CN104332658A - 一种高安全性能锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全性能锂离子电池，其包括包装壳，设置在包装壳内的正极片、负极片、电解液、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，所述的正极片包括正极集流体和正极涂覆区，所述的正极涂覆区为在正极集流体上涂覆正极活性材料层，所述的负极片包括负极集流体和负极涂覆区，所述的负极涂覆区为在负极集流体上涂覆负极活性材料层，所述正极集流体设置有正极空白区，所述的正极涂覆区末端部涂覆陶瓷涂层，当滥用电池时，避免了电池内部正负极片直接短路产生较大的能量造成的安全隐患。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高安全性能锂离子电池。
背景技术
锂离子电池由于具有高比能量和高电压等优点已广泛应用于笔记本电脑、移动通讯等。然而，锂离子电池一直潜藏着安全问题，此问题也是行业内专业人员所关注的焦点，虽然锂离子电池与金属锂二次电池相比，在安全性能方面有了很大的提高，但在实际应用中仍然存在许多隐患。因此，安全性问题是制约高容量及动力型锂离子电池大规模商业化推广的主要问题。
目前，人们通过在电极活性材料中添加复合导电剂，使得电池在滥用时，使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。如中国专利“一种安全锂离子电池”专利申请号201110260368.8，其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％。
通过采用高分子正温度系数热敏材料作为导电剂，如中国专利“一种高安全性能锂离子电池”，申请号为：200910204103.9，其包括正极片、隔膜、负极片，所述隔膜位于正极片、负极片之间；所述正极片包括正极集流体和涂敷在正极集流体上的正极浆料，所述负极片包括负极集流体和涂敷在负极集流体上的负极浆料；所述正极浆料 和/或负极浆料内含有导电剂，所述导电剂为高分子正温度系数热敏材料。添加有这种高分子正温度系数热敏材料的极片，在异常情况下，电流或温度急剧升高时，电阻率随之升高，进而破坏导电网络，防止电池产生热失控，对锂离子电池的热失控起到了预防的作用。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种高安全性能锂离子电池，其避免了滥用电池时由于电池内部正负极片直接短路产生较大的能量造成的安全隐患。
为了实现上述目的，本发明采用如下实施方案：
一种高安全性能锂离子电池，包括包装壳，设置在包装壳内的正极片、负极片、电解液、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，所述的正极片包括正极集流体和正极涂覆区，所述的正极涂覆区为在正极集流体上涂覆正极活性材料层，所述的负极片包括负极集流体和负极涂覆区，所述的负极涂覆区为在负极集流体上涂覆负极活性材料层，所述正极集流体设置有正极空白区，所述的正极涂覆区末端部涂覆陶瓷涂层。
作为本发明的一种改进方案，所述的负极集流体上设置有负极空白区。当电池设计在容量上有空间时，可以在负极集流体上设置有负极空白区，以增加正负极的短路点。
作为本发明的一种改进方案，所述的陶瓷涂层包括Al2O3和ZrO2。同时，可以根据需要对陶瓷涂层中Al2O3和ZrO2进行改性，以满足特殊性能的需求。
作为本发明的一种改进方案，所述的末端部涂覆陶瓷涂层的长度为电池的一周长。该涂覆长度可以满足电池卷绕的最外圈含有一层陶瓷涂层。
作为本发明的一种改进方案，所述的正极空白区长度为电池的一周长。
作为本发明的一种改进方案，所述的负极空白区长度为电池的一周长。
作为本发明的一种改进方案，所述的正极活性材料层包括正极材料活性物质、PVDF粘接剂和导电炭黑。
作为本发明的一种改进方案，所述的负极活性材料层包括负极材料活性物质、SBR粘接剂、CMC粘接剂和导电炭黑。
一种高安全性能锂离子电池，其制备方法为，正极片制备：在正极集流体上涂覆由正极材料活性物质、粘接剂PVDF和导电炭黑组成的正极活性材料层浆料，形成正极涂覆区，涂覆时在正极集流体尾部预留一圈正极空白区，然后在正极涂覆区末端部涂覆陶瓷涂层，涂覆长度为一圈，再经过辊压、分条、焊正极耳和贴胶纸工序制作成正极极片；
负极片制备：在负极集流体上涂覆由负极活性物质、粘接剂SBR、粘接剂CMC和导电炭黑组成的负极活性材料层浆料，形成负极涂覆区，涂覆时可在负极集流体尾部预留一圈负极空白区，再经过辊压、分条、焊负极耳和贴胶纸工序制作成负极极片；
组装：将上述正、负极片以负极片、隔离膜、正极片、隔膜的顺 序通过卷绕的方法卷绕成卷芯，将卷芯置于包装壳中，顶侧封后注入电解液，然后通过化成、夹具烘烤、二封和分容工序制作成高安全性能的锂离子电池。
作为本发明的一种改进方案，所述的陶瓷涂层的厚度为1-3微米。
本发明的有益效果
本发明包括包装壳，设置在包装壳内的正极片、负极片、电解液、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，所述的正极片包括正极集流体和正极涂覆区，所述的正极涂覆区为在正极集流体上涂覆正极活性材料层，所述的负极片包括负极集流体和负极涂覆区，所述的负极涂覆区为在负极集流体上涂覆负极活性材料层，所述正极集流体设置有正极空白区，所述的正极涂覆区末端部涂覆陶瓷涂层，当滥用电池时，正极空白区和负极空白区提供短路点，且正极空白区和负极空白区之间的短路类似于外部短路，当电池容量增大到相当一定时，正极集流体本身能够承受的短路电流将使正极集流体融化，防止电池内部因正负极极片之间短路产生较大的能量，避免产生安全隐患，陶瓷层避免滥用电池时由于电池内部正负极片直接短路产生较大的能量造成安全隐患。
附图说明
图1为本发明正极片结构示意图。
图2为本发明负极片结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例详细描述本发明，但是，本发明的实 施方式并不局限于此。
实施例1
参考附图1-2，一种高安全性能锂离子电池，其制备方法为，正极片制备：在正极集流体10上涂覆由正极材料活性物质、粘接剂PVDF和导电炭黑组成的浆料，形成正极涂覆区11，涂覆时在正极集流10体尾部预留一圈正极空白区12，然后在正极涂覆区11末端部涂覆陶瓷涂层13，所述的陶瓷涂层13包括Al2O3和ZrO2，厚度为1微米，涂覆长度为一圈，再经过辊压、分条、焊正极耳30和贴胶纸4工序制作成正极极片；
负极片制备：在负极集流体20上涂覆由负极活性物质、粘接剂SBR、粘接剂CMC和导电炭黑组成的浆料，形成负极涂覆区21，再经过辊压、分条、焊负极耳31和贴胶纸4工序制作成负极极片；
组装：将上述正、负极片以负极片、隔离膜、正极片、隔膜的顺序通过卷绕的方法卷绕成卷芯，将卷芯置于包装壳中，顶侧封后注入电解液，然后通过化成、夹具烘烤、二封和分容工序制作成高安全性能的锂离子电池。
实施例2
参考附图1-2，一种高安全性能锂离子电池，其制备方法为，正极片制备：在正极集流体10上涂覆由正极材料活性物质、粘接剂PVDF和导电炭黑组成的浆料，形成正极涂覆区11，涂覆时在正极集流10体尾部预留一圈正极空白区12，然后在正极涂覆区11末端部涂覆陶瓷涂层13，所述的陶瓷涂层13包括Al2O3和ZrO2，厚度为3微米， 涂覆长度为一圈，再经过辊压、分条、焊正极耳30和贴胶纸4工序制作成正极极片；
负极片制备：在负极集流体20上涂覆由负极活性物质、粘接剂SBR、粘接剂CMC和导电炭黑组成的浆料，形成负极涂覆区21，涂覆时可在负极集流20体尾部预留一圈负极空白区22，再经过辊压、分条、焊负极耳31和贴胶纸4工序制作成负极极片；
组装：将上述正、负极片以负极片、隔离膜、正极片、隔膜的顺序通过卷绕的方法卷绕成卷芯，将卷芯置于包装壳中，顶侧封后注入电解液，然后通过化成、夹具烘烤、二封和分容工序制作成高安全性能的锂离子电池。
实施例3
与实施例2不同之处在于所述的陶瓷涂层13包括Al2O3，ZrO2以及少量SiO2，厚度为1微米，其它与实施例2相同，不再赘述。
实施例4
与实施例2不同之处在于所述的陶瓷涂层13厚度为2微米，其它与实施例2相同，不再赘述。
实施例5
与实施例2不同之处在于所述的陶瓷涂层13厚度为1.5微米，其它与实施例2相同，不再赘述。
对比例
一种锂离子电池，其制备方法为，正极片制备：在正极集流体10上涂覆由正极材料活性物质、粘接剂PVDF和导电炭黑组成的浆料， 形成正极涂覆区11，再经过辊压、分条、焊正极耳30和贴胶纸4工序制作成正极极片；
负极片制备：在负极集流体20上涂覆由负极活性物质、粘接剂SBR、粘接剂CMC和导电炭黑组成的浆料，形成负极涂覆区21，再经过辊压、分条、焊负极耳31和贴胶纸4工序制作成负极极片；
组装：将上述正、负极片以负极片、隔离膜、正极片、隔膜的顺序通过卷绕的方法卷绕成卷芯，将卷芯置于包装壳中，顶侧封后注入电解液，然后通过化成、夹具烘烤、二封和分容工序制作成锂离子电池，其型号与实施例1-5相同。
将实施例1-5与对比例进行穿刺实验和撞击实验。
穿刺实验
取实施例1-5电池各2个并标号(A-J)，对比例电池2个并标号(a-b)，电池充满电后,用一个直径为2.0mm～25mm的钉子穿过电池的中心,并把钉子留在电池内,观察电池情况和测量电池温度。见下表。
撞击实验
取实施例1-5电池各2个并标号(A1-J1)，对比例电池2个并标号(a1-b1)，充满电后,将一个15.8mm直径的硬质棒横放于电池上,用一个20磅的重物从610mm的高度掉下来砸在硬质棒上，观察电池情况。
从上述实验中可以看出，采用本发明的设计的安全型锂离子电池，其在穿刺实验的10个电池样品中不着火，温度稳定，在撞击实验的10个电池样品中不漏液不着火，安全系数高。对比例的电池样品中，发生着火和漏液，安全系数低。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种高安全性能锂离子电池，包括包装壳，设置在包装壳内的正极片、负极片、电解液、间隔于正极片和负极片之间的隔离膜，所述的正极片包括正极集流体和正极涂覆区，所述的正极涂覆区为在正极集流体上涂覆正极活性材料层，所述的负极片包括负极集流体和负极涂覆区，所述的负极涂覆区为在负极集流体上涂覆负极活性材料层，其特征在于，所述正极集流体设置有正极空白区，所述的正极涂覆区末端部涂覆陶瓷涂层。
2.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的负极集流体上设置有负极空白区。
3.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的陶瓷涂层包括Al2O3和ZrO2。
4.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的末端部涂覆陶瓷涂层的长度为电池的一周长。
5.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的正极空白区长度为电池的一周长。
6.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的负极空白区长度为电池的一周长。
7.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的正极活性材料层包括正极材料活性物质、PVDF粘接剂和导电炭黑。
8.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的负极活性材料层包括负极材料活性物质、SBR粘接剂、CMC粘接剂和导电炭黑。
9.根据权利要求1所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：其制备方法为，正极片制备：在正极集流体上涂覆由正极材料活性物质、粘接剂PVDF和导电炭黑组成的正极活性材料层浆料，形成正极涂覆区，涂覆时在正极集流体尾部预留一圈正极空白区，然后在正极涂覆区末端部涂覆陶瓷涂层，涂覆长度为一圈，再经过辊压、分条、焊正极耳和贴胶纸工序制作成正极极片；
负极片制备：在负极集流体上涂覆由负极活性物质、粘接剂SBR、粘接剂CMC和导电炭黑组成的负极活性材料层浆料，形成负极涂覆区，涂覆时可在负极集流体尾部预留一圈负极空白区，再经过辊压、分条、焊负极耳和贴胶纸工序制作成负极极片；
组装：将上述正、负极片以负极片、隔离膜、正极片、隔膜的顺序通过卷绕的方法卷绕成卷芯，将卷芯置于包装壳中，顶侧封后注入电解液，然后通过化成、夹具烘烤、二封和分容工序制作成高安全性能的锂离子电池。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种高安全性能锂离子电池，其特征在于：所述的陶瓷涂层的厚度为1-3微米。
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