TW201228076A - Lithium battery and anode plate structure - Google Patents

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Description

201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種電池，且特別是有關於一種裡電 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 •:欠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f遍化，這種可重複充電放電的鋰電池因兼具重量 輕、冋電壓值與肖能量密度等特點，使得其市場需求量 與曰遽增。鐘電池與鎳氫、鎳鋅、錄錦電池相比，具有工 作電壓同、忐置密度大、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（Computer，即資訊產品）、通訊 (Communication)及消費性電子（c〇nsumer dectr〇nics)等 3C產品上的運用已漸為普及，對鋰電池性能的要求也越 ，越高，諸如輕質耐用、高電壓、高能量密度與高安全性 等，尤其在輕型電動車、電動車、大型儲電產業上的應用 及拓展潛力極高。不過，由於鋰電池系統使用的耐高電壓 有機/谷劑（此有機溶劑大都為酯類有機分子）具可燃性，且 咼電容1正/負極活性物質在溫度上升時，會分解放出大量 熱f，使得鋰電池在不當使用時所產生的熱，可能會引燃 有機溶劑，有較高的危險性，甚至起火爆炸。此外，鋰離 子電池在充放電過程中，由於正極材料結構的崩解或產生
201228076 P54990066TW 36145twf.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 成鋰電池的安全問題。 【發明内容】 本發明提供一種鋰電池，可在鋰電池溫度升高時，降 低導電度。 本發明提供一種正極極板結構，可提高鋰電池的使用 安全性。 本發明提出一種鋰電池，包括：一第一極板、一第二 極板、-隔離膜與-電解質溶液。第—極板由複數層第一 ^材料層互相堆疊而成，其中至少該些第—電極材料層 A3—熱作動材料。隔離膜位於該第-極板與該 第二極板之間。 此笛明之—實施例中，上述之㈣池，其中每一該 二第二電極材料層所含的該熱作動材料的含量彼此不同。 -兮之—實施例中，上述之鐘電池，其中隨著每 板而該些第一電極 也第在一本電發^ 一實施例中，上述之鐘電池，其中每一該 材料層含該熱作動材料的含量介於 些第實關巾，上述之㈣池，其中每-該 — 電極材料層含該熱作動材料的含量介於 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 1·0〜2.5wt% 〇 在本發明之一實施例中，上述之裡電池，其中該熱作 動材料包含一含氣南分子。 在本發明之一實施例中’上述之鋰電池，其中該含氮 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)所組成的群系且 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，上述之鐘電池，其中該二酮 化合物包括巴比土酸(barbituric acid)、巴比土酸衍生物、 乙醯丙_ (acetylactone)或乙醯丙酮衍生物。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中當該第 一極板為一正極極板時，每一該些第一電極材料層分別包 含選自 LiCo02、LiMn204、LiMnxCoyNiz02 (〇<x，y,z<l)、 (〇<x，y，z<l)、LiFeP〇4所組成的群組其中之 一的一導電材料。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中每一該 些第一電極材料層所含的該熱作動材料的含量彼此相同 時，每一該些第一電極材料層中的該導電材料的成分不同。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該第一 極板由接近該第二極板的一頂部第一電極材料層與遠離該 第一極板的一底部第一電極材料層的兩層第一電極材料層
201228076 P54990066TW 36145twf.doc/I 所組成時，該頂部第-電極材料層與職部第—電極材料 層的厚度比介於10/90〜90/10之間。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，其中該第一 極板為正極極板時，該第二極板為負極極板，而該第一極 板為負極極板時，該第二極板為正極極板。 在本發明之一實施例中，上述之鋰電池，豆中該第二 極板由複數層第二電極材料層互姆疊喊，且至少該些 第二電極材料層其中之一包含一熱作動材料。 本發明又提出一種極板結構，包括：複數層電極材料 層’該些電極材料層互相堆疊，其中堆疊的該些電極材料 層的至少其中之一包含一熱作動材料。 二在本發明之一實施例中，上述之極板結構，其中包含 該熱作動材料的該些電極材料層至少其中之一是堆疊的該 些電極材料層的一頂部電極材料層。 ^在本發明之一實施例中，上述之極板結構，其中每一 5亥些電極材料層所含的該熱作動材料的含量彼此不同。 —在本發明之一實施例中，上述之極板結構，其中隨著 每一該些電極材料層越靠近該負極極板而該些電極材料層 含該熱作動材料的含量越高。 θ ▲在本發明之一實施例中，上述之極板結構，其中每一 該些電極材料層含該熱作動材料的含量介於〇 。 ^在本發明之一實施例中，上述之極板結構，其中每一 该些電極材料層含該熱作動材料的含量介於1.0〜2.5wt%。 在本發明之一實施例中，上述之極板結構，其中該些 201228076
P54990066TW 36145twf.d〇c/I 電極材料層為一底部電極材料層與堆疊於該底部電極材料 層上的該頂部電極材料層時，該頂部電極材料層與該底部 電極材料層的厚度比介於10/90〜90/10之間。 在本發明之一實施例中，上述之極板結構，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，上述之極板結構，其中該含 氮高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’上述之極板結構，其中該含 氮咼分子是由胺(amines)、酿胺（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、乙醯丙_(acetylactone)或乙醯丙酮衍生物。 在本發明之一實施例中，上述之極板結構，其中當堆 疊的邊些電極材料層是做為一正極極板時，每一該些電極 材料層分別包含選自 LiCo〇2 ' LiMn204、LiMnxCoyNiz〇2 (0<x，y，z<l)、LiNixCoyAlz02 (〇<x，y，z<i)、LiFeP04 所組成 的群組其中之一的一導電材料。 在本發明之一實施例+，上述之極板結構，其中每一 該些電極材料層所含的該熱作動材料的含量彼此相同時， 每一該些電極材料層中的該導電材料的成分不同。 本發明中，在鋰電池的電極極板是由數個電極材料層 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I =組成’且電極材料層中至少其中之—摻雜有在裡電池溫 度升兩時’會啟動熱作動的熱作動材料。#㈣池溫度升 高時，熱作動材料產生交聯反應形成高分子，進而阻礙鐘 離子的擴散軸，不但使導電度降低，更可雜電池正極 極板材料與電駿_放狀餅低，進而使電池安全性 大幅提升。 為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1繪示依照本發明一實施例的一種鐘電池的局部剖 面示意圖。請參照圖1，本實施例的鐘電池1〇〇，包括：數 個第一極板102、數個第二極板1〇4、數層隔離膜1〇8與一 電解質溶液110。第一極板1〇2與第二極板1〇4 —對一且 連續的相互堆疊，且第一極板102與第二極板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。而第一極板1〇2、隔離膜1〇8與第二極板1〇4 的相互堆疊結構則是浸泡於電解溶液110中。也就是電解 溶液110是充斥於整個電池體内。 第一極板102與第二極板104互相面對擺放。隔離膜 108位於第一極板1〇2與第二極板104之間。值得注意的 是，第一極板102、第二極板104與隔離膜108均浸泡於 該電解質溶液110中。換句話說，電解質溶液110充斥於
201228076 P54990066TW 36145twf.doc/I 正極極板102、負極極板104與隔離膜i〇8之間，也就是 隔離膜108的孔隙114中。此外，第一極板1〇2是正極極 板時，則第二極板104是負極極板。相對的，當第一極板 102是負極極板時’第二極板1〇4是正極極板。 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。請參照圖1A，於本實施例的鐘電池1〇〇的第一極 板102為正極極板而第二極板1〇4為負極極板。負極極板 104之材質包括碳化物及鐘合金。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3〇微米 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、 Li^Coo^N、Li2_6CuQ_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SnO、Sn02、
GeO、Ge02、Ιη20、In203、PbO、Pb02、Pb2〇3、Pb3〇4、 Ag20、AgO、Ag2〇3、Sb2〇3、Sb2〇4、Sb2〇5、SiO、ZnO、
CoO、NiO、FeO、Ti02、Li3Ti5012 或上述之組合。 此外’隔離膜108包括絕緣材料，例如聚乙稀(pE)、 聚丙烯(polypropylene ’ PP)或上述材料的多層複合結構如 PE/PP/PE。電解質溶液11〇之主要成份為有機溶劑、鋰鹽、 以及添加劑。有機溶劑可為，丁基内酯（7 -butyrolactone， GBL)、碳酸乙稀酯（ethylene carbonate，EC)、碳酸丙稀 (propylene carbonate ’ PC)、碳酸二乙酯（diethyl carbonate， DEC)、乙酸丙酯(propyl acetate，PA)、碳酸二曱酯(dimethyl 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 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、 LiN(S02CF3)2、LiSCN、Li03SCF2CF3、LiC6F5S03、 Li02CCF3、LiS03F、LiB(C6H5)4、LiCF3S03、LiB(C204)2 或上述之組合。 正極極板102由複數層電極材料層(例如電極材料層 102a、102b、102c與102d)互相堆疊而成。且具有多層電 極材料層堆疊而成的正極極板102例如是以狹縫式塗佈 (slot die coating)、斜板式塗佈法(slide coating)、淋幕式印 刷(curtain coating)達到多層電極材料層塗佈的正極極板。 此外，每一電極材料層是由一導電材料所組成，且至少電 極材料層其中之一包含一熱作動材料。於本發明的一實施 例中，將相互堆疊的電極材料層（包含1〇2a、1〇沘、1〇及 與刪)中’與電解質溶液11〇直接接觸的電極材料層腿 視為相互堆疊的電極材料層的一頂部電極材料層咖 包含—齡動㈣。於再—實施例 電/ ㈣層1G2a包含熱作動材料外，頂部 聰下的其餘堆疊的電極材料層至 一包含熱作動材料。於又一實施例中， /、甲之 料層102a Μ熱作騎料外 卩電極材 其餘-電極材料層均包含咖下的 複合氧化物。舉例而言，導電材&^屬
201228076 r34yyuu&6TW 36145twf.doc/I 鹽他、UMnxC〇yNlz〇2 (〇<x，y z<l)、UNixC。具〇2 (0<X，y，Z<l)、LiFeP〇4或是前述材料所組成的混合物。 此外，气述熱作動材料包括一含氮高分子。值得注意 的是，此含氮高分子包括數量平均分子量·以上之含氮 化合物或數量平均分子量200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 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（甲氧基幾基） 二乙烯胺（l，r-bis(methoxycarbonyl)divinylamine ; BDA)、 义曱基-凡：^_二乙烯胺0^-11^1^1-：^，：^-(1以1^1&1^1^)、二乙 11
201228076 P54990066TW 36145twf.doc/I 烯基苯基胺(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-乙烯基醢胺 (N-Vinylamide)、二乙稀基醯胺(divinylamide)、甲石夕院基（乙 烯基）醯胺（Silyl(vinyl)amides)、乙酸酸化乙稀醯胺 (glyoxylated-vinyl amide)等。 上述醯亞胺(imides)的化學結構為：
其中Rt、R_2及Κ·3可相同或不同，為H、脂肪族(aliphatic) 或芳香族(aromatic)。於一實施例中’上述醢亞胺包括：乙 烯醢亞胺（N-Vinylimide)、N-乙婦基欧醯亞胺 (N-Vinylphthalimide)、乙烯基乙醯胺(vinylacetamide)等二 乙烯醢亞月安(divinylimide)。 上述馬來醯亞胺(maleimides)包括單馬來醯亞胺、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⑴或式(II)所示結構： 12 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I
式(I) 式(Π)
其中 R1 為-RCH2R-，-RNH2R- ’ -C(0)CHr， -CH2OCH2- ’ -C(O)-，-〇-，-〇-〇-，-S- ’ -S-S- ’ -S(O)-， -CH2S(0)CHr，-(O)S(O)-，-C6H4-，-CH2(C6H4)CHr， -CH2(C6H4)(〇)-，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- ’ -O-O-，-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’-二苯基代甲烧(N，N，-bismaleimide-4,4’-diphenylmethane)、 Ι,Γ-(亞曱基雙-4，1-亞苯基）雙馬來醯亞胺 [1，1 ’ -(methylenedi-4,1 -phenylene)bismaleimide]、N，N’ -(1, Γ _ 二苯基_4,4’-二亞曱基）雙馬來醯亞胺 [N，N’-(l,l’-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 [l，l’-(3,3，dimethyl-l,l’-biphenyl_4,4’-diyl)bismaleimide]、 Ν,Ν’-乙稀基二馬來醯亞胺（N，N’-ethylenedimaleimide)、 N,N,-(1,2- 亞苯基）二馬來醯亞胺 [N，N’-(l,2-phenylene)dimaleimide]、N，N’-(1，3_亞笨基)二馬 13 201228076
r^yyuuo6TW 36145twf.docA 來醯亞胺[N，N’-(1,3-phenylene)dimaleimide]、N，N’-雙馬來 醯亞胺硫(>1，>1’-似〇(1111^16丨111丨(1)、]^,>1’-雙馬來醯亞胺二硫 (N，N’-dithiodimaleimid) 、N，N’-雙馬來醯亞胺酮 (Ν,Ν’-ketonedimaleimid)、N，N’-亞甲基雙馬來酿亞胺 (N，N’-methylene-bis-maleinimid)、雙馬來醯亞胺甲-醚 (bis-maleinimidomethyl-ether)、1，2-雙馬來醯亞胺基-1,2-乙 二醇[l，2-bis-(maleimido)-l，2-ethandiol]、N，N’-4,4’-二苯 雙馬來醯亞胺(1<[，>1’-4,4’-(1丨卩11611)^1;1161*-1^-111&16丨11^(1)、及4, 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：
r3 r2 其中Ri、R2及R3可相同或不同，為Η、脂肪族(aliphatic) 或芳香族（aromatic)。具體實例包括：乙烯基亞胺 (divinylimine)、稀丙基亞胺(allylicimine)等。 再者，巴比土酸和其衍生物化學結構為. Ο
Ri、
N〆 R2 R3
201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I s
R
'N R6 ,c o
R7及R8係為相 C6H5, CH(ch3)2
其中，Rl、R2、R3、R4、R5、R6、 同或不同之取代基，包括H，CH3, C2$ CH2CH(CH3)2，CH2CH2CH(CH3)2,或
H -C—CH2一CH2一CH3 ch3 ，其中R、R、R及R4均為η者為巴比土酸。 而乙醯丙_和其衍生物的化學結構為： Ο 0 iAAr, R、R’可為脂肪族(aliphatic)或芳香族(aromatic)或雜琴 族；其中’ R、R’均為曱基(methyl)時’該化合物為乙醯二 酮。 二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 15
201228076 rD4yyuu66TW 36145twf.doc/I 列單體的莫耳=可為1:2G〜4:1，較佳比例範圍為 1:5〜2:1，更佳比率範圍為i:3〜1:1。 值得注意的是’熱作動材料在作動前為小分子材料， 因此對於㈣池練離子的擴散移娜響較小。_而，合 裡電池的溫度升高時’熱作動材料產生交聯反應 子，進而阻礙雜子的擴散移動，造成導電度；降成換句 話說，當㈣池受熱時，此熱作動材料的末端官能基可進 -步進行交聯反應，阻斷極板轉子的擴散傳導，且可以 =減少氧分子從受熱極板中釋出， 與電解液關放熱反應降低，進而使電池安全性大= 其中，熱作動材料進行交聯反應的溫度稱為熱作動溫 土酸所形成之高分子時 吕此基包含了乙埽基(來自雙馬來醯亞胺)與胺基(來自巴 比土酸）。當電池受熱時，⑽基與胺基開始進行交聯反應 =度即為熱作動溫度。在本發明巾，熱伽溫度介於^ 氏0〜280度之間，較佳約介於攝氏1〇〇〜22 介於攝氏130〜200度。 _ 一般而言’在導電㈣巾_冑分子_，會使摻雜 料的導電性比於未換雜高分子材料的 導=_導電性低。因此根據熱作動材料在每—電極材 =中的含量’可區分電極材料層為熱作動材料含量少的 尚導電性材料層與熱作動材料含量多的高安全性材料層。 而於本發明的—實補巾，為兼顧正極極板的安全性^導 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 電性，正極極板1G2中每-電極材料層所含的雜作 料的含量彼此不同。較佳的是，隨著電極材料層(例如電極 材料層102a、102b、l〇2c與_)越靠近負極極板刚， 電極材料層含熱作騎料的含量職大。換句話說， 部電極材料層102a至底部電極材料層_，電】 職、職、職與刪中各別含熱作動材料的含& 來越少。也就是相較於頂部電極材料層1〇2&盥
料層腿，則頂部電極材料層_屬於高安全性^材 而底部電極材料層刪則屬於高導電性材料層。另^每 -電極材料層含熱作動材料的含量介於〇⑽游。。 佳的含量介於1.0〜2.5wt%。 然而’於另-實施例中’當每一電極材料層(例如電極 =料層102a、1〇2b、102c與102(1)所含的熱作動材料的含 量彼此相同時，則可藉由調整每一電極材料層中的導電材 料的成分不同’使得由頂部電極材料層1G2a至底部電極材 料層102d，電極材料層102a、1〇2b、1〇2c與l〇2d依序展 現出導電性越來越大的特性。 另外，圖2繪示依照本發明另一實施例的一種鋰電池 的剖面示意圖。請參照圖2，於又—實施例中，當正極極 板202僅由接近負極極板2〇4的頂部電極材料層與遠 離負極極板204的底部電極材料層2〇2b的兩層電極材料層 所組成時’頂部電極材料層202a與該底部電極材料層2〇2b 的厚度比介於10/90〜90/10之間。 於上述本實施例中，鋰電池1〇〇的第一極板1〇2為正 17 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 極極板而第二極板104為負極極板，且第一極板i〇2(正極 極板)為乡層t極材料層堆疊組成，堆叠的乡層 中至少其中之一包含一熱作動材料。然而，本發明H 限於此。請參照圖3，其綠示依照本發明又—實施例的一 種裡電池的剖面局部放大示意圖，其中链電池·的第一 極板302為正極極板而第二極板3〇4為負極極板，且第二 極板304(負極極板)為多層電極材料層（例如電極材料層 304a、304b、304c與304d)互相堆疊組成，每一電極材料 層是由一導電材料所組成，且至少電極材料層其中之一包 含一熱作動材料。具有多層電極材料層堆疊而成的負極極 板304例如是以狹縫式塗佈(slot die coating)、斜板式塗佈 法(slide coating)、淋幕式印刷(curtain coatjng)達到多層電 極材料層塗佈的負極極板。而負極極板3〇4中的電極材料 層的導電材料如先前實施例中所述的負極極板1〇4之材 質，因此不在此作贅述。而正極極板3〇2之材質如先前實 施例中所描述的正極極板102之導電材質，因此亦不在此 作贅述。 另外，圖4繪示依照本發明再一實施例的一種鋰電池 的剖面局部放大示意圖。請參照圖4，此實施例中的鋰電 池400的第一極板402為正極極板而第二極板404為負極 極板，且第一極板402(正極極板)與第二極板404(負極極 板）分別由多層電極材料層堆疊組成（例如電極材料層 402a、402b、402c與402d組成正極極板402，例如電極材 料層404a、404b、404c與404d組成負極極板404)，組成 18 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 正極極板402的堆疊的多層電極材料層中至少其中之一包 含一熱作動材料，而組成負極極板4 〇 4的堆$的多層電= 材料層中至少其中之-包含—熱作動材料。分別^正極 極板4〇2與負極極板姻的電極材料如先前實施例中所 述，因此不在此作贅述。另外’分別由堆叠的電材料層组 成正極極板402與負極極板4G4的方法也如先前實施例中 所數，因此不在此作贅述。
表一列出不同正極極板的電極材料層數以及各電極 熱作動材料含量’以及相對應的正極極板所產 生的反應熱。
表一
甘中 ΤίΜηΡ 正極極板中每一電極材料中的導電材料為 f驗妗/ ^2與LlMn2〇4的混合物。由編號1與編號2 號2與^的正極極板，其反應幢低。而比較編 材料所、组纟實驗結果更可發王見’當正極極板由雙層電極 、’且頂部電極材料含有熱作動材料(2wt%)而底 19
201228076 P54990066TW 36145twf.doc/I 部電極材料未含熱作動㈣時，此正極極板的反應熱 (656J/g)比3有熱作動材料之單層電極材料所組成的正極 極板的反應熱低(763J/g)。很明顯的，雖然編號3實驗結果 的正極極板的整體熱作動材料含量比編號2實驗結果的正 極極板的整體熱作動材料含量低，但是其正極極板的反應 熱較低，如此證明以含有熱作動材料的多層電極材料層所 組成的正極極板比含有熱作動材料的單層電極材料層所組 成的正極極板’具有更佳的抑航賴產生的效果。 表二列出同是雙層電極材料層組成的正極極板，其含 φ 有熱作動材料的電極材料層為底部電極材料層(編號句或 疋頂4電極材料層（編號5)，在鐘電池過充電測試時，所分 別對應的正極極板與負極極板的溫度。 編號 極板層數 熱作動材 料wt% 正極極板 溫度(攝氏） 負極極板 溫度(攝氏） 4 2 0/1 170 166 5 2 - ____ 1/0 96 —----------, 115 其中，正極極板中每一電極材料中的導電材料為 LiMnxCoyNiz〇2與LiMn2〇4的混合物。很明顯的，當裡電 池充電時，頂部電極材料層含有熱作動材料的正極^板與 負極極板的溫度，均小於底部電極材料含有熱作動材料的 正極極板與負極極板的溫度。也就是在雙層電極材料層所 20 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 組成的正極極板中，頂部電極材料芦 J底部電極材料層中摻雜熱作動材“有;佳 L電極材㈣中至少其中之—_有熱作騎料。由於熱 生交聯 ’且可以抑制和減；;;從=解 Π?電？極板是由數個電極材料層所級成， β柳力热邗動材料。 2材料在㈣池溫度升高時，會啟動熱作動而產生交聯 反應形成南分子’進而畴轉子的擴散移動， y 池正極極板與電解液間的放熱』降低， 而使電池女全性大幅提升。 _ ，然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定 ，月’任何所屬技術領域中具有通常知識者，在 =明之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 圖 式簡單說明】 示依照本發明-實施例的—種鐘電池的局部剖 叫不思圖。 示意^认缚示依照本發棚1驗電池的剖面局部放大 局部照本發明另一實施例的-種鋰電池的剖面 ，^示依照本發明又—實施例的—_電池的剖面 。丨孜大示意圖。 21 201228076
P54990066TW 36145twf.doc/I 圖4繪示依照本發明再一實施例的一種鋰電池的剖面 局部放大示意圖。 【主要元件符號說明】 100、200 :鋰電池 102 :正極極板 102a、102b、102c、102d :電極材料層 104、204 :負極極板 108 :隔離膜 110 :電解質溶液 114 :孔隙 202a:頂部電極材料層 202b :底部電極材料層

Claims (1)

  1. 201228076 P54990066TW 36145twf.d〇c/I 七、申請專利範圍： 1. 一種鋰電池，包括： 極板，由複數層第—電極材料層互相堆 =料其W該些第一電極材料層其中之一包含—熱^ 一第二極板； 一隔離膜’位於該第—極板與該第二極板之間。 2. 如申明專利範圍第丨項所述之鐘電池，i — 些第一電極層所含的频作麟料的含量彼此= > 3.^ °月專概圍帛1項所述之㈣池，其中隨著每 -該些第-電極材料層越靠近該第二極板而該些第一電極 材料層含該熱作動材料的含量越高。 4. 如申明專利範圍第1：^所述之鐘電池，其中每一該 些第一電極材料層含該熱作動材料的含量介‘ 0.1 〜10wt%。 5. 如申請專利範圍第w所述之鐘電池，其中每一該 些第-電極材料層含該熱作動材料的 1.0〜2.5wt%。 6. 如申請專利_第丨項所述之池 動材料包含一含氮高分子。 > 7·如中請專利範圍第6項所述之鐘電池，其中該含氣 冋刀子係由又馬來酿亞胺(blsmaleimide)單體與巴比土酸 (barbituric acid)反應所形成。 8.如申料利範圍第6項所述之㈣池，其中該含氣 23 201228076 r 36145twf.doc/I 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。 9. 如申請專利範圍第8項所述之鐘電池，其中該二酮 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。
    10. 如申請專利範圍第1項所述之鋰電池，其中當該 第一極板為一正極極板時，每一該些第一電極材料層分別 包含選自 LiCo〇2、LiMn204、LiMnxCoyNiz02 (〇<x,y，z<l)、 LiNixC〇yAlz〇2 (〇<x，y，z<1)、LiFeP〇4所組成的群組其中之 一的一導電材料。 U•如申請專利範圍第10項所述之鋰電池，其中每一 該些I第一電極材料層所含的該熱作動材料的含量彼此相同 時，每一该些第一電極材料層中的該導電材料的成分不同。 一 二如甲蚋專利範圍第1項所述之鋰電池，其中該 =極板由接近該第二極板的一頂部第一電極材料層與遠
    1第二極板的—底部第—電極材料層的兩層第一電極材 曰:、、且成時部第—電極材料層與該底部第一電極 科層的厚度比介於1_〜9_之間。 —13.如申睛專利範圍第丨項所述之鋰電池，其中該 正極極板時，該第二極板為負極極板，而該第 極板為負極極_，該第二極板為正極極板。 丄如申請專利範圍第1項所述之鐘電池，其中該 一極板由複數層第二電極材料層互相堆疊而成，且至少 24 201228076 P54990066TW 36l45twf.doc/I 些第^電極材料層其.中之—包含—熱作動材料。 I5·—種極板結構，包括： 堆晶電極材料層’該些電極材料層互相堆疊，其中 :咖些電極材料層的至少其中之一包含一熱作動材 含該^竹請專利範圍第15項所述之極板結構，其中包 該些’電極㈣Ϊ的該些電極材料層至少其中之-是堆叠的 —電極材料層的—頂部電極材料層。 -該此=°申5f專利範81第16項所述之極板結構，其中每 〆is亟材料層所含的該熱作動材料的含量彼此不同。 著每-該16項所述之極板結構，其中隨 層含該熱;動材該負極極板而 -該1i i° 圍第16項所述之極板結構’其中每 0.1〜i〇wt%。邛曰含該熱作動材料的含量介於 -該二d專:範圍第16項所述之_結構，其中每 1.0〜2·5:%料層含該熱作動材料的含量介於 些電極材利^圍第15項所述之極板結構，其中該 料層上的該；呷;材料層與堆疊於該底部電極材 部電極層與該底 22.如申請專利範圍第15項所述之極板結構，其中該 25 201228076 P54990066TW 36145twf.doc/I 熱作動材料包含一含氮高分子。 23·如申請專利範圍第22項所述之極板結構，其中該 含氮向分子係由雙馬來醢亞胺(bismaleimide)單體與巴比 土酸(barbituric acid)反應所形成。 24. 如申請專利範圍第22項所述之極板結構，其中該 含氮南分子是由胺（amines)、醯胺（amides)、酿亞胺 (imides)、馬來醯亞胺(maieimides)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。 25. 如申請專利範圍第24項所述之極板結構，其中該 一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。 26·如申請專利範圍第15項所述之極板結構，其中當 堆疊的該些電極材料層是做為一正極極板時，每一該些電 極材料層分別包含選自LiC〇02、LiMn204、LiMnxCoyNiz〇2 (0<x，y，z<l)、LiNixCoyAlz02 (0<x，y,z<l)、LiFeP04 所組成 的群組其中之一的一導電材料。 27·如申請專利範圍第26項所述之極板結構，其中每 一該些電極材料層所含的該熱作動材料的含量彼此相同 時’每一該些電極材料層中的該導電材料的成分不同。 26
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