[发明专利]用于可再充电的锂离子电池的N-氧化物氧化还原梭

说明书

技术领域

本发明涉及可再充电的锂离子电池的过充电保护。

背景技术

正确设计和构造的可再充电的锂离子电池可显示出优秀的充电- 放电循环寿命、极少或没有记忆效果、以及高特异性和容积性的能量。 然而，锂离子电池的确具有一些缺点，包括不能在不降低循环寿命的 情形下耐受再充电电位超过制造商推荐的充电电位端值；电池再充电 电位超过推荐充电电位端值时的过热、着火或爆炸危险；和难以制备 充分耐受电学和机械滥用的大电池供消费者应用。单个和互连(例如串 联)锂离子电池通常引入了充电控制电子装置，以防止个体电池超过推 荐的充电电位端值。这种线路增加了成本和复杂性，减少了锂离子电 池和电池组在低成本大规模市场电学和电子装置如手电筒、收音机、 CD播放器等中的用途。作为替代，这些低成本装置通常由不可再充电 的电池组如碱性电池供应能量。

已经提出各种化学材料来为可再充电的锂离子电池提供过充电保 护。称为“氧化还原梭(redox shuttle)”或“梭”的化学材料在理论上可 以提供可氧化和可还原的电荷运输物质，一旦充电电位达到所需值， 该物质就可以在负极和正极之间重复运输电荷。还提出了作为保险丝 或支路以提供单次或有限次数电池过充电保护的材料。

出于各种目的，已经将N-氧化物化合物用于可再充电的锂离子电 池。涉及所述用途的参考文献包括美国专利申请公开US 2003/0044681 号(Morioka等人)、US 2003/0096165 A1号(Nakahara等人)、US 2004/0197664 A1号(Iriyama等人)和US 2004/0248004 A1(Iwasa等人)； 和日本已公开专利申请2000-235867号(Asahi Denka Kogyo KK)、 2000-268861号(Sanyo Electric Co.，Ltd.)、2001-332296号(Japan Storage Battery Co.，Ltd.)和2003-132891号(NEC Corp.)。

涉及含氮化合物在可再充电锂离子电池中的用途的其它参考文献 包括美国专利6,544,691 B1号(Guidotti)以及美国专利申请公开US 2003/0099886 A1号(Choy等人′886)和US 2003/0129499 A1号(Choy等 人′499)。

发明概述

在一方面，本发明提供了可再充电的锂离子电池，其包括：

(a)具有再充电电位的正极；

(b)负极；

(c)包括电荷携带介质和锂盐的电荷携带电解质；和

(d)可循环的氧化还原化学梭，其包括溶于或可溶于电解质中的脂 环族N-氧化物化合物，并且所述氧化还原化学梭的氧化电位高于所述 正极的再充电电位。

在另一方面，本发明提供了制造可再充电的锂离子密封电池的方 法，该方法包括将如下材料以任意顺序组装并封装到合适的壳内的步 骤：

(a)具有再充电电位的正极；

(b)负极；

(c)包括电荷携带介质和锂盐的电荷携带电解质；和

(d)可循环的氧化还原化学梭，其包括溶于或可溶于电解质中的脂 环族N-氧化物化合物，并且所述氧化还原化学梭的氧化电位高于所述 正极的再充电电位。

在还一方面，本发明提供了对锂离子电池再充电、同时化学限制 由于过充电所致的电池损坏的方法，该方法包括穿过可再充电锂离子 电池的正极和负极供应充电电流，该电池包含电荷携带电解质。所述 电荷携带电解质包括电荷携带介质、锂盐和可循环的氧化还原化学梭， 该氧化还原化学梭包括溶于电解质中的脂环族N-氧化物化合物，并且 所述氧化还原化学梭的氧化电位高于所述正极的再充电电位。

从下面的详述中将明白本发明的这些和其它方面。然而，在任意 情况下，都不应该将上面的概述理解为对所主张的主题的限制，该主 题仅由所附权利要求书限定，所述权利要求书可以在专利申请处理过 程中被修改。

附图简述

图1是电化学电池的展开透视示意图。

图2和图3分别表示在实施例1和实施例2电池的充电-放电试验 中，两个时间跨度的连续充电-放电循环过程中的电池电位。