CN106898808B - 锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安全性提高的锂二次电池，更详细地，所述锂二次电池包括：外装材料；胶状卷层叠体，容纳于所述外装材料内部，层叠有胶状卷，所述胶状卷包括多个电极板和配置在所述多个电极板之间的隔膜；以及导热板，设置在至少一个胶状卷之间，从而可以迅速分散内部短路时产生的高热，以降低温度的上升，提高安全性。

Description

锂二次电池
技术领域
本发明涉及一种锂二次电池。
背景技术
近年来，正在积极地研发和生产移动电话、笔记本电脑、摄录机等紧凑(Compact)且轻量化的电气/电子设备，而这种电气/电子设备内置有电池组，以便在没有其他电源的场所也能够运行。
并且，正在研发和生产混合动力汽车(Hybrid Vehicles，HV)、电动汽车(ElectricVehicles，EV)等利用马达的汽车，而这种汽车中也内置有能够驱动马达的电池组。为了驱动一段时间的电气/电子设备或汽车，如上所述的电池组具备至少一个电池，以便输出预定电平的电压。
从经济方面考虑，近年来电池组使用能够充电/放电的二次电池。在二次电池中，锂二次电池是现有二次电池中单位电池电压(3.0至3.7V)最高、能量密度高、无记忆效应、在不使用时发生自然放电的程度小且非常轻的电池，因此广泛应用于笔记本电脑、照相机、移动电话等便携式电子设备中。除此之外，基于能量密度高的特性，在国防工业或自动化系统以及汽车、航空工业领域中也呈现出了使用频率逐渐增加的趋势。
另外，随着电池使用的增加，对其安全性的要求也不断提高，例如，有可能出现受外部冲击而变形或者尖锐物贯穿电池组等问题。尤其，如电动汽车在发生事故等状况时，电池组被贯穿的可能性变高。
在这种电池组被贯穿的情况下，当充电状态的阴极和阳极物理性接触且高电流瞬间流过贯穿的周边时，可能会发生电池组异常发热以及热失控的现象。即，有机电解液用作电池燃烧反应的燃料，当自发进行燃烧反应，且燃烧热在电池单元内部积累时，温度不断上升，从而诱导连续的热解反应。因此，可导致安装有电池组的设备或装置的起火或爆炸。
尤其，对于如电动汽车等的运输装置，贯穿安全性是与利用运输装置的人命直接相关的问题，因此，无法确保贯穿安全性时，只能对锂二次电池应用在运输装置中的情况进行限制，在如汽车等需要供给大容量电源的领域中，电池的安全性成为越来越重要的因素。
在此方面，韩国公开专利第2013-0042920号中公开了具备一个以上的包含起泡剂的袋的二次电池，但其并没有提出针对上述问题的对策。
【现有技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)韩国公开专利第2013-0042920号
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的在于，提供一种能够迅速分散因贯穿等引起内部短路时产生的高热，从而降低温度的上升，提高安全性的锂二次电池。(二)技术方案
本发明的实施例的锂二次电池包括：外装材料；胶状卷层叠体，容纳于所述外装材料内部，层叠有胶状卷，所述胶状卷包括多个电极板和配置在所述多个电极板之间的隔膜；以及导热板，设置在至少一个胶状卷之间。
在部分实施例中，所述胶状卷的与所述导热板接触的部分可配置有隔膜。
在部分实施例中，所述导热板两侧的胶状卷的导热板侧的最外侧电极可以相同。
在部分实施例中，导热板可具有导电性。
在部分实施例中，导热板可包括金属。
在部分实施例中，所述导热板的厚度可为1至20μm。
在部分实施例中，所述导热板可包括多个贯穿孔。
在部分实施例中，所述导热板可以是多个单位板的层叠体。
(三)有益效果
本发明的锂二次电池能够迅速分散因贯穿等引起内部短路时产生的高热，从而降低温度的上升，提高安全性。
并且，本发明的锂二次电池中，在导热板还具有导电性的情况下，提供因贯穿等引起内部短路时的短路电流路径，从而能够进一步有效抑制电池内部温度的上升。
并且，本发明的锂二次电池中，在导热板两侧的胶状卷的导热板侧的最外侧电极相同的情况下，可通过减少短路电流的量来进一步抑制温度的上升。
附图说明
图1是示意表示本发明的一个实施例的锂二次电池的结构的剖视图。
附图标记说明
10：锂二次电池 100：外装材料
200：胶状卷 201：阳极板
202：阴极板 203：隔膜
300：导热板
具体实施方式
本发明涉及一种安全性提高的锂二次电池，更详细地，涉及一种锂二次电池，其包括：外装材料；胶状卷层叠体，容纳于所述外装材料内部，层叠有胶状卷，所述胶状卷包括多个电极板和配置在所述多个电极板之间的隔膜；以及导热板，设置在至少一个胶状卷之间，从而迅速分散内部短路时产生的高热，以降低温度的上升，提高安全性。
下面，参照附图，对本发明的实施例进行更具体地说明。但是，本说明书中附加的下列附图是用于例示本发明的优选实施例，其作用是结合前述的发明内容，帮助进一步理解本发明技术思想，因此，本发明不能仅限于所述附图中记载的内容来解释。
图1是示意表示本发明的锂二次电池10的一个实施例的剖视图。图1中示意表示了本发明的一个实施例的外装材料100内包括至少一个设置在胶状卷200之间的导热板300的锂二次电池。
本发明的一个实施例的锂二次电池10包括设置在胶状卷200之间的导热板300，从而能够通过导热板300迅速分散因贯穿等引起内部短路时产生的高热，因此能够降低温度的上升，并提高安全性。
对于本发明的导热板300并没有特别的限定，只要是由具有导热性的材料制成即可，优选地，可使用包含导热性优异的材料制作。这种材料可例举金属、导热陶瓷、导热碳基材料、导热聚合物等，但并不限定于此。
作为本发明的一个实施例，优选地，导热板300还可具有导电性。当导热板300具有导电性时，除了用作导热介质以外，还可提供因贯穿等引起内部短路时的短路电流路径，从而能够进一步有效抑制电池内的温度上升。从这一方面考虑，导热板300材料优选为金属，作为优选例，可以是铜、铝等。
对于导热板300的厚度并没有特别的限定，优选地，可以是1至20μm。当厚度在上述范围内时，可在不引起能量密度大幅下降的前提下确保导热性，从而能够迅速分散内部短路时产生的高热。
对于本发明的一个实施例，导热板300可包括多个贯穿孔。当电解液注入锂二次电池内时，贯穿孔起到承载
Figure BDA0001186215770000041
电解液的作用。即，除了胶状卷200内含浸电解液之外，导热板300的贯穿孔也能够承载电解液。
具体地，注入电解液时，使电解液还能够注入到导热板300所占有的区域，从而在完成电解液的注入时，可呈现导热板300的贯穿孔中承载有电解液的状态。
这种基于导热板300的电解液的承载，最终会增加锂二次电池内的电解液注入量，从而能够进一步提高锂二次电池的长期可靠性。
导热板300上形成的贯穿孔可形成为圆形或多边形。
本发明的导热板300可使用单层，还可根据需要使用多个单位板的层叠体。导热板为层叠体时，例如可以层叠1至5张。
本发明的一个实施例的胶状卷200可以是单位阳极板201和单位阴极板202夹着隔膜203交替配置的结构。
在本发明的一个实施例中，外装材料10内容纳有多个胶状卷200，胶状卷200之间设置有导热板300，其中，为了防止电极板201、202与导热板300直接接触，可在胶状卷200中的与导热板300接触的部分配置隔膜203。更详细地，所述胶状卷200可具有最外侧电极与导热板300之间设置有隔膜203的形态。
在本发明的一个实施例中，所述导热板300两侧的胶状卷200的导热板侧的最外侧电极可以相同。所述最外侧电极可以是阳极板201和阴极板202，但是优选为阴极板202。
本发明的阳极板201和阴极板202是通过向集电体的至少一面分别涂覆阳极活性物质层和阴极活性物质层而形成。对于阳极活性物质层和阴极活性物质层的各活性物质没有特别的限定，只要是本领域中通常使用的物质即可。
对于阴极活性物质并没有特别的限定，可使用通常用作阴极活性物质的物质。例如，可使用炭材料、锂金属、锂与其他元素的合金、硅或锡等，所述碳材料为如结晶碳、非晶碳、碳复合物、碳纤维等。非晶碳有硬碳、焦炭、在1500℃以下的温度下焙烧的中间相炭微球(mesocarbon microbead，MCMB)、中间相沥青基碳纤维(mesophase pitch-based carbonfiber，MPCF)等。结晶碳有石墨系材料，具体有天然石墨、石墨化焦炭、石墨化MCMB、石墨化MPCF等。作为与锂构成合金的其他元素，可使用铝、锌、铋、镉、锑、硅、铅、锡、镓或铟。
对于所述阳极活性物质并没有特别的限定，可使用通常用作阳极活性物质的物质。作为一个具体例子，优选为，选自钴、锰、镍中的至少一种和锂的复合氧化物中的一种以上，作为其代表性例子，可以优选使用下面记载的含锂化合物。
LixMn1-yMyA2 (1)
LixMn1-yMyO2-zXz (2)
LixMn2O4-zXz (3)
LixMn2-yMyM'zA4 (4)
LixCo1-yMyA2 (5)
LixCo1-yMyO2-zXz (6)
LixNi1-yMyA2 (7)
LixNi1-yMyO2-zXz (8)
LixNi1-yCoyO2-zXz (9)
LixNi1-y-zCoyMzAα (10)
LixNi1-y-zCoyMzO2-αXα (11)
LixNi1-y-zMnyMzAα (12)
LixNi1-y-zMnyMzO2-αXα (13)
化学式中，0.9≤x≤1.1、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0≤α≤2，M与M'相同或不同，且是选自由Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、Sn、V、Ge、Ga、B、As、Zr、Mn、Cr、Fe、Sr、V以及稀土类元素组成的组，A是选自由O、F、S以及P组成的组，X是选自由F、S、以及P组成的组。
阳极活性物质层和阴极活性物质层中除了含有活性物质以外，根据需要还可包括本领域公知的粘合剂、导电剂、分散剂等。将所述成分与溶剂一起混合搅拌而制备浆料后，将所述浆料涂覆(镀覆)在集电体上并压缩后进行干燥，由此能够形成电极活性物质层。
本发明的集电体作为导电性强且容易粘附所述阳极或阴极活性物质的合剂的金属，其可以使用在电池电压范围内无反应性的任意一种金属。
作为阴极集电体，可使用铜或铜合金，但并不限定于此，还可使用不锈钢、镍、铜、钛或其合金以及使用碳、镍、钛、银对铜或不锈钢的表面进行表面处理的金属等。
作为阳极集电体，可使用铝或铝合金，但并不限定于此，还可使用不锈钢、镍、铝、钛或其合金以及使用碳、镍、钛、银对铝或不锈钢的表面进行表面处理的金属等。
并且，对集电体的形态并没有特别的限定，可使用通常使用的形态。例如，可使用平面状的集电体、中空型的集电体、线型集电体、卷绕的线型集电体、卷绕的片型集电体、网状集电体等。
为了隔离阳极板201和阴极板202，本发明的隔膜203设置在阳极板201与阴极板202之间。对于所述隔膜203的材料并没有特别的限定，只要是绝缘物质即可，优选地，由多孔性薄膜构成，以便离子在阳极板201与阴极板202之间移动。
作为具体例子，所述隔膜203可使用具有高离子透过率和机械强度的绝缘性薄膜。具体地，可使用耐化学性和疏水性的聚丙烯等烯烃类聚合物、由玻璃纤维或聚乙烯等制成的片材或无纺布等。
隔膜203的至少一面还可包括无机物涂层。因具有无机粒子涂层，从而能够提高隔膜和电池的安全性。
无机粒子涂层可由无机物和粘合剂形成，无机粒子的种类并没有限定，只要能够实现作为无机粒子的上述目的均可使用，例如，可包括选自氧化铝(Alumina)、氢氧化铝(AluminumHydroxide)、二氧化硅(Silica)、氧化钡(Barium Oxide)、氧化钛(TitaniumOxide)、氧化镁(Magnesium Oxide)、氢氧化镁(Magnesium Hydroxide)、粘土(Clay)、玻璃粉末(Glass powder)、勃姆石(Boehmite)或其混合物中的一种以上，更具体地，无机粒子使用氧化铝时，刚性优异，且能够有效地阻止由枝晶和杂质引起的短路现象。
电解质使用聚合物等固体电解质时，固体电解质还可兼作隔膜。优选地，可以是聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜或由这些薄膜的组合制备的多层薄膜，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(polyvinylidenefluoridehexafluoropropylene)共聚物等高分子薄膜，但并不限定于此。
本发明的胶状卷200层叠体和导热板300可与非水电解液一起容纳在电池外装材料100中，以制备成锂二次电池。对于非水电解液并没有特别限定，可使用本领域公知的非水电解液。
对于本发明的一个实施例的外装材料100并没有特别限定，可使用本领域公知的材料，例如，可以是罐和袋等。
例如，当所述外装材料为袋时，袋可由如具有柔韧性的多个层形成，例如可包括热粘合层、金属层、高分子树脂层。
下面，为了有助于对本发明的理解而提出了优选实施例，但这些实施例仅仅是用于例示本发明，其并不限定本发明权利要求书的保护范围，本领域的技术人员可知，在本发明的范畴和技术思想范围内，可对实施例进行多种变更和修改，而这些变更和修改同样属于权利要求书的保护范围。
制备例
<阳极板>
阳极活性物质使用了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，导电材料使用了碳黑，粘合剂使用了聚偏二氟乙烯(PVDF)，并各物质以92：5：3的质量比的组合制备了阳极浆料，然后将其涂覆在铝材上并进行干燥、冲压，由此制备了阳极板。
<阴极板>
将作为阴极活性物质的92wt％的天然石墨、3wt％的苯乙烯-丁二烯橡胶和羧甲基纤维素(SBR+CMC)类粘合剂、5wt％的石墨基非晶态导电材料进行混合，制备阴极浆料。然后将其涂覆在铜基材上并进行干燥、冲压，由此制备了阴极板。
实施例
将上述制备例中制备的单位阴极板和单位阳极板夹着聚乙烯隔膜而层叠，并使最外侧电极配置为阴极板，由此制备了胶状卷。然后，将所制备的胶状卷层叠3次，在各胶状卷之间层叠设置4张具有12μm厚度的导热板，且使隔膜设置在胶状卷的与导热板接触的部分。
将包含导热板的胶状卷层叠体容纳在袋内部，并注入电解液后进行密封，由此制备了锂二次电池。
此时，电解液使用了通过以下过程制备的溶液，即，使用碳酸乙烯酯/碳酸甲乙酯/碳酸二乙酯(EC/EMC/DEC，25/45/30；体积比)混合溶剂制备1M LiPF6溶液，然后添加1wt％的碳酸亚乙烯酯(VC)、0.5wt％的1,3-丙磺酸内酯(PRS)以及0.5wt％的双乙二酸硼酸锂(LiBOB)。
比较例1
除了没有使用导热板，其他通过与实施例1相同的方法制备了锂二次电池。
实验例：贯穿安全性评价
为了评价实施例和比较例中制备的锂二次电池的贯穿安全性，各实施例和比较例分别准备了9个样本，并根据充电状态(SOC)使用直径为3mm的不锈钢钉进行了贯穿钉实验。并且，通过下述评价基准进行评价，并将其结果表示在表1中。
<评价基准，EUCAR Hazard Level>
L1：电池性能无异常
L2：电池性能发生不可逆转的损害
L3：电池电解液重量的减少量小于50％
L4：电池电解液重量的减少量为50％以上
L5：发生起火或爆炸
【表1】
Figure BDA0001186215770000101
4L4是表示4个样本为L4(EUCAR Hazard Level前的数字表示评价的样本数量)。
参照表1，可确认实施例中的电池的贯穿钉实验结果为具有优异的安全性。

Claims (7)

1.一种锂二次电池，其包括：
外装材料；
胶状卷层叠体，容纳于所述外装材料内部，层叠有胶状卷，所述胶状卷包括多个电极板和配置在所述多个电极板之间的隔膜；以及
导热板，设置在至少一个胶状卷之间，
其中，所述胶状卷中的与所述导热板接触的部分配置有所述隔膜，所述导热板不与所述电极板接触，所述胶状卷的一面全部被所述导热板所覆盖，与所述胶状卷的一面相对的所述导热板的一面的面积大于所述胶状卷的一面的面积。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热板两侧的胶状卷的导热板侧的最外侧电极相同。
3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热板具有导电性。
4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热板包括金属。
5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热板的厚度为1至20μm。
6.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热板包括多个贯穿孔。
7.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述导热板是多个单位板的层叠体。
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