CN112864474B - 一种高安全电池结构及电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高安全电池结构及电池，该结构包括：叠层设置的多个电池单元，电池单元包括：负极集流体、正极集流体和多孔绝缘层，负极集流体的双面覆有负极涂层、正极集流体双面覆有正极涂层，多孔绝缘层位于正极涂层和负极涂层之间；电池结构按厚度方向分为中央侧电池单元和位于中央侧电池单元两侧的表面侧电池单元，表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层；和/或表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于中心侧电池单元的正极涂层。本发明提供的电池结构在锂离子电池滥用(如针刺、过热等)初期，使电池的能量在散热性较好的外层缓慢释放，降低电池在高温失控时的能量，使电池处于相对安全的状态。

Description

一种高安全电池结构及电池
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高安全电池结构及电池。
背景技术
对于叠片电池而言，各电极对单元以并联的形式存在，当某电极对出现短路时电阻下降，电池的电量会集中流向短路位点，产生大量的热，引起较大的安全隐患。为了分散短路位点的电流，专利CN201810130966.5、CN201810165562.X、CN201810211513.5、CN201811573689.1、CN201910113710.8均公开了一种包含短路电流分散体的层叠电池结构，短路电流分散体由第一集电体、第二集电体和其间的绝缘层构成；短路电流分散体与发电要素并联电连接，当电池因内部短路等过热并达到了短路电流分散体中绝缘层的熔点的情况下，第一集电体与第二集电体接触而短路分散体短路。其中，CN201810130966.5所述短路电流分散体中两个集电体与绝缘层接触侧至少一个集电体表面存在PPTC层；CN201810165562.X所述短路电流分散体中的绝缘层由热固化性树脂材构成；CN201810211513.5所述短路电流分散体的集电接头处的电阻比发电元件的小；CN201811573689.1所述短路电流分散体的第1集电器和第2集电器包含选自铜、不锈钢、铁、铬、钛中的一种；CN201910113710.8所述短路电流分散体中的绝缘层的材料的熔点或玻璃化转变温度比电池通常可使用温度高且比电池的劣化温度低。上述专利所公开的包含短路电流分散体的叠层电池希望通过在高温下使短路电流分散体与发电体一起短路，分散电池针刺过程中发电体部分的短路电流，进而提升电池短路安全性能。但所述专利增加的短路电流发散体不具有电化学活性，会一定程度降低电池的比能量，不符合电池高比能的发展趋势；此外，由于所述短路电流分散体多置于叠层电池的外侧，热传导及散热性均较好，且所述短路电流分散体的短路电流均来源于其他发电体通过集电接头传递过来的回绕电流，因此短路发散体的绝缘层常不能及时响应电池内部温度变化以快速短路并分散发电体的电流。当短路电流分散体与发电体一起短路时，发电体部分的绝缘层会因短路焦耳热诱发的其他化学副反应热(如正极/电解液间的放热分解反应)短路面积进一步扩大而短路电阻急剧减小，短路电流分散体将失去定向分流作用。众所周知，锂离子电池热失控多由各种滥用行为引起的短路面积持续扩展引起。虽然高温隔膜、电极涂层等可以一定程度提高电池的短路温度，进而提升电池在滥用过程中的耐热能力，延缓高温短路面积扩展，但电池能量累积到一定温度仍会瞬间释放进而造成燃烧、爆炸等危险行为。
发明内容
本发明实施例提供一种高安全电池结构。本发明提供的电池结构可在锂离子电池针刺、过热初期，使电池的能量在散热性较好的外层缓慢释放，降低电池在高温失控时的能量，可使电池处于相对安全的状态。
本发明实施例提供一种高安全电池结构，包括：叠层设置的多个电池单元，所述电池单元包括：负极集流体、正极集流体和多孔绝缘层，所述负极集流体的双面覆有负极涂层、所述正极集流体双面覆有正极涂层，多孔绝缘层位于所述正极涂层和所述负极涂层之间；所述电池结构按厚度方向分为中央侧电池单元和位于所述中央侧电池单元两侧的表面侧电池单元，所述表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层；和/或所述表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于所述中心侧电池单元的正极涂层。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述电池单元包括：双面覆有负极涂层的负极集流体、双面覆有正极涂层的正极集流体，以及设置于所述正极集流体和所述负极集流体之间的多孔绝缘层；所述电池单元之间并联电连接。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，当电池单元的数量为N时，所述表面侧电池单元的数量为1～N/3的整数；优选的，所述表面侧电池单元的数量为1～2(此处表面侧电池单元的数量指第一表面侧电池单元或第二表面侧电池单元的数量)，所述中心侧电池单元的数量为N-2～N-4。这样确保电池过热时，外侧电池单元具有较好的散热性，降低热量累积速率。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层时，所述表面侧电池单元的正极涂层与中心侧正极涂层相同。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层，同时，所述表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于所述中心侧电池单元的正极涂层；当表面侧电池单元与中心侧电池单元正极涂层中所用活性材料组分相同时，表面侧正极涂层的活性材料颗粒大于中心侧正极涂层中的活性材料或表面侧正极涂层中的正极活性材料优选使用单晶结构、核壳结构或梯度结构的材料；当表面侧电池单元与中心侧电池单元正极涂层中所用活性材料为同一种类(如三元类)但组分不同时，表面侧正极涂层中活性材料的镍含量相对低。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于所述中心侧电池单元的正极涂层1～300℃；优选的，表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于所述中心侧电池单元的正极涂层40～300℃。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述正极涂层中活性材料选自LiFePO4、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、Li[NixCoyM1-x-y]O2(0<x<1,0<y<1，M选自Al、Mn、Cr，Fe、Mg、Ti中的任意一种元素或两种以上元素的组合)、Li1+aMn1-aO2(0＜a<1，M包括Ni、Co、Mn、Cr，Fe中的任意一种元素或两种以上元素的组合)，等正极材料中的一种或多种。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述表面侧电池单元中的正极涂层中活性材料选自LiFePO4、LiMn2O4、Li[NixCoyM1-x-y]O2(0<x≤0.6,0<y<1)、核壳材料Li[(Ni1Co1Mn1)a(NixCoyMz)1-a]O2、Li[(Ni5Co3Mn2)a(NixCoyMz)1-a]O2(0<a<1,0≤x<1,0≤y<1,0≤z<1，x+y+z＝1-a,M选自Al、Mn、Cr，Fe、Mg、Ti中的任意一种元素或两种以上元素的组合)中的一种或多种；本发明优选采用的热稳定性较高的正极材料中的一种或多种以防止表面层电池单元热失控。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述中心侧电池单元中的正极涂层材料选自Li[NixCoyMz]O2(0.8≤x<1,0≤y<1,0≤z<1，x+y+z＝1，M选自Al、Mn、Cr，Fe、Mg、Ti中的任意一种元素或两种以上元素的组合)，本发明中采用上述比容量较高的正极材料以确保电芯整体的比能量。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述负极材料选自钛酸锂、石墨、硬炭、软炭、Si、SiC、SiOx、SiOxC、FeSi中的一种或多种。根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述中心侧多孔绝缘层的厚度高于所述表面侧多孔绝缘层；和/或，所述中心侧多孔绝缘层的热稳定性高于表面侧多孔绝缘层；和/或，多孔绝缘层的热稳定性由表面侧电池单元向中央侧电池单元递增；和/或，所述中心侧多孔绝缘层的破膜温度高于所述表面侧多孔绝缘层。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述表面侧多孔绝缘层的破膜温度和/或热收缩温度比所述中心侧多孔绝缘层低1～500℃；优选的，所述表面侧多孔绝缘层的破膜温度和/或热收缩温度比所述中心侧多孔绝缘层低40～500℃。
本发明中，表面侧电池单元中的多孔绝缘层采用厚度较薄、破膜温度相对低的聚烯烃类多孔膜或基于聚烯烃类多孔膜进行修饰复合隔膜，中心侧电池单元中的多孔绝缘层采用热稳定性相对高的无机陶瓷多孔膜、无纺布类多孔膜，与表面侧电池单元中热稳定性更高的正极涂层相配合，可使得高比能电池在滥用时，在表面侧电池单元中只发生短路现象以释放电池能量，而中心侧电池单元不短路以避免电池中心区域热量集聚；使电池处于相对安全的水平。
根据本发明实施例提供的一种高安全电池结构，所述多孔绝缘层选自聚烯烃类多孔膜、无机陶瓷涂层类多孔膜、无纺布类多孔膜中的一种或多种；优选的，所述多孔绝缘层选自湿法PE膜、湿法PE基双面陶瓷涂层、PET基无纺布膜/陶瓷涂层、PET基无纺布膜双面陶瓷涂层、PI基无纺布膜、PI基无纺布膜/陶瓷涂层和PI基无纺布膜双面陶瓷涂层中的一种或多种；更优选的，所述表面侧电池单元中多孔绝缘层为湿法PE膜、湿法PE基双面陶瓷涂层；所述中心侧电池单元中多孔绝缘层为PI基无纺布膜、PI基无纺布/陶瓷复合膜、PET基无纺布膜或PET基无纺布/陶瓷复合膜。
通常来讲，随正极活性材料的克容量增加正极材料的热稳定性显著下降，在高比能电池中，除短路欧姆热外，正极材料热分解是造成电池快速温升的原因之一；正极材料热分解与电池短路欧姆热之间互相促进是造成电池热失控的主要原因。以高镍材料为正极的常规高比能电池，在机械滥用，如针刺过程中，出现较小压降(如陶瓷针短路，5mV压降)时即发生热失控，电池管理系统基本没有应对时间；本发明的电池结构在表层电池单元中使用热稳定性较高的正极材料，控制电池副反应热对短路面积的扩展，可使电池在形成稳定短路电阻的同时不出现热失控的现象；可在电池出现略微电压降时，给电池管理系统以预警。
本发明实施例还提供一种高安全电池，包括所述电池结构。本发明中，由所述电池结构组成的电池能显著提升电池安全性能及循环性能。当电池因热箱、过充等滥用行为引起电池温度升高时，表面侧电池单元因绝缘层热稳定性差而优先短路，释放电池能量；当温度上升至中心侧电池单元绝缘层熔点附近导致中心区电池单元短路时，电池因具有较低的容量和电压而安全性显著提高。
本发明所提供的电池结构能够提升电池尤其是高比能电池的循环性能和安全性能。
循环性能：若所述中心侧电池单元的多孔绝缘层的厚度大于表面侧的多孔绝缘层，正常情况下，叠片电池外层因隔膜薄正负极间极化小而反应程度高，叠片电池中心电池单元因散热差温度高而反应程度高，故电池整体反应程度更加均匀。此外，电池中心的隔膜因较厚而保液率更高，有利于避免因电池中心因电解液干涸引起的循环跳水。安全性能：当针刺时，表面侧电池单元优先短路，且短路面积随温度扩展至最终形成恒定电阻，由于电池表面散热性较好且表面涂层中正极材料的热稳定性相对高等原因而不热失控；而中心区电池单元因绝缘层具有较高的热稳定性而不短路，电池整体的电量通过极耳向表面侧短路电池单元输出，使电池整体容量、电压缓慢下降而使电池处于相对安全的状态。
本发明中所有电池单元均具有电化学活性，对电池的比能量影响较小；与现有技术相比，由于本发明外侧电池单元自身具有电极活性涂层，若出现短路，绝缘层可因两侧电极涂层的短路欧姆热及化学副反应热(SEI膜分解、正极/电解液的热分解、负极/电解液的热分解等)而短路面积扩大至产热-散热稳定；外侧电池单元优先形成稳定短路电阻，以一定电流稳定释放电池能量，提升电池安全性能。
本发明的有益效果至少在于：在电池滥用时，绝缘层热稳定性较低而活性材料热稳定性相对高的表面部分电池单元先于电池中心部分电池单元出现短路以释放电池电量，避免电池能量在较高温度下快速释放，提升电池滥用安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
图1为本发明实施例提供的高安全电池结构示意图；
图2为本发明对比样3针刺测试过程电压-温度随时间的变化图；
图3为本发明实施例7针刺后电池表面部分多孔绝缘层的形貌图；
图4为本发明实施例6在针刺测试过程电压-温度随时间的变化图；
附图标记：
1：负极涂层；2：负极集流体；3：多孔绝缘层；
3-1：第一表面侧多孔绝缘层；3-2：中心侧多孔绝缘层；
3-3：第二表面侧多孔绝缘层；4：正极集流体；5：正极涂层；
5-1：第一表面侧正极涂层；5-2：中心侧正极涂层；
5-3：第二表面侧正极涂层；a：第一表面侧电池单元；
b：中心侧电池单元；c：第二表面侧电池单元。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。
实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用仪器等未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。
本发明中，所述破膜温度为多孔绝缘膜破洞时的温度；所述热收缩温度为收缩率为1％时的温度。
本发明以下实施例中，所用的正极涂层材料，Li[Ni0.83Co0.12Mn0.05]O2的热分解温度为～180℃，Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2的热分解温度为～200℃，Li[Ni0.7Co0.15Mn0.15]O2的热分解温度为～220℃，Li[Ni0.6Co0.2Mn0.2]O2的热分解温度为～260℃，Li[Ni0.5Co0.2Mn0.3]O2的热分解温度为～290℃，Li[Ni0.3Co0.3Mn0.3]O2的热分解温度为～305℃；所用多孔绝缘层，湿法PE基多孔膜的破膜温度为120～135℃，随厚度增加破膜时间略有延长；湿法PE基陶瓷涂层复合多孔膜的破膜温度为150～170℃，随陶瓷涂层增厚，复合多孔膜的热稳定性增加；PET基无纺布膜的破膜温度为220～245℃，PET基无纺布/陶瓷涂层复合多孔膜的破膜温度为250～300℃，随陶瓷涂层增厚，复合多孔膜的热稳定性增加。
本发明一些实施例提供的一种高安全电池结构及电池，每个电池单元依次具有正极集流体、正极活性物质层(即正极涂层)、多孔绝缘层、负极活性物质层(即负极涂层)和负极集流体；在上述电池中，在厚度方向上将电池单元依次分为第一表面侧电池单元、中心侧电池单元和第二表面侧电池单元，其中所述表面侧电池单元的正极活性物质的热稳定性高于中心侧；或所述表面侧电池单元的多孔绝缘层的热稳定性低于中心侧；或所述表面侧电池单元的正极活性物质的热稳定性高于中心侧，同时所述表面侧电池单元的多孔绝缘层的热稳定性低于中心侧。
本发明实施例提供一种高安全电池结构，所述正极材料，包括：叠层设置的多个电池单元，所述电池单元包括：负极集流体、正极集流体和多孔绝缘层，所述负极集流体的双面覆有负极涂层、所述正极集流体双面覆有正极涂层，多孔绝缘层位于所述正极集流体和所述负极集流体之间；所述电池结构按厚度方向分为中央侧电池单元和位于所述中央侧电池单元两侧的表面侧电池单元，所述表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层；和/或所述表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于所述中心侧电池单元的正极涂层。
本发明下列实施例中提供的一种高安全电池结构及电池，如图1所示，叠层设置的多个电池单元，叠层设置的多个电池单元之间并联电连接；所述电池单元包括：负极集流体2、正极集流体4和多孔绝缘层，所述负极集流体2的双面覆有负极涂层1、所述正极集流体4双面覆有正极涂层5，多孔绝缘层位于所述正极集流体4和所述负极集流体1之间。在所述电池结构的厚度方向上依次分为第一表面侧电池单元部分a、中央侧电池单元部分b和第二表面侧电池单元部分c；即所述第一表面侧电池单元部分a和第二表面侧电池单元部分c分别位于所述中央侧电池单元部分b两侧。第一表面侧电池单元中第一表面侧多孔绝缘层3-1和所述第二表面侧电池单元c中第二表面侧多孔绝缘层3-3的热稳定性低于所述中心侧电池单元的中心侧多孔绝缘层3-2；和/或，所述第一表面侧电池单元a的第一表面侧正极涂层5-1和第二表面侧电池单元c的第二表面侧正极涂层5-3的热稳定性高于所述中心侧电池单元b的中心侧正极涂层5-3的热稳定性。
实施例1-8
本实施例提供一种高安全电池结构及电池，所述电池结构中表面层电池单元中的多孔绝缘层的热稳定性低于中心部分。实施例1：正极涂层为容百新能源科技股份有限公司的Li[Ni0.83Co0.12Mn0.05]O2高比能正极材料、负极涂层为贝特瑞新能源材料股份有限公司S450A高比能负极材料、第一表面侧多孔绝缘层为12μm厚的湿法PE膜、中心侧多孔绝缘层为16μm厚的湿法PE基双面2μm陶瓷涂层、第二表面侧多孔绝缘层12μm厚的湿法PE膜、第一表面侧电池单元的电池单元数为2、中心侧电池单元的电池单元数为34、第二表面侧电池单元的电池单元数为2。实施例1-8中的正极、负极、多孔绝缘层及电池单元数的具体配置详见表1。
表1实施例1-8中的电池
Figure BDA0002884677490000101
实施例9-16
本发明实施例提供一种高安全电池结构及电池，所述电池结构中，表面层电池单元中的正极材料热稳定性高于中心部分不同或同时表面层电池单元中的多孔绝缘层的热稳定性低于中心部分，具体实施例为9-16，其正极、负极、多孔绝缘层及电池单元数的具体配置详见表2。
表2实施例9-16中的电池
Figure BDA0002884677490000102
备注：正极/隔膜/负极为一个电池单元
对比例1-3
本发明提供以下对比例作为对照，对比例1-3中的电池见表3。
表3对比例1-3中的电池
Figure BDA0002884677490000111
备注：正极/隔膜/负极为一个电池单元
实验例1
对上述实施例和对比例中提供的电池进行针刺、热箱测试，结果见表4-6。
表4对比例1-3电池针刺、热箱测试结果
Figure BDA0002884677490000112
表5实施例1-8电池针刺、热箱测试结果
Figure BDA0002884677490000113
表6实施例9-16电池针刺测试结果
Figure BDA0002884677490000114
由对比例的针刺、热箱测试结果可以看出，提升正负极间多孔绝缘层的热稳定性，仅能提升电池热滥用的安全边界，而随电池温度上升，仍存在电池能量瞬间释放，电池起火爆炸的现象，如表4、图2(对比例3针刺测试过程电压-温度随时间的变化)所示。而采用本发明的实施例，可以在较低温度下使电池在表面部分出现短路(如图3所示，为实施例7针刺后电池表面部分多孔绝缘层的形貌)，释放电池能量，避免电池以较高的SOC状态暴露在较高温度下，极大地降低了电池热失控的风险及剧烈程度，如表5、图4(实施例6在针刺测试过程电压-温度随时间的变化)所示。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (11)

1.一种高安全电池结构，其特征在于，包括：叠层设置的多个电池单元，所述电池单元包括：负极集流体、正极集流体和多孔绝缘层，所述负极集流体的双面覆有负极涂层、所述正极集流体双面覆有正极涂层，多孔绝缘层位于所述正极涂层和所述负极涂层之间；所述电池结构按厚度方向分为中心侧电池单元和位于所述中心侧电池单元两侧的表面侧电池单元，所述表面侧电池单元的正极涂层的热分解温度高于所述中心侧电池单元的正极涂层40～300℃；表面侧多孔绝缘层的破膜温度和/或热收缩温度比中心侧多孔绝缘层低40～500℃；所述中心侧多孔绝缘层的厚度高于所述表面侧多孔绝缘层；
所述表面侧电池单元中多孔绝缘层为湿法PE膜、湿法PE基双面陶瓷涂层；
所述中心侧电池单元中多孔绝缘层为PI基无纺布膜、PI基无纺布/陶瓷复合膜、PET基无纺布膜或PET基无纺布/陶瓷复合膜；
所述正极涂层中活性材料选自LiFePO4、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、Li[NixCoyM1-x-y]O2和Li1+aMn1-aO2中的一种或多种；所述Li[NixCoyM1-x-y]O2中，0<x<1,0<y<1，M选自Al、Mn、Cr，Fe、Mg、Ti中的任意一种元素或两种以上元素的组合；所述Li1+aMn1-aO2中，0＜a<1，M包括Ni、Co、Mn、Cr，Fe中的任意一种元素或两种以上元素的组合；
所述表面侧电池单元中的正极涂层中活性材料选自LiFePO4、LiMn2O4、Li[NixCoyM1-x-y]O2、核壳材料Li[(Ni1Co1Mn1)a(NixCoyMz)1-a]O2、Li[(Ni5Co3Mn2)a(NixCoyMz)1-a]O2中的一种或多种；所述Li[NixCoyM1-x-y]O2中，0<x≤0.6,0<y<1、所述核壳材料Li[(Ni1Co1Mn1)a(NixCoyMz)1-a]O2和Li[(Ni5Co3Mn2)a(NixCoyMz)1-a]O2中，0<a<1,0≤x<1,0≤y<1,0≤z<1，x+y+z＝1-a,M选自Al、Mn、Cr，Fe、Mg、Ti中的任意一种元素或两种以上元素的组合。
2.根据权利要求1所述的高安全电池结构，其特征在于，所述电池单元包括：双面覆有负极涂层的负极集流体、双面覆有正极涂层的正极集流体，以及设置于所述正极集流体和所述负极集流体之间的多孔绝缘层；所述电池单元之间并联电连接。
3.根据权利要求2所述的高安全电池结构，其特征在于，当电池单元的数量为N时，所述表面侧电池单元的数量为1～N/3的整数。
4.根据权利要求3所述的高安全电池结构，其特征在于，所述表面侧电池单元的数量为1～2，所述中心侧电池单元的数量为N-2～N-4。
5.根据权利要求1所述的高安全电池结构，其特征在于，所述表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层时，所述表面侧电池单元的正极涂层与中心侧正极涂层相同。
6.根据权利要求1所述的高安全电池结构，其特征在于，所述表面侧电池单元的多孔绝缘层热稳定性低于中心侧电池单元的多孔绝缘层，所述表面侧电池单元的正极涂层热稳定性高于所述中心侧电池单元的正极涂层；当表面侧电池单元与中心侧电池单元正极涂层中所用活性材料组分相同时，表面侧正极涂层的活性材料颗粒大于中心侧正极涂层中的活性材料；当表面侧电池单元与中心侧电池单元正极涂层中所用活性材料为同一种类但组分不同时，表面侧正极涂层中活性材料的镍含量低于中心侧电池单元正极涂层中活性材料的镍含量。
7.根据权利要求6所述的高安全电池结构，其特征在于，当表面侧电池单元与中心侧电池单元正极涂层中所用活性材料组分相同时，表面侧正极涂层的活性材料颗粒大于中心侧正极涂层中的活性材料，表面侧正极涂层中的正极活性材料使用单晶结构、核壳结构或梯度结构的材料；当表面侧电池单元与中心侧电池单元正极涂层中所用活性材料为三元类但组分不同时，表面侧正极涂层中活性材料的镍含量低于中心侧电池单元正极涂层中活性材料的镍含量。
8.根据权利要求1所述的高安全电池结构，其特征在于，所述中心侧电池单元中的正极涂层材料选自Li[NixCoyMz]O2；其中，0.8≤x<1,0≤y<1,0≤z<1，x+y+z＝1，M选自Al、Mn、Cr，Fe、Mg、Ti中的任意一种元素或两种以上元素的组合。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高安全电池结构，其特征在于，所述中心侧多孔绝缘层的热稳定性高于表面侧多孔绝缘层；和/或，多孔绝缘层的热稳定性由表面侧电池单元向中心侧电池单元递增。
10.根据权利要求1所述的高安全电池结构，其特征在于，所述负极材料选自钛酸锂、石墨、硬炭、软炭、Si、SiC、SiOx、SiOxC、FeSi中的一种或多种。
11.一种高安全电池，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述电池结构。
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