CN104638216A - 可再充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

一种可再充电锂电池包括电极组件，电极组件包括正极、位于正极上的第一隔板、位于第一隔板上的负极和位于负极上的第二隔板，正极包括正极集流体，负极包括负极集流体。正极集流体和负极集流体均具有位于其两侧处的相应的未涂覆区域。第一隔板包括第一基板和位于第一基板的侧面上的包括无机材料的无机层，第一基板包括聚烯烃基树脂颗粒。第二隔板包括第二基板，第二基板包括聚烯烃基树脂颗粒，电极组件的最外侧区域和/或中心区域包括正极集流体的一个未涂覆区域、第一隔板、负极集流体的一个未涂覆区域和第二隔板。

Description

可再充电锂电池
技术领域
本公开的实施例的多个方面针对一种可再充电锂电池。
背景技术
可再充电锂电池包括正极、负极以及位于正极和负极之间的隔板。
隔板包括微孔，锂离子穿过微孔移动，隔板将正极和负极彼此电绝缘。当电池温度在预定的(或设定的)温度以上时，隔板通过切断(shut-down)功能来防止(或减小)电池的过热。
然而，这样的隔板具有如下限制：其不能充分地既执行正极和负极彼此的绝缘又执行切断功能以减小电池的过热。
发明内容
实施例的一个方面针对一种在电池的穿刺过程中具有改善的热安全性的可再充电锂电池。
根据一个实施例，一种可再充电锂电池包括电极组件，电极组件包括正极、位于正极上的第一隔板、位于第一隔板上的负极和位于负极上的第二隔板，正极包括正极集流体，负极包括负极集流体。正极集流体和负极集流体均具有位于其两侧处的相应的未涂覆区域。第一隔板包括第一基板和位于第一基板的侧面上的涂层，第一基板包括聚烯烃基树脂颗粒，涂层是包括无机材料的无机层或包括有机材料的有机层。第二隔板包括第二基板，第二基板包括聚烯烃基树脂颗。电极组件的最外侧区域和/或中心区域包括正极集流体的一个未涂覆区域、第一隔板、负极集流体的一个未涂覆区域和第二隔板。
涂层可以位于第一基板的一个侧面上，涂层可以面对负极集流体的一个未涂覆区域。
涂层可以位于第一基板的两个侧面上，第一基板的所述两个侧面可以彼此相对。
当涂层是作为第一涂层的无机层时，第一隔板还可以包括作为第二涂层的并且位于第一基板的至少一个侧面上的包含有机材料的有机层。可选地，当涂层是作为第一涂层的有机层时，第一隔板还包括作为第二涂层的并且位于第一基板的至少一个侧面上的包含无机材料的无机层。
第二隔板还可以包括包含有机材料的有机层，并且有机层可以位于第二基板的至少一个侧面上。
第一基板和第二基板可以均具有孔尺寸为大约0.01μm至大约1μm的孔。
第一基板和第二基板可以均具有大约6μm至大约25μm的厚度。
聚烯烃基树脂颗粒可以具有大约0.1μm至大约5μm的颗粒尺寸。
无机材料可以包括SiO2、Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH)、TiO2、BaTiO2、ZnO2、Mg(OH)2、MgO、Ti(OH)4、ZrO2、氮化铝、碳化硅、氮化硼或它们的组合。
无机材料可以包括颗粒尺寸为大约0.1μm至大约5μm的颗粒。
涂层可以具有大约0.5μm至大约7μm的厚度。
涂层还可以包括粘结剂，粘结剂可以包括丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、羟乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈、乙酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、丙烯酰类橡胶或它们的组合。
有机材料可以包括：聚合物颗粒，包括聚烯烃、聚烯烃衍生物、聚烯烃蜡、丙烯酰类聚合物或它们的组合；粘结剂，包括丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、羟乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈、乙酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、丙烯酰类橡胶或它们的组合；或它们的组合。
聚合物颗粒可以具有大约300至大约10000的重均分子量。
聚合物颗粒可以具有大约100nm至大约5μm的颗粒尺寸。
第二涂层可以具有大约1μm至大约6μm的厚度。
其它实施例包括在下面的详细描述中。
可以实现在电池的穿刺过程中具有改善的热安全性的可再充电锂电池。
附图说明
附图与说明书一起对本公开的实施例进行举例说明，并与描述一起用来解释本公开的原理。
图1是示出根据一个实施例的可再充电锂电池的透视图。
图2是图1中的A或B区域的放大透视图。
图3是示出在钉子穿刺试验过程中根据一个实施例的可再充电锂电池的电压行为与温度变化的曲线图。
图4是示出在钉子穿刺试验过程中根据参考示例1的可再充电锂电池的电压行为与温度变化的曲线图。
图5是包括光学显微镜照片的图表，所述光学显微镜照片示出在穿刺测试之后根据示例1和示例2以及参考示例1的可再充电锂电池单元的组件。
具体实施方式
在下文中，通过举例说明的方式示出并描述特定实施例。然而，这些实施例是示例，本公开不限于此。如本领域技术人员将认识到的，所公开的主题可以以许多不同的形式实施，且不应当被解释为局限于这里阐述的实施例。另外，在本公开的上下文中，当第一元件被称作“在”第二元件“上”时，第一元件可以直接在第二元件上，或者间接在第二元件上，此时二者之间存在一个或更多个中间元件。在整个说明书中，同样的附图标记指示同样的元件。
参照图1描述根据一个实施例的可再充电锂电池。
图1是根据一个实施例的可再充电锂电池的透视图。根据该实施例的可再充电锂电池是例如棱柱形电池，但本公开不限于此，本公开涉及各种电池，例如锂聚合物电池、圆柱形电池等。
参照图1，根据一个实施例的可再充电锂电池100包括电极组件140和容纳电极组件140的壳体150，电极组件140包括顺序堆叠的正极110、第一隔板130、负极120和第二隔板130'。可以用电解质浸渍正极110、负极120、第一隔板130和第二隔板130'。
正极110包括正极集流体。正极活性物质层位于正极集流体上(例如，位于正极集流体的至少一个表面上)。正极集流体还可以包括其上未设置有正极活性物质层的未涂覆(在图2中示出)区域112。例如，未涂覆区域可以基本上无正极活性物质。如这里使用的，术语“基本上”作为近似的术语使用，而不作为程度的术语使用。具体地说，如这里使用的，“基本上无正极活性物质”是指不存在大量正极活性物质，而可以存在一些痕量的正极活性物质。在一些实施例中，未涂覆区域完全无正极活性物质。正极集流体可以包括位于其两侧处的未涂覆区域。
负极120包括负极集流体。负极活性物质层位于负极集流体上(例如，位于负极集流体的至少一个表面上)。负极集流体还可以包括其上未设置有负极活性物质层的未涂覆区域122(在图2中示出)。例如，未涂覆区域可以基本上无负极活性物质。如这里使用的，术语“基本上”作为近似的术语使用，而不作为程度的术语使用。具体地说，如这里使用的，“基本上无负极活性物质”是指不存在大量负极活性物质，而可以存在一些痕量的负极活性物质。在一些实施例中，未涂覆区域完全无负极活性物质。负极集流体可以包括位于其两侧处的未涂覆区域。
第一隔板130可以包括第一基板。第一隔板130还可以包括位于第一基板的至少一个侧面(面或侧)上的涂层，涂层包括无机层和有机层中的至少一个。
第二隔板130'可以包括第二基板。第二隔板130'还可以包括位于第二基板的至少一个侧面(面或侧)上的无机层和有机层中的至少一个。
第一隔板130和第二隔板130'可以彼此不同。例如，第一隔板130和第二隔板130'可以彼此不同，例如，第一隔板130可以具有较低的热收缩率，而第二隔板130'可以具有较高的热收缩率。具体地说，第一隔板130可以具有比第二隔板130'低的热收缩率。
根据一个实施例，可以通过在正极集流体的未涂覆区域和负极集流体的未涂覆区域之间设置具有较低的热收缩率的第一隔板并通过同时(或并进地)在正极集流体的未涂覆区域和负极集流体的未涂覆区域之间设置具有较高的热收缩率的第二隔板作为与第一隔板分开(独立于第一隔板)的层来形成电极组件140的最外侧(最外)区域和中心部分(区段或区域)中的至少一个部分。换言之，电极组件140的最外侧区域和中心部分中的至少一个部分可以具有正极集流体的未涂覆区域、第一隔板、负极集流体的未涂覆区域和第二隔板顺序堆叠的结构。在电池穿刺试验中，电池具有由穿刺电池的外部或外来物质引起的内部短路，这产生了热，并提高了电池的内部温度。根据本公开的实施例，具有较高的热收缩率的第二隔板易于熔化，由此阻止或减少在发生穿刺的区域处热的累积或集中，促进热消散，因此改善电池的穿刺安全性。同时(或并进地)，由于包括在第一隔板的无机层中的无机材料，具有较低的热收缩率的第一隔板可以进一步改善电池的安全性。
根据本公开的实施例，电极组件具有位于电极的未涂覆区域之间的上述结构，因此，可以提供在电池的穿刺过程中具有良好的热安全性的可再充电锂电池。
在图1中，A区域对应于电极组件140的中心部分，B区域对应于电极组件140的最外侧区域。
图2是图1中的A或B区域的放大透视图。
参照图2，电极组件140的最外侧区域(B区域)和中心部分(A区域)中的至少一个部分可以具有正极集流体的未涂覆区域112、第一隔板130、负极集流体的未涂覆区域122和第二隔板130'顺序堆叠的结构。
具有较低的热收缩率的第一隔板可以包括例如第一基板和位于第一基板的至少一个侧面上的无机层，第一基板包括聚烯烃基(基于聚烯烃的)树脂颗粒，无机层包括无机材料。换言之，无机层可以设置在第一基板的两个侧面上或仅设置在第一基板的一个侧面上。当无机层仅设置在第一基板的一个侧面上时，无机层设置为面对负极集流体的未涂覆区域。
第一隔板还可以包括包含有机材料的有机层，并且有机层可以设置在第一基板的至少一个侧面上。例如，有机层可以设置在无机层上。在可选的实施例中，第一隔板还可以包括包含无机材料的无机层，并且无机层可以设置在第一基板的至少一个侧面上，例如，无机层设置在有机层上。
具有较高的热收缩率的第二隔板可以包括例如第二基板，第二基板包括聚烯烃基树脂颗粒。换言之，在一些实施例中，与第一隔板相比，第二隔板没有包括无机层(例如，第二隔板不包括无机层)。第二隔板可以包括包含有机材料的有机层，其设置在第二基板的至少一个侧面上。
聚烯烃基树脂颗粒是具有较高的热收缩率的材料，并可以包括例如聚乙烯基树脂、聚丙烯基树脂或它们的组合，但聚烯烃基树脂颗粒不限于此。
聚烯烃基树脂颗粒的颗粒尺寸可以为大约0.1μm至大约5μm，或者例如大约0.5μm至大约3μm。当聚烯烃基树脂颗粒的颗粒尺寸在上述范围中的任意范围内时，锂离子的迁移阻力以及诸如有机层和无机层的涂层的厚度被最小化(或减小)，因此，可以确保(例如，提供或改善)可再充电锂电池的性能。
第一基板和第二基板均可以包括孔(例如，多个孔)。锂离子可以穿脱孔迁移。
孔的孔尺寸可以为大约0.01μm至大约1μm，或者例如大约0.1μm至大约1μm。当孔的孔尺寸在上述范围中的任意范围时，可以防止因锂枝晶的形成引起的内部短路(或可以减小这种短路的可能性)，可以使锂离子的迁移阻力最小化(或可以减小锂离子的迁移阻力)，并可以确保(例如，提供或改善)可再充电锂电池的性能和安全性。
第一基板和第二基板的厚度均可以为大约6μm至大约25μm，或者例如大约7μm至大约20μm。当第一基板和/或第二基板的厚度在上述范围中的任意范围内时，可以确保(例如，提供或改善)由于良好的物理特性所带来的可再充电锂电池的安全性，同时确保(例如，提供或改善)可再充电锂电池的容量。
无机材料可以包括SiO2、Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH)、TiO2、BaTiO2、ZnO2、Mg(OH)2、MgO、Ti(OH)4、ZrO2、氮化铝、碳化硅、氮化硼或它们的组合，但无机材料不限于此。
无机材料的颗粒尺寸可以为大约0.1μm至大约5μm，或者例如大约0.3μm至大约1μm。当无机材料的颗粒尺寸在上述范围中的任意范围内时，无机材料的颗粒可以被均匀地涂覆，并可以使锂离子的阻力最小化(或减小锂离子的阻力)，因此可以确保(例如，提供或改善)可再充电锂电池的性能。
无机层的厚度可以为大约0.5μm至大约7μm，或者例如大约1μm至大约6μm。当无机层的厚度在上述范围中的任意范围内时，可以进一步改善可再充电锂电池的安全性。
除了无机材料之外(或除无机材料以外)，无机层还可以包括粘结剂。
例如，粘结剂可以包括丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、羟乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈、乙酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、丙烯酰类橡胶或它们的组合，但本公开不限于此。例如，粘结剂可以包括丁苯橡胶(SBR)、丁苯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素(CMC)的混合物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯-丙烯酸共聚物或丙烯酰类橡胶。
有机材料可以包括：聚合物颗粒，包括聚烯烃、聚烯烃衍生物、聚烯烃蜡、丙烯酰类聚合物或它们的组合；粘结剂，包括丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、羟乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈、乙酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、丙烯酰类橡胶或它们的组合；或它们的组合，但本公开不限于此。
当有机材料包括聚合物颗粒时，聚合物颗粒的重均分子量可以为大约300至大约10000，或者例如大约2000至大约6000。聚合物颗粒的颗粒尺寸可以为大约100nm至大约5μm，或者例如大约200nm至大约3μm。当有机材料的重均分子量在上述范围中的任意范围内，并且聚合物颗粒的颗粒尺寸在上述范围中的任意范围内时，锂离子的迁移阻力可以被最小化(或减小)，因此，可以确保(例如，提供或改善)可再充电锂电池的性能。
有机层的厚度可以为大约1μm至大约6μm，或者例如大约3μm至大约6μm。当有机层的厚度在上述范围中的任意范围内时，可以制造薄的可再充电锂电池，并且还可以防止(或减小)在充电和放电循环重复时电池的膨胀。
正极集流体可以是铝，但正极集流体不限于此。
正极活性物质层包括正极活性物质。
正极活性物质可以是能够嵌入和脱嵌锂的化合物(例如，锂化插层化合物)。例如，正极活性物质可以包括锂金属氧化物，但正极活性物质不限于此。
锂金属氧化物可以例如是钴、锰、镍和铝中的至少一种与锂的氧化物，但锂金属氧化物不限于此。例如，锂金属氧化物可以是由下面的化学式表示的化合物中之一。
LiaA1-bXbD2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)；LiaA1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaE1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaE2-bXbO4-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobXcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbXcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNibEcGdO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn1-bGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn1-gGgPO4(0.90≤a≤1.8，0≤g≤0.5)；LiQS2；LiV2O5；LiZO2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)；LiFePO4。
在上面的化学式中，A是Ni、Co、Mn或它们的组合；X是Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或它们的组合；D是O、F、S、P或它们的组合；E是Co、Mn或它们的组合；T是F、S、P或它们的组合；G是Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或它们的组合；Q是Ti、Mo、Mn或它们的组合；Z是Cr、V、Fe、Sc、Y或它们的组合；J是V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或它们的组合。
锂金属氧化物可以是例如锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物或它们的组合，在它们之中，例如，可以使用锂镍钴锰氧化物和锂镍钴铝氧化物的混合物。
除了正极活性物质之外(或除正极活性物质以外)，正极活性物质层还可以包括粘结剂和导电材料。
粘结剂改善正极活性物质颗粒彼此间以及正极活性物质与正极集流体的结合性质。粘结剂的示例可以包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但粘结剂不限于此。
导电材料改善电极的导电性。可以使用任何适当的导电材料作为该导电材料，除非其在电池中引起化学变化。导电材料的示例可以包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维等；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物等；或者它们的混合物，但导电材料不限于此。
负极集流体可以使用(或包括)铜箔。
负极活性物质层可以包括负极活性物质、粘结剂和可选的导电材料。
负极活性物质可以包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金、能够掺杂和脱掺杂锂的材料或过渡金属氧化物，但负极活性物质不限于此。
可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料可以是碳材料，碳材料可以是可再充电锂电池中常用的任何适当的碳基负极活性物质。碳材料的示例可以包括结晶碳、非晶碳或它们的混合物，但碳材料不限于此。结晶碳的示例可以包括石墨，例如无定形的、板形的、薄片形的、球形的或纤维形状的天然石墨或人造石墨，非晶碳的示例可以包括软碳或硬碳、中间相沥青碳化产物、烧制焦炭等。
锂金属合金可以是锂与从Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al和Sn中选择的金属的合金，但锂金属合金不限于此。
能够掺杂和脱掺杂锂的材料可以是Si、SiOx(0<x<2)、Si-C复合物、Si-Q合金(其中，Q是碱金属、碱土金属、第13族至第16族元素、过渡金属、稀土元素或它们的组合，且不为Si)、Sn、SnO2、Sn-C复合物、Sn-R合金(其中，R是碱金属、碱土金属、第13族至第16族元素、过渡金属、稀土元素或它们的组合，且不为Sn)等，可以将上述中的至少一种与SiO2混合。Q和R的示例可以包括Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Tl、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po或它们的组合。
过渡金属氧化物可以是氧化钒、氧化锂钒等，但过渡金属氧化物不限于此。
粘结剂改善负极活性物质颗粒彼此间的结合性质以及负极活性物质与负极集流体的结合性质。粘结剂可以包括非水溶性粘结剂、水溶性粘结剂或它们的组合。
非水溶性粘结剂的非限制性示例包括聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺和它们的组合。
水溶性粘结剂的非限制性示例包括丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、丙烯与C2至C8烯烃的共聚物、(甲基)丙烯酸与(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物以及它们的组合。
当使用水溶性粘结剂作为负极粘结剂时，还可以包括纤维素类化合物来提供粘度。纤维素类化合物可以包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和它们的碱金属盐中的一种或更多种。碱金属可以是Na、K或Li。基于100重量份的负极活性物质，可以包括大约0.1重量份至大约3重量份的量的纤维素类化合物。
导电材料改善电极的导电性。可以使用任何适当的导电材料作为该导电材料，除非其在电池中引起化学变化。导电材料的示例可以包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维等；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物等；或者它们的混合物，但导电材料不限于此。
电解质包括非水有机溶剂和锂盐。
非水有机溶剂用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的媒介。非水有机溶剂可以是碳酸酯类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂或非质子溶剂，但非水有机溶剂不限于此。
碳酸酯类溶剂的示例可以包括例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸乙甲酯(EMC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等，但碳酸酯类溶剂不限于此。
例如，非水有机溶剂可以包括链状碳酸酯化合物或环状碳酸酯化合物。当混合链状碳酸酯化合物和环状碳酸酯化合物时，可以提供具有高介电常数和低粘度的有机溶剂。在一些实施例中，环状碳酸酯化合物和链状碳酸酯化合物以范围为大约1:1至大约1:9的体积比混合在一起。
酯类溶剂的示例可以包括例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸1,1-二甲基乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯等，但酯类溶剂不限于此。醚类溶剂的示例可以包括例如二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃等，酮类溶剂的示例可以包括环己酮等，但醚类溶剂和酮类溶剂不限于此。另外，醇类溶剂的示例可以包括乙醇、异丙醇等，但醇类溶剂不限于此。
非水有机溶剂可以单独地或以混合物的形式使用。当以混合物的形式使用有机溶剂时，可以根据期望的电池性能控制混合比。
电解质还可以包括过充电抑制添加剂，例如碳酸亚乙酯、焦碳酸酯等。
锂盐溶于有机溶剂中，在电池中提供锂离子，总体上促成可再充电锂电池的操作，并且改善锂离子在其中的正极和负极之间的传输。
锂盐的示例可以包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中，x和y是自然数，例如1至20的整数)、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(二草酸硼酸锂，LiBOB)或它们的组合，但锂盐不限于此。
锂盐可以以大约0.1M至大约2.0M的浓度使用(或存在)。当包括处于以上浓度范围内的锂盐时，电解质可由于适当的(或最佳的)电解质导电率和粘度而具有良好的性能和锂离子迁移率。
在下文中，参照示例对本公开的实施例进行举例说明。然而，这些实施例是示例，本公开不限于此。
示例1
(正极的制造)
将97.4wt％LiCoO2、1.3wt％炭黑和1.3wt％聚偏二氟乙烯加入到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂中，以制备浆料。将浆料以预定的(或设定的)距离和区域涂覆在铝(Al)箔上，干燥并辊压，以制造正极。在铝箔上，该正极具有正极活性物质层区域和不具有正极活性物质层的未涂覆区域。
(负极的制造)
将97.5wt％石墨、1.5wt％丁苯橡胶(SBR)和1wt％羧甲基纤维素(CMC)加入到作为溶剂的水中，以制备浆料。将浆料以预定的(或设定的)距离和区域涂覆在铜箔上，干燥并辊压，以制造负极。在铜箔上，该负极具有负极活性物质层区域和不具有负极活性物质层的未涂覆区域。
(隔板的制造)
第一隔板
在水中混合95wt％的颗粒尺寸为0.6μm的AlO(OH)和5wt％丁苯橡胶(SBR)，以制备无机层组合物。另外，通过在水中混合97.5wt％丙烯酰类聚合物(FA016A，可获自于Asahi Inc.，重均分子量：大约8000，颗粒尺寸：大约300nm)和2.5wt％丁苯橡胶(SBR)来制备有机层组合物。
将无机层组合物涂覆在孔尺寸为0.1μm至1μm的聚乙烯基板的一个侧面上，以形成无机层，并将有机层组合物涂覆在得到的基板(具有位于其一个侧面上的无机层)的两个侧面上，以形成有机层，由此制造隔板。这里，有机层被形成为具有点状图案。另外，基板为12μm厚。位于基板的一个侧面上的无机层的厚度为4μm，位于基板的两个侧面上的有机层的总厚度为2μm。所得到的隔板在120℃下保持1小时具有1％的热收缩率。
第二隔板
使用聚乙烯隔板。该隔板在120℃下保持1小时具有5％的热收缩率。
(电解质的制备)
如下制备电解质：以25:5:40:30的体积比混合碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸乙甲酯和碳酸二乙酯，以制备混合溶剂；并向其中加入1.15M LiPF6。
(可再充电锂电池单元的制造)
如下制造可再充电锂电池单元：顺序地堆叠并螺旋卷绕正极、第一隔板、负极和第二隔板，以制造电极组件；然后，在其中注入电解质。这里，电极组件的最外侧区域和中心部分中的至少一个部分具有通过顺序地堆叠且螺旋卷绕正极集流体的未涂覆区域、第一隔板、负极集流体的未涂覆区域和第二隔板所形成的结构。
示例2
除了代替聚乙烯隔板而使用如在下面的描述中制造的隔板作为第二隔板之外，如在示例1中那样来制造可再充电锂电池单元。
通过在具有孔尺寸为0.1μm至1μm的孔的聚乙烯基板的两个侧面上涂覆有机层组合物来制造隔板。这里，聚乙烯基板为16μm厚，当有机层位于基板的两个(双)侧面(基板的彼此相对的两个侧面)上时，有机层总计为2μm厚。
参考示例1
除了代替聚乙烯隔板而使用在示例1中用作第一隔板的隔板作为第二隔板之外，如在示例1中那样来制造可再充电锂电池单元。
评价1：钉子穿刺试验
当直径为2.5Φ(2.5mm)的钉子以100mm/秒的速度穿刺根据示例1和示例2以及参考示例1的电池单元时，测量可再充电锂电池单元的各电压与温度之间的关系。在图3至图4中示出了穿刺试验的结果。
当对示例1、示例2和参考示例1的各自的10个电池单元执行穿刺试验时，根据示例1和示例2的10个电池单元均显示出与如图3中示出的情形1一致的结果。另外，根据参考示例1的电池单元显示出与如图4中示出的情形2一致的结果。
图3是示出可再充电锂电池单元的钉子穿刺试验中的电压行为和温度变化的另一模式(情形1)的曲线图，图4是示出可再充电锂电池的钉子穿刺试验中的电压行为和温度变化的又一模式(情形2)的曲线图。
与情形1对应的图3显示出：在穿刺部分中出现负极集流体的毛刺(burr)和正极集流体的硬短路(hard short circuit)，穿刺部分中的聚乙烯隔板熔化，并另外产生短路且降低硬短路区域中的能量，因此，毛刺未熔化，且保持短路区域。在这种情况下，电压未完全耗尽，在预定的(或设定的)时间内电流流经短路区域，因此，电池单元的表面上的温度升至100℃左右，并缓慢地降回至室温。
与情形2对应的图4显示出：在首次短路发生之后，由于陶瓷涂覆的隔板，正极集流体的毛刺未熔化，从而二次短路发生点燃。
参照图3至图4，因为通过在电极的未涂覆区域之间设置具有小的热收缩率的隔板所形成的参考示例1的可再充电锂电池单元显示出情形2的结果，所以与参考示例1的电池相比，通过在电极的未涂覆区域之间分别设置具有较大的热收缩率的隔板和具有较小的热收缩率的另一隔板所形成的示例1和示例2的可再充电锂电池单元显示出穿刺过程中良好的热安全性。
另外，在穿刺试验之后分解(拆开)电池单元，并利用光学显微镜检查Al箔、第一隔板、Cu箔和第二隔板，结果示出在图5中。
图5是在根据示例1和示例2以及参考示例1的可再充电锂电池单元的穿刺试验之后包括分解的电池单元的组件的光学显微镜照片的图表。
参照图5，与通过在电极的未涂覆区域之间仅设置具有小的热收缩率的隔板所形成的可再充电锂电池单元相比，通过在电极的未涂覆区域之间分别设置具有较大的热收缩率和具有较小的热收缩率的各个隔板所形成的根据示例1和示例2的可再充电锂电池单元显示出Al箔的损失部分较小且第二隔板熔化较多。因此，根据本公开的实施例的可再充电锂电池单元显示出良好的穿刺安全性。
虽然已经结合目前被视为实际的实施例的内容描述了本公开，但应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包括在所附权利要求及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (20)

1.一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括：
电极组件，包括正极、位于正极上的第一隔板、位于第一隔板上的负极和位于负极上的第二隔板，正极包括正极集流体，负极包括负极集流体，
其中，正极集流体和负极集流体均具有位于其两侧处的相应的未涂覆区域，
第一隔板包括第一基板和位于第一基板的侧面上的涂层，第一基板包括聚烯烃基树脂颗粒，涂层是包括无机材料的无机层或包括有机材料的有机层，
第二隔板包括第二基板，第二基板包括聚烯烃基树脂颗粒，
电极组件的最外侧区域和/或中心区域包括正极集流体的一个未涂覆区域、第一隔板、负极集流体的一个未涂覆区域和第二隔板。
2.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，涂层位于第一基板的一个侧面上，
涂层面对负极集流体的一个未涂覆区域。
3.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，涂层位于第一基板的两个侧面上，第一基板的所述两个侧面彼此相对。
4.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，当涂层是作为第一涂层的无机层时，第一隔板还包括作为第二涂层的包含有机材料的有机层，并且第二涂层位于第一基板的至少一个侧面上，或者当涂层是作为第一涂层的有机层时，第一隔板还包括作为第二涂层的包含无机材料的无机层，并且第二涂层位于第一基板的至少一个侧面上。
5.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，第二隔板还包括位于第二基板的至少一个侧面上的包含有机材料的有机层。
6.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，第一基板和第二基板均具有孔尺寸为0.01μm至1μm的孔。
7.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，第一基板和第二基板均具有6μm至25μm的厚度。
8.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，聚烯烃基树脂颗粒具有0.1μm至5μm的颗粒尺寸。
9.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，无机材料包括SiO2、Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH)、TiO2、BaTiO2、ZnO2、Mg(OH)2、MgO、Ti(OH)4、ZrO2、氮化铝、碳化硅、氮化硼或它们的组合。
10.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，无机材料包括颗粒尺寸为0.1μm至5μm的颗粒。
11.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，涂层具有0.5μm至7μm的厚度。
12.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，涂层还包括粘结剂。
13.根据权利要求12所述的可再充电锂电池，其中，粘结剂包括丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈、乙酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、丙烯酰类橡胶或它们的组合。
14.根据权利要求1所述的可再充电锂电池，其中，有机材料包括：聚合物颗粒，包括聚烯烃、聚烯烃衍生物、聚烯烃蜡、丙烯酰类聚合物或它们的组合；粘结剂，包括丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈、乙酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、丙烯酰类橡胶或它们的组合；或它们的组合。
15.根据权利要求14所述的可再充电锂电池，其中，聚合物颗粒具有300至10000的重均分子量。
16.根据权利要求14所述的可再充电锂电池，其中，聚合物颗粒具有100nm至5μm的颗粒尺寸。
17.根据权利要求4所述的可再充电锂电池，其中，第二涂层具有1μm至6μm的厚度。
18.根据权利要求5所述的可再充电锂电池，其中，第二隔板的有机层中包含的有机材料包括：聚合物颗粒，包括聚烯烃、聚烯烃衍生物、聚烯烃蜡、丙烯酰类聚合物或它们的组合；粘结剂，包括丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯腈、乙酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、丙烯酰类橡胶或它们的组合；或它们的组合。
19.根据权利要求18所述的可再充电锂电池，其中，聚合物颗粒具有300至10000的重均分子量。
20.根据权利要求18所述的可再充电锂电池，其中，聚合物颗粒具有100nm至5μm的颗粒尺寸。
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