TW515123B - Lithium based battery - Google Patents
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515123 Μ _____Β7 五、發明説明(1 ) 發明背景 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明有關鋰系電池,諸如鋰蓄電池或鋰離子蓄電池 ,其操作安全性水準很高。 非水性蓄電池係藉由製備一種電池結構組,其係由堆 疊各包括一個正極、一個負極與置於其間之隔板所形成, 或是藉由重複折疊或纏繞該單元電池整體所形成;用以裝 盛該電池結構組的電池容器;以及以一種非水性電解質塡 充該電池容器所組成。此外,該正極係將一種正極活性材 料(諸如鈷酸鋰)載於一個集極(諸如鋁箔)上所形成, 而該負極係將一種負極活性材料(諸如石墨)載於一個集 極(諸如銅箔)上所形成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述非水性電解質蓄電池使用一種反應性大於水性電 解質蓄電池之材料,因此必須在特別注意安全性的情況下 操作。由此觀點來看,已揭示例如提供自一電池容器內部 釋放高壓氣體之安全閥之方法(1)、使用PTC裝置之 方法(2 )以及使用當外部短路或內部短路時限制電流流 動之停機隔板的方法(3 )(詳見日本專利特許公開公報 第 2000 — 58065,2000 — 100408 及 2000 - 133236 號)。 構成方法(2 )中具有P T C (正溫度係數)特徵之 P T C裝置,.如此使得電阻隨著該電池溫度提高而變高, 以限制外部短路時之電流流動。將方法(3 )中之停機隔 板製成於高溫加熱會熔融,以喪失其離子不滲透性。因此 ,若該停機隔板插入電極之間,可以限制外部短路或內部 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -4- 515123 A7 B7 五、發明説明(2 ) 短路時介於電極之電流流動。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 附帶一提,如圖1 6所示,若一尖銳金屬棒(諸如釘 子)刺穿一電池,該金屬棒會穿透正極1與隔板3,並到 達負極2。因此,正極集極1 a與正極活性材料和金屬棒 9直接接觸,而且負極集極2 a與負極活性材料和金屬棒 9直接接觸,因此正極1經由金屬棒9與負極2產生內部 短路。此情況下,由於電流僅在電池內流動,所以使用方 法(2 )之P T C裝置限制電流無效,而且方法(3 )中 之停機隔板亦無法於金屬棒9經由隔板3刺穿電極1與2 時立即避免大電流在正極1與負極2之間流動。 當電池破裂時,隔板3通已常破裂,造成正極1與負 極2之間的短路。此情況下,方法(2 )之P T C裝置無 效’而方法(3 )中之停機隔板亦無法於金屬棒9經由隔 板3刺穿電極1與2時立即避免大電流在正極1與負極2 之間流動。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 因此’先前技藝電池的缺點係,若因爲外部因素發生 嚴重事故時’例如若釘子刺穿該電池或是該電池破裂,電 極間立刻有明顯的大短路電流,使該電池產生高溫/高壓 狀態、’結果產生該電池著火及/或爆裂的擔憂。 發明總論_ . $發明目的係提供一種鋰系電池,諸如鋰蓄電池或鋰 离隹子蓄電池’即使因外來因素造成嚴重事故時,例如即使 隹丁子Μ穿該電池,或是該電池破裂時,其可以避免大電流 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) a4規格(210Χ297公釐) — -5 - 515123 A7 ____^_ B7 ____ 五、發明説明(3 ) 在電極間流動,因此改善其安全性。 爲了達到上述目的,根據本發明第一實施樣態’提供 一種鋰系電池,其包括:一個電池結構組,其係藉由堆疊 各包括一個正極、一個負極與置於其間之隔板所形成.,或 是藉由重複折疊或纒繞該單元電池整體所形成;一個電池 容器,其用以裝盛該電池結構組;以及一種電解質,其於 該電池結構組裝於該電池容器之後倒入該電池容器中,其 中該電池容器的外圍表面覆蓋一種不滲透離子且可拉伸之 高級聚合物片,其拉伸延長百分比爲1 %以上。 根據本發明第二實施樣態,提供一種鋰系電池,其包 括:一個電池結構組,其係藉由堆疊各包括一個正極、一 個負極與置於其間之隔板所形成,或是藉由重複折疊或纏 繞該單元電池整體所形成;以及一種電解質,其於該電池 結構組裝於該電池容器之後倒入該電池容器中,其中該電 池容器的外圍表面覆蓋一種不滲透離子且可拉伸之高級聚 合物片,其拉伸延長百分比爲1 %以上。 根據本發明第三實施樣態,提供一種鋰系電池,其包 括:一個電池結構組,其係藉由堆疊各包括一個正極、一 個負極與置於其間之隔板所形成,或是藉由重複折疊或纏 繞該單元電池整體所形成;一個電池容器,其用以裝盛該 電池結構組;以及一種電解質,其於該電池結構組裝於該 電池容器之後倒入該電池容器中,其中該電池容器的外圍 表面覆蓋一種不滲透離子且可拉伸之高級聚合物片,其拉 伸延長百分比爲1 %以上,而且該電池結構組外圍亦覆蓋 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 515123 A7 B7 五、發明説明(4) 該不滲透離子且可拉伸之高級聚合物片。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 根據本發明第四實施樣態,提供一種鋰系電池,其包 括:一個電池結構組,其係藉由堆疊各包括一個正極、一 個負極與置於其間之隔板所形成,或是藉由重複折疊或纏 繞該單元電池整體所形成;一個電池容器,其用以裝盛該 電池結構組;以及一種電解質,其於該電池結構組裝於該 電池容器之後倒入該電池容器中,其中每個單元電池的正 極與負極分別在正極集極的一個表面以及負極集極的一個 表面上形成,其形成方法係彼此相對,而且該隔板置於其 間;並將一種不滲透離子且拉伸延長百分比爲1 %以上之 可拉伸高級聚合物片置於兩個相鄰單元電池之間及/或每 個單元電池外圍表面上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明第五實施樣態,除了第一至第三實施樣態 任一者所述的鋰系電池構造之外,每個單元電池的正極與 負極分別在正極集極的一個表面以及負極集極的一個表面 上形成’其形成方法係彼此相對,而且該隔板置於其間; 並將一種不滲透離子且拉伸延長百分比爲1 %以上之可拉 伸高級聚合物片置於兩個相鄰單元電池之間及/或每個單 元電池外圍表面上。 根據本發明第六實施樣態,除了第一至第五實施樣態 任一者所述之鋰系電池構造之外,該可拉伸高級聚合物片 係選自聚醯胺爲底質彈性體、聚胺基甲酸酯爲底質彈性體 、聚烯烴爲底質彈性體、聚酯爲底質彈性體、苯乙烯爲底 質彈性體、氯乙烯爲底質彈性體與氟爲底質彈性體所組成 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2丨〇><297公釐 515123 A7 _____ B7 _ 五、發明説明(5 ) 之群組中至少一者。 如上述構成之本發明顯示下列效果: 本發明之鋰系電池特徵在於,其包括一個電池結構組 ’其係藉由堆疊各包括一個正極、一個負極與置於其間之 隔板所形成,或是藉由重複折疊或纒繞該單元電池整體所 形成;一個電池容器,其用以裝盛該電池結構組;以及一 種電解質,其於該電池結構組裝於該電池容器之後倒入該 電池容器中,其中該電池容器的外圍表面覆蓋一種不滲透 離子且可拉伸之高級聚合物片,其拉伸延長百分比爲1 % 以上;該電池結構組外圍覆蓋該可拉伸高級聚合物片;及 /或該可拉伸高級聚合物片置於兩個相鄰單元電池之間及 /或置於每個單元電池外圍表面上。因此,若因爲外部因 .素造成嚴重事故,例如若釘子刺穿該電池或是該電池破裂 ,該高級聚合物片在正極與負極之間有效地變形,避免電 極間立即有大電流流動,因而避免該電池產生高溫/高壓 狀態,結果可以避免該電池爆裂及/或著火。因此,根據 本發明,可以提供一種具有安全性經改良之鋰系電池,諸 如鋰蓄電池或鋰離子蓄電池。 此外,根據本發明,該電池容器的外圍表面覆蓋具有 .高度拉伸延長百分比之可拉伸高級聚合物片;該電池結構 組外圍覆蓋該可拉伸高級聚合物片;及/或將該可拉伸高 級聚合物片置於兩個相鄰單元電池之間及/或每個單元電 池外圍表面上,因此可以保護該電池的頂點部分,亦可以 確實地穩固該電池結構組及/或該單元電池。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) ~ -8 - -裝-- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、?τ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 515123 A7 ___B7 五、發明説明(6) 式簡要說明 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖1係根據本發明第一具體實施例之鋰系電池的橫剖 面略圖; 圖2係圖1所示之鋰系電池的單元電池之一的橫剖面 略圖; 圖3係圖示圖1所示鋰系電池之電池結構組的組合體 橫剖面略圖; 圖4係根據本發明第二具體實施例之鋰系電池的電池 結搆組橫剖面略圖; 圖5係根據本發明第二具體實施例之另一鋰系電池的 電池結構組橫剖面略圖; 圖6 A係根據本發明第二具體實施例之另一鋰系電池 的電池結構組之前視圖,而圖6 B係顯示圖6 A所示之電 池結構組外圍表面覆蓋一種可拉伸高級聚合物片之狀態的 橫剖面略圖; 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖7係根據本發明第一與第二具體實施例的組合之鋰 系電池的橫剖面略圖; 圖8係根據本發明第三具體實施例之鋰系電池的橫剖 面略圖; 圖9係根據本發明第三具體實施例另一鋰系電池的橫 剖面略圖; 圖1 0係顯示圖8與9所示之電池各者的單元電池之 一的橫剖面略圖; 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -9 - 515123 A7 __B7 五、發明説明(7) 圖11A至11C係根據本發明第三具體實施例三個 纒繞型鋰系電池的透視圖; 圖1 2係堆疊型電池的透視圖 圖1 3係折疊型電池的透視圖 圖1 4係纒繞型電池的透視圖 圖1 5係部分橫剖面圖,其顯示釘子刺穿本發明電池 之狀態;以及 圖1 6係部分橫剖面圖’其顯示釘子刺穿先前技藝電 池之狀態。 主要元件對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _·裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 正極 3 隔板 2 負極 la 正極集極 9 金屬棒 2 a 負極集極 C 鋰系電池 T 單元電池 Μ 電池結構組 6 電池容器 10 標誌 7 聚合物片 8 電極體 訂 4 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇'〆297公釐) 10- 515123 A7 _______B7_ 五、發明説明(8 ) 較佳具體實施例詳細說明 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 下文茲參考圖式說明本發明之較佳具體實施例。 <第一具體實施例> 圖1係根據本發明之鋰系電池C的橫剖面略圖;圖2 係單元電池T的橫剖面略圖;而圖3係顯示該鋰系電池電 池結構組Μ的組合體之橫剖面略圖。 參考圖1 ,根據第一具體實施例之鋰系電池C係藉由 將單元電池Τ (其各具有一個正極1、負極2與置於其間 之隔板3 )彼此堆疊,形成電池結構組Μ ;將該電池結構 組Μ裝在一個電池容器6內;以一種電解質塡滿該電池容 器6 ;並以一種不滲透離子且拉伸延長百分比爲1 %以上 .之可拉伸高級聚合物片覆蓋該電池容器6的外圍表面所製 得。如圖1所示,正極集極1 a與作爲正極接頭的標誌 1 0連接,而負極集極2 a與作爲負極接頭的另一標誌 1 0連接。 作爲單元電池T必要組件的正極1 (負極2 )可構成 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 雙面塗覆電極型,其中兩個電極部分位於正極集極1 a ( 負極集極2 a )的兩面上,如圖2所示,或是構成單面塗 覆電極型,其中一個電極部分位於該正極集極1 a (負極 集極2 a ) —面上,如圖3之參考數字8所示。根據第一 具體實施例,該電池結構組Μ係藉由堆疊三個單元電池T ,並將兩個單面塗覆電極型電極體8排列於最上面部分與 最下面部分所形成。此情況下,該正極與負極間的排列關 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -11- 515123 A7 __ B7 五、發明説明(9 ) 先 閲 讀 背 ιέ 之 注 意 事 項 再 填 寫 本 頁 係可逆轉。雖然圖1與3所示之具體實施例中堆疊三個單 元電池T ’但是該堆疊單元電池的數目並無特別限制,該 數目範圍在一個以上。雖然並未圖示,但是可以藉由重複 折疊單元電池T形成電池結構組Μ。 電池谷器6係由一種包裝材料形成,其實例包括一層 金屬箔,諸如鋁或不鏽鋼,以及一層具有充分強度之經層 壓高級聚合物膜爲佳。 該經層壓高級聚合物膜係藉由適當堆疊三至五層聚酯 、雙軸定向聚酯、聚丙烯' 聚乙烯、耐綸、經定向耐綸與 銘箱所形成爲佳。 本發明之鋰系電池特徵在於,該電池容器6的外圍表 面覆蓋不滲透離子而且拉伸延長百分比爲1 %以上之可拉 伸高級聚合物片7。根據本發明,爲了改善作爲形成電池 谷益6之包裝材料的經層壓局級聚合物膜拉伸延長百分比 ,該經層壓高級聚合物膜的多層中至少一層可由本發明之 可拉伸高級聚合物片製成。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之可拉伸高級聚合物片7的拉伸延長百分比在 1 &以上範圍內,在3 0%以上爲佳,在1 0 〇%以上更 佳’在2 0 0 %以上最佳。並無特定指定該拉伸延長百分 比的上限,但是其設爲1 5 0 0 %爲佳。在覆蓋電池容器 之高級聚合物片拉伸延長百分比太小的情況下,若發生外 部因素造成的事故,例如若釘子刺穿該電池,該高級聚合 物片無法在相鄰正極與負極之間有效變形,使得大電流立 即在其間流動,使該電池處於高溫/高壓狀態,結果該電 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) -12 515123 A7 B7 _ 五、發明説明(1〇) 池可能爆裂及/或著火。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述可拉伸高級聚合物片7的拉伸延長百分比係於 JIS K6251—1993所界定之「硫化橡膠張力 試驗方法」下所測量的値。該可拉伸高級聚合物片7的張 力試驗方法係藉由製備7號啞鈴型試驗件、於1 0 0 土 1 0毫米/分鐘應變率下應變該試驗件,測量斷裂時之計 算的樣本長度,並根據下列關係式測定拉伸延長百分比所 進行。此外,該可拉伸高級聚合物片7的拉伸延長百分比 測量係於J I P K 7 1 0 0所界定的標準溫度狀態( 2 3 ± 2 °C )下進行;不過,即使在電池操作溫度範圍下 ,即,在一 2 0 °C至8 0 溫度範圍內,該可拉伸高級聚 合物片7的拉伸延長百分比可保持在上述範圍內。 斷裂伸長率(%) =〔(斷裂時之計算的樣本長度(毫米 )-計算的樣本長度(毫米))/計算的樣本長度(毫米 )X 1 0 0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之可拉伸高級聚合物片7具有不滲透離子性, 而且其具有其他性能爲佳,諸如絕緣性、耐熱性以及不滲 透氣體性。此處所使用的「不滲透離子性」一辭意指該具 有不滲透離子性的高級聚合物片幾乎不使離子滲透彼,更 明確地說,其意指該具有不滲透離子性的高級聚合物片不 會使可以操作電池的離子數量滲透彼。藉由該電池容器6 外圍表面具有可拉伸尚級聚合物片7的構造,可以避免g者 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) " -13- 515123 A7 ______B7_ 五、發明説明(11) 如釘子刺穿單元電池或是電池破裂等事故導致該電池爆裂 及/或著火,而不使用具有孔之習用可滲透離子可拉伸隔 板。該可拉伸高級聚合物片7的厚度通常在約3 0微米至 1毫米範圍內。 該可拉伸高級聚合物片7可由選自聚醯胺爲底質彈性 體、聚胺基甲酸酯爲底質彈性體、聚烯烴爲底質彈性體、 聚酯爲底質彈性體、苯乙烯爲底質彈性體、氯乙烯爲底質 彈性體與氟爲底質彈性體所組成之群組中一種或兩種以上 製成。此等材料中,使用苯乙烯爲底質彈性體、聚烯烴爲 底質彈性體、聚胺基曱酸酯爲底質彈性體以及氟爲底質彈 性體爲佳,並以使用聚胺基甲酸酯爲底質彈性體以及氟爲 底質彈性體最佳。 該苯乙烯爲底質彈性體包含聚苯乙烯作爲硬質部分, 而且包含聚丁二烯、聚異間二烯、氫化聚丁二烯、氫化聚 異間二烯或氫化丁二烯(或苯乙烯- 丁二烯)橡膠作爲軟 質橡膠。 該聚烯烴爲底質彈性體包含聚丙烯或聚乙烯作爲硬質 部分,而且包含乙烯一丙烯爲底質橡膠(E P DM、 ΕΡΜ、EBM)或氫化丁二烯(或苯乙烯一 丁二烯)橡 膠作爲軟質部分,該彈性體具有3 0 〇至6 0 0 %之良好 拉伸延長百分比,而且具有足以使該彈性體模塑成膜狀之 良好模塑性。 該聚酯爲底質彈性體包含聚酯作爲硬質部分,並包含 聚醚或聚酯作爲軟質部分’該彈性體具有廣泛操作溫度範 本&張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝·
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14 - 515123 A7 B7 五、發明説明(12) 圍。 該聚醯胺爲底質彈性體包含聚醯胺作爲硬質部分,並 包含聚酯或聚醚作爲軟質部分。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該氯乙烯爲底質彈性體包含結晶聚氯乙烯作爲硬質部 分,並包含非晶相P V C或丙烯腈—丁二烯橡膠(n B R )作爲軟質部分。 該聚胺基甲酸酯爲底質彈性體包含胺基甲酸酯結構作 爲硬質部分,並包含聚酯或聚醚作爲軟質部分,該彈性體 具有4 0 0至1 2 0 0%之良好拉伸延長百分比,而且足 以使該彈性體模塑成膜狀之良好模塑性。 該氟爲底質彈性體包含一種含氟樹脂作爲硬質部分, 並包含一種含氟橡膠作爲軟質部分,該彈性體具有4 0 0 至1 2 0 0%之良好拉伸延長百分比,而且足以使該彈性 體模塑成膜狀之良好模塑性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 至於該可拉伸高級聚合物片,以聚胺基甲酸酯爲底質 彈性體爲佳。更明確地說,作爲該可拉伸高級聚合物片的 熱塑性聚胺基甲酸酯爲底質彈性體係藉由(A )長鏈多元 醇化合物、(B )鏈增長劑與(c )聚異氰酸酯化合物作 爲主要組份的加聚反應所製得。該彈性體係經由分子中之 胺基甲酸酯鍵聚合。 作爲組份.(A )之長鍵多兀醇化合物的數量平均分子 量在1 ,000至5,〇〇〇範圍內,在1 ,5〇0至 3 ,0 〇 〇範圍內更佳。若該長鏈多元醇化合物的數量平 均分子量太小,所製得之聚胺基甲酸酯膜的物理性質,諸 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -15- 515123 A7 B7 五、發明説明(13)
如耐熱性與拉伸延長百分比經常會變差,然而若其太大’ 該合成期間的黏度提高,而且所製得之熱塑性聚胺基甲酸 酯爲底質彈性體的製造安定性通常會變差。亦須注意的是 ,該長鏈多元醇化合物的數量平均分子量意指以J I S κ 1 5 7 7測量之羥基値爲基準所計算的數量平均分子量 〇 作爲(A )組份之長鏈多元醇化合物實例係(1 ) 一 種聚酯一多元醇與(2 ) —種聚醚一多元醇。 該聚酯多元醇(1 )係藉由反應二羧酸,諸如聚(1 ,4 一伸丁基己二酸酯)、聚(1 ,6 -己烷己二酸酯) 、聚己內酯、己二酸或苯二曱酸與烷二醇,諸如乙二醇與 二甘醇製得。 用以製造聚酯-多元醇(1 )之聚羧酸組份實例可包 括一種碳數爲5至1 5之直鏈脂族二羧酸,諸如戊二酸、 己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸或十二烷二羧 酸;一種碳數爲5至1 4之分枝鏈脂族二羧酸,諸如2 -甲基琥珀酸、2 —甲基己二酸、3 —甲基己二酸、3 —甲 基戊二酸、2 —甲基辛烷二酸' 3,8 —二甲基癸烷二酸 或3,7 -二甲基癸烷二酸;一種芳族二羧酸,諸如對苯 二甲酸、異苯二甲酸或鄰苯二甲酸;以及其酯化衍生物。 上述材料可以單獨使用或是倂用兩種以上。此等材料當中 ’以碳數爲5至1 4之直鏈或分枝鏈脂族二羧酸爲佳,更 明確地說,以己二酸、壬二酸或癸二酸更佳。視需要,上 述二羧酸可與少量具有三個以上官能基之聚羧酸倂用。至 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 515123 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明(14) 於此種聚羧酸,可使用三羧酸,諸如苯偏三酸或苯均三酸 。上述三羧酸可單獨使用或倂用兩種以上。 用以製造聚酯-多元醇(1 )之多元醇組份實例可包 括碳數爲2至1 4之的直鏈脂族二醇,諸如乙二醇、1 , 3 - 丙二醇 ' 1 ,4 一丁二醇、1 ,5 -戊二醇、1,6 —己二醇、1 ,7 -庚二醇、1 ,8 -辛二醇、1 ,9 — 壬二醇或1 ,1 〇 -癸二醇;一種碳數爲3至14的分 枝鏈脂族二醇,諸如2 -甲基一 1 ,3 -丙二醇、新戊基 二醇、3 —甲基一 1 ,5 —戊二醇或2 —甲基一 1 ,8-辛二醇;以及脂環二醇,諸如環己烷二甲醇或環己烷二醇 。此等材料可以單獨使用或是倂用兩種以上。特別是,以 碳數爲4至1 0的分枝鏈脂族二醇爲佳,特別的是,以3 一甲基—1,5 -戊二醇更佳。 視需要,上述二醇可以與少量具有三個以上官能基之 多元醇倂用。此等多元醇的實例可包括甘油、三羥甲基丙 烷、丁三醇、己三醇、三羥甲基丁烷、三羥甲基戊烷或是 季戊四醇。此等材料可單獨使用或倂用兩種以上。特別是 ,以三羥甲基丙烷爲佳。 該聚醚一多元醇(2 )的實例包括聚乙二醇、聚丙二 醇、E〇/ P〇共聚物以及聚氧四甲二醇。此等材料可單 獨使用或倂用兩種以上。 至於作爲組份(B )之鏈增長劑,使用低分子量化合 物爲佳,其中兩個活性氫原子可與存在分子中之異氰酸酯 基反應,而且該分子量在3 0 0以下之範圍內。 (請先閱讀背面之注意事項#|填寫本頁) •裝. 訂 -.¾. 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X 297公釐) -17- 515123 A7 B7 五、發明説明(15) 該低分子量化合物的實例包括一種脂族二醇,諸如乙 醇、 醇 醇 5 -戊二醇、1,6 - 己二醇、1,7 一辛二醇或1 ,9 一壬二醇;一種芳族 ,諸如1 ,4 一雙(/3 —羥基乙氧基) 4〜丁二醇、1 , 〜庚二醇、1,8 二醇或是脂環二醇 苯、 4 一環己 醇、雙(/3 -羥基乙基)對 甲酸 一種二胺,諸如肼、伸乙基二永、六伸 二胺、苯二甲基二胺、異佛爾酮二胺、 畊衍生物、伸苯基二胺或伸苄基二胺; 諸如己二酸肼或異苯二曱酸肼。此等材 用兩種以上。 作爲組份 芳族二異氰酸酯,諸如二異氰酸伸苄酯 C )之聚異氰酸酯化θ 入 酉旨或二甲苯二醇; 甲基二胺、伸丙基 六氫吡啡、六氫吡 以及一種胺基醇, 料可單獨使用或倂 物實例可包括一種 氰酸’ 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 ’ 一二苯基甲烷酯、二異氰酸對伸苯 5一伸萘酯、二異氰酸3-3’ 一二氯 基甲烷酯或二異氰酸苯二甲酯;以及一 氰酸酯,諸如二異氰酸六伸甲酯、二異 二異氰酸4,4’ 一二環己基甲烷酯或 甲酯。此等材料可單獨使用或倂用兩種 酯化合物可與少量具有三個以上官能基 ,諸如三異氰酸三苯基曱烷酯。 根據本發明,作爲組份(B )之鏈 20 0質量份數爲佳,以5至1 00質 爲組份(C )之聚異氰酸酯化合物的用 酯 酸1 4,4,—二苯 種脂族或脂環二異 氰酸異佛爾酮酯、 氫化二異氰酸苯二 以上。該聚異氰酸 之聚異氰酸酯倂用 增長劑用量爲1至 量份數爲佳,而作 量爲5至2 0 〇暂 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -18- 515123 A7 B7 五、發明説明(16) 量份數爲佳,以2 0至1 0 〇質量份數爲佳,其添加於 1 〇 〇質量份數之作爲組份(a )之長鏈多元醇化合物中 〇 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 製造本發明之熱塑性聚胺基甲酸酯爲底質彈性體的方 法並無特定限制,但是可藉由混合作爲組份(a )之長鏈 多元醇化合物、作爲組份(B )之鏈增長劑、作爲組份( C )之聚異氰酸酯化合物以及視需要的其他組份,並依照 預聚合方法或是使用習知胺基甲酸酯化反應技術之一次灌 漿法’於一種胺基甲酸酯觸媒下胺基甲酸酯化所形成之混 合物。特別是,以一種實質上不存在溶劑之預進行熔融聚 合方法爲佳,以一種使用多軸螺旋型擠出器預進行連續熔 融聚合之方法更佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 至於該胺基甲酸酯觸媒,使用一種錫爲底質胺基甲酸 酯觸媒爲佳。該錫爲底質胺基甲酸酯觸媒之實例可包括二 醋酸二丁錫、二月桂聚二丁錫以及雙(3 -锍基丙酸乙氧 基丁酯)二丁錫鹽。該胺基甲酸酯觸媒的添加量(轉換成 錫原子的數量)在5 p p m以下之範圍。若該胺基甲酸 酯的添加量大於5 P p m,所製得之聚胺基甲酸酯彈性 體對於熱水、熱以及在高溫下對於濕氣的抗性可能變差。 至於如此製得之熱塑性聚胺基甲酸酯爲底質彈性體, 其重量平均分子量在5 ’ 000至500 ,〇◦0範圍內 爲佳,以10,〇〇〇至300,000更佳,而且其 NC〇指數(〔NC〇)/〔〇H))在0·95至 1 . 〇 5範圍內,以1 · 〇至1 . 〇 3爲佳。此外,該 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -19- 515123 A7 B7 五、發明説明(17) N C 0指數係該聚異氰酸酯化合物之N C〇基莫耳數胃於 該長鏈多元醇總〇Η基(活性氫基)莫耳數的比値。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 藉由熔融擠出(膜擠出)法或是溶劑鑄塑法將如此製 得之熱塑性聚胺基甲酸酯爲底質彈性體形成膜狀。 根據熔融擠出(膜擠出)法,於該熱塑性聚胺基甲酸 酯爲底質彈性體之熔點或以上溫度加熱彼,並保持該溫度 使之熔融,自一 Τ形或縫隙式噴嘴擠出,並視需要拉伸彼 ,然後冷卻。如此可製得厚度約2 0微米至1毫米之膜。 根據溶劑鑄塑法,將該熱塑性聚胺基曱酸酯爲底質彈 性體溶解於一種可以溶解該彈性體的溶劑中,並使用刮刀 或條狀塗覆器在一平坦底座上鑄塑所形成溶液,然後蒸發 該溶劑,如此形成膜狀。 在可拉伸高級聚合物片中,使用該聚胺基甲酸酯爲底 質彈性體爲佳。 該可拉伸高級聚合物片具有不滲透離子性爲佳。該不 滲透離子性質意指其離子傳導性低。因此,若使用不滲透 離子片作爲置於電極間的隔板,則不製備電池。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較佳可拉伸高級聚合物片的傳導性係2 5 °C下最高達 1 X 1 0 ' 6 S / c m。如下測量該傳導性。將該可拉伸 高級聚合物片浸於一種2 5 t之包含1 M L i C 1〇4之 碳酸伸丙酯溶液中2 4小時。然後,將該已潤脹片置於兩 片不鏽鋼片之間,於2 5 °C下使用複雜阻抗方法測量該片 的離子傳導性。 該不滲透離子片在有機電解質中不會潤脹成此種程度 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -20 _ 515123 Α7 Β7 五、發明説明(18) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 。因此,將該片浸於2 0 °C之包含1 μ L i C 1〇4之碳 酸伸丙酯溶液中2 4小時’然後去除沾附在該片表面上的 ί谷液之後所測得之潤脹比時’該片的潤脹比最高達1 3 〇 本發明所使用之可拉伸高級聚合物片的離子傳導性最 咼達lx 1 0_6 s/cm&/或潤脹比最高達1 3 0% 爲佳。 潤脹比(% )=〔該片浸於。C之包含]_ M L i C 1〇4之 碳酸伸丙酯溶液中2 4小時之後的重量(克)〕/〔該片 浸漬前的重量(克)〕 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如圖1所示,除了電池容器6外圍表面覆蓋可拉伸高 級聚合物片7之外,本發明之鋰系電池具有與習用鋰系電 池相同基本構造。也就是說,如上述,本發明之鋰系電池 包括藉由堆疊各包括一個正極1、一個負極2與置於其間 之隔板3,或是藉由重複折疊或纏繞該單元電池T整體( 即,長形單元電池T )所形成的電池結構組。 正極係將一種正極塗料塗覆在該正極集極1 a前面與 後面其中一面或兩面所形成爲佳。該正極塗料包含一種黏 合劑樹脂、一種正極活性材料,以及一種導電性材料。 該正極集極1 a可由選自不鏽鋼、鋁、鈦、鉅與鎳之 材料製成。此等材料中,就性能與經濟優勢來看,以鋁爲 佳。該集極的形狀並無特定限制。例如,該集極可呈箔狀 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2ΙΟ'〆297公釐) 515123 A7 B7 五、發明説明(19) 、延展金屬、板、泡沬狀、羊毛狀、立體結構’諸如網狀 等等。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 該黏合劑樹脂之實例可包括氟爲底質聚合物’諸如聚 1 ,1—二氟乙烯(PVDF) 、1 ,1—二氟乙烯一六 氟丙烯共聚物、1,1 一二氟乙烯一氯三氟乙烯( CTFE)共聚物〔P — (VDF — CTFE) 〕 、1 , 1一二氟乙烯一六氟丙烯含氟橡膠、1 , 1一二氟乙烯一 四氟乙烯一六氟丙烯含氟橡膠、1 ’ 1一二氟乙矯一四氟 乙烯-過氟烷基乙烯醚含氟橡膠;以及聚環氧丙烷、聚乙 烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、丁基橡膠、腈橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯-丁二烯橡膠、聚硫醚橡膠、硝基纖維 、氰基乙基化多醣類,諸如氰基乙基纖維、多醣衍生物及 各種乳膠。此等材料可單獨使用或是倂用兩種以上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該正極活性材料可以視該電極應用或是該電池種類而 做適當選擇。作爲鋰系電池正極之正極活性材料的實例可 包括一種包含I族金屬的化合物,諸如C u〇、C u 2〇、 Ag2〇、CuS或CuS〇2 ; —種包含IV族金屬之化 合物,諸如T i S、S i 〇2或SnO ; —種包含V族金屬 之化合物,諸如V2〇5、V6〇13、V〇x、Nb2〇5、 B i 2〇3或Sb2〇3 ; —*種包含V I族金屬之化合物’ 3者 如 C r〇3、 0『2〇3、]\1〇〇3、]\4〇82、1^〇3或 s e〇2 ; —種包含v I I族金屬之化合物,諸如Μ η〇2 或Μ η 2〇4 ; 一種包含V I I I族金屬之化合物’諸如 Fe2〇3、F e〇、F e3〇4、Ni2〇3、Ni 〇或 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(21〇><297公釐) 515123 A7 B7 五、發明説明(20) C 〇〇2 ;以及一種導電性高級聚合物化合物,諸如聚吡咯 、聚苯胺、聚對苯、聚乙炔或多並苯爲底質材料。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 用於鋰離子蓄電池正極之正極活性材料實例係一種可 以吸收/釋放鋰離子之硫屬化合物或一種包含鋰離子之硫 屬化合物。 該可吸收/釋放鋰離子硫屬化合物的實例可包括 F e S 2 Λ T i S2、M〇S2、V2〇5、V6〇13 與 Μ n 〇 2 〇 包含鋰離子之硫屬化合物實例可包括L i C o 〇 2、 L iMn〇2、 L iMri2〇4、 L iM〇2〇4、 L iV3〇8、L iNi 〇2、L ixNiyMi- y〇2 (M係 選自 Co、Mn、Ti 、Cr 、V、A1 、Sn、Pb 與
Zn之至少一或多種金屬,而x在〇. 1 . 10範圍內,而y在0 · · 0範圍內)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該導電性材料之實例可包括碳黑、石墨化碳黑、乙炔 黑、碳鬚、碳纖維、天然石墨與合成石墨。視需要,可於 該導電性材料中添加一種分散劑。該分散劑之實例可包括 極性溶劑,諸如N -甲基—2 —吡咯烷酮(Ν Μ P )、聚 甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺與二甲基硫代醯胺。 可以習知比率混合該黏合劑樹脂、正極活性材料與導 電性材料,形成該正極塗料,並將該正極塗料塗覆於正極 集極上,製造本發明之正極。 該正極的薄化作用並無特定限制,但是其係使用塗覆 器滾筒之滾筒塗覆法、網版塗覆法、使用刮刀之刮刀塗覆 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐) ' -23- 515123 A7 ____ B7 五、發明説明(21) 法、旋轉塗覆法、使用條狀塗覆器之條式塗覆法,在該正 極集極(諸如鋁箔)上形成均勻厚度之正極。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在該負極集極2 a前面與後面其中一面或兩面上塗覆 一種負極塗料,形成負極2爲佳。該負極塗料包含一種黏 合劑樹脂與一種負極活性材料。須注意,該黏合劑樹脂可 以使用與正極所用之相同黏合劑樹脂。 負極集極2 a係由一種選自銅、不鏽鋼與鎳之材料製 成。此等材料當中,自性能與經濟優勢觀點來看,以銅爲 佳。該集極的形狀並無特定限制。例如,該集極可呈箔狀 、延展金屬、板、泡沫狀、羊毛狀、立體結構,諸如網狀 等等。 該負極活性材料可視該電極應用或是電池種類而做適 當選擇。作爲鋰畜電池負極之負極活性材料實例包括鹼金 屬、鹼金屬合金、碳材料以及與正極活性材料使用之相同 材料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該鹼金屬實例可包括L i 、Na與K ;而該鹼金屬合 金實例可包括L i合金,諸如L i 一 A 1、L i 一 Mg與 Li— Al— Ni ,以及Na合金,諸如Na—Hg與 N a — Ζ η 〇 該碳材料的實例可包括石墨、碳黑、焦碳、玻璃狀碳 、碳纖維與其經燒結體。 作爲鋰離子蓄電池負極之負極活性材料實例係一種可 逆式貯存/釋放鋰離子之材料,諸如難以石墨化之碳材料 或是以石墨爲底質之碳材料。更明確地說,此種碳材料可 ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐) ' -24- 515123 A7 B7 五、發明説明(22) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 包括熱解碳材料、焦碳(瀝青焦碳、針狀焦碳、石油焦碳 )石墨材料、玻璃狀碳材料,有機高級聚合物化合物之燒 結體(其係於適當溫度下燒結酚醛樹脂、呋喃樹脂等以碳 化該樹脂 '碳纖維或活性碳所製得)。此外,亦可使用一 種局級聚合物(諸如聚乙炔或聚吡咯)或是一種氧化物( 諸如S η 0 2 )作爲可逆貯存/釋放鋰離子之材料。 可以習知混合比率混合該黏合劑樹脂、負極活性材料 與溶劑’形成該負極塗料,並將該負極塗料塗覆於該負極 集極上,製造本發明之負極。 該負極的薄化作用並無特定限制,但是其係使用塗覆 器滾筒之滾筒塗覆法、網版塗覆法、使用刮刀之刮刀塗覆 法、旋轉塗覆法、使用條狀塗覆器之條式塗覆法,形成均 .勻厚度之負極。 隔板3係由一種具有孔以確保離子滲透性之樹脂膜所 形成。隔板3構成所謂停機隔板爲佳,其於高溫下熔融封 閉此等孔,如此喪失其離子滲透性。 亦可使用不具停機功能的隔板。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 形成隔板3之材料實例可包括一種氟爲底質聚合物、 聚醚,諸如聚環氧乙烷或聚環氧丙烷、聚烯烴,諸如聚乙 烯稅聚丙烯、聚丙烯腈、聚偏二氯乙烯、聚甲基甲基丙烯 酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯腈、聚乙 烯基醋酸酯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚伸乙基亞胺、聚丁二 烯、聚苯乙烯、聚異戊間二烯與其衍生物。此等材料可單 獨使用或是併用兩種以上。特別是’使用該氟爲底質聚合 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐了 515123 A7 ______ B7 五、發明説明(23) 物作爲形成隔板的材料爲佳。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 該氟爲底質聚合物之實例可包括聚1 ,1 一二氟乙烯 (PVDF) 、1 ,1 一二氟乙烯一六氟丙烯(HFP) 共聚物〔P— (VDF — HFP) 〕、1 ,1 一二氟乙烯 一氯三氟乙烯(CTFE)共聚物〔P 一(VDF — CTFE) 〕 、1 ,1一二氟乙烯一六氟丙烯含氟橡膠〔 P - (VDF— HFP) 〕、1 ,1—二氟乙烯—四氟乙 烯一六氟丙烯含氟橡膠〔P — (VDF—TFE— HFP )〕、1, 1一二氟乙烯一四氟乙烯一過氟烷基乙烯醚含 氟橡膠。該1 , 1-二氟乙烯爲底質聚合物最好包含50 質量%以上滿特晚是7 0質量%以上(上限9 7質量% ) 之1 ’ 1 一一赢乙烯。特別是,使用1 ,1 一二氟乙烯( PVDF) 、1 ,1—二氟乙烯—六氟丙烯共聚物〔P — (VDF — HFP)〕與1 ,1—二氟乙烯一氯三氟乙烯 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 共聚物〔P —( V D F - C T F E )〕爲佳。由於結晶度 降低之故,以共聚作用爲佳,使得電解質容易浸透,並且 容易保留該電解質。根據本發明,不僅使用具有高潤脹性 質之高級聚合物,亦使用具有低潤脹性質之高級聚合物( 諸如P V D F )作爲形成該隔板用的材料。 作爲該隔板的氟爲底質聚合物之數量平均分子量在 500,00 0或以上範圍內,以5〇〇,〇〇〇至 2,000,000爲佳,以500,〇〇〇至 1 ,500,000更佳。若該數量平均分子量太小,隔 板的物理強度會大幅惡化。結果,該隔板可能會被孔貫穿 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -26- 515123 A7 B7 五、發明説明(24) 或是斷裂,因此無法顯示出隔離功能。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 可於本發明電池所使用之隔板中添加一種塡料。在該 塡料粒子可以形成一種與構成該隔板之聚合物共同操作的 基質範圍內,該塡料的種類(無機或有機)與物理性質( 諸如形狀、直徑、密度以及該塡料粒子的表面狀態)並無 特別限制,以形成使該塡料粒子與高級聚合物邊界處浸透 電解質之孔。作爲塡料之無機物質粉末實例可包括氧化物 、碳酸鹽與硫酸鹽,諸如氧化矽、氧化鈦、氧化鋁、氧化 鋅、碳酸鈣、硫酸鈣、氧化錫、氧化鉻、氧化鐵、氧化鎂 、碳酸鎂與硫酸鎂,以及另外碳化物,諸如碳化矽與碳化 鈣,以及氮化物,諸如氮化矽、氮化鈦之粉末。作爲塡料 之有機物質粉末實例可包括與構成該隔板聚合物不相容之 各種聚合物粒子。 該塡料粒子的粒徑並無特別限制,但是可在1 〇微米 或以下之範圍內,以0.005至1微米爲佳,以 0 . 0 1至0 . 8微米更佳。該塡料添加於該聚合物中的 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 添加量視該聚合物種類與塡料種類而定,相對於1 0 0質 量份數聚合物,其可在5至1 0 0質量份數範圍內,以 3 0至1 0 0質量份數爲佳。 可藉由將一種聚合物溶解於溶劑中,並視需要將塡料 分散於該溶劑,形成一種淤漿製造本發明之隔板。該溶劑 可以適當選自各種可以溶解該聚合物的溶劑,而且由工業 觀點來看,其具有高沸點與高度安全性爲佳。該溶劑實例 可包括N,N —二甲基甲醯胺(DMF) 、二甲基乙醯胺 本k張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) "~ -27- 515123 A7 _____B7 五、發明説明(25) 、N -甲基吡咯烷酮、丙酮、甲基乙酮(MEK)以及甲 基異丁酮。該聚合物於溶劑中的濃度在5至2 5質量%範 圍內爲佳。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 可以採用於該聚合物中添加增塑劑,並在該聚合物形 成膜狀之後萃取該增塑劑的方法代替於該聚合物中添加一 種塡料以形成本發明隔板。該增塑劑的實例可包括己二酸 二甲酯、己二酸二異丁酯、己二酸二丁酯、己二酸二一 2 一乙基己酯、己二酸二異癸酯、己二酸二丁基二乙二醇酯 、壬二酸二一 2 —乙基己酯、癸二酸二甲酯、癸二酸二丁 酯、癸二酸二一 2 -乙基己酯、乙醯基蓖麻酸甲酯、苯二 曱酸二甲酯、苯二甲酸二乙酯、苯二甲酸二丁酯、苯二曱 酸二庚酯、苯二甲酸二一 2 -乙基己酯、苯二甲酸二正辛 酯、苯二甲酸二異癸酯、苯二甲酸丁基苄酯、苯二曱酸二 異壬酯以及羥基醋酸乙基苯二甲醯乙酯。此等材料中,自 容易萃取觀點來看,使用苯二甲酸二丁酯與苯二甲酸二辛 酯爲佳。相對於1 0 0質量份數該聚合物,該增塑劑的添 加量在1 0至2 0 0質量份數範圍內爲佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 將該隔板置於該正極與負極之間,如此組合成一個單 元電池。更明確地說,形成膜狀之隔板係位於該正極與負 極之間,並且在該正極與負極之間施加壓力,使之形成一 整體,以製造單元電池;或是將呈淤漿之隔板塗覆於該正 極與負極上,然後藉由加熱硬化該隔板,並使該正極與負 極彼此重疊,製造一單元電池。 其次,如圖3所示,將如此製得之單元電池T彼此堆 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -28 - 515123 A7 B7 五、發明説明(26) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) S ’並將兩個單面塗覆電極體8置於該單元電池τ堆疊物 的最上面與最下面,形成電池結構組Μ。將該電池結構組 Μ衣入一個電池谷益6 ’諸如電池罐或層壓包裝中,並以 電解質塡滿該電池容器6。然後,若該電池容器6構成電 池罐’對彼進行罐密封,或者若該電池容器6爲層壓包裝 ’則對彼進行熱密封,然後以本發明之可拉伸高級聚合物 片7覆蓋該電池容器6的外圍表面。如此製得本發明之鋰 系電池。 用於本發明鋰系電池之電解質係將一種離子傳導鹽溶 解於一種可以溶解該離子傳導鹽的溶劑中所製備。 只要該離子傳導鹽可用於習用鋰系電池,其並無特別 限制。該離子傳導鹽實例可包括L i C 1〇4、L i B F 4 、LiAsF6、LiPF6、LiSbF6、
Li CF3S〇3> Li CFsS〇3> Li CFaCOO^ NaCl〇4、NaBF4、NaSCN、KBF4、
Mg (Cl〇4)2、Mg (BF4)2、 (C4H9) 4NBF4> ( C 2 H 5 ) 4 N B F 4 ^ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (C4H9) 4NC 1〇4、L iN (CF3S〇2) 2 以及 (C 2 H 5 ) 4 N P F 6。此等材料可單獨使用或倂用兩種以 上。 可溶解上述離子傳導鹽之溶劑實例可包括一種鏈醚’ 諸如二丁醚、1 ,2 —二曱氧基乙烷、1 ,2 —乙氧基甲 氧基乙烷、甲基二甘醇二甲醚、甲基三甘醇二曱醚、甲基 四甘醇二甲醚、乙基甘醇二曱醚、乙基二甘醇二甲醚、丁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 29 - 515123 A7 B7 五、發明説明(27) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 基二甘醇二甲醚或乙二醇醚(乙基乙二醇一乙醚、乙基二 甘醇一乙醚、丁基乙二醇一乙醚或丁基二甘醇一乙醚); 一種雜環醚,諸如四氫呋喃、2 -甲基四氫呋喃、1 ,3 —二氧五圜、或4 ,4 —二甲基一1 ,3 —二氧六圜;一 種丁內酯,諸如r 一丁內酯、r 一戊內酯' 5 —戊內酯、 3 —甲基一 1 ,3 —噁唑烷—2 —酮或3 —乙基一 1 ,3 -噁唑烷- 2 -酮;以及常用於鋰系電池之其他溶劑,例 如水、一種醇溶劑(甲醇 '乙醇、丁醇、乙二醇、丙二醇 、二甘醇、1 ,4 一丁二醇、甘油等)、一種聚環氧烷一 多元醇溶劑(聚環氧乙烷、聚環氧丙烷、聚環氧乙烷-環 氧丙烷二醇等,其可倂用兩種以上)、一種醯胺溶劑(N 一甲基曱醯胺、N — N —二甲基甲醯胺、N —甲基乙醯胺 、N -甲基吡咯烷酮等)、一種碳酸酯溶劑(碳酸二乙酯 、碳酸二甲酯、碳酸乙基甲酯、碳酸丙聚酯、碳酸乙聚酯 、碳酸苯乙烯酯等)以及一種咪唑啉酮溶劑(1 ,3 -二 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 甲基- 2 -咪唑啉酮等)。此等材料可單獨使用或倂用兩 種以上。特別是,以碳酸酯爲底質溶劑作爲非水性溶劑, 諸如碳酸丙聚酯爲佳。此外,該離子傳導鹽於該溶劑中的 濃度在約〇. 5至1.5莫耳/升範圍內。. 除了該離子傳導鹽之外,該電解質可包含具有至少一 個反應性雙鍵,具有至少兩個反應性雙鍵爲佳。該具有反 應性雙鍵化合物會反應形成一種立體網狀結構,因此形成 聚合物凝膠電解質。 該具有反應性雙鍵化合物之實例包括具有兩個以上反 本紙張尺度適用中國國家標準( CNS ) A4規格(210X 297公釐) 一' 515123 A7 B7 五、發明説明(28) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 應性雙鍵的化合物’諸如二乙烯苯、二乙烯基硕、甲基丙 烯酸烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙矯酸二甘 醇酯、二甲基丙烯酸三乙二醇酯、聚二甲基丙烯酸乙二醇 酯(平均分子量爲200至1 ’ 0〇〇)、二甲基丙烯酸 1 ,3 -丁二醇酯、二甲基丙烯酸1 ,6 —己二醇酯、二 甲基丙烯酸新戊基一醇酯、聚一甲基丙烯酸丙二醇酯(平 均分子量爲4 0 0) 、2 -羥基—1 ,3 -二甲基丙烯醯 氧丙烷、2,2 -雙〔4 (甲基丙烯醯氧乙氧基)苯基〕 丙烷、2 ,2 -雙〔4 一(甲基丙烯醯氧乙氧基一二乙氧 基)苯基〕丙烷、2 ’ 2 -雙〔4 (甲基丙烯醯氧乙氧基 一聚乙氧基)苯基〕丙烷、二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸 二甘醇酯、二丙烯酸三乙二醇酯、聚二丙烯酸乙二醇酯( 平均分子量爲200至1 ,000)、二丙烯酸1 ,3 - 丁二醇酯、二丙烯酸1,6 -己二醇酯、二丙烯酸新戊基 二醇酯、聚二丙烯酸丙二醇酯(平均分子量爲400)、 2 -羥基一 1 ,3 —二丙烯醯氧丙烷、2,2 -雙〔4 一 (丙烯醯氧乙氧基)苯基〕丙烷、2,2 -雙〔4 一(丙 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 烯醯氧乙氧基一二乙氧基)苯基〕丙烷、2,2 —雙〔4 -(丙烯醯氧乙氧基-聚乙氧基)苯基〕丙烷、三丙烯酸 三羥甲基丙烷酯、三甲基丙烯酸三羥甲基丙烷酯、三丙烯 酸四羥甲基甲烷酯、四丙烯酸四羥甲基甲烷酯、水溶性二 丙烯酸胺基甲酸酯、水溶性二甲基丙烯酸胺基甲酸酯、三 環癸烷二甲醇丙烯酸酯、氫化二丙烯酸二環戊二烯酯、聚 二丙烯酸酯與聚二曱基丙烯酸酯。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) -31 - 515123 A7 B7 五、發明説明(29) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 若需要,可添加一種包含丙烯酸或甲基丙烯酸基之化 合物。此等化合物實例包括丙烯酸酯與甲基丙烯酸酯,諸 如甲基丙烯酸縮水甘油酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯 酸四氫糠酯、甲基丙烯酸甲氧基二甘醇酯、甲基丙烯酸甲 氧基三乙二醇酯與甲基丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯(平均分 子量爲2 00 - 1 ,200),以及異氰酸甲基丙烯醯酯 ' 2 -羥基一甲基甲基丙烯酸與N,N -二甲基胺基乙基 甲基丙烯酸。亦可添加其他包含反應性雙鍵之化合物,諸 如丙烯醯胺(例如,N -羥甲基丙烯醯胺、伸甲基雙丙烯 胺、二丙酮丙烯醯胺)、以及乙烯基化合物,諸如乙烯 噁唑啉類與碳酸乙烯酯。 爲了形成立體網狀結構,必須添加一種具有至少兩個 反應性雙鍵之化合物。即,僅使用具有單一反應性雙鍵之 化合物(諸如甲基丙烯酸曱酯)無法形成立體網狀結構。 必須添加具有至少兩個反應性雙鍵之化合物。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 上述具有反應性雙鍵之化合物當中,特佳之反應性單 體包括下列式(1 )之具有聚環氧烷組份聚酯類。建議倂 用後者與下式(2 )之具有聚環氧烷組份單酯化合物與三 酯化合物。 式(1)中,R1、R2與R3各爲一個氫原子或是具 有1至6個碳之烷基,具有1至4個碳爲佳,諸如甲基、 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) -32 - 515123 A7 ____B7 五、發明説明(30) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、另丁基與正丁 基;而X與Y符合條件X-1且Y-0或是條件X-0且 Y- 1。X + Y總和不大於1 0 0爲佳,自1至3 0尤佳 ° R1、R2與R3係甲基、乙基正丙基、異丙基、正丁基 、異丁基、另丁基或正丁基最佳。 式(2)中,R4、R5與R6各爲一個氫原子或是具 有1至6個碳之烷基,具有1至4個碳爲佳,諸如甲基、 乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、另丁基與正丁 基;而A與B符合條件1且B-0或是條件A-Ο且 B - 1。A + B總和不大於1 0 0爲佳,自1至3 0尤佳 。R4、R5與R6係甲基、乙基正丙基、異丙基、正丁基 '異丁基、另丁基或正丁基最佳。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 其中,式(1)之聚酯類當中x=9 ,Y=0 ,而且 爲佳,而式(2)中之單酯類中Α=2 或 9,Β = 〇,而且 R4 = R6=CH3 爲佳。 三甲基丙烯酸三羥甲基丙烷酯係該三酯化合物的代表 〇 通常,加熱該電解質組成物中之具有聚環氧烷組份的 二酯與具有聚環氧烷組份的三酯或是曝於適當形式輻射下 (例如,電子束、微波或射頻輻射),或是加熱該二酯與 單酯混合物,形成一種立體網狀結構。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210 X 297公釐) 515123 A7 B7_ 五、發明説明(31) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 該立體網狀結構通常係僅反應一種具有聚環氧烷組份 的二酯與三酯所形成。不過,已注意到,於該多官能單體 之二酯與三酯中添加是爲單官能單體之具有聚環氧烷組份 單酯爲佳,其原因係此種添加作用可以將聚環氧烷分枝鏈 導入該立體網狀中。 此處,該具有聚環氧烷組份的二酯、該具有聚環氧烷 組份的單酯以及三酯化合物的相對比例並無嚴格限制,而 且可以根據聚環氧烷組份長度適當決定彼。由加強凝膠強 度觀點來看,二酯化合物對單酯化合物的重量比在0 · 1 至2範圍內,自0 . 3至1 · 5尤佳,而二酯化合物對三 酯化合物之重量比在2至1 5範圍內,自3至1 0尤佳。 根據本發明之鋰系電池,如圖1 5所示,即使金屬棒 9 (諸如釘子)自外部刺穿該電池容器(未圖示),穿透 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經由隔板3彼此重疊的正極1與負極2,覆蓋該電池容器 (未圖示)之可拉伸高級聚合物片7沿著金屬棒9拉伸, 覆蓋該金屬棒9側面,如此使該導電性很低之經拉伸高級 聚合物片7介於金屬棒9與正極1與負極2各者之間,並 且介於金屬棒9與正極集極1 a與負極集極2 a各者之間 。結果,可以有效避免大短路電流經由金屬棒9在正極1 與負極2之間流動,因此避免該電池立即產生高溫/高壓 狀態,因而避免其爆裂及/或著火。 即使該電池因外來巨大力量而破裂,並使隔板3斷裂 ,由於可拉伸高級聚合物片7位於正極1與負極2之間, 所以可以避免正極1與負極2接觸所致之內部短路。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) " ^ -34 - 515123 Α7 Β7 五、發明説明(32) 此外’根據本發明,由於該電池容器的外圍表面覆蓋 可拉伸高級聚合物片,所以可以保護該電池的頂點以及該 電池表面。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 雖然已說明本發明第一具體實施例,但是本發明不局 限於此’應暸解在不脫離本發明範圍下,可以製得各種變 化。 <第二具體實施例> 圖4係根據本發明第二具體實施例之鋰系電池電池結 構組Μ的橫剖面略圖。該具體實施例之鋰系電池包括電池 結構組Μ,其係各包括正極1、負極2以及置於其間之隔 板3所形成的堆疊單元電池Τ ;以及一種電解質,其中該 電池結構組Μ的外圍覆蓋一種不滲透離子且拉伸延長百分 比爲1 %以上之可拉伸高級聚合物片7。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 此情況下,以該可拉伸高級聚合物片覆蓋該電池結構 組Μ外圍之後,將該電解質倒入或是浸漬該電池。或者, 可以先將該電解質倒入該電池結構組中,然後以該可拉伸 高級聚合物片覆蓋該電池結構組外圍。 在第二具體實施例中,該可拉伸高級聚合物片7可與 第一具體實施例相同,而其他部分亦可與第一具體實施例 之對應部分相周,因此此等部分係以與第一具體實施例中 對應部分相同參考數字表示,並且省略其重複描述。 可以修正該第二具體實施例,如圖5所示,使該可拉 伸高級聚合物片7位於電池結構組Μ的最外面與最下面。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) 515123 A7 ____B7____ 五、發明説明(33) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 亦可修正該第二具體實施例,使該單元電池T整體(即, 長形單元電池T )以圖6 A所示之方向纏繞,形成電池結 構組Μ,並以本發明之可拉伸高級聚合物片7覆蓋該電池 結構組Μ外圍表面,如圖6 Β所示。雖然並未圖不,但是 可以重複折疊該長形單元電池Τ,形成電池結構組Μ。 如下述,該第二具體實施例可與第一具體實施例結合 :換言之,如圖7所示,以該不滲透離子而且拉伸延長百 分比爲1 %以上之可拉伸高級聚合物片7覆蓋電池結構組 Μ外圍,另外以該不滲透離子而且拉伸延長百分比爲1 % 以上之可拉伸高級聚合物片7覆蓋該電池容器6外圍表面 ,如此進一步改善其安全性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明第三具體實施例之鋰系電池,由於該電池 .結構組的外圍覆蓋該可拉伸高級聚合物片,即使因爲外在 誤素造成事故,例如即使釘子刺穿該電池或是該電池破裂 ,該高級聚合物片可以在該正極與負極之間有效變形,避 免大電流在電極間流動,因而避免該電池立即產生高溫/ 高壓狀態,因此避免其爆裂及/或著火。此外,由於該電 池結構組覆蓋該可拉伸高級聚合物片,所以可以有效固定 該電池結構組。 雖然已說明本發明第二具體實施例,但是本發明不局 限於此,應暸解在不脫離本發明範圍下,可以製得各種變 化。 <第三具體實施例> 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210Χ297公釐) ' ' --- -36國 515123 A7 B7 五、發明説明(34) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖8與9係顯示根據本發明第三具體實施例鋰系電池 之橫剖面圖。該鋰系電池構造係將一個電池結構組(其係 藉由堆疊各包括一個正極、一個負極與置於其間之隔板所 形成)裝在電池容器(未圖示)中,並以電解質裝滿該電 池。 在此種情況下,如圖1 0所示,單元電池T之正極1 與負極2係以彼此相對之方式,分別在正極集極1 a —面 以及負極集極2 a —面上形成,而隔板介於其間。換言之 ,該單元電池T的正極1與負極2配置成使該單元電池T 的正極1背對背,負極2也同樣背對背。此外,如圖8所 示,單元電池T 1、T 2與T 3之配置方式係使相同極性彼 此重疊(即,正極1不與負極2重疊)。 此外,如圖9所示,該不滲透離子且拉伸延長百分比 爲1 %以上之可拉伸高級聚合物片7可位於兩個相鄰單元 電池T之間以及藉由堆疊單元電池所形成的電池結構組最 上面與最下面之上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在第三具體實施例中,該可拉伸高級聚合物片7可與 第一具體實施例相同,而其他部分亦可與第一具體實施例 的對應部分相同,因此此等部分係以與第一具體實施例中 對應部分相同參考數字表示,並且省略其重複描述。 第三具體實施例中之鋰系電池係圖1 1 A至1 1 C所 示纏繞型,其中單元電池整體(即’該長形單元電池)或 該電池結構組可纏繞。 在圖1 1 A所示之鋰系電池中,將可拉伸高級聚合物 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -37- 515123 Α7 Β7 五、發明説明(35) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 片7置於該長形單元電池背面,並以該圖之箭頭所示方向 纏繞該長形單元電池。此情況中,該可拉伸高級聚合物片 可置於該長形單元電池上表面,而且該正極與負極之間的 相對位置關系可逆轉。 在圖1 1 B所示之鋰系電池中,將可拉伸高級聚合物 片7置於兩片長形單元電池之間,並以圖1 1 B之箭頭所 示方向纏繞該長形單元電池。此情況下,該長形單元電池 T必須以相同極性彼此重疊之方式配置,而且該可拉伸高 級聚合物片7置於其間。該可拉伸高級聚合物片可位於藉 由堆疊長形單元電池所形成的電池結構組最上面及/或最 下面。此情況下,正極與負極係以彼此重疊之方式配置。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在圖1 1 C所示之鋰系電池中,該可拉伸高級聚合物 .片7位於長形單元電池之間以及藉由堆疊長形單元電池所 形成之電池結構組Μ最下面上,而且以該圖之箭頭所示方 向纏繞電池結構組Μ。此情況下,可以將該高級聚合物片 置於電池結構組Μ上表面。此外,省略圖1 1 Β與1 1 C 之標誌。該堆疊單元電池的數量並無特定限制,但是其通 常在2至2 0片範圍內。雖然並未圖示,但是上述藉由堆 疊長形單元電池所形成的電池結構組當然可以重複折疊。 如下述,該第三具體實施例可與第一及第二具體實施 例結合:換言之,可以在單元電池之間及/或每個單元電 池外圍表面上形成該不滲透離子而且拉伸延長百分比爲1 %以上之可拉伸高級聚合物片·,藉由堆疊單元電池或是重 複折疊或纏繞單元電池整體所形成的電池結構組外圍可以 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210 X 297公釐) -38- 515123 A7 _B7_ 五、發明説明(36) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 覆蓋該不滲透離子且拉伸延長百分比爲1 %以上之可拉伸 高級聚合物片;而該裝有電池結構組或單元電池的電池容 器外圍表面可以覆蓋該不滲透離子且拉伸延長百分比爲1 %以上之可拉伸高級聚合物片。藉由此種構造,可以進一 步改善該鋰系電池的安全性。 根據第三具體實施例,由於該可拉伸高級聚合物位於 兩個相鄰單元電池之間及/或每個單元電池外圍表面(或 是該電池結構組外圍表面)之上,即使因爲外在因素造成 事故,例如即使釘子刺破該電池或是該電池破裂,該高級 聚合物可以在該正極與負極之間有效變形,避免大電流在 電極間流動,因此可以避免該電池立刻產生高溫/高壓狀 態,因而可以避免其爆裂及/或著火。此外,由於每個單 元電池外圍表面具有該高級聚合物片,所以可以有效固定 每個單元電池,不會發生任何偏離參考位置情況。 雖然已描述本發明第三具體實施例,但是本發明不局 限於此,應暸解在不脫離本發明範圍下,可以製得各種變 化。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明之鋰系電池,由於電池包括拉伸延長百分 比高之可拉伸高級聚合物片,即使即使因爲外在因素造成 事故,例如即使釘子刺破該電池或是該電池破裂,可以避 免大短路電流.在正極與負極間流動,因此可以確保更高安 全性。 本發明之鋰系電池形狀構成圖1 2所示之堆疊型爲佳 ;不過本發明不局限於此。例如,本發明之鋰系電池形狀 本紙張尺度適财麵家標準(CNS ) A4規格(21GX297公慶) ' — -39- 515123 A7 B7 五、發明説明(37) 亦可構成圖1 3所示之折疊型;圖1 4所示之纏繞型,以 及另外之硬幣型、方型、具有螺旋結構之圓筒型等等。 如上述,本發明之鋰系電池具有優良特徵,諸如高度 安全性,因此其適用於各種應用,例如攝影機之可攜式終 端、筆記型電子計算機、可攜式電話、PHS等之主要電 源應用、記憶體之備用電源應用、個人電子計算機用之瞬 間斷電的電源應用、電動汽車或複合汽車之電源應用,以 及與太陽能電池倂用之太陽能產生能量貯存系統。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •I裝· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210x297公釐)
Claims (1)
- 515123 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1 1 . 一種鋰系電池,包括: (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一個電池結構組.,其係藉由堆疊各包括一個正極、 個負極與置於其間之隔板所形成,或是藉由重複折疊或纏 繞該單元電池整體所形成; 一個電池容器,其用以裝盛該電池結構組;以及 一種電解質,其於該電池結構組裝於該電池容器之後 倒入該電池容器中; 其中該電池容器的外圍表面覆蓋一種不滲透離子且可 拉伸之高級聚合物片,其拉伸延長百分比爲1 %以上。 2 . —種鋰系電池,包括: 一個電池結構組,其係藉由堆疊各包括一個正極、一 個負極與置於其間之隔板所形成,或是藉由重複折疊或纏 繞該單元電池整體所形成; 一種電解質; 其中該電池容器的外圍表面覆蓋一種不滲透離子且可 拉伸之高級聚合物片,其拉伸延長百分比爲1 %以上。 3 . —種鋰系電池,包括: 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一個電池結構組,其係藉由堆疊各包括一個正極、一 個負極與置於其間之隔板所形成,或是藉由重複折疊或纒 繞該單元電池整體所形成; . 一個電池容器,其用以裝盛該電池結構組;以及 一種電解質,其於該電池結構組裝於該電池容器之後 倒入該電池容器中; 其中該電池容器的外圍表面覆蓋一種不滲透離子且可 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)~~ -41 - 515123 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 2 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 拉伸之高級聚合物片,其拉伸延長百分比爲1 %以上,而 且該電池結構組亦覆.蓋該不滲透離子之可拉伸高級聚合物 片。 4 . 一種鋰系電池,包括: 一個電池結構組,其係藉由堆疊各包括一個正極、一 個負極與置於其間之隔板所形成,或是藉由重複折疊或纏 繞該單元電池整體所形成; 一個電池容器,其用以裝盛該電池結構組;以及 一種電解質,其於該電池結構組裝於該電池容器之後 倒入該電池容器中; 其中每個單元電池的正極與負極分別在正極集極一面 與負極集極一面上形成,其形成方式係彼此相對,並將該 隔板置於其間;以及 將不滲透離子且拉伸延長百分比爲1 %以上之可拉伸 高級聚合物片置於兩個相鄰單元電池之間及/或各個單元 電池外圍表面上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 5 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋰系電.池 ,其中每個單元電池的正極與負極分別在正極集極一面以 及負極集極一面上形成,其形成方式係彼此相對,並將該 隔板置於其間;以及 將不滲透離子且拉伸延長百分比爲1 %以上之可拉伸 高級聚合物片置於兩個相鄰單元電池之間及/或各個單元 電池外圍表面上。 6 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之鋰系電池 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(2ΐ〇χ297公釐) -42- A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 3 ,其中該可拉伸高級聚合物片係由選自聚醯胺爲底質彈性 體、聚胺基甲酸酯爲.底質彈性體、聚烯烴爲底質彈性體、 聚酯爲底質彈性體、苯乙烯爲底質彈性體、氯乙烯爲底質 彈性體與氟爲底質彈性體所組成之群組中至少一者製成。 -- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、tr 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) -43-
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