[發(fā)明專(zhuān)利]具有自發(fā)電壓鉗制功能鋰離子電池的隔膜、電池及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910062249.4
• 申請(qǐng)日: 2009-05-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101572297A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 艾新平;李素麗;楊漢西;曹余良
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M2/16
• 分類(lèi)號(hào): H01M2/16;H01M10/40
• 代理公司: 武漢帥丞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 朱必武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有自發(fā)電壓鉗制功能鋰離子電池的隔膜、電池及其制備方法，適用于存在過(guò)充安全隱患的鋰離子電池及電池組，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備中，隨著鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域從移動(dòng)通訊、數(shù)碼相機(jī)等小型電池向儲(chǔ)能電源和動(dòng)力電池方面的迅速擴(kuò)展和大規(guī)模應(yīng)用，電池的安全問(wèn)題變得日益突出。研究表明，過(guò)充電是導(dǎo)致鋰離子電池發(fā)生不安全行為的最危險(xiǎn)因素，當(dāng)電池處于過(guò)充狀態(tài)時(shí)，陰極脫鋰電勢(shì)隨過(guò)充程度增加而迅速上升，超過(guò)一定限度后，引起電池內(nèi)部有機(jī)電解質(zhì)溶液的不可逆氧化分解，產(chǎn)生大量可燃性氣體并放出大量的熱，從而使電池電壓及溫度急劇上升，導(dǎo)致電池?zé)崾Э兀鸨ā⑷紵炔话踩袨椤Ｒ虼耍訌?qiáng)對(duì)鋰離子電池的過(guò)充保護(hù)尤為重要。

原則上講，可以從內(nèi)外兩個(gè)方面提高鋰離子電池的安全性。為了防止鋰離子電池過(guò)充，實(shí)際應(yīng)用中人們往往采用專(zhuān)用的充電保護(hù)電路進(jìn)行充電管理(例如中國(guó)專(zhuān)利03126799.8)，這種方法直接、有效，但并非萬(wàn)無(wú)一失，并不能徹底解決電池安全性問(wèn)題。特別是對(duì)于由多電池組合而成的電池組來(lái)說(shuō)，考慮到各個(gè)單體電池的不一致性，需要對(duì)每一個(gè)單體電池實(shí)施單獨(dú)管理，難度非常大。隨著充放電循環(huán)的增加，各單體電池電壓逐漸分化，任何一個(gè)單體電池的管理失控都有可能帶來(lái)嚴(yán)重的安全問(wèn)題。因此，有必要建立一種內(nèi)在的安全保護(hù)機(jī)制，以提高鋰離子電池自身的耐過(guò)充能力或防過(guò)充能力。

近年來(lái)人們發(fā)展了電池內(nèi)部自激發(fā)保護(hù)機(jī)制，如通過(guò)在電解液中加入氧化還原穿梭電對(duì)或者可聚合單體添加劑以阻止電池過(guò)充。但由于現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的氧化還原穿梭電對(duì)在有機(jī)電解液中溶解度較小，僅能提供有限的鉗制電流，不能實(shí)際應(yīng)用于電池的過(guò)充保護(hù)；而可聚合添加劑僅提供不可逆過(guò)充保護(hù)，在發(fā)生保護(hù)作用的同時(shí)電池本身也失去了電性能。例如US5580684公開(kāi)了一種通過(guò)向電解液中加入磷酸酯，如磷酸三甲酯，磷酸三(三氟乙基)酯或磷酸三(2-氯乙基)酯來(lái)增加電解液的自熄性從而提高電池安全性的方法。另外，US5776627公開(kāi)了一種增加電池安全性的方法，該方法通過(guò)加入一些可在電池失敗的情況下進(jìn)行聚合的添加劑，如噻吩、聯(lián)苯或呋喃而防止鋰的遷移，和通過(guò)添加劑產(chǎn)生的氣體而很容易地打開(kāi)電池的安全出口而實(shí)現(xiàn)。類(lèi)似地，US5763119、5709968和5858573中也公開(kāi)了一種提高電池安全性的方法，其中電解液分別包含如1，2-二甲氧基-4-溴苯、2-氯對(duì)二甲苯和4-氯苯甲醚和2，7-二乙酰基噻蒽的添加劑。然而，這種通用的添加劑甚至在正常的操作條件下也可能聚合或可能因?yàn)檠趸纸舛a(chǎn)生大量的氣體，從而使得電池膨脹，同時(shí)，使用這種通用的添加劑可能會(huì)使電池的各種性能，如內(nèi)阻、標(biāo)準(zhǔn)容量或循環(huán)周期變差。

近幾年有研究表明，導(dǎo)電聚合物隔膜可以為鋰離子電池提供可逆過(guò)充保護(hù)，但由于導(dǎo)電聚合物在一般有機(jī)溶劑中的溶解性差，難加工，限制了其在實(shí)際電池中的應(yīng)用。因此，迫切需要發(fā)展一種簡(jiǎn)單有效的、應(yīng)用性強(qiáng)的鋰離子電池可逆過(guò)充保護(hù)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種具有自發(fā)電壓鉗制功能鋰離子電池的隔膜、電池及其制備方法，所述隔膜為一種特殊的改性隔膜，該隔膜使磷酸鐵鋰鋰離子電池具有自發(fā)的電壓鉗制功能和耐過(guò)充電的性能，同時(shí)該電池在正常充放電條件下的性能基本不受影響。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：具有自發(fā)電壓鉗制功能鋰離子電池的隔膜，包括多孔隔膜基體，其特征在于：還包括填充在孔中的填料；所述填料是芳香化合物：三苯胺、三苯基膦、咔唑、芴或它們的衍生物之一種，所述填料在多孔隔膜基體中的含量為：0.2～20g/m²。

如上所述的具有自發(fā)電壓鉗制功能鋰離子電池的隔膜，其特征在于：所述多孔隔膜基體為常用的鋰離子電池用隔膜：?jiǎn)螌覲E膜、單層PP膜、三層PP/PE/PP膜或無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合膜之一種。

具有自發(fā)電壓鉗制功能的鋰離子電池，包括殼體以及置于殼體內(nèi)的正極、負(fù)極、有機(jī)電解質(zhì)溶液，其特征在于：還包括隔膜，由多孔隔膜基體和填充在孔中的填料組成，所述填料是芳香化合物：三苯胺、三苯基膦、咔唑、芴或它們的衍生物之一種，所述填料在多孔隔膜基體中的含量為：0.2～20g/m²。

如上所述的具有自發(fā)電壓鉗制功能的鋰離子電池，其特征在于：所述多孔隔膜基體為常用的鋰離子電池用隔膜：?jiǎn)螌覲E膜、單層PP膜、三層PP/PE/PP膜或無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合膜之一種。