CN111613399B - 一种ptc材料及其应用 - Google Patents

一种ptc材料及其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN111613399B
CN111613399B CN202010477338.1A CN202010477338A CN111613399B CN 111613399 B CN111613399 B CN 111613399B CN 202010477338 A CN202010477338 A CN 202010477338A CN 111613399 B CN111613399 B CN 111613399B
Authority
CN
China
Prior art keywords
particles
ptc material
conductive agent
polymer
polymer matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010477338.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111613399A (zh
Inventor
陈若凡
唐伟超
李素丽
刘春洋
李俊义
徐延铭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuhai Cosmx Power Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd filed Critical Zhuhai Cosmx Battery Co Ltd
Priority to CN202010477338.1A priority Critical patent/CN111613399B/zh
Publication of CN111613399A publication Critical patent/CN111613399A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111613399B publication Critical patent/CN111613399B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/021—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient formed as one or more layers or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/02—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient
    • H01C7/028—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having positive temperature coefficient consisting of organic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235—Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1391—Processes of manufacture of electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

本发明提供一种PTC材料及其应用，该PTC材料包括聚合物基体颗粒和导电剂颗粒，其中，所述聚合物基体颗粒的体积Vo与所述导电剂颗粒的体积Vc满足以下关系：Vo≥30Vc。该PTC材料具有优异的电导率和热敏效应，在正常使用过程中导电性能不受影响的前提下，能够在高温条件下实现断路保护，达到保护使用该PTC材料装置的安全性能的目的。

Description

一种PTC材料及其应用
技术领域
本发明涉及一种PTC材料及其应用，属于电池技术领域。
背景技术
正温度系数(Positive Temperature Coefficient，简称：PTC)材料是指电阻会随温度的升高而增加的一种材料，被广泛应用于制作自控温电热器件、过流保护器、过热保护元件等。PTC材料可分为陶瓷PTC材料和聚合物PTC此案例，其中，聚合物正温度系数(Polymer Positive Temperature Coefficient，简称：PPTC)材料是指一类以高分子为基体的PTC材料，这类材料通常包括高分子基体和导电剂填料两种物质。
在电化学储能装置领域，外置的PPTC材料制成的保护器件由于无法及时响应电池内部的温度变化，因此，目前已将PPTC材料引入电池内部，具体是将PPTC材料涂覆到集流体上形成具有安全涂层，从而保证电池的安全性能。
目前常用的PPTC涂层，室温电阻率较高，因此会阻碍电池正常电性能的发挥。为了克服该缺陷，会在PPTC涂层中添加大量的导电剂，但是随着电池温度的升高，电阻变化小，PTC效应弱，导电网络无法有效断开，电池的安全性能又会受到影响。
发明内容
本发明提供一种PTC材料，通过对组成该PTC材料的颗粒的尺寸进行限定，使得到的PTC材料具有优异的电导率和热敏效应，在正常使用过程中导电性能不受影响的前提下，能够在高温条件下实现断路保护，达到保护使用该PTC材料装置的安全性能的目的。
本发明提供一种电极，该电极包括上述PTC材料，因此该电极在正常使用过程中导电性能不受影响的前提下，在高温环境中能够快速切断导电通路，达到对电池元件进行保护的目的。
本发明还提供一种二次电池，包括上述电极，因此该二次电池的导电性能和安全性能良好。
本发明还提供一种装置，包括上述二次电池，因此该二次电池的导电性能和安全性能良好，客户满意度高。
本发明提供一种PTC材料，包括聚合物基体颗粒和导电剂颗粒，其中，所述聚合物基体颗粒的体积Vo与所述导电剂颗粒的体积Vc满足以下关系：
Vo≥30Vc。
如上所述的PTC材料，其中，所述聚合物基体颗粒的粒径为100nm-5.0μm。
如上所述的PTC材料，其中，所述聚合物基体颗粒选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物中的至少一种。
如上所述的PTC材料，其中，所述聚合物基体颗粒选自被改性的聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物中的至少一种。
如上所述的PTC材料，其中，所述导电剂颗粒具有枝杈结构。
如上所述的PTC材料，其中，所述PTC材料按照质量分数包括：聚合物基体颗粒10-50％、导电剂颗粒15-60％、粘结剂20-58％、助剂2-10％。
本发明提供一种电极，所述电极包括依次层叠设置的集流体、安全涂层和电极活性层，所述安全涂层采用上述任一项所述的PTC材料制备得到。
如上所述的电极，其中，所述安全涂层的厚度为0.5-5μm。
本发明还提供一种二次电池，所述二次电池包括上述任一所述的电极。
本发明还提供一种装置，所述装置的驱动源为上述所述的二次电池。
本发明的PTC材料，通过对组成其的颗粒的尺寸进行限定，使该PTC材料不仅在正常使用环境中具有良好的导电性能，更能够在高温下快速切断导电通路切断电流，避免高温引起的热失控，有利于安全性能的维护。
本发明的电极，包括上述PTC材料制备得到的涂层，因此该电极在正常使用条件下导电性能良好，一旦环境温度过高能够快速在电池内部实现电流阻断，安全性能优异。
本发明的二次电池，包括上述电极，因此导电性能和安全性能良好，能够有效避免高温导致热失控现象的发生。
本发明的装置，包括上述二次电池，因此电性能和安全性能良好。
附图说明
图1为本发明电极在正常工作环境下的结构示意图；
图2为本发明电极在高温工作环境下的结构示意图；
图3为本发明实施例2中的PTC材料的电镜图。
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，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面是提供一种PTC材料，该PTC材料包括聚合物基体颗粒和导电剂颗粒，其中，所述聚合物基体颗粒的体积Vo与所述导电剂颗粒的体积Vc满足以下关系：
Vo≥30Vc。
本发明的PTC材料是指具有正温度系数的材料，即材料随着温度的升高电阻不断增大。
本发明的PTC材料是聚合物PTC材料，具体地，包括聚合物基体颗粒和导电剂颗粒，且聚合物基体颗粒的体积远远大于导电剂颗粒的粒径。该PTC材料在正常使用环境下导电性能良好，一旦使用环境温度上升，其电阻会变大，并且当环境温度超过一定温度时，PTC材料的电阻会显著增高，从而起到限制电流的作用，避免了热失控现象的发生，有利于安全性能的维护。发明人认为具有该现象的原因可能在于：聚合物基体颗粒的体积远大于导电剂颗粒的体积，因此导电剂颗粒会附着在聚合物基体颗粒的表面或者处于聚合物基体颗粒之间的孔隙，有利于促使这些导电剂颗粒彼此更易接触而形成网格化导电网络。在正常温度下，该网格化导电网络会实现正常导电，一旦温度上升，聚合物基体颗粒会出现熔融现象而使体积逐渐减小，此时会降低导电剂颗粒彼此接触的概率而发生电阻升高的现象，随着温度的升高电阻逐渐增大，直至温度超过聚合物基体颗粒的熔点时，聚合物基体颗粒会发生熔融而彻底切断大部分导电剂颗粒之间的接触使网格化导电网络破坏，从而达到限制电流的目的。
本发明中所指的高温是指高于正常使用环境的温度。
在一种实施方式中，本发明的聚合物基体颗粒的粒径为100nm-5.0μm，优选为0.5μm-3.0μm。发明人发现，当聚合物基体颗粒的粒径满足上述尺寸时，更有利于促使导电剂颗粒之间的接触，从而使PTC材料在正常使用时的导电性能更加优异。
本发明的聚合物基体颗粒是指聚合物基体颗粒的最大尺寸。在具体实施方式中，本发明优选形貌为球状的聚合物基体颗粒。
示例性地，聚合物基体颗粒的材料可以选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物中的至少一种。若这些聚合物的熔点无法满足要求时，可以对上述任一种聚合物进行任意形式的掺杂改性，即聚合物基体颗粒的材料可以选择被改性的聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物、丙烯共聚物、乙烯共聚物中的至少一种，从而得到满足使用需求的PTC材料。
此外，在导电剂颗粒的选择上，可以尽量选择具有枝杈结构的导电剂颗粒。原因在于，导电剂颗粒的枝杈结构更容易建立导电剂颗粒之间的连接而形成导电网络保证正常使用环境下的导电性能。而且，即使在高温条件下聚合物基体颗粒出现熔融坍塌的现象，由于聚合物基体颗粒的体积远大于导电剂颗粒的体积，枝杈结构的导电剂颗粒也不会影响高温环境下导电网络的断路。
示例性地，导电剂颗粒的材料可以选自碳纳米角、石墨烯微球、碳化钨、碳化锡或者其它三维结构的导电剂。
能够理解的是，当聚合物基体颗粒的材料和导电剂颗粒的材料选定后，可以通过对聚合物基体颗粒的材料和导电剂颗粒的材料进行研磨等处理从而使满足对两者体积的限定。
本发明不限制PTC材料的具体应用形式和具体应用环境，可以是以任何元件形式存在于需要建立热敏环境以确保安全性能的环境。
进一步地，本发明的PTC材料按照质量分数包括：聚合物基体颗粒10-50％、导电剂颗粒15-60％、粘结剂20-58％、助剂2-10％。
其中，粘结剂为水系粘结剂或油系粘结剂，其中水系粘结剂选自丙烯酸酯、聚(甲基)丙烯酸、丁苯橡胶(SBR)、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、羧甲基纤维素(CMC)、羧甲基纤维素钠(CMC-Li)、羧乙基纤维素、水性聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、多元丙烯酸类共聚物、聚苯乙烯磺酸锂、水性有机硅树脂、丁腈-聚氯乙烯共混物、苯丙乳胶、纯苯乳胶等及由前述聚合物改性衍生的共混、共聚聚合物中的至少；其中油系粘结剂包括依次层叠设置的集流体、安全涂层和电极活性层，所述涂层采用权利要求1-6任一项所述的PTC材料制备得到。选自聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯中的至少一种。
助剂包括分散剂和/或填充剂，其中，分散剂选自支链醇、磷酸三乙酯、聚乙二醇、氟化聚氧化乙烯、聚氧化乙烯、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基磺酸钠、脂肪酸甘油酯，山梨坦脂肪酸酯和聚山梨酯中的至少一种，填充剂选自纳米填料(纳米二氧化硅、三氧化二铝、二氧化锆、氮化硼、氮化铝等)、纳米氧化物电解质。
在一种实施方式中，可以将溶剂与上述组分混合，然后再将溶剂挥发干燥，从而得到具有上述组成的PTC材料。能够理解的是，需要选择对聚合物基体颗粒和导电剂颗粒具有不溶性的溶剂。
上述组成的PTC材料更适用于作为安全涂层应用于二次电池中。
本发明第二方面是提供一种电极，该电极包括依次层叠设置的集流体、安全涂层和电极活性层，其中，安全涂层采用第一方面的PTC材料制备得到。
本发明的电极在结构上包括集流体、安全涂层以及电极活性层，其中，安全涂层设置于集流体和电极活性层之间且安全涂层通过第一方面的PTC材料制备得到，集流体和电极活性层的材料的选择可以根据电极的极性确定，例如，电极为负极时，集流体可以是铜箔，活性材料层可以金属锂片、金属锂合金、石墨负极、硅负极、硅碳负极中的一种；电极为正极时，集流体可以是铝箔，活性材料层可以至少包括正极材料、导电剂和粘结剂，正极材料中的正极活性物质选自LiCoO2、LiFePO4、LiNi0.3Co0.3Mn0.3O2、LiNi0.5Co0.3Mn0.2O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.5Mn1.5O4中至少一种；导电剂选自乙炔黑(AB)、导电炭黑(Super-P)、科琴黑(KB)、碳纳米管(CNT)和石墨烯中的至少一种；粘结剂选自聚偏氟乙烯(PVDF)、羧甲基纤维素钠(CMC)和海藻酸钠(SA)中的至少一种。
例如制备时，可以将满足限定体积关系的聚合物基体颗粒与导电剂颗粒在溶剂的作用下混合得到浆液，随后将浆液涂覆于集流体的表层并挥发溶剂得到安全涂层，最后再将活性材料层设置于安全涂层的表面，得到电极。
在一种具体的制备过程中，安全涂层的材料按照质量分数包括：聚合物基体颗粒10-50％、导电剂颗粒15-60％、粘结剂20-58％、助剂2-10％。
上述材料的具体选择参考前述第一方面中的介绍，此处不再赘述。其中，聚合物基体颗粒的材料可以选择熔点在120℃以上的聚合物，进一步地，选择熔点为160℃以下的聚合物。
具体地，可以将油性溶剂、聚合物基体颗粒、导电剂颗粒、油系粘结剂以及份助剂，均匀混合后，涂布在集流体表面，经过90～130℃干燥12～72h后，得到表面含有油系高安全涂层的集流体，最后在安全涂层的表面进行正负极浆料涂布，经过烘干、压片、剪裁处理后得到正负极极片。其中油性溶剂为N-甲基吡咯烷酮、氢氟醚、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、吡啶等。
或者，
将水、聚合物基体颗粒、导电剂颗粒、水系粘结剂以及助剂，均匀混合后，涂布在集流体表面，经过80～110℃干燥12～72h后，得到表面含有水系高安全涂层的集流体，最后在安全涂层的表面进行正负极浆料涂布，经过烘干、压片、剪裁处理后得到正负极极片。
本发明的安全涂层的厚度可以为0.5-5μm，进一步控制在4μm以下。
将正极、负极、隔膜采用叠片或卷绕等方法，制备锂离子电池电芯，经烘烤、注液、化成、封装后得到高安全锂离子电池。
图1为本发明电极在正常工作环境下的结构示意图，图2为本发明电极在高温工作环境下的结构示意图。
请参考图1和图2，本发明的电极包括依次层叠设置的集流体1、安全涂层2以及活性材料层3。在图1所示的正常工作环境下，小体积的导电剂颗粒4吸附在大体积的聚合物基体颗粒5的表面或者处于大体积的聚合物基体颗粒5之间，由于聚合物基体颗粒5的体积较大，有利于使小体积导电剂颗粒4之间彼此接触而形成导电通路，即网格化导电网络，从而实现了正常工作环境下的导电性能。一旦环境温度上升，聚合物基体颗粒5逐渐从边缘开始逐渐熔融，从而降低了小体积导电剂颗粒4之间彼此接触的概率导致导电通路受阻，当环境温度高于聚合物基体颗粒5的熔点时，如图2所示聚合物基体颗粒彻底熔融崩塌，导致部分小体积导电剂颗粒4发生聚集且聚集而得到颗粒彼此难以接触，网格化导电网络断路失效。
本发明的电极包括以第一方面的PTC材料为原料的安全涂层，因此该电极在正常使用环境中能够建立安全的网格式导电网络，具有正常的导电性能，一旦使用温度上升，电极的电阻逐渐增大并且最终实现断流，有效阻止了高温导致的热失控现象的发生。
本发明第三方面是提供一种二次电池，该二次电池包括前述第二方面的电极。
其中，该二次电池的正极和/或负极可以采用前述第二方面的电极。
具体地，该二次电池可以是锂离子电池、钠离子电池等。
以锂离子电池为例，将正极、负极、隔膜采用叠片或卷绕等方法，制备锂离子电池电芯，经烘烤、注液、化成、封装后得到高安全性能的锂离子电池。
本发明的二次电池，由于包括前述第三方面的电极，因此在正常使用环境中具有正常的导电性能，一旦使用温度上升，导电网络发生极度破坏，实现断流的快速响应，阻止高温导致的热失控现象的发生，使二次电池在穿刺实验、热失控实验、跌落实验、高温实验通过率较高。
本发明第四方面是提供一种装置，该装置的驱动源为第三方面的二次电池。
由于本发明的装置包括前述二次电池，因此该装置在正常使用环境下导电性能不受影响的前提下还具有高温断流的性能，能够有效保证使用过程的安全性能。
以下，通过具体实施例对本发明进行介绍。
实施例1
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：
1、油系安全涂层的制备
将1000g聚甲基吡咯烷酮(NMP)、20g球状聚乙烯(D50 2μm)、60g石墨烯微球、25g聚偏氟乙烯粘结剂以及10g助剂(聚乙烯吡咯烷酮)均匀混合后，得到用于制备油系安全涂层的材料；其中，Vo＝300Vc，Vo为球状聚乙烯颗粒的体积、Vc为石墨烯微球颗粒的体积。
利用凹版涂布机，将用于制备油系安全涂层的材料涂布在集流体(铝箔表面，经过130℃干燥12小时后，得到表面含有油系高安全涂层的集流体，其中，涂层的厚度为3μm。
2、电极的制备
在油系高安全涂层的表面进行正极浆料涂布，经过烘干、压片、剪裁处理后得到正极极片。其中，正极浆料的制备方法包括：将钴酸锂、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照97:2:1的质量比加入到搅拌罐中，并且加入NMP进行混合搅拌。
3、锂离子电池的制备
利用卷绕电池工艺，将上述正极极片、石墨负极极片和隔膜(聚乙烯双面涂陶瓷涂胶隔膜)制备成电芯采用铝塑膜封装，真空状态下烘烤48h去除水分，注入电解液(LiPF6+溶剂(EC+FEC+PC+DEC+SN+PS+PC))，对电池进行化成分选，得到软包锂离子聚合物电池。
实施例2
本实施例的锂离子电池的制备方法包括：
1、水系安全涂层的制备
将200g水、20g球状聚乙烯(D50 2μm)、80g石墨烯微球、48gSBR水系粘结剂以及6g助剂(聚乙烯吡咯烷酮)均匀混合后，得到用于制备水系安全涂层的材料；其中，Vo＝300Vc，Vo为球状聚乙烯颗粒的体积、Vc为石墨烯微球颗粒的体积。图3为本发明实施例2中的PTC材料的电镜图。由图3可知，本实施例的球状聚乙烯颗粒的体积远远大于石墨烯微球颗粒的体积。
将用于制备水系安全涂层的材料涂布在集流体(铝箔)表面，经过95℃干燥72小时后，得到表面含有水系高安全涂层的集流体。
2、电极的制备
在水系高安全涂层的表面进行正极浆料涂布，经过烘干、压片、剪裁处理后得到正极极片。其中，正极浆料的制备方法包括：将钴酸锂、导电炭黑和聚偏氟乙烯按照97:2:1的质量比加入到搅拌罐中，并且加入NMP进行混合搅拌。
3、锂离子电池的制备
利用卷绕电池工艺，将上述正极极片、负极极片和隔膜(聚乙烯双面涂陶瓷涂胶隔膜)制备成电芯采用铝塑膜封装，真空状态下烘烤48h去除水分，注入电解液(LiPF6+溶剂(EC+FEC+PC+DEC+SN+PS+PC))，对电池进行化成分选，得到软包锂离子聚合物电池。
对比例1
本对比例的锂离子电池的制备与实施例1中的锂离子电池的制备方法基本不同，唯一不同的是本对比例中油系安全涂层中的聚合物基体颗粒的体积与导电剂颗粒的体积相当，均为4.18μm3。
对比例2
本对比例的锂离子电池的制备与实施例2中的锂离子电池的制备方法基本不同，唯一不同的是本对比例中油系安全涂层中不含有球状聚乙烯。
试验例
将实施例1-2以及对比例1-2的锂离子电池置于烘箱中，在特定温度下(25℃、80℃、100℃、120℃、140℃)静置1h，取出后使用福禄克万用表测试锂离子电池在此温度条件下的电阻，计算温升电阻比，结果见下表。其中，温升电阻比为当下温度下的电阻与室温(25℃)下的电阻之比。
Figure BDA0002516263350000101
由上表可知，含有本发明PTC材料的锂离子电池在常温下具有良性导电网络，随着温度升高，导电网络破坏，电阻急剧升高。而对比例的锂离子电池在高温时，导电网络不易发生破坏，PTC效应弱。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种PTC材料，其特征在于，包括聚合物基体颗粒和导电剂颗粒，其中，所述聚合物基体颗粒的体积Vo与所述导电剂颗粒的体积Vc满足以下关系：
Vo≥30Vc；
所述PTC材料按照质量分数包括：聚合物基体颗粒10-17.4％、导电剂颗粒51.9-60％、粘结剂20-31.2％、余量为分散剂和/或填充剂；
所述导电剂颗粒具有枝杈结构。
2.根据权利要求1所述的PTC材料，其特征在于，所述聚合物基体颗粒的粒径为100nm-5.0μm。
3.根据权利要求1-2任一项所述的PTC材料，其特征在于，所述聚合物基体颗粒选自聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物中的至少一种。
4.根据权利要求1-2任一项所述的PTC材料，其特征在于，所述聚合物基体颗粒选自被改性的聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酯、聚氨酯、乙烯醋酸乙烯聚合物、乙烯丙烯酸酯聚合物、烯烃共聚物中的至少一种。
5.一种电极，其特征在于，所述电极包括依次层叠设置的集流体、安全涂层和电极活性层，所述安全涂层采用权利要求1-4任一项所述的PTC材料制备得到。
6.根据权利要求5所述的电极，其特征在于，所述安全涂层的厚度为0.5-5μm。
7.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括权利要求5或6所述的电极。
8.一种装置，其特征在于，所述装置的驱动源为权利要求7所述的二次电池。
CN202010477338.1A 2020-05-29 2020-05-29 一种ptc材料及其应用 Active CN111613399B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010477338.1A CN111613399B (zh) 2020-05-29 2020-05-29 一种ptc材料及其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010477338.1A CN111613399B (zh) 2020-05-29 2020-05-29 一种ptc材料及其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111613399A CN111613399A (zh) 2020-09-01
CN111613399B true CN111613399B (zh) 2022-07-22

Family

ID=72202387

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010477338.1A Active CN111613399B (zh) 2020-05-29 2020-05-29 一种ptc材料及其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111613399B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114583412B (zh) * 2020-12-02 2024-06-21 珠海冠宇电池股份有限公司 一种负极极片及包括该负极极片的锂离子电池
CN114144932B (zh) * 2021-03-31 2024-04-05 宁德新能源科技有限公司 一种隔离膜及包含所述隔离膜的电化学装置和电子装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1803905A (zh) * 2005-12-31 2006-07-19 上海诺迪亚电子科技有限公司 导电性聚合物及过电流保护元件
CN105594019A (zh) * 2013-09-30 2016-05-18 日立化成株式会社 锂离子二次电池用正极及使用其的锂离子二次电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5930857B2 (ja) * 2012-06-08 2016-06-08 三菱電機株式会社 電池の製造方法
JP2015204221A (ja) * 2014-04-15 2015-11-16 株式会社Uacj 集電体、電極構造体及び蓄電部品
KR101985129B1 (ko) * 2015-03-18 2019-05-31 히타치가세이가부시끼가이샤 결합제 수지 조성물, 리튬 이온 이차 전지용 전극 및 리튬 이온 이차 전지
CN107437622B (zh) * 2016-05-26 2021-06-04 宁德时代新能源科技股份有限公司 电极及其制备方法
CN110137426B (zh) * 2019-05-25 2022-02-15 珠海冠宇电池股份有限公司 一种含有ptc涂层极片的制备方法及锂离子电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1803905A (zh) * 2005-12-31 2006-07-19 上海诺迪亚电子科技有限公司 导电性聚合物及过电流保护元件
CN105594019A (zh) * 2013-09-30 2016-05-18 日立化成株式会社 锂离子二次电池用正极及使用其的锂离子二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN111613399A (zh) 2020-09-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11289748B2 (en) Electrode plate, electrochemical device and safety coating
CN109755468B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN109755467B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
TWI591889B (zh) Current Collector, Electrode Structure, Nonaqueous Electrolyte Battery, Conductivity Packing and storage components
US20190140281A1 (en) Positive electrode plate, electrochemical device and safety coating
JP4516544B2 (ja) リチウム二次電池
CN109755462B (zh) 一种正极极片、电化学装置及安全涂层
KR100670483B1 (ko) 리튬 이차 전지
CN110574198B (zh) 负热膨胀电流断续器
CN101483234A (zh) 电极组件和包含该电极组件的锂二次电池
US20160276673A1 (en) Current collector, electrode structure, nonaqueous electrolyte battery, and electricity storage component
WO2023155604A1 (zh) 复合隔膜及电化学装置
WO2018036309A1 (zh) 正极添加剂及其制备方法、正极片及锂离子二次电池
KR102310732B1 (ko) 이차 전지용 바인더 조성물
JP2004111157A (ja) 二次電池およびその製造方法
CN110429240B (zh) 正极极片及包括该正极极片的电化学装置
CN111613399B (zh) 一种ptc材料及其应用
JP2010225561A (ja) リチウムイオン二次電池
CN101826640B (zh) 一种锂离子电池用极芯和使用该极芯的锂离子电池
JP5893811B1 (ja) 非水系二次電池用セパレータ及びその製造方法、並びに非水系二次電池
CN114006024A (zh) 一种隔膜及含有该隔膜的电池
KR20150015504A (ko) 집전체, 전극 구조체, 비수전해질 전지 및 축전 부품, 집전체의 제조 방법
CN114050225A (zh) 一种电极极片及含有该电极极片的锂离子电池
CN109755465B (zh) 一种电极极片、电化学装置及安全涂层
CN113871707A (zh) 一种固态电解质及其制备方法和用途

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221208

Address after: 519000 factory building 3, Qingwan Third Road, Qingwan Industrial Zone, Sanzao Town, Jinwan District, Zhuhai City, Guangdong Province (second and third floors)

Patentee after: Zhuhai Guanyu power supply Co.,Ltd.

Address before: No. 209, Zhufeng Avenue, Jing'an Town, Doumen District, Zhuhai City, Guangdong Province

Patentee before: Zhuhai CosMX Battery Co.,Ltd.