2]【制备四足锥状粉体】
[0063]利用电浆反应器电极通入10slm的氮气,使其解离产生电浆,其能量约80kW,待电浆稳定后,将直径为1.6_,纯度为99.9%的Zn线,以空气当作载送及保护气体送入电浆之中,使金属瞬间液化进而汽化,其中载送气体的流量为约lOslm,微米级金属粉体的进料速率为每小时约1.0kgo汽化后的Zn金属气体原子接触到大量的冷却空气并与氧气分子进行氧化反应,以成核成长方式生成四足锥状纳米金属氧化物粉体,冷却气体的流量为约3000slm至约4000slm。由金属液化至生成四足锥状纳米金属氧化物粉体的反应过程在约10_2至约KT1秒内完成。图4A、图4B为所制得的四足锥状粉体,其中图4A为四足锥状粉体于扫描式电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)下的影像,图4B为四足锥状粉体于穿透式电子显微镜(Transmiss1n Electron Microscope, TEM)下的影像。
[0064]【制备分散液】
[0065]1.将10重量份的四足锥状(tetrapod-shaped)粉体加入87重量份的DMAC溶剂中使用强力搅拌机搅拌均匀。
[0066]2.将3重量份的PVDF黏着剂加入上述溶液,使用强力搅拌机搅拌,形成黏度约为286cps的分散液。
[0067]【涂布具有四足锥状表面形貌的热阻隔层】
[0068]使用狭缝模具式涂布机(Slot-Die Coating)进行涂布,形成具有四足锥状表面形貌的热阻隔层,步骤如下:
[0069]1.将分散液倒入供液槽中循环,供液马达速度:35Hz。
[0070]2.将已涂好的负极极板架设到输送滚筒上,以5m/min速度输送。
[0071]3.开启狭缝出口,使分散液均匀的涂布于负极极板上。
[0072]4.将涂有四足锥状表面形貌的负极极板输送至机台的干燥区,以干燥温度:120?130°C进行连续式烘干。
[0073]5.烘干后的极板即为具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的负极极板,长度约20m长。图5A、图5B为涂布具有四足锥状表面形貌的热阻隔层前后的负极极板,其中图5A显示未涂布热阻隔层的负极极板以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观测的上视图,而图5B为涂布有此具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的负极极板以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)观测的上视图。
[0074]【电池组装】
[0075]在实施例中,分别使用18650硬罐电池及铝箔包电池。其电池组装设计如下:
[0076]a.18650 电池:
[0077]1.依设计容量裁切极板尺寸,正极长度及宽度分别为81cm及55mm,负极极板长度及宽度分别为84cm及57mm。
[0078]2.正极以超音波焊接机焊上铝制导电柄。
[0079]3.负极极板以超音波焊接机焊上镍导电柄。
[0080]4.将具有导电柄的正极板及负极极板在120°C下烘干10小时。
[0081]5.将正极极板/隔离膜/负极极板组合并进行卷绕,其中隔离膜为CelgardΜ82412μπι PP/PE/PP trilayer 隔离膜。
[0082]6.将卷绕后的极卷置入直径为18mm高度为650mm的圆柱形罐体中,进行底部点焊。
[0083]7.进行罐体束腰,束腰高度60mm,之后进行雷射焊接帽盖。
[0084]8.真空注入三成分电解液(EC/DMC/EMC I: I: 1+2% VC) ?
[0085]9.以封口机进行最后封口,再套上绝缘热塑料膜即完成。
[0086]b.铝箔包电池
[0087]1.依设计容量裁切依设计容量裁切极板尺寸,正极长度及宽度分别为35cm及49mm,负极极板长度及宽度分别为38cm及51mm。
[0088]2.正极以超音波焊接机焊上铝制导电柄。
[0089]3.负极极板以超音波焊接机焊上镍导电柄。
[0090]4.将具有导电柄的正极板及负极极板在120°C下烘干10小时。
[0091]5.将正极极板/隔离膜/具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的负极极板进行卷绕,其中隔离膜为 Celgard M82412 μ m PP/PE/PP trilayer 隔离膜。
[0092]6.将卷绕后的极卷置入铝箔袋壳中,以封口机进行侧边封装。
[0093]7.真空注入三成分电解液(EC/DMC/EMC I: I: 1+2% VC) ?
[0094]8.以封口机进if封口。
[0095]【循环寿命测试】
[0096]【比较例I】-未涂布热阻隔层的电池
[0097]将SnOx-LiNia5Coa2Mna3O2材料涂于正极极板,石墨材涂于负极极板,此时负极极板未涂布热阻隔层,并组成18650全电池。图6显示此18650全电池在55°C环境下,高温循环寿命结果。未涂布热阻隔层的电池在以0.5C充电/1C放电速率充放电160回过后,其电容维持率(capacity retent1n)已低至80%。在充放电约225回过后,其电容维持率更低M 65% ο
[0098]【实施例1】-涂布有具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的电池
[0099]将SnOx-LiNia5Coa2Mna3O2材料涂于正极极板,石墨材涂于负极极板,并让负极极板涂布有四足锥状表面形貌的热阻隔层,此18650全电池在55°C环境下,高温循环寿命结果同样参见图6,具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的电池在以O. 5C充电/1C放电速率充放电375回过后,其电容维持率(capacity retention)仍保有80%。
[0100]应注意的是,此技艺人士一般认为电池若涂布有热阻隔层,由于电池的极板与隔离膜之间多了一层非导体的热阻隔层,故电池的循环寿命会变差。然而本发明的电池于涂布有具有四足锥状表面形貌的热阻隔层后,其循环寿命不但没有变差,反而变得比未涂布热阻隔层的电池更好。因此,本发明发现具有四足锥状表面形貌的热阻隔层可提高电池的热稳定性,进而提升电池的循环寿命。
[0101]【过充安全测试】
[0102]【比较例2】_未涂布热阻隔层的电池
[0103]图7为未涂布热阻隔层的18650全电池的过充分析图,其中T1、T2及T3分别为电池前端、中间及后端的表面温度。由该图可知,以3C的充电速度将未涂布热阻隔层的18650全电池充至12V时,其电池表面温度Tl、Τ2及Τ3随电压增高而缓增,当电压到达约12V并持续I分钟后,隔离膜因高温而开始收缩,造成电池局部短路。接着,由于正负极极板直接接触,引发一连串的热爆走,造成电池全面性短路,电池因此爆炸燃烧,此时电池电压瞬间降为0V,最高温度达650°C。此未涂布热阻隔层的18650全电池经过充实验后因发生全面性短路而烧毁焦黑。
[0104]【实施例2】_涂布有具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的电池
[0105]图8为具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的18650全电池的过充分析图,其中Tl、T2及T3分别为电池前端、中间及后端的表面温度。由该图可知,当以3C的充电速度将负极极板涂布有具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的18650全电池充至12V时,其电池表面温度T1、T2及T3随电压增高而增加,当电压到达约12V时,电池表面最高温度约为115°C,此时隔离膜亦开始收缩,因为此电池涂有具有四足锥状表面形貌的热阻隔层,可阻止进一步的正负极极板直接接触而防止全面性短路发生,因此温度未继续升高,且降为室温。由于电池中的具有四足锥状表面形貌的热阻隔层可防止电池发生全面性短路,因此电池经过充实验后并未烧毁。将实施例2与比较例2相比,可知具有四足锥状表面形貌的热阻隔层可大幅提升电池防止过充的能力及电池的安全性。
[0106]【浅压微短路测试】
[0107]【比较例3】-未涂布热阻隔层的电池
[0108]图9为未涂布热阻隔层的铝薄包电池的浅压微短路测试图,其中T1、T2及Τ3分别为电池前端、中间及后端的表面温度。在此浅压微短路测试中,将充饱电的未涂布热阻隔层的铝薄包电池以直径2. 5mm的圆头钝针以O. 015mm/sec的速度进行针刺,当电压降低25mV后停止针刺。如图9所示,当针开始接触电池表面后电池开始发生局部性小面积的短路,此时电池电压开始缓降、温度缓升,当电压下降25mV后,针刺停止,不久即发生全面性短路,电压突然骤降,且温度骤升至近600°C。未涂布热阻隔层的铝薄包电池经的浅压微短路测试后因发生全面性短路而烧毁焦黑。
[0109]【实施例3】_涂布有具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的电池
[0110]图10为具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的铝薄包电池的浅压微短路测试图,其中Tl、T2及Τ3分别为电池前端、中间及后端的表面温度。在此浅压微短路测试中,将充饱电的负极极板涂布有具有四足锥状表面形貌的热阻隔层的铝薄包电池以直径2.5mm的圆头钝针以0.015mm/sec的速度进行针刺,当电压降低25mV后停止针刺。如图10所示,当针开始接触电池表面后电池开始发生局部性小面积的短路,此时电池电压开始缓降、温度缓升,当电压下降25mV后,针刺停止,之后电池温度一直维持在35°C以下,电压维持在4V以上。代表电池中的具有四足锥状表面形貌的热阻隔层可防止电池由局部性的短路扩散成全面性短路,因此电