[發明專利]用于高能充電鋰電池的隔板

有效

• 申請號: 01116353.4
• 申請日: 2001-04-10
• 公開（公告）號: CN1325145A
• 公開（公告）日: 2001-12-05
• 發明（設計）人: Z·M·張
• 申請（專利權）人: 思凱德公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 段承恩

在此披露了一種用于高能充電鋰電池的隔板和高能充電鋰電池。

高能充電鋰電池具有能量容量至少372毫安時/克(mAh/g)的陽極。該陽極包括例如鋰金屬、鋰合金(如鋰鋁)、和鋰金屬或鋰合金與如碳、鎳和銅的材料的混合物。該陽極排除只具有鋰嵌入或鋰插入化合物的陽極。

由于長效安全問題，除一次電池外不能取得其它鋰金屬或鋰合金電池的商業成功。

與使用上述陽極相關的困難主要源于重復充電-放電循環后發生的鋰枝晶生長。(雖然枝晶生長對任何鋰電池都是潛在問題，但對上述高能陽極來說，該問題的嚴重性遠大于本領域公知的其它鋰陽極(例如純碳嵌入型陽極))。當鋰枝晶生長并穿透隔板時，電池內部短路出現(陽極和陰極之間的任何直接接觸都稱為“電子”短路，并且由枝晶產生的接觸是一種電子短路)。由很小的枝晶導致的一些短路(即軟短路)可能僅僅降低電池的循環效率。其它短路可能導致鋰電池的熱失控上升，即充電鋰電池的嚴重安全問題。

不能控制這類陽極的枝晶生長仍然是一問題，限制了具有那些陽極的電池，特別是具有液體有機電解質的那些電池的商業化。

因此，必須改進高能充電鋰電池。

本發明涉及高能充電鋰電池的隔板和相應的電池。該隔板包括至少一個陶瓷復合材料層和至少一個聚合多孔層。陶瓷復合材料層包括無機顆粒和基質材料的混合物。使該陶瓷復合材料層至少適于阻擋枝晶生長并防止電子短路。使聚合物層，至少適于在熱失控上升的情況下阻擋陽極和陰極之間的離子流動。

為示意說明本發明，在附圖中示出目前的優選形式，然而，應當理解本發明不限于所示的精確布置和方式。

圖1是鋰金屬電池的橫截面圖。

圖2是隔板的橫截面圖。

參照附圖，其中相同的數字表示相同的部件，圖1中示出了鋰金屬電池10。鋰金屬電池10包括鋰金屬陽極12、陰極14、和位于陽極12和陰極14之間的隔板16，它們全部裝在外殼20內。所示電池10是圓柱形電池或“膠卷”形電池，但本發明不限于此。其它結構，例如還包括棱柱形電池、鈕扣電池或聚合物電池。此外，沒有示出電解質。電解質可以是液體(有機或無機)、或凝膠(或聚合物)。為方便起見，參照具有液體有機電解質的圓柱形電池描述本發明，但本發明不限于此，并可以在其它電池類型(例如能量存儲系統、組合電池和電容器)和結構中使用。

陽極12的能量容量應當大于或等于372mAh/g，優選≥700mAh/g，最好≥1000mAh/g。陽極12可由鋰金屬箔或鋰合金箔(例如鋰鋁合金)、或鋰金屬和/或鋰合金與如碳(例如焦碳、石墨)、鎳、銅的材料的混合物構成。陽極12不是僅僅由含鋰的嵌入化合物或含鋰的插入化合物構成。

陰極14可以是與陽極匹配的任何陰極并且包括嵌入化合物、插入化合物或電化學活性聚合物。適當的嵌入材料包括例如MoS₂、FeS₂、MnO₂、TiS₂、NbSe₃、LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、V₆O₁₃、V₂V₅和CuCl₂。適當的聚合物包括例如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺和聚噻吩(polythiopene)。