本發(fā)明涉及一種鋰二次電池。

背景技術(shù)：

近年來，正在積極地研發(fā)和生產(chǎn)移動(dòng)電話、筆記本電腦、攝錄機(jī)等緊湊(Compact)且輕量化的電氣/電子設(shè)備，而這種電氣/電子設(shè)備內(nèi)置有電池組，以便在沒有其他電源的場所也能夠運(yùn)行。

并且，正在研發(fā)和生產(chǎn)混合動(dòng)力汽車(Hybrid Vehicles，HV)、電動(dòng)汽車(Electric Vehicles，EV)等利用馬達(dá)的汽車，而這種汽車中也內(nèi)置有能夠驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的電池組。為了驅(qū)動(dòng)一段時(shí)間的電氣/電子設(shè)備或汽車，如上所述的電池組具備至少一個(gè)電池，以便輸出預(yù)定電平的電壓。

從經(jīng)濟(jì)方面考慮，近年來電池組使用能夠充電/放電的二次電池。在二次電池中，鋰二次電池是現(xiàn)有二次電池中單位電池電壓(3.0至3.7V)最高、能量密度高、無記憶效應(yīng)、在不使用時(shí)發(fā)生自然放電的程度小且非常輕的電池，因此廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、照相機(jī)、移動(dòng)電話等便攜式電子設(shè)備中。除此之外，基于能量密度高的特性，在國防工業(yè)或自動(dòng)化系統(tǒng)以及汽車、航空工業(yè)領(lǐng)域中也呈現(xiàn)出了使用頻率逐漸增加的趨勢。

另外，隨著電池使用的增加，對(duì)其安全性的要求也不斷提高，例如，有可能出現(xiàn)受外部沖擊而變形或者尖銳物貫穿電池組等問題。尤其，如電動(dòng)汽車在發(fā)生事故等狀況時(shí)，電池組被貫穿的可能性變高。

在這種電池組被貫穿的情況下，當(dāng)充電狀態(tài)的陰極和陽極物理性接觸且高電流瞬間流過貫穿的周邊時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電池組異常發(fā)熱以及熱失控的現(xiàn)象。即，有機(jī)電解液用作電池燃燒反應(yīng)的燃料，當(dāng)自發(fā)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，且燃燒熱在電池單元內(nèi)部積累時(shí)，溫度不斷上升，從而誘導(dǎo)連續(xù)的熱解反應(yīng)。因此，可導(dǎo)致安裝有電池組的設(shè)備或裝置的起火或爆炸。

尤其，對(duì)于如電動(dòng)汽車等的運(yùn)輸裝置，貫穿安全性是與利用運(yùn)輸裝置的人命直接相關(guān)的問題，因此，無法確保貫穿安全性時(shí)，只能對(duì)鋰二次電池應(yīng)用在運(yùn)輸裝置中的情況進(jìn)行限制，在如汽車等需要供給大容量電源的領(lǐng)域中，電池的安全性成為越來越重要的因素。

在此方面，韓國公開專利第2013-0042920號(hào)中公開了具備一個(gè)以上的包含起泡劑的袋的二次電池，但其并沒有提出針對(duì)上述問題的對(duì)策。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)】

(專利文獻(xiàn)1)韓國公開專利第2013-0042920號(hào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠迅速分散因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，從而降低溫度的上升，提高安全性的鋰二次電池。(二)技術(shù)方案

本發(fā)明的實(shí)施例的鋰二次電池包括：外裝材料；膠狀卷層疊體，容納于所述外裝材料內(nèi)部，層疊有膠狀卷，所述膠狀卷包括多個(gè)電極板和配置在所述多個(gè)電極板之間的隔膜；以及導(dǎo)熱板，設(shè)置在至少一個(gè)膠狀卷之間。

在部分實(shí)施例中，所述膠狀卷的與所述導(dǎo)熱板接觸的部分可配置有隔膜。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板兩側(cè)的膠狀卷的導(dǎo)熱板側(cè)的最外側(cè)電極可以相同。

在部分實(shí)施例中，導(dǎo)熱板可具有導(dǎo)電性。

在部分實(shí)施例中，導(dǎo)熱板可包括金屬。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板的厚度可為1至20μm。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板可包括多個(gè)貫穿孔。

在部分實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板可以是多個(gè)單位板的層疊體。

(三)有益效果

本發(fā)明的鋰二次電池能夠迅速分散因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，從而降低溫度的上升，提高安全性。

并且，本發(fā)明的鋰二次電池中，在導(dǎo)熱板還具有導(dǎo)電性的情況下，提供因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)的短路電流路徑，從而能夠進(jìn)一步有效抑制電池內(nèi)部溫度的上升。

并且，本發(fā)明的鋰二次電池中，在導(dǎo)熱板兩側(cè)的膠狀卷的導(dǎo)熱板側(cè)的最外側(cè)電極相同的情況下，可通過減少短路電流的量來進(jìn)一步抑制溫度的上升。

附圖說明

圖1是示意表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰二次電池的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

附圖標(biāo)記說明

10：鋰二次電池 100：外裝材料

200：膠狀卷 201：陽極板

202：陰極板 203：隔膜

300：導(dǎo)熱板

具體實(shí)施方式

本發(fā)明涉及一種安全性提高的鋰二次電池，更詳細(xì)地，涉及一種鋰二次電池，其包括：外裝材料；膠狀卷層疊體，容納于所述外裝材料內(nèi)部，層疊有膠狀卷，所述膠狀卷包括多個(gè)電極板和配置在所述多個(gè)電極板之間的隔膜；以及導(dǎo)熱板，設(shè)置在至少一個(gè)膠狀卷之間，從而迅速分散內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，以降低溫度的上升，提高安全性。

下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更具體地說明。但是，本說明書中附加的下列附圖是用于例示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其作用是結(jié)合前述的發(fā)明內(nèi)容，幫助進(jìn)一步理解本發(fā)明技術(shù)思想，因此，本發(fā)明不能僅限于所述附圖中記載的內(nèi)容來解釋。

圖1是示意表示本發(fā)明的鋰二次電池10的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。圖1中示意表示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外裝材料100內(nèi)包括至少一個(gè)設(shè)置在膠狀卷200之間的導(dǎo)熱板300的鋰二次電池。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰二次電池10包括設(shè)置在膠狀卷200之間的導(dǎo)熱板300，從而能夠通過導(dǎo)熱板300迅速分散因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱，因此能夠降低溫度的上升，并提高安全性。

對(duì)于本發(fā)明的導(dǎo)熱板300并沒有特別的限定，只要是由具有導(dǎo)熱性的材料制成即可，優(yōu)選地，可使用包含導(dǎo)熱性優(yōu)異的材料制作。這種材料可例舉金屬、導(dǎo)熱陶瓷、導(dǎo)熱碳基材料、導(dǎo)熱聚合物等，但并不限定于此。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，優(yōu)選地，導(dǎo)熱板300還可具有導(dǎo)電性。當(dāng)導(dǎo)熱板300具有導(dǎo)電性時(shí)，除了用作導(dǎo)熱介質(zhì)以外，還可提供因貫穿等引起內(nèi)部短路時(shí)的短路電流路徑，從而能夠進(jìn)一步有效抑制電池內(nèi)的溫度上升。從這一方面考慮，導(dǎo)熱板300材料優(yōu)選為金屬，作為優(yōu)選例，可以是銅、鋁等。

對(duì)于導(dǎo)熱板300的厚度并沒有特別的限定，優(yōu)選地，可以是1至20μm。當(dāng)厚度在上述范圍內(nèi)時(shí)，可在不引起能量密度大幅下降的前提下確保導(dǎo)熱性，從而能夠迅速分散內(nèi)部短路時(shí)產(chǎn)生的高熱。

對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，導(dǎo)熱板300可包括多個(gè)貫穿孔。當(dāng)電解液注入鋰二次電池內(nèi)時(shí)，貫穿孔起到承載電解液的作用。即，除了膠狀卷200內(nèi)含浸電解液之外，導(dǎo)熱板300的貫穿孔也能夠承載電解液。

具體地，注入電解液時(shí)，使電解液還能夠注入到導(dǎo)熱板300所占有的區(qū)域，從而在完成電解液的注入時(shí)，可呈現(xiàn)導(dǎo)熱板300的貫穿孔中承載有電解液的狀態(tài)。

這種基于導(dǎo)熱板300的電解液的承載，最終會(huì)增加鋰二次電池內(nèi)的電解液注入量，從而能夠進(jìn)一步提高鋰二次電池的長期可靠性。

導(dǎo)熱板300上形成的貫穿孔可形成為圓形或多邊形。

本發(fā)明的導(dǎo)熱板300可使用單層，還可根據(jù)需要使用多個(gè)單位板的層疊體。導(dǎo)熱板為層疊體時(shí)，例如可以層疊1至5張。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的膠狀卷200可以是單位陽極板201和單位陰極板202夾著隔膜203交替配置的結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，外裝材料10內(nèi)容納有多個(gè)膠狀卷200，膠狀卷200之間設(shè)置有導(dǎo)熱板300，其中，為了防止電極板201、202與導(dǎo)熱板300直接接觸，可在膠狀卷200中的與導(dǎo)熱板300接觸的部分配置隔膜203。更詳細(xì)地，所述膠狀卷200可具有最外側(cè)電極與導(dǎo)熱板300之間設(shè)置有隔膜203的形態(tài)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述導(dǎo)熱板300兩側(cè)的膠狀卷200的導(dǎo)熱板側(cè)的最外側(cè)電極可以相同。所述最外側(cè)電極可以是陽極板201和陰極板202，但是優(yōu)選為陰極板202。

本發(fā)明的陽極板201和陰極板202是通過向集電體的至少一面分別涂覆陽極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層而形成。對(duì)于陽極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層的各活性物質(zhì)沒有特別的限定，只要是本領(lǐng)域中通常使用的物質(zhì)即可。

對(duì)于陰極活性物質(zhì)并沒有特別的限定，可使用通常用作陰極活性物質(zhì)的物質(zhì)。例如，可使用炭材料、鋰金屬、鋰與其他元素的合金、硅或錫等，所述碳材料為如結(jié)晶碳、非晶碳、碳復(fù)合物、碳纖維等。非晶碳有硬碳、焦炭、在1500℃以下的溫度下焙燒的中間相炭微球(mesocarbon microbead，MCMB)、中間相瀝青基碳纖維(mesophase pitch-based carbon fiber，MPCF)等。結(jié)晶碳有石墨系材料，具體有天然石墨、石墨化焦炭、石墨化MCMB、石墨化MPCF等。作為與鋰構(gòu)成合金的其他元素，可使用鋁、鋅、鉍、鎘、銻、硅、鉛、錫、鎵或銦。

對(duì)于所述陽極活性物質(zhì)并沒有特別的限定，可使用通常用作陽極活性物質(zhì)的物質(zhì)。作為一個(gè)具體例子，優(yōu)選為，選自鈷、錳、鎳中的至少一種和鋰的復(fù)合氧化物中的一種以上，作為其代表性例子，可以優(yōu)選使用下面記載的含鋰化合物。

Li_xMn_1-yM_yA₂ (1)

Li_xMn_1-yM_yO_2-zX_z (2)

Li_xMn₂O_4-zX_z (3)

Li_xMn_2-yM_yM'_zA₄ (4)

Li_xCo_1-yM_yA₂ (5)

Li_xCo_1-yM_yO_2-zX_z (6)

Li_xNi_1-yM_yA₂ (7)

Li_xNi_1-yM_yO_2-zX_z (8)

Li_xNi_1-yCo_yO_2-zX_z (9)

Li_xNi_1-y-zCo_yM_zA_α (10)

Li_xNi_1-y-zCo_yM_zO_2-αX_α (11)

Li_xNi_1-y-zMn_yM_zA_α (12)

Li_xNi_1-y-zMn_yM_zO_2-αX_α (13)

化學(xué)式中，0.9≤x≤1.1、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0≤α≤2，M與M'相同或不同，且是選自由Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、Sn、V、Ge、Ga、B、As、Zr、Mn、Cr、Fe、Sr、V以及稀土類元素組成的組，A是選自由O、F、S以及P組成的組，X是選自由F、S、以及P組成的組。

陽極活性物質(zhì)層和陰極活性物質(zhì)層中除了含有活性物質(zhì)以外，根據(jù)需要還可包括本領(lǐng)域公知的粘合劑、導(dǎo)電劑、分散劑等。將所述成分與溶劑一起混合攪拌而制備漿料后，將所述漿料涂覆(鍍覆)在集電體上并壓縮后進(jìn)行干燥，由此能夠形成電極活性物質(zhì)層。

本發(fā)明的集電體作為導(dǎo)電性強(qiáng)且容易粘附所述陽極或陰極活性物質(zhì)的合劑的金屬，其可以使用在電池電壓范圍內(nèi)無反應(yīng)性的任意一種金屬。

作為陰極集電體，可使用銅或銅合金，但并不限定于此，還可使用不銹鋼、鎳、銅、鈦或其合金以及使用碳、鎳、鈦、銀對(duì)銅或不銹鋼的表面進(jìn)行表面處理的金屬等。

作為陽極集電體，可使用鋁或鋁合金，但并不限定于此，還可使用不銹鋼、鎳、鋁、鈦或其合金以及使用碳、鎳、鈦、銀對(duì)鋁或不銹鋼的表面進(jìn)行表面處理的金屬等。

并且，對(duì)集電體的形態(tài)并沒有特別的限定，可使用通常使用的形態(tài)。例如，可使用平面狀的集電體、中空型的集電體、線型集電體、卷繞的線型集電體、卷繞的片型集電體、網(wǎng)狀集電體等。

為了隔離陽極板201和陰極板202，本發(fā)明的隔膜203設(shè)置在陽極板201與陰極板202之間。對(duì)于所述隔膜203的材料并沒有特別的限定，只要是絕緣物質(zhì)即可，優(yōu)選地，由多孔性薄膜構(gòu)成，以便離子在陽極板201與陰極板202之間移動(dòng)。

作為具體例子，所述隔膜203可使用具有高離子透過率和機(jī)械強(qiáng)度的絕緣性薄膜。具體地，可使用耐化學(xué)性和疏水性的聚丙烯等烯烴類聚合物、由玻璃纖維或聚乙烯等制成的片材或無紡布等。

隔膜203的至少一面還可包括無機(jī)物涂層。因具有無機(jī)粒子涂層，從而能夠提高隔膜和電池的安全性。

無機(jī)粒子涂層可由無機(jī)物和粘合劑形成，無機(jī)粒子的種類并沒有限定，只要能夠?qū)崿F(xiàn)作為無機(jī)粒子的上述目的均可使用，例如，可包括選自氧化鋁(Alumina)、氫氧化鋁(AluminumHydroxide)、二氧化硅(Silica)、氧化鋇(Barium Oxide)、氧化鈦(Titanium Oxide)、氧化鎂(Magnesium Oxide)、氫氧化鎂(Magnesium Hydroxide)、粘土(Clay)、玻璃粉末(Glass powder)、勃姆石(Boehmite)或其混合物中的一種以上，更具體地，無機(jī)粒子使用氧化鋁時(shí)，剛性優(yōu)異，且能夠有效地阻止由枝晶和雜質(zhì)引起的短路現(xiàn)象。

電解質(zhì)使用聚合物等固體電解質(zhì)時(shí)，固體電解質(zhì)還可兼作隔膜。優(yōu)選地，可以是聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或由這些薄膜的組合制備的多層薄膜，或者聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚氧化乙烯(polyethylene oxide)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)或聚偏二氟乙烯六氟丙烯(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene)共聚物等高分子薄膜，但并不限定于此。

本發(fā)明的膠狀卷200層疊體和導(dǎo)熱板300可與非水電解液一起容納在電池外裝材料100中，以制備成鋰二次電池。對(duì)于非水電解液并沒有特別限定，可使用本領(lǐng)域公知的非水電解液。

對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的外裝材料100并沒有特別限定，可使用本領(lǐng)域公知的材料，例如，可以是罐和袋等。

例如，當(dāng)所述外裝材料為袋時(shí)，袋可由如具有柔韌性的多個(gè)層形成，例如可包括熱粘合層、金屬層、高分子樹脂層。

下面，為了有助于對(duì)本發(fā)明的理解而提出了優(yōu)選實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅僅是用于例示本發(fā)明，其并不限定本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知，在本發(fā)明的范疇和技術(shù)思想范圍內(nèi)，可對(duì)實(shí)施例進(jìn)行多種變更和修改，而這些變更和修改同樣屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。

制備例

<陽極板>

陽極活性物質(zhì)使用了LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂，導(dǎo)電材料使用了碳黑，粘合劑使用了聚偏二氟乙烯(PVDF)，并各物質(zhì)以92：5：3的質(zhì)量比的組合制備了陽極漿料，然后將其涂覆在鋁材上并進(jìn)行干燥、沖壓，由此制備了陽極板。

<陰極板>

將作為陰極活性物質(zhì)的92wt％的天然石墨、3wt％的苯乙烯-丁二烯橡膠和羧甲基纖維素(SBR+CMC)類粘合劑、5wt％的石墨基非晶態(tài)導(dǎo)電材料進(jìn)行混合，制備陰極漿料。然后將其涂覆在銅基材上并進(jìn)行干燥、沖壓，由此制備了陰極板。

實(shí)施例

將上述制備例中制備的單位陰極板和單位陽極板夾著聚乙烯隔膜而層疊，并使最外側(cè)電極配置為陰極板，由此制備了膠狀卷。然后，將所制備的膠狀卷層疊3次，在各膠狀卷之間層疊設(shè)置4張具有12μm厚度的導(dǎo)熱板，且使隔膜設(shè)置在膠狀卷的與導(dǎo)熱板接觸的部分。

將包含導(dǎo)熱板的膠狀卷層疊體容納在袋內(nèi)部，并注入電解液后進(jìn)行密封，由此制備了鋰二次電池。

此時(shí)，電解液使用了通過以下過程制備的溶液，即，使用碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯(EC/EMC/DEC，25/45/30；體積比)混合溶劑制備1M LiPF6溶液，然后添加1wt％的碳酸亞乙烯酯(VC)、0.5wt％的1,3-丙磺酸內(nèi)酯(PRS)以及0.5wt％的雙乙二酸硼酸鋰(LiBOB)。

比較例1

除了沒有使用導(dǎo)熱板，其他通過與實(shí)施例1相同的方法制備了鋰二次電池。

實(shí)驗(yàn)例：貫穿安全性評(píng)價(jià)

為了評(píng)價(jià)實(shí)施例和比較例中制備的鋰二次電池的貫穿安全性，各實(shí)施例和比較例分別準(zhǔn)備了9個(gè)樣本，并根據(jù)充電狀態(tài)(SOC)使用直徑為3mm的不銹鋼釘進(jìn)行了貫穿釘實(shí)驗(yàn)。并且，通過下述評(píng)價(jià)基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將其結(jié)果表示在表1中。

<評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，EUCAR Hazard Level>

L1：電池性能無異常

L2：電池性能發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的損害

L3：電池電解液重量的減少量小于50％

L4：電池電解液重量的減少量為50％以上

L5：發(fā)生起火或爆炸

【表1】

4L4是表示4個(gè)樣本為L4(EUCAR Hazard Level前的數(shù)字表示評(píng)價(jià)的樣本數(shù)量)。

參照表1，可確認(rèn)實(shí)施例中的電池的貫穿釘實(shí)驗(yàn)結(jié)果為具有優(yōu)異的安全性。