CN112993207A - 一种安全电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全电池，包括基材，在基材的外表面涂覆正极浆料或者负极浆料并对应形成电池的正极或负极，所述电池的正极或负极内添加有安全添加剂，安全添加剂的用量对应为正极浆料或者负极浆料用量的0.1‑20%，安全添加剂采用发泡剂类材料或者膨胀类材料或者PTC材料。当电池内部发生短路时，本发明添加的安全添加剂通过物理物理或化学反应使活性剂与集流体剥离松散或使材料间松散，进而截断电流通道阻断电子导电性阻碍失效的进一步发生而提升安全性能。

Description

一种安全电池
技术领域：
本发明涉及一种安全电池。
背景技术：
当电池发生内短路或外短路时，在极端的时间通过很大电流而产生极高的温度，进而引发一系列的剧烈反应，轻微的发生股胀、冒烟，严重的会发生剧烈燃、爆炸等安全问题。因此，如何提升锂离子电池的安全性能是目前研究的热点问题。
目前在提升锂离子电池安全问题的方法主要是主动防护与被动防护。
主动防护一般是：利用热敏感隔离膜的过热时收缩与闭口的特点，阻断正负极材料间的锂离子穿梭；电解液中添加安全添加剂，受热时在正负极材料表面形成绝缘层阻断活性。
被动防护一般是：在电池上装载安全阀，发生短路或热失控使及时断路；电池安装泄压阀，当发生断路或热身控后电池内部气压增多后，泄压阀打开及时泄压防止爆炸发生。
这些常规的主、被动控制方法能解决部分安全问题，且需要多种方法符合才能有效的解决部分安全问题，工艺复杂。本专利提供一种新的简易思路，且不改变或增加太多现有工艺，就能提升电池的安全性能。
发明内容：
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种安全电池。本发明通过在正极浆料或者负极浆料内添加安全添加剂，或者在基材上涂覆安全添加剂，或者在基材内填充安全添加剂，通过物理物理或化学反应使正极浆料或者负极浆料内的活性剂与集流体剥离松散或使材料间松散，截断电流通道阻断电子导电性阻碍失效的进一步发生而提升安全性能。
本发明所采用的技术方案有：
一种安全电池，包括基材，在基材的外表面涂覆正极浆料或者负极浆料并对应形成电池的正极或负极，所述电池的正极或负极内添加有安全添加剂，安全添加剂的用量对应为正极浆料或者负极浆料用量的0.1-20％，安全添加剂采用发泡剂类材料或者膨胀类材料或者PTC材料。
进一步地，所述安全添加剂混合于正极浆料或者负极浆料，并对应与正极浆料或负极浆料一同涂覆于基材的外表面。
进一步地，所述安全添加剂涂覆在基材的外表面并形成预涂层，在预涂层的外表面涂覆正极浆料或者负极浆料。
进一步地，所述基材采用双层结构，安全添加剂涂覆在两块基材之间。
进一步地，其特征在于：所述发泡剂类材料采用：偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁睛、偶氟二异庚腈、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氟二羧酸钡、偶氮二羧酸二乙酯、OBSH、3，3’-二磺酰肼二苯砜、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2，4-甲苯二磺酰肼、二亚硝基五亚甲基四胺、N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种。
进一步地，所述膨胀类材料采用：偶硫铝酸钙、氧化钙膨胀剂、明矾石膨胀剂、U型膨胀剂、氧化镁膨胀剂、铁屑膨胀剂、膨胀石墨中的一种。
进一步地，所述PTC材料采用：BaTiO3基、SrTiO3基、PbTiO3基中的一种。
本发明具有如下有益效果：
当电池内部发生短路时，本发明添加的安全添加剂通过物理物理或化学反应使活性剂与集流体剥离松散或使材料间松散，进而截断电流通道阻断电子导电性阻碍失效的进一步发生而提升安全性能。
安全添加材料既可以使用混在正极浆料或者负极浆料中，也可以涂覆在基材的外表面，也可以使用使用在夹层基材中间层中。
附图说明：
图1为安全添加剂混在正极浆料或者负极浆料中的结构图；
图2为安全添加剂混在正极浆料或者负极浆料中通过物理物理或化学反应使活性剂与集流体剥离松散或使材料间松散的一种结构图；
图3为安全添加剂涂覆在基材外表面的结构图；
图4为安全添加剂涂覆在基材外表面中通过物理物理或化学反应使活性剂与集流体剥离松散或使材料间松散的一种结构图；
图5为安全添加剂在夹层基材中间的结构图；
图6为安全添加剂在夹层基材中间中通过物理物理或化学反应使活性剂与集流体剥离松散或使材料间松散的一种结构图；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例一
本发明一种安全电池，包括基材1，在基材1的外表面涂覆正极浆料形成电池的正极，在基材1的外表面涂覆负极浆料形成电池的负极，其中，正极浆料或者负极浆料均是由活性剂A、导电剂B以及粘结剂混合而。
本发明在电池的正极或负极内添加有安全添加剂，其中安全添加剂K的用量对应为正极浆料或者负极浆料总量的0.1-20％。
本发明所述的电池可以为锂离子电池、锂硫电池、锂空气、固态电池等电池。
实施例二
本实施例中的安全添加剂K混合于正极浆料或者负极浆料中，并对应与正极浆料或负极浆料一同涂覆于基材1的外表面，如图1。
当发生内短路时，通过物理或化学反应使活性剂A与集流体剥离松散或使材料间松散，如图2，截断电流通道阻断电子导电性阻碍失效的进一步发生而提升安全性能。
制作工艺如下，以正极极片为例：利用铝箔作为电池正极集流体，把含有活性剂、导电剂、粘结剂和安全添加剂的正极浆料均匀涂覆铝箔两侧，通过冷压、模切、分条，与正极极片、隔离膜组装卷绕成裸电芯，再通过焊接、入铝壳或其他其他外壳封装、高温烘烤、注液、化成、容量与分组等工序，形成成品电池。
实施例三
本实施例中的安全添加剂K涂覆在基材1的外表面并形成预涂层J，然后在预涂层的外表面涂覆正极浆料或者负极浆料，如图3。
当发生内短路时，通过物理或化学反应使活性剂A与集流体剥离松散或使材料间松散，如图4，截断电流通道阻断电子导电性阻碍失效的进一步发生而提升安全性能。
实施例四
本实施例中电池的正极或者负极的基材均采用双层结构，安全添加剂K对应涂覆在正极或负极中两块基材之间形成中间层N，如图5。
当发生内短路时，通过物理或化学反应使活性剂A与集流体剥离松散或使材料间松散，如图6，截断电流通道阻断电子导电性阻碍失效的进一步发生而提升安全性能。
实施例五
本实施例中的安全添加剂采用发泡剂类材料或者膨胀类材料或者PTC材料。
其中：发泡剂类材料采用：偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁睛、偶氟二异庚腈、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氟二羧酸钡、偶氮二羧酸二乙酯、OBSH、3，3’-二磺酰肼二苯砜、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2，4-甲苯二磺酰肼、二亚硝基五亚甲基四胺、N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种。
膨胀类材料采用：偶硫铝酸钙、氧化钙膨胀剂、明矾石膨胀剂、U型膨胀剂、氧化镁膨胀剂、铁屑膨胀剂、膨胀石墨中的一种。
PTC材料采用：BaTiO3基、SrTiO3基、PbTiO3基中的一种。
实施例六
电池的正极基材包括铝箔以及涂覆在铝箔上的正极材料，正极材料可以是磷酸铁锂、镍钴锰酸锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴铝酸锂，镍钴锰铝酸锂、5V高电压镍锰酸锂、硫正极及硫碳复合正极、锂金属化合物等。
电池的负极基材包括铜箔以及涂覆在铜箔上的负极材料。负极材料可以是石墨化碳(人造石墨、天然石墨、中间相炭微球等)、无定型碳(硬、软碳)、碳纳米材料(石墨烯、碳纳米管等)、钛酸锂、硅基材料(硅碳复合材料、硅、硅氧及复合材料等)、金属锂负极等。
本实施例中的安全添加剂K还可以混合于正极材料或者负极材料中，其作用原理与实施例二相类似。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种安全电池，包括基材，在基材的外表面涂覆正极浆料或者负极浆料并对应形成电池的正极或负极，其特征在于：所述电池的正极或负极内添加有安全添加剂，安全添加剂的用量对应为正极浆料或者负极浆料用量的0.1-20％，安全添加剂采用发泡剂类材料或者膨胀类材料或者PTC材料。
2.如权利要求1所述的安全电池，其特征在于：所述安全添加剂混合于正极浆料或者负极浆料，并对应与正极浆料或负极浆料一同涂覆于基材的外表面。
3.如权利要求1所述的安全电池，其特征在于：所述安全添加剂涂覆在基材的外表面并形成预涂层，在预涂层的外表面涂覆正极浆料或者负极浆料。
4.如权利要求1所述的安全电池，其特征在于：所述基材采用双层结构，安全添加剂涂覆在两块基材之间。
5.如权利要求1所述的安全电池，其特征在于：所述发泡剂类材料采用：偶氮二甲酰胺、偶氮二异丁睛、偶氟二异庚腈、偶氮二甲酸二异丙酯、偶氟二羧酸钡、偶氮二羧酸二乙酯、OBSH、3，3’-二磺酰肼二苯砜、苯磺酰肼、对甲苯磺酰肼、2，4-甲苯二磺酰肼、二亚硝基五亚甲基四胺、N,N-二亚硝基-N,N.二甲基对苯二甲酰胺、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种。
6.如权利要求1所述的安全电池，其特征在于：所述膨胀类材料采用：偶硫铝酸钙、氧化钙膨胀剂、明矾石膨胀剂、U型膨胀剂、氧化镁膨胀剂、铁屑膨胀剂、膨胀石墨中的一种。
7.如权利要求1所述的安全电池，其特征在于：所述PTC材料采用：BaTiO3基、SrTiO3基、PbTiO3基中的一种。
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