CN108987795B - 一种二次电池的电芯及电芯的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，隔离膜设置在正极片和负极片之间，正极片和负极片都包括多孔集流体，每个多孔集流体中均设有NTC材料体；多孔集流体的每个孔中均设有NTC材料体，NTC材料体与多孔集流体的孔内壁无缝固定连接；一种电芯的制备方法，包括正、负极片的制作：将NTC材料体通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体的每个孔中；最后将含NTC材料体的多孔集流体再制作成极片；放入隔离膜，注入电解液，组装成电芯；本发明既保证了低温加热特征，又没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降，也能节约空间；既能使二次电池在低温下使用长期保持本体处于加热状态，又能使二次电池性能的发挥。

Description

一种二次电池的电芯及电芯的制备方法
技术领域
本发明涉及二次电池技术领域，尤其涉及一种二次电池的电芯及电芯的制备方法。
背景技术
高压高比能是目前锂离子电池的发展方向，随之而来的安全问题尤其是热安全问题的要求，也越来越高。
据了解，锂离子电池在低温下性能衰减严重，包括放电电压下降、放电容量下降、内阻增加等问题。相对于低温放电，锂离子电池低温充电的表现则更加不尽如人意，首先，低温下的充电会快速达到恒压阶段、并会一定程度上降低充电容量、同时增加充电时间；不仅如此，锂离子电池在低温充电时，锂离子可能来不及嵌入石墨负极当中，从而析出在负极表面形成金属锂枝晶，这一反应会消耗电池中的可以反复充放电的锂离子、并大幅降低电池容量，析出的金属锂枝晶也可能会刺穿隔膜，从而影响安全性能。因此，锂离子电池低温放电容量会降低，但是经过常温充放电后可以恢复，是可逆的容量损失；但是低温充电会造成析锂，是永久性的容量损失。
如何保证锂离子电池在低温下的充电性能的维持，是一个关键问题。改进方法包括对锂离子电池本身材料采用耐低温的添加剂等措施提高其低温充电性能，但本质上没有改变低温的影响，只是采用了耐低温的电解液。另外是在锂离子电池模组或系统级别采用保温措施，该方式不仅耗电量大，而且成本高。还有就是以损失容量和增加内阻的在电池材料中添加NTC材料的低温充电锂离子电池。
发明内容
为了解决上述技术问题，针对以上问题点，本发明公开的二次电池的电芯将NTC材料体压制在多孔正负极集流体的孔中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降。
为了达到上述发明目的，本发明提供了一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述正极片和所述负极片都包括多孔集流体，每个所述多孔集流体中均设有NTC材料体；
所述多孔集流体的每个孔中均设有所述NTC材料体，所述NTC材料体与所述多孔集流体的孔内壁无缝固定连接。
进一步地，所述NTC材料体为片状结构，所述NTC材料体靠近所述多孔集流体的孔内壁的一面与所述多孔集流体的孔内壁无缝固定连接。
进一步地，所述NTC材料体为实心圆柱体结构，所述NTC材料体的侧壁面与所述多孔集流体的孔内壁无缝固定连接。
更进一步地，所述多孔集流内每个孔的孔径相等，所述多孔集流内孔的孔径为50nm～2μm。
更进一步地，所述多孔集流体为多孔铝箔集流体或多孔铜箔集流体。
进一步地，所述NTC材料体包括至少一种由锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上材料的氧化物制成的半导体陶瓷。
进一步地，所述NTC材料体包括碳化硅、硒化锡和氮化钽中的至少一种材料。
本发明提供了一种电芯的制备方法，所述电芯为上述所述的二次电池的电芯，包括以下步骤：
步骤一：正极片的制作：将NTC材料体通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体的每个孔中；最后将含NTC材料体的多孔集流体再制作成极片；
步骤二：负极片的制作：将NTC材料体通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体的每个孔中；最后将含NTC材料体的多孔集流体再制作成极片；
步骤三：放入隔离膜，注入电解液，组装成电芯。
进一步地，步骤一和步骤二中的多孔集流体为片状结构，采用冷压将变软后的NTC材料体压制在多孔集流体的每个孔中，具体为将NTC材料体靠近所述多孔集流体的孔内壁的一面与所述多孔集流体的孔内壁无缝固定连接。
进一步地，步骤一和步骤二中的多孔集流体为实心圆柱体结构，采用冷压将变软后的NTC材料体压制在多孔集流体的每个孔中，具体为将NTC材料体的侧壁面与所述多孔集流体的孔内壁无缝固定连接。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明公开的二次电池的电芯，将NTC材料体压制在多孔正负极集流体的孔中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降；
2、本发明公开的二次电池的电芯，既可以保证二次电池在低温下使用长期保持本体处于加热状态，又可以保证二次电池性能的发挥；
3、本发明公开的二次电池的电芯，能减缓低温下二次电池的充电性能较差的弊端，具有很好的产业化潜力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明所述的电芯，下面将对实施例所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明含有NTC材料体的多孔集流体优选实施例的局部结构示意图；
图2为本发明含有NTC材料体的多孔集流体另一优选实施例的局部结构示意图；
其中，图中附图标记对应为：
1-多孔集流体，101-孔，102-NTC材料体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述正极片和所述负极片都包括多孔集流体1，每个所述多孔集流体1中均设有NTC材料体102；
所述多孔集流体1的每个孔101中均设有所述NTC材料体102，所述NTC材料体102与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；本发明将NTC材料体102压制在多孔正负极集流体的孔101中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降。
所述多孔集流内每个孔101的孔径相等，所述多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
具体的，NTC材料体102与多孔集流体1的孔壁冷压成无缝一体。
实施例2：
如图1:一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述正极片和所述负极片都包括多孔集流体1，每个所述多孔集流体1中均设有NTC材料体102；
所述多孔集流体1的每个孔101中均设有所述NTC材料体102，所述NTC材料体102与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；本发明将NTC材料体102压制在多孔正负极集流体的孔101中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降。
所述NTC材料体102为片状结构，所述NTC材料体102靠近所述多孔集流体1的孔101内壁的一面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；
具体的含NTC材料体102的集流体为多孔集流体1。
所述多孔集流内每个孔101的孔径相等，所述多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
所述多孔集流体1为多孔铝箔集流体或多孔铜箔集流体。
所述NTC材料体102包括至少一种由锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上材料的氧化物制成的半导体陶瓷。
具体的，NTC材料体102与多孔集流体1的孔壁冷压成无缝一体。
与实施例1的不同之处在于：
所述NTC材料体102为片状结构，所述NTC材料体102靠近所述多孔集流体1的孔101内壁的一面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；
具体的含NTC材料体102的集流体为多孔集流体1。
所述多孔集流体1为多孔铝箔集流体或多孔铜箔集流体。
所述NTC材料体102包括至少一种由锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上材料的氧化物制成的半导体陶瓷。
实施例3：
如图1所示:一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述正极片和所述负极片都包括多孔集流体1，每个所述多孔集流体1中均设有NTC材料体102；
所述多孔集流体1的每个孔101中均设有所述NTC材料体102，所述NTC材料体102与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；本发明将NTC材料体102压制在多孔正负极集流体的孔101中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降。
所述NTC材料体102为片状结构，所述NTC材料体102靠近所述多孔集流体1的孔101内壁的一面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；
具体的含NTC材料体102的集流体为多孔集流体1。
所述多孔集流内每个孔101的孔径相等，所述多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
所述多孔集流体1为多孔铝箔集流体或多孔铜箔集流体。
所述NTC材料体102包括碳化硅、硒化锡和氮化钽中的至少一种材料。
具体的，NTC材料体102与多孔集流体1的孔壁冷压成无缝一体。
与实施例2的不同之处在于：
所述NTC材料体102包括碳化硅、硒化锡和氮化钽中的至少一种材料。
实施例4：
如图2所示:一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述正极片和所述负极片都包括多孔集流体1，每个所述多孔集流体1中均设有NTC材料体102；
所述多孔集流体1的每个孔中均设有所述NTC材料体102，所述NTC材料体102与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；本发明将NTC材料体102压制在多孔正负极集流体的孔中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降。
所述NTC材料体102为实心圆柱体结构，所述NTC材料体102的侧壁面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；
具体的含NTC材料体102的集流体为无孔集流体。
所述多孔集流内每个孔101的孔径相等，所述多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
所述多孔集流体1为多孔铝箔集流体或多孔铜箔集流体。
所述NTC材料体102包括至少一种由锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上材料的氧化物制成的半导体陶瓷。
具体的，NTC材料体102与多孔集流体1的孔壁冷压成无缝一体。
与实施例2的不同之处在于：
所述NTC材料体102为实心圆柱体结构，所述NTC材料体102的侧壁面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；
具体的含NTC材料体102的集流体为无孔集流体。
实施例5：
如图2所示：一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置在所述正极片和所述负极片之间，所述正极片和所述负极片都包括多孔集流体1，每个所述多孔集流体1中均设有NTC材料体102；
所述多孔集流体1的每个孔中均设有所述NTC材料体102，所述NTC材料体102与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；本发明将NTC材料体102压制在多孔正负极集流体的孔中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降。
所述NTC材料体102为实心圆柱体结构，所述NTC材料体102的侧壁面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接；
具体的含NTC材料体102的集流体为无孔集流体。
所述多孔集流内每个孔101的孔径相等，所述多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
所述多孔集流体1为多孔铝箔集流体或多孔铜箔集流体。
所述NTC材料体102包括碳化硅、硒化锡和氮化钽中的至少一种材料。
具体的，NTC材料体102与多孔集流体1的孔壁冷压成无缝一体。
与实施例4的不同之处在于：
所述NTC材料体102包括碳化硅、硒化锡和氮化钽中的至少一种材料。
实施例6：
一种电芯的制备方法，所述电芯实施例1-5任意一实施例所述的二次电池的电芯，包括以下步骤：
步骤一：正极片的制作：将NTC材料体102通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中；再将含NTC材料体102的多孔集流体1再制作成极片；
步骤二：负极片的制作：将NTC材料体102通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中；再将含NTC材料体102的多孔集流体1再制作成极片；
步骤三：放入隔离膜，注入电解液，组装成电芯。
具体的，步骤一和步骤二中将NTC材料体102采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中之后，还包括将制作好的含NTC材料体102的多孔集流体1再切削制作成厚度为微米级的集流体。
实施例7：
一种电芯的制备方法，所述电芯实施例1-5任意一实施例所述的二次电池的电芯，包括以下步骤：
步骤一：正极片的制作：将NTC材料体102通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中；再将含NTC材料体102的多孔集流体1再制作成极片；
步骤二：负极片的制作：将NTC材料体102通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中；再将含NTC材料体102的多孔集流体1再制作成极片；
步骤三：放入隔离膜，注入电解液，组装成电芯。
具体的，步骤一和步骤二中将NTC材料体102采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中之后，还包括将制作好的含NTC材料体102的多孔集流体1再切削制作成厚度为微米级的集流体。
进一步地，多孔集流内每个孔101的孔径相等，多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
具体的，步骤一和步骤二中的多孔集流体1为片状结构，采用冷压将变软后的NTC材料体102压制在多孔集流体1的每个孔中，具体为将NTC材料体102靠近所述多孔集流体1的孔101内壁的一面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接。
与实施例6的不同之处在于：
多孔集流内每个孔101的孔径相等，多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
步骤一和步骤二中的多孔集流体1为片状结构，采用冷压将变软后的NTC材料体102压制在多孔集流体1的每个孔中，具体为将NTC材料体102靠近所述多孔集流体1的孔101内壁的一面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接。
实施例8：
一种电芯的制备方法，所述电芯实施例1-5任意一实施例所述的二次电池的电芯，包括以下步骤：
步骤一：正极片的制作：将NTC材料体102通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中；再将含NTC材料体102的多孔集流体1再制作成极片；
步骤二：负极片的制作：将NTC材料体102通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中；再将含NTC材料体102的多孔集流体1再制作成极片；
步骤三：放入隔离膜，注入电解液，组装成电芯。
具体的，步骤一和步骤二中将NTC材料体102采用冷压将其压制在多孔集流体1的每个孔中之后，还包括将制作好的含NTC材料体102的多孔集流体1再切削制作成厚度为微米级的集流体。
进一步地，多孔集流内每个孔101的孔径相等，多孔集流内孔101的孔径为50nm～2μm。
具体的，步骤一和步骤二中的多孔集流体1为实心圆柱体结构，采用冷压将变软后的NTC材料体102压制在多孔集流体1的每个孔中，具体为将NTC材料体102的侧壁面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接。
与实施例7的不同之处在于：
步骤一和步骤二中的多孔集流体1为实心圆柱体结构，采用冷压将变软后的NTC材料体102压制在多孔集流体1的每个孔中，具体为将NTC材料体102的侧壁面与所述多孔集流体1的孔101内壁无缝固定连接。
本发明将NTC材料体102压制在多孔正负极集流体的孔中，既保证了低温加热特征，又没有占用二次电池本身的空间，也没有因增加了NTC材料而导致电池性能下降；既可以保证二次电池在低温下使用长期保持本体处于加热状态，又可以保证二次电池性能的发挥；还能减缓低温下二次电池的充电性能较差的弊端，具有很好的产业化潜力。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种二次电池的电芯，包括正极片、负极片、隔离膜和电解液，所述隔离膜设置在所述正极片和所述负极片之间，其特征在于：所述正极片和所述负极片都包括多孔集流体(1)，每个所述多孔集流体(1)中均设有NTC材料体(102)；
所述多孔集流体(1)的每个孔(101)中均设有所述NTC材料体(102)，所述NTC材料体(102)与所述多孔集流体(1)的孔(101)内壁无缝固定连接；
所述多孔集流体 内每个孔(101)的孔径相等，所述多孔集流体 内孔(101)的孔径为50nm～2μm。
2.根据权利要求1所述的二次电池的电芯，其特征在于：所述NTC材料体(102)为片状结构，所述NTC材料体(102)靠近所述多孔集流体(1)的孔(101)内壁的一面与所述多孔集流体(1)的孔内壁无缝固定连接。
3.根据权利要求1所述的二次电池的电芯，其特征在于：所述NTC材料体(102)为实心圆柱体结构，所述NTC材料体(102)的侧壁面与所述多孔集流体(1)的孔(101)内壁无缝固定连接。
4.根据权利要求1所述的二次电池的电芯，其特征在于：所述多孔集流体(1)为多孔铝箔集流体或多孔铜箔集流体。
5.根据权利要求1所述的二次电池的电芯，其特征在于：所述NTC材料体(102)包括至少一种由锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上材料的氧化物制成的半导体陶瓷。
6.根据权利要求1所述的二次电池的电芯，其特征在于：所述NTC材料体(102)包括碳化硅、硒化锡和氮化钽中的至少一种材料。
7.一种电芯的制备方法，所述电芯为权利要求1-6任意一项所述的二次电池的电芯，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：正极片的制作：将NTC材料体(102)通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体(1)的每个孔(101)中；再将含NTC材料体(102)的多孔集流体(1)再制作成极片；
步骤二：负极片的制作：将NTC材料体(102)通过烧结变软之后，采用冷压将其压制在多孔集流体(1)的每个孔(101)中；再将含NTC材料体(102)的多孔集流体(1)再制作成极片；
步骤三：放入隔离膜，注入电解液，组装成电芯。
8.根据权利要求7所述的电芯的制备方法，其特征在于：步骤一和步骤二中的多孔集流体(1)为片状结构，采用冷压将变软后的NTC材料体(102)压制在多孔集流体(1)的每个孔(101)中，具体为将NTC材料体(102)靠近所述多孔集流体(1)的孔(101)内壁的一面与所述多孔集流体(1)的孔(101)内壁无缝固定连接。
9.根据权利要求7所述的电芯的制备方法，其特征在于：步骤一和步骤二中的多孔集流体(1)为实心圆柱体结构，采用冷压将变软后的NTC材料体(102)压制在多孔集流体(1)的每个孔(101)中，具体为将NTC材料体(102)的侧壁面与所述多孔集流体(1)的孔(101)内壁无缝固定连接。
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