[发明专利]锂电池与其形成方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及锂电池，更特别地涉及其应用的有机无机混成膜。

【背景技术】

一般二次电池(例如锂离子二次电池)由正极板、负极板以及置于正负极板之间的隔离膜形成的电极组合所构成。隔离膜主要在于提供正负极板之间电子绝缘能力，除可避免正负极板接触形成短路之外，还吸附及保留电解液的功能，以维持锂离子在极板间的传输路径。然而传统锂电池发生短路时，因短时间释放大量热量而使结构中聚烯烃材质的隔离膜无法耐受高温而熔融收缩。若无法阻隔局部热或中止短路反应，则锂电池中的活性物质及有机电解液将裂解产生高压气体，遇热甚至发生燃烧爆炸等危害。

综上所述，目前亟需新的方式解决锂电池内短路的问题。

【发明内容】

本发明一实施例提供一种锂电池，包括：正极板；负极板；聚烯烃隔离膜，置于正极板与负极板之间；有机无机混成膜，置于正极板与聚烯烃隔离膜之间，和/或置于负极板与聚烯烃隔离膜之间，其中有机无机混成膜包括：无机氧化物粒子与氟系高分子粘结剂，且无机氧化物粒子与氟系高分子粘结剂的重量比约介于40:60至80:20之间。

本发明一实施例提供一种锂电池的形成方法，包括：将无机氧化物粒子、氟系高分子粘结剂、及溶剂混合后成膜，再去除溶剂以形成有机无机混成膜，其中有机无机混成膜包括无机氧化物粒子与氟系高分子粘结剂，且无机氧化物粒子与氟系高分子粘结剂的重量比约介于40:60至80:20之间；将聚烯烃隔离膜置于正极板与负极板之间；以及将有机无机混成膜置于正极板与聚烯烃隔离膜之间，和/或置于负极板与聚烯烃隔离膜之间。

【附图说明】

图1至3为本发明实施例中的锂电池的示意图；

图4为本发明实施例中的锂电池经针刺后的电压/时间与温度/时间的曲线图；以及

图5为本发明一实施例中不同材质的薄膜在不同温度下的尺寸变化曲线。

【主要附图标记说明】

10～锂电池；

11～有机无机混成膜；

13～聚烯烃隔离膜；

15～正极板；

17～负极板。

【具体实施方式】

首先，将无机氧化物粒子、氟系高分子粘结剂与溶剂混合。一般而言，无机氧化物粒子会均匀分散于溶剂中，而氟系高分子粘结剂可溶于溶剂中。在本发明一实施例中，可将氟系高分子粘结剂溶于溶剂形成氟系高分子溶液后，再将无机氧化物粒子分散于氟系高分子溶液中。在本发明另一实施例中，可先将无机氧化物粒子分散于溶剂中形成分散液，并将氟系高分子粘结剂溶于另一溶剂形成氟系高分子溶液，再将两者混合。适用的溶剂可为极性溶剂如二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、其他极性溶剂、或上述的组合。

无机氧化物粒子可为氧化硅、氧化镁、氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化锡、其他无机氧化物粒子、或上述的组合。在本发明一实施例中，无机氧化物粒子的粒径约介于10nm至300nm之间。若无机氧化物粒子过小，则因为无机氧化物比表面积过大，有机粘着剂不易有效将粒子粘合，而有粒子剥离的疑虑；此外无机氧化物粒子过小可能造成颗粒之间紧密堆迭，不利于锂离子的穿透与传输。若无机氧化物粒子过大，则因为无机粒子比表面积过低可能使有机粘着剂含量过剩，导致多余的高分子阻碍锂离子扩散的路径，使得锂电池性能表现不佳。

氟系高分子粘结剂可为聚四氟乙烯(PTFE)、全氟(乙烯丙烯)(FEP)共聚物、聚全氟烷氧基(PFA)树脂、聚三氟氯乙烯(PCTFF)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯-四氟乙烯(ETFE)共聚物、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、其他氟系高分子粘结剂、或上述的组合。在本发明一实施例中，氟系高分子粘结剂的重均分子量约介于280,000至1,000,000之间，或约介于300,000至500,000之间。上述无机氧化物粒子与氟系高分子粘结剂的重量比约介于40:60至80:20之间。

接着将无机氧化物粒子、氟系高分子粘结剂、与溶剂的混合物成膜。成膜方式可为常见的旋转涂布法、浸润法、刮刀涂布法、狭缝涂布法、喷涂法、或其他类似的湿式涂布法。接着以真空法、风干法、加热法、或其他类似方法去除膜层中的溶剂，即得有机无机混成膜。在本发明一实施例中，有机无机混成膜的厚度约介于1μm至10μm之间或约介于2μm至5μm之间。