CN108198991A - 电池及其热敏极耳 - Google Patents

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CN108198991A CN201711425408.3A CN201711425408A CN108198991A CN 108198991 A CN108198991 A CN 108198991A CN 201711425408 A CN201711425408 A CN 201711425408A CN 108198991 A CN108198991 A CN 108198991A
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崔云
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Huizhou Techne Group Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种电池及其热敏极耳。所述热敏极耳包括两个胶片与复合导电带；所述胶片用于隔绝所述复合导电带与电池的包装膜，所述复合导电带部分设置于两个所述胶片之间；所述复合导电带具有相对设置的第一连接端与第二连接端，所述第一连接端用于连接用电设备，所述第二连接端用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带包括有机高分子颗粒与碳黑颗粒，所述有机高分子颗粒与所述碳黑颗粒按比例相互掺杂形成热敏电阻。所述热敏极耳及电池的生产成本低、加工简单、性能显著且易于推广。

Description

电池及其热敏极耳
技术领域
本发明涉及电池生产领域，特别是涉及一种电池及其热敏极耳。
背景技术
电池广泛应用于手机、平板电脑、可穿戴设备、移动电源、电子烟、等各种数码产品以及电动工具、动力、储能等领域，其市场应用广、潜力大。随着电池的不断发展，市场对电池的能量密度要求也不断提高，因此如何制得性能好且能量密度更高的电池，是目前该领域的重要研究方向。
然而，现有技术中的电池的安全事故在市场中及制造过程中时有发生，因此如何提高电池的安全性能，是市场长期以来的迫切需要解决的问题，是技术研究中的重要课题。
其中，对于电池在防止发生短路类安全事故方面，主要采用陶瓷隔膜和电解液添加剂的方式，而这两种方式都只能将电池事故的危害尽量降低，电池失效报废，仅保障不产生起火、爆炸的恶性事故。而少量高端电池会使用外部单独进行串联焊接PTC(PositiveTemperature Coefficient，正温度系数电阻)的方式，但是，这种解决方式的成本较高、加工较复杂，推广范围较窄。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术中的电池安全性能较差、加工工序复杂难以推广的问题，提供一种生产成本低、加工简单、性能显著、易于推广的电池及其热敏极耳。
一种热敏极耳，包括两个胶片与复合导电带；所述胶片用于隔绝所述复合导电带与电池的包装膜，所述复合导电带部分设置于两个所述胶片之间；所述复合导电带具有相对设置的第一连接端与第二连接端，所述第一连接端用于连接用电设备，所述第二连接端用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带包括有机高分子颗粒与碳黑颗粒，所述有机高分子颗粒与所述碳黑颗粒按比例相互掺杂形成热敏电阻。
在其中一个实施例中，所述有机高分子颗粒包括聚丙烯。
在其中一个实施例中，所述聚丙烯包括等规聚丙烯，所述等规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的正极极耳或负极极耳。
在其中一个实施例中，所述聚丙烯包括间规聚丙烯，所述间规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的正极极耳或负极极耳。
在其中一个实施例中，所述复合导电带的横截面为矩形。
在其中一个实施例中，所述复合导电带的厚度为10μm～200μm。
在其中一个实施例中，所述复合导电带的宽度为1mm～100mm。
在其中一个实施例中，所述复合导电带的长度为5mm～200mm。
在其中一个实施例中，所述复合导电带热塑于两个所述胶片之间。
一种电池，包括上述任一实施例中的所述热敏极耳。
上述电池及其热敏极耳，通过将包括有机高分子颗粒与碳黑颗粒的所述复合导电带设置于两个所述胶片之间构成所述热敏极耳，将所述热敏极耳设置于所述电池上，从而可极大地降低了电池的短路安全事故的风险，确保了电池的使用安全性。同时，因所述电池加工时无需增加额外的操作工序，仅仅改变了极耳所用材料，因此更加便于推广。
附图说明
图1为一实施例的热敏极耳的平面结构示意图。
图2为一实施例的电池的平面结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“底端”、“顶端”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一个例子是，一种热敏极耳，包括两个胶片与复合导电带；所述胶片用于隔绝所述复合导电带与电池的包装膜，所述复合导电带部分设置于两个所述胶片之间；所述复合导电带具有相对设置的第一连接端与第二连接端，所述第一连接端用于连接用电设备，所述第二连接端用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带包括有机高分子颗粒与碳黑颗粒，所述有机高分子颗粒与所述碳黑颗粒按比例相互掺杂形成热敏电阻。
另一个例子是，一种电池，包括热敏极耳，所述热敏极耳设置于所述电池的卷芯上；所述热敏极包括两个胶片与复合导电带；所述胶片用于隔绝所述复合导电带与所述电池的包装膜，所述复合导电带部分设置于两个所述胶片之间；所述复合导电带具有相对设置的第一连接端与第二连接端，所述第一连接端用于连接用电设备，所述第二连接端用于凸伸于所述电池的内部；所述复合导电带包括有机高分子颗粒与碳黑颗粒，所述有机高分子颗粒与所述碳黑颗粒按比例相互掺杂形成热敏电阻。
请参阅图1，一实施例中，一种热敏极耳10，包括两个胶片100与复合导电带200；所述胶片100用于隔绝所述复合导电带200与电池的包装膜，所述复合导电带200部分设置于两个所述胶片100之间；例如，所述复合导电带200的中间部分夹持于两个所述胶片100之间；所述复合导电带200具有相对设置的第一连接端210与第二连接端220，所述第一连接端210用于连接用电设备，所述第二连接端220用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带200包括有机高分子颗粒230与碳黑颗粒240，所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240按比例相互掺杂形成热敏电阻。
请一并参阅图2，另一实施例中，一种电池20，例如，所述电池20为锂离子电池，又如，所述电池20为聚合物锂离子电池。所述电池20包括热敏极耳10与卷芯30，所述热敏极耳10设置于所述电池的卷芯30上；其中一实施例中，所述热敏极耳10包括两个胶片100与复合导电带200；所述胶片100用于隔绝所述复合导电带200与所述电池的包装膜，其中所述包装膜设置于所述卷芯30的外表面；所述复合导电带200部分设置于两个所述胶片100之间，即所述复合导电带200仅仅有一部分设置于两个所述胶片100之间；所述复合导电带200具有相对设置的第一连接端210与第二连接端220，所述第一连接端210用于连接用电设备，所述第二连接端220用于凸伸于所述电池的内部，即所述第二端220凸伸于所述卷芯30内；所述复合导电带200包括有机高分子颗粒230与碳黑颗粒240，所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240按比例相互掺杂形成热敏电阻。
具体地，两个所述胶片100相互间隔设置，例如，两个所述胶片100之间形成有间隙；例如，所述复合导电带200穿设于所述间隙，且所述复合导电带200的两端均凸伸于所述间隙，即所述复合导电带200仅仅有一部分设置于两个所述胶片100之间；例如，所述复合导电带200夹持于两个所述胶片100之间；又如，所述复合导电带200热塑于两个所述胶片100之间。具体地，所述复合导电带200的一面贴设于一所述胶片100上，所述复合导电带200的另一面贴设于另一所述胶片100上。这样所述复合导电带200能够可靠地与两个所述胶片100紧密连接，以避免电池在封装时，所述复合导电带200与电池的包装膜之间发生短路。例如，所述包装膜为铝塑膜。例如，所述胶片100与所述铝塑膜热熔密封粘合，例如，所述热熔密封粘合的温度为140℃左右。这样可有效避免所述电池出现漏液现象。其中，所述胶片100可以是黑胶、白胶和单层胶中任一种，一般选择使用所述黑胶片；其中，所述黑胶片包括层叠设置的黑色素、PE(polyethylene，聚乙烯)以及PP(polypropylene，聚丙烯)；所述黑色素的熔点为66℃；所述PE的熔点为105℃；所述PP的熔点为137℃。一般加热所述黑胶片时，达到所述PP的熔点时，可使得所述复合导电带200牢固地贴设于所述黑胶片上。
其中，所述复合导电带200实质为热敏电阻，即通过所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240按比例相互掺杂，从而形成热敏电阻，从而实现接通用电设备与电池内部的导电介质。具体地，请继续参阅图1，所述复合导电带200的所述第一连接端210与所述第二连接端220分别为连通用电设备与电池的接触导电端；例如，所述第一连接端210连接用电设备，例如，所述第二连接端220凸伸于所述电池20的内部的导电介质中。也就是说，所述第一连接端210与所述第二连接端220为所述复合导电带200凸伸于两个所述胶片100之间的部分。这样在生产电池时，可以成批量单独生产所述热敏极耳，然后采用流水线作业与所述电池20的卷芯连接，从而有利于提升电池的生产效率。
进一步地，请参阅图1，所述复合导电带200包括有机高分子颗粒230与碳黑颗粒240，通过掺杂工艺，将所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240以一定的比例进行掺杂以形成复合导电带200用于接通电池与用电设备。一个例子是，所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240的掺杂体积比为3：7～7:3，优选地，所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240的掺杂体积比为5:5，即所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240成等比例掺杂，通过设置成相同体积比例的所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240，一方面便于加工制成所述复合导电带200，另一方面，根据此比例制成的电池的导电率相对较高，并且电池使用安全性也较强。需要说明的是，所述有机高分子颗粒230仅仅代表本实施例中一优选的实施方式，也就是说，其可以具有其他形态结构，并不限于以颗粒状态呈现。即本实施例中所述复合导电带200为复合型有机高分子热敏材料，通过使用有机高分子热敏材料的所述复合导电带200替代电池极耳的金属带，经过大量的实验数据分析得出，其使用安全性较高，具体关于改变电池极耳的类型后，改善前后的效果对比数据如下：
通过上述图表可以对比得出，所述电池20通过采用本发明所述的热敏极耳10，在不同温度下进行测试时，一方面，其放电率明显提高，说明电池性能得到有效地提升；另一方面，在相同温度下，使用热敏极耳电池发生短路安全事故风险的数量大大降低，降低比例几乎可达到一半，因此所述电池20的安全性能得到有效提高。同时，在发生短路故障时，所述电池20的温度也大大降低，从而有效降低电池发生爆炸失火等高温安全隐患。并且在大电流放电时，传统的电池极耳采用镍极耳，其导电率较差，一般为140000S/cm，而铝极耳的导电率也仅仅为369000S/cm。在高倍率放电时，由于电池表面温度过高，从而影响电池的高倍率放电性能。而采用本发明的热敏极耳，即含有有机高分子颗粒及炭黑颗粒的极耳，在1.5C放电倍率可达93.1％。而传统的电池的放电倍率为92.3％，可见通过改变正负极耳的材料能够有效提高电池的安全性能。
并且，采用本发明所述的热敏极耳10，通过将原有的金属导电带替换成本发明所述复合导电带200，且所述复合导电带200的制作工序较简单。因此，加工所述电池20时无需增加额外的操作工序，从而便于广泛推广使用。另外，相较于单独增加PTC正温度系数电阻的方式而言，本发明所述的复合导电带200在高端电池产品应用上具有更加明显的经济价值和成本优势。通过采用使用本发明的聚合物锂离子电池用的热敏极耳，电池短路测试安全能力明显提升，其他性能及安全不受影响。由于电池性能提升，市场竞争力增强，客户忠诚度也相应增加。
在一实施例中，含所述热敏极耳10的所述的电池20的具体生产过程如下：
首先，提供本发明所述的聚合物锂离子电池用的正负极用热敏极耳的图纸，并交由材料供应商(提供有机高分子颗粒及炭黑颗粒的供应商)订做；其次，使用材料供应商生产提供的适用于本发明聚合物锂离子电池用的正负极用的热敏极耳，实际制作电池；再次，将做出的电池进行性能测试和安全测试；最后，将含有本发明的热敏极耳的电池与普通电池的性能测试、安全测试结果进行对比，检查核实用本发明的锂离子电池是否具有优势。
上述电池及热敏极耳，通过将包括所述有机高分子颗粒230与所述碳黑颗粒240的所述复合导电带200设置于两个所述胶片100之间构成所述热敏极耳10，将所述热敏极耳10设置于所述电池20上，从而可极大地降低了所述电池20的短路安全事故的风险，确保了所述电池20的使用安全性。同时因所述电池20在加工时无需增加额外的操作工序，因此更加便于推广。
在其中一实施例中，所述有机高分子颗粒230为聚丙烯，所述聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。其中按甲基排列位置聚丙烯分为等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯三种。一般生产的聚丙烯树脂中，等规聚丙烯的含量约为95％，其余为无规聚丙烯或间规聚丙烯，其中，间规聚丙烯的抗冲击强度为等规聚丙烯的两倍，但间规聚丙烯的刚性和硬度则仅为等规聚丙烯的一半。在一较佳的实施例中，所述热敏极耳10包括两个胶片100与复合导电带200；所述胶片100用于隔绝所述复合导电带200与电池的包装膜，所述复合导电带200部分夹持于两个所述胶片100之间；所述复合导电带200具有相对设置的第一连接端210与第二连接端220，所述第一连接端210用于连接用电设备，所述第二连接端220用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带200包括聚丙烯颗粒与碳黑颗粒，所述聚丙烯颗粒与所述碳黑颗粒按比例相互掺杂。
为了制成安全性能较好的正极极耳，一个例子是，所述聚丙烯为等规聚丙烯，所述等规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的正极极耳。即所述复合导电带200的所述有机高分子颗粒230选用等规聚丙烯。例如，一种电池用的正极极耳，包括两个胶片100与复合导电带200；所述胶片100用于隔绝所述复合导电带200与电池20的包装膜，所述复合导电带200部分设置于两个所述胶片100之间；所述复合导电带200具有相对设置的第一连接端210与第二连接端220，所述第一连接端210用于连接用电设备，所述第二连接端220用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带220包括等规聚丙烯颗粒与碳黑颗粒，所述等规聚丙烯颗粒与所述碳黑颗粒相互掺杂。这样，通过改变所述正极极耳的组成成分，以代替传统的铝金属带，从而使得设置有本实施例中所述的正极极耳，能够有利于提升所述电池的使用性能。
另一个例子是，所述聚丙烯为间规聚丙烯，所述间规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的正极极耳。即所述复合导电带200的所述有机高分子颗粒230选用间规聚丙烯。例如，一种电池用的正极极耳，包括两个胶片100与复合导电带200；所述胶片100用于隔绝所述复合导电带200与电池20的包装膜，所述复合导电带200部分设置于两个所述胶片100之间；所述复合导电带200具有相对设置的第一连接端210与第二连接端220，所述第一连接端210用于连接用电设备，所述第二连接端220用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带220包括间规聚丙烯颗粒与碳黑颗粒，所述间规聚丙烯颗粒与所述碳黑颗粒相互掺杂。这样，通过改变所述正极极耳的组成成分，以代替传统的铝金属带，从而使得设置有本实施例中所述的正极极耳，能够有利于提升所述电池的使用性能。需要说明的是，根据实验数据显示，所述正极极耳优先选用等规聚丙烯。
为了制成安全性能较好的负极极耳，一个例子是，所述聚丙烯为间规聚丙烯，所述间规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的负极极耳。即所述复合导电带200的所述有机高分子颗粒230选用间规聚丙烯。例如，一种电池用的负极极耳，包括两个胶片100与复合导电带200；所述胶片100用于隔绝所述复合导电带200与电池20的包装膜，所述复合导电带200部分设置于两个所述胶片100之间；所述复合导电带200具有相对设置的第一连接端210与第二连接端220，所述第一连接端210用于连接用电设备，所述第二连接端220用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带220包括间规聚丙烯颗粒与碳黑颗粒，所述间规聚丙烯颗粒与所述碳黑颗粒相互掺杂。这样，通过改变所述负极极耳的组成成分，以代替传统的镍金属带，从而使得设置有本实施例中所述的负极极耳，能够有利于提升所述电池的使用性能。
另一个例子是，所述聚丙烯为等规聚丙烯，所述等规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的负极极耳。即所述复合导电带200的所述有机高分子颗粒230选用等规聚丙烯。例如，一种电池用的负极极耳，包括两个胶片100与复合导电带200；所述胶片100用于隔绝所述复合导电带200与电池20的包装膜，所述复合导电带200部分设置于两个所述胶片100之间；所述复合导电带200具有相对设置的第一连接端210与第二连接端220，所述第一连接端210用于连接用电设备，所述第二连接端220用于凸伸于电池的内部；所述复合导电带220包括等规聚丙烯颗粒与碳黑颗粒，所述等规聚丙烯颗粒与所述碳黑颗粒相互掺杂。这样，通过改变所述负极极耳的组成成分，以代替传统的镍金属带，从而使得设置有本实施例中所述的负极极耳，能够有利于提升所述电池的使用性能。需要说明的是，根据实验数据显示，所述负极极耳优先选用间规聚丙烯。即所述正极极耳与所述负极极耳用的所述复合导电带200的有机高分子颗粒230可以选用等规聚丙烯也可以选用间规聚丙烯，没有具体特别的限制。
为了进一步有效提升所述电池的安全性能，在其中一实施例中，所述复合导电带200的横截面为矩形，这样由于组装电池以及使用电池给用电设备充电。进一步地，所述复合导电带200的厚度为10μm～200μm；例如，所述复合导电带200的厚度为80μm～115μm；优选地，所述复合导电带200的厚度为95μm。在另一实施例中，所述复合导电带200的宽度为1mm～100mm；例如，所述复合导电带200的宽度为30mm～65mm；优选地，所述复合导电带200的宽度为55mm。在又一实施例中，所述复合导电带200的长度为5mm～200mm；例如，所述复合导电带200的长度为65mm～135mm；优选地，所述复合导电带200的长度为95mm。通过具体限定所述复合导电带200的宽度、长度以及厚度尺寸于上述任一实施例中的数据，通过无数次实验验证得出，所获取的电池的使用安全性相对其他尺寸的复合导电带200而言安全性能较高，在高端电池产品应用上具有更加明显的经济价值和成本优势。
在一较佳的实施例中，所述复合导电带200的电阻值与温度成阶跃式增长比例关系。即所述复合导电带200的导电电阻值与温度成倍数比例关系，实际实验测试中得到，所述复合导电带200的电阻值随着温度的升高，其阻值通常会增加1000倍～百万倍。应该理解的是，当所述复合导电带200的电阻值因温度升高而成较大倍数的增长会阻断电池与用电设备的导通，从而有效保护了电池以及用电设备，以避免因温度过高而损坏。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种热敏极耳，其特征在于，包括两个胶片与复合导电带；
所述胶片用于隔绝所述复合导电带与电池的包装膜，所述复合导电带部分设置于两个所述胶片之间；
所述复合导电带具有相对设置的第一连接端与第二连接端，所述第一连接端用于连接用电设备，所述第二连接端用于凸伸于电池的内部；
所述复合导电带包括有机高分子颗粒与碳黑颗粒，所述有机高分子颗粒与所述碳黑颗粒按比例相互掺杂形成热敏电阻。
2.根据权利要求1所述的热敏极耳，其特征在于，所述有机高分子颗粒包括聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的热敏极耳，其特征在于，所述聚丙烯包括等规聚丙烯，所述等规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的正极极耳或负极极耳。
4.根据权利要求2所述的热敏极耳，其特征在于，所述聚丙烯包括间规聚丙烯，所述间规聚丙烯掺杂于所述碳黑颗粒中用于制成电池的正极极耳或负极极耳。
5.根据权利要求1所述的热敏极耳，其特征在于，所述复合导电带的横截面为矩形。
6.根据权利要求5所述的热敏极耳，其特征在于，所述复合导电带的厚度为10μm～200μm。
7.根据权利要求5所述的热敏极耳，其特征在于，所述复合导电带的宽度为1mm～100mm。
8.根据权利要求5所述的热敏极耳，其特征在于，所述复合导电带的长度为5mm～200mm。
9.根据权利要求1所述的热敏极耳，其特征在于，所述复合导电带热塑于两个所述胶片之间。
10.一种电池，其特征在于，包括权利要求1至9中任一项所述的热敏极耳。
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