对于过充电具有改进的稳定性的锂二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种锂二次电池，其包含电极组件和锂电解质，该电极组件由阴极、阳极和隔板组成，其中该电极和／或电解质包含在电池过充电时分解、且在分子结构中包含氨基甲酸酯基的化合物（“氨基甲酸酯化合物”）和／或聚合物（“聚氨酯”）。本发明专利技术的锂二次电池，其特征为添加具有氨基甲酸酯基的化合物或聚合物至电极和／或电解质，其中在正常运行条件下，以此方式添加的化合物和／或聚合物基本上不会对电池的总体性能产生不良影响，且在电池过充电时高度可靠地分解，由此提供时间延迟效应以确保电池的安全性，且其分解产物导致电池内阻的急剧增加，由此增加了电池安全性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术是关于一种锂二次电池，其具有改进的过充电安全性。更具体地，本专利技术是关于一种锂二次电池，具有显著改进的过充电安全性，且经由添加具有氨基甲酸酯基的化合物或聚合物至电极和/或电解质，在普通操作条件下对电池的总体性能具有最小化的不利影响。
技术介绍
对于移动设备的技术发展以及需求增加，导致以二次电池作为能源的需求快速增加。在这些二次电池之中，已经有大量的研究是针对具有高能量密度及高放电电压的锂二次电池，且部分此类锂二次电池是可市售的并被广泛使用。然而，当因各种因素如曝晒至高温、过充电、外部短路、钉子穿透、局部损坏或类似情形，使得大量电流在短时间内流过时，常规的锂二次电池因为产生红外线感应热，而易于受到由电池的热所产生的着火/爆炸的高危险性。电池温度的提高，导致促进电解质与电极间的反应。结果，热反应的发生更伴随电池温度的提高，这反过来又加速电解质与电极间的反应。因此，电池温度急剧升高，由此加速电解质与电极间的反应。由于如此自身不断的循环，形成热失控，造成电池温度的急剧升高，且如果电池温度升高到超越特定范围，电池可能会着火。另外，电解质与电极导线间的反应产生气体，因而导致电池内压的增加，因此在压力到达预定范围时，电池将会爆炸。就本身而论，可以说着火/爆炸的危险为锂二次电池最致命的缺点。因此，对于锂二次电池的开发所必须考虑的必要条件是保证电池的安全性。作为保证电池安全性的尝试，可提及一种在电池外部设置-->一些元件的方法，以及一种利用含于电池内部的材料的方法。前者的方法所采用的元件如，利用温度变化的正温度系数装置、电路中断装置(CID)、用于控制电压和电流的保护电路、以及利用电池内压变化的安全气孔，而后者的方法则涉及添加材料，所述材料可耐受响应于电池内压、电压或电流的改变而导致的物理、化学或电化学改变。设置于电池外部的装置，通过利用电池温度、电压、电流及内压的改变而发挥其功能，且因此提供准确的运转停止，但是其缺点是，例如需要额外的安装过程及空间，而且CID装置仅限应用于圆柱形电池。而且还知道，当如外部短路、钉子穿透、局部损坏及类似情形而需要快速响应时间时，此种外部装置不足以发挥它们的保护功能。同样，利用含于电池内部的材料的一种方法是，添加能够增强安全性的添加物至电解质或电极。举例来说，有许多已知的方法如下：例如一种添加材料至电解质的方法，所述材料在过充电条件或类似情形下发生电化学聚合作用，从而在过充电时，所得聚合产物在电极或电解质上形成固定化膜，该固定化膜是固化的，由此抑制电池的异常运行；以及一种抑制电池异常运行的方法，其通过在暴露于高温或过充电时使添加物体积膨胀而增加电极的电阻。此种化学安全性措施具有如不需额外安装过程及空间，及可应用于各种电池的优点，但其具有的问题是，因添加材料而无法提供可靠的运行及降低了电池性能。因此，有迫切需要开发一种新的化学安全性措施以防止着火/爆炸的危险，且不会在过充电时明显降低电池的总体性能。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的为解决上述问题以及其他尚未被解决的技术问题。为了解决上述问题，在做了各种广泛及深入的研究及实验的结果-->后，本专利技术的专利技术者发现如下事实(如后文所述)，当将具有氨基甲酸酯基的化合物或聚合物添加至锂二次电池的电极和/或电解质时，在电池过充电的情况下，以此方式添加的化合物或聚合物分解，由此获得时间延迟效应以保证电池安全性，或分解的产物导致电池的电阻大幅增加，由此可抑制电池的异常运行。大多数的常规技术经由电池添加物的电化学反应增加电池的内阻来保证电池安全性，这是通过在一定条件下，添加物之间的重组或聚合而使反应物分子量增加而实现的，而本专利技术经由添加物质的分解达到所期望的效果。而且还证实，在正常运行条件下，本专利技术的添加物对电池的总体性能产生很小的负面影响，并提供高可靠度的安全性。本专利技术即根据这些发现而完成。附图说明图1为在实验例1中实施例1至3及对比例1的电池温度及电压在过充电时的变化示意图。具体实施方式根据本专利技术的一方面，通过提供一种锂二次电池，其包含由阴极、阳极和隔板组成的电极组件，以及锂电解质，其中该电极和/或电解质包含在电池过充电时分解、且在其分子结构内含有氨基甲酸酯基的化合物和/或聚合物，从而可实现上述和其他目的。如此处所使用，术语“过充电”意指为任何电池的充电超过预定的容量范围，即，在电池达到充分充电后施加充电电流，且过充电容量可随电池种类、设计方法及类似情况而有所不同。举例来说，当过充电定为4.5伏特时，所述氨基甲酸酯化合物或聚氨酯可以是在相对于锂氧化还原电位超过4.5伏特时分解的材料。在分子结构中包含氨基甲酸酯基的该化合物(下文也称为“氨基甲酸酯化合物”)可包括氨基甲酸乙酯，但不限于此。-->在分子结构中包含氨基甲酸酯基的聚合物(下文也称为“聚氨酯”)是指在主链中或侧链中包含氨基甲酸酯基的聚合物，可包括但不限于聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯及氨基甲酸酯基合成橡胶。本专利技术的专利技术者经由各种实验惊讶地发现，添加氨基甲酸酯化合物或聚氨酯至电池的电极或电解质对于电池的总体性能仅有非常不显著的负面影响，且由此方式添加的化合物或聚合物在一定过充电条件下易于分解，由此提供时间延迟效应以确保电池的安全性，且还使电池产生高内阻。上述结果的产生归因于氨基甲酸酯基独特的特征。特别优选的是聚氨酯。在本专利技术中可利用的聚氨酯可由各种单体及方法制备。举例来说，聚氨酯可由多元醇化合物与异氰酸酯化合物经本体聚合或悬浮聚合而制备。在聚氨酯的分子结构中，构成聚氨酯柔性链段的多元醇化合物可为聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚异丁二醇、聚四亚甲基二醇(PTMG)、聚己内酯、聚己二酸乙二酯或甘油。反之，作为聚氨酯硬性链段的异氰酸酯化合物，可使用例如4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、2，4-，2，6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、反-1，4-环己烷二异氰酸酯(CHDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、四甲基-1，3-二甲苯二异氰酸酯(TMXDI)、二聚酸二异氰酸酯(DDI)及六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)。必要时，为了调整聚氨酯的结构及物理性能，可另外使用催化剂如1，4-二氮杂双环辛烷及二月桂酸二丁基锡以及增链剂如1，4-丁二醇。虽然对聚氨酯的分子量范围并无特别限制，优选的是使用具有数万至数十万分子量的那些。其中，更优选的是聚醚型聚氨酯，其也用作聚合物电解质。在聚醚型聚氨酯中，用于聚醚型聚氨酯合成的多元醇成分，如PEG及PPG，-->在其分子链中包含多个醚键，且该些醚键位可与作为电极活性材料的锂过渡金属氧化物保持稳定的物理结合态。因此，添加聚醚型聚氨酯至电极还能发挥对电池的高温安全性的改进效果。可将氨基甲酸酯化合物和聚氨酯中的任一种或二者同时添加至电极或电解质，或添加至电极和电解质中。具有低分子量的氨基甲酸酯化合物可添加至电极和电解质这二者中。反之，当具有高分子量的聚氨酯添加至电解质时可导致锂离子的迁移性降低，因此优选的是添加至电极中。在广泛用作锂二次电池的阴极活性材料、具有层状晶体结构的活性材料及具有尖晶石晶体结构的活性材料中，具有尖晶石晶体结构的锂过渡金属化合物特别地在高温时显示相对低的安全性。因此，当将聚醚型聚氨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池，其包含电极组件和锂电解质，该电极组件由阴极、阳极和隔板组成，其中该电极和／或电解质包含在电池过充电时分解、且在分子结构中包含氨基甲酸酯基的化合物（“氨基甲酸酯化合物”）和／或聚合物（“聚氨酯”）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-4-20 10-2005-00329271.一种锂二次电池，其包含电极组件和锂电解质，该电极组件由阴极、阳极和隔板组成，其中该电极和/或电解质包含在电池过充电时分解、且在分子结构中包含氨基甲酸酯基的化合物(“氨基甲酸酯化合物”)和/或聚合物(“聚氨酯”)。2.如权利要求1所述的电池，其中，该氨基甲酸酯化合物或聚氨酯在相对于锂氧化还原电位超过4.5伏特时分解。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：金甫炫，刘光虎，朴炫佑，朴慧雄，刘智相，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]