CN103904294B - 锂离子电池及其电极结构 - Google Patents
锂离子电池及其电极结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103904294B CN103904294B CN201210584084.9A CN201210584084A CN103904294B CN 103904294 B CN103904294 B CN 103904294B CN 201210584084 A CN201210584084 A CN 201210584084A CN 103904294 B CN103904294 B CN 103904294B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- lithium ion
- ion battery
- electrode structure
- combined type
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 32
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 80
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 29
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 18
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 8
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 8
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 6
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 claims description 5
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 5
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052747 lanthanoid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002602 lanthanoids Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract 4
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 11
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 10
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 10
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 6
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 4
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 4
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910010252 TiO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 2
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
- H01M2200/106—PTC
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
- H01M4/622—Binders being polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
本发明公开了一种锂离子电池及其电极结构。所述电极结构包括集电基材、位于集电基材上的电极活物层以及复合式热敏涂层。所述复合式热敏涂层介于集电基材与电极活物层之间。所述复合式热敏涂层至少包括两种以上的正温度系数(positive temperature coefficient;PTC)材料，使复合式热敏涂层具有可调式阶段温升阻抗特性。
Description
技术领域
本发明是有关于一种锂离子电池的技术，且特别是有关于一种具有可调式阶段温升阻抗的锂离子电池及其电极结构。
背景技术
正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)泛指正温系数很大的材料或元件，通常简称为PTC热敏电阻，又称为可覆式保险丝(resettable fuse)，其分为高分子正温度系数(polymer positive temperature coefficient，PPTC)材料及陶瓷正温度系数(ceramic positive temperature coefficient，CPTC)材料。其中PPTC材料已有研究是应用在电池外部模块设计中，其组成包括聚乙烯(PE)高分子与导电粒子。正常情况(低温)下，导电粒子在高分子基体材料中构成链状导电通道，形成导电的通路，元件处在低阻抗状态；而当电路发生过电流(如短路)时，大电流产生的热量使高分子结晶融化，使原本链状导电通道中断，元件由低阻抗变为高阻抗，阻断电路。
外部PTC设计应用于锂离子电池上，只能防止过充，但对温度感测不够灵敏，当电池内部温度产生时，无法即时感测进行防护作用。即使是在电极板涂层的PTC，虽可改善上述问题，但仅一段式阻绝电子通道的设计，只能在电池温度上升时直接阻断电子通路。
发明内容
本发明提供一种锂离子电池的电极结构，具有可调式阶段温升阻抗的特性。
本发明另提供一种锂离子电池，能够在温度超过安全设定时，通过可调式阶段温升控管阻抗的机制，使电池安全性能大幅提升。
本发明提出一种锂离子电池的电极结构，包括集电基材（current collectingsubstrate）、位于集电基材上的电极活物层（electrode active material layer）以及复合式热敏涂层。所述复合式热敏涂层介于集电基材与电极活物层之间。所述复合式热敏涂层至少包括两种以上正温度系数(PTC)材料，使复合式热敏涂层具有可调式阶段温升阻抗特性。
在本发明的一实施例中，上述正温度系数材料的作动温度范围例如在70℃~160℃之间。
在本发明的一实施例中，上述正温度系数材料包括陶瓷正温度系数材料。
在本发明的一实施例中，上述正温度系数材料的陶瓷居里温度(Curietemperature)例如在60℃~120℃。
在本发明的一实施例中，上述复合式热敏涂层还可包括导电粒子，如包括金属颗粒(metal particles)、金属氧化物或碳黑。所述碳黑包括导电碳、纳米导电碳材或乙炔黑。另外，陶瓷正温度系数材料与导电粒子占复合式热敏涂层的总量约20wt%～80wt%。
在本发明的一实施例中，上述陶瓷正温度系数材料包括掺杂钛酸钡(doped-BaTiO3)，其中掺杂钛酸钡内的掺杂元素例如是选自包括由Cr、Pb、Ca、Sr、Ce、Mn、La、Y、Nb、Nd、Al、Cu、Si、Ta、Zr、Li、F、Mg与镧系元素所组成的族群。如以掺杂元素的总量为基础，所述掺杂元素中的Pb、Ca、Sr、Si约在100mol%以下，其他元素则约为20mol%以下。
在本发明的一实施例中，上述正温度系数材料包括高分子正温度系数材料。
在本发明的一实施例中，上述正温度系数材料的高分子熔点温度例如在70℃~160℃之间。
在本发明的一实施例中，上述高分子正温度系数材料中的导电粒子占复合式热敏涂层的总量的20wt%～80wt%。上述导电粒子包括金属颗粒(metal particles)、金属氧化物或碳黑。所述碳黑包括导电碳、纳米导电碳材或乙炔黑。
在本发明的一实施例中，上述正温度系数材料包括高分子正温度系数材料以及陶瓷正温度系数材料。
在本发明的一实施例中，上述正温度系数材料的高分子正温度系数材料与陶瓷正温度系数材料的比例为2:8~8:2。
在本发明的一实施例中，上述复合式热敏涂层还可包括第一导电粒子。
在本发明的一实施例中，上述陶瓷正温度系数材料、第一导电粒子与高分子正温度系数材料中的第二导电粒子占复合式热敏涂层的总量的20wt%～80wt%。
本发明另提出一种锂离子电池，至少包括电解液及电极组，所述电极组包括正极、负极、以及位于该正极与该负极之间的隔离膜(separator)，其特征在于正极与负极中至少一者为上述锂离子电池的电极结构。
基于上述，本发明在集电基材与电极活物层之间具有复合式热敏涂层，可提升锂离子电池的安全性，由于此种涂层材料能够在温度超过安全设定时，通过可调式阶段温升控管阻抗的机制，达到抑制电池不正常的充放电，因此能使电池安全性能大幅提升。
附图说明
图1是依照本发明的一实施例的一种锂离子电池的电极结构的剖面示意图。
图2是图1的复合式热敏涂层随温度变化的电阻比模拟曲线图。
图3是实验例一的不同配比正温度系数材料对于温度变化的阻抗值曲线图。
图4是实验例二的温度与电阻比的曲线图。
图5是实验例三的温度与阻抗值的曲线图。
图6是依照本发明的另一实施例的一种锂离子电池的剖面示意图。
其中，附图标记：
100：集电基材 102：电极活物层
104：复合式热敏涂层 200、202、204、206：温度区域
210：CPTC材料 212：高分子材料
214：导电粒子 600：正极
602：负极 604：电解液
606：隔离膜
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
图1是依照本发明的一实施例的一种锂离子电池的电极结构的剖面示意图。
请参照图1，本实施例的锂离子电池的电极结构包括集电基材100、位于集电基材100上的电极活物层102以及复合式热敏涂层104。所述复合式热敏涂层104是介于集电基材100与电极活物层102之间并具有导电特性。这种复合式热敏涂层104至少包括两种以上的正温度系数(PTC)材料，以使复合式热敏涂层104具有可调式阶段温升阻抗特性。
在本文中所谓的“可调式阶段温升阻抗特性”是指随温度上升具有两阶段以上的阻抗改变，如图2所示。图2显示复合式热敏涂层104随温度升高变化的电阻比(resistanceratio)，其所模拟的条件是复合式热敏涂层104中包含一种高分子正温度系数(PPTC)材料以及一种陶瓷正温度系数(CPTC)材料210，且PPTC材料中含有高分子(Polymer)材料212与导电粒子214。
复合式热敏涂层104的正温度系数材料的高分子熔点温度例如在70℃~160℃之间；较佳是在80℃~130℃之间。复合式热敏涂层104的正温度系数材料的陶瓷居里温度(Curie temperature)例如在60℃~120℃之间。
请继续参照图2，温度低(低温区域200)时导电粒子214及CPTC材料210会在高分子材料212中构成链状导电通道，形成一低电阻的通路，使复合式热敏涂层104处在低阻抗状态。随着温度的升高，当温度来到中低温区域202时，因为复合式热敏涂层104中的CPTC材料210在居里点附近发生相变，所以会使阻值微幅上升，因此能初步控制大电流进出并能维持电池正常运作。不过，如果温度进一步上升至高温区204，会使高分子材料212膨胀，快速切断CPTC材料210及导电粒子214间的链状导电通道，使复合式热敏涂层104的阻抗大幅增加，因此当温度达到区域206时，复合式热敏涂层104完全不导电，以便于锂离子电池内的隔离膜融化(melting)前有效切断电子通路，使电池更加安全。
图2仅用来说明本实施例的作动原理，并非用来限制本发明的范围。只要图1的复合式热敏涂层104中的多种正温度系数(PTC)材料具有不同高分子熔点(Tm)或陶瓷居里温度(Tc)，都能用于本发明；举例来说，复合式热敏涂层104中的正温度系数材料可以都是陶瓷正温度系数材料，也可以都是高分子正温度系数材料，当然也可如图2是同时包括高分子正温度系数材料与陶瓷正温度系数材料。上述正温度系数材料的作动温度范围例如在70℃~160℃之间；较佳是在80℃~130℃之间。
在本实施例中，上述CPTC材料可为掺杂钛酸钡(doping-BaTiO3)，其中掺杂钛酸钡内的掺杂元素例如是选自包括由Cr、Pb、Ca、Sr、Ce、Mn、La、Y、Nb、Nd、Al、Cu、Si、Ta、Zr、Li、F、Mg与镧系元素所组成的族群。如以掺杂元素的总量为基础，所述掺杂元素中的Pb、Ca、Sr、Si约在100mol%以下，其他元素则约为20mol%以下。另外，当正温度系数材料都是陶瓷正温度系数材料时，可通过添加高分子材料来增加粘着性。另外，当正温度系数材料都是陶瓷正温度系数材料时，还可通过添加例如金属颗粒(metal particles)、金属氧化物或碳黑的导电粒子(以下称为“第一导电粒子”)来增加其导电度，其中碳黑例如导电碳(VGCF、Super P、KS4、KS6或ECP)、纳米导电碳材或乙炔黑等。上述第一导电粒子通常占复合式热敏涂层104的总量的3wt%～5wt%，但本发明并不限于此。而陶瓷正温度系数材料与第一导电粒子占复合式热敏涂层的总量例如在20wt%～80wt%之间。
在本实施例中，PPTC材料(只要高分子熔点落入70~160℃范围即可)内的高分子材料可为聚乙烯(PE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯(PP)、聚乙烯醇(PVA)等。
在本实施例中，当正温度系数材料都是高分子正温度系数材料时，上述高分子正温度系数材料中的导电粒子(以下称为“第二导电粒子”)占复合式热敏涂层的总量例如20wt%～80wt%。上述第二导电粒子例如金属颗粒(metal particles)、金属氧化物或碳黑的导电粒子来增加其导电度，其中碳黑例如导电碳(VGCF、Super P、KS4、KS6或ECP)、纳米导电碳材或乙炔黑等。
此外，如果正温度系数材料同时包括高分子正温度系数材料与陶瓷正温度系数材料，则上述陶瓷正温度系数材料、第一导电粒子与第二导电粒子占复合式热敏涂层的总量例如是在20wt%～80wt%之间。
以下列举多个实验来证实本发明的效果。
实验例一
首先，将0.4mol%掺铌(Nb doped)Ba0.9Sr0.1TiO3与聚乙烯(PE)以重量比8:2、6:4、5:5、2:8的比例混合，再加入5wt%的导电粒子(Super)，将其均匀混合并制作成涂层后，再测其阻抗值随温度升高的变化，结果显示于图3。
从图3可知，实验例一的涂层可达到两段的阻抗值变化。虽然从实验例一得到PPTC材料与CPTC材料的比例约在2:8~8:2之间，但是一旦变更材料系统，则其比例不一定在此范围。
实验例二
首先，将0.4mol%Nb doped Ba0.9Sr0.1TiO3与聚乙烯(PE)以重量比6:4的比例混合，再加入5wt%的导电粒子(Super)，将其均匀混合并制作成涂层后，再测其阻抗值随温度升高的变化，结果显示于图4。从图4一样可达到两段的阻抗值变化。
实验例三
首先，将0.4mol%Nb doped Ba0.85Sr0.15TiO3与聚乙烯(PE)以重量比2:1的比例混合，再加入10wt%的导电粒子(Super)，将其均匀混合并制作成涂层后，再测其阻抗值随温度升高的变化，结果显示于图5，从图5一样能观察到两段的阻值变化。
图6是依照本发明的另一实施例的一种锂离子电池的剖面示意图。
在图6中，锂离子电池至少包括电解液604及电极组，所述的电极组包括正极600与负极602及隔离膜606，此隔离膜606位于正极600与负极602之间，其中，正极600与负极602都可为图1的锂离子电池的电极结构；或者正极600与负极602其中一个是图1的锂离子电池的电极结构。由于图1的电极结构中含有复合式热敏涂层，其可提供具有可调式阶段温升阻抗的安全防护设计技术，所以应用于温度超过锂离子电池的危险范围时，可在不同危险等级下发挥相对应功能。也就是说，在锂离子电池温度升高初期仍具有调控电流进出的功能，使锂离子电池维持正常运作状态；当温度持续上升，在隔离膜606产生融化(melting)前，复合式热敏涂层的阻抗会急遽增加，即可完全阻断电流进入。
综上所述，本发明在集电基材表面涂布一层含有两种以上的PTC的复合式热敏涂层，使其具有可调式阶段温升阻抗的机制，除了能够更灵敏侦测电池的安全状况外，更能够针对电池内局部发生异常时所产生过高温度进行电流的控制，大幅降低电池发生热失控产生的机率。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变更与修改，故本发明的保护范围当以权利要求为准。
Claims (8)
1.一种锂离子电池的电极结构，其特征在于，包括：
集电基材；
电极活物层，位于该集电基材上；以及
复合式热敏涂层，介于该集电基材与该电极活物层之间，该复合式热敏涂层至少包括两种以上正温度系数材料，以具有可调式阶段温升阻抗特性，随温度上升具有两阶段以上的阻抗改变，该些正温度系数材料包括高分子正温度系数材料以及陶瓷正温度系数材料，该些正温度系数材料的该高分子正温度系数材料与该陶瓷正温度系数材料的比例为2:8～8:2，该陶瓷正温度系数材料包括掺杂钛酸钡，该掺杂钛酸钡内的掺杂元素是选自包括由Cr、Pb、Ca、Sr、Ce、Mn、La、Y、Nb、Nd、Al、Cu、Si、Ta、Zr、Li、F、Mg与镧系元素所组成的族群；
其中，该复合式热敏涂层还包括导电粒子，该导电粒子占该复合式热敏涂层的总量5wt％～10wt％。
2.如权利要求1所述的锂离子电池的电极结构，其特征在于，该些正温度系数材料的作动温度范围为70℃～160℃。
3.如权利要求1所述的锂离子电池的电极结构，其特征在于，该些正温度系数材料的陶瓷居里温度为60℃～120℃。
4.如权利要求1所述的锂离子电池的电极结构，其特征在于，所述导电粒子包括金属颗粒、金属氧化物或碳黑。
5.如权利要求4所述的锂离子电池的电极结构，其特征在于，所述碳黑包括乙炔黑。
6.如权利要求1所述的锂离子电池的电极结构，其特征在于，以所述掺杂元素的总量为基础，所述掺杂元素中的Pb、Ca、Sr、Si在100mol％以下，其他元素则为20mol％以下。
7.如权利要求1所述的锂离子电池的电极结构，其特征在于，该些正温度系数材料的高分子熔点温度为70℃～160℃。
8.一种锂离子电池，其特征在于，至少包括电解液及电极组，所述电极组包括正极、负极以及位于该正极与该负极之间的隔离膜，其特征在于该正极与该负极中至少一者为权利要求1～7中任一项所述的锂离子电池的电极结构。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW101149627 | 2012-12-24 | ||
| TW101149627A TWI550655B (zh) | 2012-12-24 | 2012-12-24 | 鋰離子電池及其電極結構 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103904294A CN103904294A (zh) | 2014-07-02 |
| CN103904294B true CN103904294B (zh) | 2016-12-28 |
Family
ID=50974989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210584084.9A Active CN103904294B (zh) | 2012-12-24 | 2012-12-28 | 锂离子电池及其电极结构 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20140178753A1 (zh) |
| CN (1) | CN103904294B (zh) |
| TW (1) | TWI550655B (zh) |
Families Citing this family (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9627722B1 (en) | 2013-09-16 | 2017-04-18 | American Lithium Energy Corporation | Positive temperature coefficient film, positive temperature coefficient electrode, positive temperature coefficient separator, and battery comprising the same |
| US10221485B2 (en) * | 2014-01-09 | 2019-03-05 | Adavolt, Inc. | High energy density solid state lithium ion battery with fail-safe |
| US10020545B2 (en) * | 2014-11-25 | 2018-07-10 | American Lithium Energy Corporation | Rechargeable battery with resistive layer for enhanced safety |
| EP3686985A1 (en) | 2014-11-25 | 2020-07-29 | American Lithium Energy Corporation | Rechargeable battery with internal current limiter and interrupter |
| US10396341B2 (en) | 2014-11-25 | 2019-08-27 | American Lithium Energy Corporation | Rechargeable battery with internal current limiter and interrupter |
| KR102124712B1 (ko) | 2015-07-07 | 2020-06-18 | 애플 인크. | 바이폴라 배터리 설계 |
| CN107437622B (zh) * | 2016-05-26 | 2021-06-04 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电极及其制备方法 |
| TWI631077B (zh) | 2016-09-06 | 2018-08-01 | 財團法人工業技術研究院 | 複合石墨結構、其製造方法及其複合電極結構 |
| WO2018057566A1 (en) | 2016-09-22 | 2018-03-29 | Cougeller Research Llc | Current collector for a stacked battery design |
| CN106784621A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 惠州拓邦电气技术有限公司 | 锂离子电池极片及其制作方法、锂离子电池 |
| CN107045218B (zh) * | 2017-03-17 | 2020-06-09 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种自适应加热膜、显示面板和液晶显示设备 |
| JP7091608B2 (ja) * | 2017-03-22 | 2022-06-28 | 株式会社村田製作所 | 正極、電池およびその製造方法、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置ならびに電力システム |
| CN108511761B (zh) * | 2017-04-13 | 2020-09-15 | 万向一二三股份公司 | 一种含ptc涂层的集流体及含该集流体的锂离子电池 |
| WO2018195372A1 (en) | 2017-04-21 | 2018-10-25 | Cougeller Research Llc | Battery cell with electrolyte diffusion material |
| JP6729479B2 (ja) | 2017-04-28 | 2020-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | 積層電池 |
| JP6638693B2 (ja) | 2017-04-28 | 2020-01-29 | トヨタ自動車株式会社 | 積層電池 |
| JP6729481B2 (ja) * | 2017-04-28 | 2020-07-22 | トヨタ自動車株式会社 | 積層電池 |
| EP3869600B1 (en) | 2017-05-01 | 2022-10-19 | American Lithium Energy Corporation | Electrical power system and fuse with negative thermal expansion plate |
| US11888112B2 (en) | 2017-05-19 | 2024-01-30 | Apple Inc. | Rechargeable battery with anion conducting polymer |
| US11018343B1 (en) | 2017-06-01 | 2021-05-25 | Apple Inc. | Current collector surface treatment |
| US10923728B1 (en) | 2017-06-16 | 2021-02-16 | Apple Inc. | Current collector structures for rechargeable battery |
| WO2019023683A1 (en) | 2017-07-28 | 2019-01-31 | American Lithium Energy Corporation | ANTI-CORROSION COATING FOR BATTERY CURRENT COLLECTOR |
| US10916741B1 (en) | 2017-08-08 | 2021-02-09 | Apple Inc. | Metallized current collector devices and materials |
| US11189834B1 (en) | 2017-08-09 | 2021-11-30 | Apple Inc. | Multiple electrolyte battery cells |
| CN107633930B (zh) * | 2017-08-09 | 2019-06-25 | 多氟多新能源科技有限公司 | 一种正温度系数热敏材料及其制备方法 |
| US11862801B1 (en) | 2017-09-14 | 2024-01-02 | Apple Inc. | Metallized current collector for stacked battery |
| US11335977B1 (en) | 2017-09-21 | 2022-05-17 | Apple Inc. | Inter-cell connection materials |
| US11043703B1 (en) | 2017-09-28 | 2021-06-22 | Apple Inc. | Stacked battery components and configurations |
| CN109755464B (zh) * | 2017-11-08 | 2021-01-12 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片、电化学装置及安全涂层 |
| CN109755465B (zh) * | 2017-11-08 | 2020-12-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片、电化学装置及安全涂层 |
| CN109755462B (zh) * | 2017-11-08 | 2021-01-12 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片、电化学装置及安全涂层 |
| CN109755466B (zh) * | 2017-11-08 | 2020-11-17 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片、电化学装置及安全涂层 |
| CN109755468B (zh) | 2017-11-08 | 2021-01-12 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片、电化学装置及安全涂层 |
| CN109755670B (zh) * | 2017-11-08 | 2020-11-17 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片、电化学装置及安全涂层 |
| CN109755463B (zh) * | 2017-11-08 | 2020-12-29 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片、电化学装置及安全涂层 |
| CN109755467B (zh) * | 2017-11-08 | 2021-01-12 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电极极片、电化学装置及安全涂层 |
| JP7073689B2 (ja) * | 2017-11-29 | 2022-05-24 | 株式会社Ｇｓユアサ | 極板、電極体及び蓄電素子 |
| TWI654269B (zh) | 2017-12-19 | 2019-03-21 | 財團法人工業技術研究院 | 黏著組合物 |
| US10916796B1 (en) | 2018-02-02 | 2021-02-09 | Apple Inc. | Selective charging matrix for rechargeable batteries |
| CN111200131A (zh) * | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片及电化学装置 |
| CN111200113B (zh) * | 2018-11-16 | 2021-01-12 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片及电化学装置 |
| CN111200101B (zh) * | 2018-11-16 | 2021-02-09 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种正极极片及电化学装置 |
| CN111199833A (zh) | 2018-11-16 | 2020-05-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 一种电化学装置 |
| CN110048079A (zh) * | 2019-03-30 | 2019-07-23 | 苏州宇量电池有限公司 | 一种热敏半导体涂层极片的制造方法及半导体涂层极片 |
| US11677120B2 (en) | 2020-09-08 | 2023-06-13 | Apple Inc. | Battery configurations having through-pack fasteners |
| US11600891B1 (en) | 2020-09-08 | 2023-03-07 | Apple Inc. | Battery configurations having balanced current collectors |
| US11923494B2 (en) | 2020-09-08 | 2024-03-05 | Apple Inc. | Battery configurations having through-pack fasteners |
| US11588155B1 (en) | 2020-09-08 | 2023-02-21 | Apple Inc. | Battery configurations for cell balancing |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1486945A (en) * | 1974-10-11 | 1977-09-28 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electric resistance devices |
| EP0851517B1 (en) * | 1996-12-26 | 2001-03-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Electrode having PTC characteristics and battery using the same |
| CN1152914C (zh) * | 1997-06-24 | 2004-06-09 | 中山大学 | 具有正温度系数的导电高分子复合材料及其制造方法 |
| US6150051A (en) * | 1998-02-27 | 2000-11-21 | Telcordia Technologies, Inc. | Thermal switch for use in plastic batteries |
| CN1145233C (zh) * | 1998-06-25 | 2004-04-07 | 三菱电机株式会社 | 电极、该电极的制造方法和使用该电极的电池 |
| KR20000066876A (ko) * | 1999-04-21 | 2000-11-15 | 김순택 | 리튬이차전지 |
| TWI251359B (en) * | 2003-10-10 | 2006-03-11 | Lg Cable Ltd | Lithium secondary battery having PTC powder and manufacturing method thereof |
| JP4776918B2 (ja) * | 2004-12-24 | 2011-09-21 | 日立マクセルエナジー株式会社 | 非水電解液二次電池 |
| KR100669335B1 (ko) * | 2005-08-19 | 2007-01-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지 |
| JP2008243708A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池および非水電解質二次電池の製造方法 |
| EP2019395B1 (en) * | 2007-07-24 | 2011-09-14 | TDK Corporation | Stacked electronic part and method of manufacturing the same |
| US20090148657A1 (en) * | 2007-12-05 | 2009-06-11 | Jan Ihle | Injection Molded PTC-Ceramics |
| CN101471435B (zh) * | 2007-12-25 | 2010-12-22 | 比亚迪股份有限公司 | 锂离子二次电池正极及包括该正极的锂离子二次电池 |
| JP4352349B2 (ja) * | 2008-01-23 | 2009-10-28 | トヨタ自動車株式会社 | 電極および電極製造方法 |
| KR101091228B1 (ko) * | 2008-12-30 | 2011-12-07 | 주식회사 엘지화학 | 다공성 코팅층을 구비한 세퍼레이터 및 이를 구비한 전기화학소자 |
| TWI431834B (zh) * | 2010-12-27 | 2014-03-21 | Ind Tech Res Inst | 鋰電池與極板結構 |
-
2012
- 2012-12-24 TW TW101149627A patent/TWI550655B/zh active
- 2012-12-28 CN CN201210584084.9A patent/CN103904294B/zh active Active
-
2013
- 2013-05-02 US US13/875,288 patent/US20140178753A1/en not_active Abandoned
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201426772A (zh) | 2014-07-01 |
| TWI550655B (zh) | 2016-09-21 |
| US20140178753A1 (en) | 2014-06-26 |
| CN103904294A (zh) | 2014-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103904294B (zh) | 锂离子电池及其电极结构 | |
| Venugopal | Characterization of thermal cut-off mechanisms in prismatic lithium-ion batteries | |
| Yang et al. | Thermal‐responsive polymers for enhancing safety of electrochemical storage devices | |
| JP2017130283A (ja) | 全固体電池 | |
| EP3227950B1 (en) | All solid-state lithium battery | |
| US8673469B2 (en) | Apparatus for protection of secondary battery | |
| EP1114481B1 (en) | Solid polymer alloy electrolyte in homogeneous state and manufacturing method therefor, and composite electrode, lithium polymer battery and lithium ion polymer battery using the same and manufacturing methods therefor | |
| CN102844908B (zh) | 具有低热导率的无机组成部分的电池组电池单元所用的部件 | |
| Wen et al. | Smart materials and design toward safe and durable lithium ion batteries | |
| Mohamed et al. | Investigation of electrical and electrochemical properties of PVDF-based polymer electrolytes | |
| TWI734628B (zh) | 蓄電單元及太陽光發電單元 | |
| US20130094116A1 (en) | Conductive composite material with positive temperature coefficient of resistance and overcurrent protection component | |
| JP2016517157A (ja) | 固体及び液体の電解質を備えた電気化学セル | |
| KR102179415B1 (ko) | 다중 저항 레벨을 갖는 재충전 배터리 | |
| KR20150048850A (ko) | 고체 상태 배터리 제조 | |
| CN105765777A (zh) | 欧姆调制的电池 | |
| JP2012504932A (ja) | バッテリ用電子電流遮断デバイス | |
| KR20130108299A (ko) | 비수전해액 전지 | |
| Lee et al. | Co-use of cyclohexyl benzene and biphenyl for overcharge protection of lithium-ion batteries | |
| CN103194161A (zh) | 用于锂离子电池热安全保护的正温度系数材料及其应用 | |
| CN103762051A (zh) | 高维持电流pptc过流保护器及其制造方法 | |
| US6150051A (en) | Thermal switch for use in plastic batteries | |
| CN107302092A (zh) | 集电体、电池以及它们的制造方法 | |
| CN109167099A (zh) | 一种高安全的电池及其制备方法 | |
| Beletskii et al. | Variable-resistance materials for lithium-ion batteries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |