CN102324555A

CN102324555A - 安全锂离子电池

Info

Publication number: CN102324555A
Application number: CN201110260368A
Authority: CN
Inventors: 唐芬; 俞会根; 姜荣军
Original assignee: XIAMEN HUARONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XIAMEN HUARONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开一种安全锂离子电池，在电极活性材料中添加复合导电剂，其中，复合导电剂是由基体材料和表层材料组成的颗粒，基体材料采用3～5微米的聚乙烯微粒，表层材料采用电镀的金属，复合导电剂按重量百分比计占电极活性材料的1～10%，最佳占3～5%。本发明不仅可在过充、过放、短路、挤压、针刺或跌落而导致锂离子电池过热时，利用电极活性材料中添加的复合导电剂受热熔融，失去导电性而导致活性材料电阻增大，提高安全性；同时，还可在锂离子电池内部短路和外部短路引起的电池热失控时，在一定温度条件下使复合导电剂熔融而失去导电性能，从而切断电子电路，确保电池安全。

Description

安全锂离子电池

技术领域

本发明涉及一种安全锂离子电池。

背景技术

按照国军标GJB2374-95锂电池安全要求和国军标GJB4477-2002锂离子蓄电池组通用规范，QC/T743-2006电动汽车用锂离子蓄电池标准要求，锂离子电池在过充、过放、短路、挤压、针刺、跌落等滥用试验时，必须确保锂离子电池不发生燃烧或者爆炸，究其原因其实就是控制大量的能量短时间释放，即控制热失控。

以针刺为例说明：

锂离子电池由正极、负极、隔膜和电解液组成，手机、笔记本电脑用单体锂离子电池容量一般较小，在2Ah左右，采用常规方法基本可保证安全。电动自行车、电动汽车等动力电池容量一般较大，在10Ah～300Ah之间，由于单体容量高，内部的导热差热量不均匀等原因，无法达到安全标准。

电池给负载提供电源时，正、负极通过负载实现电子连接，电流在额定范围内，大容量电池内阻小，产生的焦耳热少，电池温升小，确保正常使用。但电池被导电性物针刺时，正、负极通过导电针直接短路。导致介于正、负极的导电针部分电流增大大150倍以上，该处的焦耳热增大22500倍，过量的热无法传出，局部高温使其周围的隔膜熔化，导致正负极活性物的短接。活性物的高阻，又产生高温，导致隔膜进一步熔化。而产生的热导致电解液气化，电池内压增加，过量的气体无法通过安全气阀排除，导致电池着火甚至爆炸。

目前中科莱纺成都公司生产的陶瓷隔膜，在电池热失控时可降低隔膜的收缩，同时提高收缩温度，但没有从根本上控制热失控，电池容量较小时可实现不着火不爆炸，但容量相对较大时仍然着火和爆炸。

18650电芯采用顶盖下预置PTC，在温度足够高时，PTC阻值可提高1000倍以上，能有效保护电芯外部短路，但对于针刺等内部短路无任何效果，对于非18650体系几乎不用PTC方案。

能量释放必须要有回路，包括电子回路和离子回路，切断任何一条回路，就有可能使电池安全。

现有技术中，不论是方形叠片电池还是卷绕式电池，电极活性材料中都必须添加导电剂。目前，导电剂一般采用导电石墨或炭黑，粒径在1～6微米。

本发明从电极活性材料中添加的导电剂入手，研究确保安全的锂离子电池，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可确保安全的锂离子电池。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

安全锂离子电池，在电极活性材料中添加复合导电剂，其中，复合导电剂是由基体材料和表层材料组成的颗粒，基体材料采用聚乙烯，表层材料采用电镀金属，复合导电剂按重量百分比计占电极活性材料的1～10%，最佳占3～5%。

所述复合导电剂颗粒的粒径为1～10微米，最佳为3～5微米。

所述电镀金属是金、银、镍、铂或铝。

所述电极活性材料是指正极活性材料、负极活性材料或附件活性材料，不论复合导电剂添加哪个电极活性材料中，都具有同样的效果。

所述电极活性材料中还添加了导电石墨或乙炔黑。

采用上述方案后，本发明不仅可在过充、过放、短路、挤压、针刺或跌落而导致锂电池过热时，利用电极活性材料中添加的复合导电剂受热熔融（低密度聚乙烯微粒，熔融温度在90～110℃，即当温度达到90℃时开始熔融，到110℃时完全熔融成液体，由于导电聚合物是依附在聚乙烯表面上的，所以当基体材料熔融后，皮之不存毛将焉附，复合导电剂失去导电能力），失去导电性而导致活性材料电阻增大，提高安全性；同时，还可在锂电池内部短路和外部短路引起的电池热失控时，在一定温度条件下使复合导电剂熔融而失去导电性能，从而切断电子电路，确保电池安全。

具体实施方式

实施例1

钴酸锂/石墨电池，正极材料配比中，镀金复合导电剂占3%，乙炔黑占2%，电池容量60Ah，电池循环寿命不低于1100次，电池根据国军标和电动汽车标准进行安全测试，不着火不爆炸。

实施例2

锰酸锂/石墨电池，正极材料配比中，镀铂复合导电剂占5%，电池容量300Ah，电池循环寿命不低于1750次，电池根据国军标和电动汽车标准进行安全测试，不着火不爆炸。

实施例3

三元材料/石墨电池，正极材料配比中，镀金复合导电剂占6%，电池容量90Ah，电池循环寿命不低于1480次，电池根据国军标和电动汽车标准进行安全测试，不着火不爆炸。

对比例

三元材料/石墨电池，正极材料配比中，导电石墨占3%，乙炔黑占2%，电池容量90Ah，电池循环寿命不低于1650次，电池根据国军标和电动汽车标准进行安全测试，着火并爆炸。

以下再给出更多实例列表说明复合导电剂的效果。

实例	导电石墨	乙炔黑	复合导电剂	着火爆炸
					1			5	不着火不爆炸
2	1		4	不着火不爆炸
					3	1	1	3	不着火不爆炸
4	2	1	2	着火
					5	1	2	2	着火
6	2	2	1	着火
					7	3	2		着火并爆炸

备注：采用不同的复合导电剂，效果差异不大。

本发明的关键是全部或部分代替现有技术中的导电石墨或炭黑，在一定温度下失去导电能力，从而增加电阻，降低电流，提高电池安全性。

Claims

1.一种安全锂离子电池，其特征在于：在电极活性材料中添加复合导电剂，复合导电剂是由基体材料和表层材料组成的颗粒，基体材料采用聚乙烯，表层材料采用电镀金属，复合导电剂按重量百分比计占电极活性材料的1～10%。

2.如权利要求1所述的一种安全锂离子电池，其特征在于：复合导电剂按重量百分比计占电极活性材料的3～5%。

3.如权利要求1所述的一种安全锂离子电池，其特征在于：复合导电剂颗粒的粒径为1～10微米。

4.如权利要求3所述的一种安全锂离子电池，其特征在于：复合导电剂颗粒的粒径为3～5微米。

5.如权利要求1所述的一种安全锂离子电池，其特征在于：电镀金属是金、银、镍、铂或铝。

6.如权利要求1所述的一种安全锂离子电池，其特征在于：电极活性材料是指正极活性材料或负极活性材料。

7.如权利要求1所述的一种安全锂离子电池，其特征在于：电极活性材料中还添加导电石墨或乙炔黑。