TW201228070A - Lithium battery and electrode plate structure - Google Patents
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Description
201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於-種電池，且特別是有關於一種鐘電 池。 【先前技術】
由於一次電池不符環保需求，因此近年來可充電的二 次電池系統逐漸受到重視。隨著可攜式電子產品之快速發 展和普遍化，這種可重複充電放電的鋰電池因兼具重^ 輕、南電壓值與高能量密度等特點，使得其市場需求量盘 曰遽增。鋰電池與鎳氫、鎳鋅、鎳鎘電池相比，具有工^ 電壓高、能量密度大、重量輕、壽命長及環保性佳等優點， 也是未來應用在可撓式電池的最佳選擇。 鋰電池在電腦（C〇mputer，即資訊產品）、通訊 (Communication)及消費性電子（c〇nsumer •加也s)等 3(：產>品上的運用已漸μ及，對㈣池性㈣要求也越 來越南’諸如輕質_、高糕、高能量密度與高安全性 1拓電動車、電動車、大型儲電產業上的應用 古ϋ 不過，由於鋰電池系統使用的耐高電壓 有機料κ此有機溶劑大都為賴有機分子)呈可燃性，且 ::容= 負極活性物質在溫度上升時，會分解放出大量 有、:容=電?在不當使用時所產生的熱，可能會引燃 有機〜i ’有h的危祕，甚至起鱗炸。此外， 子電池在纽f顧卜由於正赌他構㈣解或產生 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I 相變化’都會使正極材料結構中的氧脫出，而這些脫出的 氧會與電解液起反應作用，使電池内部溫度瞬問升高，造 成鐘電池的安全問題。 【發明内容】 本發明提供一種鐘電池，可在鋰電池溫度升高時，降 低導電度。 本發明提供一種極板結構，可提高鋰電池的使用安全 性。 本發明提出一種鋰電池，包括：一正極極板、一負極 極板、一第一熱阻絕層與一隔離膜。正極極板具有一第一 表面。負極極板具有一第二表面，且該第二表面面對該正 極極板的該第一表面。第一熱阻絕層位於該第一表面與第 二表面其中之一上，其中該第一熱阻絕層由一無機材料、 一熱作動材料與一黏結材料所組成。隔離膜位於該正極極 板與該負極極板之間。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，還包括一第 二熱阻絕層，其中當該第一熱阻絕層位於該第一表面時， 則該第二熱阻絕層位於該第二表面，而當該第一熱阻絕層 位於°亥第一表面時，則該第二熱阻絕層位於該第一表面。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該第二 熱阻絕層與該第一熱阻絕層的材質相同。 在本發明之一實施例中’上述之鋰電池，其中該第二 熱阻絕層的厚度介於0.1〜20微米。
201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該無機 材料包括Ab Mg、Si、Zr、Ti、Zn、Li、Co或上述材料 的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、il化物或其組合。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該熱作 動材料包含一含氮高分子。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該含氣 高分子係由雙馬來酿亞胺(bismaleimide)單體與巴比土酸 (barbituric acid)反應所形成。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該含氮 高分子是由胺(amines)、醯胺（amides)、醯亞胺(imides)、 馬來醯亞胺(maleimides)分子與亞胺(imines)所組成的群組 其中之一與二酮化合物(diones)反應而成。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該二_ 化合物包括巴比土酸(barbituric acid)、巴比土酸衍生物、 乙醯丙酮(acety lactone)或乙醯丙酮衍生物。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該無機 材料與該熱作動材料分別以複數個顆粒形式分散於該邦結 材料中。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該熱作 動材料以複數個顆粒形式分散於該黏結材料中，且該熱作 動材料的每一該些顆粒表面具有一高分子薄膜。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該高分 子薄臈的材質包括聚烯烴或聚乙烯。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該第一 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I 0.1 〜4〇wt% 0 ’其中該第一 熱阻絕層含該熱作動材料的重量百分比介於 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池 熱阻絕層的厚度介於0.1〜20微米。 極板與一熱 本發明更提出一種電極板結構，包括 =層丄:板具有一充放電表面。熱阻絕層位於該謂 表面，其中該熱阻絕層由-無機材料、—熱作動材料盘一 黏結材料所組成。 … 在本發明之-實施例中，上述之電極板結構，其中該 極板包括一正極極板或一負極極板。 在本發明之一實施例中，上述之電極板結構，其中該 熱阻絕層的厚度介於0.1〜20微来。 ^ 在本發明之一實施例中，上述之電極板結構，其中該 無機材料包括A卜Mg、Si、Zr、Ti、Zn、Li、Co ^上述 材料的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、_化物或其 組合。具體實例包括：二氧化矽（Si〇2)、三氧化二鋁 (Al2〇3)、二氧化锆（Zr〇2)、氧化鎂（Mg〇)、二氧化鈦 (Ti〇2)、鈦酸鋰(LiTi02)或沸石（zeolite)。 在本發明之一實施例中，上述之電極板結構，其中該 熱作動材料包令—含氣尚分子。 在本發明之一實施例中’上述之電極板結構，其中該 含氮焉分子係由雙馬來醯亞胺(bismaleimide)單體與巴比 土酸(barbituric acid)反應所形成。 在本發明之一實施例中’上述之電極板結構，其中該 含氮高分子是由胺（amines) '醯胺（amides)、醯亞胺 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I (imides)、馬來酸亞胺(maleimides)分子與亞胺⑽丨⑽)所組 成的群組其中之一與二酮化合物(diones)反應而成。 在本發明之一實施例中，上述之電極板結構，其中該 —酮化合物包括巴比土酸(barbituric acid)、巴比土酸衍生 物、乙醯丙酮(acetyiact〇ne)或乙醯丙酮衍生物。 在本發明之一實施例中，上述之電極板結構，其中該
無機材料與該熱作動材料分別以複數個顆粒形式分散於誃 黏結材料中。 / 在本發明之一實施例中，i述之電極板結構，其中該 熱作動材料以複數個顆粒形式分散於該黏結材料中，、且= 熱作動材料的每-該些齡表面具有—高分子薄膜。” 古、發明之—實施财’上叙電極板結構，其中該 间分子溥膜的材質包括聚烯烴或聚乙烯。 人 ^本㈣之—實_巾，上叙電純結構 苐一熱阻絕層含該熱作動材料的重 、二j 0.1〜40wto/〇。 里日刀比介於 本發明中，在鋰電池的兩電極極板其中之一费 ，【絕層或是兩電極極板表面上均覆蓋—層埶阻二-層 I:::中包括在經電池溫度升高時，會啟動妖;動： i开f 電池溫度升高時’熱作動材料產生3 =μ子，進綠礙_子的擴散機，使 為讓本發明之上述特徵和優點能更明㈣懂 舉貫_，並配合所附圖式作詳細說明如下。下文特
201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 【實施方式】 圖1繪示依照本發明一實施例的一種鋰電池的局部剖 面示意圖。請參照圖1，本實施例的鐘電池100，包括：數 個正極極板102、數個負極極板104、數層隔離膜108與— 電解質溶液110。正極極板102與負極極板104 —對一且 連續的相互堆疊’且正極極板102與負極極板104之間配 置一隔離膜108。每一隔離膜108例如是一多孔結構，其 開孔率(Porosity)約介於40〜55%之間，孔隙均勻分布在整 片隔離膜中。而正極極板102、隔離膜108與負極極板1〇4 的相互堆疊結構則是浸泡於電解溶液11〇中。也就是電解 溶液110是充斥於整個電池體内。 正極極板102之材質包括鋰金屬複合氧化物(iithium mixed metal oxide)，例如 LiMn02、LiMn204、LiCo02、 Li2Cr207 ' Li2Cr04 ' LiNi02 ' LiFe02 ' LiNixCo1.x〇2(0<x<l) ' LiMP〇4(M=transition metal) 、 LiMn〇.5Ni〇.502 、 LiNixC〇yMnz〇2(x+y+z=l)、LiNixCoyAlz〇2(x+y+z=l)、 LiMco.sMnuO4或上述之組合，且Me為二價金屬。 負極極板104之材質包括碳化物及鋰合金。碳化物可 為碳粉體、石墨、碳纖維、奈米碳管、或上述之混合物。 在本發明一實施例中，碳化物為碳粉體，粒徑約介於1微 米至30微米之間。另外，於另一實施例中，負極極板1〇4 之材質包括金屬材質，例如A卜Zn、Bi、Cd、Sb、Si、Pb、 Sn、Li3FeN2、LimCc^N、Li2.6Cu〇.4N 或上述之組合。再 者’其他實施例中’負極極板104包含金屬氧化物，例如 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I
SnO、Sn02、GeO、Ge02、In20、Πι2〇3、Pb〇、Pb〇2、Pb203、 Pb304、Ag20、AgO、Ag203、Sb203、Sb204、Sb205、SiO、
ZnO、CoO、NiO、FeO、Ti02、Li3Ti5012 或上述之組合。 圖1A繪示依照本發明圖1的鐘電池的剖面局部放大 示意圖。更明確的說，請參照圖1Α，本實施例的鋰電池還 包括一第一熱阻絕層106。也就是正極極板102與負極極 板104互相面對擺放，且正極極板1〇2具有面對負極極板 • 104的一第一表面l〇2a(亦即在鋰電池充放電過程中，鋰離 子擴散近入或是離開極板的表面，稱為充放電表面），而負 極極板具有面對正極極板1〇2的一第二表面1〇4a(亦即充 放電表面）。也就是第二表面l〇4a面對正極極板1〇2的第 一表面102a。 苐一熱阻絕層106位於第一表面i〇2a或第二表面 104a上。其中，第一熱阻絕層1〇6的厚度介於〇1〜2〇微米。 於本實施例中，第一熱阻絕層106位於正極極板1〇2的第 一表面102a上。然而，本發明並不受限於此。請參照圖 秦1B，其緣示依照本發明另一實施例的一種鐘電池的剖面局 部放大示意圖’其中第一熱阻絕層106配置於負極極板1〇4 上。也就是第一熱阻絕層可以配置於第一表面1〇2a與第二 表面104a其中之一上。 另外，圖1C繪示依照本發明又一實施例的一種鋰電 池的剖面局部放大示意圖。請參照lc，此實施例中的經 電池300還包括-第二熱阻絕層廳’其材質與第一熱阻 絕層106相同，且第一熱阻絕層1〇6與第二熱阻絕層獅 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I 分別位於正極極板102的第一表面l〇2a上與負極極板104 的第二表面l〇4a上。其中’第二熱阻絕層306的厚度介於 0.1〜20微米。於再一實施例中（未繪示），第一熱阻絕層1〇6 位於負極極板104的第一表面104a上’且第二熱阻絕層 306位於正極極板102的第一表面l〇2a上。也就是正極極 板102與負極極板104的充放電表面上，均覆蓋有一層熱 阻絕層。 圖2繪示依照本發明一實施例的一種鐘電池中熱阻絕 層的剖面示意圖。請參照圖2，熱阻絕層400例如是由一 無機材料402、一熱作動材料404與一黏結材料(binder)406 所組成。其中，無機材料402包括A卜Mg、Si、Zr、Ti、 Zn、Li、Co或上述材料組合的氧化物、氫氧化物、硫化物、 氮化物、鹵化物或其組合。較佳的是二氧化矽(si〇2)、三 氧化二紹(Al2〇3)、二氧化鍅(Zr〇2)、氧化鎂(Mg〇)、二氧 化鈦(Ti〇2)、鈦酸鋰(LiTi〇2)或沸石（ze〇lite)。而黏結材料 406 包括聚二氧乙稀(p〇iyvinyiidene fluoride，PVdF)、苯乙 烯丁二烯橡膠(styrene-butadiene rubber，SBR)、聚醯胺 (polyamide)、二聚氰胺樹脂(melamine resin)或上述之組合。 另外，熱作動材料404包括一含氮高分子。值得注意 的是，此含氮高分子包括數量平均分子量15〇〇以上之含氮 化合物或數量平均分子量2〇〇至2999之含氮寡聚物。於一 實施例中，熱作動材料404包含含氮高分子，其例如是由 月女(amines)、醯胺(amides)、醯亞胺(imides)、馬來醯亞胺 (maleimides)分子與亞胺(imines)所組成的群組其中之一與 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I 二酮化合物（diones)反應而形成的超分歧高分子（hyper branched polymers)。更明確的說，上述二酮化合物包括巴 比土酸（barbituric acid)、巴比土酸衍生物、乙醯丙酮 (acetylactone)或乙醯丙酮衍生物。於又一實施例中，熱作 動材料404包含含氮高分子，其例如是由雙馬來醯亞胺 (bismaleimide)單體與巴比土酸(barbituric acid)反應所形 成。 上述胺(amines)的化學結構為：
其中R、R2及R3可相同或不同，為H、脂肪族(aliphatic) 或芳香族(aromatic)，尤指一級胺(Primary amines，R2 及 R3 均為Η)。於一實施例中，上述胺包括：1,1'-雙（曱氧基羰基） 二乙稀胺（1，1’-1^(11161；]10\>^311301^1)(1^^11>^1111116;60八）、 队曱基-]^，1^-二乙稀胺(]^-11161；]171-]^,]^-(1^^11；/1311^116)、二乙 浠基苯基胺(divinylphenylamine)等。 上述醢胺(amides)的化學結構為··
其中R、R’及R”可相同或不同，為H、脂肪族(aliphatic) 或芳香族(aromatic)，尤指一級醯胺(Primary amides，R，及 R”均為Η)。於一實施例中，上述醯胺包括：N-乙烯基醯胺 11
201228070 P5499⑻ 51TW 36143twf.doc/I (N-Vinylamide)、二乙稀基醯胺(divinylamide)、曱石夕烧基（乙 稀基）醯胺（Silyl(vinyl)amides)、乙醒酸化乙烯醯胺 (glyoxylated-vinyl amide)等。 上述隨亞胺(imides)的化學結構為：
其中RrR2及R3可相同或不同，為H、脂肪族(aliphatic) 或芳香族(aromatic)。於一實施例中’上述醯亞胺包括：乙 烯醯亞胺（N-Vinylimide)、N-乙烯基酞醯亞胺 (N-Vinylphthalimide)、乙烯基乙醯胺(vinylacetamide)等二 乙婦醯亞胺(divinylimide)。 上述馬來醯亞胺(maleimides)包括單馬來酿亞胺、雙馬 來醯亞胺、三馬來醯亞胺及多馬來醯亞胺，其中雙馬來醯 亞胺單體具有式(I)或式(II)所示結構：
式(I) 式(Π) 其中 R1 為-RCH2R-，-RNH2R- ’ -c(o)ch2-， -CH2OCH2- ’ _C(0)--S- ’ -S-S- ’ -S(O)- ’ -CH2S(0)CH2-，-(0)s(0)-，-C6H4-，-CH2(C6H4)CH2-， 12 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I -ch2(c6h4)(o)·，伸苯基，伸聯苯基，取代的伸苯基或取 代的伸聯苯基，及 R2 為-RCH2-，-C(O)-，-C(CH3)2-，, -0-0- ’ -S-，-S-S- ’ -(O)S(O)- ’ 或-S(O)-，其中 R 為 1-6 個碳的烷基。雙馬來醯亞胺包括：N，N’-雙馬來醯亞胺-4,4，-二苯基代曱烧(凡1^’-1^111&16111^(16-4,4’-出卩11611丫111161；1^116)、 U’-(亞曱基雙-4，1-亞苯基）雙馬來醯亞胺 [1，Γ -(methylenedi-4,1 -phenylene)bismaleimide]、N，N’ -(1，1 ’ -二笨基-4,4’-二亞曱基）雙馬來醯亞胺 [N，N’-(1,1 ’-biphenyl-4,4’-diyl) bismaleimide]、N，N’-(4-曱基 -1,3- 亞苯基）雙馬來 醯亞胺 [N，N’-(4-methyl-l，3-phenylene)bismaleimide]、1，1’-(3,3’-二 曱基-1，1’-二苯基-4,4’-二亞曱基）雙馬來醯亞胺 [1,1 ’-(3，3 ’ dimethyl-1,1 ’ -biphenyl-4,4’-diyl)bismaleimide]、 N，N’-乙稀基二馬來酿亞胺(Ν,Ν’-ethylenedimaleimide)、 N，N’-(1，2- 亞苯基）二馬來醯亞胺 [N,N’-(l，2-phenylene)dimaleimide]、风1^’-(1，3-亞苯基)二馬 來酿亞胺[队1^’-(1，3-?11611}^116)(1丨111&16^11丨(16]、1^，>1’-雙馬來 醯亞胺硫(>1,>^’-1;]^〇(1丨11^16丨111丨(1)、1^,]^’-雙馬來隨亞胺二硫 (N，N’-dithiodimaleimid)、N，N’-雙馬來醯亞胺 3同 (N，N’-ketonedimaleimid)、N，N’-亞曱基雙馬來酿亞胺 (N，N’-methylene-bis-maleinimid)、雙馬來醯亞胺曱-醚 (bis-maleinimidomethyl-ether)、1,2-雙馬來醯亞胺基-1，2-乙 二醇[1,2-1^-(11^旧1^(1〇)-1，2々1^11(11〇1]、：^，；^’-4,4’-二苯醚-雙馬來醯亞胺(N，N’-4,4’-diphenylether-bis-maleimid)、及 4, 13 201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 4’- 雙馬來醯亞胺-二苯砜 [4, 4’-bis(maleimido)-diphenylsulfone]等。 上述亞胺(imine)的化學結構為：
其中RrR2及R3可相同或不同’為H、脂肪族(aiiphatic) 或芳香族（aromatic)。具體實例包括：乙烯基亞胺 (divinylimine)、烯丙基亞胺(allylicimine)等。 再者，巴比土酸和其衍生物化學結構為： η 04 〇
Η^\ Μ \ H R8 R8係為相 cH(CH3)2, 其中，Ri、R2、R3、R4、R5、R6、R7 及 同或不同之取代基，包括H，CH3, C2H5, C6H5, ch2ch(ch3)2，ch2ch2ch(ch3)2,或 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I Η C—CH2~CH2~CH3 ch3 ，其中R1、R2、R3及R4均為H者為巴比土酸。
而乙醯丙酮和其衍生物的化學結構為： R'
R、R’可為脂肪族(aliphatic)或芳香族(aromatic)或雜環 族；其中，R、R’均為曱基(methyl)時，該化合物為乙醯丙 酮。
一酮化合物所需總用量與胺(amines)、醯胺(amides)、 醯亞胺(imides)、馬來醯亞胺(maieimides)、亞胺(imines)系 列單體的莫耳比率可為1:2〇〜4:1 ’較佳比例範圍^ 1:5〜2··1，更佳比率範圍為1:3〜1:1。 m付/土思的疋，熟作動材料4〇4在作動前為小分子材 料，均勻分散在黏結層406中，因此對於鋰電池的鋰離子 的擴散移動影響較小。然而，當㈣池的溫度升高時，熱 二乍動材料產生父聯反應形成高分子’進*阻礙鐘離子的擴 政移動’造成導f度下降。料話說，纽電池受熱時， ^熱作動材料4G4的末射能基可進—步進行交聯反 ^阻斷極板麟子的擴散傳導，。其中，熱作動材料綱 進仃交聯反應的溫度稱為熱作動溫度(。_〜咖㈣。 15 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I 舉例而έ，當含氮咼分子為雙馬來醯亞胺與巴比土酸所形 成之高分子時，熱作動材料404的末端官能基包含了乙烯 基(來自雙馬來醯亞胺)與胺基(來自巴比土酸）。當電池受熱 時，乙烯基與胺基開始進行交聯反應的溫度即為熱作動溫 度。在本發明中，熱作動溫度介於攝氏8〇〜28〇度之間， 較佳約’I於攝氏100〜220度，更佳約介於攝氏I%〜2〇〇度。
表一顯示在極板上熱阻絕層中的熱作動材料產生熱 作動(thermal activation)前後，鋰電池的電解液導電性^ 較。 表一
凊參照表一，其中熱作動材料於熱阻絕層的重量百分 比約為10 wt%’且熱作動材料由雙馬來酿亞胺與巴比土酸 φ 形成的含氮高分子，其巾乙縣(來自雙馬來醯亞胺)和胺 基(來自巴比土酸)的比例約為2比i。值躲意的是，在熱 作動材料熱作動前’鐘電池電解液導電度隨溫度上升而增 加。然而，當熱作動材料作動後，導電度下降。如此證明， 在鐘電池的極板上配置-層包含熱作動材料的熱阻絕層， 在鐘電池溫度升高時’熱作動材料熱作動之後，有效的降 低鋰電池的電解液的導電度。 16 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I 請參照圖2，無機材料402與熱作動材料4〇4分別以 複數個顆粒形式分散於黏結材料4〇6中。其中埶 404 〇,.4〇；；0/〇 ； 是，熱阻絕層400含熱作動材料4〇4的重量百分比介於 1〜3〇wt%或2〜15wt%。於本實施例中，無機材料術的顆 粒以圓形表示，然而此並非代表無機材料術的顆粒即是 圓形顆粒’也並非代表無機材料術是 黏結材料娜中，也就是本發明並不受限於此。換句;4 無機材料402的顆粒可以是各種形狀，且 以以單一顆粒分散於黏結材料條中，也可以以多棵顆二 個無機材料團分散於黏結材料概。同樣的，埶 即是多邊形 厂4疋以早-顆粒分散於黏結材 ，也就是本菸 明並不受限於此。換句話說，熱 本發 是各種形狀，且熱作動材料姻 單位=可以 結材料406中，也可 早顆粒刀散於黏 分散於黏結材料40^棵難群聚成數個域材料團 圖3繪不依照本發明另一實施例的一 絕層的剖面示意圖。請參照圖3，於另 ’'，、、阻 絕層500中的熱作動材料5 表呈’熱阻 子薄膜508。也就是高分 ：具有-高分 5〇4分散於點叫賴5G8元全包覆熱作動材料 聚烯(p〇ly〇lefln)或聚乙烯 17 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I (polyethylene，PE)。於此實施利中，當鋰電池整體溫度升 高時’則此高分子薄膜508受熱而破裂，而被高分子薄膜 508所包覆的熱作動材料5〇4則釋出，並且釋出的熱作動 材料504的末端官能基進行交聯反映，進而阻斷極板的鐘 離子的擴散傳導。 之後’請參照圖1A，艘電池1〇〇的隔離膜log位於 正極極板102與負極極板1〇4之間。值得注意的是，正極 極板102、負極極板1〇4、熱阻絕層1〇6與隔離膜1〇8均浸 泡於該電解質溶液110中。換句話說，電解質溶液n〇充 斥於正極極板102、負極極板1〇4與隔離膜1〇8之間，也 就是隔離膜108的孔隙114中。其中，隔離膜108包括絕 緣材料，例如聚乙烯(PE)、聚丙稀(polypropylene，PP)、聚 四氟乙烯膜、聚醯胺膜、聚氯乙烯膜、聚二氟乙烯膜、聚 苯胺膜、聚亞酿胺膜、不織布、聚對苯二曱二乙酯 (polyethylene terephdialate)、聚苯乙烯(p〇lyStyrene，ps)、纖 維素(cellulose)、或上述材料的多層複合結構如pE/pp/PE。 電解質溶液110之主要成份為有機溶劑、鋰鹽、以及添加 劑。有機溶劑可為，丁基内自旨（T -butyrolactone，GBL)、 碳酸乙烯酯（ethylene carbonate，EC)、破酸丙烯(pr〇pylene carbonate ’ PC)、碳酸二乙酯（diethyl carbonate，DEC)、乙 酸丙酯（propyl acetate，PA)、碳酸二甲酯（dimethyl carbonate ’ DMC)、碳酸曱乙酯（ethylmethyl carbonate，EMC) 或上述之組合。鋰鹽可為LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、 LiC104、LiAlCl4、LiGaCl4、LiN03、LiC(S02CF3)3、 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I
LiN(S02CF3)2、LiSCN、Li03SCF2CF3、LiC6F5S03、 Li02CCF3 ' LiS03F ' LiB(C6H5)4 > LiCF3S03 > UB(C2〇4h 或上述之組合。
圖4繪示内阻隨溫度變化曲線圖。請參照圖4 ,鋰電 池在加熱之下，測量内阻隨溫度的變化，其中。虛線代表 一鋰電池的正極極板塗佈氧化鋁(Α1203)層，而實線代表一 鋰電池的正極極板塗佈含3%熱作動材料的氧化鋁層的電、 池。由兩個内阻隨溫度而改變的曲線可獲知，含熱作動材 料的正極極板的内阻上昇較大，顯示熱作動材料有阻礙鋰 離子擴散傳導的效果。 本發明中，在正極極板與負極極板其中之一或是兩極 板表面上覆蓋一層熱阻絕層。由於此熱阻絕層中包含可提 问硬度的無機材料外，還包括在鋰電池溫度升高時，會啟 動熱作動的熱作動材料，因此當㈣池溫度升高時，^作 動材料產生父聯反應形成高分子，進而卩續 移動，造成導電度下降。 叶的擴政 本伽2^實關揭露如上，然其並翻以限定 本發明，任何關技術領域巾具知識者 圍内，當可作些許之更動與潤餅，故^ 月之保濩軏圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 實施例的-種鋰電池的局部剖 圖1 %示依照本發明 面示意圖。
S 19
201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 圖1A繪示依照本發明圖1的鋰電池的剖面局部放大 示意圖。 圖1Β繪示依照本發明另一實施例的一種鋰電池的剖 面局部放大示意圖。 圖1C繪示依照本發明又一實施例的一種鋰電池的剖 面局部放大示意圖。 圖2繪示依照本發明一實施例的一種鋰電池中熱阻絕 層的剖面示意圖。 g 圖3繪示依照本發明另一實施例的一種鋰電池中熱阻 絕層的剖面示意圖。 圖4繪示内阻隨溫度變化曲線圖。 【主要元件符號說明】 100、300 :鋰電池 102 :正極極板 102a :第一表面 104 :負極極板 鲁 104a :第二表面 106 :第一熱阻絕層 108 :隔離膜 110 :電解質溶液 114 :孔隙 306 :第二熱阻絕層 400、500 :熱阻絕層 20 201228070
P54990051TW 36143twf.doc/I 402 :無機材料 404、504 :熱作動材料 406、506 :黏結材料 508 :高分子薄膜
21
Claims (1)
- 201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 七、申請專利範圍： 1. 一種鐘電池，包括： 一正極極板，其中該正極極板具有一第一表面. 一負極極板，其中該負極極板具有一第二表面，’ _ 弟二表面面對該正極極板的該第一表面； 且該 一第一熱阻絕層，位於該第一表面與第二表面其 -上’其中該第-熱阻絕層由-無機材料、 與一黏結材料所組成； 卜動材枓 一隔離膜，位於該正極極板與該負極極板之間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池，還包括— 一熱阻絕層，其中當該第一熱阻絕層位於該第一表面時， 則該第二熱阻絕層位於該第二表面，而當該第-熱阻絕声 位於該第二表面時，則該第二熱阻絕層位於該第—表面: 3. 如申請專利範圍第2項所述之鋰電池，其中該第二 熱阻絕層與該第一熱阻絕層的材質相同。 4. 如申請專利範圍第2項所述之鋰電池，其中該第二 熱阻絕層的厚度介於0.1〜20微米。 5. 如申請專利範圍第丨項所述之鋰電池，其中該無機 材料包括Al、Mg、Si、Zr、Ti、Zn、Li、Co或上述材料 的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、鹵化物或其組合。 22 201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I (barbituric acid)反應所形成。 8.如申請專利範圍第6項所述之鐘電池，其中該含氮 高分子是由胺(amines)、醯胺（amides)、酿亞胺(imides)、 馬來醯亞胺(maleimides)分子與亞胺(imines)所組成的群組 其中之一與二酮化合物(diones)反應而成。9.如申請專利範圍第8項所述之鋰電池，其中該二酉同 化合物包括巴比土酸(barbituric acid)、巴比土酸衍生物、 乙醯丙酮(acetylactone)或乙醯丙酮衍生物。 10.如申請專利範圍第1項所述之鐘電池’其中該無 機材料與該熱作動材料分別以複數個顆粒形式分散於該 結材料中 黏 11.如申請專利範圍第丨項所述之鋰電池，其中該埶 作動材料以複數侧粒形式分散於_結材料巾，、且= 作動材料的每—該些顆粒表©具有-高分子薄膜。〜、、分子利範圍第11項所述之·其令該高 刀子賴㈣質包括料煙或聚乙稀。 13·如中請專利範圍第i項所述之 ， —熱阻絕層含該熱作動 ，、中二亥苐 0.1〜4〇wt%。 何针的重里百分比介於 峒所返之鋰電池 ‘熱阻絕層的厚度介於G.1〜 一種電極板結構，包括： 一中，板具有-充放電表面;以及 邱’位於該充放電表面，其中阻絕層由 23 201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 一無機材料、一熱作動材料與一黏結材料所組成。 16. 如申請專利範圍第15項所述之電極板結構，其中 該極板包括一正極極板或一負極極板。 17. 如申請專利範圍第15項所述之電極板結構，其中 該熱阻絕層的厚度介於〇1〜2〇微米。 18. 如申請專利範圍第15項所述之電極板結構，其中 該無機材料包括Al、Mg、Si、Zr、Ti、Zn、Li、Co或上 述材料的氧化物、氫氧化物、硫化物、氮化物、_化物或 其組合。 19. 如申請專利範圍第15項所述之電極板結構，其中 該熱作動材料包含一含氮高分子。 20. 如申請專利範圍第19項所述之電極板結構，其中 該含氮高分子係由雙馬來醯亞胺(bisinaieimide)單體與巴 比土酸(barbituric acid)反應所形成。 21. 如申請專利範圍第19項所述之電極板結構，其中 该含氮高分子是由胺（amines)、醯胺（amides)、醯亞胺 (imides)、馬來醯亞胺(maleimides)分子與亞胺(imines)所組 成的群組其中之一與二酮化合物(di〇nes)反應而成。 22. 如申請專利範圍第21項所述之電極板結構，其中 該二酮化合物包括巴比土酸(barbituric acid)、巴比土酸衍 生物、乙酿丙g同(aCetylact〇ne)或乙醯丙g同衍生物。 23. 如申請專利範圍第丨5項所述之電極板結構，其中 該無機材料與該熱作動材料分別以複數個顆粒形式分散於 該黏結材料中。 24 201228070 P54990051TW 36143twf.doc/I 24. 如申請專利範圍第15項所述之電極板結構，其中 該熱作動材料以複數個顆粒形式分散於該黏結材料中，且 該熱作動材料的每一該些顆粒表面具有一高分子薄膜。 25. 如申請專利範圍第24項所述之電極板結構，其中 該高分子薄膜的材質包括聚烯烴或聚乙烯。 26. 如申請專利範圍第15項所述之電極板結構，其中 該第一熱阻絕層含該熱作動材料的重量百分比介於 0.1 〜40wt% 〇25
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