CN114388809B - 一种叠片式高热安全性锂离子电池 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池的技术领域，具体涉及一种叠片式高热安全性锂离子电池，包括若干个第一极片、隔膜及第二极片，所述第一极片、所述隔膜及所述第二极片通过叠片形成电芯，位于所述电芯最外层的第一极片的集流体表面涂覆有磷酸铁锂涂层，所述磷酸铁锂涂层的表面涂覆有热熔胶层；所述热熔胶层用于在预设温度热熔收缩，使得所述磷酸铁锂涂层与相邻的第二极片接触。本发明通过优化极片的结构，解决叠片式锂离子电池高温热失控的问题，有助于提高电池的安全性。

Description

一种叠片式高热安全性锂离子电池

技术领域

本发明属于电池的技术领域，具体涉及一种叠片式高热安全性锂离子电池。

背景技术

如今，各国都在大力发展绿色、高效二次电池。锂离子电池作为一种新型二次电池，具有能量密度和功率密度大、工作电压高、重量轻、体积小、循环寿命长、安全性好、绿色环保等优点，在便携式电器、电动工具、大型贮能、电动交通动力电源等方面具有广阔的应用前景。锂离子电池因具有能量密度大、自放电小、工作温度范围宽、没有环境污染等优点，被广泛应用于各种数码产品和移动设备上。而随着锂离子电池快充性能和能量密度的不断提升，电池的热安全性成为了极大的挑战。

商业化叠片式锂离子电池通常采用材料体系的调整来提高电池的热稳定性，如提高阴极材料的掺杂包覆来提高阴极活性材料的热稳定性；提高隔膜的厚度来降低高温条件下隔膜的热收缩，从而提升电池热稳定性；降低阳极材料比表面积等方式来降低阳极材料的活性来提高热稳定性。这些结构一定程度上可以提升锂离子电池的热安全性，降低锂离子电池的高温热失控几率，但随之带来的是锂离子电池能量密度的降低或快充性能的损失，同时不能彻底解决高温热失控。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种叠片式高热安全性锂离子电池，通过优化极片的结构，解决叠片式锂离子电池高温热失控的问题，有助于提高电池的安全性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种叠片式高热安全性锂离子电池，包括若干个第一极片、隔膜及第二极片，所述第一极片、所述隔膜及所述第二极片通过叠片形成电芯，位于所述电芯最外层的第一极片的集流体表面涂覆有磷酸铁锂涂层，所述磷酸铁锂涂层的表面涂覆有热熔胶层；所述热熔胶层用于在预设温度热熔收缩，使得所述磷酸铁锂涂层与相邻的所述第二极片接触。

优选的，所述磷酸铁锂涂层的厚度小于或等于10um。

优选的，所述热熔胶层的热熔收缩的温度为90°～130°。

优选的，所述热熔胶层与所述第二极片贴合在一起。

优选的，若干个所述第一极片均设置有极耳，若干个所述第一极片通过所述极耳焊接一起。

优选的，所述电芯具有多个侧面，所述第一极片至少位于其中一个所述侧面的最外层。

优选的，与所述磷酸铁锂涂层对应的所述第二极片的集流体为双面涂覆或单面涂覆。

优选的，所述第一极片为阴极片，所述第二极片为阳极片。

优选的，所述第一极片的顶部集流体和所述第二极片的顶部集流体均引出箔材极耳。

本发明的有益效果在于，本发明包括若干个第一极片、隔膜及第二极片，所述第一极片、所述隔膜及所述第二极片通过叠片形成电芯，位于所述电芯最外层的第一极片的集流体表面涂覆有磷酸铁锂涂层，所述磷酸铁锂涂层的表面涂覆有热熔胶层；所述热熔胶层用于在预设温度热熔收缩，使得所述磷酸铁锂涂层与相邻的第二极片接触。由于现有锂离子电池能量密度的降低或快充性能的损失，同时不能彻底解决高温热失控，因此，将电芯的最外层设为第一极片，该第一极片采用半导体磷酸铁锂材料做底涂，磷酸铁锂涂层表面再涂敷一层热熔胶层，最外层第一极片通过热熔胶层与第二极片贴合一起，该第一极片与其余第一极片通过外露极耳焊接一起，在常温下热熔胶层隔绝阴阳极接触，满足锂离子电池正常工作；当温度升高到热熔胶层熔温度后，热熔胶层热熔收缩，使半导体磷酸铁锂涂层与第二极片接触，半导体磷酸铁锂涂层阻抗大，短路电流小，电池缓慢释放能量，不至于引发热失控，从而解决了叠片式锂离子电池高温热失控的问题，其中，采用磷酸铁锂涂层作为底涂，磷酸铁锂涂层极薄，对电池内部空间占据较少，不影响叠片电池能量密度，而且不涉及主体活性物的调整，也不影响电池的快充及各项电性能，同时，磷酸铁锂底涂工艺成熟，在磷酸铁锂涂层上加涂一层热熔胶层的工业化生产可操作性强，有助于降低电池的成本。本发明通过优化极片的结构，解决叠片式锂离子电池高温热失控的问题，有助于提高电池的安全性。

附图说明

下面将参考附图来描述本发明示例性实施方式的特征、优点和技术效果。

图1为本发明电芯的结构示意图。

图2为本发明的电芯最外层的第一极片的结构示意图。

图3为本发明的电芯最外层的第一极片的正视图。

图4为本发明的其他它第一极片和第二极片的结构示意图。

其中，附图标记说明如下：

1-第一极片；11-集流体；

2-第二极片；

3-隔膜；

4-磷酸铁锂涂层；

5-热熔胶层；

6-极耳。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决技术问题，基本达到技术效果。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图1～4对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施方式一

叠片式高热安全性锂离子电池，包括若干个第一极片1、隔膜3及第二极片2，第一极片1、隔膜3及第二极片2通过叠片形成电芯，位于电芯最外层的第一极片1的集流体11表面涂覆有磷酸铁锂涂层4，磷酸铁锂涂层4的表面涂覆有热熔胶层5；热熔胶层5用于在预设温度热熔收缩，使得磷酸铁锂涂层4与相邻的第二极片2接触。

由于现有锂离子电池能量密度的降低或快充性能的损失，同时不能彻底解决高温热失控，因此，将电芯的最外层设为第一极片1，该第一极片1采用半导体磷酸铁锂材料做底涂，磷酸铁锂涂层4表面再涂敷一层热熔胶层5，最外层第一极片1通过热熔胶层5与第二极片2贴合一起，该第一极片1与其余第一极片1通过外露极耳6焊接一起，在常温下热熔胶层5隔绝阴阳极接触，满足锂离子电池正常工作；当温度升高到热熔胶层5熔温度后，热熔胶层5热熔收缩，使半导体磷酸铁锂涂层4与第二极片2接触，半导体磷酸铁锂涂层4阻抗大，短路电流小，电池缓慢释放能量，不至于引发热失控，从而解决了叠片式锂离子电池高温热失控的问题，其中，采用磷酸铁锂涂层4作为底涂，磷酸铁锂涂层4极薄，对电池内部空间占据较少，不影响叠片电池能量密度，而且不涉及主体活性物的调整，也不影响电池的快充及各项电性能，同时，磷酸铁锂底涂工艺成熟，在磷酸铁锂涂层4上加涂一层热熔胶层5的工业化生产可操作性强，有助于降低电池的成本。

于本实施方式中，除电芯最外层的第一极片1具有磷酸铁锂涂层4和热熔胶层5，其它的第一极片1涂布主体区域为阴极活性物，极片边缘保留一部分阴极集流体；第二极片2涂布主体区域为阳极活性物，极片边缘保留一部分阳极集流体，通过模切的方式裁切成单片的其它第一极片1，顶部阴极集流体引出阴极箔材极耳，通过模切的方式裁切成单片第二极片2，顶部阳极集流体引出阳极箔材极耳。

在叠片时，隔膜3分隔其它的第一极片1与第二极片2依次堆叠，电芯其中一侧的最外层堆叠具有磷酸铁锂涂层4的第一极片1，并且该第一极片1与其相同一侧的最外层的第二极片2不使用隔膜3分隔，堆叠而成的电芯最外层第一极片1的箔材极耳，与其它的第一极片1的箔材极耳焊接一起，作为阴极极耳引出，所有第二极片2箔材极耳焊接一起，作为阳极极耳引出，通过封装、烘烤、注液、化成等工序制成叠片式高热安全性锂离子电池。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，磷酸铁锂涂层4的厚度小于或等于10um。具体的，将磷酸铁锂涂层4作为电芯的最外层的第一极片1的底涂，但本发明不以此为限，磷酸铁锂涂层4的厚度可根据实际电池的结构进行调整，磷酸铁锂涂层4的厚度优选小于或等于10um。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，热熔胶层5的热熔收缩的温度为90°～130°。于本实施方式中，热熔胶层5在预设温度热熔收缩，该预设温度范围为90°～130°，热熔胶层5热熔收缩，使半导体磷酸铁锂涂层4与第二极片2接触，半导体磷酸铁锂涂层4阻抗大，短路电流小，电池缓慢释放能量，不至于引发热失控，从而解决了叠片式锂离子电池高温热失控的问题。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，热熔胶层5与第二极片2贴合在一起。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，若干个第一极片1均设置有极耳6，若干个第一极片1通过极耳6焊接一起。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，电芯具有多个侧面，第一极片1至少位于其中一个侧面的最外层。于本实施方式中，具有磷酸铁锂涂层4的第一极片1，可设置在电芯的其中一侧，两侧也可以按这种设计，从电池能量密度上，优选在其中一侧。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，与磷酸铁锂涂层4对应的第二极片2的集流体为双面涂覆。具体的，与最外层涂敷磷酸铁锂的第一极片1相对的第二极片2，该第二极片2的集流体可以两侧都涂敷活性物质。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，第一极片1为阴极片，第二极片2为阳极片，但本发明不以此为限，可根据实际生产需求调整第一极片1或第二极片2的极性。

在根据本发明的叠片式高热安全性锂离子电池中，第一极片1的顶部集流体和第二极片2的顶部集流体均引出箔材极耳。具体的，电芯最外层的第一极片1的箔材极耳，与其它的第一极片1的箔材极耳焊接一起，作为阴极极耳引出。

本发明的工作原理是：

将电芯的最外层设为第一极片1，该第一极片1采用半导体磷酸铁锂材料做底涂，磷酸铁锂涂层4表面再涂敷一层热熔胶层5，最外层第一极片1通过热熔胶层5与第二极片2贴合一起，该第一极片1与其余第一极片1通过外露极耳6焊接一起，在常温下热熔胶层5隔绝阴阳极接触，满足锂离子电池正常工作；当温度升高到热熔胶层5熔温度后，热熔胶层5热熔收缩，使半导体磷酸铁锂涂层4与第二极片2接触，半导体磷酸铁锂涂层4阻抗大，短路电流小，电池缓慢释放能量，不至于引发热失控，从而解决了叠片式锂离子电池高温热失控的问题，其中，采用磷酸铁锂涂层4作为底涂，磷酸铁锂涂层4极薄，对电池内部空间占据较少，不影响叠片电池能量密度，而且不涉及主体活性物的调整，也不影响电池的快充及各项电性能，同时，磷酸铁锂底涂工艺成熟，在磷酸铁锂涂层4上加涂一层热熔胶层5的工业化生产可操作性强，有助于降低电池的成本。

实施方式二

与实施方式一不同的是：本实施方式的与磷酸铁锂涂层4对应的第二极片2的集流体为单面涂覆。具体的，与最外层阴极片同侧的最外层阳极片采用单面涂敷活性物，同时涂敷活性物的一面朝向电芯内部，未涂敷活性物的一面朝向外侧，与最外层阴极片相对，当环境温度达到最外层阴极片的表层热熔胶层5热熔温度时，最外层阴极片的表层热熔胶层5热熔收缩，次外层的磷酸铁锂涂层4暴露在外，磷酸铁锂涂层4与最外层阳极片的集流体接触，从而短接电池，因磷酸铁锂为半导体材料，阻抗大短路电流小，发热缓慢，电池不至于发生热失控，而电池的能量通过最外层阳极片的集流体与最外层阴极片的磷酸铁锂涂层4短接得到逐步释放。

其他结构与实施方式一相同，这里不再赘述。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (5)

1.一种叠片式高热安全性锂离子电池，包括若干个第一极片(1)、隔膜(3)及第二极片(2)，所述第一极片(1)、所述隔膜(3)及所述第二极片(2)通过叠片形成电芯，其特征在于：

位于所述电芯最外层的第一极片(1)的集流体(11)表面涂覆有磷酸铁锂涂层(4)，所述磷酸铁锂涂层(4)的表面涂覆有热熔胶层(5)；

所述热熔胶层(5)用于在预设温度热熔收缩，使得所述磷酸铁锂涂层(4)与相邻的所述第二极片(2)接触；

所述磷酸铁锂涂层(4)的厚度小于或等于10um；所述热熔胶层(5)的热熔收缩的温度为90°～130°；所述热熔胶层(5)与所述第二极片(2)贴合在一起；

当温度升高到热熔胶层(5)熔温度后，热熔胶层(5)热熔收缩，使半导体磷酸铁锂涂层(4)与第二极片(2)接触，半导体磷酸铁锂涂层(4)阻抗大，短路电流小，电池缓慢释放能量，不至于引发热失控；

除电芯最外层的第一极片(1)具有磷酸铁锂涂层(4)和热熔胶层(5)，其它的第一极片(1)涂布主体区域为阴极活性物；第二极片(2)涂布主体区域为阳极活性物。

2.如权利要求1所述的一种叠片式高热安全性锂离子电池，其特征在于：若干个所述第一极片(1)均设置有极耳(6)，若干个所述第一极片(1)通过所述极耳(6)焊接一起。

3.如权利要求1所述的一种叠片式高热安全性锂离子电池，其特征在于：所述电芯具有多个侧面，所述第一极片(1)至少位于其中一个所述侧面的最外层。

4.如权利要求1所述的一种叠片式高热安全性锂离子电池，其特征在于：与所述磷酸铁锂涂层(4)对应的所述第二极片(2)的集流体为双面涂覆或单面涂覆。

5.如权利要求1所述的一种叠片式高热安全性锂离子电池，其特征在于：所述第一极片(1)的顶部集流体和所述第二极片(2)的顶部集流体均引出箔材极耳。

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