[發明專利]一種保護鋰離子動力電池過充電和過放電的方法

無效

• 申請號: 200910067450.1
• 申請日: 2009-08-27
• 公開（公告）號: CN101635367A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 康書文;李再志
• 申請（專利權）人: 長春鋰源新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M10/04
• 分類號: H01M10/04;H01M10/42
• 代理公司: 吉林大華銘仁律師事務所
• 代理人: 曹桂珍

技術領域

本發明涉及一種防止電池過充電和過放電的方法。

背景技術

鋰離子電池可認為是21世紀的綠色二次電池。它具有電壓高、比能量大、充放壽命長、放電性能穩定、無污染等特點。但目前最大的挑戰是電池在使用過程中的安全問題，安全性問題對鋰離子動力電池至關重要，尤其在高溫、短路、過充、振動、擠壓和撞擊等，容易出現冒煙、著火甚至爆炸等情況。其安全隱患可歸納為外部短路、內部短路、及過充三種。鋰離子電池在過充條件下的安全性是一大問題。鋰離子電池過充時，電池電壓隨極化增大而迅速上升，會引起正極活性物質結構的不可逆變化及電解液的分解，產生大量氣體，放出大量的熱，使電池溫度和內壓急劇增加，存在爆炸、燃燒等隱患。為防止過充，通常是：

1)采用專用的充電電路，或者安裝安全閥，以提供更大程度的過充保護；

2)采用正溫系數電阻器。當過充而升溫時，增大電池的內阻，限制過充電流；

3)采用專用的隔膜，電池發生異常使隔膜溫度過高時，隔膜孔隙收縮閉塞，阻止鋰離子的遷移，防止過充。

上述方法都有一定的效果，但增加了電池的成本與復雜性。

4)通過電池電壓的監測來確定電池的過充電狀態的方法，但該方法的監測結果往往不準確，且不能徹底解決過充造成的安全問題。

5)在電解液中加入還原電位比負極高的保護物種，在充電過程中，當電位達到電池的過充電電位時，保護物種會在正極被氧化或在負極被還原，從而保護電池的過充電。

迄今為止，還沒有使用還原電位比正極低的保護物種，大多數研究集中于還原電位比負極高的保護物種，采用還原電位比負極高的保護物種只能解決鋰離子動力電池過放的問題，不能解決鋰離子動力電池過充的問題；本發明解決鋰離子動力電池在過充的狀況下的安全問題，從而解決了鋰離子電池在使用過程中的安全問題，提高了電池的安全性及循環壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種保護鋰離子動力電池過充電和過放電的方法。

為實現上述目的，目前采用的添加劑保護方法，主要有氧化還原法保護，通過添加劑實現電池過充的內部保護，對簡化電池制造工藝、降低生產成本有重要意義。在電解液中加入一種還原電位比正極低的保護物種4-吡啶醛N-氧化物，保護電池的過充電。改善電池的安全性。

本發明是在電解液中加入還原電位比正極低的保護物種4-吡啶醛N-氧化物(S)；該電解液溶劑為乙烯碳酸脂(EC)+二乙基碳酸脂(DEC)+二甲基碳酸脂(DMC)，體積比為：1∶1∶1，溶質為：六氟磷酸鋰，濃度為1～1.2mol/L，保護物種的加入量相對于溶液的質量比為0.5～1％，電解液水分含量低于10ppm。

本發明在電解液中加入一種還原電位比正極低的保護物種，形成氧化還原對，在正常充電時，該氧化還原對不參加反應，當充電電壓超過電池的正常充電終止電壓時，添加劑開始在負極上還原，還原產物擴散到正極被氧化，氧化產物再擴散到負極被還原，整個過程循環進行，直到電池的過充電結束。通過添加劑實現電池過充的內部保護，對簡化電池制造工藝、降低生產成本有重要意義。目前采用的添加劑保護方法，主要有氧化還原保護。解決了鋰離子電池在使用過程中的安全問題，提高了電池的安全性及循環壽命。此工作主要集中于合成穩定性好、循環壽命長、對電解液無影響的氧化-還原對分子。

附圖說明

圖1為鋰離子動力電池氧化還原電位過充電時對正極保護示意圖

圖1中(a)為加入的4-吡啶醛N-氧化物對正極過充電的保護

圖1中(b)為鋰離子動力電池充放電狀態下氧化還原對正極的保護示意

從圖中可見(b)可以看出，當充電電壓超過電池的正常充電終止電壓時，添加劑開始在負極上還原，還原產物擴散到正極被氧化，氧化產物再擴散到負極被還原，從而阻止繼續對蓄電池進行充電，從而保護電池不至于由于過充電而造成安全事故，提高鋰離子動力電池的安全性。

具體實施方式

本發明選用的電解液溶劑為乙烯碳酸脂(EC)+二乙基碳酸脂(DEC)+二甲基碳酸脂(DMC)，體積比為：1∶1∶1，溶質為：六氟磷酸鋰，濃度為1～1.2mol/L，電解液水分含量低于10ppm，均屬公知技術，加入的保護物種4-吡啶醛N-氧化物，為廣州偉伯化工有限公司生產，產品編號：35024的市售產品，因此，不做更多描述。

實施例1