CN1438719A - 一种锂离子电芯 - Google Patents

Abstract

本发明与大容量锂离子电池有关，高容量锂离子电芯在充电器或保护电路失效时可能起火或爆炸，对用户的人身和财产安全造成极大威胁，本发明的电芯内部正负极片之间的隔膜至少包括两层，一层为传统的聚丙烯复合隔膜，另一层为带有微米级孔隙的多孔、耐高温的绝缘隔膜；耐高温隔膜在140－300℃范围内不发生急剧收缩，正负极片不致出现大面积短路，防止电池起火或爆炸。

Description

一种锂离子电芯

技术领域  本发明与大容量的锂离子电池有关。

背景技术  近年来随着电动自行车、电动汽车等技术的发展，对重量轻、体积小、能量密度高的锂离子电池移动能源，如容量在2Ah以上的锂离子电芯或称为动力电池提出了迫切的需求。

能量密度高的锂离子电芯，在充电器或保护电路发生故障或失效时，或其他误用，如电池受到强力挤压、针刺、短路、过充、高温等情况下均有可能发生起火或爆炸，从而对用户的人身和财产安全造成极大威胁，在问题没有解决之前极大的阻碍着锂离子电池的安全使用和普及。

因此，为防止存储电化学能量较高的锂离子电池发生起火或爆炸，需要对最核心的锂离子电芯进行系统地安全设计和制造，单一的防护措施很难保证电芯的安全性，比如通常采用的聚乙烯聚丙烯(PP/PE/PP)复合隔膜，在电芯内部温度上升至120℃时，膜两边的聚乙烯层开始关闭纳米级微孔，温度上升至135℃时，中间的聚丙烯层开始关闭纳米级微孔，阻止锂离子的迁移，但是由于热滞后效应，往往在大电流过充、或短路时隔膜不会瞬间完全关闭，电芯内部温度会继续增加，电解液也会继续分解，内压继续增加，这可能会造成隔膜因温度较高而出现急剧收缩，正负极片发生大面积短路，这时能量会瞬间急剧释放，有机电解质受热发生剧烈分解，电芯会发生起火、爆炸，因此容量高的锂离子电芯如何保证正负极片不出现大面积短路、控制电芯内部电解液分解以及温度、压力升高是解决起火、爆炸的重要途径。

发明内容  为避免上述缺陷，生产一种容量高于2Ah仍然真正安全的锂离子电芯，本发明的锂离子电芯产品具有以下结构特征，电芯内部正负极片之间的隔膜至少包括两层，一层为传统的在110-140℃温度下纳米级微孔开始关闭的聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯聚丙烯复合(PP/PE/PP)隔膜，另一层为带有微米级孔隙的耐电解液浸蚀的多孔耐高温绝缘隔膜。多孔耐高温绝缘隔膜在140-300℃范围内具有较好的热稳定性，收缩率较小，至少要保证高温隔膜两侧高出正负极片的部分收缩后正负极片不致出现短路。为降低对电池内阻和放电平台的影响，多孔耐高温隔膜孔隙率至少大于20％，孔径在0.1-100微米范围内，厚度在10-300微米范围内，考虑到电芯的体积能量密度及低内阻，多孔耐高温隔膜孔径在1-40微米范围内，孔隙率在40-80％，厚度在10-60微米为佳。多孔耐高温隔膜材料为聚酰亚胺或聚四氟乙烯、聚对二甲苯撑、聚对苯二甲酸乙二酯、聚己内酰胺、聚己二酰己二胺、聚双酚A碳酸酯等，其中以耐温较高的前二者之一为佳。

采用本发明，配合其他温控、限流措施，如电芯外接PPTC或内接低熔点合金、上盖板设置安全阀等，这样即使出现热滞后现象，电芯内部温度超过140℃仍然可以确保正负极片不致于发生大面积短路，电芯不会发生爆炸和起火，大容量的锂离子电芯的安全性、可靠性非常高。

具体实施方式  10Ah方形锂离子电芯，正极片、PP/PE/PP隔膜、多孔聚酰亚胺隔膜、负极片依次叠放，其中PP/PE/PP隔膜、多孔聚酰亚胺隔膜宽度比正负极片宽6-12mm，多孔聚酰亚胺隔膜的孔隙率为50-70％、孔径5-15微米、厚度25-35微米，正负极片宽度方向居中卷绕，装配好后塞入电芯壳体，然后按常规工艺制造电芯，在电芯上盖板真空钎焊防爆膜，。做好的电芯进行安全测试，如1C/10V、3C/10V过充、短路、针刺、挤压等均不起火、不爆炸，电芯安全。

Claims (4)

1.一种锂离子电芯，其特征在于，电芯内部正负极片之间的隔膜至少包括两层，一层为传统的在110-140℃温度下纳米级微孔可关闭的聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯聚丙烯复合隔膜，另一层为带有微米级孔隙的多孔、耐高温、耐电解液浸蚀的绝缘隔膜；

2.根据权利要求1所述的多孔耐高温隔膜，其特征在于，耐高温隔膜在140-300℃范围内不发生急剧收缩，正负极片不致出现大面积短路。

3.根据权利要求1所述的多孔耐高温隔膜，其特征在于隔膜孔隙率大于30％，孔径在0.1-60微米范围内，厚度在10-200微米范围内。

4.根据权利要求1所述的多孔耐高温隔膜，其特征在于，隔膜材料为聚酰亚胺或聚四氟乙烯、聚对二甲苯撑、聚对苯二甲酸乙二酯、聚己内酰胺、聚己二酰己二胺等。