CN109560286A - 一种改善高温短路性能的锂离子电池 - Google Patents

一种改善高温短路性能的锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，其特征在于：所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层。本发明有效的阻止锂离子从正极片迁出，隔绝了正负极片的接触短路。

Description

一种改善高温短路性能的锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种改善高温短路性能的锂离子电池。
背景技术
目前，锂离子电池在各行各业中得到看广泛的应用。随着终端客户的体验要求越来越高，锂离子电池使用的安全性越发受到人们的关注。
其中，高温短路是电池比较重要也是比较难以通过的测试之一。其主要原因是外部短路使电池内部温度升高，致使隔膜热收缩，使正负极相接触造成内部短路从而使电池内部热失控。
目前，预防高温短路的主要方法是增加隔膜厚度，降低电池的能量密度和电池外部增加IC等保护装置。如专利号为CN02270943.6中提到了在锂电池本体的正极端面上内嵌有采用IC绑定工艺微型化的锂电池保护电路模块，能有效的通过高温短路测试。
然而，目前不依靠外部保护装置和不降低能量密度的电池在高温短路测试中是比较难以通过的
因此，开发一种依靠电池本身就能通过高温短路测试的高能量电池，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本发明得以完成的动力所在和基础。
发明内容
为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本发明人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本发明。
具体而言，本发明所要解决的技术问题是：提供一种改善高温短路性能的锂离子电池，以使得依靠电池本身就能通过高温短路测试。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶网膜的通孔孔径均匀，为100-120目，使锂离子毫无障碍的通过。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶网膜的熔点为90-110℃，当电芯因内部短路而温度升高时，能瞬间融化，孔径关闭，防止短路的进一步恶化。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶网膜的厚度1-5μm，不占用锂离子电池太多的空间，保障电池自身的能量密度。
本发明中，作为一种优选的技术方案，所述热熔胶网膜采用聚氨酯化合物，不影响电池的正常工作。
本发明中所述锂离子电池还包含负极片、隔膜、电解液等，在此不做赘述。
本发明中所述正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成。
本发明中所述正极集流体为10～20um的铝箔。
本发明中所述正极活性料层包含正极活性物质，导电剂和粘结剂。
本发明中所述正极活性物质包含LiCoO3,LiFePO4,LiMnO4,以及LiCoxNiyMn1-xO2中的一种。
本发明中所述导电剂为碳纳米管，或碳纳米管与乙炔黑或炭黑以任意比例组成的混合物中的一种。
本发明中所述粘结剂为聚四氟乙烯，丁苯乙烯和聚偏氟乙烯中的一种。
本发明中所述正极活性物质，导电剂和粘结剂的质量比例为(95～100):(0～0.6):(1.0～1.2)。
本发明中在中间层的所述正极片和隔膜之间、以及上下最外层的正极片和隔膜之间分别插入有与极片大小相当的热熔胶网膜。
本发明中将制成的正负极片以及隔膜在半自动卷绕机上卷绕成卷心，设置卷绕机参数，在要放入热熔胶网膜处暂停，待放入后继续卷绕至完成。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
本发明是在正极片表面涂覆一层惰性的网状热熔胶。所述的热熔胶网膜主要成分为聚氨酯化合物，熔点为90-110℃，厚度1-5μm。该热熔胶呈惰性，且孔径均匀(100-120目)，当电池正常工作时，不影响锂离子的正常通过。而当电池因短路使内部热失控时，热熔胶受热熔解(熔点为90-110℃)附着在正极表面。熔化了的热熔胶在正极表面形成一层包覆层，有效的阻止锂离子从正极片迁出，隔绝了正负极片的接触短路。
附图说明
图1为正极片涂覆热熔胶网膜示意图。
标号3为热熔胶网膜，标号2为正极料，标号1为铝箔。
图2为热熔胶网膜放置位置示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进一步说明。但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1
一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，更详细的说，正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，正极集流体为10um的铝箔，正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；正极活性物质包含LiCoO3；导电剂为碳纳米管；粘结剂为聚四氟乙烯；正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为95:0.1:1。
所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层；所述热熔胶网膜的通孔孔径均匀，为100目，使锂离子毫无障碍的通过；所述热熔胶网膜的熔点为90℃，当电芯因内部短路而温度升高时，能瞬间融化，孔径关闭，防止短路的进一步恶化；所述热熔胶网膜的厚度1μm，不占用锂离子电池太多的空间，保障电池自身的能量密度；所述热熔胶网膜采用聚氨酯化合物，不影响电池的正常工作；同时，相邻正极片之间还设置有隔膜，在中间层的所述正极片和隔膜之间、以及上下最外层的正极片和隔膜之间分别插入有与极片大小相当的上述的热熔胶网膜。
本发明中将制成的正极片以及隔膜在半自动卷绕机上卷绕成卷心，设置卷绕机参数，在要放入热熔胶网膜处暂停，待放入后继续卷绕至完成，即得到锂离子电池的正极电芯。
选取本实施例设计的电池10pcs,在相同环境下进行高温短路测试。
测试结果如下：
实施例3
一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，更详细的说，正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，正极集流体为20um的铝箔，正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；正极活性物质包含LiFePO4；导电剂为碳纳米管与乙炔黑按照重量比1：2组成的混合物；粘结剂为丁苯乙烯；正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为100:0.6:1.2。
所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层；所述热熔胶网膜的通孔孔径均匀，为120目，使锂离子毫无障碍的通过；所述热熔胶网膜的熔点为110℃，当电芯因内部短路而温度升高时，能瞬间融化，孔径关闭，防止短路的进一步恶化；所述热熔胶网膜的厚度5μm，不占用锂离子电池太多的空间，保障电池自身的能量密度；所述热熔胶网膜采用聚氨酯化合物，不影响电池的正常工作；同时，相邻正极片之间还设置有隔膜，在中间层的所述正极片和隔膜之间、以及上下最外层的正极片和隔膜之间分别插入有与极片大小相当的上述的热熔胶网膜。
本发明中将制成的正极片以及隔膜在半自动卷绕机上卷绕成卷心，设置卷绕机参数，在要放入热熔胶网膜处暂停，待放入后继续卷绕至完成，即得到锂离子电池的正极电芯。
选取本实施例设计的电池10pcs,在相同环境下进行高温短路测试。
测试结果如下：
实施例3
一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，更详细的说，正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，正极集流体为15um的铝箔，正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；正极活性物质包含LiMnO4；导电剂为碳纳米管与炭黑按照重量比2：1组成的混合物；粘结剂为聚偏氟乙烯；正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为(98：0.5：1.1。
所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层；所述热熔胶网膜的通孔孔径均匀，为110目，使锂离子毫无障碍的通过；所述热熔胶网膜的熔点为100℃，当电芯因内部短路而温度升高时，能瞬间融化，孔径关闭，防止短路的进一步恶化；所述热熔胶网膜的厚度3μm，不占用锂离子电池太多的空间，保障电池自身的能量密度；所述热熔胶网膜采用聚氨酯化合物，不影响电池的正常工作；同时，相邻正极片之间还设置有隔膜，在中间层的所述正极片和隔膜之间、以及上下最外层的正极片和隔膜之间分别插入有与极片大小相当的上述的热熔胶网膜。
本发明中将制成的正极片以及隔膜在半自动卷绕机上卷绕成卷心，设置卷绕机参数，在要放入热熔胶网膜处暂停，待放入后继续卷绕至完成，即得到锂离子电池的正极电芯。
选取本实施例设计的电池10pcs,在相同环境下进行高温短路测试。
测试结果如下：
实施例4
一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，更详细的说，正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，正极集流体为10um的铝箔，正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；正极活性物质包含LiCoxNiyMn1-xO2；导电剂为碳纳米管；粘结剂为聚偏氟乙烯；正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为95:0.6:1。
所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层；所述热熔胶网膜的通孔孔径均匀，为120目，使锂离子毫无障碍的通过；所述热熔胶网膜的熔点为90℃，当电芯因内部短路而温度升高时，能瞬间融化，孔径关闭，防止短路的进一步恶化；所述热熔胶网膜的厚度5μm，不占用锂离子电池太多的空间，保障电池自身的能量密度；所述热熔胶网膜采用聚氨酯化合物，不影响电池的正常工作；同时，相邻正极片之间还设置有隔膜，在中间层的所述正极片和隔膜之间、以及上下最外层的正极片和隔膜之间分别插入有与极片大小相当的上述的热熔胶网膜。
本发明中将制成的正极片以及隔膜在半自动卷绕机上卷绕成卷心，设置卷绕机参数，在要放入热熔胶网膜处暂停，待放入后继续卷绕至完成，即得到锂离子电池的正极电芯。
选取本实施例设计的电池10pcs,在相同环境下进行高温短路测试。
测试结果如下：
实施例5
一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，更详细的说，正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成，正极集流体为10um的铝箔，正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂；正极活性物质包含LiCoO3；导电剂为碳纳米管；粘结剂为聚偏氟乙烯；正极活性物质、导电剂和粘结剂的质量比例为100:0.2:1.2。
所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层；所述热熔胶网膜的通孔孔径均匀，为100目，使锂离子毫无障碍的通过；所述热熔胶网膜的熔点为105℃，当电芯因内部短路而温度升高时，能瞬间融化，孔径关闭，防止短路的进一步恶化；所述热熔胶网膜的厚度2μm，不占用锂离子电池太多的空间，保障电池自身的能量密度；所述热熔胶网膜采用聚氨酯化合物，不影响电池的正常工作；同时，相邻正极片之间还设置有隔膜，在中间层的所述正极片和隔膜之间、以及上下最外层的正极片和隔膜之间分别插入有与极片大小相当的上述的热熔胶网膜。
本发明中将制成的正极片以及隔膜在半自动卷绕机上卷绕成卷心，设置卷绕机参数，在要放入热熔胶网膜处暂停，待放入后继续卷绕至完成，即得到锂离子电池的正极电芯。
选取本实施例设计的电池10pcs,在相同环境下进行高温短路测试。
测试结果如下：
对比例：与实施例相同的原料和工艺制作相同型号和容量的常规电池，不具有热熔胶网。
选取常规电池10pcs,在相同环境下进行高温短路测试。
测试结果如下：
由测试结果可知，新型设计的电池较常规电池，高温短路通过率大大提高，由之前的30％提高到100％。新型设计的电池大大提高了电池的重物冲击性能，提高了电池的安全性能，降低了电池的不良安全隐患。
应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改善高温短路性能的锂离子电池，包括正极片，所述正极片的两个表面均涂覆有正极活性材料层，其特征在于：所述正极活性材料层的表面附着有热熔胶网膜，所述热熔胶网膜在正常状态下具有不影响锂离子的正常通过的通孔，且在高温受热状态下熔解形成隔离层。
2.如权利要求1所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述热熔胶网膜的通孔孔径均匀，为100-120目。
3.如权利要求2所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述热熔胶网膜的熔点为90-110℃。
4.如权利要求3所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述热熔胶网膜的厚度1-5μm。
5.如权利要求4所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述热熔胶网膜采用聚氨酯化合物。
6.如权利要求1所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极片由正极集流体和涂覆在集流体表面的正极活性料层组成。
7.如权利要求6所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极集流体为10～20um的铝箔。
8.如权利要求6所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极活性料层包含正极活性物质、导电剂和粘结剂。
9.如权利要求8所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：所述正极活性物质包含LiCoO3,LiFePO4,LiMnO4,以及LiCoxNiyMn1-xO2中的一种。
10.如权利要求1-9任一项所述的一种改善高温短路性能的锂离子电池，其特征在于：在中间层的所述正极片和隔膜之间、以及上下最外层的正极片和隔膜之间分别插入有与极片大小相当的热熔胶网膜。
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