[发明专利]锂电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是涉及二次锂离子电池，且特别是涉及一种具有热作动安全机制的 高安全性二次锂离子电池，及其制造方法。

背景技术

由于一次电池不符环保需求，因此近年来可充电的二次电池系统逐渐受到 重视。随着可携式电子产品的快速发展和普遍化，锂离子二次电池因兼具重量 轻、高电压值与高能量密度等特点，使得其市场需求量与日俱增。锂离子二次 电池与镍氢、镍锌、镍镉电池相比，具有工作电压高、能量密度大、重量轻、 寿命长及环保性佳等优点，也是未来应用在可挠式电池的最佳选择。

锂离子二次电池在计算机(Computer，即信息产品)、通讯(Communication) 及消费性电子(Consumer electronics)等3C产品上的运用已渐为普及，对锂电池 性能的要求也越来越高，诸如轻质耐用、高电压、高能量密度与高安全性等， 尤其在轻型电动车、电动车、大型储电产业上的应用及拓展潜力极高。不过， 由于锂电池系统使用的耐高电压有机溶剂(此有机溶剂大都为酯类有机分子) 具可燃性，且高电容量正/负极活性物质在温度上升时，会分解放出大量热量， 使得锂电池在不当使用时所产生的热，可能会引燃有机溶剂，有较高的危险性， 甚至起火爆炸；此外，锂离子电池在充放电过程中，由于正极材料结构的崩解 或产生相变化，都会使正极材料结构中的氧脱出，而这些脱出的氧会与电解液 起反应作用，使电池内部温度瞬间升高，造成锂离子二次电池的安全问题。因 此该类锂电池应用产品对因意外穿刺或外力冲击破坏因素，所造成内短路极速 放热的热失控(thermal runaway)及电池爆炸等现象的风险避免，将更为重视。 高安全性俨然成为下世代高电压、高能量密度和高电容量的锂电池必须克服及 解决的课题，尤其是在路上行走的轻型电动车、电动车越容易受撞击或车祸所 产生的对电池挤压变形的危险。

已知文献和专利中，对于锂电池正极材料作表面改性提升安全性作法为， 利用金属氧化物或金属氟化物披覆在LiMO₂(M代表过渡金属)表面，此方法可 以提升材料结构稳定性，降低材料与电解液间的放热量，达到安全提升目的。 不过，引入金属氧化物或金属氟化物在电极材料表面所形成的保护膜，其本身 不具有热作动安全机制，且也无法有效抑制脱氧现象，其对因外加环境因素引 发的内短路，例如意外穿刺或外力冲击破坏，所引发瞬间高热而造成电池爆炸 的风险仍未有效减降。请参见JP Patent No.1999-317230；JP Patent No. 2005-209469；W.Lu，J.Liua，Y.K.Sun and K.Amine，Journal of Power Sources， 167(2007)212；B.-C.Park，H.-B.Kima，S.-T.Myung，K.Amine，I.Belharouak， S.-M.Lee，and Y.-K.Suna，Journal of Power Sources，178(2008)826。

综上所述，目前仍需针对二次锂离子电池的电极材料进行改良，以确保锂 电池系统的高安全性。

发明内容

本发明的目的在于提供具有热作动安全机制的高安全性二次锂离子电池， 及其制造方法。

本发明提供一种锂电池，包括：一正极极板与一负极极板；一隔离膜，位 于正极极板与负极极板之间以定义一容置区域；以及一电解质溶液，位于容置 区域；其中正极极板或负极极板的材料表面具有一热作动保护膜，当锂电池升 温至一热作动温度(onset temperature)时，热作动保护膜进行交联反应以阻障热 失控，其中热作动温度约80-280℃。

本发明还提供一种锂电池的制造方法，包括下列步骤：提供一电极材料粉 末；以一含氮高分子改性电极材料粉末；将改性的电极材料粉末、一导电添加 剂、以及一粘结剂制成一改性极板，其具有一含氮高分子披覆于电极材料表面； 形成一含有改性极板的锂电池；以及，对锂电池进行充电活化，以于改性极板 形成一热作动保护膜。

本发明的优点在于本发明的锂电池采用将具热作动功能的含氮高分子披 覆于电极材料表面对其进行改性，形成可在80℃～250℃热作动安全机制的保 护膜，进而建构两道独立安全防护作动机制，因而能大幅减降热失控发生的风 险，大幅提升锂电池的安全性。