[發明專利]一種具有熱動保護作用的鋰離子電池

在審

• 申請號: 201510730100.4
• 申請日: 2015-11-02
• 公開（公告）號: CN105390737A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 趙中令;楊光偉;王丹;米新艷;曹婷婷;崔新然;張克金
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M10/0567;H01M10/42
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王薇

技術領域

本發明是涉及一種具有熱作動保護作用的鋰離子電池，特別是涉及一種具有熱作動安全機制的高安全性二次鋰離子電池及其制造方法，屬于二次鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池在計算機、通訊及消費性電子等3C產品上已得到廣泛運用，在電動車、大型儲能領域的運用也正在普及，但是，由于鋰離子電池系統使用的耐高電壓有機電解液溶劑具有較強的可燃性，且高電容量正/負極活性物質在溫度上升時，會分解放出大量熱量，使得鋰電池在不當使用時所產生的熱，可能會引燃有機溶劑，有較高的危險性，甚至起火爆炸；此外，鋰離子電池在充放電過程中，由于正極材料結構的崩解或產生相變化，都會使正極材料結構中的氧脫出，而這些脫出的氧會與電解液起反應作用，使電池內部溫度瞬間升高，造成鋰離子二次電池的安全問題，因此研究人員，愈來愈重視因此該類鋰電池應用產品對因意外穿刺或外力沖擊破壞因素所造成的內短路極速放熱的熱失控及電池爆炸等現象的風險避免。高安全性儼然成為高電壓、高能量密度和高容量的電池必須克服及解決的課題，尤其是在路上行走的電動車——電動車容易受車禍所產生的撞擊而使電池擠壓變形。

已知文獻和專利中，多是對鋰電池正極材料作表面改性以提升安全性作法，如利用金屬氧化物或金屬氟化物包覆在LiMO₂(M代表過渡金屬)表面，此方法可以提升材料結構穩定性，降低材料與電解液間的放熱量，達到安全提升目的，不過，引入金屬氧化物或金屬氟化物在電極材料表面所形成的保護膜，其本身不具有熱作動安全機制，且也無法有效抑制脫氧現象，其對因外加環境因素引發的內短路，例如意外穿刺或外力沖擊破壞，所引發瞬間高熱而造成電池爆炸的風險仍未有效降低。

專利CN101807724提供了一種具有熱動保護作用的鋰電池，該電池采用的是雙馬來酰亞胺寡聚物作為熱動保護劑提高電池的安全性，但是顯然，該系統采用的熱動保護劑不能應用于電解液。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電解液改性的高安全性鋰離子電池，通常雙馬來酰亞胺單體是不溶于電解液的，但是本發明采用的雙馬來酰亞胺具有-OR₁與-OR₂基團，提高了其溶解度，故而可以應用于電解液而不影響電池性能；該電池的安全性能得到強化，制造方法也比較簡單。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：一種電解液改性的高安全性鋰離子電池，包括：

（A）正極極板

（B）負極極板

（C）隔膜

（D）電解液

其中正極極板所含電池正極材料為LiMn₂O₄、LiFePO₄或者LiNi_xCo_yMn_zO3（x+y+z=1，0≤x,y,z≤0），包括LiMnO₂、LiCoO₂；電池負極極板所含電池負極材料為碳或者Li₄Ti₅O₁₂；正極極板和負極極板所用的導電添加劑為碳黑、石墨、或者乙炔黑，石墨烯，碳納米管，氣相生長碳纖維（VGCF），粘結劑為聚偏氟乙烯PVDF，羧甲基纖維素CMC或者丁苯橡膠SBR；其特征在于：電池的電解液中含有熱動保護劑，當該電池升溫至一定溫度即熱動溫度時，該熱動保護劑進行交聯反應以阻障熱失控，一般地，該熱動溫度為80℃-280℃；

該電池依靠含有的熱動保護劑起到安全保護作用，該熱動保護劑為如式（I）所示的雙馬來酰亞胺A，或者如式（II）結構的雙馬來酰亞胺B：

其中，R₁，R₂=H，或者R，或者-C(O)-R，R為C_xH_y，x=1~9，y=3~19

一般地，R為甲基（-CH₃），乙基（-C₂H₅），（-C₃H₈），(-C₄H₉)，(-C₅H₁₁)，(-C₆H₁₃)，(-C₇H₁₅)，(C₈H₁₇)，(-C₉H₁₉)，苯基（），苯甲基（），甲笨基（），乙苯基（）。