CN107732286A - 安全型锂离子电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种安全型锂离子电池及其制备方法。该锂离子电池包括壳体和设置在所述壳体内的卷芯，以及正极耳和负极耳，所述负极耳与所述卷芯的外壁上的负极片尾部相连，且所述负极耳沿着所述壳体的侧壁和底部设置，所述负极耳的在所述壳体的侧壁与底部连接处的弯折部位贴合有高温胶带，所述高温胶带在所述安全型锂离子电池进行短路测试时分解产生气体。本发明提供的安全型锂离子电池在不影响电池原有性能、不改变电池原本的结构设计情况下，可使锂离子电池短路测试时盖板CID断开时间由20～40秒提早至5～10秒断开，短路测试通过率由90％提高至95％。

Description

安全型锂离子电池及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种安全型锂离子电池及其制备方法。
背景技术
目前市面上的锂离子电池所用的电解液大多为有机电解液，有机电解液的溶剂组分一般为PC、EC、DMC等酯类，其具有可燃性因此存在一定的安全风险，因此，无论是在《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》或是在《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》等国标中均强制要求锂离子电池通过短路、重锤、热滥用、过充等安全测试。电池在进行短路测试时因过电流很大，电池在短时间内产生大量热量，极易引发热失控造成电池起火爆炸。
现有提高锂离子电池外短路测试通过率的方法主要有以下几种。第一种：在电池的盖板内增加一个正温度系数热敏电阻(Positive Temperature Coefficient，PTC)，当锂离子电池发生外短路时电池内部温度迅速升高，该热敏电阻阻值因温度升高而急剧增大从而起到降低短路电流大小的目的。该方法的主要缺点有：(1)热敏电阻自身在室温时的阻值在12mΩ～15mΩ，增加热敏电阻后电池欧姆内阻增加，大幅降低了电池的倍率放电性能；(2)热敏电阻的阻值存在一定的公差范围，因此引入热敏电阻后电池的内阻一致性将会降低，不利于锂离子电池的配组。第二种：对电池的负极采用双极耳的结构设计，以此提高负极的过电流能力，当电池发生外部短路时负极电流由两个极耳承载，单一极耳上的电流密度减半，使负极耳发热量降低，降低了电池短路时内部发生热失控的风险从而提高短路安全性能。该方法的缺点有：双极耳结构设计使得负极片的空箔区域(无活性物质)增加，有效敷料区域减少，降低了锂离子电池钢壳内部的空间利用率，从而降低了产品的能量密度。第三种：采用有阻燃添加剂的电解液，以此提高电池短路时电解液在高温下的稳定性。该方法的缺点有：阻燃添加剂的加入不可避免的对电池循环、存储、倍率等重要性能产生负面影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种安全型锂离子电池及其制备方法，旨在解决现有锂离子电池进行短路测试时安全性低、通过率不高的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种安全型锂离子电池，其包括壳体和设置在所述壳体内的卷芯，以及正极耳和负极耳；所述负极耳与所述卷芯的外壁上的负极片尾部相连，且所述负极耳沿着所述壳体的侧壁和底部设置，所述负极耳的在所述壳体的侧壁与底部连接处的弯折部位贴合有高温胶带，所述高温胶带在所述安全型锂离子电池进行短路测试时分解产生气体。
相应地，本发明另一方面提供一种上述安全型锂离子电池的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
用高温胶带对负极耳进行包胶处理；
将包胶后的所述高温胶带覆盖负极片待卷绕的一端边缘，并所述负极耳连接在所述负极片的尾部留白处；
将连接有所述负极耳的所述负极片与隔膜、正极片卷绕成卷芯，并将所述卷芯放入壳体内完成底焊、滚槽工艺，其中，带有所述高温胶带的卷芯一端放入所述壳体的底部。
锂离子电池制成后需进行外部短路测试，测试过程中，外部短路电流在几秒内可高达几十上百安培，负极的电流由集流体汇聚于负极耳，负极耳的弯折部位为电流密度最大的区域，其产生极高的热量使负极耳的温度急速上升，这时促使正负极材料与电解液发生放热反应，从而可能引发热失控导致电池起火爆炸。而本发明提供的安全型锂离子电池，在负极耳弯折部位贴合有高温胶带，外部短路发生后的几秒内，负极耳拐点处温度迅速上升至300℃左右使高温胶带分解产生气体，大量气体使电池内压迅速升高，盖板CID(current interrupt device，电流切断装置)提早断开，短路电流变为零从而避免电池出现起火爆炸。本发明提供的安全型锂离子电池在不影响电池原有性能、不改变电池原本的结构设计情况下，可使锂离子电池短路测试时盖板CID断开时间由20～40秒提早至5～10秒断开，短路测试通过率由90％提高至95％。
本发明提供的安全型锂离子电池的制备方法，工艺简单易行，成本低，其生产的安全型锂离子电池在不影响电池原有性能、不改变电池原本的结构设计情况下，可使锂离子电池短路测试通过率由90％提高至95％。
附图说明
图1为本发明实施例提供的安全型锂离子电池的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的安全型锂离子电池的制备过程流程示意图；
其中，附图标记说明如下：
1：壳体；
2：卷芯；
3：正极耳；
4：负极耳；
5：高温胶带；
6：负极片。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种安全型锂离子电池，其结构如图1所示。该安全型锂离子电池包括壳体1和设置在该壳体1内的卷芯2，以及正极耳3和负极耳4；该负极耳4与卷芯2的外壁上的负极片6尾部相连，且该负极耳4沿着壳体1的侧壁和底部设置，负极耳4的在壳体1的侧壁与底部连接处的弯折部位贴合有高温胶带5，该高温胶带5在本实施例的安全型锂离子电池进行短路测试时分解产生气体。
本实施例的安全型锂离子电池，在负极耳4弯折部位贴合有高温胶带5，短路测试时，外部短路发生后的几秒内，负极耳4弯折部位处温度迅速上升至300℃左右使高温胶带5分解产生气体，大量气体使电池内压迅速升高，盖板CID提早断开，短路电流变为零从而避免电池出现起火爆炸。该安全型锂离子电池在不影响电池原有性能、不改变电池原本的结构设计情况下，可使锂离子电池短路测试时盖板CID断开时间由20～40秒提早至5～10秒断开，短路测试通过率由90％提高至95％。
具体地，在本实施例安全型锂离子电池中，高温胶带5指高温作业环境下使用的一种胶粘带，主要用于电子工业用途，其耐温性能通常在120℃-260℃之间，常用于喷漆、烤漆皮革加工、涂装遮蔽和电子零件制程中固定、印刷电路板及高温处理遮蔽。高温胶带5包括基材和胶水，优选地，本实施例中，高温胶带5中的基材包括聚酰亚胺(Polyimide，PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)和聚丙烯(Polypropylene，PP)中的至少一种，本实施例优选PI，高温胶带5中的胶水包括聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)。短路测试时，外部短路发生后的几秒内，负极耳4的弯折部位处的温度迅速上升至300℃左右使基材高温裂解产生二氧化碳，同时PMMA分解生成甲烷、丙烯、2-甲基丙烯等气体，大量气体使电池内压迅速升高，盖板CID提早断开，短路电流变为零从而避免电池出现起火爆炸。本实施例中，优选的PI和PMMA的高温裂解产气量最佳。
具体地，在本实施例安全型锂离子电池中，负极耳4的弯折部位贴合有高温胶带5是指高温胶带5可贴在负极耳4与卷芯2相邻的一面，或负极耳4与壳体1相邻的一面，或两面都贴。优选地，本实施例中，高温胶带5包覆黏贴负极耳4，即负极耳4的两面都黏贴高温胶带5；这样即可使锂离子电池短路测试时的安全性最好，也可使锂离子电池性能(如能量密度或功率密度)最大化。
具体地，在本实施例安全型锂离子电池中，因负极耳4的弯折部位包覆黏贴有高温胶带5，该弯折一般呈90°，此时，高温胶带5沿着壳体1的侧壁和底部延伸出一定长度。优选地，本实施例中，与壳体1的侧壁相邻的高温胶带5的长度为4mm-8mm，与壳体1的底部相邻的高温胶带5的长度为4mm-8mm。这样即可保持高温胶带5的粘结性，也不占用壳体1内的其他空间。
具体地，在本实施例安全型锂离子电池中，与壳体1的底部相邻的未被该高温胶带5黏贴的负极耳4的长度为5mm-10mm。如此，可以为该安全型锂离子电池提供很好的充放电接触点。
具体地，在本实施例安全型锂离子电池中，高温胶带5的厚度可以为30mm-100mm。这样即可保持高温胶带5的粘结性，也不占用壳体1内的其他空间。
具体地，在本实施例安全型锂离子电池中，壳体1的形状为圆柱形。
具体地，在本实施例安全型锂离子电池中，壳体1为钢壳。
另一方面，本发明实施例还提供了一种上述安全型锂离子电池的制备方法。该制备方法包括如下步骤，流程如图2所示：
S01：用高温胶带5对负极耳4进行包胶处理(图2a)；
S02：将包胶后的高温胶带5覆盖负极片6待卷绕的一端边缘，并将负极耳4连接在负极片6的尾部留白处(图2b)；
S03：将连接有负极耳4的负极片6与隔膜、正极片(图未标注)卷绕成卷芯(图2c)，并将该卷芯2放入壳体1内完成底焊、滚槽工艺成最终的锂离子电池(图2d)，其中，带有高温胶带5的卷芯2一端放入壳体1的底部。
本实施例的上述安全型锂离子电池的制备方法，工艺简单易行，成本低，其生产的安全型锂离子电池在不影响电池原有性能、不改变电池原本的结构设计情况下，可使锂离子电池短路测试通过率由90％提高至95％。
具体地，负极耳4采用超声波焊接法连接在负极片6的尾部留白处，超声波焊接法的焊接速度快、焊接强度高，与传统的焊接工艺比，其成本低廉、清洁无污染，且不会损伤工件。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种圆柱形锂离子电池，其结构如图1所示。该锂离子电池包括壳体1和设置在该壳体1内的卷芯2，以及正极耳3和负极耳4；该负极耳4与卷芯2的外壁上的负极片6尾部相连，且该负极耳4沿着壳体1的侧壁和底部设置，负极耳4的在壳体1的侧壁与底部连接处的弯折部位包覆黏贴有厚度为30mm的高温胶带5。高温胶带5的基材包含PI，高温胶带5的胶水包含PMMA。与壳体1的侧壁相邻的高温胶带5的长度为4mm，与壳体1的底部相邻的高温胶带5的长度为4mm，与壳体1的底部相邻的未被该高温胶带5黏贴的负极耳4的长度为5mm。
上述圆柱形锂离子电池的制备方法包括如下步骤，流程如图2所示：
S11：用高温胶带5对负极耳4进行包胶处理(图2a)；
S12：将包胶后的高温胶带5覆盖负极片6待卷绕的一端边缘，并将负极耳4利用超声波焊接法连接在负极片6的尾部留白处(图2b)；
S13：将连接有负极耳4的负极片6与隔膜、正极片卷绕成卷芯(图2c)，并将该卷芯2放入壳体1内完成底焊、滚槽工艺成最终的锂离子电池(图2d)，其中，带有高温胶带5的卷芯2一端放入壳体1的底部。
实施例2
一种圆柱形锂离子电池，其结构如图1所示。该锂离子电池包括壳体1和设置在该壳体1内的卷芯2，以及正极耳3和负极耳4；该负极耳4与卷芯2的外壁上的负极片6尾部相连，且该负极耳4沿着壳体1的侧壁和底部设置，负极耳4的在壳体1的侧壁与底部连接处的弯折部位包覆黏贴有厚度为70mm的高温胶带5。高温胶带5的基材包含PI，高温胶带5的胶水包含PMMA。与壳体1的侧壁相邻的高温胶带5的长度为6mm，与壳体1的底部相邻的高温胶带5的长度为6mm，与壳体1的底部相邻的未被该高温胶带5黏贴的负极耳4的长度为8mm。
上述方形锂离子电池的制备方法包括如下步骤，流程如图2所示：
S21：用高温胶带5对负极耳4进行包胶处理(图2a)；
S22：将包胶后的高温胶带5覆盖负极片6待卷绕的一端边缘，并将负极耳4利用超声波焊接法连接在负极片6的尾部留白处(图2b)；
S23：将连接有负极耳4的负极片6与隔膜、正极片卷绕成卷芯(图2c)，并将该卷芯2放入壳体1内完成底焊、滚槽工艺成最终的锂离子电池(图2d)，其中，包有高温胶带5的卷芯2一端放入壳体1的底部。
实施例3
一种圆柱形锂离子电池，其结构如图1所示。该锂离子电池包括壳体1和设置在该壳体1内的卷芯2，以及正极耳3和负极耳4；该负极耳4与卷芯2的外壁上的负极片6尾部相连，且该负极耳4沿着壳体1的侧壁和底部设置，负极耳4的在壳体1的侧壁与底部连接处的弯折部位包覆黏贴有厚度为100mm的高温胶带5。高温胶带5的基材包含PET，高温胶带5的胶水包含PMMA。与壳体1的侧壁相邻的高温胶带5的长度为8mm，与壳体1的底部相邻的高温胶带5的长度为8mm，与壳体1的底部相邻的未被该高温胶带5黏贴的负极耳4的长度为10mm。
上述圆柱形锂离子电池的制备方法包括如下步骤，流程如图2所示：
S31：用高温胶带5对负极耳4进行包胶处理(图2a)；
S32：将包胶后的高温胶带5覆盖负极片6待卷绕的一端边缘，并将负极耳4利用超声波焊接法连接在负极片6的尾部留白处(图2b)；
S33：将连接有负极耳4的负极片6与隔膜、正极片卷绕成卷芯(图2c)，并将该卷芯2放入壳体1内完成底焊、滚槽工艺成最终的锂离子电池(图2d)，其中，包有高温胶带5的卷芯2一端放入壳体1的底部。
将上述实施例1-3制备的锂离子电池进行外路短路测试，外部短路发生后几秒内，负极耳4的弯折部位的温度迅速上升至300℃左右，使高温胶带5的基材(PI)高温裂解产生二氧化碳，高温胶带5的胶水(PMMA)分解生成甲烷、丙烯、2-甲基丙烯等气体，大量气体使电池内压迅速升高，盖板CID提早断开，短路电流变为零从而避免电池出现起火爆炸，其在不影响电池原有性能、不改变电池原本的结构设计情况下，可使短路测试时盖板CID断开时间由20～40秒提早至5～10秒断开，短路测试通过率由90％提高至95％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种安全型锂离子电池，包括壳体和设置在所述壳体内的卷芯，以及正极耳和负极耳，其特征在于，所述负极耳与所述卷芯的外壁上的负极片尾部相连，且所述负极耳沿着所述壳体的侧壁和底部设置，所述负极耳的在所述壳体的侧壁与底部连接处的弯折部位贴合有高温胶带，所述高温胶带在所述安全型锂离子电池进行短路测试时分解产生气体。
2.如权利要求1所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述高温胶带中的基材包括聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯中的至少一种，所述高温胶带中的胶水包括聚甲基丙烯酸甲酯。
3.如权利要求1所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述高温胶带包覆黏贴所述负极耳。
4.如权利要求3所述的安全型锂离子电池，其特征在于，高温胶带沿着所述壳体的侧壁和底部延伸，与所述壳体的侧壁相邻的所述高温胶带的长度为4mm-8mm，与所述壳体的底部相邻的所述高温胶带的长度为4mm-8mm。
5.如权利要求4所述的安全型锂离子电池，其特征在于，与所述壳体的底部相邻的未被所述高温胶带包覆黏贴的所述负极耳的长度为5mm-10mm。
6.如权利要求1-5任一所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述高温胶带的厚度为30mm-100mm。
7.如权利要求1-5任一所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述壳体的形状为圆柱形。
8.如权利要求1-5任一所述的安全型锂离子电池，其特征在于，所述壳体为钢壳。
9.一种如权利要求1-8任一所述的安全型锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
用高温胶带对负极耳进行包胶处理；
将包胶后的所述高温胶带覆盖负极片待卷绕的一端边缘，并将所述负极耳连接在所述负极片的尾部留白处；
将连接有所述负极耳的所述负极片与隔膜、正极片卷绕成卷芯，并将所述卷芯放入壳体内完成底焊、滚槽工艺，其中，带有所述高温胶带的卷芯一端放入所述壳体的底部。
10.如权利要求9所述的安全型锂离子电池的制备方法，其特征在于，采用超声波焊接法将所述负极耳连接在所述负极片上。
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