ (7)

Li_xNi_1-yM_yO_2-zX_z (8)

Li_xNi_1-yCo_yO_2-zX_z (9)

Li_xNi_1-y-zCo_yM_zA_α (10)

Li_xNi_1-y-zCo_yM_zO_2-αX_α (11)

Li_xNi_1-y-zMn_yM_zA_α (12)

Li_xNi_1-y-zMn_yM_zO_2-αX_α (13)

化學(xué)式中，0.9≤x≤1.1、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0≤α≤2，M與M'相同或不同，且是選自由Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、Sn、V、Ge、Ga、B、As、Zr、Mn、Cr、Fe、Sr、V以及稀土類(lèi)元素組成的組，A是選自由O、F、S以及P組成的組，X是選自由F、S、以及P組成的組。

陽(yáng)極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層中除了含有活性物質(zhì)以外，根據(jù)需要還可包括本領(lǐng)域公知的粘合劑、導(dǎo)電劑、分散劑等。將所述成分與溶劑一起混合攪拌而制備漿料后，將所述漿料涂覆(鍍覆)在集電體上并壓縮后進(jìn)行干燥，由此能夠形成電極活性物質(zhì)層。

本發(fā)明的集電體作為導(dǎo)電性強(qiáng)且容易粘附所述陽(yáng)極或陰極活性物質(zhì)的合劑的金屬，其可以使用在電池電壓范圍內(nèi)無(wú)反應(yīng)性的任意一種金屬。

作為陰極集電體，可使用銅或銅合金，但并不限定于此，還可使用不銹鋼、鎳、銅、鈦或其合金以及使用碳、鎳、鈦、銀對(duì)銅或不銹鋼的表面進(jìn)行表面處理的金屬等。

作為陽(yáng)極集電體，可使用鋁或鋁合金，但并不限定于此，還可使用不銹鋼、鎳、鋁、鈦或其合金以及使用碳、鎳、鈦、銀對(duì)鋁或不銹鋼的表面進(jìn)行表面處理的金屬等。

并且，對(duì)集電體的形態(tài)并沒(méi)有特別的限定，可使用通常使用的形態(tài)。例如，可使用平面狀的集電體、中空型的集電體、線(xiàn)型集電體、卷繞的線(xiàn)型集電體、卷繞的片型集電體、網(wǎng)狀集電體等。

為了隔離陽(yáng)極板201和陰極板202，本發(fā)明的隔膜203設(shè)置在陽(yáng)極板201與陰極板202之間。對(duì)于所述隔膜203的材料并沒(méi)有特別的限定，只要是絕緣物質(zhì)即可，優(yōu)選地，由多孔性薄膜構(gòu)成，以便離子在陽(yáng)極板201與陰極板202之間移動(dòng)。

作為具體例子，所述隔膜203可使用具有高離子透過(guò)率和機(jī)械強(qiáng)度的絕緣性薄膜。具體地，可使用耐化學(xué)性和疏水性的聚丙烯等烯烴類(lèi)聚合物、由玻璃纖維或聚乙烯等制成的片材或無(wú)紡布等。

隔膜203的至少一面還可包括無(wú)機(jī)物涂層。因具有無(wú)機(jī)粒子涂層，從而能夠提高隔膜和電池的安全性。

無(wú)機(jī)粒子涂層可由無(wú)機(jī)物和粘合劑形成，無(wú)機(jī)粒子的種類(lèi)并沒(méi)有限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)作為無(wú)機(jī)粒子的上述目的均可使用，例如，可包括選自氧化鋁(Alumina)、氫氧化鋁(AluminumHydroxide)、二氧化硅(Silica)、氧化鋇(Barium Oxide)、氧化鈦(Titanium Oxide)、氧化鎂(Magnesium Oxide)、氫氧化鎂(Magnesium Hydroxide)、粘土(Clay)、玻璃粉末(Glass powder)、勃姆石(Boehmite)或其混合物中的一種以上，更具體地，無(wú)機(jī)粒子使用氧化鋁時(shí)，剛性?xún)?yōu)異，且能夠有效地阻止由枝晶和雜質(zhì)引起的短路現(xiàn)象。

電解質(zhì)使用聚合物等固體電解質(zhì)時(shí)，固體電解質(zhì)還可兼作隔膜。優(yōu)選地，可以是聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或由這些薄膜的組合制備的多層薄膜，或者聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚氧化乙烯(polyethylene oxide)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)或聚偏二氟乙烯六氟丙烯(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene)共聚物等高分子薄膜，但并不限定于此。

本發(fā)明的膠狀卷200層疊體和導(dǎo)熱板300可與非水電解液一起容納在電池外裝材料100中，以制備成鋰二次電池。對(duì)于非水電解液并沒(méi)有特別限定，可使用本領(lǐng)域公知的非水電解液。

對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外裝材料100并沒(méi)有特別限定，可使用本領(lǐng)域公知的材料，例如，可以是罐和袋等。

例如，當(dāng)所述外裝材料為袋時(shí)，袋可由如具有柔韌性的多個(gè)層形成，例如可包括熱粘合層、金屬層、高分子樹(shù)脂層。

下面，為了有助于對(duì)本發(fā)明的理解而提出了優(yōu)選實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅僅是用于例示本發(fā)明，其并不限定本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知，在本發(fā)明的范疇和技術(shù)思想范圍內(nèi)，可對(duì)實(shí)施例進(jìn)行多種變更和修改，而這些變更和修改同樣屬于權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍。

制備例

<陽(yáng)極板>

陽(yáng)極活性物質(zhì)使用了LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，導(dǎo)電材料使用了碳黑，粘合劑使用了聚偏二氟乙烯(PVDF)，并各物質(zhì)以92：5：3的質(zhì)量比的組合制備了陽(yáng)極漿料，然后將其涂覆在鋁材上并進(jìn)行干燥、沖壓，由此制備了陽(yáng)極板。

<陰極板>

將作為陰極活性物質(zhì)的92wt％的天然石墨、3wt％的苯乙烯-丁二烯橡膠和羧甲基纖維素(SBR+CMC)類(lèi)粘合劑、5wt％的石墨基非晶態(tài)導(dǎo)電材料進(jìn)行混合，制備陰極漿料。然后將其涂覆在銅基材上并進(jìn)行干燥、沖壓，由此制備了陰極板。

實(shí)施例

將上述制備例中制備的單位陰極板和單位陽(yáng)極板夾著聚乙烯隔膜而層疊，并使最外側(cè)電極配置為陰極板，由此制備了膠狀卷。然后，將所制備的膠狀卷層疊3次，在各膠狀卷之間層疊設(shè)置4張具有12μm厚度的導(dǎo)熱板，且使隔膜設(shè)置在膠狀卷的與導(dǎo)熱板接觸的部分。

將包含導(dǎo)熱板的膠狀卷層疊體容納在袋內(nèi)部，并注入電解液后進(jìn)行密封，由此制備了鋰二次電池。

此時(shí)，電解液使用了通過(guò)以下過(guò)程制備的溶液，即，使用碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯(EC/EMC/DEC，25/45/30；體積比)混合溶劑制備1M LiPF6溶液，然后添加1wt％的碳酸亞乙烯酯(VC)、0.5wt％的1,3-丙磺酸內(nèi)酯(PRS)以及0.5wt％的雙乙二酸硼酸鋰(LiBOB)。

比較例1

除了沒(méi)有使用導(dǎo)熱板，其他通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法制備了鋰二次電池。

實(shí)驗(yàn)例：貫穿安全性評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)實(shí)施例和比較例中制備的鋰二次電池的貫穿安全性，各實(shí)施例和比較例分別準(zhǔn)備了9個(gè)樣本，并根據(jù)充電狀態(tài)(SOC)使用直徑為3mm的不銹鋼釘進(jìn)行了貫穿釘實(shí)驗(yàn)。并且，通過(guò)下述評(píng)價(jià)基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將其結(jié)果表示在表1中。

<評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，EUCAR Hazard Level>

L1：電池性能無(wú)異常

L2：電池性能發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損害

L3：電池電解液重量的減少量小于50％

L4：電池電解液重量的減少量為50％以上

L5：發(fā)生起火或爆炸

【表1】

4L4是表示4個(gè)樣本為L(zhǎng)4(EUCAR Hazard Level前的數(shù)字表示評(píng)價(jià)的樣本數(shù)量)。

參照表1，可確認(rèn)實(shí)施例中的電池的貫穿釘實(shí)驗(yàn)結(jié)果為具有優(yōu)異的安全性。