锂二次电池制造技术

本发明专利技术公开一种锂二次电池，其包含有一设置于正极活性材料端的离子释出剂和/或一设置于负极活性材料端的锂接收剂，离子释出剂和/或锂接收剂并不参与所述锂二次电池的充放电运作。该离子释出剂吸收所述锂二次电池升温所产生的热能并释出反应阳离子，所述反应阳离子填入正极活性材料端的已脱锂空位，使正极活性材料晶格稳定化，以避免氧原子释出，而锂接收剂将接收负极活性材料端扩散出的锂，以降低负极活性材料端的锂浓度，使负极活性材料端回复到低能稳定态，以有效抑制锂二次电池产生热失控。控。

【技术实现步骤摘要】
锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种锂二次电池，尤指一种可有效抑制热失控的锂二次电池。
现有技术
[0002]由于锂离子电池广泛应用于各种产品，如交通运输工具、消费性与工业应用的穿戴产品、可携设备与储能设备等等，几乎遍及人类日常生活上的各领域，但锂离子电池意外事件时有所闻，例如手机电池、电动车起火爆炸的事故，这些都是因为锂离子电池在安全性问题上仍缺乏全面性有效的解决方案。
[0003]引起锂二次电池起火爆炸等不安全的主要根本因素是热失控，而锂二次电池热失控主要的原因是热，也就是温度导致的电池内固态电解质膜(solid electrolyte interface；SEI)、电解质、黏结剂、正负极活性材料等各物质逐步热裂解的放热反应。目前对热失控的抑制方式可依安全机制反应发生的位置来区分为在电芯外与在电芯内部两种。在电芯外的主要是利用数字运算仿真的监控系统，在电芯内的可区分为采用物理方式或化学方式。在电芯外的数字监控系统部分是在电芯外部加载专用保护电路及设置专用管理系统等多种技术来增强电池使用过程的安全性监控。在电芯内的物理方式例如热闭孔隔膜(thermal shutdown separator)，其当电池芯不正常升温时，封闭隔膜的孔洞，以阻断离子的通过。在电芯内的化学方式可以区分为程度控制型或者电化学反应型。程度控制型例如添加阻燃剂至电解质中，以控制热失控的程度。电化学反应型的范例举例来说有下列几种：1.将单体(monomer)或者寡聚体(oligmar)加入电解液内，当温度上升时会产生聚合，以降低离子迁移的速度，而使离子导电度随温度上升而下降，电芯内电化学反应速度的变缓。2.在正极层或负极层与相邻的集电层间夹设一正温系数热敏电阻材料(positive temperature coefficient；PTC)，当电芯温度升高时，电子绝缘能力增强，而使正极层或负极层与相邻的集电层间的电子传递能力变差，使电化学反应速度降低。3.在正极活性材料表面形成一修饰层，当高温时，修饰层转成为致密膜，增加电荷转移的阻值，而使电化学反应速度降低。
[0004]但上述的方式都仅是针对电化学电子或离子传导途径进行消极阻挡或抑制，并没有由热失控最大能量释出端与整个电化学反应驱动的主体，也就是活性材料进行热失控的抑制。
[0005]有鉴于此，本专利技术提出一种崭新的锂二次电池结构，其由活性材料端着手解决锂二次电池的热失控问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种锂二次电池，其包含有一设置于正极活性材料端的离子释出剂，其并不参与所述锂二次电池的充放电运作。所述离子释出剂受热释出反应阳离子，以填入正极活性材料端的已脱锂空位，使正极活性材料端晶格稳定化，避免氧原子释出，以有效抑制锂二次电池产生热失控。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供一种锂二次电池，其包含有一设置于负极活性材料端的锂接收剂，其可供过量嵌设于所述负极活性材料端的锂扩散转移至所述锂接收剂，以降低所述负极活性材料端的锂浓度，使负极活性材料端回到低能稳定态，有效避免锂二次电池发生热失控。
[0008]本专利技术的又一目的在于提供一种锂二次电池，其包含有一设置于正极活性材料端的离子释出剂与一设置于负极活性材料端的锂接收剂，所述离子释出剂受热释出反应阳离子，以填入正极活性材料端的已脱锂空位，使正极活性材料晶格稳定化，避免氧原子释出，在负极活性材料端过量嵌设于所述负极活性材料端的锂将可扩散至所述锂接收剂，降低所述负极活性材料端的锂浓度，使负极活性材料端形成低能稳定态，以有效避免锂二次电池发生热失控。
[0009]为达上述目的，本专利技术提供一种锂二次电池，其包含有一正极活性材料端；一负极活性材料端；以及一位于所述正极活性材料端与所述负极活性材料端之间的电解质系统，其允许锂离子在正极活性材料端与负极活性材料端移动，以进行充电与放电的电化学反应。在正极活性材料端添加有一在所述电化学反应中呈现惰性的离子释出剂，其包含有一阴离子团以及一与所述阴离子团键结的反应阳离子，所述离子释出剂吸收热能后释出反应阳离子。所述反应阳离子填入正极活性材料端的已脱锂空位，使正极活性材料晶格稳定化，避免氧原子释出，以避免热失控。
[0010]本专利技术还提供一种锂二次电池，其包含有一正极活性材料端；一负极活性材料端；以及一位于所述正极活性材料端与所述负极活性材料端之间的电解质系统，其允许锂离子在正极活性材料端与负极活性材料端移动，以进行充电与放电的电化学反应。在负极活性材料端添加有一在所述电化学反应中呈现惰性的锂接收剂，其可以与锂形成锂合金或锂化合物，所述锂接收剂可以接收负极活性材料端所扩散出的锂原子，使所述负极活性材料端趋向原材料的稳定状态。
[0011]本专利技术还提供一种锂二次电池，其包含有一正极活性材料端；一负极活性材料端；以及一位于所述正极活性材料端与所述负极活性材料端之间的电解质系统，其允许锂离子在正极活性材料端与负极活性材料端移动，以进行充电与放电的电化学反应。在正极活性材料端添加有一在所述电化学反应中呈现惰性的离子释出剂，其包含有一阴离子团以及一与所述阴离子团键结的反应阳离子，所述离子释出剂吸收热能释出反应阳离子。此反应阳离子填入正极活性材料端的已脱锂空位，使正极活性材料晶格稳定化，避免氧原子释出。在负极活性材料端添加有一在所述电化学反应中呈现惰性的锂接收剂，其可以与锂形成锂合金或锂化合物。所述锂接收剂接收由负极活性材料端所扩散出的锂原子，以降低负极活性材料端的锂浓度，使所述负极活性材料端回到稳定状态。
[0012]以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本专利技术的目的、
技术实现思路
、特点及其所达成的功效。
附图说明
[0013]图1是有无磷酸钠作为离子释出剂的正极活性材料端的X光衍射(XRD)对照图。
[0014]图2是有无硝酸钾或硝酸钠作为离子释出剂的正极活性材料端的X光衍射(XRD)对照图。
[0015]图3是有无离子释出剂的样品的DSC对照图。
具体实施方式
[0016]为了让本专利技术的优点，精神与特征可以更容易明确的了解，后续将以实施例进行详述与讨论。需声明的是这些实施例仅为本专利技术代表性的实施例，并不以此局限本专利技术的实施方式与请求范畴。提供这些实施例的目的仅是让本专利技术的公开内容更加透彻与易于了解。
[0017]在本专利技术公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并非在限制本专利技术所公开的各种实施例。除非有清楚的另外指示，所使用的单数形式也包含复数形式。除非另有限定，否则在本说明书中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)具有与本专利技术公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。上述术语(诸如在一般使用辞典中限定的术语)将被解释为具有与在相同
中的语境含义相同的含义，并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本专利技术公开的各种实施例中被清楚地限定。
[0018]在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一具体实施例”等地描述意指结合该实施例描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂二次电池，其特征在于，所述锂二次电池包含有：一正极活性材料端，其具有一正极活性材料；一负极活性材料端，其具有一负极活性材料；一电解质系统，其位于所述正极活性材料端与所述负极活性材料端，所述电解质系统允许锂离子在所述正极活性材料端与所述负极活性材料端移动，以进行充电与放电的电化学反应；以及一离子释出剂，其设置于所述正极活性材料端，所述离子释出剂在所述电化学反应中呈现惰性，所述离子释出剂包含有一阴离子团以及一与所述阴离子团键结的反应阳离子，所述离子释出剂吸收热能而释出所述反应阳离子，以掺染所述正极活性材料端使所述正极活性材料失活；其中所述反应阳离子选自钠或钾。2.如权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述阴离子团选自硝酸根(NO3‑
)、亚硝酸根(NO2‑
)、次硝酸根(NO
‑
)、四羟基合铝酸根(Al(OH)4‑
)、磷酸根(PO
43
‑
)、焦磷酸根(P2O
74
‑
)、碳酸氢根离子(HCO3‑
)、铝硅酸根离子(AlSiO4‑
)、四硼酸根离子(B4O
72
‑
)、碳酸根(CO
32
‑
)、三氟甲磺酸根(CF3SO3‑
)、硅酸根(SiO3‑
)、聚苯乙烯磺酸根(PSS
‑
)、磷酸氢根(HPO
42
‑
)、亚硫酸根(SO
32
‑
)、次磷酸根(H2PO2‑
)、亚磷酸根(HPO
32
‑
)、次二磷酸根(P2O6‑
)、三偏磷酸根(P3O
93
‑
)、偏硼酸根(BO2‑
)、硼酸根(BO3‑
)、四聚磷酸根(P4O
136
‑
)、焦硫酸根(SO
72
‑
)、硫代硫酸根(S2O
32
‑
)、过氧一硫酸根(SO
52
‑
)、过二硫酸根(S2O
82
‑
)、连二硫酸根(S2O
62
‑
)、连二亚硫酸根(S2O
42
‑
)、三聚磷酸根(P3O
105
‑
)、二硼酸根(B2O
54
‑
)、磷酸二氢根(H2PO4‑
)、全氟丁烷磺酸根(SO3C4F9‑
)、三氟甲基亚磺酸根(SO2CF3‑
)或焦亚硫酸根(S2O
52
‑
)。3.如权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，阴离子团结构为非对称性。4.如权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述离子释出剂位于所述正极活性材料的颗粒间或者位于所述正极活性材料端的表面。5.如权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，还包含有一锂接收剂，其位于所述负极活性材料的颗粒间或者所述负极活性材料端的表面，所述锂接收剂不参与电化学反应，所述锂接收剂的材料能与锂形成锂合金或者锂化合物，所述负极活性材料在一第一操作电压与锂产生反应，所述锂接收剂在一第二操作电压与锂产生反应，所述第一操作电压与所述第二操作电压不相同。6.如权利要求5所述的锂二次电池，其特征在于，所述锂接收剂为无机材料或有机高分子，其中无机材料选自Li4Ti5O
12
、Fe4(P2O7)3、FeS2、TiS2、Cu2P2O7或其混合物，有机高分子为聚酰亚胺bpolyimide；PI)、聚酰亚胺衍生物或其混合物。7.如权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述离子释出剂不会在极性溶液中解离。8.一种锂二次电池，其特征在于，所述锂二次电池包含有：一正极活性材料端，其具有一正极活性材料；一负极活性材料端，其具有一负极活性材料；一电解质系统，其位于所述正极活性材料端与所述负极活性材料端之间，所述电解质系统传递锂离子在所述正极活性材料端与所述负极活性材料端移动，以进行充电与放电的电化学反应；以及
一锂接收剂，其设置于所述负极活性材料端，所述锂接收剂不参与所述负极活性材料的电化学反应，所述锂接收剂的材料能与锂形成锂合金或者锂化合物；其中所述负极活性材料在一第一操作电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨思枬，
申请(专利权)人：辉能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：